发展营养体农业的优势、问题与对策

发展营养体农业的优势、问题与对策

1营养体农业特点徐吉（196-），男，甘肃秦安人，高级牲畜和学生学生。农业生产的目的物包括种子、果实、花、茎、叶、根、皮、纤维、汁液等各种植物体器官或组织。某一植物的农用价值表现于生育期的全过程,而不只是植物的籽实部分,因此按照生产目的物的不同,农业可分成不同类型的生产系统。营养体农业(vegetativeagriculture)是指以生产植物茎、叶等营养体器官为主要目的的农业系统。如牧草、青饲料、蔬菜、花卉、根茎类及纤维作物等农业生产系统。在1998年中国草原学会年会上,任继周院士(1998)首次提出了营养体农业的概念,它是相对于传统农业,即籽实农业(seedagriculture)提出来的,与传统农业的主要区别是收获目的物不同。传统农业主要是以收获籽粒为目的,栽培作物必须完成整个生育期,籽粒产量越高越好,而营养体农业则是以收获茎叶等营养体为目的,营养体的可利用养分产量越高越好,不需要完整生育期,在整个生长期内任何时候都可以收获而获得经济产量。营养体农业的主要特点,是农作物在生长期内对于水、热、光、气等气候资源和土地资源的时间性匹配要求不高,能在全部生长季内比较充分地利用气候和土地资源,生产较多的有机物质产品。草业(钱学森,1984)生产是营养体农业的重要内容,营养体生产也是草地农业系统的主要组分。2发展户外农业的理论基础2.1生物化学基础2.1.1提高植物营养生长的要求太阳辐射是绿色植物通过光合作用制造有机物质的惟一能源。植物干物质构成成分的90%~95%都是光合作用的产物,所以,光照无论对营养体的生长还是对籽粒的形成与发育,都有着极为重要的作用,然而植物的营养生长与生殖生长对光照的要求无论是质还是量都有明显的区别。对于植物营养生长来说,即使在光照较弱的条件下,只要光照量(强度和时间)在其补偿点(一般作物为400~4000Lux)以上,就可以进行营养生长。而生殖生长则不同,仅仅是高于补偿点的光量是不够的,还必须满足生殖生长对强光照的特殊要求。Ruhland(1965)将花芽分化(flowerbuddifferentiation)分为8个阶段,其中第一个阶段必须有很强的光照才能完成。所以如果没有足够强的光照,作物的花芽分化就难以启动和完成分化过程。大豆遮光试验证明,光越强,花的数目就越多。我国为多山地区,营养体农业的适应范围尤为广大。在温度年较差16℃以下地区,总辐射量418kJ/cm2以下地带以植物营养体生产为宜;在544kJ/cm2以上的地带,以生产籽粒为宜;在418~544kJ/cm2的地带,则二者都可以生产,但仍以生产营养体较为丰产、稳产。2.1.2生育中期的特征1)营养体农业生产因在光合效率最高、植物营养体最大的生育期刈割收获,避免了光合效率下降、逐渐走向衰老的生育后期的出现,也就避免了生育后期的漏光现象。蒋玉铭等(1994)研究表明,一般禾谷类作物如水稻生产的光能利用率仅为0.5%左右,但其在生育中期,即对数增长期可高达3.7%。2)植物生育前期是功能逐渐发展壮大的阶段,叶面积指数低,漏光现象严重,营养体农业生产除了在种子萌发的第1茬生育初期漏光现象较重外,刈割收获后第2、第3、第4茬再生或者是多年生草再生时,因经过了1个或几个生长盛期,地下部分和残茬内贮藏的营养远远多于种子胚乳中的养分,使再生苗的生长速度大大快于第1茬原生苗,从而减少了生育前期的漏光现象。3)在物质转化和运输方面,因无需耗费大量能量将光合产物转化为糖类、油脂或蛋白质运往籽粒并集中于此,又可大大节约经化学固定的光能——光合碳化物的消耗。