Question

不同海抜高度是否属垂直结构

Answer 1

垂直结构又称立体结构，是指农业生物之间在空间垂直方向上的配置组合，指在一定单位面积土地（或水域、区域）上，根据自然资源的特点和不同农业生物的特征、特性，在垂直方向上建立由多物种共存、多层次配置、多级物质循环利用的立体种植、养殖等的生态系统。这类结构有可能提高自然资源利用率，增进土壤肥力，减少环境污染，获得更多的物质产量，达到经济、生态和社会效益的统一。
农业生态系统的立体结构大体可以分为农田立体模式、水体立体模式、坡地立体模式、养殖业立体模式等。农业生态系统的这种优化的人工生物群落，形成中国独具特色的立体农业模式。

一、自然地理位置与农业生态系统的垂直结构
不同的地理位置条件，由于受气候、地形、土壤、水分、植被等生态因子的综合影响，使得农业生态系统的垂直结构也呈现出一系列的变化。
（一） 流域位置与垂直结构
从一个流域环境的上游到下游，海拔高度、水土环境等均存在较大的差异，从而对作物的种植结构和产量产生很大影响。河北中南部的海河流域自西至东，按其自然景观可分为山地丘陵区、山麓平原区和低平原区。山地丘陵区坡度陡，重力过程强烈，土壤水分和养分向低地流动，形成了干旱贫瘠的生态环境，农田生产力较低；山麓平原区坡度较缓，重力作用适中，地下水潜流不畅，土壤水分、养分和盐分大量积累，土壤易发生盐渍化，限制了作物对养分和水分的吸收，从而影响作物生产力的提高；低平原区坡度最小，是土壤水分和养分流动的过渡地带，生态环境良好。见表3.5。

表3.5 冀中南海河流域不同地区的水土环境及农田种植结构（王建江等，1990）
项 目 山地丘陵区 山麓平原区 低平原区
海拔高度(m) >100 50-100 <50
坡降 1/1000-1/200 1/2000-1/1000 1/6000-1/5000
无霜期(d) 197 189 200
降水量(mm) 561 505.5 620.8
平均气温(℃) 12.44 12.70 12.40
土壤类型 棕壤、褐壤 褐土、草甸褐土 草甸土
地下水矿化度(g/L) <1 1-2 2-5
土壤pH值 6.7-7.2 7.0-7.4 8.0-8.5
土壤有机值(kg/g) 5.10-11.40 8.2-11.8 7.5-12.1
全氮(g/kg) 0.59-0.75 0.65-0.80 0.60-0.92
全磷(g/kg) 0.30-0.45 0.35-0.67 0.58-0.65
全钾(g/kg) 2.58-2.62 2.61-2.70 2.27-2.37
速效氮(mg/kg) 39-63 58-65 59-74
速效磷(mg/kg) 4.5-6.4 5-10 6.9-10
速效钾(mg/kg) 82-118 115-157 110-190
人口密度(人/km2) 250 646 328
垦殖率(%) 26.98 72.23 48.09
复种指数(%) 146.4 175.1 140.8
粮食播种面积 83.0 79.1 76.0
占总播种面积(%)
粮食产量(kg/hm2) 3306 4729.5 2614.5
棉花产量(kg/hm2) 535.5 904.5 766.5
油料产量(kg/hm2) 1276.5 2527.5 1170

（二） 地形变化与垂直结构
1. 大尺度的地形变化
如四川、云南高原独特的地貌、气候条件，随着海拔的变化，农业生态系统的结构也发生不同的变化，从而出现不同的农业发展类型。
在低热层（海拔小于1400 m）的河谷地带，甘蔗含糖率和单产均比长江流域其它蔗区高得多，具有明显优势；这里冬春季生产的各种暖季蔬菜，可供应北方城市，成为中国重要的天然温室和南菜北调基地；香蕉、芒果等热带性水果和南药等在此也有发展前途。低热层的丘陵、低山地带，适宜发展柑橘、油桐、白蜡树等亚热带经济林木。中暖层（海拔在1400 m—2100 m）发展粮、油、生猪、蚕桑、烤烟，其下部地带可发展水产养殖，上层地带，气候温凉干燥，宜于苹果、核桃、生漆等经济林木及云南松等用材林生长。高寒层（海拔大于2400 m）的下部地带，适宜发展以细毛羊为主的草畜生产基地。在海拔3000 m以上的更高寒地带，森林以冷杉、铁杉为主的暗针叶林区（见图3.6）。

