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【关键词】遥感技术现状趋势商业化
众所周知,近十年来全球空间对地观测技术的发展和应用已经表明,遥感技术是一项应用广泛的高科技,是衡量一个国家科技发展水平的重要尺度。现在不论是西方发达国家还是亚太地区的发展中国家,都十分重视发展这项技术,寄希望于卫星遥感技术能够给国家经济建设的飞跃提供强大的推动力和可靠的战略决策依据。这种希望给卫星遥感技术的发展带来新的机遇。
一、遥感信息技术基础
遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功,大大推动了遥感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。这是20世纪60年代兴起的一种探测技术,是根据电磁波的理论,应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息,进行收集、处理,并最后成像,从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。从上个世纪六十年代提出“遥感”这个词,到1972年美国陆地卫星计划发射了第一颗对地观测卫星,经过几十年的发展,遥感技术已经广泛地应用在军事、国防、农业、林业、国土、海洋、测绘、气象、生态环境、水利、航天、地质、矿产、考古、旅游等领域,影响了人类生活的方方面面,它为人类提供了从多维和宏观角度去认识世界的新方法与新手段,遥感技术能够全面、立体、快速有效地探明地上和地下资源的分布情况,其效率之高是以前各种技术无法企及的。
二、我国遥感技术的应用现状
总体上说,遥感技术的应用已经相当广泛,应用深度也不断加强。目前,在地学科学、农业、林业、城市规划、土地利用、环境监测、考古、野生动物保护、环境评价、牧场管理等各个领域均有不同程度的应用,遥感技术也已成为实现数字地球战略思想的关键技术之一。
1.到目前为止,我国已经成功发射了十六颗返回式卫星,为资源、环境研究和国民经济建设提供了宝贵的空间图像数据,在我国国防建设中也起到了不可替代的作用。我国自行研制和发射了包括太阳和地球同步轨道在内的六颗气象卫星。气象卫星数据已在气象研究、天气形势分析和天气预报中广为使用,实现了业务化运行。一九九九年十月我国第一颗以陆地资源和环境为主要观测目标的中巴地球资源卫星发射成功,结束了我国没有较高空间分辨率传输型资源卫星的历史,已在资源调查和环境监测方面实际应用,逐步发挥效益。我国还发射了第一颗海洋卫星,为我国海洋环境和海洋资源的研究提供了及时可靠的数据。
2.我国先后建立了国家遥感中心、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等国家级遥感应用机构。同时,国务院各部委及省市地方纷纷建立了一百六十多个省市级遥感应用机构。这些遥感应用机构广泛的开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务,并且与全球遥感卫星、通信卫星和定位导航卫星相配合,为国家经济建设和社会主义现代化提供多方面的信息服务。这也为迎接21世纪空间时代和信息社会的挑战,打下了坚实的基础。
3.两大系统建立完成。一是国家级基本资源与环境遥感动态信息服务体系的完成,标志着我国第一个资源环境领域的大型空间信息系统,也是全球最大规模的一个空间信息系统的成功建立;二是国家级遥感、地理信息系统及全球定位系统的建立,使我国成为世界上少数具有国家级遥感信息服务体系的国家之一。我国遥感监测的主要内容为如下三方面,分别是对全国土地资源进行概查和详查、对全国农作物的长势及其产量监测和估产、对全国森林覆盖率的统计调查。
三、遥感技术发展的作用及局限
遥感技术具有快速获取信息以便正确、有效、高速地进行相关决策。比如,灾害遥感技术能基于灾害遥感数据,更加客观地、全面地评估受灾前和受灾期间的地面情况,为灾害重建工作提供可靠的科学依据。遥感技术在快速掌握准确、全面、客观、直观的信息的基础上具备以下作用:
1.在灾害方面,遥感技术具有较强的预警、预测功能:对潜在灾害,包括发生时间、范围、规模等进行预测,为有效防灾做准备;同时,遥感监测技术具有实时监测各种灾害,特别是洪水、干旱、地震等重大灾害发生情况;另外,灾害遥感技术是灾后重建工作的重要科学依据,灾害遥感技术准确的灾情评估是灾后重建最主要的依据之一。
2.遥感技术为国民经济可持续发展提供科学的决策依据。中国目前经济发展和人口增长对国家资源环境的影响程度超过了历史上的任何时期。对国土资源进行动态监测是我国政府一贯重视的问题。
3.遥感技术可很好地辅助地质矿产资源的调查。中国的矿产资源丰富,遥感技术的应用前景十分广阔,遥感技术在区域地质填图方面的应用已比较成熟,并取得了很好的效果。
4.利用遥感技术可以进行农作物估产和林业资源调查。我国是农业大国,粮食问题是我国政府非常重视的问题。目前利用气象卫星进行农作物估产的应用已得到了普及和深化,并形成了一种业务化的手段,估产对象也从冬小麦扩展到玉米、水稻等其他作物。
由于当前卫星遥感技术本身的特点,因此遥感技术、不同的遥感卫星在各方面的应用还存在着一些不足。
1.卫星遥感现主要应用还集中在灾后评估和应急反应,灾害预测应用较少,而且因高分辨率数据获取困难,提供的空间信息因比例尺不够大,故仅能为宏观救灾和灾情评估提供参考。
2.由于数据提供部门和业务使用部门联系不够紧密,限制了空间技术发挥应有作用的能力。
3.遥感技术主要应用于地表的自然灾害的监测、预警、预报和灾害评估,对于由地表以下灾害及地底驱动引发的灾害无法有效地监测、预警和预报。
四、遥感技术的发展趋势
随着科学技术的进步,光谱信息成像化,雷达成像多极化,光学探测多向化,地学分析智能化,环境研究动态化以及资源研究定量化,大大提高了遥感技术的实时性和运行性,使其向多尺度、多频率、全天候、高精度和高效快速的目标发展。
1.遥感影像获取技术越来越先进。
(1)随着高性能新型传感器研制开发水平以及环境资源遥感对高精度遥感数据要求的提高,高空间和高光谱分辨率已是卫星遥感影像获取技术的总发展趋势。遥感传感器的改进和突破主要集中在成像雷达和光谱仪,高分辨率的遥感资料对地质勘测和海洋陆地生物资源调查十分有效。
(2)雷达遥感具有全天候全天时获取影像以及穿透地物的能力,在对地观测领域有很大优势。干涉雷达技术、被动微波合成孔径成像技术、三维成像技术以及植物穿透性宽波段雷达技术会变得越来越重要,成为实现全天候对地观测的主要技术,大大提高环境资源的动态监测能力。
(3)开发和完善陆地表面温度和发射率的分离技术,定量估算和监测陆地表面的能量交换和平衡过程,将在全球气候变化的研究中发挥更大的作用。
(4)由航天、航空和地面观测台站网络等组成以地球为研究对象的综合对地观测数据获取系统,具有提供定位、定性和定量以及全天候、全时域和全空间的数据能力,为地学研究、资源开发、环境保护以及区域经济持续协调发展提供科学数据和信息服务。
2.遥感信息处理方法和模型越来越科学。
神经网络、小波、分形、认知模型、地学专家知识以及影像处理系统的集成等信息模型和技术,会大大提高多源遥感技术的融合、分类识别以及提取的精度和可靠性。统计分类、模糊技术、专家知识和神经网络分类有机结合构成一个复合的分类器,大大提高分类的精度和类数。多平台、多层面、多传感器、多时相、多光谱、多角度以及多空间分辨率的融合与复合应用,是目前遥感技术的重要发展方向。不确定性遥感信息模型和人工智能决策支持系统的开发应用也有待进一步研究。
3.推动3S一体化发展。
计算机和空间技术的发展、信息共享的需要以及地球空间与生态环境数据的空间分布式和动态时序等特点,将推动3S一体化。全球定位系统为遥感对地观测信息提供实时或准实时的定位信息和地面高程模型;遥感为地理信息系统提供自然环境信息,为地理现象的空间分析提供定位、定性和定量的空间动态数据;地理信息系统为遥感影像处理提供辅助,用于图像处理时的几何配准和辐射订正、选择训练区以及辅助关心区域等。在环境模拟分析中,遥感与地理信息系统的结合可实现环境分析结果的可视化。3S一体化将最终建成新型的地面三维信息和地理编码影像的实时或准实时获取与处理系统。
4.遥感技术应用逐渐商业普及化。
任何一项高新技术,它能否形成产业,或者它能否作为一种强大产业的必要组成部分,这是它能否长久生存发展下去的重要标志之一。一般说来,只有形成产业之后,有了雄厚的物质条件,这项技术才得以持续发展。通常,在高新技术发展的初期,总是通过商业化活动来加速其产业的形成过程。
遥感技术的应用是极其广泛的,包括凡是涉及地球科学的各门类的学科和技术种类,遥感技术都能为它们提供信息。这种广泛性必然会使对遥感数据的需求用户范围变广,因此除了社会公益型用户外,还存在部分商业应用型用户。虽然这些商业应用型用户由于遥感卫星正处于产业化初期,市场尚未形成规模的原因,目前数量较少,但随着将来技术的进步,商业化的发展,这部分的用户肯定会逐渐增多,最终成为用户群体中的主要成员。
五、小结
遥感技术经过几十年的发展和应用,尤其是近几年的突飞猛进,已经为其未来朝着商业化方向迈进奠定了坚强稳固基础――包括可靠的技术基础以及广阔的应用基础。只要国家在政策方面给予大力支持,使商业化发展在经营理念的指引下保证正确的方向,加上科技工作人员的勤奋努力使技术不断创新,我们坚信今后遥感技术的发展步伐会加快,遥感技术的作用必将能充分发挥。
参考文献
[1]赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.
