基于生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)*

弓 成, 劉云慧,2**, 滿(mǎn)吉勇, 喬玉輝,2, 李 季,2

基于生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)*

弓 成1, 劉云慧1,2**, 滿(mǎn)吉勇1, 喬玉輝1,2, 李 季1,2

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100193; 2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物多樣性與有機(jī)農(nóng)業(yè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100193)

近年來(lái)隨著民眾對(duì)良好生態(tài)環(huán)境和優(yōu)質(zhì)食品需求的增加, 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)在我國(guó)蓬勃興起。如何設(shè)計(jì)和建造生態(tài)農(nóng)場(chǎng)成為新的研究領(lǐng)域。其中將生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整合到生態(tài)農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)被認(rèn)為是保障生態(tài)農(nóng)場(chǎng)可持續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。本研究在回顧生態(tài)農(nóng)場(chǎng)發(fā)展歷程, 分析生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中生物多樣性的內(nèi)涵, 總結(jié)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的景觀結(jié)構(gòu)、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系及其應(yīng)用的基礎(chǔ)上, 提出了以提升和利用生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目標(biāo)的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)原則。研究建議生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的景觀設(shè)計(jì)應(yīng)主要包括農(nóng)場(chǎng)與周?chē)坝^的關(guān)系、種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)和有益生物棲息地的保護(hù)和重建3方面的內(nèi)容, 并具體提出了每個(gè)方面需遵循的一般設(shè)計(jì)原則。同時(shí), 研究以我國(guó)南方水稻主產(chǎn)區(qū)新建水稻生態(tài)農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)為例, 印證了上述原則和方法在實(shí)踐中的可行性。研究表明, 為了更好地將生物多樣性整合到生態(tài)農(nóng)場(chǎng)建設(shè)中, 未來(lái)需要深入認(rèn)識(shí)生物多樣性及其生態(tài)功能, 認(rèn)識(shí)生物多樣性與農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和收益的關(guān)系, 開(kāi)發(fā)利用能夠促進(jìn)有益生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能植物, 并推動(dòng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)實(shí)施生物多樣性保護(hù)的生態(tài)補(bǔ)償政策的制定。本研究對(duì)推動(dòng)將生物多樣性保護(hù)和生態(tài)服務(wù)管理整合到生態(tài)農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)提供了方法指導(dǎo)和實(shí)證, 對(duì)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的發(fā)展建設(shè)具有參考借鑒意義。

生物多樣性; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 生態(tài)農(nóng)業(yè); 生態(tài)農(nóng)場(chǎng); 景觀建設(shè); 景觀設(shè)計(jì)原則

“生態(tài)農(nóng)場(chǎng)”是應(yīng)用生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)和方法, 以“農(nóng)場(chǎng)”作為一個(gè)整體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)體, 把貫穿其中的各種生物群體, 包括植物、動(dòng)物、生物、微生物, 以及生物與非生物環(huán)境間的能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)聯(lián)系起來(lái), 對(duì)“環(huán)境-生物”系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì), 以達(dá)到最大生物產(chǎn)量和維護(hù)生態(tài)平衡的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式[1]。近年, 隨著公眾對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注和對(duì)更加健康、安全的食品需求的提高, 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)在我國(guó)日漸興起, 成為生態(tài)農(nóng)業(yè)的具體實(shí)踐單元。據(jù)統(tǒng)計(jì), 全國(guó)農(nóng)戶(hù)家庭農(nóng)場(chǎng)已超過(guò)87萬(wàn)個(gè), 其中經(jīng)農(nóng)業(yè)部門(mén)認(rèn)定的達(dá)到41.4萬(wàn)個(gè)[1], 已登記發(fā)證的農(nóng)民合作社188.8萬(wàn)家, 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)組織38.6萬(wàn)個(gè)[2]。鑒于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展對(duì)解決資源環(huán)境危機(jī)有重要促進(jìn)作用, 為快速建設(shè)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)提供理論和技術(shù)支持也成為農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)家研究的重要內(nèi)容[3]。

生物多樣性是動(dòng)物、植物、微生物和它們所擁有的基因及它們與其生存環(huán)境形成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)[4]。通常認(rèn)為生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性4個(gè)層次, 是人類(lèi)生存和發(fā)展的基礎(chǔ), 也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保障[5]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中, 生物多樣性可提供多種農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所需要的生態(tài)服務(wù), 包括支持服務(wù)(如養(yǎng)分循環(huán)和土壤形成)、調(diào)節(jié)服務(wù)(如害蟲(chóng)控制、作物授粉、氣候調(diào)節(jié)、水體凈化)、供應(yīng)服務(wù)(即提供農(nóng)產(chǎn)品)、文化服務(wù)(如教育、娛樂(lè)和美學(xué)價(jià)值)[6-7]。通過(guò)保護(hù)或提升生物多樣性水平、充分發(fā)揮并利用與生物多樣性相關(guān)的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來(lái)提升糧食生產(chǎn)的可持續(xù)性, 已成為保障未來(lái)糧食生產(chǎn)和食品安全的重要措施[8-9]。構(gòu)建生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的合理景觀格局是保護(hù)和利用農(nóng)場(chǎng)生物多樣性、保障農(nóng)場(chǎng)可持續(xù)生產(chǎn)所需的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要途徑, 也是生態(tài)農(nóng)場(chǎng)建設(shè)成功的關(guān)鍵。然而, 我國(guó)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)起步較晚、發(fā)展迅速, 缺乏對(duì)其景觀設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性總結(jié)和方法指導(dǎo)。本文在國(guó)內(nèi)外景觀生態(tài)學(xué)理論基礎(chǔ)上, 對(duì)農(nóng)業(yè)景觀設(shè)計(jì)和生物多樣性的保護(hù)與利用相關(guān)研究進(jìn)行梳理, 歸納出生態(tài)農(nóng)場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中以保護(hù)和利用生物多樣性及其相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目標(biāo)的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的一般原則和設(shè)計(jì)方法, 并結(jié)合我國(guó)南方水稻(L.)主產(chǎn)區(qū)新建生態(tài)水稻農(nóng)場(chǎng)的具體案例, 進(jìn)行應(yīng)用示范, 以期探索可供實(shí)踐參考的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)方法, 為未來(lái)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)建設(shè)提供指導(dǎo)。

