农业生物多样性及其影响分析
马鹏刚
提纲
一、农业生物多样性的介绍（内涵、组分和功
能
二、中国农业生物多样性的现状
三、低碳背景下农业生物多样性的影响因素
四、农业生物多样性测度指标的建立
五、农业生物多样性与生态系统管理
六、农业生物多样性评价与就地保护
桃金娘
一、农业生物多样性的介绍
农业生物多样性的内涵
生物多样性biodiversity[1]是指一定范围内多种多
样活的有机体(动物、植物、微生物) 有规律地结合所
构成稳定的生态综合体。 这种多样包括动物、植物、
微生物的物种之间的多样性，物种的遗传与变异的
物种内部多样性及生态系统的多样性和景观多样性4
个层次。对于农业生态系统来说,生物多样性在这4个
层次中都发挥着重要的作用。
假苹婆
农业生物多样性是指与食物及农业生产相关的所
有生物的总称。包括高等植物、高等动物、节肢动
物、其他大型生物及微生物。
襄荷
多样性层面 生物多样性 农业生物多样性
生态系统 生态系统是有植物、动物和微
生物群落及其作为一个功能单
位相互作用的非生物环境共同
组成的一个动态复合体，不同
类型的生态系统包括森林、草
地、湿地、山地、湖泊和沙漠
等。
从某种程度来讲，农业生态系统
的多样性是由于农业和非农业土
地和水资源利用形成的，农业生
态系统的例子包括水田、牧场、
以及耕作制度等，这些系统的各
种要素可以合并起来组成复杂的
混合系统。
物种 物种是一种在形态学上具有类
似性质且能够进行异种交配并
产生能够繁殖后代的有机物。
植物、动物、微生物都有大量
的物种。
农业活动中使用动植物的多样性
是由于人类为了获取植物、营养
和药物之目的而对生物多样性进
行管理的结果，例如驯养的家畜
和家禽，种植的常见农作物等
基因 某个物种内部所有物种的基因
变异，它决定物种内部每一个
个体或种群的特殊性，DNA是
特性中的表现形式
从某种程度上讲，物种内部的多
样性是由于农民为满足环境和其
他条件而对具体特性作出选择的
结果
景观 景观多样性是指不同类型的景
观在空间结构,功能机制和时间
动态方面的多样化和变异性.
农业景观是被视为具有高水平生
物多样性的生境岛屿植入到集约
化利用的农业用地之中的景观镶
嵌体。
农业生物多样性的意义
农业生物多样性的意义在于它对人类的历史发展
进程起到了重要的保障作用，包括为人类提供食物和
衣服、为资源型产业提供有效资源、为农作物的品种
改良提供有利基因、为有害物种提供有效的天敌等，
并将为人类未来的生存与可持续发展提供保障，保证
各种土地资源管理类型的合理、高效和可持续利用。
为生态环境的有效保护做出重要贡献。同时，农业生
物多样性是人为管理下满足人类生存及发展的生物多
样性系统，是社会与自然互动的产物。
黑冠长臂猿
农业生物多样性的组分和功能
组分：农业生态系统的物种可分为生产性生物种，
如农作物、林木、饲养动物等,其多样性对系统的
生产力、稳定性起重要作用;资源性生物种如传粉
昆虫、害虫天敌、微生物等,其多样性对系统内的
传粉作用、害虫生物控制、资源分解、促进养分
循环有着重要的作用,从而间接影响系统的稳定性
和生产力;破坏性生物种,如杂草、害虫、病原生
物等,这些生物种影响系统生产力,是被控制的对
象。
机构多样性
农户特点、资
源管理
农场特征
气候变异性
大尺度中尺度气候
干旱、水灾
管理的多样性、
传统农业的适应
性改革、
技术革新等
物种的利用和
管理、生产保
护等
促进授粉、基因交流、种群调节、生物控制、食物链与养分循环、
竞争、天敌保护、作物的野生近缘种、土壤结构与养分循环、分
解、捕食、病害控制等
自然自然
环境环境
干扰干扰
环境环境
功能功能
空间变异为主空间变异为主 时间变异为主时间变异为主
传粉生物、捕
食者和寄生者、
