通訊作者：陳欣
編 譯：戴蓉
出 處：http://www.pnas.org/content/early/2011/11/08/1111043108.full.pdf+html
千百年來，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對世界范圍的糧食與生計安全做出了重要貢獻(xiàn)。然而，近代以化肥和殺蟲劑大量投入為基礎(chǔ)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的擴張，使得許多傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)消失[1]。認(rèn)識到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生態(tài)遺產(chǎn)可以幫助我們開發(fā)新的可持續(xù)農(nóng)業(yè)。為了保護(hù)這些重要的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，聯(lián)合國糧農(nóng)組織、聯(lián)合國發(fā)展計劃署和全球環(huán)境基金啟動了“全球重要農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)（GIAHS）” 項目。中國浙江省青田縣的“稻魚共生系統(tǒng)”歷史悠久，延續(xù)了1200年。2005年被列入 “全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)”( GIAHS)。稻魚共生系統(tǒng)的價值已被確認(rèn)，其背后的生態(tài)系統(tǒng)機制也值得深入研究。浙江大學(xué)陳欣教授研究團隊對青田縣的“稻魚共生系統(tǒng)”進(jìn)行了6年的試驗研究，并將研究成果“農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)稻魚共生系統(tǒng)可持續(xù)性背后的生態(tài)學(xué)機制” [2]一文發(fā)表在2011年11月《美國國家科學(xué)院院刊》 （PNAS）上。研究結(jié)果以獨特的視角揭示了物種間的正相互作用及資源的互補利用是稻魚共生系統(tǒng)可持續(xù)的重要生態(tài)學(xué)機制。
稻魚共生系統(tǒng)即稻田養(yǎng)魚，是一種典型的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)中，水稻、雜草構(gòu)成了系統(tǒng)的生產(chǎn)者，魚類、昆蟲、各類水生動物構(gòu)成了系統(tǒng)的消費者，細(xì)菌和真菌是分解者[3]。也是一種典型的生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，系統(tǒng)內(nèi)水稻和魚類共生，通過內(nèi)部自然生態(tài)協(xié)調(diào)機制，實現(xiàn)系統(tǒng)功能完善。系統(tǒng)即可使水稻豐產(chǎn)，又能充分利用田中的水、有害生物、蟲類來養(yǎng)殖魚類，綜合利用水稻田的一切廢棄能源，提高生產(chǎn)效益，不用或少用高效低毒農(nóng)藥，以生物防治蟲害為基礎(chǔ)，減少了化肥與農(nóng)藥的使用，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)魚類和稻米[4]。通過在研究區(qū)域內(nèi)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這種稻魚共生系統(tǒng)中，魚是當(dāng)?shù)仄贩N，紅色的普通鯉魚（Cypinius carpia color var.），具有較高的遺傳多樣性[5-6]。而系統(tǒng)中的水稻品種已經(jīng)隨著時間的推移而發(fā)生改變，在過去的十年中，高產(chǎn)的雜交水稻品種占主導(dǎo)地位[6]。
“稻魚共生系統(tǒng)”被認(rèn)為是一種可持續(xù)的農(nóng)業(yè)形式，因為它能使有限的土地和水資源的利益最大化，且化學(xué)品投入相對較少，同時有助于糖類和蛋白質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)及生物多樣性的保護(hù)[7-11]。中國在過去的30年中發(fā)生了翻天覆地的變化，而農(nóng)民還繼續(xù)使用稻魚共生系統(tǒng)，當(dāng)然部分是因為這個系統(tǒng)是當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文化和地方風(fēng)俗的一個重要組成部分（例如，稻田養(yǎng)魚的節(jié)日）[7] 。
稻魚共生系統(tǒng)生產(chǎn)能減少農(nóng)業(yè)化學(xué)品對環(huán)境的影響并且有助于提高水稻種植的利潤[12]。這種物種間的正相互作用，資源互補利用產(chǎn)生新的生態(tài)系統(tǒng)特性，能幫助解釋這個共生系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可持續(xù)性。當(dāng)把魚引入到稻田后，農(nóng)民不僅能夠種植出與傳統(tǒng)單一水稻栽培同樣產(chǎn)量的谷物。同時水稻和魚類之間的正相互作用減少了殺蟲劑在“稻魚共生系統(tǒng)”的施用。與常規(guī)水稻單作模式相比，稻魚共生系統(tǒng)能夠降低68%的殺蟲劑和24%的化肥施用量。“稻魚共生系統(tǒng)”中的魚類能顯著減少了水稻害蟲和雜草。稻田中的魚在活動過程中常常撞到水稻莖稈，致使水稻飛虱（昆蟲綱同翅目飛虱科害蟲）落入水中，成為魚兒的食物，從而降低其對水稻的危害。其中，研究人員通過錄像和實驗控制詳細(xì)重現(xiàn)了此過程。同時，魚兒的這種撞擊活動能夠使清晨水稻葉片露水墜入稻田中，減少稻瘟病原孢子產(chǎn)生和菌絲體生長，降低水稻紋枯病和稻瘟病對水稻的危害。魚兒能夠取食甚至連根拔起雜草，顯著降低稻田中的雜草數(shù)量，致使幾乎沒有雜草的種子留存在稻田中。另一方面，水稻能有效調(diào)節(jié)生活在其中魚類的水環(huán)境。水稻能為魚兒夠抵擋烈日照射，在炎熱季節(jié)降低稻田表層水溫，補充一些食物（如掉入水中的食草類昆蟲和水稻飛虱等）。除此之外，水稻相當(dāng)于一個氮庫，幫助降低水中銨鹽濃度，為魚類生長創(chuàng)造良好環(huán)境。