[关键词] 通关藤;资源调查;生境;蕴藏量
[收稿日期] 2013-10-01
[通信作者] 龙光强,主要从事资源与环境研究,E-mail:
[作者简介] 孟珍贵,讲师,主要从事药用植物资源研究,E-mail:
通关藤Marsdenia tenacissima(Roxb.)Wight et Arn.又名通光散?乌骨藤?奶浆滕?扁藤等,属萝摩科牛奶菜属大型木质藤本,以干燥藤茎入药,具有清热解毒?消炎去痛?止咳平喘等功效[1]?现代药理研究表明,通关藤含有的化学成分具有明显抗肿瘤活性[2],以此为主要原料制备的中药消癌平制剂,临床用于治疗肝癌?胃癌等各种恶性肿瘤,疗效良好[3]?
通关藤始载于《滇南本草》[4],收录于2010年版《中国药典》[5],在我国云南?广西?贵州等省和周边国家如越南?缅甸?印度等地均有分布[6]?云南红河州通关藤资源丰富,所产药材质量高,一直倍受药企青睐,已成为最主要的原料药材产区,被认为是通关藤的道地产地?因此,作者于2011年12月―2012年3月在通关藤药材优质主产区云南省红河州开展了药材资源调查,摸清了通关藤的资源分布?生长环境?生长状况和资源蕴藏量等信息,以期为资源保育储备和药材可持续利用提供理论基础与决策支持?
1 调查方法与内容
1.1 文献及标本研究法
通过查询与通关藤分布有关的各类文献,如《中国植物志》?《云南植物志》等,初步确定调查的区县?同时,对昆明植物研究所标本馆?西双版纳热带植物园标本馆?“中国数字植物志标本馆"等收藏的通关藤标本进行研究,根据标本采集地的记录,细化调查研究的地点?
1.2 关键人物访谈及市场调查法
每到一个调查点,首先访问当地农业局?林业局等相关部门中主管与药材生产和经营相关的负责人,了解当地通关藤的分布及购销现状;然后对当地从事药材收购的药商和经常上山采药的药农进行访谈,了解和掌握当地野生资源的具体分布区域?生境条件?年采收量(或收购量)?近几年资源量的变化等情况?
1.3 样方调查法
在红河州范围内,以可能有通关藤分布的各个县市为样点,选取有代表性的资源分布区域为样地,进行定距式的详细的样方调查?主要调查内容为通关藤的现有分布地域?生境条件?生长状况?茎的年生长量?伴生植物?土壤类型?资源蕴藏量?资源年采集量等?
2 调查区域?样方设置及蕴藏量计算
2.1 调查区域
本次调查的区域范围是通关藤主产区云南省红河州全州,包括蒙自市?个旧市?开远市?屏边县?河口县?金平县?绿春县?元阳县?红河县?石屏县?建水县?弥勒县?泸西县共13个县/市?以本文作者为主的调查人员在2011年底至2012年初分成3支调查组分别对这13个调查点进行了调查?
2.2 样方设置
以各县/市为调查点,在文献研究及访谈调查的基础上,据资源量及分布区的多寡每调查点选择1~3个样地,每个样地据地形和资源的分布做5个样方,每个样方大小为10 m×10 m(100 m2),调查样地的设置见表1?因在开远市?绿春县?元阳县等6县市地未发现通关藤资源,未做样方,故未列入表中?
2.3 资源蕴藏量计算
资源蕴藏量是资源调查的核心内容之一,本次调查中计算各县/市资源蕴藏量以样方内通关藤的实际产量为基础数据,结合县/市林地总面积?有通关藤分布的林地占总林地面积的百分比等进行计算?
R=S×α×β×G×1 000×r
式中,R为各县/市通关藤资源蕴藏量(t);S为各县/市林地总面积(万hm2)(由测绘部门提供);α为适于通关藤生长的林地所占的百分比(%);β为通关藤在适宜林地的分布系数(以踏查及访谈结果估计);G为各县/市每一样方(100 m2)内通关藤药材鲜重的平均值(kg/样方)(以现场抽样称重计算而来);r为折干率,经验值为0.3,即10 kg鲜品晒干后能得3 kg干药材?
3 结果与分析
3.1 红河州通关藤地理分布
从实地调查的结果来看,在红河州全州13个县/市中,位于北部的泸西县?弥勒县?开远市和位于西部的绿春县?元阳县?红河县未发现通关藤野生资源;位于中部的石屏县?建水县有分布,但资源量不大;而位于南部的蒙自市?个旧市?屏边县?河口县?金平县则是通关藤资源集中大量分布的地区,与通关藤药材的主要供应县区一致?
结合地形图发现,通关藤在红河州主要沿着3条江的东北岸分布,即老勐河(金平县)?元江(石屏县?建水县?个旧市?蒙自市)?南溪河(屏边县?河口县)?
3.2 通关藤分布区植被类型
调查发现,通关藤主要生长于石灰岩山地,植被以常绿阔叶林(中小乔木为主)?灌丛?稀灌丛草坡为主,见表2?
本次调查得到通关藤的伴生植物共计54科110属130余种?其中菊科植物12种,豆科?禾本科植物8种,壳斗科植物7种,荨麻科?毛茛科?椴树科植物各5种,有一半以上的科仅1~2种植物,表明通关藤对于伴生植物种类的要求无特异性?伴生植物常见的小乔木或灌木有壳斗科黄毛青冈Cyclobalanopsis delavayi?滇南青冈C. austro-glauca?锥连栎Quercus franchetii,忍冬科荚属光果荚Viburnum leiocarpum?锥序荚V. pyramidatum?五加科鹅掌柴Schefflera octophylla,漆树科清香木Pistacia weinmannifolia?山茶科油茶Camellia oleifera?无患子科茶条木Delavaya yunnanensis?鼠李科毛叶鼠李Rhamnus henryi?长柄鼠李R. longipes?豆科石山羊蹄甲Bauhinia comosa?苏木Caesalpinia sappan等;伴生的高大草本有禾本科类芦Neyraudia reynaudiana?蔗茅Erianthus rufipilus?黄茅Heteropogon contortus?菊科紫茎泽兰Ageratina adenophora?千里光Senecio scandens?爵床科假杜鹃Barleria cristata等?