图3.6 川滇高原随海拔变化的农业生态系统的结构（孙颔，1994）

又如四川省米易县是属高海拔、低纬度、高原型内陆山地“岛状”南亚热带气候类型，从河谷到山顶，海拔从980 m到3000多 m，农业生产结构业出现不同变化。在河谷低山区（海拔980-1500 m），以粮、蔗、菜、猪和常绿果树主体的多种组合种养模式；而在中山区（海拔1500-2000 m），采取了以工程措施（改造中低产田、蓄水、引水等）和生物措施相结合的方式，大力推行以粮、菜、猪、落叶果树为主体的综合种养模式；在高山区（海拔2000-3000 m），实行以牧为重点，突出开发林副土特产品，逐步建成林、药等土特产品和草食牲畜商品生产基地。见图3.7。

图3.7 四川省米易县农业综合开发示意图（卢良恕，1993）
2. 小尺度的地形变化
在丘陵或一些低海拔山地，由于地貌复杂多变，从山顶到半山、山脚等，由于生态条件的不同，农业生态系统的水平结构也表现出不同的变化。
四川省江津县大桥乡山地开发，其结构是：(1). 山顶松杉带帽：在山顶宜林地采用育苗造林、护林，树种以松杉为主；(2). 半山果棕缠腰：在山腰栽种果棕、锦橙，同时在果园进行间作套种绿肥或牧草、豆类、薯类、蔬菜；(3). 沟坝田土间套：对水田、田坝等采取稻、桑、豆、鱼的种养，旱地种植小麦、蔬菜、玉米、甘薯等；(4). 低洼处养四大家鱼，利用低洼水面养殖鲤鱼、鲫鱼、鲢鱼、草鱼等。
广东省潮州市官塘区秋溪乡的农业生产布局，在丘陵坡顶种植以以松树为主的用材林，坡腰种植橄榄、杨桃、三华李等果树为主的经济林，坡脚种植香蕉、大蕉等，村落建在坡脚。旱地种植蔬菜、甘薯，水田种植双季稻，低洼地作鱼塘，河堤草坡用于放牧和种植果树，见图3.8。

