生态学研究的应用 实例

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《应用生态学》里面有的是。
它是生态学的分支学科。结合动植物生产、医学、太空旅行、资源和环境管理等实践需要,来研究应用过程中的生态学原理和方法。现代由于人类对开发生物资源、管理生物环境、发展医学等得更广泛和深入的实际需要,生态学的应用价值显得越来越高,着重从应用需要来研究生态学的领域也不断被开拓。例如,为了持续高产的农田生态学、林学、野生动物管理学、动物驯化鱼饲料、自然资源保护、病虫害防治、污染生态学、流行病学、环境卫生学、放射生态学、太空旅行生态学等等,都属于或可以看作是应用生态学的研究领域。

比如农业生产中化学生态学的应用

农业生产中化学生态学的应用包括农作物和杂草间、农作物和害虫间以及作物、害虫与天敌三重关系间的应用。由于微量化合物测定手段的逐步普及和信息技术的进步 ,该方面研究正在取得重大进展。

2. 1 农业的化感利用 研究墨西哥传统农业习惯用豆科作物作覆盖物或作堆肥 ,Caamal Maldonado J . A. [59 ] 研究结果表明 ,豆科作物有肥田、减少水土流失及减少杂草的作用。绒毛豆[ M ucuna deeringiana (Bort) Merr.] 、刀豆[ Canavalia ensif ormis (L.) DC.] 、银合欢 Junbiebean [ Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit ]和野生 Tamarind [ L ysiloma latisiliqium (L. )Benth.]的水提液对植物均有强烈抑制作用 ,田间实验结果表明它们与玉米间作均有减少杂草的效果 ,其中绒毛豆使杂草减少 68 %。绒毛豆和银合欢水提液还有抑制线虫作用 ,绒毛豆作覆盖物时使土壤线虫数量减少 50 %以上。韩丽梅等 [13 ] 研究大豆地上部水浸液化感作用结果表明 ,正茬、重茬和迎茬大豆水浸液对沙培大豆生长有显著化感抑制作用 ,并鉴定了丁二酸和苯甲酸等多种主要化感物质。阮维斌等 [14 ] 研究分析连作对大豆养分吸收和固 N 作用的影响结果表明 ,化感作用、病菌作用和线虫作用分别对连作大豆生长有一定抑制作用。Mattner S. W. 等 [60 ] 研究发现有锈病的大麦导致其附近苜蓿生物量减少 56 %。温室研究结果表明有锈病大麦土壤比健康大麦土壤可使苜蓿生物量降低 36 % ,且其土壤淋出物也使苜蓿生物量降低 27 %。研究还表明锈病可能强化大麦的化感作用。曾任森等 [61 ,62 ] 研究结果表明日本曲霉产生的黑麦酮酸 F 对高等植物有化感作用 ,其作用方式包括降低超氧化物歧化酶活性 ,增加丙二醛含量 ,降低叶绿素 a 和叶绿素 b 含量 ,使光合作用下降 ,其呼吸、膜透性和脱落酸上升 ,电子显微镜观察表明处理后线粒体膜不完整 ,叶绿体膨大且层间结构被破坏。对胜红蓟研究结果表明 ,胜红蓟挥发油对真菌、昆虫和植物均有一定生物活性 [15 ] 。在低温、干旱的秋冬季节胜红蓟的化感物质含量高 ,而高温、多雨的春夏季其含量下降 [16 ] 。同等化感物质浓度下受体植物在低温和遮荫等逆境受抑作用增强。这表明逆境能刺激植物化感物质产生 ,且逆境和化感物质协同作用可形成针对资源竞争对手的强烈抑制作用。

