生態學的分支學科。生產生態學是研究農田、土壤和作物水平上的物理、化學、生理和生態過程中基本信息的綜合，以解釋說明農業生產系統的功能。
基本介紹
- 中文名：生產生態學
- 外文名：production ecology
介紹,方法論體系,實踐套用價值,
介紹
生產生態學主要探討生長因素和投入的相對重要性，解釋實際產量水平和資源利用效率，分析潛在產量水平與實際產量水平的差異，提出改進的途徑。同時可為從作物、農場和區域水平評價生產技術對生態、經濟或農業目標的影響提供新的依據，也可為探索持續農業生產系統的新技術提供途徑。因此，生產生態學是連線基礎科學和套用科學的橋樑，它把生物環境與社會經濟科學結合起來。在綜合分類基礎上，生產生態學是不同學科的綜合。
投入、產出和聚集體水平
從生產生態學的角度，投入劃分為不可替代投入和可替代投入。不可替代投入（有時稱之為一級投入）是指種子、肥料和水，通常為植物吸收或轉化形成生物量，是植物生長和代謝所必需的投入。可替代投入（有時稱之為二級投入）是指未結合到植物體中，一定程度上可相互替代的，如人力、機械和殺蟲（除草）劑等。其中，除草劑可以利用機械和人工除草替代。
產出也可劃分為一級產出（如作物的產量或其中一部分）和二級產出（如向環境散發的物質，這些散發的物質包括養分的損失以及積累在土壤中的殺蟲劑等）。投入和產出均以貨幣形式表示。此外，投入也可以單位面積或每單位一級投入來表示，後者多數情況稱之為資源利用效率。物質散發同樣可以單位面積、每單位一級產出或每單位投入來表示。
聚集體水平是指小區、作物、農田、種植體系、輪作制、農場和區域，根據研究的規模和層面而定。對不同的聚集體水平，可以分析和產生不同的信息。
生產水平一一單位面積的一級產出
生產水平是指單位面積的一級產出水平（Rabbmge，1993）。根據生長限定因素、生長限制因素和生長降低因素的概念，明確地把生產水平分為3種，即潛在生產水平、可達到的生產水平和實際生產水平。
生長限定因素是指在所有投入都處於最佳供應的情況下，決定生長潛力和潛在生產水平的因素。如與植株的生理和物候學有關的植物特性及由緯度，季節和生產時間決定的溫度、太陽輻射等。
生長限制因素是指必要的非生物的資源如水分和養分等，當這些因子供應有限時，引起植物生長速率的降低。
生長降低因素是指生物因素如雜草、病蟲害及非生物因素如污染物等，這些因素降低或阻礙生長。
生產的客觀環境
客觀環境是指：①氣候因素：溫度、輻射水平和濕度；②影響投入吸收效率的土壤特性、如保水特性、土壤深度、質地結構、pH值、有機質含量等；③影響作物活性的非生物因素，如部分厭氧條件，空氣染污物等。因此客觀環境很難操縱，且影響潛在生產水平和實現特定生產水平所需的投入。從短期角度看，作物生育不能影響客觀環境，而優越的客觀環境可定義為使投入更有效地利用，即產投比高。因此，相同或較低的投入水平，在水分、養分限制條件下，良好優越的客觀環境的實際生產水平要高於差的客觀環境的實際產量。
定向指標探討一一最佳投入實現特定的產出
定向指標的探討，可以較好地調整投入以實現一定客觀環境條件下的特定產量水平。例如，在特定的客觀環境和作物輪作條件下，來計算實現某種作物一定產量水平所需的水分、養分和其它投入。在此體系下，投入的量是基於有關作物生長的物理、化學、生理和生態過程中的需要，同時要綜合考慮這些投入，因為各種投入是互作的；而投入的最佳組合則取決於生產的目標。
定向指標的探討是一種工程性的探討，它不同於計量經濟學方面的探討，在計量經濟學中，投入產出的結合與生產功能的確立主要依賴於實踐、統計或推斷。因此定向指標的套用可以把我們從過去那種過分依賴於統計、趨勢或經驗分析來預測未來的做法中解放出來。
生產技術一一一整套農藝投入
為在一定的客觀環境下實現特定的生產水平，我們需要各種投入，例如增產和保產的投入如灌溉、養分和殺蟲劑。這些投入及投入的方式決定了生產技術的特點。由於某些投入可以互相替代（如人力、機械、殺蟲劑等），因此，在一定的客觀環境下的特定生產水平可以通過各種生產技術實現。這樣，生產的目標決定著最佳的生產技術。在生產生態學中，對於生產技術描述的詳細程度因研究的層面、水平、規模和目標而異，如在區域水平上研究要求的詳細程度遠比農場水平的要粗略得多，過分細緻的研究就顯得不那么重要了。
生產活動一一完全由投入
生產活動定義為在特定客觀環境下，完全由投入一一產出所決定的作物栽培或輪作，投入產出則完全由生產技術和客觀環境所決定。當某種特定的生產技術套用於兩種不同的客觀環境下，產出水平就會不同，這樣即可分辯出兩種不同的生產活動。
生產方向一一指導投入產出
為了系統地探討土地利用的新途徑，生產生態學引入指導產出和投入水平的概念，即生產方向，在特定客觀環境下，生產目標包括土地生產力高（即高生產水平）、經濟收入高、資源利用效率高（產出/投入比高）、單位產品散發量低、單位面積散發量低和無化學投入（即無化肥和殺蟲劑）等。如果生產的基本目標是土地生產力高，那么向潛在生產水平發展即是最終目標，這樣就可確定實現這一目標的生產技術。如果主要目標是不套用化學物質（如環境保護的需要），則在其它投入定量以前，要確定產量水平。
生產方向涉及到廣泛的價值驅動目標，除了與農業生產過程直接相關的目標以外，也要顧及景觀保持和就業維持等目標，這還涉及社會學問題。
方法論體系
依其研究尺度從大到小包括4個方面
（1）可持續的生產和保護體系：在建立多功能土地利用和保護體系的框架內，通過設計、管理和最佳化各等級的農業生產系統，使後者實現真正的高產、優質和可持續。
（2）作物生產和植被發育：闡明作物產量、質量形成的物理、化學、生理過程和決定因子，即植物生產的原理，然後研製綜合的技術調節方向，也是對傳統作物栽培學與耕作學的拓展和深化。作物產量、質量的形成因素很多，可以分為3個層次：
一是作物生長決定因子，包括特定的環境變數如溫度、太陽輻射和作物品種的屬性等，這些因素決定作物生長的潛力，而潛力生長能否實現，還受其他因素的制約；
二是生長限制因子，一般包括一些可變（調節）的非生物資源如水分、養分等，當這些因子供應不足時（自然的和人為的原因），成為制約作物生長潛力的限制因子，其最終結果稱為可達到的生長；
三是生長損耗因子，即生長阻礙因素，包括病蟲草鼠害因素以及人為排放的各種污染物質，這可通過植物保護和環境治理措施得到一定的挽回.