4)同时在相同的生长期内,增加了1至数次光合作用强的生长旺盛期,太阳辐射的光能得到较为充分的转化。通过上述这三减一增,营养体农业显著提高了光能利用效率(LUE)。2.2生态基础2.2.1植物生长呈s型曲线形态,这是种植物的生长是一个体积和重量的不可逆增加过程。在植物的整个生长过程中,生长速度都表现出“慢-快-慢”的基本规律,即开始时生长缓慢,以后逐渐加快,达到最高点,然后生长速度又减慢以至停止。也就是植物生长呈S型曲线形状(图1)。营养体农业生产就是充分利用了植物的S型曲线生长规律,在其完成对数生长期和直线生长期时刈割收获,避免了生长速度下降直至停止的衰老期的营养物质消耗,从而获得最高生长效率和生产效率。2.2.2对气候条件的要求严格农业的稳定生产依赖于农业生物系统与其生存环境系统的全面耦合。其关键部分是水、热、光、气等气候资源与农业生物节律的相互协调。籽实作物对气候条件的要求严格,尤其从孕蕾经开花到结实阶段,要求适合的水、热、光、气等匹配,稍有不妥,就会导致减产甚至成灾。而营养体农业不以籽实生产为目的,只要求生产茎叶等营养体,在一定程度上,水、热、光、气等气候因子只要总量满足,匹配节律有较大弹性,在生长季节以内任何时间,都可以利用其必要的气候和土地资源生产有机物质,获得相应的产品。2.2.3提高作物质量要求光照不足、热量不足或多雨天气等对植物开花结实来说是严重制约因素,但对其营养生长的影响要小得多。籽实农业要求作物必须完成其生活史,在生理生态上就必须要满足其感温性、感光性和基本营养生长性等要求。如在不同纬度、不同海拔进行异地引种,如果不能满足这“三性”,作物就不能正常开花结实,这对籽实农业可能是重大生产问题。但对营养体农业来说,只要作物的营养体产量高,营养品质好,就可异地引种,纬度、海拔或区域的限制较少,不用担心出现不抽穗、不结实及“寒露风”等各种问题。因此,在光照不足或热量不足的地区,发展营养体农业生产是对传统籽实农业系统缺陷的矫正,它可扬长避短,表现出较强的抗逆性和更广泛的适应性。2.2.4管理子系统的种植许多农作物病虫害的发生主要出现在生育后期,营养体农业在完成直线生长期时刈割,避免了生育后期的病虫危害。在病虫害发生之前或初期及时刈割,可切断病虫害发展进程,减轻危害。同时可节约农药和人工等成本的投入,减少生态环境污染,保护害虫天敌,适合农业的可持续发展。2.3生物学基础2.3.1不同生育期的营养体农业要显著区别于籽实农业从生物产量看,由于营养体农业减少了植物生长缓慢的生育前期,避免了茎叶衰老的生育后期,因此在大致相同的生长期内,相应地可增加几次对数增长期和直线生长期,可比籽实农业多收获1至数次产品,光能和碳的转化数量多,所以在生物总产量和营养物质产量上,营养体农业要显著高于籽实农业(表1)。2.3.2生物产量和经济产量从经济产量看,籽实农业生产中只有籽实产量才是经济产量,而营养体农业的生物产量就是经济产量,显然营养体农业的经济产量要远高于籽实农业。据威廉士统计,传统籽实农业的经济收获量不到12.5%,我国更为精耕细作,可能高一些,也不会超过25%,而营养体农业却可达到75%以上。2.3.3有机产品的营养价值很高营养体农业生产由于收获时期较早,茎叶蛋白质、粗脂肪、灰分等营养物质含量高,木质化和纤维化程度低,因此营养价值高(表2)。3发展户外农业的实践重要性3.1我国绿色饲料利用的现状许多不属于传统农作物的生物资源,如前所说的牧草、青饲料、多汁饲料、块根、块茎饲料以及其他植物资源,在营养体农业系统中将要大量增加,成为新兴农业的重要角色。