从水稻生态系统的能量转化和物质循环看水稻秸秆还田的重要性

1、水稻生态系统的研究范围

水稻生态系统的研究范围是以水稻为中心的生产过程。以水稻为中心的生物群落相当复杂，除了水稻之外还包括动物、植物、微生物等构成的大的生物群落。如稻田养鸭、稻田养鱼、稻田养蟹等都构成了新的生物群落。水稻系统研究的范围就包括这些与水稻生长发育相关联的各种动物、植物、微生物以及光照、温度、水分、养分等等的相互关系。同时还要研究与周围其它各系统的关系。详见图1。总之，与水稻生长发育有关联的因素都在水稻生态系统的研究范围之内。

图1：水稻生态系统研究范围示意图

2、维系水稻生态系统平衡才能实现水稻生产的可持续发展

分析水稻生态系统，先要调查分析当地的农业自然资源和社会资源。农业自然资源包括气候资源、土地资源、水资源和生物资源。社会资源主要是经济资源、劳动资源、智力资源、技术资源等。不同地域，比如南方、北方，自然资源和社会资源是有很大差距的。人类开发利用自然资源的过程，是在一定范围内和一定程度上对自然资源不断进行利用和补偿的过程。在这个过程中，人类能够让稻田生态系统保持平衡，使生态系统的结构与功能发挥积极作用，土壤肥力和生产能力得以不断提高，才能实现水稻生产的可持续发展。作物种群与生态环境的相互关系所形成的结构与功能动态变化规律如果保持长期的合理良好，则有利于作物种群的生长发育。结构合理反映出是系统的条件适宜，功能优越反映出是系统的作用良好。水稻生态系统有利于当季水稻的群体发展，就可达到高产稳产。

稻田生态系统以作物种群为中心的能量转化和物质循环，是稻田生态系统研究的主要对象。能量转化与各个组成成分的关系如图2。稻田空间的太阳能通过水稻的光合作用，转化为有机物质，分配运转，使到作物生长、发育、成熟，达到能量贮藏。以至收获物被取走，只有败叶残根遗留在田中。必须从施肥补足，维持土壤养分平衡，才能不断提高产量。

图2：能量转化与各个组成成分之间的关系

3、稻田生态系统的能量转化某种程度上就是光能到生物质能的转化

水稻生态系统的发展变化，是由于能量转化和物质循环而形成的，从而不断地产生物质生产。全世界人类所利用的能量，96%是太阳辐射能，(其中68%是由于过去地质时代的光合作用所储存在矿藏中的能量，而其余28%是聚集在现在光合作用产物中的能量)。其余4%是用水电站和风力设备等所获得的能量。太阳光能是能量的主要来源，是一个很重要的生态条件。人类在长期的农耕实践中的精选品种、合理密植、调节水肥、病虫草害防治等，最终目的就是充分利用光能以生产人类需要的光合产物。

4、维系水稻生态系统的能量平衡才能实现水稻生产的可持续发展

稻体中的干物重量有90-95%是来自光合作用，5-10%来自土壤营养。水稻固定的光合产物中有 53%是在穗部，44%在茎叶，2%在根部。穗和茎叶的大部分作为人和家畜的能源从稻田中取去了，残留量只有落叶、残桩和根，约占生物产量中的10-20%。而被取去的稻谷和茎秆，如果不以厩肥、堆肥的形式把有机质还给稻田，则稻田中的微生物的能量缺乏，微生物活动力弱，土壤理化性变劣，影响作物生产。所以，从稻田本身的物质循环来说，稻秆还田或厩肥、堆肥施用在稻田，是维持地力平衡的一个重要途径。

稻田生态系统由于人为控制程度较高，耕作较频繁，能量转化、物质循环，都与自然生态系统异趣。一般认为，生态系统的功能主要是三个方面，即绿色植物吸收光能，生产有机物质；动物和异养植物对有机质的消耗与异化；在微生物作用下有机质被分解为无机物。也就是由生产者、消费者和分解者共同起作用。

（1）生产者。生产者就是进行光合作用的水稻，比自然生态系统要单纯得多，其它植物基本都不是栽培的目的物。作为生产者的水稻，其生产过程实质就是把无机物转化为有机物的过程。

（2）消费者。消费者是指有机物的消费者，即动物和人类。在水稻生态系统中的自然消费者主要是昆虫、鸟兽。水稻生态系统中的作物产品是运出生态系统之外的，营养元素也随作物收获而搬出生态系统之外；在耕地利用期间营养元素更易随水土流失而消耗。正因为作为主要消费者的人为破坏，使得水稻生态系统在物质循环上的自然调节能力特别微弱。因此，必须加强人工管理、施肥、灌溉、翻压腐熟秸秆以补充肥源，培养地力，保持能量平衡。

（3）分解者。分解者是进行分解和腐化作用的腐生生物，即细菌和真菌，亦称还原者。作物生产遗留在田中的有机物质秸秆等，被微生物分解，还原为有效的矿物质营养元素，供作物吸收。分解者是把生产者残留及人类施下的有机物无机化，使有机物变成可供作物利用的营养元素，在物质循环中的效用很大。环境和有机体之间的物质循环如图3。

图3：水稻生态系统中，环境和有机体之间的物质循环示意图

所谓生态平衡，就是在一个生态系统内的能量物质转换，于一定时间趋于稳定状态，能量和物质的输入和输出之间，维持相对的平衡关系。自然生态系统，不受人为干预，自然演替，可维持生态平衡。水稻生态系统既然人为控制程度较高，那么水稻生态系统的生态平衡也必须人为控制。打破这个平衡，水稻生态系统就难以为继。

图4：北方寒冷的冬季是消灭病虫害维持水稻系统平衡的自然法则

5、水稻生态系统的维护靠的就是秸秆

作为生产者的水稻，利用太阳光能将土壤中的无机态有效养分，转化为有机态的生物产量，主要包括稻谷和稻草；人类作为生物质的消费者消费了稻谷，甚至还把稻草移除田间或一把火焚烧，造成了对土壤的严重掠夺；这样，作为分解者的真菌、细菌就没有了生存的养分，活性大大降低，甚至无法生存。这样的水稻生态系统结构，长期下去注定被破坏得难以维系，从而失去系统应有的功能。所以，为了维护水稻生态系统的健康，必须研究、解决、维系系统生物种群中各因素应有的功能状态，其中最最主要的就是微生物群落的生存问题。目前最重要的就是秸秆！其次还是秸秆！！最后还是秸秆！！！

图5：人类不能太自私，不能只顾索取，不能只做水稻生态系统的破坏者，要做水稻生态系统积极的保护者。