1 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)生物多樣性的內(nèi)涵

在一個(gè)農(nóng)場(chǎng)中, 與可持續(xù)生產(chǎn)相關(guān)的生物多樣性可劃分為遺傳、物種、生態(tài)系統(tǒng)和景觀4個(gè)層次。其中, 可以保護(hù)和利用的生物多樣性包括: 1)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)周?chē)坝^的景觀多樣性。生態(tài)農(nóng)場(chǎng)并非孤立的存在, 它與周?chē)木坝^有各種各樣的聯(lián)系, 例如物質(zhì)流、能量流和信息流的交換。周?chē)坝^的狀況對(duì)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)生物的物種組成和多樣性水平及農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部的微氣候、污染物等都會(huì)產(chǎn)生影響。需要保持農(nóng)場(chǎng)周?chē)坝^的多樣性, 構(gòu)建農(nóng)場(chǎng)與周?chē)匀弧胱匀簧车倪B通性是保障生態(tài)農(nóng)場(chǎng)生態(tài)環(huán)境的重要內(nèi)容。當(dāng)周?chē)坝^存在不利于可持續(xù)生產(chǎn)的因素時(shí)則有必要設(shè)計(jì)緩沖區(qū), 以避免周?chē)坝^對(duì)農(nóng)場(chǎng)產(chǎn)生不利影響。2)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部生境和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部生境不僅包括農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng), 也包括非農(nóng)田生境及其承載的生態(tài)系統(tǒng), 如農(nóng)田邊界區(qū)域、坑塘、防護(hù)林、河岸邊坡區(qū)域、樹(shù)籬等。非農(nóng)生境和生態(tài)系統(tǒng)能為農(nóng)場(chǎng)內(nèi)有益生物提供避難所、棲息地、可替代的食物來(lái)源和越冬場(chǎng)所。同時(shí), 有提供微氣候調(diào)節(jié)、污染物防控與消解、景觀美化、休閑娛樂(lè)和文化教育等功能。3)有益生物多樣性。生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中有很多動(dòng)、植物及不易觀察到的微生物, 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供多種必要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。這些有益生物包括: ①土壤生物(土壤微生物和土壤動(dòng)物)。它們能促進(jìn)形成并維持土壤健康, 也為植物提供營(yíng)養(yǎng)。②捕食者和擬寄生生物。它們能提升農(nóng)場(chǎng)內(nèi)生物害蟲(chóng)防控能力, 降低農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴(lài)。③傳粉昆蟲(chóng)。它們不僅有助于穩(wěn)定和增加授粉作物的產(chǎn)量[10], 還可以提升食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值[11-12]。4)作物遺傳多樣性和物種多樣性。此類(lèi)生物多樣性更能滿(mǎn)足當(dāng)前消費(fèi)者對(duì)食品健康性和安全性日益提升的需求, 從而提升農(nóng)產(chǎn)品附加值, 保障農(nóng)場(chǎng)的收入。其中,作物種類(lèi)和品種的多樣性是消除連作障礙、改善土壤肥力、防治病蟲(chóng)害爆發(fā)的重要因素[13-14]。

2 景觀結(jié)構(gòu)、生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與景觀設(shè)計(jì)

景觀生態(tài)學(xué)研究認(rèn)為, 結(jié)構(gòu)決定功能, 結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)。景觀結(jié)構(gòu)包括景觀組分的空間分布和組合特征(如斑塊的大小、形狀及空間構(gòu)型等), 也包括景觀組分非空間特征(如斑塊的類(lèi)型、面積比例等)。景觀結(jié)構(gòu)多樣性和復(fù)雜性是生物多樣性的基礎(chǔ), 由此影響到與生物多樣性相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[15]。因此, 通過(guò)設(shè)計(jì)各景觀要素的組成、配置和數(shù)量等, 促進(jìn)生物多樣性的保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提升, 成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施和研究方向[7,16]。在區(qū)域土地利用過(guò)程中, 有研究者提出格局-過(guò)程-設(shè)計(jì)新范式推動(dòng)將景觀生態(tài)學(xué)理論應(yīng)用于社會(huì)實(shí)踐[17], 并提出了一系列土地利用過(guò)程中如何設(shè)計(jì)斑塊、邊緣、邊界、廊道和鑲嵌體的指導(dǎo)原則[17]。在農(nóng)業(yè)景觀中, 現(xiàn)代集約化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)景觀結(jié)構(gòu)在不同尺度上不斷簡(jiǎn)化[18]。在生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中表現(xiàn)為在地塊尺度上的作物多樣性和作物混合種植程度降低, 在景觀尺度上多年生生境轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、邊緣生?樹(shù)籬、農(nóng)田邊界、緩沖帶)或遭到破壞, 在時(shí)空尺度上土地利用模式的復(fù)雜性降低。已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道了關(guān)于景觀結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化對(duì)農(nóng)田生物多樣性的負(fù)面影響[19]和由此引起的生物多樣性及其相關(guān)的諸多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(如害蟲(chóng)控制[20-22]、傳粉[23]、污染物消減[24]等)的減少。

研究者在相關(guān)理論和案例研究的基礎(chǔ)上提出了一些有利于農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升的景觀設(shè)計(jì)理念(表1)[7], 這些理念推動(dòng)了利用農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)實(shí)踐。例如, 荷蘭的綠色-藍(lán)色空間設(shè)計(jì)[25]以?xún)?yōu)化景觀配置為方法提高了農(nóng)場(chǎng)中害蟲(chóng)生物控制服務(wù); 在美國(guó)密歇根州, 通過(guò)在藍(lán)莓(L.)地中有選擇地種植支持傳粉者的本地開(kāi)花植物, 能夠提高農(nóng)場(chǎng)中傳粉服務(wù), 并增加藍(lán)莓產(chǎn)量和農(nóng)場(chǎng)收益[26]。農(nóng)場(chǎng)尺度的景觀設(shè)計(jì)逐漸引起重視[27], 并在國(guó)外的研究和實(shí)踐中顯示出良好的生產(chǎn)和生態(tài)效益。例如, 一項(xiàng)在英國(guó)農(nóng)場(chǎng)的研究表明, 分別將農(nóng)場(chǎng)中3%和8%的農(nóng)田用于創(chuàng)建野生動(dòng)物棲息地不僅未減少農(nóng)場(chǎng)總體產(chǎn)量, 其中部分作物的產(chǎn)量還有所提高。該案例證明了支持生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與保障農(nóng)作物產(chǎn)量是可以通過(guò)對(duì)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)平衡的[28]。國(guó)內(nèi)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)對(duì)于景觀設(shè)計(jì)的需求和重視也在不斷增加, 但仍?xún)H停留在個(gè)別案例設(shè)計(jì)的嘗試階段, 缺少?gòu)木坝^生態(tài)學(xué)理念出發(fā)并綜合考慮生產(chǎn)和生態(tài)效益的系統(tǒng)探討[29]。

