【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”的重要機理。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現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性,并降低對環(huán)境的負面影響?是農(nóng)業(yè)生態(tài)學需要回答的問題。 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)的基礎上逐步發(fā)展成為規(guī)�；a(chǎn)業(yè)化的多種水產(chǎn)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(chǎn)動物,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)模化、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,定位田間實驗和中宇宙(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(chǎn)力的同時減少對環(huán)境的負效應。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(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)動物在稻田中的活動特征 攝像記錄統(tǒng)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(diào)查樣方內(nèi)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(tǒng)計法定量分析顯示,稻-蟹系統(tǒng)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(nèi)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(chǎn)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(jié)果表明,水產(chǎn)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(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(tǒng)有機質(zhì)分解 水稻能夠加速土壤有機質(zhì)的分解。15N同位素示蹤結(jié)果顯示,與水產(chǎn)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(chǎn)動物高密度養(yǎng)殖下,稻漁模式表現(xiàn)出高生產(chǎn)力的特征。小區(qū)實驗結(jié)果顯示,3個稻-漁共作處理下的水產(chǎn)動物的產(chǎn)量均與水產(chǎn)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(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%,每個有效穗的實粒數(shù)增加14.12%。 小區(qū)實驗結(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個水產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)技術(shù)推廣站的協(xié)作下進行，調(diào)查樣地涉及13個省（市），共23樣點、385個樣本（圖2-1)。調(diào)查采取田間成對隨機抽樣調(diào)查和成對典型農(nóng)戶抽樣調(diào)查相結(jié)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(nóng)業(yè)、漁業(yè)的統(tǒng)計資料，對調(diào)查數(shù)據(jù)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(nèi)，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(chǎn)量或水產(chǎn)動物的產(chǎn)量。在當?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員幫助下，對在每個樣點的農(nóng)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(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(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-鱉模式效應值與0沒有顯著差異，增產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)動物產(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(nóng)藥對農(nóng)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(jīng)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(tǒng)稻魚系統(tǒng)生產(chǎn)力提升對稻田水體環(huán)境的影響[J];中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報;2013年03期

本文編號：2680105