3.3 通关藤生境特点
3.3.1 气候条件 从调查数据来看,年均温18.3~21.4 ℃,降水量1 200~1 600 mm的气候条件下通关藤资源集中广泛分布,见表1?说明通关藤具喜热?忌低温的特性?
3.3.2 地形 通关藤主要生长在海拔385~1 484 m,集中分布于800~1 200 m,见表1?从分布地形来看,在干热河谷的北侧山腰,大山山谷两侧和开阔地旁的山麓较为常见,见表2?
3.3.3 坡度坡向 通关藤大多生长在陡峭山坡,坡度一般>35°,多数>60°,在平缓地则分布较少,说明通关藤不耐水淹?而坡向以向阳的南坡为主,东坡和西坡亦有,但北向阴坡较少分布,说明它是喜光的阳生植物,见表2?
3.3.4 土壤 从生长地土壤来看,通关藤均分布在石灰岩石块间土质疏松?腐殖质含量丰富?土层浅薄的初育土上?土类包括紫色土?粗骨土和石质土等,土壤质地以壤土为主,兼有沙壤土,见表2?
3.4 通关藤种群特征
3.4.1 分布模式 调查发现,通关藤很少连片出现,多在分布区内呈数十平方米以内的斑块状集群分布,少有单株单独分布的?
3.4.2 攀附物 通关藤为多年生木质藤本阳生植物,以茎缠绕的方式攀附于其他物体向上生长?据14个调查样点50余个调查样方数百株通关藤植株攀附物的调查结果,通关藤攀附物主要为灌木?岩石?中小乔木,分别占42%,40%,11%,偶有攀附于高大草本或匍匐于地面,各占4%,3%?说明通关藤在密闭的高大乔木林中很难生长起来,在低矮草地也生长不良,最适宜的环境是有岩石的灌木丛?
3.4.3 个体生长特性 调查数据表明,通关藤株高在0.5~25 m,平均12 m?植株单株干重0.15 ~10 kg,大多大于2 kg,平均2.8 kg?不同地区间,金平?蒙自和屏边植株株高和单株干重均较其他地区大,见表3?表中调查数据受植株不同生长年限和人类砍伐的影响,差距较大,不能反映通关藤的正常生长特性,但能真实反映其实际生长特性,使资源蕴藏量的测算更接近实际情况?
3.4.4 繁殖特性 在调查中,很少发现通关藤的实生幼苗,原因可能是石灰岩地区不保水,云南的冬季又非常干燥,造成冬春季节结实落籽的通关藤种子自然萌发率很低(据人工培养,其种子萌发率达75%以上)?但它的茎节产生不定根和不定芽的能力很强,有较强的无性繁殖能力?另外,主茎被砍后,基部会产生很多分枝,最高有效分枝数在石屏发现,达30个,各地平均在3~12个分枝,见表3?这为人工干扰扩大产量提供了依据?
3.5 通关藤资源蕴藏量估算
以样方调查的数据为基础,结合各县/市林地面积等数据,按蕴藏量公式计算,初步得出云南省红河州通关藤药材资源总蕴藏量约1 300 t(干药材)?其中金平县蕴藏量最多,达639 t?而个旧市和河口县最少,不足60 t,见表4?该数据与访谈药商得到的数据基本吻合?
3.6 通关藤利用现状
访问调查得知,通关藤药材中的90%由各级药材商收购并卖入各大制药企业用作原料药,仅10%左右在民间自用,用于治疗咽喉炎?咳嗽?去火解毒等?民间用药大多从20世纪50年代开始,而制药企业的大量收购则兴起于近10余年,因此目前尚有一定的野生资源蕴藏量?但近几年由于收购量大增,资源蕴藏量急剧下降,样方调查中也发现,很多地方的通关藤遭到了严重砍伐,有些甚至是连根挖走,这极不利于通关藤的自然更新?
4 讨论与建议
4.1 通关藤生态分布特性
从通关藤药材优质高产区的综合调查结果来看,通关藤野生资源分布主要受气温?光照?地形?土壤质地?水分等因素的综合影响,其中气温?光照起决定性作用,是典型的喜温?喜光的植物?首先,分布区年均温>18 ℃,热量富足,相同地区缓坡处常种植香蕉?甘蔗等喜热作物?其次,植株常攀援至树梢或崖壁,将枝叶尽量外展,以利于接受阳光照射,所以其对件生植物种类要求不严,但通常为茎杆结实,个体中等的乔灌木?再次,通关藤大多生长在山腰以及山谷两侧,坡度>30°,有大量基岩或岩石群的环境中,说明其有一定的耐旱能力;其根系生长的土壤以发育较浅的粗育土为主,土层薄,但质地疏松且富含有机质?另外,通关藤主要分布在海拔1 200 m以下,与喜温的分析结论一致;而常常高于800 m,是因为在此以下的土地基本已被开垦为农田,用于种植甘蔗?香蕉等作物,它只能在大块的岩石堆中少量生存?
与已有文献记载相比较[1],调查地通关藤植株在株高?叶长?叶宽等性状上均明显大于之前的文献记载数据,这可能与主产区植株生长普遍优于其他地区有关?同时,调查发现通关藤植株生长越健壮,则叶长宽比越接近1,暗示叶长宽比有望成为今后通关藤药材品种选育的性状指标?
4.2 通关藤资源蕴藏量
野生资源的蕴藏量一直是资源调查的难点[7-8]?本研究以样方产量为基础,用公式进行估算,再结合访谈关键人物(药农?药商?药厂)的结果,得出了较为准确的资源蕴藏量数据:即以药用部位藤茎的生物量来计算,云南省红河州通关藤资源总蕴藏量约为鲜重4 330 t,折合干重约1 300 t(折干率约为0.3)?
4.3 通关藤资源的保护与可持续利用
在访谈和实地调查过程中,都发现通关藤野生资源蕴藏量近年来呈急剧萎缩趋势,这一方面源于当前药材需求量大增,药农无序砍伐;另一方面是山区居民对土地需求不断增加,许多通关藤的原生长地已被开垦用于种植香蕉?甘蔗?玉米?大豆等农作物,致使其分布区越来越小?因此,有必要进行保护性的利用?
4.4 建议
在通关藤资源蕴藏量急剧萎缩情况下,结合通关藤的分布?生长?繁殖规律和当地环境特点,给出以下建议:①采用分区域轮采的采收方法使资源能自然更新?通关藤需要生长3~4年才有入药价值,而它的茎基部产生不定芽的能力很强,故在砍茎藤时留15 cm左右的老茎,它在第2年就能顺利长出2~4个侧枝,几年后就能更新?分片区轮采,就能永续利用?②减少山地开荒?保护通关藤的生存空间?通关藤现在的生长地坡度大,土层薄,植被盖度低且岩石,生态环境脆弱,一旦植被破坏,将带来严重水土流失且难以恢复治理?即使开垦出来种农作物,也会因为产量低?可种年限少而得不偿失?因此,应加强保护山地,同时给野生的通关藤足够生存空间,减缓其资源量的缩减趋势?③开展人工育种?野生抚育的研究并推广应用?通关藤种子自然繁殖能力较低,但人工育苗的萌发力却很高,因此可收集大量的种子进行人工育苗;而由于其生长期长,且耐旱和耐瘠薄,所以可将第2年的苗移栽山林,进行野生抚育,达到省时省工降低栽培成本?保护灌丛林地?防止水土流失?并收获药材的多种目的[9]?一举多得,值得开展相关研究并推广应用?