表1 維持和提升農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性和生態(tài)服務(wù)的景觀管理理念[7]

3 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的總體原則

生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)對(duì)農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化, 更好地協(xié)調(diào)農(nóng)場(chǎng)的生產(chǎn)和生態(tài)功能, 實(shí)現(xiàn)良好的物質(zhì)和能量循環(huán)以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 減少對(duì)外部投入的依賴(lài)性的同時(shí)拓展系統(tǒng)除生產(chǎn)以外的文化、教育等附加價(jià)值, 實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中多種生態(tài)服務(wù)的協(xié)同發(fā)展。為此我們建議在生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的景觀設(shè)計(jì)中遵循以下原則。

3.1 模擬自然的原則

對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的大量研究都表明, 生物多樣性與初級(jí)生產(chǎn)力、養(yǎng)分維持和系統(tǒng)在經(jīng)歷壓力之后的恢復(fù)力呈正相關(guān)關(guān)系[6,30-31]。因此, 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)對(duì)生物多樣性的保護(hù)和利用可以從景觀結(jié)構(gòu)和功能及物種多樣性配置等方面模擬自然生態(tài)系統(tǒng)[32], 構(gòu)建“作物-喬灌草”相結(jié)合的復(fù)合群落結(jié)構(gòu)和多營(yíng)養(yǎng)層次協(xié)同運(yùn)行的生態(tài)模式, 以期通過(guò)較小的外在投入獲取更加理想的生產(chǎn)產(chǎn)出。在生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)中可以根據(jù)生物在生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)位和生物在生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)層級(jí)等, 根據(jù)生態(tài)位的互補(bǔ)和物質(zhì)循環(huán)利用的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。這需要設(shè)計(jì)者對(duì)不同生物的自身特性、物種間的相互作用等生態(tài)學(xué)知識(shí)有充分的了解, 才能制定出符合模擬自然原則的物種配置和景觀設(shè)計(jì)[14]。

3.2 生產(chǎn)與生態(tài)協(xié)同的原則

在兼顧農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)收益的同時(shí)考慮對(duì)生物多樣性的保護(hù)和利用, 盡可能通過(guò)提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能來(lái)滿(mǎn)足農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)資源的需要。增強(qiáng)農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性, 降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)外界物質(zhì)能量投入的依賴(lài)和對(duì)環(huán)境的污染。

3.3 本土性的原則

注重對(duì)本土植物的保護(hù)和利用。本土植物不僅是當(dāng)?shù)厣锒鄻有缘闹匾M成部分, 也對(duì)本地自然環(huán)境條件有更好的適應(yīng)性和更低的危害性。利用本土植物是保護(hù)對(duì)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境有適應(yīng)性的本土基因資源的良好模式, 同時(shí)有利于減少生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的建設(shè)和管護(hù)成本, 降低外來(lái)物種入侵帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 時(shí)空異質(zhì)性的原則

景觀要素的空間和時(shí)間格局對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的水土、生物、養(yǎng)分等過(guò)程有重要影響作用。應(yīng)當(dāng)從時(shí)空尺度上進(jìn)行生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的景觀設(shè)計(jì), 通過(guò)對(duì)各組成要素的時(shí)空格局的調(diào)控和優(yōu)化提升農(nóng)場(chǎng)整體的系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性。

3.5 多功能性的原則

生態(tài)農(nóng)場(chǎng)除了保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo), 還應(yīng)盡可能兼顧多功能性。例如, 農(nóng)場(chǎng)的景觀美學(xué)功能、休閑觀光功能、文化教育功能等等。多功能性是多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)帶來(lái)的福祉, 可推動(dòng)農(nóng)場(chǎng)綜合效益的提高。

4 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀建設(shè)的內(nèi)容和設(shè)計(jì)原則

生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的景觀建設(shè)需要考慮農(nóng)場(chǎng)與周?chē)坝^的關(guān)系、功能性植物的配置和有益生物棲息地的保護(hù)和重建3個(gè)方面。

4.1 農(nóng)場(chǎng)與周?chē)坝^的關(guān)系

4.1.1 農(nóng)場(chǎng)與周?chē)坝^關(guān)系構(gòu)建的主要內(nèi)容

生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的建設(shè)不能脫離周?chē)坝^。在生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)中需要考慮周?chē)坝^是否具有以下情況: 1)水。周?chē)坝^中受污染的水體(包括地下水)可能會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)場(chǎng)生境質(zhì)量, 應(yīng)避免在周?chē)w有污染的區(qū)域建設(shè)生態(tài)農(nóng)場(chǎng); 農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部的溝渠、溪流、水塘等水體應(yīng)該保持與周?chē)乇硭档倪B通; 農(nóng)場(chǎng)排水應(yīng)做必要的處理以防止污染物過(guò)量流入周?chē)坝^。2)土壤。避免農(nóng)場(chǎng)及周?chē)坝^的土壤污染。3)植被。注意通過(guò)構(gòu)建線性林帶或草帶保持與周?chē)坝^中植被的連通, 如果需要間隔應(yīng)保持間距在200 m以?xún)?nèi), 以方便昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)和小型動(dòng)物遷移可達(dá); 植被的構(gòu)成也應(yīng)該參考周?chē)坝^中的植被結(jié)構(gòu)并盡可能選取本土植物, 以利于后期豐富本土動(dòng)物群落的形成[27,33]。4)動(dòng)物群落。避免農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)對(duì)周?chē)坝^有益動(dòng)物的影響。5)周?chē)用駞^(qū)及道路。避免距離居民區(qū)或主要干道過(guò)近。

