陇东黄土高原作物—家畜综合系统能量与物质平衡特征

论文摘要

陇东黄土高原位于黄土高原核心地带向北方畜牧区的过渡地带,是我国农牧交错带中的“交错带”,属于典型的雨养型作物-家畜综合生产系统,生态环境恶化和人民生活贫困是当地农业系统面临的最大问题,与农业系统的结构与功能密切相关。本研究沿陇东黄土高原南北降水带,选择3个典型的作物-家畜综合系统,从北到南依次为北部、中部和南部。通过田间试验与农户调查访问相结合的方法,研究农业系统的能量、经济和物质平衡特征,包括各生产子系统与综合系统的能量和经济的投入、产出,能量利用效率、经济效益,水分与有机碳平衡特征,以期阐明陇东黄土高原农业系统的结构与功能特征。结果表明:1.北部农业系统主要作物是荞麦、马铃薯和苜蓿,三者种植面积可达作物播种总面积的72.05-84.91%。中部农业系统作物种类较丰富,以冬小麦、荞麦、马铃薯、玉米、糜子为主,播种面积占56.77-63.02%。南部农业系统以冬小麦、玉米和果树为主,占作物播种总面积的74.7-86.29%。种植结构从南到北呈有规律的变化。研究期间,主要作物种植比例年际间差异不显著（p＞0.05）。家畜由北向南随降水和地形有规律的变化,养殖量逐渐减少。主要畜力,北部是驴,中部和南部是牛。北部和中部山羊多于绵羊,南部绵羊居多。2.三个综合系统的作物生产的能量投入,苜蓿以人力为主,占66.6-91.2%,平均78.9%,其他作物均以化肥为主,占84.0-97.5%,平均90.8%。北部和中部农业系统受降水影响较大,能量投入和产出年际间差异显著,但能量的投入结构差异不显著。以能量产出/投入之比表征的利用效率,3个区域苜蓿显著高于其他作物,北部农业系统的马铃薯、中部农业系统的苜蓿除外,2个农业系统的其他作物和南部农业系统的果树均小于1,主要原因是肥料投入大。中部作物生产子系统总的能量利用效率小于1,南部农业系统则最大。家畜生产子系统的能量投入,南部最大;能量利用效率,除中部2006年,其余均小于1,主要原因是投入肥料多,能量大,加之受降水影响,产出少。作物—家畜综合系统能量的投入与产出总量均以南部最大,2006年和2007年能量利用效率最高的综合系统分别是南部和中部,中部农业系统受降水影响较大,而2006年较干旱,2007年降水较为充沛。以能量产出与投入差值表征的能量效益与降水正相关,南部最高,北部最少。3.经济投入,苜蓿主要是种子,果树以套袋的投入最大,肥料次之,其余作物均以化肥为主,约占51.7-88.0%,平均69.85%。2006年和2007年3个区域资金投入最多的分别是马铃薯（北部）、玉米（中部）、果树（南部）;各个系统不同年份的资金投入,均以苜蓿最少,约￥12/ha-￥15/ha。经济产出最多的作物,北部农业系统2006年和2007年都是马铃薯;中部农业系统2006年是玉米,但2007年是苜蓿;南部是果树。以经济产出与投入比值表征的资金利用效率,3个农业系统均以苜蓿最高,且与降水正相关,即南部＞中部＞北部;冬小麦和果树的资金利用效率最低。以经济产出与经济投入的差值表征经济效益,马铃薯（北部）、玉米（中部2006）、苜蓿（中部2007）、果树（南部）分别最高。作物生产子系统的资金投入、产出与纯收益,南部显著大于北部和中部,但资金利用效率北部显著高于中部和南部。综合系统的经济投入、产出和纯收益均以南部最大。北部的资金利用效率最高。4.小麦收获后的土壤含水量比播种前减少约40-50%。2007年,苜蓿地土壤含水量9月第2次收割后比7月第1次显著升高,主要原因可能是7-9月是黄土高原的降水集中季节。中部农业系统土壤水分的垂直分布较北部农业系统的变化幅度平缓,但北部农业系统土壤水分高于中部。2007年7月,土壤水分最高的作物分别是北部糜子、中部荞麦和南部苜蓿;作物系统整体土壤水分,南部最高。5.除苜蓿和天然草地外,其它作物地的有机碳密度均为南部＞中部＞北部,苜蓿地依次为南部＞北部＞中部,天然草地则为中部＞南部＞北部。南部作物生产系统的有机碳密度分别是中部和北部的1.23和1.79倍。通过研究结果可以分析黄土高原农业系统的结构与功能,揭示作物生产与家畜生产的互作机制及其系统地位,有助于了解农牧交错带形成的机制,进而为黄土高原以及农牧交错带农业结构优化调整提供理论依据和技术支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 第二章 国内外研究进展
• 1 作物-家畜综合系统的概念
• 2 作物-家畜系统中各因子的作用
• 2.1 土壤在综合中的作用
• 2.2 作物在综合系统中的作用
• 2.3 家畜在综合系统中的作用
• 3 能量分析在综合系统中的应用
• 3.1 农田生态系统的能量分析
• 3.2 家畜系统的能量分析
• 3.3 作物-家畜系统的能量分析
• 4 物质平衡分析在综合系统中的应用
• 4.1 有机碳平衡
• 4.2 水分平衡
• 第三章 材料与方法
• 1 研究区概况
• 1.1 自然概况
• 2 研究区的设置
• 2.1 研究区设置
• 2.2 农业系统调查
• 2.3 数据分析
• 2.4 统计分析
• 第四章 结果与分析
• 1 作物-家畜综合系统结构
• 1.1 作物-家畜互作模式
• 1.2 作物种植结构
• 1.3 家畜生产结构
• 2 能量平衡特征
• 2.1 作物生产的能量平衡分析
• 2.2 作物生产子系统
• 2.3 家畜生产子系统
• 2.4 作物-家畜综合生产系统
• 3 经济效益分析
• 3.1 作物生产
• 3.2 作物生产子系统
• 3.3 家畜生产子系统
• 3.4 作物-家畜综合生产系统
• 4 物质平衡分析
• 4.1 水分动态分布特征
• 4.2 有机碳
• 第五章 讨论
• 1 农业决策
• 1.1 作物生产
• 1.2 家畜生产
• 1.3 综合系统
• 2 农业系统转型
• 第六章 结论
• 1 农业格局的形成
• 2 作物生产
• 3 家畜生产
• 4 综合系统
• 参考文献
• 致谢