图3.8 广东省潮州市官塘区秋溪乡农业生产分布（骆世明等，1987）

二、 木本群落内的垂直结构（农林业系统）
（一） 农林业系统（Agroforestry）的概念
对于农林业系统的定义，较有影响的是曾担任过联合国粮农组织总干事和国际农林系统研究委员会（ICRAF）的第一任主席K. F. S. King（1978）所给出的。他认为，农林系统是指在同一土地单元内将农作物生产与林业和（或）畜牧业生产同时或交替地结合起来，使得土地总生产力得以提高的持续性土地经营系统。
这种朴素而又有效的土地利用实践历史相当悠久，并具有许多成功的模式。但长期未受到足够的重视。直到20世纪70年代以来，随着世界人口的不断增长，发达国家对资源的过度消耗和发展中国家由于人口的压力以及对基本生活资料的需要，正在消耗人类赖以生存的自然资源，并导致生物多样性的减少和环境的污染和退化，进而影响到经济的增长和人民的生活。正是在这种背景下，农林业才日益地受重视起来。
农林业系统是一种有效的可持续发展的土地利用和综合生产途径，有利助于改善农业生产自然环境条件，也有助于减缓人们对珍稀自然资源（如热带雨林）的破坏速度。一些发展中大国如中国、印度、巴基斯坦、印度尼西亚、巴西、尼日利亚都重视发展农林业（李文华等，1994）。
（二）农林业模式举例
农林间作在我国有许多成功的模式。如果能够因地制宜安排这些模式就能够产生很好的生态效益和经济效益。典型的模式有沿海农田防护林模式、以泡桐为核心的桐农间作（华北平原分布较广）模式、桑田复合型模式（在长江流域和华南亚热带地区分布较广）、林草牧复合型模式（北方农牧交错带）、胶园复合型模式（热带地区）、林药复合模式（分布区域广泛）等。
桐粮间作
主要分布在我国平原农区，据不完全统计，华北平原农区的桐粮间作面积已达346.7万hm2，其中河南172万hm2，山东123.3万hm2，河北21.7万hm2，安徽13.9万hm2，陕西8万hm2，江苏3.3万hm2，其他地区如四川、湖北、湖南、贵州、甘肃等也有零星分布。间作作物常见的有小麦、玉米、大豆、油菜、谷子、棉花、蚕豆及蔬菜等。桐粮间作把原来种植农作物或林木的单一结构改变为立体的种植结构。其理论基础是：（1） 泡桐根系主要分布在40 cm以下的土壤中，占总根量的90%左右，且上层根幅较窄，大都分布于距树干2米的范围内。而农作物则主要分布于表层土壤。这样可分层利用土壤中的水分和养分。（2） 泡桐展叶晚，树冠较稀疏。华北平原泡桐4月中下旬展初叶，5月下旬成叶，一般不会影响小麦等夏收作物前期所需的光照。（3）泡桐与农作物所组成的立体群落结构，能够改善小气候环境，降低风速21-52%，减少蒸发15-34%，提高空气相对湿度10-20%，增加土壤含水量5-30%，从而有效地减轻干旱、风沙对作物的危害作用，增加粮食产量。据测算，结构合理的桐粮间作，其小麦、玉米、谷子等作物的产量比非间作区增加5-10%左右。
桐粮间作有几种类型：（1）以农为主型，泡桐密度每hm2 大约45-75株，株行距为3-6 m×18-80 m；（2）以桐为主型，泡桐密度为每hm2 大约300-450株，株行距5 m×5 m、4 m×6 m等，间作期主要在幼龄期；（3）桐粮并重型，泡桐密度每hm2 大约150-225株；（4）高密度桐粮间作型，泡桐密度为每hm2 约750-1500株，短期轮伐，5-6年育成；（5）粮桐林网型，以粮为主，形成泡桐组成的防护林体系。
枣粮间作
枣粮间作广泛分布于我国华北、西北各地。其中以河北省东部地区、山东省东北部分布较为集中。枣粮间作可改善生态环境，提高对土地、空间、光热、水分和肥料的利用，保护水土和能源，提高收入。据调查，单位面积枣粮间作田比纯粮田收入高2-6倍，粮食增产10%以上。枣粮间作降低土壤的盐碱程度，降低风速，减少风害，防御干热风危害，保持水土。据赵天榜等（1982）报道，枣粮间作可以降低风速20.9-62.1%，降低气温1.2-5.8℃，空气相对湿度提高0.5-11.3%，土壤含水量提高4.5-5.1%，蒸发量降低8.0-44.7%。此外，枣粮间作比单一种植提高土壤不同层次的N、P、K养分含量。目前，我国枣粮间作种类繁多，仅沧州地区就有三种形式：（1）枣树为主的间作。密度为300-450株/ hm2，多与小麦、谷子、豆类、花生、甘薯等间作；（2）枣粮并举。枣树密度150-250株/ hm2；（3）农作物为主的间作。枣树行距16-50 m，株距3-5 m。
此外，各地还有杉木、杨树等与农作物间作的模式。
3.林胶茶复合经营
在我国热带地区（海南、云南、广东等），林-胶-茶群落是一种防护型立体结构，防护林带在外围挡风防寒，胶茶间作在内形成多层次的空间分布方式。橡胶树为为典型的热带乔木，喜光、喜温，占居上层空间，进行充分的光合作用；同时在下层形成了较阴湿的环境，这种生态环境正适宜耐阴、喜温、好湿的茶树的生长。据研究，胶茶群落中，茶树对能量利用的有效性比单茶园高3.9%，橡胶树的光能有效利用率比单一胶树高2.2%。胶茶间作同时也将土地利用率提高了50-70%。胶茶群落有利于提高茶叶产量和改善茶叶品质。据海南农场调查，胶茶群落中的茶叶产量比纯茶园平均提高幅度达43.4%，在影响茶叶品质的6个主要指标中，除氨基酸含量比纯茶园中的稍低外，茶多酚、咖啡碱、儿茶素、水浸出物等或多或少高于纯茶园茶叶的含量，而粗纤维的含量则稍低。胶茶群落还有利于增加茶叶害虫小绿叶蝉的天敌蜘蛛，同时茶红锈藻病的发病指数比单茶园低13.9%，枝条发病率低12%。胶茶群落由于层次增加，能明显减少水土流失，减少雨水对土壤的冲刷，提高土壤的肥力（表3.6）。
表3.6 胶茶群落与纯胶林土壤肥力比较