4.1.2 農(nóng)場(chǎng)與周?chē)坝^關(guān)系構(gòu)建的基本原則

1)污染和干擾最小化原則。農(nóng)場(chǎng)周?chē)坝^應(yīng)該處于無(wú)污染的狀況, 且無(wú)影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的生產(chǎn)或經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。同時(shí)農(nóng)場(chǎng)也應(yīng)當(dāng)采取生態(tài)管理模式, 避免對(duì)周?chē)坝^輸出污染與干擾。在必要的情況下應(yīng)建立緩沖區(qū)或緩沖帶, 防控周?chē)坝^對(duì)農(nóng)場(chǎng)的污染或農(nóng)場(chǎng)污染排出對(duì)周?chē)坝^的影響。

2)連通性和相似性原則。農(nóng)場(chǎng)內(nèi)部的非農(nóng)生境應(yīng)與周?chē)坝^保持連通。保持農(nóng)場(chǎng)半自然生境植被結(jié)構(gòu)與周?chē)坝^中自然、半自然生境中的植被組成和結(jié)構(gòu)的相似性, 以最大限度地保障景觀在視覺(jué)、動(dòng)物群落乃至景觀和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能上的連續(xù)性。

4.2 種植景觀設(shè)計(jì)

4.2.1 種植景觀建設(shè)的模式

生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的主要經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)是作物生產(chǎn)。開(kāi)展多樣化的種植一方面可增加農(nóng)場(chǎng)的作物多樣性和遺傳多樣性, 可以視為生物多樣性的農(nóng)家保護(hù)(on-farm conservation); 另一方面多樣化的種植模式可以增加農(nóng)場(chǎng)的生物多樣性和穩(wěn)定性, 減少對(duì)化肥和農(nóng)藥的依賴(lài)。作物多樣化種植的具體配置有如下模式: ①多品種混合種植: 同一作物的不同品種混合種植。②作物輪作: 在同一地塊上輪流種植不同的作物, 是時(shí)間尺度上的作物多樣性。③混作: 在同一地塊上種植多種作物或多種品種, 在空間尺度上提升多樣性。④農(nóng)林復(fù)合種植: 作物與喬木混合種植, 同時(shí)具有時(shí)間和空間尺度上的多樣性。⑤填閑作物種植: 在作物休耕季節(jié), 種植景觀植物、綠肥、覆蓋植物等, 維護(hù)資源在時(shí)間和空間上的連續(xù)性, 在防治水土流失、吸附過(guò)量養(yǎng)分及農(nóng)藥的同時(shí)推動(dòng)土壤養(yǎng)分涵養(yǎng)并為農(nóng)田生物提供補(bǔ)充的食物來(lái)源。

4.2.2 種植景觀設(shè)計(jì)的原則

種植景觀的建設(shè)可進(jìn)一步考慮以下原則[32]: ①功能特征互補(bǔ)性原則: 不同物種對(duì)資源的時(shí)空需求不同, 利用這種差異可以促進(jìn)系統(tǒng)資源的充分利用。②互利互惠與競(jìng)爭(zhēng)原則: 作物多樣化種植的設(shè)計(jì)要盡量利用作物之間的互利互惠作用, 也可考慮利用作物之間產(chǎn)生有利效益的相互競(jìng)爭(zhēng)作用。例如在作物間套作過(guò)程中, 一種作物可能促進(jìn)另一種作物對(duì)某些難以吸收的養(yǎng)分資源的吸收; 在某種情況下(如氮含量高的土壤中), 豆科和谷類(lèi)作物之間會(huì)競(jìng)爭(zhēng)氮素資源, 可能使豆科作物比其單作時(shí)固定更多的氮。③多營(yíng)養(yǎng)層次原則: 通過(guò)增加植物多樣性重建生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈網(wǎng)絡(luò), 有利于將“集中用藥”的害蟲(chóng)防控模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋到y(tǒng)預(yù)防”的模式, 從而降低農(nóng)田病蟲(chóng)害的發(fā)生和對(duì)外部投入的需求。

4.3 有益生物棲息地的保護(hù)和重建

4.3.1 有益生物棲息地的保護(hù)和重建內(nèi)容

生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中的非農(nóng)生境對(duì)于維持有益生物是必需的。非農(nóng)生境為有益生物提供生境、越冬場(chǎng)所和躲避農(nóng)田不利管理的避難所, 同時(shí)也在農(nóng)田中食物較少時(shí)為有益生物提供替代食物或者寄主, 從而維持或提高有益生物的數(shù)量。國(guó)外也將這些非農(nóng)生境作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必需的基礎(chǔ)設(shè)施之一, 稱(chēng)之為農(nóng)業(yè)綠色基礎(chǔ)設(shè)施。生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的景觀設(shè)計(jì)一方面應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地保護(hù)農(nóng)場(chǎng)中現(xiàn)存的非農(nóng)生境, 如防護(hù)林帶、農(nóng)田邊角地、田間島嶼等。另一方面, 可通過(guò)人工營(yíng)建的方式復(fù)建、新建有益生物棲息地。當(dāng)前此類(lèi)有益生物棲息地/綠色基礎(chǔ)設(shè)施, 可借鑒國(guó)外設(shè)計(jì)的多花帶、甲蟲(chóng)帶、樹(shù)籬、緩沖帶等[33-34]。

4.3.2 有益生物棲息地的設(shè)計(jì)原則

1)斑塊面積。一般認(rèn)為面積較大的棲息地能夠維持更多的物種多樣性, 但是面積小且高度異質(zhì)的多個(gè)小棲息地斑塊組合也可能維持較高水平的生物多樣性。因此, 應(yīng)在盡可能保護(hù)和建立大面積棲息地的前提下維護(hù)多個(gè)高度異質(zhì)的小棲息地, 構(gòu)建大、小相間的棲息地鑲嵌體[33,35]。

2)占地比例。為能有效阻止農(nóng)田景觀多樣性的降低和集約景觀中生物控制功能的喪失, 一般要求農(nóng)用地中應(yīng)有不少于5%的土地用于有益生物的棲息地/綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)[33]。在可能情況下, 保留景觀面積10%~20%的棲息地/綠色基礎(chǔ)設(shè)施[36-37]將獲得更理想的生物多樣性改善效果。

