【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)系統功能即“生物多樣性與系統生產力呈正相關”的重要機理。與自然生態(tài)系統不同,農業(yè)生態(tài)系統生物多樣性簡化,生物之間的相互作用被忽略,現代農業(yè)高的生產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現代農業(yè)生產的穩(wěn)定性,并降低對環(huán)境的負面影響?是農業(yè)生態(tài)學需要回答的問題。 傳統的稻田養(yǎng)魚是農業(yè)利用生物多樣性的成功案例之一。近年來,世界各國在傳統的稻魚系統的基礎上逐步發(fā)展成為規(guī)模化、產業(yè)化的多種水產動物和水稻共生模式(本論文稱為“稻漁模式”,此處“漁”指代任何一種水產動物,下同),為農業(yè)生態(tài)系統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)模化、產業(yè)化的稻漁模式為例,通過全國范圍的大尺度、多模式的田間調查和農戶調查,定位田間實驗和中宇宙(mesocoms)生態(tài)系統模擬的研究方法,研究稻漁模式中不同農業(yè)生物種間互惠的生態(tài)系統功能,回答以下問題：(1)稻漁模式系統是否使系統的生產力提升并且減少了農藥化肥的投入；(2)水稻和不同水產生物之間的正相互作用機理和對稻田資源互補利用的特征；(3)稻漁模式能否在提升生產力的同時減少對環(huán)境的負效應。研究取得了以下主要結果。 1稻漁模式的生產力和農藥化肥投入 對分布于全國水稻主要種植區(qū)域的5個重要稻漁模式(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量為8.34ton ha-1,平均比水稻單作的產量增加2.98%。不同模式中水稻的增產效應不同,稻-魚和稻-蟹模式的水稻產量增加最為顯著,分別增加4.44%和6.27%,而稻-鰍和稻-鱉模式的水稻產量和水稻單作差異不顯著。稻漁模式和水稻單作水稻產量空間穩(wěn)定性差異不顯著,但是稻漁模式的肥料和農藥使用量分別降低26.52%和61.08%。 2水產動物在稻田中的活動特征 攝像記錄統計法定量分析顯示,在魚單養(yǎng)處理下,魚的活動主要集中于進靠近進水口的區(qū)域。與不種植水稻相比,稻-魚共作處理下魚的活動范圍擴大,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。水稻使魚在調查樣方內的停留時間(與攝食時間成正相關)平均增加41.84%。 陷阱捕獲統計法定量分析顯示,稻-蟹系統中,水稻能夠吸引扣蟹進入其種植區(qū)域。和不種稻相比,稻-蟹共作處理種植區(qū)域內扣蟹活動強度增加37.95%,其中在非蛻殼期的夜間活動強度增加66.98%,而白天和蛻殼期增加不明顯。 3水產動物與水稻對資源的互補利用 基于13C和15N雙同位素食譜重建結果表明,水產動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同位素示蹤結果顯示,在中宇宙生態(tài)系統模型中,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對飼料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濃度與實驗起始時相比增加5.06%-11.77%。 4稻漁模式系統有機質分解 水稻能夠加速土壤有機質的分解。15N同位素示蹤結果顯示,與水產動物單養(yǎng)處理相比,3種稻漁共作處理的土壤有機N分解速率在測定時間為40天時,分別增加5.63%(稻-魚),15.84%(稻-鱉)和16.99%(稻-蟹)；測定時間為80天時,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 在水產動物高密度養(yǎng)殖下,稻漁模式表現出高生產力的特征。小區(qū)實驗結果顯示,3個稻-漁共作處理下的水產動物的產量均與水產動物單養(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增加4.90%,稻-蟹共作處理每穴的有效穗數增加21.97%,每個有效穗的實粒數增加14.12%。 小區(qū)實驗結果顯示,與水稻單作處理相比,除了鱉單養(yǎng)處理的總P,3個水產動物單養(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。與水產動物單養(yǎng)處理相比,稻-鱉共作處理在整個共生期間顯著降低水體總N32.89%,COD29.23%。
【圖文】：

部署、13省（市）水產技術推廣站的協作下進行，調查樣地涉及13個�。ㄊ校�，共23樣點、385個樣本（圖2-1)。調查采取田間成對隨機抽樣調查和成對典型農戶抽樣調查相結合的方法，同時參考各省（市）稻田綜合種養(yǎng)的實際情況以及歷年出版的農業(yè)、漁業(yè)的統計資料，對調查數據進行科學校正。2.2.1田間測定在每一測定樣點（圖2-1)，隨機選取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，成對的稻漁模式的田塊和水稻單作田塊分布在一個自然村范圍內，其氣候條件和土壤類型基本相似，，采用收獲法測定收獲的面積上水稻產量或水產動物的產量。在當地鄉(xiāng)鎮(zhèn)農業(yè)技術人員幫助下，對在每個樣點的農事活動（包括品種的選擇、播種、移栽、收獲、施肥、病蟲草害防治（農藥的使用量種類、數量等）

稻漁系統生產力及水稻產量穩(wěn)定性水稻產量的Meta分析結果顯示（圖2-5),水稻產量的總效應值為0.03，95%Boostarp置信區(qū)間為0.02 to 0.04。各模式之間效應值沒有顯著性差異（? = 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-鱉模式效應值與0沒有顯著差異，增產效應不顯著（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水稻產量效應值（mean 士 95% BCI)。RFS：稻漁模式，RM:水稻單作。n:樣本量，*：效應值與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水產動物產量如圖2-6所示。稻-魚模式省份間平均產量最高
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S181

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 李曉強;孫躍先;葉光yN;李正躍;;使用化學農藥對農業(yè)生物多樣性的影響[J];云南大學學報(自然科學版);2008年S2期

2 李可心;朱澤聞;錢銀龍;;新一輪稻田養(yǎng)殖的趨勢特征及發(fā)展建議[J];中國漁業(yè)經濟;2011年06期

3 丁偉華;李娜娜;任偉征;胡亮亮;陳欣;唐建軍;;傳統稻魚系統生產力提升對稻田水體環(huán)境的影響[J];中國生態(tài)農業(yè)學報;2013年03期

本文編號：2680105