[致谢] 圣和集团云南圣和植物药业有限公司全额资助;史永锋?王平理?杨云协助;南京农业大学研究生郑开颜?李超,云南农业大学研究生罗文?何澍然?本科生曹普英?李利文?王桥等参与部分野外调查工作;云南农业大学张广辉老师?张丽梅老师,红河学院张薇老师,金平县药材商马丽香的帮助等?
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Wild resources survey of Marsdenia tenacissima in Honghe, Yunnan
MENG Zhen-gui, YANG Sheng-chao, CHEN Jun-wen, WANG Jian-jun, GUO Qiao-sheng, LONG Guang-qiang
(1. Yunnan Research Center on Good Agriculture Practice for Dominant Chinese Medicinal Materials,
Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China;
2. College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)
[Abstract] To ascertain current situation of wild Marsdenia tenacissima resources in Honghe, Yunnan province , the distribution, habitat characteristic and resources reserves of M. tenacissima were surveyed based on interviews and investigation. The results showed that M. tenacissima was found in 7 counties such as Jinping, Mengzi etc,and distributed mainly on the mountainsides from 800 m to 1 200 m. And distribution was affected by many factors, such as light, heat, topography, soil, and vegetation. M. tenacissima grew well in distribution areas. M. tenacissima had averagely a weight of 2.8 kg per plant. Resources reserve of M. tenacissima in Honghe was estimated to 1 300 tons by now but it reduced rapidly in resent years. the wild resources reserve may not meet demand of market. Resources protection and wildlife tending would be conducted to deal with increasing medication requirements.
[关键词] 野生中药材 保护 开发利用
一、地理位置与气候特点
1.地理位置
山阳县地处秦岭南麓,属长江流域的汉江水系和丹江上游地区,位于东经109°32′至110°29′、北纬33°09′至33°42′,海拔294.4~2074.4m,是一个“八山一水一分田”的土石山区农业县,辖23个乡镇、324个村(居)、44.97万人。
2.气候特点
县域内气候属北亚热带向暖温带过渡的季风性半湿润山地气候。由于地形地貌等因素的影响,引起热状况地域性差异,气候温和,但垂直差异大。光热资源丰富,高低山、阴阳坡差异明显。降水总量较为丰富,区域、年际、年内时空分布不均。年平均降水量727.6mm,主要分布在4~10月,集中在6~9月,冬季干早、初春少雨。雨热同期,有利于作物生长。
3.土壤资源
全县总土地面积 530.1万亩(3534km2)。其中耕地面积82.09万亩,占15.5%;林业用地面积373.89万亩,占70.5%(其中有林地252.3万亩,占64.1%,有林地中经济林95万亩,占10%),森林覆盖率为56.7%;牧草地面积46.39万亩,占8.8%,其它用地27.64万亩,占5.2%。地质构造复杂,地貌类型多样,成土母质主要有残积物、坡积物、洪积物、冲积物等,土壤种类复杂,面积小且分布零散。主要有黄棕壤、棕壤、潮土、水稻土、淤土、紫色土、山地草甸土7大类型、15个亚类、22个土属、89个土种,土壤类型资源丰富。
二、山阳的野生中药材资源丰富
1.野生中药材普查现状
据普查,全县已被发掘利用的野生药材共有五大类,500多个品种。其中木本类常用50多种,藤本类常用的20多种,草本类常用的有170多种,动物类常用药有20多种,菌类有天麻、灵芝、猪苓、茯苓、马勃等。其中比较独特的是灵芝和猪苓。
2.山阳县濒危中药资源现状
陕西列入濒危中药的植物药有22种, 2级的药用植物有荷包牡丹、漏斗泡囊草、林麝等;矮牡丹、羽叶丁香被列为濒危3级药用植物。渐危和稀有种的中药资源有:厚朴、凹叶厚朴、模英黄芪、紫斑牡丹、秦岭冷杉、红豆树、天麻、马蹄香等。而银杏、杜仲、中华大蟾蜍、连香树、鹅掌揪、木通马兜铃、白龙菖蒲、桃儿七、秦岭党参等中药资源则被列为稀有中药种类。稀有名贵的中药材有丹皮、枳壳、人寿参、牛黄、麝香、蝉花、金钗石斛、豹骨、五灵芝、何首乌、天麻、重楼、猪苓、银杏、杜仲、肉苁蓉等16种。这些稀有濒危中药资源在我国具有悠久的药用历史和较高的药用价值,受到人们的关注。
三、野生中药材资源濒危原因分析
1.不合理采挖(采猎)和利用
由于经济利益的驱动,过渡采挖和滥捕乱猎的短期行为使许多野生中药用动植物处于濒危灭绝的境地,“地道药材”的蕴藏量逐年减少,使得中药资源的供求市场失衡。
2.中药材资源生态环境的逐年恶化
随着世界人口的急剧增长,人们生活水平的不断提高,人类生存保健意识的进一步增强,人类向自然界索取的药用动植物资源的数量与日俱增。掠夺式的采挖和获猎,导致森林面积急剧减小,森林植被严重破坏,生态环境极度恶化,使得许多动植物失去了赖以生存的自然环境,处于濒临灭绝的境地。
3.濒危中药资源的自身弱势
“物竞天择,适者生存”,这是自然界纷繁复杂的各类生物得以生存并世代繁衍的基础。一些野生的药用动、植物,不能在演变的生态系统中正常的生殖、生长,或者因受到其它物种和生存环境的影响不能完成正常的生长,受到威胁,在生存斗争中被淘汰。
四、对野生中药材资源保护和开发利用的对策与建议
1.加强对中药资源保护的执法工作力度
要加强对《药品管理法》、《野生动物保护法》、《森林法》、《草原法》、《野生药材资源保护管理条例》、《中药品种保护条例》、《野生植物保护条例》、《农药管理条例》、《植物检疫条例》等相关的法律法规的落实工作。加大执法检查力度,对珍贵的中药材加强保护,对可利用的中药材进行适度开发,做到合理开发,合理利用。
2.建立濒危中药资源的自然保护区
针对不同动、植物资源的生物学习性,在不同的生物地理范围内,选择适宜地区建立自然保护区,并按照生物圈保护区的基本要求进行有效管理,对一些严重受人类干扰的濒危植物利用迁地保护,迁往人工条件下进行保存。在建立自然保护区进行就地保护的同时,应重点进行濒危决灭物种的生物学特征研究,充分利用当地的动、植物园划出专门地块,进行濒危物种的人工引种驯化,就地保护与迁地保护相结合,有效保护和保存珍贵的种质资源。
3.开展野生中药资源调查
要采取全面调查与重点区域详查的方法,掌握全县药用植物的野生资源状况和栽培生产现状。对中药材种植业发展提供参考,为保护珍贵中药材种质资源、建立种质资源保护区、优化栽培品种的种子种苗、开发新的药用植物资源提供科学依据。
4.建设种质保护与优质种子种苗生产繁育基地
中药材种子、种苗是药材生产中最薄弱的环节之一。在建立的重点野生中药材保护区,繁殖复壮种子种苗,利用现代生物技术和现代农业育种技术,采用组织培养等快繁方法,建设一个大型中药材种子种苗繁育基地,为规模化种植基地提供品种纯正、种质均一、质量优良稳定的种子和苗木。
5.建立GAP规范化药源基地
生产企业应按《中药材生产质量管理规范》 (GAP) (试行)因地制宜,合理布局推广优良品种,实行统一供种、集中育苗,进行规模种植,实现高产、优质、高效,保持中药材生产持续发展,实现中药材生产的规模化、规范化,真正解决目前中药材生产中存在的主要问题。
6.积极开展宣传教育,处理好保护与开发利用的关系
关键词:达拉特旗;耕地后备资源;评价
耕地后备资源是落实耕地占补平衡政策的基础,是科学实施国土综合整治的支撑,是编制规划和合理利用与保护国土资源的依据,是完善国家自然资源资产管理的保障[1]。所以评价耕地后备资源显得尤为重要。本文是在达拉特旗2012年土地利用变更调查的基础上,依据11项评价指标调查评价全旗宜耕土地的面积、数量、权属和分布等情况,进一步分析全旗耕地后备资源开发利用的限制性因素,保障全旗经济社会的发展和保护耕地。
1. 研究区概况
1.1 基本情况