3)植被營(yíng)建。①盡可能選擇本土物種。本土植物有耗水量和需肥量少的優(yōu)點(diǎn), 且最有可能抵抗害蟲(chóng)、疾病和雜草流行病, 并能在最少的管理下茁壯生長(zhǎng)。在本土植物不易獲得時(shí)可引入外來(lái)植物, 但要避免種植有潛在病蟲(chóng)草害或促進(jìn)作物病害的植物。②根據(jù)目標(biāo)物種的生理特性及其喜好有針對(duì)性地增加植物多樣性[38]。以黃蜂為例, 因其口器較短, 而無(wú)法取食藏在較深蜜腺中的花蜜, 所以要吸引黃蜂需種植容易取食到花蜜的植物,如金盞花(L.)和榆葉梅[(Lindl.) Ricker]; 食蚜蠅的口器也很短, 適合取食張開(kāi)的或花型小的花, 如蓍草(Heimerl ex Hand.-Mazz)、茴香(Mill.)或飛蓬[(Lindl.) DC.][39]。③多樣化的原則。一些有益生物需要以花蜜和花粉為食, 且捕食性益蟲(chóng)和寄生性益蟲(chóng)在整個(gè)生長(zhǎng)季都很活躍, 因此最好搭配種植不同花期的開(kāi)花植物以盡量實(shí)現(xiàn)全年有植物開(kāi)花, 在增加植被多樣性的同時(shí)可保證在不同季節(jié)都能為有益生物提供食物來(lái)源。④在可能的情況下選擇具有多種功能的植物。如種植芝麻(L.)不僅可以提供農(nóng)產(chǎn)品還可以作為蜜源植物為有益生物提供食物來(lái)源, 同時(shí)有趨避蚜蟲(chóng)的功效。

4)位置和距離。注意保障各棲息地之間的距離在目標(biāo)生物的活動(dòng)范圍之內(nèi), 或者通過(guò)草帶、林地的連接保障棲息地之間的連通性, 以促進(jìn)生物在景觀的遷徙活動(dòng)及其種群的可持續(xù)性。一般來(lái)說(shuō)被大量非作物生境圍繞的農(nóng)田具有更高的有益生物種群和更低的害蟲(chóng)壓力[21]。有益生物可能不能像害蟲(chóng)那樣進(jìn)行遠(yuǎn)距離的遷移, 設(shè)計(jì)農(nóng)田地塊與自然/半自然地塊的鑲嵌體能讓有益生物更深入地遷入農(nóng)田。因此, 為方便有益生物在農(nóng)場(chǎng)內(nèi)擴(kuò)散, 應(yīng)在農(nóng)場(chǎng)內(nèi)邊界區(qū)域建立利于有益生物的生境, 使其分布在農(nóng)場(chǎng)的每個(gè)角落并盡量靠近目標(biāo)作物。由于不同生物的遷移能力不同, 設(shè)計(jì)非作物生境與作物生境的分布密度和間距應(yīng)根據(jù)不同目標(biāo)生物而確定[33]。例如, 步甲被認(rèn)為大多是在50 m的范圍之內(nèi)進(jìn)行遷移[40], 一般推薦為保護(hù)步甲多樣性而建立的兩條甲蟲(chóng)帶之間的距離為100 m。

5 應(yīng)用案例: 蘇州水稻生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的景觀設(shè)計(jì)方案

5.1 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)位于江蘇省蘇州市吳中區(qū), 是我國(guó)南方水稻主產(chǎn)區(qū), 擁有悠久的水稻種植歷史。當(dāng)前, 該地屬于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū), 農(nóng)業(yè)在地方經(jīng)濟(jì)中所占比重較少。由于農(nóng)業(yè)從業(yè)人口持續(xù)下降, 地方政府通過(guò)土地流轉(zhuǎn)逐步將農(nóng)戶(hù)所有的零散耕地集中到由地方政府集體所有的農(nóng)業(yè)企業(yè)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理。由于地處太湖沿岸的生態(tài)敏感區(qū)加之近年來(lái)對(duì)生態(tài)文明、綠色發(fā)展和鄉(xiāng)村振興政策的重視, 打造“農(nóng)文旅”融合的生態(tài)農(nóng)業(yè)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。

項(xiàng)目區(qū)以典型的農(nóng)業(yè)景觀為主, 距太湖最短直線距離僅約560 m。農(nóng)場(chǎng)區(qū)域總面積42 300 m2, 農(nóng)田、道路、河道和溝渠、邊界區(qū)域、農(nóng)村居民點(diǎn)或建筑分別占項(xiàng)目區(qū)的77.8%、3.9%、5.9%、10.6%和1.8%。在進(jìn)行生態(tài)農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)之前, 該區(qū)域以種植水稻和芡實(shí)(Salisb.)為主, 農(nóng)田在冬季基本處于撂荒狀態(tài), 造成了土地資源的浪費(fèi)和用地養(yǎng)地的不協(xié)調(diào)。水稻種植以單一種植當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種‘南粳46號(hào)’為主。存在傳統(tǒng)集約化耕種常見(jiàn)的面源污染風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)田邊界植被以農(nóng)戶(hù)零散種植的蔬菜為主。項(xiàng)目區(qū)道路交通條件良好, 農(nóng)場(chǎng)內(nèi)以水泥路為主, 快速通過(guò)的車(chē)輛造成青蛙等活動(dòng)性較大的生物在通過(guò)道路時(shí)死亡; 少量砂石路和土路具有一定的保護(hù)價(jià)值。河道和溝渠與太湖相連, 河道兩岸全部采用符合生態(tài)化要求的木樁駁岸, 但有河岸植被覆蓋度不足, 呈現(xiàn)裸露的土壤。農(nóng)場(chǎng)進(jìn)水溝渠已全部硬化處理, 不利于水生生物生存和水質(zhì)改善, 且溝渠邊坡植被覆蓋度低, 不利于生物多樣性維持和污染物過(guò)濾; 排水溝渠雖未做過(guò)度硬化, 但渠邊植被覆蓋稀疏,不利于污染物吸附和消納且有面源污染風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

綜合項(xiàng)目方的建設(shè)需求和生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的內(nèi)涵, 對(duì)該農(nóng)場(chǎng)景觀建設(shè)的目標(biāo)作如下定位: 1)提高水土環(huán)境的健康水平; 2)提高農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性; 3)提高糧食安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性; 4)保護(hù)田園景觀, 維護(hù)鄉(xiāng)情歸屬; 5)打造多功能農(nóng)業(yè)景觀, 推動(dòng)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5.3 設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

