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长期以来,干扰一直是生态系统演替研究的重要内容,且研究多集中在森林、草地等生态系统方面,而关于农业活动支配下干扰的生态系统即农业生态系统演替研究不多。关于农业生态系统的研究,在生态学领域是一个有生命力的分支,此系统常因各种干扰尤其是人的干扰而使系统反复重演生态系统演替的早期过程。该论文主要由四大部分内容组成,在总结前人相关理论研究的基础上,就区域农业生态系统的内涵及其演替进行理论上的探讨,并以黄淮海平原农业生态系统为例,在定性描述的同时,着重采用定量分析的方法即能值分析法从系统的角度剖析系统演替的实质,借以揭示系统演替机制,在丰富生态系统演替理论的基础上,为区域农业生态系统的可持续发展提出参考性建议。
第一部分为理论探讨。着重从系统论、系统演化论、生态系统演替理论、可持续发展系统论进行重点探讨。区域农业生态系统是复杂的人工生态系统,是在长期的自然和人为的双重作用中发展演化而来的,因而遵循一切系统物质运动的最本质运动规律和发展演化特点,同时又具有人为驱动下以需求拉动为主要定力的能值流演替特征。
第二部分首先分析黄淮海平原农业生态系统的自然资源特点、社会经济状况以及区域战略地位,然后动态研究黄淮海农业生态系统演替过程。研究时段从建国时期开始,大体上以1978年农村经济体制改革为界划分为计划经济下传统农业型(1949-1978)和由计划经济向市场经济过渡的向现代农业型演变(1978-2001)两个不同的发展时段。
针对黄淮海平原区实际情况,采用ISOTATA模糊聚类分析方法对整个平原区进行农业生态经济分区,选取各个分区综合发展程度为中等的典型区,着重采用能流分析法分析黑龙港曲周种植业系统和农业生态系统演替情况的基础上,再同其它典型区对比分析,研究表明,各个典型区农业生态系统能值投资率和资源能值匹配程度不均,首先各个分区农业投能均以系统以外的工业辅助能投入为主且呈增加局势,系统环境资源投能的绝对数也在增加,主要表现在对区域水资源的利用上;总产出能先以种植业产出能占绝对优势后逐渐变为农牧结合同时兼顾渔业发展的能值产出形式,林业处于薄弱地位;各项主要能值指标演替分析表明各个分区向现代农业演替方向发展极其明显,系统远未达到高投入高产出状态,仍有较大的发展潜力。农业生态系统的运行态势较好,农业能值投入都相对较高,但能值产出效率以及资源(环境资源与社会资源)相配程度空间不均,以山前平原区、鲁西北区、江苏淮北区相对产出效率较高,资源匹配程度较好。其次为黑龙港区,再次为豫东南区,对于皖北区和鲁西南区较差。同时农业生态系统特有指标分析表明,山前平原区、鲁西北区、江苏淮北区劳动生产水平较高,其它各区相对较低;系统优势度分析表明,江苏淮北系统结构总体生产单元相对较均衡,系统稳定性指数较高,其它普遍都以农业种植业占绝对优势,林业和渔业的子系统能值系统能值总产出的比例较低。
鉴于资料收集的困难以及第一时段我国计划经济的趋同性,本文以河北曲周为例说明了这一时段以种植业系统为主的农业生态系统演替特点。重点分析第二时段平原区农业生态系统演替的情况。采用能值分析法从系统的角度揭示系统能量流动和物质循环的演替情况。
第三部分,基于黄淮海平原区农业生态系统演替基础上,研究产生这种演替的机理、揭示驱动其发展的主要因子以及这些这些因子之间的相互作用。平原区农业农业生态系统演替的基本动因是,在自然和人为双重驱动下,具有资源稳定性的自然生态子系统诱导驱动与具有需求波动性的社会经济子系统对自然资源无限需求的增长性驱动以及自然资源有限性限制相互交织对立统一的过程:平原区农业农业生态系统的演替实质上是人类需求驱动下,自然资源物质流和能量流呈人为定向性波动性演替,当一种资源衰竭能值流效益相对低下时就会被另一种能值流效益较高的资源所替代,从而使区域整个农业系统能量流动和物质循环呈现波浪性流动过程,不断地推动自然生态子系统与社会经济子系统之间供需矛盾由平衡到失衡再到另一个平衡方向演替。
第四部分,初步预测了黄淮海平原农业生态系统未来人口、耕地、农业系统投入和产出的演变状况,在系统分析与预测的基础上,并对其进行能值化分析,探讨平原区农业生态系统演替方向。综合考虑平原区自然资源、区位条件及其在全国农业发展中的地位等诸因素,以农业生态系统演替机制、可持续发展理论、结构调整原理为指导,探讨了该平原农业发展的具体农业发展对策,力求通过规范人的社会经济活动,使区域农业生态系统在发展周期内的能正向演替,在发展周期间能平稳过渡的可持续发展。论文最后阐述了平原区农业生态系统可持续利用实现的战略措施。