【摘要】：生物種間的正相互作用(即種間互惠)是生物多樣性生態(tài)系統(tǒng)功能即“生物多樣性與系統(tǒng)生產(chǎn)力呈正相關(guān)”的重要機(jī)理。與自然生態(tài)系統(tǒng)不同,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性簡(jiǎn)化,生物之間的相互作用被忽略,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高的生產(chǎn)力常常需要高投入來維持。能否和如何通過利用生物多樣性以增強(qiáng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性,并降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響?是農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)需要回答的問題。 傳統(tǒng)的稻田養(yǎng)魚是農(nóng)業(yè)利用生物多樣性的成功案例之一。近年來,世界各國在傳統(tǒng)的稻魚系統(tǒng)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展成為規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的多種水產(chǎn)動(dòng)物和水稻共生模式(本論文稱為“稻漁模式”,此處“漁”指代任何一種水產(chǎn)動(dòng)物,下同),為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的功能提供了很好的范例。本研究以我國近20年來發(fā)展的規(guī)�；�、產(chǎn)業(yè)化的稻漁模式為例,通過全國范圍的大尺度、多模式的田間調(diào)查和農(nóng)戶調(diào)查,定位田間實(shí)驗(yàn)和中宇宙(mesocoms)生態(tài)系統(tǒng)模擬的研究方法,研究稻漁模式中不同農(nóng)業(yè)生物種間互惠的生態(tài)系統(tǒng)功能,回答以下問題：(1)稻漁模式系統(tǒng)是否使系統(tǒng)的生產(chǎn)力提升并且減少了農(nóng)藥化肥的投入；(2)水稻和不同水產(chǎn)生物之間的正相互作用機(jī)理和對(duì)稻田資源互補(bǔ)利用的特征；(3)稻漁模式能否在提升生產(chǎn)力的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的負(fù)效應(yīng)。研究取得了以下主要結(jié)果。 1稻漁模式的生產(chǎn)力和農(nóng)藥化肥投入 對(duì)分布于全國水稻主要種植區(qū)域的5個(gè)重要稻漁模式(稻-魚、稻-鰍、稻-蝦、稻-蟹和稻-鱉)的研究表明,稻漁模式的水稻平均產(chǎn)量為8.34ton ha-1,平均比水稻單作的產(chǎn)量增加2.98%。不同模式中水稻的增產(chǎn)效應(yīng)不同,稻-魚和稻-蟹模式的水稻產(chǎn)量增加最為顯著,分別增加4.44%和6.27%,而稻-鰍和稻-鱉模式的水稻產(chǎn)量和水稻單作差異不顯著。稻漁模式和水稻單作水稻產(chǎn)量空間穩(wěn)定性差異不顯著,但是稻漁模式的肥料和農(nóng)藥使用量分別降低26.52%和61.08%。 2水產(chǎn)動(dòng)物在稻田中的活動(dòng)特征 攝像記錄統(tǒng)計(jì)法定量分析顯示,在魚單養(yǎng)處理下,魚的活動(dòng)主要集中于進(jìn)靠近進(jìn)水口的區(qū)域。與不種植水稻相比,稻-魚共作處理下魚的活動(dòng)范圍擴(kuò)大,分布多樣性和均勻度分別是魚單養(yǎng)處理下的2.85倍和2.11倍。水稻使魚在調(diào)查樣方內(nèi)的停留時(shí)間(與攝食時(shí)間成正相關(guān))平均增加41.84%。 陷阱捕獲統(tǒng)計(jì)法定量分析顯示,稻-蟹系統(tǒng)中,水稻能夠吸引扣蟹進(jìn)入其種植區(qū)域。和不種稻相比,稻-蟹共作處理種植區(qū)域內(nèi)扣蟹活動(dòng)強(qiáng)度增加37.95%,其中在非蛻殼期的夜間活動(dòng)強(qiáng)度增加66.98%,而白天和蛻殼期增加不明顯。 3水產(chǎn)動(dòng)物與水稻對(duì)資源的互補(bǔ)利用 基于13C和15N雙同位素食譜重建結(jié)果表明,水產(chǎn)動(dòng)物能夠不同程度的利用稻田自然資源,在人工投喂的情況下,稻田自然資源仍然為魚、鱉和蟹分別提供了50.17%、3.00%和34.83%的食物來源。15N同位素示蹤結(jié)果顯示,在中宇宙生態(tài)系統(tǒng)模型中,飼料中的N素,被魚、鱉和蟹利用的部分分別占18.33%、13.02%和35.13%,水稻的吸收利用使系統(tǒng)對(duì)飼料N利用率分別增加了9.71%(稻-魚),42.00%(稻-鱉)和7.57%(稻-蟹)。流失到環(huán)境(水、土、大氣等)的部分分別占總飼料-N的44.99%-71.96%。土壤N濃度與實(shí)驗(yàn)起始時(shí)相比增加5.06%-11.77%。 4稻漁模式系統(tǒng)有機(jī)質(zhì)分解 水稻能夠加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解。15N同位素示蹤結(jié)果顯示,與水產(chǎn)動(dòng)物單養(yǎng)處理相比,3種稻漁共作處理的土壤有機(jī)N分解速率在測(cè)定時(shí)間為40天時(shí),分別增加5.63%(稻-魚),15.84%(稻-鱉)和16.99%(稻-蟹)；測(cè)定時(shí)間為80天時(shí),分別增加3.71%(稻-魚),3.46%(稻-鱉)和7.51%(稻-蟹)。 5稻漁模式的環(huán)境效應(yīng) 在水產(chǎn)動(dòng)物高密度養(yǎng)殖下,稻漁模式表現(xiàn)出高生產(chǎn)力的特征。小區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,3個(gè)稻-漁共作處理下的水產(chǎn)動(dòng)物的產(chǎn)量均與水產(chǎn)動(dòng)物單養(yǎng)處理無顯著差異,而與水稻單作處理相比,稻-魚和稻-蟹共作處理的水稻產(chǎn)量分別增加19.64%和8.52%。其中,稻-魚共作處理每穴的有效穗數(shù)增加4.90%,稻-蟹共作處理每穴的有效穗數(shù)增加21.97%,每個(gè)有效穗的實(shí)粒數(shù)增加14.12%。 小區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與水稻單作處理相比,除了鱉單養(yǎng)處理的總P,3個(gè)水產(chǎn)動(dòng)物單養(yǎng)處理的水體總N、總P和COD顯著升高。而稻-魚和稻-鱉共作處理的水體總N、總P和COD以及稻-蟹共作處理的水體總N和COD均與水稻單作處理沒有顯著性差異。與水產(chǎn)動(dòng)物單養(yǎng)處理相比,稻-鱉共作處理在整個(gè)共生期間顯著降低水體總N32.89%,COD29.23%。
【圖文】：