项 目 老胶 园 更 新 地
纯 胶 林 胶 茶 群 落

有 机 质(mg/g) 26.68 26.72 27.86

全 氮(g/kg) 1.37 1.54 1.71
速 效 磷(mg/kg) 13.300 6.800 12.900
速 效 钾(mg/kg) 19.300 38.000 46.600

4. 林药间作
许多药用植物喜阴凉、湿润的环境,通过林药间作,林木可为药材提供荫蔽环境,以防夏季烈日高温伤害,为它提供优良的环境。林下间作可减少成本,增加收益,并能促进林木生长。四川省一农民实行杉木、杜仲、黄柏、厚朴与黄连间作复合经营模式,年收入达15万元；另据安徽省林业科学研究所调查,安徽淮北地区在稀疏泡桐树下间种的白术,每667 m2种植12000株以上,产干白术100-150 kg。安徽界首等地在不能间作小麦的三年生泡桐林下间种板蓝根,每667 m2可收获鲜根300-400 kg,价值400-500元.林下间种金银花,每hm2可产750-1125 kg干花.
不同地区林药间作类型有：南方丘陵山区为杉木、桐树林内间作黄连、魔芋、天麻、砂仁、三七、益智、肉桂等；华北平原农区为泡桐树下间种芍药、桔梗、天麻、贝母、板蓝根、天南星、金银花等；东北林区为杉树、松树、椴树等间种人参、细辛、桔梗、贝母等；"三北"农牧区为胡杨林下间种甘草等。

三、 作物群体内的垂直结构（农田立体模式）
（一） 同一作物不同品种的间作
利用同一作物不同品种的抗性差异进行互补间作，如水稻和小麦不同品种的混栽模式。
水稻的混栽技术：1996年云南农业大学朱有勇教授与国际水稻所等单位提出了利用生物多样性（不同水稻品种混栽）持续控制水稻病害的研究。利用传统地方品种和现代杂交稻品种多样性混栽控制稻瘟病取得了重大突破。现代品种（抗稻瘟病）与优质稻（感稻瘟病）株高差异在30cm以上，每4～6行现代杂交品种秧苗的宽行之间配置一行传统优质稻。从1998年开始，在云南、四川、湖南、江西、贵州等33个市（州）202个县累计推广200多万ha-1，稻瘟病发病率降低32.42～71.96%，病情指数降低48.24～75.39%，现代品种混栽比净栽增产6.74～9.39%。

（二） 不同农作物间作
在作物种植业中,将不同株高、不同根深和不同营养特性的作物相搭配，实行合理的间作，可以充分利用土地、光照、水分和养分等资源，提高土地利用率和单位面积产量，同时利用生物之间的互补可减轻病虫害。如玉米与大豆间作，有带状间作和宽行间作，间作总的产量比玉米单作增产13.1-16.6%,比大豆单作增产20.6-38.3%。又如小麦与棉花间作，可减少病虫害，增加作物产量。据研究，棉麦间作有利于瓢虫由麦株向棉株转移，抑制棉蚜发生为害，减少农药用量，节省劳力。麦棉间作再套绿肥，一般每公顷农田可收小麦3000 kg，鲜绿肥10000-15000 kg，皮棉750 kg以上，总体效益较好。陕西省农科院利用棉花与油菜间作可减轻棉田蚜虫、地老虎等棉花的危害。此外还有玉米与甘薯、玉米与棉花、小麦与蔬菜、芝麻与甘薯等间作方式，主要间作方式及应用地区如表3.7。

