第一节 生态学与低碳农业发展理论

一 生态链与生态农业理论

（1）生态学与生态足迹

生态学的主要思想来源于自然论经济思想和达尔文的进化论。最早提出生态经济学这一概念的是德国生物学家恩斯特·海克尔。1866年，他在《有机体普通形态学》一书中将生态学定义为“研究生物体与其周围环境（包括非生物环境和生物环境）相互关系的科学”。在早期的研究中，生态学作为研究自然的经济学并不包括人类活动，直到20世纪中叶，生态学与经济学的结合形成了今天一个非常重要的科学领域——生态经济学，对当今世界产生了空前的影响。在生态学基础上人们创造了生态足迹理论。

国际上的生态足迹研究可以追溯到20世纪70年代，但首次明确提出生态足迹（Ecological Foot Print, EFP）的是加拿大生态学家Rees（1992），之后其博士生Wackernagel（1996）又对生态足迹理论进行了逐步发展和完善。生态足迹理论主要运用于解释自然界如何为人类提供更好的生命支持服务以及衡量人类对自然资源的利用程度。

根据Rees和Wackernagel的研究，生态足迹是指一个国家范围内给定人口的消费负荷，用生产性土地面积来度量一个确定人口或经济规模的资源消费和废物吸收水平。它的应用意义在于：通过比较自然生态系统的承载能力与生态足迹需求，能够对某一国家或地区目前可持续发展的状态进行定量分析。在此基础上对社会经济发展和人类生存做出科学的规划和建议。

生态足迹的计算公式为：

其中，EFP为总的生态足迹，N为人口数，ef为人均生态足迹，ci为第i种产品的人均消费量，pi为第i种产品的平均生产能力，aai为人均第i种交易商品折算的生物生产面积，i为所消费商品和投入的类型，Aj为第j消费项目折算的人均占有的生物生产面积，rj为均衡因子。

生态承载力的计算公式为：

其中BPA为人均生态承载能力（公顷/人）, aj为人均生物生产面积，rj为均衡因子，yj为产量因子。

当EFP＜BPA时，生态盈余；当EFP＞BPA时，生态赤字。

根据生态足迹理论，《2006地球生命力报告》指出：人类的需求和消费方式已经大大地超过了地球的承载能力，这种消费方式是不可持续的。人均资源消耗水平北美最高，是欧洲人均资源消耗水平的2倍，更是亚洲和非洲人均资源消耗水平的7倍，西方人消耗自然资源已经达到了难以持续的极端水平。到2050年，按照目前世界消耗资源的平均增速来计算，要满足人类的需求，需要2个地球的自然资源。如果全球都按照美国消耗资源的水平来消费的话，则需要5个地球的自然资源。若全球都按日本消耗资源的水平来消费，那样话人类就要准备24个地球才行。

随着全球气候变暖的加剧，温室气体排放问题越来越受到人们的关注，消耗的碳越多，导致地球变暖的二氧化碳和其他温室气体的排放也就越多，“碳足迹”就被用于衡量各种人类活动产生的温室气体排放量，“碳足迹”越大，温室气体排放量就越大，而“碳足迹”的概念就是从“生态足迹”理论中发展出来的。

（2）生态链与生态农业理论

生态学认为，群落的可持续发展离不开生产者、消费者和分解者的相互作用，生产者是自养生物，它们利用无机物制造有机物，将环境中的能量以化学能的方式存储在体内；消费者直接或间接利用生产者作为食物来源；分解者则以生产者、消费者残体或排泄物中的有机物作为食物来源，使这些有机物分解为无机物重新回到环境中去，成为生产者的原料。生产者、消费者和分解者通过营养链（植物、微生物之间）和食物链（植物、动物之间）与环境形成完整的循环体系，顺利实现各个环节之间的物质交换和能量交换，这便是生态链结构。生态链对于生态种群应对环境变化调节机制的建立意义重大。

生态农业（Eco-agriculture，简称ECO）是在生态学原理与方法指导下，在一定区域内优化农业生态系统，调控农业生态系统结构，科学利用农业生产资源，因地制宜发展农业生产，保护农业生态环境，实现经济、生态、社会三效益相统一的新型集约化农业，通过粮豆轮作、牧草种植、合理放牧、有机肥施用、生物防治、少免耕等生产措施，减少化肥农药施用和农业机械使用等。

1924年，德国农学家鲁道夫·斯蒂纳（Rudolf Steiner）在其主讲的“生物动力农业”课程中首次提出了“生态农业”的概念。60年代后期，生态农业理论逐步成型，不少专家提出了用生态学原理指导农业生产的理论。70年代末，生态农业的理念逐渐被东南亚地区关注，该地区关于生态农业的研究也不断增加。提出生态农业模式的是美国密苏里大学土壤学家威廉（William Albreche），他于1971年基于土壤学视角提出这一概念。20世纪90年代，生态农业在欧洲各国得到了政府大量的财政补贴支持，并由此推广到全球许多国家。在20世纪80年代以前，我国对生态农业的研究很少。1980年农业生态经济学术讨论会在银川召开，正是在这次会议上，“生态农业”这一概念在我国首次被正式提出。此后，对生态农业的研究才逐渐地被学者所关注。