2. 2 水稻化感作用研究 目前国内外已研究探讨了水稻化感作用的品种差异 ,并发展了快速测定方法 ,研究了水稻遗传规律及其数量形状的基因定位。化感水稻可抑制单子叶和双子叶植物 [63 ] 。水稻品种“PI312777”对莴苣有强烈化感作用 [64 ] 。Chung I. M. 等 [65 ] 研究结果表明水稻品种“Gin shun”、“Kasarwala mundara”、“Philippine 2”和 “Juma 10”化感表现颇佳。Ahn J . K. 等 [66 ] 研究结果表明“Janganbyeo”水稻品种谷壳温水抽提液对稗草苗的抑制率达 75 % ,干物质抑制率达 96 %。Jensen L.B. 等 [67 ] 用粳型旱稻品种“IAC165”和籼型水稻品种“CO39” 杂交后代 142 个自交系研究化感基因的 QTL 定位结果表明 ,“IAC165”对稗草有强烈化感作用 ,而“CO39” 则表现很弱 ,说明化感与根系形态遗传无关 ,4 个主效应 QTL 分布于 3 条染色体上 ,可综合解释 35 %的酚类含量差异。曾大力等 [17 ] 研究了“窄叶青 8 号”(籼稻) 和“京系 17”(粳稻) 杂交 DH 群体 123 个 DH 株系幼苗叶片水提液对莴苣根系生长的抑制作用 ,并通过 QTL 分析检测到 4 个与水稻化感作用相关位点分别在第 3、9、10 和 12 条染色体上。何华勤等 [18 ] 研究水稻 7 叶龄对莴苣化感作用受加性效应的影响结果表明 ,3~6 叶期由显形效应控制 ,5 叶、8 叶期加性和显性效应均有作用且以显形为主 ,呈现间断表达的遗传特点 ,水稻化感作用受基因型和环境相互效应的影响较大。孔垂华等 [19 ] 报道糖甙间烃基苯可作为快速测定标记评价水稻品种及单株化感潜力的次生化合物。

2. 3 作物病虫抗性的化学生态学研究 植物对微生物入侵的化学抗性物质可被诱导产生。真菌结构中不饱和脂肪酸如花生四烯酸、亚麻酸亚油酸、油酸和细菌 hrp 基因产物均可成为生物诱导剂。水杨酸、二氯异烟酸、二氯异烟酸酰胺、苯并噻重氮 (BTH) 也可诱导小麦、水稻和烟草等对多种病原产生抗性。噻菌灵、HCl、SiO 2 、NaCl、草酸、马粪浸液、聚氨基葡聚糖和诱导素均可作为非生物诱导剂 ,诱导作物对不同真菌、细菌和病毒病害的抗性 [20 ] 。何水林等 [21 ] 研究结果表明 0. 5~4mmol/ L 浓度外源水杨酸处理辣椒叶片 ,可诱导对倍半萜环化酶基因的转录并表达出酶活性 (但其酶活性较低且于处理后 36h 表达) 。茉莉酮酸可诱导利马豆产生水杨酸甲酯和 E24 ,82二甲基21 ,3 ,72壬三烯 ,且对螨的天敌 ———捕食螨有吸引作用 [22 ] 。刘勇等 [23 ] 研究结果表明麦长管蚜与禾谷缢管蚜对天敌燕麦蚜茧蜂的吸引作用低于它们和寄主植物的复合体 ,对燕麦蚜茧蜂的长距离吸引作用主要靠化学作用而不是靠视觉 ,麦蚜取食寄主时诱导的挥发性信息主要为 22茨烯、62甲基252己烯222酮、62甲基252己烯222醇、顺232己酰2醋酸酯以及水杨酸甲酯 ,这些化合物除水杨酸甲酯外均对燕麦蚜茧蜂有明显吸引作用。张茂新等 [24 ] 研究结果表明薇甘菊挥发油的化学成分有 22 个 ,主要为单萜、倍半萜及其醇和酮的衍生物 ,对小菜蛾、黄曲条跳甲和猿叶虫有显著产卵驱避作用 ,且有一定毒杀作用而无熏蒸毒杀作用。