达拉特旗位于西南部,鄂尔多斯高原北部,黄河中游南岸,处于沿黄产业带和包鄂产业带的交汇点东西长133公里,南北宽66公里。其地理坐标为:东经109°00′~110°45′,北纬40°00′~40°30′,北靠黄河与包头市隔河相望,南与东胜区相接,东邻准格尔旗,西连杭锦旗。达拉特旗土地总面积8241.07平方公里,辖7个镇,1个苏木,130个嘎查村。树林召镇为政府所在地,居住着汉、蒙古、满、回等民族。2012年全旗总人口357563人,其中乡村总户数50624户,乡村总人口143000人,占全旗总人口的39.99%。
1.2 评价对象特点
耕地后备资源调查评价对象为2012年达拉特旗行政辖区内自然形成的尚未开垦的未利用地,面积为129766.9公顷,其中其他草地11266.79公顷、内陆滩涂13332.33公顷、盐碱地3248.12公顷、沙地99996.25公顷、裸地1923.37公顷。
2. 耕地后备资源评价
2.1 评价方法确定
根据《全国耕地后备资源调查评价技术规定》,采取“限制性因子”评价法,对评价单元进行评价。评价单元参评指标中,有任何指标项不符合宜耕条件的,划分为不宜耕,其余为耕地后备资源。
2.2 评价指标设定
根据达拉特旗所处内蒙古高原及长城沿线区评价区耕作特点,从生态环境、立地条件、气候条件、区位指标等4个方面选取评价指标,具体见表1。
3. 评价指标分析
达拉特旗耕地后备资源11个评价指标中,存在限制的有5个指标,分别为生态条件、降雨量与灌溉条件、土层厚度、盐渍化和土壤质地,其中生态条件、年降水量和灌溉条件是限制本地区耕地后备资源开发的主要因素,二者分别占到非后备资源面积的72.36%和19.36%,说明生态环境和水资源是耕地后备资源开发利用的必要条件,也进一步说明西部地区的耕地发展的限制条件。
3.1 生态条件
生态条件限制主要原因是落入湿地保护区内和河流等水面洪水位以下的滩涂等地。达拉特旗相关部门非常重视保护湿地资源,在境内设有11个湿地保护区,包括季节性河流湿地、沼泽湿地、湖泊湿地和人工湿地四大类。湿地拥有众多野生动植物资源,是重要的生态系统,是黄河流域生态系统类型较丰富的地区,由于所处的自然环境特殊,使其具备了除湿地生态系统共有的生态功能外,通过河流、湖泊、沿河滩涂等以较大的蒸发量调控周边地区半干旱的生态环境,形成高原特殊的生态屏障,所以湿地保护尤为重要。基于生态保护区重要功能,将落入生态保护区内所有评价对象确定为非耕地后备资源。
达拉特旗耕地后备资源中由于生态条件因素限制的不宜耕土地面积为21235.18公顷,占不宜耕土地总面积的比例为19.36%,不宜耕土地中现状地类为内陆滩涂的土地占很大比例,这些内陆滩涂对保护生物多样性具有重要意义,属于生态敏感区,此外沙地在各个地类中也占有较大的比例,如果对其进行开发,可能会引起土地沙化和退化。达拉特旗由于自然条件的特殊性,导致其生态比较脆弱,生态条件为达拉特旗耕地后备资源第二大限制因素。
3.2 年降水量和灌溉条件
达拉特旗年降水量地区分布不均,且年际变化量大。昭君镇、恩格贝镇和中和西镇的西北部降水量较少,在180毫米以下,而白泥井镇以东地区降水量达到350毫米以上,其余地区在180mm~340mm之间。所以从年降雨量上来看,白泥井镇以西地区降雨量小于350毫米,无法通过自然降雨来满足农业需水的基本要求,白泥井镇以东地区基本能满足农业需水的基本要求。
达拉特旗的水资源由三部分组成:地下水、境内地表水和过境黄河水。地下水年可采量3.15亿立方米(出自1982年《达拉特旗水利区划报告》),地下水资源分布不均匀,南部山区和沙漠区较为贫乏,平原区较丰富,沙漠区与平原区过渡地带有潜水露头。地下水开采深度30m~80m,个别地区深度达120m~200m,单井出水量30~50m3/h,工业生产及居民生活均主要取用地下水。境内地表水均来自于黄河一级支流,即“十大孔兑”,均发源于东胜地区分水岭,发源地距入河口高差均在500米左右,河长70km~80km。洪水具有峰高量大历时短利用难的特点。河流固定段落有清水径流,流量为0.15~0.8m3/s。地表水资源量为1.44亿立方米,可利用量0.6亿立方米,现年利用0.058亿立方米,主要为清水,用于农业灌溉,其余水量皆为洪水,须通过建设水利水保工程的途径进行利用。黄河水年过境流量310亿立方米,批准达旗农业灌溉水量1.6亿立方米。
因此农业灌溉不宜采用地下水,主要通过地表水和黄河水灌溉,但基于地表水时短利用难的特点和黄河水限制灌溉水量的特点,灌溉条件成为达拉特旗耕地后备资源开发的主要限制因素,该指标限制的不宜耕土地面积79378.90公顷,占不宜耕土地总面积的比例为72.37%。其中其他草地2431.57公顷,沙地76682.68公顷,盐碱地264.66公顷。
3.3 土层厚度与母质条件
根据达拉特旗土壤普查资料显示,达拉特旗土壤共分为五个土类,十三个亚类,二十九个土属,八十六个土种。其中土层厚度大于60cm的土壤有轻度侵蚀黄沙土、中度侵蚀黄沙土、轻度侵蚀栗钙土、轻度侵蚀红黄土、中度侵蚀红黄土、轻度侵蚀栗淤土、中度侵蚀栗沙土、轻度侵蚀栗红土、轻度侵蚀淡黄沙土、中度侵蚀淡黄沙土、轻度侵蚀淡栗黄土、中度侵蚀淡栗黄土、沙盖垆、沙质洪淤土、粘质洪淤土、两黄土、硬两黄土和红泥。达拉特旗因土层厚度限制的不宜耕土地面积9993.58公顷,占不宜耕土地总面积的比例为9.11%,其中裸地944.52公顷,其他草地9049.04公顷。
3.4 盐渍化程度
达拉特旗土壤盐渍化原因主要是自然因素和人为因素综合作用的结果,主要分布在沿河沿滩地区。首先气候干旱促进土壤盐渍化的发展,根据达拉特旗气象资料,春季降雨极少,蒸发旺盛,这样地下水垂直运动强烈,有利于盐分随水上升积结地表,春季蒸发旺盛,更有利于冬季积结干冻层的水、盐转向土表形成盐结皮。其次,地下水位埋深浅且矿化度高,促使土壤向盐渍化发展。第三是早期排灌不配套,达拉特旗自引黄灌溉以来,由于长期大水漫灌,尤其早期只有灌溉系统无排水系统,只灌不排,引起了土壤盐渍化,虽然90年代开始挖排干,完善排水系统,盐渍化程度有所降低,然而由于农民没有科学用水,仍是大水漫灌,浇老秋水,引起盐渍化的发展。第四耕作粗放,主要是田间管理粗放,引起盐渍化。达拉特旗因盐渍化限制的不易耕土地面积为971.53公顷,占不宜耕土地总面积的比例为0.89%。所以盐渍化对达拉特旗耕地后备资源开发的限制性很小。
3.5 土壤质地
土壤质地是土壤物理性质之一。指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况。土壤质地与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系;土壤质地状况是拟定土壤利用、管理和改良措施的重要依据。肥沃的土壤不仅要求耕层的质地良好,还要求有良好的质地剖面。虽然土壤质地主要决定于成土母质类型,有相对的稳定性,但耕作层的质地仍可通过耕作、施肥等活动进行调节。
本旗土壤质地依据土壤普查资料获得。土壤普查资料显示,达拉特旗只有粗骨性栗钙土为限制性土壤质地,只分布在梁外区,且面积较小,为5803.31公顷,占不宜耕土地总面积的比例为5.29%,所以土壤质地对于达拉特旗耕地后备资源开发利用的限制性较小。
4. 评价结果确定
4.1 达拉特旗耕地后备资源类型及数量分析
通过对达拉特旗11个评价指标进行分析,得到全旗宜耕土地面积为20078.51公顷,占评价对象面积的15.47%。其中可开垦其他草地1338.74公顷,占宜耕土地总面积的6.67%;可开垦内陆滩涂44.75公顷,占宜耕土地总面积的0.22%;可开垦盐碱地1463.64公顷,占宜耕土地总面积的7.29%;可开垦沙地17156.63公顷,占宜耕土地总面积的85.45%;可开垦裸地74.75公顷,占宜耕土地总面积的0.37%。
4.2 达拉特旗耕地后备资源空间分布
从表3可以看出,达拉特旗的宜耕后备资源主要分布在吉格斯太镇和恩格贝镇,面积分别为9033.70公顷和4326.81公顷,占全旗宜耕后备资源总面积的66.54%。全旗宜耕后备资源分布相对集中连片,西部主要分布在中和西镇的牧业村,中部主要分布在恩格贝镇的黄母哈日村,东部主要分布在吉格斯太镇的沟心召村。
5. 结论
(1)达拉特旗北部为黄河南岸冲积平原区,中部为库布齐沙漠区,境内沙地占全旗耕地后备资源评价对象的比例达到77%以上,所以在评价结果中宜耕后备资源类型以可开垦沙地和可开垦盐碱地为主。
(2)达拉特旗位于内蒙古的西南部,生态脆弱和水资源短缺是该地区自然条件主要特点,在评价过程中,生态条件和灌溉条件是限制全旗耕地后备资源开发利用的主要因素。所以在耕地后备资源开发利用过程中,首先要保护生态环境,其次要保证能满足农作物生长的灌溉水源。
参考文献:
[1] 《国土资源部办公厅关于开展全国耕地后备资源调查评价工作 的通知》(国土资厅发〔2014〕13号).
关键词:鸟类;机场;环境异质性;响应;对策
中图分类号:Q958 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)12-2871-04
Response of Birds to the Environmental Heterogeneity in the Airport and Its Surroundings
ZHOU Chen-ling1,2,LIU Chan-min1,SUN Jian-mei1,FANG Xing-tang1,FENG Zhao-jun1