在設(shè)計(jì)初期, 通過(guò)專(zhuān)家訪談、農(nóng)戶(hù)訪談、項(xiàng)目區(qū)實(shí)地調(diào)查、文獻(xiàn)資料查閱等方法獲取研究區(qū)土地利用、種植制度、適宜種植品種、水稻主要病蟲(chóng)害、生物多樣性和水質(zhì)等數(shù)據(jù), 在此基礎(chǔ)上結(jié)合上述提出的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的原則與方法制定設(shè)計(jì)方案。結(jié)合與項(xiàng)目方討論、專(zhuān)家論證進(jìn)行必要的方案修訂后, 確定最終設(shè)計(jì)方案。

5.4 設(shè)計(jì)方案內(nèi)容

5.4.1 水稻農(nóng)場(chǎng)與周?chē)坝^關(guān)系的構(gòu)建

由于地處生態(tài)敏感區(qū), 當(dāng)?shù)卣畬?duì)農(nóng)場(chǎng)所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境有較為嚴(yán)格的控制, 因此選址利于建設(shè)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)。盡管項(xiàng)目區(qū)離居民點(diǎn)較近, 但是農(nóng)場(chǎng)與居民點(diǎn)之間有綠化帶或水渠, 可起到緩沖帶的作用。后期通過(guò)嚴(yán)格管理可以最小化農(nóng)場(chǎng)與周邊居民區(qū)的相互影響(圖1)。為了與周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào), 本著功能性、防控污染、生產(chǎn)和生態(tài)協(xié)調(diào)的原則, 在項(xiàng)目區(qū)西側(cè)地塊設(shè)計(jì)了水質(zhì)凈化工程。該工程通過(guò)建設(shè)不同形式的緩沖帶在吸附農(nóng)田流失污染物、提高水網(wǎng)生態(tài)效益的同時(shí), 也可為有益生物提供棲息地, 兼顧保護(hù)生物多樣性并提升景觀美學(xué)效果和休閑游憩功能。具體設(shè)計(jì)的工程內(nèi)容如下: ①河岸凈水植物緩沖帶。由繡線菊(L.)、紫花苜蓿(L.)、千屈菜(L.)、美人蕉(L.)等草本植物與原有喬木、灌木共同組成, 形成喬木、灌木、草本結(jié)合的植物群落, 強(qiáng)化凈水能力, 并兼顧護(hù)坡, 減少水土流失。②溝渠吸附植物緩沖帶。利用紫花苜蓿根莖發(fā)達(dá), 能有效吸附氮元素、且是多年生草本植物的特性, 在排水溝邊界種植以?xún)艋r(nóng)田排水溝水質(zhì)、防控農(nóng)業(yè)面源污染。③植物浮板。在南北向4條河流的下游、最西側(cè)河流中段水泥路橋的附近和其他3條河段的最南端放置植物浮板, 固定于河岸。浮板種植唐菖蒲(Vaniot Houtt)或香蒲(Presl), 利用其對(duì)氮、磷元素有較好吸附效果的特性, 有效改善水質(zhì)。

5.4.2 水稻種植景觀設(shè)計(jì)

1)水稻品種搭配設(shè)計(jì)。根據(jù)作物多樣化的原則, 通過(guò)水稻不同品種的間作, 達(dá)到防治水稻病害、減少或不使用農(nóng)藥的效果。在項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)的水稻種植區(qū)域, 依據(jù)專(zhuān)家和農(nóng)戶(hù)訪談獲取的信息, 選擇當(dāng)?shù)刂髟?、農(nóng)戶(hù)接受度較高的水稻品種‘南粳46’, 該品種米質(zhì)香軟, 但株高較低, 易染稻瘟病。為降低稻瘟病爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn), 設(shè)計(jì)選擇與另一當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)水稻品種‘常優(yōu)粳6號(hào)’間作?！?yōu)粳6號(hào)’對(duì)稻瘟病有一定抗性且兩個(gè)水稻品種生育期基本相同, 播種和收獲時(shí)間類(lèi)似。這兩個(gè)品種間作可以有效防控稻瘟病的發(fā)生。

圖1 水稻生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀建設(shè)方案總平面圖

2)冬季輪作綠肥建設(shè)工程。根據(jù)時(shí)空異質(zhì)性和多功能性原則, 為解決水稻生產(chǎn)過(guò)程中輪作體系不完善和種植制度單一的問(wèn)題, 同時(shí)增加土壤有機(jī)質(zhì)并為天敵提供越冬場(chǎng)所, 在水稻收獲后, 種植冬季生態(tài)景觀綠肥作物十字花科(Brassicaceae)的油菜(L.)和豆科(Leguminosae)的紫云英(L.)。既可以在早春作為景觀植物起到提升景觀美學(xué)效果的作用, 也可以隨后還田作為綠肥以提升土壤肥力、減少稻田對(duì)化肥投入的需求。

5.4.3 有益生物棲息地保護(hù)和重建

有益生物棲息地的設(shè)計(jì)主要利用原有的邊角地、農(nóng)田邊界區(qū)域, 占設(shè)計(jì)區(qū)域(除公路外)總面積約10.5%,達(dá)到生態(tài)用地設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在注重保護(hù)生物多樣性的同時(shí), 也通過(guò)增加植物多樣性, 重建生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)害蟲(chóng)防治, 同時(shí)也兼顧景觀美學(xué)和休閑觀光功能的提升。