（3）遺傳資源與多樣性利用：改變傳統作物遺傳育種學圍繞單一目標（產量）而過度利用單一遺傳資源、單一性狀的循環，樹立作物種質資源的保護和可持續利用的意識，立足多樣性的遺傳和基因資源，挖掘和利用豐富的“綠色基因”資源，當然也不排除利用現代基因工程的轉化技術。但要把轉基因生物（GMO）的研究和套用放在全球安全的視野下進行，把研究範圍拓展到GMO生態安全的領域中。這樣可以實現傳統農田生態系統的植物農作，到農田生態系統上可種植作物、藥物和能源（作物）的分子農作的轉變。
（4）生物脅迫、有害生物互作及其管理：不僅僅利用多樣性的作物遺傳和基因資源,更把特定農業生態系統內的各類生物之間及其與等級生境之間的互作用，如昆蟲之間、植物之間和動植物之間的營養和生存依賴關係納入利用和管理框架中，最佳化農業生產體系，減少對系統外的無機能源如化肥、殺蟲劑、飼料等的依賴，形成可持續的作物保護體系，促進農業生物生產潛力的實現。
實踐套用價值
產量決定因素和提高產量的措施
生產生態學首先強調生產的客觀環境，認為產投比的高低與所處的地理位置緊密相關，作物的生產水平因不同區域的客觀環境而異，這就為科學地評價生產水平的高低奠定了基礎，圖1形象地表述了在相同條件下，不同客觀環境可能達到的生產水平。而在相同的客觀環境下，生產生態學為生產者和研究者如何挖掘潛在生產水平、怎樣獲得可達到的生產水平、如何保持實際生產水平指明了方向（圖2）。生產生態學認為①潛在生產水平由生長限定因素決定，只有當作物得到最適宜的水分和養分，光合輻射、溫度和作物的特性得到充分發揮利用，且可以完全抵禦生長降低因素影響時，才能實現潛在生產水平；②在水分和養分供應受到限制時，產量水平要低於潛在水平，稱之為可達到的生產水平；③實際的生產水平由水分、養分供應狀況以及作物抵禦生長降低因素或避免這些因素影響的程度決定；④實際產量水平可通過保護產量及提高產量的措施等，來獲得可達到的產量；⑤提高產量的措施與不可替代的投入如水分、養分有關，而保護產量的措施一定的程度上是可替代的投入；⑥在特定的區域和品種情況下，生長限定因素及潛在生產水平只間接受到育種和管理措施如播期和株距的影響。
探討持續農業的技術途徑
持續發展是帶有生態、技術和社會經濟範疇的概念，此概念的實施受到環境承載力和社會彈性等不確定性及風險性的阻礙。由於涉及各種範疇和各種不確定性，因此，人為地按著主觀確定的持續發展方向努力可能性很小。為使決策者對持續發展問題具有可操作性，就要對各種範疇之間的目標，做出明確的具有價值驅動的優先選擇
生產生態學能鑑別那些貢獻於各種目標的決定持續發展的生產體系的生產活動。對於任一與土地持續利用有關的目標，在強調生產方向的基礎上，注重生產活動的定量化，並形成最佳化模型。通過對特定的土地持續利用相關目標的最佳化，提出土地利用方式或途徑，為不同聚集體水平的決策者或經營者提供信息。
在探討土地持續利用的生產活動定量化時，生產生態學注重時間層位和聚集體水平。時間層次決定是否最好的技術措施的套用；聚集體水平則規劃土地利用體系。在研究短期的時間層位時，把現有的知識和技術全部最佳化並套用是不現實的；而目的在於發展途徑和長期發展可能性的研究時，必須套用最好的技術措施。對於農場水平，用於生產活動定量化的適宜聚集體通常是作物，而對於區域水平，適宜的聚集體水平則是作物輪作。它要求根據農業、社會一一經濟或生態目標來確定作物輪作體系。生產生態學在探討農業持續發展技術途徑的最重要的特點是：一是把生物一一環境和農業的可能性明確分開，並進行系統分析；二是把價值驅動目標和限制因子分離，對土地利用途徑進行選擇。