(1.School of Life Science, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China, 2.College of Life Science and Chemical Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an 223003, China)
Abstract: The investigation of birds’ habitat in the airport and its surrounding was focused on the distribution characteristics of different bird population and ecological group at various habitats in different periods, and the impact of seasonal and artificial changes of various habitat states on the birds’ distribution. The results showed that the environmental heterogeneity of airport was generally lower than that of the surrounding, and bird’s quantity at airport grassland was generally less than that of forest belt, but more than the surrounding grassland and farmland. Both natural and artificial environment changes could induce the changes of birds’ distribution. Based on the response of birds on environment heterogeneity of the airport, some constructive strategies for managing or controlling ecological environment of the airport were offered.
Key words: birds; airport; environmental heterogeneity; response; strategy
鸟击(Bird strike)这一被列为A类空难的世界性难题着实让驱鸟人员及相关专家学者费尽心机。从驱鸟成效看,驱鸟理念和方法至关重要。长期以来,被动的、临时性的物理或化学手段驱鸟用得多,主动的、长期性的生态手段驱鸟用得少。虽然近年来“生态驱鸟”理念逐渐被接受和实施[1-20],但收效甚微。一方面可能是管理人员对生态驱鸟还不够重视或相关工作没做到位,另一方面也可能是研究人员对生态驱鸟的方法研究得不透彻或欠缺可行性。以往研究重心多在机场生境鸟类多样性上,或是讨论环境异质性对鸟种多样性的影响[21-24],但少有涉及生境状况和人为变化对鸟类分布的影响[25,26]。基于实地考察及与驱鸟人员交流,结合前人近10年的相关研究,笔者分析了机场环境异质性[27]对鸟类分布和活动的影响,以期为机场的科学驱鸟工作提供参考资料。
1 内容与方法
1.1 内容
以苏北某民用机场为例,对机场及其周边环境展开调研。其中,自然环境主要包括自然植被和水域状况,以及鸟类和昆虫群落;人工环境主要包括机场各种设施及其周边地区农业、林业、村落及人类活动情况。
1.2 调研方法
每次3~5人现场工作,每2周实地考察1次,调查时间为2011年1~12月。以样带法(个别地区采取样点法)对各生境进行调查,凭听力、肉眼或借助望远镜记录样带上所见鸟类;以样带法记录样带上植物的种类及其生长状况;以随机抽样法,借助网具捕捉和记录各样点里昆虫种类和数量;同时,随机捕捉和记录其他动物种类及数量。结合机场净空图和实地考察,记录机场及其周边的村落、林带、农田、草地、水域等信息。
1.3 数据处理
本研究参照国家林业局颁发的《全国陆生野生动物资源调查与监测技术规程》(1996)方法和生态学常用公式进行。以往的研究多是以多样性指标分析和讨论机场环境鸟类问题,虽然量化准确,但机场管理人员对此了解和掌握均有一定难度。鉴于机场环境鸟类的数量及其季节性波动特点可能更易理解和实用,本研究采用相对数量来描述。
2 结果与分析
2.1 主要生物类群、分布及相对数量
由表1可知,各区域中四大类生物的相对数量有一定差异,机场内外鸟类和昆虫的数量与植被状况密切相关。其中,机场内鸟类数量依次为大草地>围栏>硬设施和水沟;机场周边地区鸟类数量依次为林带>大水域>村落/农田/小草地>小水域。
2.2 不同生境中常见各生态类群鸟类的相对数量
调查区域内的各生境中,各生态类群鸟类的相对数量因生境不同而不同(表2)。机场内的陆禽、鸣禽、猛禽和涉禽多出现在飞行跑道和周围的大草地区域;周边地区的游禽和涉禽主要在大水域,陆禽、攀禽和鸣禽多分布在村落、林带、农田及小草地。综合来看,游禽数量依次为大水域>小水域;涉禽数量依次为大水域>林带/大草地>小水域;猛禽数量依次为大草地>飞行跑道/围栏>林带/农田;陆禽数量依次为大草地>林带/农田>围栏>村落/小草地>飞行跑道;攀禽多分布在林带,其他地方均少见;鸣禽数量最多、分布最广,除在林带和大草地多见外,其他地方也较常见。
2.3 不同季节时同生境中各生态类群鸟类相对数量
不同季节时,同生境中不同生态类群鸟类的数量有一定变化(表3)。机场内陆禽和鸣禽常年较多,其中三季度更多;涉禽在一季度中末期较多;猛禽在三季度末期和四季度初期较多;少见攀禽,未见游禽。周边地区的游禽、涉禽、陆禽和鸣禽常年较多;攀禽多见于机场外,且在第二、三季度相对多见。
2.4 不同季节时几种生境中各关键鸟类的相对数量
通过表4,可进一步了解一些鸟类变更主要活动场所的情况。白鹭在树上营巢,主要在湿地和机场草地觅食。凤头麦鸡是迁徙途中临时降落机场草地觅食。扇尾沙锥主要在湿地活动,但雨后机场草地积水,可诱引其飞往觅食。10月份是鹰隼类迁徙南下的时期,机场是其捕食的极佳场所。雉鸡在草地和林带中均较多,但夏秋季节草类生长茂盛,很多雉鸡迁入机场草地觅食或繁殖;冬春季节时,周边农田小麦长起,很多雉鸡转而进入麦地活动。斑鸠在机场内外数量相当,但在机场内密度稍大。家鸽为人工饲养放飞,数量没有明显季节性差异,但在草地活动的个体略多于林带中的。越冬的云雀类多选择草地栖息。灰椋鸟虽在林内栖息,但多成较大群体(冬季时还会有来此越冬的群体加入)在草地觅食。喜鹊情况类似灰椋鸟,但群体规模较小。家燕喜爱在宽阔地面或空中觅食。金翅雀和麻雀均喜在草地、灌丛和林带觅食,金翅雀群体多小于麻雀群体,但10月份时会出现途经本地南下越冬的较大金翅雀群体,机场也成为其觅食的极佳场所。
3 小结与讨论
环境异质性包括空间和时间两方面。时间异质性多指季节性的周期变化,空间异质性是受外部环境,如地理位置、地貌地质、天气、气候或土壤因子的影响,或是由于生物聚群和扩散行为、种间关系放大了的随机事件在另一种匀质环境中出现引起的[27]。本类研究中的环境异质性是指机场内外生境的类型及其相互交织程度、自然植被季相变化和人工林地植伐及作物收种变化,以及由此引起的动物群落变化。虽然各地机场周边地区环境异质性不一,但机场内环境异质性十分相似——开阔的草地及相应的生物群落。根据生态位理论,经过、进入或栖息于机场的鸟类都有相应的时间次序和空间分布,即鸟类群落特征因时因地而异。
1)鸟种多样性与环境异质性密切相关。机场内环境异质性总体低于周边,机场草地鸟类多样性也低于周边林带,但却高于周边草地和农田[10,12,26,28]。这种情况一方面可能是由于周边单块草地通常面积较小,且人类干扰大;另一方面则可能是农田生态系统比较简单[22,23],且农田施用农药导致虫类减少,再加上作物轮番采收影响了生境稳定性。现行的物理(噪音、稻草人、风轮、牧羊犬、枪击、适时割草等)和化学(农药)杀虫及驱鸟措施尽管短期有效,但其原理正是加大人为干扰和“搅动”草地生境,因此长期—短期配合驱鸟十分必要。
2)机场内开阔的草地为鸟类提供了适宜的栖息或繁殖场所,秋冬季时落叶导致周边林带敞开,一些善隐藏的鸟类也会进入机场草地隐匿;草子和适宜草地生存的昆虫等小型无脊椎动物的滋生为鸟类提供了丰富食物,猛禽也因被虫和草吸引过来的鸟类和鼠类而进入机场捕食。可见许多鸟类偏好机场草地生境,这提示驱鸟人员对机场草地的管理十分重要。管理的难点主要是不同的鸟类偏爱不同的草高,高草策略和低草策略都有对应的受益者和受害者,多数机场选择实施低草策略(控制草高10~15 cm)。国外正在尝试在机场种植转基因草,因虫、鸟拒食这种有特殊味道的草,从而达到减少机场虫、鸟的目的。另外,即使飞行跑道周围种植了不结子的草,但经过一段时间后,被人和动物有意无意携带进入或被大风吹进机场的杂草草子也会萌发并逐渐扩展开来甚至盖过原草被,因此要注意及时剔除杂草。
3)机场内无大水域和林带,游禽和攀禽通常不会“光顾”,但有些涉禽在迁徙途中或雨后会进入机场觅食,说明机场内环境对涉禽的吸引具有临时性,这提醒机场驱鸟人员在候鸟迁徙季节和雨季要加强驱鸟管理[24]。