1)天敵吸引植物和害蟲(chóng)誘殺植物緩沖帶。為提高農(nóng)場(chǎng)害蟲(chóng)生物防控能力, 降低生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于殺蟲(chóng)劑的依賴(lài)性, 依據(jù)不同生態(tài)防控原理, 設(shè)計(jì)以下植物緩沖帶: ①天敵吸引植物緩沖帶。開(kāi)花植物能為天敵生物提供食物、吸引天敵聚集、增加田間天敵種群數(shù)量, 并降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)農(nóng)藥的依賴(lài)性。根據(jù)這一原理, 沿農(nóng)田中部道路邊界, 利用現(xiàn)有道路邊界、溝渠邊界為主的邊角土地種植開(kāi)花植物吸引天敵, 提升景觀中的害蟲(chóng)生物控制服務(wù)功能。其中在項(xiàng)目區(qū)南北方向和東西方向成框形網(wǎng)絡(luò)種植以波斯菊(Cav.)為主的菊科(Asteraceae)植物天敵吸引緩沖帶, 在項(xiàng)目區(qū)中央沿水泥路從東至西貫穿整個(gè)區(qū)域種植芝麻為主的天敵吸引緩沖帶。②天敵棲息地植物帶。蜘蛛和步甲是稻田生態(tài)系統(tǒng)中重要的天敵生物, 但因遷移能力不足, 易受翻耕、農(nóng)藥使用等農(nóng)事操作的影響, 這類(lèi)天敵生物具有喜歡叢生型草叢和喜在草叢越冬的習(xí)性, 種植叢生性草本植物可以為其提供棲息地和越冬場(chǎng)所, 增加其多樣性。基于這一認(rèn)識(shí), 設(shè)計(jì)地塊間田埂上種植黑麥草(L.)和高羊茅(Keng ex E. Alexeev), 為稻田重要天敵生物蜘蛛和步甲提供棲息地和越冬場(chǎng)所。③害蟲(chóng)誘殺植物帶。一些植物能夠起到吸引或誘殺害蟲(chóng)、從而降低其對(duì)種植作物的危害作用。早先研究顯示, 香根草[(L.) Nash]能夠有效誘集水稻螟蟲(chóng)[二化螟(Walker)和大螟(Walker)]雌成蟲(chóng)在其上集中產(chǎn)卵, 而幼蟲(chóng)在香根草上無(wú)法完成生活史。因此, 香根草對(duì)于水稻螟蟲(chóng)來(lái)講是一種誘殺植物, 可以降低螟蟲(chóng)對(duì)水稻的危害[41]?；谶@一認(rèn)識(shí), 在田埂帶設(shè)置天敵棲息地的同時(shí), 也設(shè)計(jì)每隔一定間距種植香根草, 促進(jìn)綠色防控。

2)自然演替植被保護(hù)區(qū)。農(nóng)場(chǎng)東南部有一片荒草地, 自然演替有當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的農(nóng)田植被物種, 同時(shí)也維持了常見(jiàn)的農(nóng)田節(jié)肢動(dòng)物。在農(nóng)場(chǎng)的設(shè)計(jì)中, 保持了本地塊的原狀, 設(shè)計(jì)不加任何人工干擾, 以利于本土植被和動(dòng)物群落的演替和形成, 推動(dòng)本土生物群落的保護(hù)。

3)有益生物保護(hù)工程。為增加稻田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)有益生物的保護(hù), 為有益生物建設(shè)人工棲息地和生物通道, 設(shè)計(jì)建設(shè)如下有益生物保護(hù)工程: ①傳粉蜂保護(hù)工程。在項(xiàng)目區(qū)中央水泥路兩側(cè)安置人工蜂巢3處, 吸引野生獨(dú)居蜂到農(nóng)田附近定居, 促進(jìn)對(duì)項(xiàng)目區(qū)開(kāi)花植物多樣性的維持。②青蛙、鳥(niǎo)類(lèi)、蝙蝠保護(hù)工程。設(shè)計(jì)人工鳥(niǎo)巢安置點(diǎn)4個(gè), 位于主要道路邊樹(shù)枝上, 間距平均約350 m。蝙蝠巢穴3個(gè), 位于東西兩側(cè)河邊喬木、灌木覆蓋率較高的區(qū)域, 東西間距約800 m。青蛙通道4處, 位于東西兩側(cè)水泥路; 東側(cè)兩處間距360 m, 西側(cè)兩處間距250 m。以降低農(nóng)事操作對(duì)青蛙、鳥(niǎo)類(lèi)和蝙蝠的干擾, 提高蟲(chóng)害防控能力。

5.4.4 其他建設(shè)工程

為增加農(nóng)場(chǎng)的多功能性,依據(jù)多功能性的原則, 農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)還包括以下內(nèi)容:

1)休閑、教育、文化提升工程。在項(xiàng)目區(qū)天敵吸引、天敵棲息地等緩沖帶項(xiàng)目建設(shè)的基礎(chǔ)上, 增加向日葵(L.)景觀植物帶和以開(kāi)花草本植物為主的道路景觀植物帶, 設(shè)計(jì)車(chē)行觀光路線和步行觀光線各2條, 貫穿主要景點(diǎn), 以提升項(xiàng)目區(qū)景觀效果, 并方便農(nóng)場(chǎng)開(kāi)展以農(nóng)事體驗(yàn)為主的休閑觀光活動(dòng)和以介紹生態(tài)農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)理念及生物多樣性保護(hù)措施為主的科普教育活動(dòng), 通過(guò)與當(dāng)?shù)仄渌l(xiāng)村旅游活動(dòng)的對(duì)接, 提高生態(tài)農(nóng)場(chǎng)綜合效益。

2)特色“社區(qū)菜園”景觀設(shè)計(jì)。為協(xié)調(diào)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)建設(shè)與周?chē)用竦年P(guān)系, 滿(mǎn)足當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)土地的眷念情結(jié), 同時(shí)避免隨意開(kāi)墾種植帶來(lái)的負(fù)面影響, 將農(nóng)場(chǎng)中不適宜種植水稻的農(nóng)田邊界區(qū)域經(jīng)設(shè)計(jì)后部分交由當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)以“社區(qū)菜園”的形式種植。該設(shè)計(jì)為農(nóng)戶(hù)提供多樣性的、非集約化的作物種植模式。菜園種植自愿參與且不收取地租, 但要求農(nóng)戶(hù)按照農(nóng)場(chǎng)相關(guān)施肥和用藥要求進(jìn)行生態(tài)化管護(hù)。

3)鄉(xiāng)土半自然要素保留工程。鑒于項(xiàng)目區(qū)仍少量保留的土路和砂石路是傳統(tǒng)的鄉(xiāng)土景觀, 體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)村特色, 同時(shí)在生態(tài)功能方面也優(yōu)于完全硬質(zhì)鋪裝的道路。為能夠更好地維持生物多樣性、吸附農(nóng)田污染物、利于雨水的截留和下滲, 設(shè)計(jì)對(duì)土路和砂石路進(jìn)行保留, 不作額外的建設(shè)。

6 討論與展望

將生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整合到農(nóng)業(yè)景觀設(shè)計(jì)中已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[7,16]。隨著公眾對(duì)良好生態(tài)環(huán)境和優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品需求的增加, 以及城市化背景下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型, 規(guī)?；鷳B(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展成為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。在此情況下, 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)必然成為農(nóng)場(chǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容和方向。

