農田生態系統是指人類在以作物為中心的農田中，利用生物和非生物環境之間以及生物種群之間的相互關係，通過合理的生態結構和高效生態機能，進行能量轉化和物質循環，並按人類社會需要進行物質生產的綜合體。它是農業生態系統中的一個主要亞系統，是一種被人類馴化了的生態系統。農田生態系統不僅受自然規律的制約，還受人類活動的影響；不僅受自然生態規律的支配，還受社會經濟規律的支配。
基本介紹
- 中文名：農田生態系統
- 外文名：Farmland ecosystem
- 套用學科：環境科學
- 適用領域範圍：農業管理
- 組分：生物與環境
- 功能：能量流、物質流等
農田生態系統的組分,生物組分,環境組分,農田生態系統的基本結構,時間結構,空間結構,營養結構,農田生態系統的功能,能量流,物質流,信息流,價值流,農田生態系統的現狀,農田生態系統與水土流失,農田生態系統與環境污染,農田生態系統與能源,
農田生態系統的組分
與自然生態系統一樣，農田生態系統也包括生物與環境兩大組分。與自然生態系統不同的是，農田生態系統的兩大組分都受人為的支配和干預。
生物組分
農田生態系統的生物，按功能區分可以分成以綠色作物為主的生產者，以動物為主的大型消費者和以微生物為主的小型消費者。然而在農田生態系統中，占據主要地位的生物是經過人工馴化的農作物、人工林木等，其次是一些人工放養於農田的某些動物，以及與這些農業生物關係密切的生物種群，如專食性害蟲、寄生蟲、根瘤菌等。由於人類有目的地選擇與控制，其他的生物種類和數目一般較少，生物多樣性顯著低於同一地區的自然生態系統。
環境組分
農田生態系統的環境組分包括自然環境組分和人工環境組分兩部分。自然環境組分是從自然生態系統中繼承下來的部分，但都不同程度地受到人類的調節與控制，如作物群體內的溫度、光照、土壤的理化特性等。人工環境組分主要指對農田生態系統的各種社會資源的投入。如施肥、灌溉、防治病蟲害、設施栽培等。人工環境組分是自然生態系統中不存在的，通常以間接的方式對生物施加影響。
農田生態系統的基本結構
時間結構
隨著季節變化而種植不同作物形成的結構，稱為農田生態系統的時間結構。在農田生態系統中時間結構反映各物種在時間上的相互關係，同時也反映每個物種所占的時間位置。如農田生物類群有不同的生長發育階段、生態類型和季節分布類型，適應不同季節的作物按人類需求可以實行複種、套作或輪作，占據不同的生長季節，這是當前產業中提高複種指數的有效手段之一。
空間結構
空間結構是指農田生態系統中各個組成成分的空間配置，又分為水平結構與垂直結構。
A 水平結構：是指一定區域內，水平方向上各種農田生物類群的組合與分布，亦即由農田中多種類型的景觀單元所組成的農田景觀結構。在水平方向上，常因地理原因而形成環境因子的緯向梯度或經向梯度，如溫度的緯向梯度、濕度的經向梯度，農田生物會因為自然和社會條件在水平方向的差異而形成帶狀分布、同心圓式分布或塊狀鑲嵌分布。如農田生產中採用的間作、套種就是典型的水平結構。
B 垂直結構：是指農田生物類群在同一土地單元內，垂直空間上的組合與分布。在垂直方向上，環境因子因地理高度、水體深度、土壤深度和生物群落高度而產生相應的垂直梯度，如溫度的高度梯度、光照的水深梯度，農田生物也因適應環境的垂直變化而形成立體結構。在農業生產上，人們利用生物在形態上、生態上、生理上的不同而創建複合群體，實行高矮相間的立體種植或深淺結合的立體養殖，以及種養結合的立體種養方式，形成了多種多樣的人工立體結構。
營養結構
又稱食物鏈結構，是指農田生物以營養為紐帶而形成的若干條鏈狀營養結構。在農田生
態系統中，營養結構反映各種生物在營養上的相互關係，同時也反映每一種生物所占的營養位置。農田生態系統不僅具有與自然生態系統相同的輸入、輸出途徑，還有人類有意識的輸入和強化了的輸出。有時，人類為了擴大農田生態系統的生產力和經濟效益，常採用食物鏈“加環”來改造營養結構；為了防止有害物質沿食物鏈富集而危害人類的健康與生存，而採用食物鏈“解鏈”法中斷食物鏈與人類的連線從而減少對人類的健康危害。