表3.7 我国作物生产中的主要间作类型

间作方式

分布地区

玉米||豆类

玉米产区

玉米||薯类

华北、西南和西北地区

玉米||花生

西南和华北地区

小麦||玉米

河西走廊、雁北、陕北、东北、河套等地

春小麦||豆类

东北地区

棉花||瓜类

华北地区

棉花||花生

黄淮海棉区

早稻（晚稻）||甘薯

华南水田

甘蔗||豆类

华南地区

||表示间作
（三）稻田养鱼和稻田养鸭
稻田养鱼是利用稻田的浅湿环境，辅以人工措施，既种稻又养鱼。（1）放养于稻田中的鱼类，能取食大量的杂草、浮游植物、浮游动物和光合细菌，还能摄取水稻害虫为饵料,吞食落入水面的稻虱、叶蝉、螟虫等,将它们贮存的能量转化为营养丰富的鱼产品。据统计，养鱼稻田两季水稻平均每亩用药防治病虫害3.6次,比未养鱼稻田13.1次减少9.5次,既减少了农药用量又节省了开支和劳力；（2）鱼在稻田中搅动，能疏松土壤，增加稻田氧气，有利于有机物的分解，促进水稻根系的呼吸和发育；（3）鱼类的粪便和排泄物又可以作为水稻的肥料，增加稻田土壤的养分含量，充分发挥稻田的功能。使稻、鱼相辅相成，相得益彰。鱼在稻田中具有除草保肥、松土、除虫、通气的作用。一般稻田养鱼可使水稻增产一成左右，最高可增产四成，每667 m2稻田可生产鱼种或食用鱼100 kg左右。我国是世界上稻田养鱼面积最大的国家，早在1700多年前的三国时代，我国就有稻田养鱼的记载。1990年全国已有70多万hm2主要分布在四川、湖南、江西、江苏、广西、贵州等20多个省市，广东1996年面积达3.6万ha-1，产量16731 t。
稻田养鸭是一种“人造”共生系统,利用了动植物间的共生互利关系,利用鸭的杂食性特点,让鸭和稻“全天候”地在田里同生共长,以鸭捕食害虫代替农药治虫,以鸭采食杂草代替除草剂,以鸭粪作为有机肥代替部分化肥,从而实现以鸭代替人工为水稻“防病、治虫、施肥、中耕、除草”等目的（图3.9）。目前该技术在我国浙江、江西、江苏、湖南、安徽、云南、四川、广东等省发展迅速，技术也日趋成熟。已有的研究表明，稻鸭共作复合农业生态系统具有防治病虫草、培肥土壤、减少甲烷排放、提高稻米品质等功能，在稻田不施用化肥、农药，就可以达到安全、优质生产的目的，具有显著的经济和生态效益。

图3.9 鸭稻共作稻田生态系统的食物链网结构
（ 为食物链关系； 为相互作用或物质交换关系）

（四）稻萍鱼
这是一种多层次、高效益的立体农业结构，已形成比较稳定的配套技术，在福建、四川、湖南、广西、浙江等省（自治区）有较大分布。稻田采用垄作，垄上栽培水稻，水面放养红萍，水体养鱼，形成稻-萍-鱼立体结构。上层稻株为萍、鱼提供良好的生长环境，中层红萍可富集钾素营养、固氮，还能抑制杂草生长，同时为鱼类提供优良饲料，下层鱼类游动可松土、保肥、增氧、除虫等。这种方式充分利用了稻萍鱼的互利合作关系，并根据它们的空间生态位和营养生态位，巧妙地结合在一起，从而提高了稻田的物质、能量利用率和转化率，具有明显的经济效益、生态效益和社会效益。据有关试验研究，采用这种模式可使水稻增产5%-7%，每公顷增收鲜鱼750-1125 kg，氮素利用率可达67%左右，每公顷纯收入增加7500元。