過(guò)去幾十年間, 景觀生態(tài)學(xué)關(guān)于格局和生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的研究為生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀建設(shè)提供了有益的指導(dǎo)和參考。但是目前在項(xiàng)目實(shí)踐和設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的并不多[42]。Nassauer等[18]也提出景觀生態(tài)學(xué)范式應(yīng)該向“格局-過(guò)程-設(shè)計(jì)”發(fā)展, 強(qiáng)調(diào)科學(xué)家和實(shí)踐者應(yīng)該加強(qiáng)合作, 消除景觀生態(tài)學(xué)和設(shè)計(jì)之間的差距, 推動(dòng)景觀生態(tài)學(xué)在實(shí)踐中的應(yīng)用。

本研究在綜述相關(guān)理論和研究的基礎(chǔ)上, 對(duì)將生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整合的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)的原則和一般方法、內(nèi)容進(jìn)行了歸納總結(jié), 并結(jié)合實(shí)際案例介紹了這些指導(dǎo)原則在實(shí)踐中的應(yīng)用, 以期為目前國(guó)內(nèi)正在興起的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)建設(shè)提供參考和借鑒。但是更好地推動(dòng)將生物多樣性整合到生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中、并最終推動(dòng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展仍然有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步解決, 這包括:

1)深入認(rèn)識(shí)和理解農(nóng)業(yè)景觀生物物種多樣性及其生態(tài)功能。盡管以往的生物多樣性保護(hù)更多強(qiáng)調(diào)自然用地的保護(hù), 但是農(nóng)業(yè)用地作為重要的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型, 也是陸地生物的重要生境, 維持了相當(dāng)比例生物多樣性, 甚至是瀕危生物[19], 對(duì)于農(nóng)田生物多樣性的保護(hù)也關(guān)系到全球生物多樣性保護(hù)事業(yè)的成敗。但目前人類(lèi)對(duì)農(nóng)業(yè)景觀生物及其功能, 尤其是節(jié)肢動(dòng)物、微生物等體型微小、物種繁多的生物及其功能認(rèn)識(shí)仍然不足, 加強(qiáng)這方面的基礎(chǔ)研究仍然任重道遠(yuǎn)。

2)深入認(rèn)識(shí)和理解景觀和生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和收益之間的關(guān)系。雖然將生物多樣性和生態(tài)服務(wù)整合到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛重視,但這一策略的推動(dòng)還需要農(nóng)戶(hù)的參與和認(rèn)可。盡管已有相關(guān)的成功案例報(bào)道[43], 但是目前真正考慮農(nóng)戶(hù)所關(guān)注的經(jīng)濟(jì)效益的相關(guān)指標(biāo)研究并不多, 如何推動(dòng)生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升的景觀管理與農(nóng)戶(hù)收益的直接聯(lián)系, 是這一措施能否最終得以推動(dòng)的關(guān)鍵, 亟需相關(guān)研究和探索[44]。

3)針對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和景觀建設(shè)的需要, 研究開(kāi)發(fā)有利于促進(jìn)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能植物或植物組合。如篩選能夠趨避、吸引或促進(jìn)某類(lèi)害蟲(chóng)防控的植物或植物組合[38], 研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升的景觀配置模式[25]。

4)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整合到生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的設(shè)計(jì)中, 不僅是促進(jìn)農(nóng)場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展, 也是為全社會(huì)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。隨著城市化進(jìn)程加快、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口減少, 生態(tài)農(nóng)場(chǎng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體, 整合了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)設(shè)計(jì)的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)勢(shì)必在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給中發(fā)揮重要作用。研究揭示生態(tài)農(nóng)場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值及其對(duì)全社會(huì)的貢獻(xiàn), 制定鼓勵(lì)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)生物多樣性保護(hù)的激勵(lì)政策和補(bǔ)貼機(jī)制[45-46]也是推動(dòng)這一措施實(shí)施的重要保障。

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Preliminary study on landscape design of ecological farms based on biodiversity and ecosystem service*

GONG Cheng1, LIU Yunhui1,2**, MAN Jiyong1, QIAO Yuhui1,2, LI Ji1,2

(1. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. Beijing Key Laboratory of Biodiversity and Organic Farming, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

With increasing demands for organic, environmentally friendly, and higher quality foods, ecological farms have flourished in China in recent years. Establishing ecological farms and meeting sustainable food production goals relies heavily on protecting biodiversity and harnessing biodiversity associated ecosystem services. We reviewedthe demand and development of ecological farms, established the biodiversity implications, and assessed the relationships between landscape structure, biodiversity, and ecological services as well as the application of landscape design. We proposed general principles for ecological farms design and suggested three aspects to include relationship between farms and surrounding landscapes: designing planting system, protecting and reconstructing beneficial habitats. These principles were demonstrated as a case study on an ecological rice farm in southern China, where landscape ecology principles were applied to the design of off-farm habitats. Water purification and pest control were the primary ecosystem services. Therefore, a variety of plant strips were designed to support sustainable agriculture and enhance the biodiversity and ornamental value of the farm. To better integrate biodiversity and ecological farm construction, an in-depth understanding of the relationships between biodiversity and ecosystem services, agricultural production and income, and functional plants (that promote biodiversity) are required. Additionally, an ecological compensation policy to encourage biodiversity conservation in ecological farming should be considered. Our study provides general principles and empirical evidence for the integration of biodiversity and ecosystem services into ecological farm design, which promotes an ecological civilization.

Biodiversity; Ecosystem service; Ecological agriculture; Ecological farm; Landscape construction; Principles of landscape design

Q149

10.13930/j.cnki.cjea.200068

弓成, 劉云慧, 滿(mǎn)吉勇, 喬玉輝, 李季. 基于生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)農(nóng)場(chǎng)景觀設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2020, 28(10): 1499-1508

GONG C, LIU Y H, MAN J Y, QIAO Y H, LI J. Preliminary study on landscape design of ecological farms based on biodiversity and ecosystem service[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(10): 1499-1508

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFC0507203)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(2019TC131)資助

劉云慧, 主要研究方向?yàn)榫坝^生態(tài)與生物多樣性。E-mail: liuyh@cau.edu.cn

弓成, 主要研究方向?yàn)榫坝^生態(tài)與景觀規(guī)劃。E-mail: gc@cau.edu.cn

2020-02-04

2020-05-26

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2018YFC0507203) and the Chinese Universities Scientific Fund (2019TC131).

, E-mail: liuyh@cau.edu.cn

Feb. 4, 2020;

May 26, 2020