農田生態系統的功能
農田生態系統通過由生物與環境構成的有序結構，可以把環境中的能量、物質、信息和價值資源，轉變成人類需要的產品。農田生態系統具有能量轉換功能、物質轉換功能、信息轉換功能和價值轉換功能，在這種轉換之中形成相應的能量流、物質流、信息流和價值流。
能量流
農田生態系統不但可利用太陽能和其他能源，如風能、水勢能等，並可通過食物鏈在生物間進行傳遞，形成能量流。為提高生產力，農田生態系統還可利用人力和畜力，以及機械作業中的煤、石油等礦物提供的能量為動力而進行的農機生產、化肥和農藥生產、田間排灌、栽培操作等。從而形成輔助能量流。
物質流
以各種化學元素為基礎的物質，如氮、磷、鉀、碳、氧、氫等，在農田生態系統中被轉換到不同形態的分子中，傳遞到不同的組分里，形成連續的物質流。農田生態系統物質流中的物質不但有天然元素和化合物，而且有大量人工合成的化合物。
信息流
每個信息過程都包括產生、傳送和接收三個環節。多個信息過程相連就使系統形成信息網。當信息在信息網中不斷被轉換和傳遞時，就形成了信息流。自然生態系統中，生物體通過產生和接收形、聲、色、氣、味、壓、磁、電等信號，並以氣體、土體、水體為介質，頻繁地轉換和傳遞信息，形成一個無形的信息網。與自然生態系統一樣，農田生態系統中也有這種信息網存在。
與自然生態系統不同的是，調節農田生態系統的生產者，不但要利用自然信息，還需要利用各種社會信息；不但靠自然過程獲得信息，也靠社會渠道(如廣播、電視、出版物、計算機網路等)獲取信息，從而形成一個有形的人工信息網。
價值流
價值可在農田生態系統中轉換成不同的形式，並且可以在不同的組分間轉移。以實物形態存在的農業生產資料的價值，在人類勞動的參與下，轉變成生產形態的價值，最後以增值了的產品價值形態出現。價格是價值的表現形式，以價格計算的資金流是價值流的外在表現。
農田生態系統的能量流、物質流、信息流和價值流之間相互交織。能量、信息和價值依附於一定的物質形態。物質流、信息流和價值流都要依賴能量的驅動。信息流在較高的層次調節著物質流、能量流和價值流。與人類利益或需求發生關係的物質流、能量流和信息流都與價值變化和轉移相聯繫。
農田生態系統的現狀
目前，我國農田大量使用化肥、農藥，對土壤有益的有機肥已很少使用，使土壤有機質含量不斷下降。與此同時，糧食產量對化肥的依賴性越來越大，一旦沒有化肥，糧食產量必定下降，即使新出現的優良品種也普遍耗水、耗肥。此外，由於工業發展，農田生態系統嚴重污染，威脅著系統內的所有生物，如我國糧食主產區淮河、長江水域的污染，已對周圍生態系統造成極大損害，將來肯定會影響到糧食質量和產量。系統內廢棄物資源化也還沒有做到，“秸稈還田”雖提倡多年，但各地少有實行。
農田生態系統提供著全世界66%的糧食供給，因其具有這種巨大的服務功能價值，才構成人類社會存在和發展的基礎。但人類在利用其服務功能的同時，又通過非持續的發展方式導致農田生態系統以史無前例的速度退化，在過去，世界範圍內40%的農業用地出現退化(如我國糧食生產基地的東北地區，土壤黑土層的不斷喪失)，這不但削弱了農田生態系統提供服務功能的能力，更引發了一系列的環境和生態安全問題，威脅到人類社會的發展。所以，可持續地利用農田生態系統服務功能已受到廣泛關注。只有對農田生態系統服務功能、調控機制和驅動力進行深入研究，才能從根本上深刻理解、科學評價、合理調控，才能實現農田生態系統服務功能的可持續性，為人類的生存和社會的可持續發展提供基本保障。
農田生態系統與水土流失
