农田生物多样性在有机农业生产中的应用

刘庆生 郭智勇 谢利芬 韩文君

（安阳市农业科学院 河南安阳455000）

进入21 世纪以来，我国有机农业发展迅速。 有机农业在满足人民群众对食品安全、美好生活需求、生态环境保护及农业发展绿色转型等方面具有重要作用，是我国今后农业生产的一个重要方向。 有机农业生产对生产环境有严格要求， 农田生物多样性对有机农业生产环境影响巨大。

1 农田生物多样性研究现状

随着改革开放40 年来经济的快速发展，黄淮海地区农业种植结构发生了极大变化， 而农业机械化程度的不断提高，使种植结构逐渐趋向单一化，农田里的作物多样性、 遗传多样性和生态系统多样性极度匮乏。 红薯、高粱、大豆、谷子、棉花等作物，由于机械化程度低、经济效益差，种植面积极大萎缩。 黄淮海地区作为全国主要商品粮供应基地， 小麦—玉米模式占生产比例的92%～95%，农业生产植保措施以化学农药为主。 化学农药的大量不合理使用，不仅给人类自身的健康造成威胁， 而且使得很多害虫产生了严重的抗药性，引发害虫的再增猖獗，导致农药越用越多、虫害愈演愈烈的恶性循环不断频繁出现；同时，农药残留引起土壤和水资源污染，破坏农田生物多样性等一系列的生态、环境和社会问题[7]。 农药滥用也造成授粉昆虫及腐生性节肢动物大量消失，阻碍农田生态系统演进。

农田生物多样性是以自然生物多样性为基础，以人类的生存和发展为动力而形成的人与自然相互作用的生物多样性系统。 主要指农田生态系统中的农作物、杂草、动物、微生物等生物多样性，是生物多样性的重要组成部分， 同时受到地理环境、 人类活动、社会经济等因素的影响[1]。 农田生物多样性的保持对于养分积累与循环、 土壤结构和肥力、 空气过滤、传粉、增加天敌数量、保持生态平衡等均有重要作用, 它既是生态系统过程的调节者, 也是生态系统提供的最终服务之一[2]。 周海波等研究了农田生物多样性对昆虫的生态调控作用[3]，尤民生等研究了农田生物多样性与害虫综合治理[4]，周艳飞等研究了农田生物多样性快速评价方法及应用[2]，郑晓明等研究了中国农业生物多样性保护进展概述[5]，席运官研究了有机农业的环境保护功能[6]。

2 有机农业发展现状

食品安全问题已越来越被广大民众重视， 社会对绿色优质农产品的需求越来越多。 不断扩大的对安全健康食品的需求推动了中国有机农业的快速发展， 大力发展有机农业是有效解决食品安全问题有效途径之一。 在有机农业生产过程，以生物农药加物理方法替代化学农药， 虽然减少了环境损害， 但综合效能低于化学农药。 生物农药替代仍以毒杀病虫为目的， 属于后端治理的方法。 通过合理利用生物之间相生相克原理， 构建生物多样性体系， 来实现对病虫害的前端治理， 将是有机农业持续发展的最佳选择。 理论上的不确定性、实施生物多样性是否能够平衡生态与生产关系， 以及大面积实施的防控效果，无疑都是需要进一步攻关的命题，进而优化构建并不断完善有效替代技术体系，保障有机农业的健康与有效发展[8]。2019 年国内认证的有机食品企业总数11 835 家,获得了依据《有机产品》国家标准颁发的认证证书18 330 张；据相关报道数据显示,有机农地面积最大的3 个国家分别是澳大利亚 （3 560 万hm2）、阿根廷（340 万 hm2）和中国（300 万 hm2）。 我国地域广阔， 不同区域根据资源禀赋和特色有序推进有机农业产业， 在发展规模上与发达国家相比发展潜力巨大[9]。

3 有机农业生产中生物多样性应用案例分析

河南鑫贞德有机农业股份有限公司经过多年有机生产，农田生物多样性建设取得了良好效果。 公司位于汤阴县宜沟镇尚家庵村，成立于2010 年，流转土地 467 hm2，按照“GB/T 19630.1-4”有机规范进行管理，从事有机农业产供销一体化经营业务。 进行有机农业生产11 年来，农业生态系统生物多样性得到良好恢复与保持， 保证了在未使用化学农药情况下没有发生严重病虫灾害。 在2018 年华北地区冬小麦主产区受早春气候影响减产30%～40%、个别品种造成绝收的生产大环境中， 公司当年小麦产量创有机生产以来的最高单产， 显示出了有机农田生物多样性的良好效果。

在鑫贞德有机农业有限公司有机农业生产中，安阳市农业科学院生态农业技术团队人员提供全程技术服务， 跟踪指导农田生物多样性恢复与建设计划及实施维护。 主要技术措施有以下几方面。