草食者、蚯蚓
等等
生物物理多样性
土壤、生产力、水分
微生物、植物、生态区
功能：
第一：社会功能：
① 生产消费功能：指的是人类依靠农业生物进
行适当的生产活动，保障农业的农产品生产和供给
，它是农业的基本功能，是农业生物多样性的最直
接功能体现。从生存的角度来看，保护农业生物多
样性的生产功能是保障食物的前提。
②生活服务功能：指基于农业生物多样性的保
护，农业生物为人类提供生活服务方面的功能。这
些功能随着生物多样性的丰富程度而发生变化。
例如，依靠农业生物多样性形成的农业环境可以
为人类提供观光休闲场所、产生相关文化形态，
且为了保护生物多样性可以提供就业机会和岗位
等。
第二：生态功能：
主要表现在农业生物多样性对
生态环境的支撑和保护方面。农业
生物在吸收CO2与释放O2、净化空
气、消纳废弃物净化环境、保持土
壤肥力与涵养水源、营造绿色景观与减轻城市热岛效应
，调节气候等方面，有着突出的不可替代的生态作用。
有数据表明[5] ，2005年北京农田生态系统总服务价值为
亿元，其中生态价值为亿元，是产品经济价
值的倍。生物多样性对于经济发展的作用可见一斑。
第三：政治功能
保护农业生物多样性是保证中国粮食安全，促进
社会可持续发展，树立良好的大国形象的需要。
农业生物多样性越丰富，人类能够获得食物的途
径更广阔，粮食安全得到保障，社会稳定局面才
能得以保持。
二、中国农业生物多样性的现状
中国是世界上生物多样性最丰富
的国家之一，是世界农作物的八大起
源中心之一，也是世界栽培植物四大
起源之一。物种多样性高度丰富，生
物物种的特有性高，拥有大量特有的
物种和孑遗物种，生物区系起源古老，经济物种异常丰富。
球兰
据统计[7-8]，中国约有高等植物32000种，占世界种
数的10%，居世界第3位；动物资源上拥有世界总
数13%的鸟类和%的哺乳动物；已发表的微
生物种名数已超过10000种，占世界已知种数的
11%。其中，特有种子植物有14939种，占到了中
国全部种子植物的52%；特有哺乳动物110种，特
有鸟类106种，特有爬行动物178种，特有两栖动
物252种；已经发现的特有微生物约2000种。
三、低碳背景下农业生物多样性的影
响因素
农业生物多样性的影响因素可以概括为土地过
度开发、集约化利用导致的农业景观格局的改
变;农业扩展、发展及农业活动导致的生态系
统结构功能、物种的变化;环境污染。主要表
现在以下几个方面。
红果坚木
对资源的掠夺式开发利用
生物生境的改变
环境污染（化学污染日益严重）
外来物种入侵
农田也品种单一化
气候变化
其他
农药是用来防治农作物病虫害和消除杂草的药剂
，是保证农业增产的重要因素，也是解决世界上60
亿人口温饱问题的有力措施。农业生产上若不使用
农药，全世界农作物每年因病、虫、草害造成的经
济损失达800亿美元，我国由于防治农作物病、虫、
草害，每年可挽回谷物损失150～200亿kg、棉花
～万kg等。使用农药获得巨大作用的同时，也由
于农药的广泛应用和使用不当，已对生物多样性造
成了较大的影响。在这里我主要是从农药对基因、
物种和生态系统三个水平上讲一下其对生物多样性
的负面影响。
（1）基因多样性的降低
①向田间喷撒农药，在农作物上、田间及土壤
中的一些敏感个体会迅速消失，从而使整个种
群的基因多样性水平降低。
②农药引起种群数量的减少，以致达到了种群
的遗传学瓶颈。
③农药引起种群规模和群落数的减少，由于随
机的基因漂变，降低了种群的基因多样性水平。
(2) 物种多样性的减少
农药的直接毒害作用使物种多样性减少；
农药的间接毒害作用使物种多样性减少；
（3）生态系统的简单化
①农药直接影响物种的生存和发展，导致生态系
统的简单化
②农药大大降低了初级生产，导致生态系统的简