研究結(jié)果還表明“稻魚共生系統(tǒng)”中氮肥能有效利用，及較少的氮釋放到環(huán)境中，降低氮的環(huán)境危害。在“稻魚共生系統(tǒng)”中沒有被利用的氮肥能夠刺激作為魚兒食物的浮游生物的生長。“稻魚共生系統(tǒng)”中由于水稻和魚兒使用氮的形式不一樣也是氮高效利用的原因之一。與傳統(tǒng)水稻田一樣，化肥施用量的減少，對降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的氮素過量施用提供了很好的解決方法。物種間的正相互作用和營養(yǎng)的補充是水稻和魚兒能夠長期共存的基礎(chǔ)，并且能夠幫助解釋為什么共生系統(tǒng)隨時間的推移，能夠在低殺蟲劑和化肥投入的同時維持系統(tǒng)的生產(chǎn)力。
目前，由于世界人口的不斷增加[13]，農(nóng)業(yè)資源的限制（例如，土地和水）[14]，全球氣候變化對農(nóng)作物生產(chǎn)的影響[15-16]致使全球糧食安全問題日益突出。世界農(nóng)業(yè)目前在生產(chǎn)足夠糧食的同時最小化農(nóng)作物種植對環(huán)境的負(fù)面影響方面正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
在過去的50年里，由于化肥、殺蟲劑的使用，新作物品種的培育與栽培方法的改進(jìn)等原因使得農(nóng)作物產(chǎn)量大幅增加。然而，由于化肥和殺蟲劑長期使用對環(huán)境負(fù)面影響，導(dǎo)致了害蟲的抗藥性，增加了農(nóng)業(yè)成本[17-18]。因此，需要對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)行反思[19]，這樣的反思應(yīng)包括對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)重新認(rèn)識[20-22]。
世世代代的農(nóng)民使用因地制宜的管理方式建立、發(fā)展和維持了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)基于豐富多樣的物種和物種間的相互作用。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)其生物多樣性非常豐富[23-24]，能夠成功適應(yīng)不同的環(huán)境。認(rèn)識這些傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和集成這些獨特的經(jīng)驗到將來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃，可以幫助我們發(fā)展更可持續(xù)的農(nóng)業(yè)。事實上，這種傳統(tǒng)系統(tǒng)的研究已經(jīng)幫助科學(xué)家創(chuàng)造新穎的農(nóng)場設(shè)計[25-27]。
綜上所述，稻魚共生系統(tǒng)作為一種傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作方式，起因于地區(qū)自然條件的局限，是農(nóng)民長期適應(yīng)自然而形成的特有生產(chǎn)方式與土地利用方式。這種傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，具有增產(chǎn)、節(jié)約開支與保護(hù)環(huán)境等特點，可節(jié)省土地，實現(xiàn)天然的立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，有效緩解人地矛盾。這種源自傳統(tǒng)經(jīng)驗的農(nóng)業(yè)耕作使農(nóng)民獲得了與自然和諧相處的生存方式[3]。陳欣教授等深入研究了這種傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)方式背后的生態(tài)學(xué)機理，讓我們在對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)存在的問題進(jìn)行反思的同時，重新認(rèn)識傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。陳欣教授等的研究成果為糧食安全生產(chǎn)模式提供了好的理論基礎(chǔ)，利用這種物種間的正相互作用，資源的互補利用，對糧食的安全生產(chǎn)，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)魚、稻米和保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境顯得尤為重要。
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