3.1 农田生物多样性维护

农田中作物与边界树篱面积比例为 6∶1～23∶1，地块面积 3 000～22 700 m2， 多为长条形地块， 宽 50～200 m，栽培作物有小麦、谷子、大豆、玉米等，非作物生境植物主要有构树、锦鸡儿、苦苣菜、泥胡菜、泡桐花、苋菜、狗尾草、榆树、酸枣、杨树、楝等。 经过多年农田边界植物多样性维护， 有益生物种类和数量也丰富起来，主要有瓢虫、蜘蛛、食蚜蝇、蝽类、步甲、青蛙等，其中瓢虫、蜘蛛数量显著增加。 蜘蛛作为农田生物多样性的组分之一, 种类丰富, 一般以农业害虫为食, 而且食量大、食性杂、繁殖快、维持时间长、捕食力强, 是农作物害虫重要的天敌类群。 蜘蛛在生物控制中起着重要的作用, 利用农田蜘蛛控制农业害虫, 还可以避免化学药剂对环境造成污染。 但它们对耕作、播种、收获、农药施用等耕作管理措施都很敏感。 蜘蛛多样性的变化还可以反映土地利用的变化，以及其他土壤生物群落的组成、 丰度和丰富度的变化。 因此，蜘蛛常被选作农田生物多样性指示类群进行研究[10]。有机管理下的玉米地蜘蛛物种稀疏指数显著高于常规管理下的玉米地,有植物篱的玉米地蜘蛛的物种稀疏指数高于无植物篱的玉米地； 且有植物篱与无植物篱、 有机和常规管理下蜘蛛群落结构显著不同[11]。

3.2 病虫草害生态防控对农田生物多样性进行保护

对病虫草害以物理的、生物的、机械的方式进行综合防控。 杜绝使用转基因材料、化学农药、除草剂、激素、抗生素等。 2011-2016 年每年5 月上旬使用沼液防控小麦蚜虫2 次，2017 年至今已经连续5 年不需要对小麦蚜虫进行人工干预， 依靠农田生态系统自我调控，丰富的天敌种群防控效果良好。 利用“生物导弹”杀虫卡防治害虫。 “生物导弹”是由中国科学院病毒研究所研制， 其技术原理是利用赤眼蜂携带苜蓿银纹夜蛾核多角病毒传递到玉米螟卵块表面，使初孵幼虫感病死亡， 达到控制目标害虫为害的目的。 因其寄生蜂寄生的靶标性极强， 又携带病毒传播，故称为“生物导弹”[12]。 2012 年利用“生物导弹”杀虫卡防治害虫，结果表明“生物导弹”对二代玉米螟防治效果达到了 85.71%，并且 2 个月后三代玉米螟仍有 42.53%的虫口减退率， 这充分体现了 “生物导弹”绿色防控的优势[13]。中耕除草机械化。利用自己改进的中耕除草机进行除草，提高效率近百倍，中耕费用由75 元/亩降到10 元/亩以内。 降低了劳动强度，提高了生产效率，实现了有机农田轻简化栽培管理。

3.3 鑫贞德模式分析

3.3.1 注重生态环境保护， 增强农田生物多样性农田边界草灌乔交替生长， 形成稳定的自然生态廊道，为天敌提供良好栖息地，促进了农田天敌多样性的维持。 边界较高的草本层盖度和较低的乔木层盖度有利于增加农田中某些步甲优势种的多样性;而较高的草本层盖度有利于增加皿蛛科蜘蛛的多样性。半自然生境的存在可以通过天敌在农田和边界之间的迁移运动促进农田天敌多样性的维持[14]，纵横交错的农田边界网络成为鑫贞德有机农田的典型特征，具有维系生态系统弹性的重要生态功能。 鑫贞德有机农田中作物与边界树篱面积比例为 6∶1～23∶1，这与上述有关研究结果基本相符， 即在树篱面积在9%～16%时，瓢甲科天敌就可对蚜虫进行有效控制[15]。

3.3.2 生态化管理措施 长期施用有机肥， 提高土壤肥力，改善土壤微生态系统，形成健康土壤。 病虫草害生态防控，11 年未使用化学农药，未发生病虫害暴发， 有利于增强农田生物多样性的稳定可持续发展。 农田生物多样性建设，增强了农业生态系统的稳定性和自我调节功能。 自2017 年以来，由于长期不使用杀虫剂，园区自然植物篱恢复良好，对荒坡、沟壑植被进行保护，生物多样性丰富，天敌与害虫形成平衡， 蚜虫出现1 周后以瓢虫为代表的天敌就大量繁衍，通过生产监测，连续五年没有对小麦蚜虫进行人工干预， 农业生态系统内部生态制衡可以有效控制害虫得到了生产实践检验。 2012 年、2013 年、2014 年连续投放赤眼蜂携苜蓿银纹夜蛾多角体病毒，防控玉米螟和棉铃虫，目前生产上玉米螟和棉铃虫对秋粮危害也控制在可以接受范围， 几乎不造成经济损失。

4 思考与展望

农田生物多样性是有机农业生产的重要条件之一， 对于有机农业生产过程中病虫害的绿色防控和产地环境起着十分重要的作用， 能够保障有机农业生产可持续发展。 笔者以自然生境为基础，结合生态农业理论对农田生物多样性进行保护、建设和利用，利用生态制衡， 成为有机粮食生产大面积成功的案例。 实现了有机粮食生产产量不降低、抵抗气候变化能力加强的有机生产水平， 展现了有机农业良好的发展潜力。