应用生态学观点指导农业生产
生态农业是一切农业的基础,是农业的发展方向。生态农业是以生态学的原理建立起来的农业综合管理体系。
生态农业的建设需要总体规划,全面协调,是一个高智能的人工干预系统。它的机制是通过产业结构、种植结构、耕作制度、作物布局、耕作技术的调整,通过优种、化肥、农家肥、农药、地膜、电力、水利等手段输入农田物质。再通过农产品、有机物的输出保持平衡,是一个良性循环的经济系统。由此对照,麦豆一体化种植,其向土壤索取强度大,回归少,副作用大,管理少,农作物和土壤不能和谐共进,违背了生态学原理,因此,我们应树立生态学的观点,走建设我国生态农业的道路,发现问题及时调整解决。
三、用三茬配置优化“麦豆一体化”种植
三茬配置的来源是在总结了“一年二收”、“二年三收”和“麦豆一体化”种植经验教训的基础上而概括出来的。三茬配置,要求麦田要配置三种茬口:一是歇旱老茬,二是春播作物正茬,三是复播作物赶茬。有这三种茬口配置,就可减轻“麦豆一体化”重茬连作的强度,使农作物和农田取得和谐,恢复生态良性循环。
1、好处:冬闲田和伏歇旱田(简称歇旱田)统称休闲田。休闲田是改进“麦豆一体化”重茬连作的突破口,它的好处是有时间对休闲田搞基本建设,治理水土流失,机械深松打破犁底层,耙地保墒,接纳雪雨,轮作倒茬,切断病虫食物链,秸秆还田,培肥地力,培育壮苗。歇旱对培肥地力效果显著,可提高小麦单产,发挥“一亩顶二亩的作用”。通过休闲田减轻“麦豆一体化”的副作用。“麦豆一体”这个词可说,但不要加“化”字。
2、原则:每年留麦田面积的三分之一作为休闲田。原则是歇旱田少留些,多复播些大豆,以充分利用夏季雨热资源,多产大豆,面积控制在休闲田的三分之一。冬闲田多留些,控制在休闲田面积的三分之二。即麦豆一体种植的面积保持在麦田总面积的三分之二,休闲田的面积保持在麦田总面积的三分之一。用轮作倒茬,突破重茬连作。目的是在三至四年内分期分批休闲轮作倒茬一次,既保持其麦豆主体地位,又优化农田生态环境。
3、运作方式:以泽州县45万亩麦田为例,依据上述原则,收麦之后留出5万亩歇旱田,其余40万亩种复播作物(其中复播大豆36万亩),收获播作物之后留出10万亩冬闲田,其余30万亩赶茬种麦。10万亩冬闲田,经冬季农田建设,明年种春播玉米、谷子、春大豆或经济作物皆可。这样,麦田有5万亩歇旱老茬麦,有10万亩春播作物的正茬麦,有30万亩的赶茬麦。照此周而复始运作,谓之三茬配置,闲忙有度,符合生态学原理。
4、效益评估:以统一标准评估休闲田的损失和次年的效益。在三茬配置的运作中必须有休闲田,没有休闲田换不来生态效益,也换不来冬闲田之后的高产玉米和歇旱田的高产老茬麦。休闲田关系到二年之内的农作物布局和面积。在评估效益时不能直观分析,应以不同作物面积、产量、价格做加权计算。同时应把休闲一季的损失弥补。还以泽州45万亩麦田为例,进行效益评估(农田效益未扣除各项投资)。
(1)休闲田的损失。5万亩歇旱田,如果种复播大豆,每亩大豆按140kg计,可产大豆700万kg,每kg以2.4元计,收入1680万元。冬闲田10万亩,如赶茬种麦,每亩按200kg计,可产2000万kg小麦,每kg小麦按1.6元计,收入3200万元。以上合计,粮食少产2700万kg,少收入4880万元。
(2)休闲田后的收入。5万亩歇旱老茬麦,以亩产600斤计,小麦可产1500万kg,每kg小麦以1.6元计,可收入2400万元。10亩冬闲田次年种玉米,亩产以400kg计,可产玉米4000万kg,每kg以1.3元计,可收入5200万元。以上共产粮食5500万kg,可收入7600万元。
由以上休闲后产量减去休闲空白损失产量,可增产粮食即5500万kg-2700万kg=2800万kg,平均亩增产186.7kg,年平均亩增产93.2kg。可增收即7600万元-4880万元=2720万元,亩均增收181.3元,年亩均增收90.7元。这就是三茬配置种植较一年两作麦豆重茬连作在两年内的粮食增产增收效益。年亩均增粮食和收入分别为50.2%、27.9%。
(3)增产原因分析。一是休闲后农田经基本建设,培肥地力,增强了蓄水保墒和抗旱能力,实行了轮作倒茬,控制了病虫,恢复提高了农田生产力。二是增加了高产玉米作物,一亩玉米可分别顶二、三亩小麦、大豆。三是歇旱老茬麦,稳定提高了小麦产量。
我县实际是城郊工矿农牧型农业,一家一户土地少,“麦豆一体化”种植,简单省工,种收集中,有利于办企业、搞副业、外出打工。但农民仍然依恋土地,可不重视农业,不种好地,又怕人笑话,就这么简单种植,符合农民心态。对这个既有思想又有经济、技术的复杂问题,应引起高度重视,应积极正确宣传引导。树立生态学的观点,克服向土地掠夺的思想,用三茬配置改造重茬连作的过头做法。以我县现有粮食生产水平(亩产375-400kg)计,每年增产4-5%,在“十一五”期间有望接近二等旱地产量水平(亩产526.9kg),提高农田经济、生态、社会效益,实现农业可持续发展。
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