单化
四、农业生物多样性测度指标的建立与
应用
黑鹳
白腹锦鸡
理论基础
（1）Shannon-Wiener指数 该指数是信息论中
用于测定系统中的信息量。
其计算公式是： H= -∑ |ni ∕ Nlg（ni / N）|
式中：ni——第i个种的个体数目，
N——群落中所有种的个体总数
它的计算公式表明，群落中生物种类增多
代表了群落的复杂程度增高，即H值愈大，群落
所含的信息量愈大。
例如：设有A、B、C三个群落，各有两个物种组
成，其中各种个体数组成如下。
计算它的物种多样性指数:
HB=-(×+×)=
HC=-ΣNi/N ln Ni/N i=-
（×+×）=
物种甲 物种乙
群落A 100() 0(0)
群落B 50() 50()
群落C 99() 1()
从上面的计算可以看出,群落的物种多样性指数
与以下两个因素有关: ①种类数目,即丰富度;②
种类中个体分配上的均匀性.
热带雨林
(2) 等级多样性 考虑一个全面普查的群落其个体成员
已分类成属和种令个体分类成属为G 分类并假设共有g
个属第i 属中个体数为Ni（i=1,2,...g, ）。个体按种
的分类称为S 分类，并假定在第i 属中有Si 个种，在第i
属的第j 种中有Nij个个体（j=1,2 , ...g, )。
令 H(G)为群落的属多样性；
H(GS) 为群落的种多样性即总体多样性;
Hi S 为第i 属内的种多样性；并且
，表示在所有g 个属中，
种多样性的加权平均。显然可知
同样对于测量大群落多样性的Shannon-Wiener
指数H’来说有
构建模型
(1)基于经典生物多样性模型的农业物种多样
性的测度指标
此处依然借用“属”的说法，共有2个属，即利
用和不可利用，第i属中个体数为Ni（i=1，
2;∑Ni=N）。个体按种的分类称为S分类，并假定
在第i属中有Si个种，在第i属的第j种中有Nij个个体
（j=1，2，…，Si；∑Nij=Ni）
则 H（G）为群落或样方内的属多样性；
H（GS）为群落或样方内的种多样性，即
总体多样性；
H1（S）为可利用的多样性，即农业物种
多样性计算公式为：
虽然该公式能很好地表示农业物种多样性，
但在没有计算H（GS）或H2（S）的情况
下，不能很好地反应一个群落或样方中可
利用的物种与全部物种的关系。
...........................................(1)
(2) 基于信息增益的农业物种多样性
的
测度指标
Shannon-Wiener多样性指数实际上是信息熵在
生态学中的应用。假设有一变量X，它可能的取
值有n种，分别是X1，X2，…，Xn，每一种取
到的概率分别为P1，P2，…，Pn，那么X的熵
就定义为：
..........................................................(2)
同样的，对分类系统来说，类别C是变量，它的
可能取值为C1，C2，…，Cn，而每一个类别出现的
概率为P（C1），P（C2），…，P（Cn）因此n就是
类别的总数，此时分类系统的熵为：
信息增益是针对一个一个的特征而言的，就是看
一个特征t，系统有它和没它的时候信息量各是多少，
两者的差值就是这个特征给系统带来的信息量，即增
益。系统含有特征t的时候，系统的信息量即为式(3)。
..............................................(3)
当系统不含有特征t时，即当一个特征t不能变化
时，条件熵为：
式中P(t）为T出现的概率， 为T不出现的概率，由
....................(4)
..............................(5)