目前，我国已经形成了比较成熟的生态农业发展理论体系。仅就生态农业发展模式来讲，可分为以下几种类型。一是群落层面生物种群结构的“立体模式”，涉及在一个生物群落中通过安置生态位互补的生物，提高辐射、养分、积温、水分等资源的利用率，形成有效抵御病、虫、草等生物逆境和水、旱、热等物理逆境的互利关系。二是种群层次生物关系的“食物链模式”，主要涉及有食物链关系的初级生产者、次级生产者和分解者之间的搭配。三是个体与基因层面动植物品种选择的“品种搭配模式”，主要涉及适应当地自然生态条件和社会经济需求的动植物品种选择。除品质与产量要求外，选择的品种需要能够抵御当地主要生态逆境，选择搭配各类抗旱、抗寒、耐高温、抗浸、抗盐碱、抗酸、抗瘦瘠、抗病、抗虫、抗草品种。

生态农业与传统农业比较，主要特点有以下两个。一是整体性强。生态农业是按生态规律来调控农业发展的，因此必须把农业、工业、商业、运输业和林业等各行业组成一个综合经营体系，形成整体发展态势，不可偏废。二是层次性多。生态农业包含多层子体系，即家庭生态农业体系、村落生态农业体系和县域生态农业体系等。这些子体系既可以通过横向联系组成一个综合经营体，也可以在功能上有所区分，如有的从事水果生产、有的从事蔬菜种植、有的从事林木生产，而有的也可以是综合性的。

在1924年，斯蒂纳首次提出“生态农业”后不久，英国农学家A．霍华德提出了另一个与“生态农业”相关的概念——“有机农业（Organic Agriculture）”。从此，有机农业传播到日本、瑞士和英国等国家，并得以逐步推广。确切地说“有机农业”正是生态农业的重要形态之一，两者相辅相成，不可分割。

有机农业突出种植业以有机肥为主、养殖业以有机饲料为主的特点，基本或完全不施用化肥农药，也不使用生长调节剂和饲料添加剂。有机农业其特点是注重生产过程管理，以生态平衡为主线对农业进行合理规划和组织生产，协调种植业与养殖业平衡规范发展。化肥、农药、生长激素、饲料添加剂等与上述理念相悖的物质不进入农业生产过程，转基因物种及物品也不允许进入有机农业的生产过程。

二 低碳农业理论

自低碳经济提出以来，低碳经济发展的理论和实践主要集中在工业，低碳经济在农业中的应用长期以来没有得到足够的重视，因此对低碳农业，目前学界还没有达成一致的定义。

生物质（Biomass，原意生物量）可以部分替代化石燃料，可以降低温室气体排放及污染物。生物质的形成是植物吸收太阳光能和大气中CO2的结果，是释放化石燃料燃烧产生CO2的逆过程。能够产生物质能的产业就只有农业，但是农业在生产过程中也会产生温室气体的排放和污染物，比如被人们广泛熟悉的农药和化肥的使用，也有鲜为人知的有机污染物——COD排放问题。

低碳农业是指在发展农业生产过程中采用低碳技术，减少能量消耗或资源损耗，减少CO2等温室气体排放的农业生产和增长模式，具有“四低两高”的特征，即低能耗、低物耗、低排放、低污染和高效率、高效益。低碳农业要求减少化石能源的投入，即减少化肥、农药、农膜、除草剂、植物生长调节剂、土壤改良剂、饲料添加剂等各种农用化学品的投入。其实质是能源和资源利用的高效率和清洁的能源结构；其核心是能源和资源利用的技术和制度创新；其发展重点是在农业领域推广节能减排技术、固碳技术，开发生物质能源和可再生能源的农业。

低碳农业的节碳固碳机理是利用先进技术减少农业生产、加工、运输等各环节的碳排放，增加农田、湿地、森林、草地的固碳能力。从节碳的角度来说主要是减少高碳能源及化肥的应用、加强秸秆综合利用等；从固碳的角度来说主要是改良固碳型农业品种、推广农业固碳技术和重建农业湿地系统。低碳农业主要有以下一些发展模式：一是有害投入品减量模式，该模式的核心内容是减少化肥、农药、农用薄膜等有害物品的投入使用；二是立体种养的节地模式，该模式的重点内容是充分利用农业自然资源——如土地、阳光、空气、水等——拓展农作物的生长空间和禽畜的生存空间，发展立体种植与养殖，提高农业产出；三是节水、节能模式，该模式的发展方向主要是节水、节能技术的推广，减少耕作过程、农业机械设备、农业养殖及龙头企业等环节的水资源及能源的消耗；四是清洁能源模式，该模式的突出特点是充分利用农村丰富的资源发展清洁能源，如风力发电、秸秆发电、秸秆气化、沼气、太阳能利用等。

前文提到的有机农业也具有低碳农业的一些发展特点，如有机农业的生产体系碳排放量低于传统生产体系，而且有机农业的土壤保持通过植被覆盖的方式进行，不使用人工合成肥料提高土壤肥力等措施都是很好的碳储存方法。