從水稻生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)看水稻秸稈還田的重要性

1、水稻生態(tài)系統(tǒng)的研究范圍

水稻生態(tài)系統(tǒng)的研究范圍是以水稻為中心的生產(chǎn)過程。以水稻為中心的生物群落相當(dāng)復(fù)雜，除了水稻之外還包括動物、植物、微生物等構(gòu)成的大的生物群落。如稻田養(yǎng)鴨、稻田養(yǎng)魚、稻田養(yǎng)蟹等都構(gòu)成了新的生物群落。水稻系統(tǒng)研究的范圍就包括這些與水稻生長發(fā)育相關(guān)聯(lián)的各種動物、植物、微生物以及光照、溫度、水分、養(yǎng)分等等的相互關(guān)系。同時還要研究與周圍其它各系統(tǒng)的關(guān)系。詳見圖1?？傊?，與水稻生長發(fā)育有關(guān)聯(lián)的因素都在水稻生態(tài)系統(tǒng)的研究范圍之內(nèi)。

圖1：水稻生態(tài)系統(tǒng)研究范圍示意圖

2、維系水稻生態(tài)系統(tǒng)平衡才能實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展

分析水稻生態(tài)系統(tǒng)，先要調(diào)查分析當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)自然資源和社會資源。農(nóng)業(yè)自然資源包括氣候資源、土地資源、水資源和生物資源。社會資源主要是經(jīng)濟(jì)資源、勞動資源、智力資源、技術(shù)資源等。不同地域，比如南方、北方，自然資源和社會資源是有很大差距的。人類開發(fā)利用自然資源的過程，是在一定范圍內(nèi)和一定程度上對自然資源不斷進(jìn)行利用和補(bǔ)償?shù)倪^程。在這個過程中，人類能夠讓稻田生態(tài)系統(tǒng)保持平衡，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)揮積極作用，土壤肥力和生產(chǎn)能力得以不斷提高，才能實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。作物種群與生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)系所形成的結(jié)構(gòu)與功能動態(tài)變化規(guī)律如果保持長期的合理良好，則有利于作物種群的生長發(fā)育。結(jié)構(gòu)合理反映出是系統(tǒng)的條件適宜，功能優(yōu)越反映出是系統(tǒng)的作用良好。水稻生態(tài)系統(tǒng)有利于當(dāng)季水稻的群體發(fā)展，就可達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

稻田生態(tài)系統(tǒng)以作物種群為中心的能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)，是稻田生態(tài)系統(tǒng)研究的主要對象。能量轉(zhuǎn)化與各個組成成分的關(guān)系如圖2。稻田空間的太陽能通過水稻的光合作用，轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)，分配運(yùn)轉(zhuǎn)，使到作物生長、發(fā)育、成熟，達(dá)到能量貯藏。以至收獲物被取走，只有敗葉殘根遺留在田中。必須從施肥補(bǔ)足，維持土壤養(yǎng)分平衡，才能不斷提高產(chǎn)量。

圖2：能量轉(zhuǎn)化與各個組成成分之間的關(guān)系

3、稻田生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化某種程度上就是光能到生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化

水稻生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展變化，是由于能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)而形成的，從而不斷地產(chǎn)生物質(zhì)生產(chǎn)。全世界人類所利用的能量，96%是太陽輻射能，(其中68%是由于過去地質(zhì)時代的光合作用所儲存在礦藏中的能量，而其余28%是聚集在現(xiàn)在光合作用產(chǎn)物中的能量)。其余4%是用水電站和風(fēng)力設(shè)備等所獲得的能量。太陽光能是能量的主要來源，是一個很重要的生態(tài)條件。人類在長期的農(nóng)耕實(shí)踐中的精選品種、合理密植、調(diào)節(jié)水肥、病蟲草害防治等，最終目的就是充分利用光能以生產(chǎn)人類需要的光合產(chǎn)物。

4、維系水稻生態(tài)系統(tǒng)的能量平衡才能實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展

稻體中的干物重量有90-95%是來自光合作用，5-10%來自土壤營養(yǎng)。水稻固定的光合產(chǎn)物中有 53%是在穗部，44%在莖葉，2%在根部。穗和莖葉的大部分作為人和家畜的能源從稻田中取去了，殘留量只有落葉、殘樁和根，約占生物產(chǎn)量中的10-20%。而被取去的稻谷和莖稈，如果不以廄肥、堆肥的形式把有機(jī)質(zhì)還給稻田，則稻田中的微生物的能量缺乏，微生物活動力弱，土壤理化性變劣，影響作物生產(chǎn)。所以，從稻田本身的物質(zhì)循環(huán)來說，稻稈還田或廄肥、堆肥施用在稻田，是維持地力平衡的一個重要途徑。