部署、13�。ㄊ校┧a(chǎn)技術(shù)推廣站的協(xié)作下進(jìn)行，調(diào)查樣地涉及13個(gè)�。ㄊ校�，共23樣點(diǎn)、385個(gè)樣本（圖2-1)。調(diào)查采取田間成對(duì)隨機(jī)抽樣調(diào)查和成對(duì)典型農(nóng)戶抽樣調(diào)查相結(jié)合的方法，同時(shí)參考各�。ㄊ校┑咎锞C合種養(yǎng)的實(shí)際情況以及歷年出版的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)的統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)校正。2.2.1田間測(cè)定在每一測(cè)定樣點(diǎn)（圖2-1)，隨機(jī)選取5?10稻漁模式的田塊和水稻單作的田塊（圖2-2)，每一田塊的面積約0.1?0.5 ha，成對(duì)的稻漁模式的田塊和水稻單作田塊分布在一個(gè)自然村范圍內(nèi)，其氣候條件和土壤類型基本相似，，采用收獲法測(cè)定收獲的面積上水稻產(chǎn)量或水產(chǎn)動(dòng)物的產(chǎn)量。在當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員幫助下，對(duì)在每個(gè)樣點(diǎn)的農(nóng)事活動(dòng)（包括品種的選擇、播種、移栽、收獲、施肥、病蟲草害防治（農(nóng)藥的使用量種類、數(shù)量等）

稻漁系統(tǒng)生產(chǎn)力及水稻產(chǎn)量穩(wěn)定性水稻產(chǎn)量的Meta分析結(jié)果顯示（圖2-5),水稻產(chǎn)量的總效應(yīng)值為0.03，95%Boostarp置信區(qū)間為0.02 to 0.04。各模式之間效應(yīng)值沒有顯著性差異（? = 4.6712，P = 0.390)。和水稻單作相比，稻漁模式水稻產(chǎn)量平均增加2.98%，其中，稻-魚4.44%, fS-if 2.57%,稻-蟹6.27%,稻-鰍和稻-鱉模式效應(yīng)值與0沒有顯著差異，增產(chǎn)效應(yīng)不顯著（BCI 分別為：-0.0045 to 0.0429 和-0.0033 to 0.0439)。0.15‘ n=4H 0.10 - "T！ . n=7 Ts I 0.05 - "=25 T n=6 ?=5 n=3言媻-5 士 J S I I0.00 JL Q--r-°_。5: J ^ m 0-0-10 1 I I I I iPooled Fish Mudfish Crayfish Crab TurtleRFS圖2-5水稻產(chǎn)量效應(yīng)值（mean 士 95% BCI)。RFS：稻漁模式，RM:水稻單作。n:樣本量，*：效應(yīng)值與0有顯著差異Fig. 2-5 Effect size of rice yield (Mean 士 95% BCI). RFS: rice and aquatic animal co-culture, RM:rice monoculture, n: sample size, *: significantly different from zero水產(chǎn)動(dòng)物產(chǎn)量如圖2-6所示。稻-魚模式省份間平均產(chǎn)量最高
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S181

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號(hào)：2680105