如草坪产业、牧草商品化生产等已经蓬勃兴起,成为“朝阳产业”。我国有6700多种饲用植物、4亿hm2草地、2700万hm2农闲田、500万hm2轮作绿肥面积、200万hm2可开发沿海滩涂,此外还有600万hm2可利用林区面积以及100万hm2的内陆水面等资源,都可以用于发展营养体农业。绿色饲料(Greenfeed胡跃高,1999)生产是指一切以青绿植物茎叶为基本组分的饲料,也是营养体农业的重要组分。目前我国绿色饲料资源干物质总产量约为4.33亿t,合SME值为3.30×1012MJ,粗蛋白质为40亿kg。开发利用这些资源,不仅可克服饲料不足的矛盾,保障畜牧业可持续发展,而且对满足草产品的市场需求,具有重大现实意义。3.2发展营养体农业长期以来,我国种植业虽然延续着粮食作物、经济作物二元结构的生产,但随着畜牧业发展,对饲料需求量的增加,已经逐步向粮食作物、经济作物、饲料作物的三元结构转变。据有关专家分析,1997年全国生产的大约4.9亿t粮食及几千万t经济作物的副产品中至少有2/5以上为饲料用途。换言之,即在全国1亿hm2农作物播种面积中大约有4000万hm2耕地是直接或间接地用于饲料生产。因此,一方面应通过发展营养体农业,在这些直接或间接提供饲料粮的耕地上,逐步利用饲料作物和优质牧草替换原有的作物品种,使饲料粮转化发生在播种之前,即可在相同数量的土地上获得更多生物量,提高土地和气候资源的转化效率。特别是光照不足或热量不足的地区,如我国西南山区和青藏高原等更宜大力发展营养体农业,其生产力一般较籽粒生产高2倍以上,而且水土保持能力比农田提高10倍左右。另一方面应充分利用农闲田及其水、热、光、气等自然资源,发展营养体农业,提高资源利用率和单位面积产出。如南方每年都有一些季节不利于收获籽粒的作物生长,但非常有利于收获营养体的作物生长,在这些季节通过草田轮作系统,耕地单位面积产出可提高1倍以上。3.3草地应发挥主导作用营养体农业适用于多种农业系统。生态环境保护与植被建设体现了营养体农业的属性,是以水土保持为目的的营养体农业系统。草地是生态环境建设的重要组成部分,也是营养体农业的主要内容之一。草地大都位于黄河、长江、淮河、珠江等几大水系的源头和上游区,是国家重要的生态屏障。草地具有保护环境、防风固沙、蓄水保土、涵养水源、净化空气、保护生物多样性等功能[17,18,19,20,21,22]。因此,在改善生态环境、国土绿化、综合治理各类退化土地中草地应当发挥主导作用。目前,我国生态环境日益恶化,水土流失日趋严重,荒漠化土地面积不断扩大,草地退化、沙化和碱化面积逐年增加,给我国社会和经济带来极大危害,严重影响可持续发展。因此,实施退耕还草、建设草地、保护与合理利用草地资源、发展以生态环境保护与植被建设为目的的营养体农业,再造秀美山川,已成为我国可持续发展亟待解决的战略任务。3.4营养体农业系统发展营养体农业,有利于促进现代化农业的发展。如农耕地区的营养体农业——三元结构的种植业系统;休闲观光为目的的营养体农业——景观农业系统;城镇居民区的营养体农业——草坪与园林绿化系统;水土保持为目的的营养体农业——生态环境保护与植被建设系统;草原牧区的营养体农业——草原畜牧业系统和草原旅游业系统等。这些农业系统都体现了营养体农业的属性,都是现代化农业的重要组成部分。4提高生物生产质量,提高气候元素和生物利用率营养体农业的提出,使人们的思想观念从单一传统的籽实农业系统中解放出来,面向全部陆地国土资源、生物资源和水、热、光、气等气候资源,使人耳目一新。营养