4)机场内生境控制相对易行,但由于多种原因,机场外生境的控制比较难。一旦外部生境突变(收获农作物、喷洒农药、林木砍伐等),机场就成了鸟类的避难所(尤其是周边麦收期间,大量雉鸡进入机场),因此会加重该时期机场驱鸟的负担。建议机场内相近时期的割草或喷洒农药尽量安排与周边的农田一致,促使那些本想进场避难的鸟类只能迁移到更远的地方。
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关键词:基本概况及简要发展 ,常用方法, 实际应用 ,未来发展
Abstract: the digital image processing is to point to will image signal converted into digital signals and use the computer to the treatment of the process. Image processing first appeared in the 1950 s, when the electronic computer has developed to a certain level, people began to use computers to graphics processing and image information. Digital image processing as a subject about formed in the early 1960 s. The purpose of the early image processing is to improve the quality of the image, it with artificial object, to improve the visual result of the person for the purpose. The image processing, the input is the image quality is low, the output is to improve the quality of the images, common image processing method has image enhancement, recovery, coding, compression, etc. Nowadays, digital image processing is and the various aspects of society closely linked, inseparable. Let us know the digital image processing technology.
Keywords: basic situation and brief development, commonly used method, the practical application, the future development
中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
一、数字图像处理的基本概况及简要发展
数字图像处理,即Digital Image Processing,是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响:一是计算机的发展;二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善);三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。20世纪20年代,图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量。到20世纪50年代,数字计算机发展到一定的水平后,数字图像处理才真正引起人们的兴趣。1964年美国喷气推进实验室用计算机对“徘徊者七号”太空船发回的大批月球照片进行处理,收到明显的效果。20世纪60年代末,数字图像处理具备了比较完整的体系,形成了一门新兴的学科。20世纪70年代,数字图像处理技术得到迅猛的发展,理论和方法进一步完善,应用范围更加广泛。在这一时期,图像处理主要和模式识别及图像理解系统的研究相联系,如文字识别、医学图像处理、遥感图像的处理等。20世纪70年代后期到现在,各个应用领域对数字图像处理提出越来越高的要求,促进了这门学科向更高级的方向发展。特别是在景物理解和计算机视觉(即机器视觉)方面,图像处理已由二维处理发展到三维理解或解释。近年来,随着计算机和其它各有关领域的迅速发展,例如在图像表现、科学计算可视化、多媒体计算技术等方面的发展,数字图像处理已从一个专门的研究领域变成了科学研究和人机界面中的一种普遍应用的工具。图像处理工具箱提供一套全方位的参照标准算法和图形工具,用于进行图像处理、分析、可视化和算法开发。可用其对有噪图像或退化图像进行去噪或还原、增强图像以获得更高清晰度、提取特征、分析形状和纹理以及对两个图像进行匹配。工具箱中大部分函数均以开放式MATLAB语言编写。这意味着可以检查算法、修改源代码和创建自定义函数。图像处理工具箱在生物测定学、遥感、监控、基因表达、显微镜技术、半导体测试、图像传感器设计、颜色科学及材料科学等领域为工程师和科学家提供支持。它也促进了图像处理技术的教学。
二、数字图像处理常用方法1、图像变换:由于图像阵列很大,直接在空间域中进行处理,涉及计算量很大。因此,往往采用各种图像变换的方法,如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术,将空间域的处理转换为变换域处理,不仅可减少计算量,而且可获得更有效的处理(如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理)。目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性,它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。2、图像编码压缩:图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量(即比特数),以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得,也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法,它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。3、图像增强和复原:图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量,如去除噪声,提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因,突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量,可使图像中物体轮廓清晰,细节明显;如强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解,一般讲应根据降质过程建立“降质模型”,再采用某种滤波方法,恢复或重建原来的图像。4、图像分割:图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来,其有意义的特征有图像中的边缘、区域等,这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法,但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此,对图像分割的研究还在不断深入之中,是目前图像处理中研究的热点之一。5、图像描述:图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性,一般图像的描述方法采用二维形状描述,它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展,已经开始进行三维物体描述的研究,提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。
图像分类(识别):图像分类(识别)属于模式识别的范畴,其主要内容是图像经过某些预处理(增强、复原、压缩)后,进行图像分割和特征提取,从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法,有统计模式分类和句法(结构)模式分类,近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。
三、数字图像处理在生活中的实际应用
图像是人类获取和交换信息的主要来源,因此,图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大,图像处理的应用领域也将随之不断扩大。