農業與水分和土壤，是屬於依存關係的範疇。如果沒有充足的水源和肥沃的土壤，農業的建立和發展是困難的。這既是農業經濟問題，又是自然生態問題(即農業生態經濟問題和研究兩方面的關係)。水土流失問題，在國際上認為是當代社會面臨的主要環境問題之一，而且是世界上的第四危機(即土壤危機)，在我國也不例外地存在這個問題。我國目前的現狀是：我國人均徑流量為2 700m3，不及世界人均徑流量的1/4(世界人均徑流量為12 900m3)。北方15個市每天缺水300×104t，京津地區已經達到極為緊張的程度。同時，全國水域污染也非常嚴重，每天排出污水約1×108t，大部分未經處理而直接排放，全國27條主要河流均已受到不同程度的污染，其中17條河流已經受到嚴重污染。另外，我國地下水資源已經大量的開發利用，這是由於地表水資源的不足和管理不善所引起的。此外，還有41個城市的地下水已經受到污染，有害物質的含量已經超過飲用水標準。更突出的是我國在用水方面，最大的是農業用水，其次是工業用水，最少的是生活用水。所以農業與水的矛盾最大，水田灌溉方式和旱地速溉方式(噴灌和滴灌等)都是值得研究的重要課題。同時，我國的水利設施(如水庫)，已經有20%失去了效益。我國水土流失量也是世界最大的國家之一，據計算為每年56×108t(這是早年的數據，目前有的估算已達100×108t)，水土流失面積達150×104km2；印度每年為70×108～75×108t，美國每年為40×108～45×108t。如我國僅以每年50×108t計算，約占世界總流失量240×108t的1/5(黃河每年流失量為16×108t，長江每年流失量為6×108t)。所流失的養分換算成化肥為每年4 000×104 t，相當於全國化肥的年產量(按商品量計)。
上述情況的出現，是和各種類型景觀遭到長期和嚴重破壞的後果分不開的。首先森林生態系統遭受破壞，助長了水土流失的速度、面積和過程。其次，草原生態系統的退化、沙化和鹼化，沼澤生態系統和荒原生態系統的亂墾濫開等，都導致了生態平衡的失調和破壞。
農田生態系統與環境污染
環境污染和水土流失一樣，也是國際社會所面臨的主要環境問題之一。對於環境影響最深刻和最嚴重的是人口的增長與工農業的發展。而我國則是兼而有之(人口增長一般是在工農業生產比較落後的國家，工農業發展一般是在已開發國家)。同時，我國還是一個歷史悠久，具有光輝燦爛文化的文明古國，對於自然界的干擾和破壞，也是比較嚴重的和長期的。加之近期來，用擴大耕地增加糧食產量，來解決人口迅速增長的困難。所以就大量的毀林開荒、毀草種地、圍湖造田，這樣更加劇了我國森林、草原、水域和土壤資源的破壞，使我國森林、草原、農田和水域等生態系統的合理分布和平衡狀態日益惡化。其結果是資源負荷量下降，在生產和產品兩方面，顯著減少。維護正常食物鏈的能力降低，嚴重影響生態平衡，加劇了惡性循環的局面。環境污染對於農業生產的影響是全面的，污染了的大氣、水域和土壤，都能直接影響農作物的生長發育過程。因為大氣直接影響作物的光合作用與呼吸作用。水分則由於灌溉而直接被作物所吸收：土壤又是作物生長的場所。
農田生態系統與能源
能源不足是世界性的問題，我國也不例外，國家有所不同。但是我國的能源問題，畢竟與國外的其他國家有所不同。我國有8億多農民，據統計，農村每年燒掉3×108t秸稈，7 000×104m3的木材，這相當於每年損失尿素600×104t，磷肥600×104t，造成農業生態的很大破壞，並在農業生態經濟方面造成嚴重的損失。根據美國國家科學院對“薪炭林”的估算，在開發中國家有80%的木材被當作薪材。據云南省和西雙版納州的估算，也有67%的木材被當作薪材。在我國的西北地區，由於森林和其他植被遭到長期的破壞，又無其他能源加以調劑，由於燃料的缺乏，有的農民每天只吃兩頓飯，而且兩餐同時烹煮成。
我國的能源問題，除工業與城市的電力、石油和煤等是極為重要的和亟待解決的問題外；農村能源也是非常重要的，因為它是關係到農民的生活和生產問題。解決農村能源應該是綜合的、多種形式的和因地制宜的，如薪炭林、沼氣、小水電和其他生態能源(如太陽能、風能等)，絕不能用單一的方式來解決問題。
