有机农业与常规农业对农田生物多样性影响的比较研究——以蔬菜生产系统为例

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摘 要:农业生产是生物多样性丧失的主要驱动力之一。一些学者声称有机农业不仅在理念上,而且在生产实践上都有助于促进农田生物多样性的维持和改善,虽然我国有机农业发展较快,但是有机农业实践对我国农田生物多样性到底产生何种影响,目前尚未见相关研究报导。为了验证“与常规农业相比,有机农业更能使生物多样性受益”的观点,查明我国相关类型有机农田的生物多样性基本状况,为我国政府制定相关政策在国内大规模推广有机农业提供相关科学证据,2005年4月至12月,作者选择蔬菜农田作为研究系统,在江苏省溧水县南京普朗克有机农场及其外围常规农田(北纬31°23-31°47、东经118°49-119°14)开展了多项野外实验。在有机菜田和常规菜田分别设置两个处理区:有机处理区和常规处理区。通过定期采样、生物鉴定与计数、相关理化分析与BIOLOG生态板分析等,对有机菜田与常规菜田内的杂草、地表节肢动物、土壤动物以及土壤微生物的群落结构和多样性进行了详细的对比研究。主要研究结论如下: (1)关于有机菜田与常规菜田杂草群落结构及其多样性的比较研究 ① 在本试验环境条件下,与常规田相比,未发现有机田能显著提高杂草种类的丰富度。有机种植历史较短的有机生产系统难以提高田间杂草的丰富度。在比较有机田与常规田杂草丰富度时,特别需要考虑有机认证的历史时间,田埂边缘效应,农田土壤杂草种子库背景,农田周围杂草种子雨的入侵效应以及除草措施对农田杂草组成成分的实际影响。 ② 无论是有机田还是常规田,其杂草群落特征基本上都表现出杂草种类数随频度、相对多度和重要值的降低而升高的趋势。四个处理区的杂草群落相似性较低,优势杂草在不同季节表现出明显的分异特征,并且在四个处理区间也存在较大差异性,这可能是由于稀有杂草种类变化所致。有机田杂草生物量约为常规田的2.7倍。 ③ Gleason指数、Margalef指数、Simpson指数、Shannon-Wienner指数以及Pielou均匀度指数基本上都能较一致地反映四个处理区之间杂草物种多样性的差异性。总体来看,在本试验环境条件下,在三次调查中,仅有12月一次,发现有机生产系统能显著提高田间杂草的物种多样性。因此,需要开展多年、多点的深入调研。 (2) 关于有机菜田与常规菜田地表节肢动物群落结构及其多样性的比较研究 ① 弹尾目、蜘蛛目、直翅目、鞘翅目、膜翅目、双翅目、同翅目、蜱螨目、鳞翅目、半翅目、蜈蚣目、革翅目、脉翅目和蚰蜒目等各类群个体数以及地表节肢动物总个体数在四个处理区之间都没有显著差异性(p>0.05),其主要原因可能是各处理区种植的同种蔬菜,足以为节肢动物提供丰富的食物来源。 ② 农田类型及其两种处理方式对优势节肢动物类群蜘蛛目、直翅目和鞘翅目的物种数与个体数都没有显著影响(p>0.05),其原因需要作进一步的研究与分析。 ③ 四个处理区之间节肢动物类群以及优势类群物种的Shannon-Wienner指数和Pielou均匀度指数都没有显著差异性(p>0.05)。在本试验环境条件下,未发现有机生产系统能显著提高田间地表节肢动物的多样性。 (3) 关于有机菜田与常规菜田土壤动物群落结构及其多样性的比较研究 ① 线虫为四个处理区的最主要优势类群,但本有机生产系统对其丰度的提高影响较小。常见类群在四个处理区之间绝大部分相同,但在丰度上却出现明显分异,这表明四个处理区之间的土壤动物群落结构存在一定差异性。 ② 除轮虫和枝角类/桡足类外,各处理区之间优势或常见土壤动物类群的平均密度没有显著差异性(p>0.05)。因此,本有机生产系统对优势或常见土壤动物类群密度的提高影响可能很小。 ③ 四个处理区之间土壤动物群落相似性存在一定差异,其原因可能主要是由稀有类群的差异性所致。 ④ 在本试验环境条件下,未发现有机生产系统提高土壤动物群落的多样性。 (4) 关于有机菜田与常规菜田土壤微生物群落结构及其功能多样性的比较研究 ① 本有机生产系统可能有提高土壤细菌数量的趋势,但对土壤放线菌数量的提高可能影响不大,对真菌数量的提高没有影响,季节效应强烈影响土壤细菌与放线菌的数量,生产系统的影响可能被季节效应所淹没。 ② 芽孢杆菌属为各处理区的优势细菌,其他优势细菌和常见细菌在各处理区之间的差异性在采样后期有逐步缩小的趋势,季节变化对一些优势细菌种类的分布有较大影响,而生产系统对其影响可能较小;各处理区的优势放线菌都为链霉菌属;优势真菌类群主要为青霉属和曲霉,生产系统对放线菌和真菌的主要优势类群以及一些主要常见类群的影响基本上没有太大差异。 ③ 各处理区在平均吸光值(AWCD)上的差异可能是由于季节效应等因素所致,而不是由于生产系统所致。本有机生产系统对细菌代谢功能多样性的提高基本上没有显著影响。 综上所述,在本研究的环境条件下以及有机生产操作实践中,有机田与常规田在杂草、地表节肢动物、土壤动物以及土壤微生物群落上存在一定差异,但在物种丰度富、数量以及多样性方面基本上未发现存在显著差异。由于影响生物群落特别是土壤生物群落的因素较多、十分复杂,需要进行长期的定点观察与研究。
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