..............................(6)
因此特征T带给系统的信息增益
式中P（Ci）表示种Ci出现的概率，即第i个物种
个数占物种总数的比；P（t）表示可利用物种数出现
的概率，即可利用物种总数除以总的物种数；P（Ci|t
）表示可利用物种出现时，Ci出现的概率，即第i个可
利用物种个数占可利用的物种总数的比； 表示没有
可利用物种时，类别C出现的概率，这里为0。
五、农业生物多样性与生态系统管理
农业生态系统
农业生态系统：是农业生物与环境之间的能量
和物质联 系建立起来的功能整体。农业生态系统是
驯化的生态系统，既受生态规律的制约，也受经济
规律的制约。
它是一种是人工建立的生态系统，人的作用非
常突出，人们种植的各种农作物是生态系统的主要
成员，动植物的种类较少，群落的结构单一。一旦
人的作用消失，农田生态系统很快就退化。
特点：
①人类活动对生态系统的发展起重要的支配作用。
②对其他生态系统具有高度的依赖性。
③对其他生态系统产生强烈的干扰。
基本组分：
①生物组分：农业生物如农作物、家畜、家禽、家
鱼、家蚕等，以及与这些生物有密切联系的病虫害、
杂草 等。其中的大型消费者也包括人。
②环境组分：受到人类的不同程度的调节和影响。
而有 些环境如温室、禽舍等完全是人工环境。
基本结构：组分结构 、时空结构、营养结构
基本功能：能量流：农业生态系统除输入太阳能 外，
还输入人工辅助能；
物质流：各种化学元素在生态系统中被
生物吸收并传递，在生物与环境之间以及生物与生
物之间形成连续的物质流；
信息流：农业生态系统通过信源 的信息
产生，信道的信息传输和信宿的信息接受形成信流；
价值流：价值可以在农业生态系统中被
转换成不同的形式，并可以在不同组分间转移。
农业生态系统管理
生态系统管理是指在某一限定的生态系统内协调
、控制发展方向或人类活动,平衡长期和短期目标,并获
取最大利益的行为。
农业生态系统是受人类管理的生态系统,从空间尺
度上可以划分为农田、农场、流域、生态区、生态大区
、生物圈等不同的等级结构,从目标上涉及生物、物理
、社会和经济方面。因此,农业生物多样性的管理也应
从不同的等级和维度加以分析。
农田生态系统管理
廊道还可以防止病害的传播、阻止害虫的运动
土地景观格局是控制物种时空分布和生态学过
程；
集约化可能导致动植物生境破碎化、田块扩大、
植被类型减少和农业景观中动植物多样性急剧变化,降
低农业可持续性。
决策支持系统在农业生态系统管理中的应用
农业生态系统管理的对象是一个受人工干扰
和自然状态并存的系统,其间相互关系极为复杂。
作为管理对象,自然环境与社会经济系统均具有复
杂的动态特征,系统的多角度多层次管理目标之间
存在明显的相互冲突,而且管理过程中会涉及到大
量不同类型和质量的数据与信息(知识)。因此,在
生态系统管理过程中,目标体系的设计、管理方案
的制定以及实施和监测评价都是十分复杂的过程,
如果没有一个功能强大的决策支持工具,很难得到
理想的决策结果。
社会经济管理措施
近年来,为制定增加农民从生物多样性中获取收益的
机制,各有关国家进行了相当大的努力。包括:开发依赖于
生物多样性的新的收入机会,如生态旅游;特定地区开采原
始材料的特许权返归当地社区;补偿当地社区在保护关键
生物多样性上的支出等。农业生物多样性的生态系统层
面的保护应采取如下措施:第一,保护当地特殊物种或有典
型意义的生态系统,建立某些作物保护区;第二,开展生态
农业和有机农业建设,强调在保护生态系统的前提下发展
农业生产；第三，治理、改善农业生态环境,加强种树种
草、绿化环境,并有计划地将原先不适当开垦的草地、山
坡地逐步退耕还林、还牧。
海南鹦哥岭的植物
海南七叶一支花
美丽梧桐
皱叶海桐 灵芝