（五）农田种菇
水稻和甘蔗是我国南方的主要作物之一，因此在稻田和蔗田种菇是一种较好的农田生态模式。
稻田种菇：在稻丛间每667 m2放1000-5000袋发好菌丝的培养料，3-7 d后就可出菇。稻菇模式具有很好的生态适应性，管理也较方便，在不影响稻谷产量的前提下每667 m2可增收平菇500-1000 kg，增加收入400-800元。在河北、山东等地，有些农民在玉米行间开沟套种平菇，并在旁边留浅沟以便干旱时灌水。试验表明，玉米套菇可使玉米增产10%以上，每667 m2可产平菇近1000 kg。
蔗田种菇：在南方蔗区，不少农民利用甘蔗和蘑菇（白蘑菇）生长的时序差异，将甘蔗种植与蘑菇栽培合理地配置于同一空间内，使两者相得益章。蔗田种菇一般比室内栽培蘑菇增产24-26%，最高增产1倍以上，生产成本降低约30%。同时蔗田种菇也能促进甘蔗生长和提高产量。蔗田种菇一般选择地势较高、平坦、不积水的农田，在两畦间的蔗沟内作菇床，毗邻的蔗沟为人行道，每公顷蔗田可种1.2万m2蘑菇。蘑菇（白蘑菇）属喜暗菇类，生长发育过程中不需光照。甘蔗叶片茂密，为下层创造良好得遮阴环境。在甘蔗生长中、后期，通常要摘除甘蔗下层叶片，以利于蘑菇通风透气。福建省一般在3月份收获甘蔗，此时也是蘑菇的采收结束之日，在时序上不发生矛盾。蘑菇采收后，剩余培养料全部还田，能提高蔗田的土壤肥力。此外还有玉米地种菇等立体模式，原理一样。

（六）基塘系统
我国珠江三角洲、江浙一带和其它水网地区，利用低洼地抬高塘基，降低水面，形成各具特色的基塘系统。根据基面种植作物的的不同，可分为桑基鱼塘、蔗基鱼塘、果基鱼塘、花基鱼塘和杂基鱼塘。通过长期的实践，一般基与塘的比例为4：6或5：5较多。
为了更好地利用空间，有的农户在塘边搭棚，将基面上种的瓜藤引到棚上去，充分利用鱼塘的空间和光温条件，瓜藤蔓延的盛期，正是夏天酷热季节，浓密的藤蔓对鱼塘起到良好的遮阴作用，也提高了经济效益。
一般来说，传统的桑基鱼塘、蔗基鱼塘由于劳动力成本高，利润不高，已慢慢让位于果基鱼塘、菜基鱼塘、花基鱼塘等利润大，收入高的结构类型。不同基塘系统的经济效益比较见表3.8。

表3.8 各种基塘系统的经济效益比较（元/hm2）(钟功埔等,1993)
基塘类型 产值 成本 利润 利润/产值 产值/成本 利润/成本
桑基鱼塘 13478.85 7660.65 5818.20 0.43 1.76 0.76
蔗基鱼塘 13006.05 7520.85 5485.20 0.42 1.73 0.73
花基鱼塘 200230.50 44638.50 155592.00 0.77 4.49 3.49

四、 水体立体模式（水体内的垂直结构）
（一）鱼的分层放养
分层立体养鱼主要是利用鱼类的不同食性和栖息习性进行立体混养。在水域中（生产上主要为池塘）按鱼类的食性分为上层鱼、中层鱼、下层鱼，鲢鱼、鳙鱼以浮游植物和浮游动物为食，栖息于水体的上层；草鱼、鳊鱼、鲂鱼主要吃草类，如浮萍、水草、陆草、蔬菜和菜叶等，居水体中层；鲤鱼、鲫鱼吃底栖动物和有机碎屑等杂物，居水体底层。通过这种混合养殖，可充分利用水体空间和饲料资源，充分发挥不同鱼类之间的互利作用，促进鱼类的生长。应用这种方法时应注意在混养时，在同一个水层一般适宜选择一种鱼类。此外，池塘条件与混养密度、搭配比例和养鱼方式要相适应。
（二）鱼蚌混养
在传统水产养殖的基础上，利用水质良好的中等肥度鱼塘、河沟或水库，吊养（或笼养）三角帆蚌，在不影响鱼类生长活动的前提下，增加珍珠的收入。一般鱼塘结合育珠，平均每667 m2一年可收珠0.5-1kg，净收入900-1500元，江、浙、鄂、皖一带鱼蚌混养育珠，收入相当可观。