稻田生態(tài)系統(tǒng)由于人為控制程度較高，耕作較頻繁，能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)，都與自然生態(tài)系統(tǒng)異趣。一般認(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)的功能主要是三個方面，即綠色植物吸收光能，生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)；動物和異養(yǎng)植物對有機(jī)質(zhì)的消耗與異化；在微生物作用下有機(jī)質(zhì)被分解為無機(jī)物。也就是由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者共同起作用。

（1）生產(chǎn)者。生產(chǎn)者就是進(jìn)行光合作用的水稻，比自然生態(tài)系統(tǒng)要單純得多，其它植物基本都不是栽培的目的物。作為生產(chǎn)者的水稻，其生產(chǎn)過程實(shí)質(zhì)就是把無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的過程。

（2）消費(fèi)者。消費(fèi)者是指有機(jī)物的消費(fèi)者，即動物和人類。在水稻生態(tài)系統(tǒng)中的自然消費(fèi)者主要是昆蟲、鳥獸。水稻生態(tài)系統(tǒng)中的作物產(chǎn)品是運(yùn)出生態(tài)系統(tǒng)之外的，營養(yǎng)元素也隨作物收獲而搬出生態(tài)系統(tǒng)之外；在耕地利用期間營養(yǎng)元素更易隨水土流失而消耗。正因?yàn)樽鳛橹饕M(fèi)者的人為破壞，使得水稻生態(tài)系統(tǒng)在物質(zhì)循環(huán)上的自然調(diào)節(jié)能力特別微弱。因此，必須加強(qiáng)人工管理、施肥、灌溉、翻壓腐熟秸稈以補(bǔ)充肥源，培養(yǎng)地力，保持能量平衡。

（3）分解者。分解者是進(jìn)行分解和腐化作用的腐生生物，即細(xì)菌和真菌，亦稱還原者。作物生產(chǎn)遺留在田中的有機(jī)物質(zhì)秸稈等，被微生物分解，還原為有效的礦物質(zhì)營養(yǎng)元素，供作物吸收。分解者是把生產(chǎn)者殘留及人類施下的有機(jī)物無機(jī)化，使有機(jī)物變成可供作物利用的營養(yǎng)元素，在物質(zhì)循環(huán)中的效用很大。環(huán)境和有機(jī)體之間的物質(zhì)循環(huán)如圖3。

圖3：水稻生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境和有機(jī)體之間的物質(zhì)循環(huán)示意圖

所謂生態(tài)平衡，就是在一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的能量物質(zhì)轉(zhuǎn)換，于一定時間趨于穩(wěn)定狀態(tài)，能量和物質(zhì)的輸入和輸出之間，維持相對的平衡關(guān)系。自然生態(tài)系統(tǒng)，不受人為干預(yù)，自然演替，可維持生態(tài)平衡。水稻生態(tài)系統(tǒng)既然人為控制程度較高，那么水稻生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)平衡也必須人為控制。打破這個平衡，水稻生態(tài)系統(tǒng)就難以為繼。

圖4：北方寒冷的冬季是消滅病蟲害維持水稻系統(tǒng)平衡的自然法則

5、水稻生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)靠的就是秸稈

作為生產(chǎn)者的水稻，利用太陽光能將土壤中的無機(jī)態(tài)有效養(yǎng)分，轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)的生物產(chǎn)量，主要包括稻谷和稻草；人類作為生物質(zhì)的消費(fèi)者消費(fèi)了稻谷，甚至還把稻草移除田間或一把火焚燒，造成了對土壤的嚴(yán)重掠奪；這樣，作為分解者的真菌、細(xì)菌就沒有了生存的養(yǎng)分，活性大大降低，甚至無法生存。這樣的水稻生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，長期下去注定被破壞得難以維系，從而失去系統(tǒng)應(yīng)有的功能。所以，為了維護(hù)水稻生態(tài)系統(tǒng)的健康，必須研究、解決、維系系統(tǒng)生物種群中各因素應(yīng)有的功能狀態(tài)，其中最最主要的就是微生物群落的生存問題。目前最重要的就是秸稈！其次還是秸稈?。∽詈筮€是秸稈?。?！

圖5：人類不能太自私，不能只顧索取，不能只做水稻生態(tài)系統(tǒng)的破壞者，要做水稻生態(tài)系統(tǒng)積極的保護(hù)者。