1、航天和航空技术方面的应用数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用,除了上面介绍的JPL对月球、火星照片的处理之外,另一方面的应用是在飞机遥感和卫星遥感技术中。许多国家每天派出很多侦察飞机对地球上有兴趣的地区进行大量的空中摄影。对由此得来的照片进行处理分析,以前需要雇用几千人,而现在改用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析,既节省人力,又加快了速度,还可以从照片中提取人工所不能发现的大量有用情报。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中,还是在判读分析中,都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用陆地卫星所获取的图像进行资源调查(如森林调查、海洋泥沙和渔业调查、水资源调查等),灾害检测(如病虫害检测、水火检测、环境污染检测等),资源勘察(如石油勘查、矿产量探测、大型工程地理位置勘探分析等),农业规划(如土壤营养、水份和农作物生长、产量的估算等),城市规划(如地质结构、水源及环境分析等)。我国也陆续开展了以上诸方面的一些实际应用,并获得了良好的效果。在气象预报和对太空其它星球研究方面,数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。
2、生物医学工程方面的应用数字图像处理在生物医学工程方面的应用十分广泛,而且很有成效。除了上面介绍的CT技术之外,还有一类是对医用显微图像的处理分析,如红细胞、白细胞分类,染色体分析,癌细胞识别等。此外,在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术。
3、通信工程方面的应用当前通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。具体地讲是将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输。其中以图像通信最为复杂和困难,因图像的数据量十分巨大,如传送彩色电视信号的速率达100Mbit/s以上。要将这样高速率的数据实时传送出去,必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在一定意义上讲,编码压缩是这些技术成败的关键。除了已应用较广泛的熵编码、DPCM编码、变换编码外,目前国内外正在大力开发研究新的编码方法,如分行编码、自适应网络编码、小波变换图像压缩编码等。
4、工业和工程方面的应用在工业和工程领域中图像处理技术有着广泛的应用,如自动装配线中检测零件的质量、并对零件进行分类,印刷电路板疵病检查,弹性力学照片的应力分析,流体力学图片的阻力和升力分析,邮政信件的自动分拣,在一些有毒、放射性环境内识别工件及物体的形状和排列状态,先进的设计和制造技术中采用工业视觉等等。其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人,将会给工农业生产带来新的激励,目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。
5、军事公安方面的应用在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确末制导,各种侦察照片的判读,具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统,飞机、坦克和军舰模拟训练系统等;公安业务图片的判读分析,指纹识别,人脸鉴别,不完整图片的复原,以及交通监控、事故分析等。目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别都是图像处理技术成功应用的例子。
6、文化艺术方面的应用目前这类应用有电视画面的数字编辑,动画的制作,电子图像游戏,纺织工艺品设计,服装设计与制作,发型设计,文物资料照片的复制和修复,运动员动作分析和评分等等,现在已逐渐形成一门新的艺术--计算机美术。
7、机器人视觉:机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官,主要进行三维景物理解和识别,是目前处于研究之中的开放课题。机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人,邮政、医院和家庭服务的智能机器人,装配线工件识别、定位,太空机器人的自动操作等。
8、视频和多媒体系统:目前,电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成,多媒体系统中静止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输等。
9、科学可视化:图像处理和图形学紧密结合,形成了科学研究各个领域新型的研究工具。
10、电子商务:在当前呼声甚高的电子商务中,图像处理技术也大有可为,如身份认证、产品防伪、水印技术等。
四、数字图像处理未来发展
自20世纪60年代第三代数字计算机问世以后,数字图像处理技术出现了空前的发展,在该领域中需要进一步研究的问题主要有如下五个方面:1、在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题;
2、加强软件研究,开发新的处理方法,特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果,创造新的处理方法;
3、加强边缘学科的研究工作,促进图像处理技术的发展;
4、加强理论研究,逐步形成处理科学自身的理论体系;
5、时刻注意图像处理领域的标准化问题。
五、直方图规定化原理和算法
在直方图规定化的过程中, 正确地选择规定化的函数有可能获得比直方图均衡化更好的效果, 一般分为三个步骤:
(1)如同均衡化方法中,对原始图的直方图进行灰度均衡化:
………………………………………(1)
(2)规定需要的直方图,并计算能使规定的直方图均衡化的变换:
…………………………………………(2)
(3)将第1个步骤得到的变换反转过来,即将原始直方图对应映射到规定的直方图,也就是将所有的对应到去。因为在映射过程中有取整误差的影响, 所以采用什么样的映射规则在离散空间中很重要。常用的两种方法为单映射规则( single mapping law, SML) 和组映射规则(group mapping law,GML)。
单映射规则( single mapping law, SML) : 是从小到大依次找到能使式(3)最小的k和l,
………………………………………………(3)
然后将对应到去, 由于这里每个是分别对应过的, 故这种方法简单直观, 但有时会有较大的取整误。
组映射规则(group mapping law, GML): 设有一个整数函数,, 满足: , 确定使式(4)达到最小的。
………………………………………………(4)
这时, 如果, 则将其从到的都对应到去;如果, 则将其从 到都对应到去[5]。
我们采用MATLAB进行仿真运算,具体实现的MATLAB算法的流程图为:
图1SML算法流程图图2GML算法流程图
六、 仿真效果对比
设有一幅64×64,8比特灰度图像,其直方图见图3所示,图4为希望变换得到的规定直方图。我们采用MATLAB进行仿真,按照单映射(SML)和组映射(GML)规则分别进行计算,可以得到在这两种映射规则下的直方图分布,仿真运算结果见图5图6所示。
图3 原始直方图 图4 规定直方图
图5 SML规定化后的直方图 图6 GML规定化后的直方图
七、 结论
对比图5和图6表明,本文实现的GML算法可以改进在以往的直方图规定化算法中出现的规定化后的图像的灰度级不能与规定直方图的灰度级相似的问题。同时我们可以看出,SML映射规则是一种有偏的映射规则,因为一些对应灰度级被有偏的映射到接近计算开始的灰度级,而GML映射规则是统计无偏的。
量化的比较可借助映射产生的误差来进行,这个误差可用对应映射间数值的差值(取绝对值)的和来表示,和的数值越小,映射效果越好。以图5图6 的数据为例,对单映射来说,这个和为:;而对组映射来说,这个和为:。组映射所产生的误差小于单映射所产生的误差。
八、 参考文献
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【摘要题】农业可持续发展
【关键词】中国/农业/可持续发展战略
【正文】
中国是世界上最大的发展中国家之一,其特殊的国情决定了农业在中国具有远比世界上其他国家更为重要的地位。在当今世界中,没有哪一个国家的农业像中国这样长期困扰着整个经济的发展,成为左右中国政治、经济、生活的持久因素。
虽然中国仅用占世界不到7%的耕地,让占世界总人口22%的人口丰衣足食,被世人誉为“世界经济史上持续发展的一桩奇迹”。但是,中国人口规模的迅速扩张、生态环境的加剧恶化等却使未来农业发展面临多重危机。
20世纪80年代末中国科学院国情分析研究小组第1号国情报告所得出的这一极富挑战性的结论,唤起了人们对中国生存与发展的核心问题——农业发展战略问题的深思。20世纪90年代中期,美国世界观察研究所所长Brown提出了震惊世界的“中国粮食”,更引起了中国乃至世界对中国农业发展战略问题研究的广为关注。
中国究竟应选择怎样的农业可持续发展战略,便构成了中国如何迈向21世纪的主要研究热点问题之一。
一、战略观点(注:根据研究者所提出见解的学科侧重或学科倾向,大致将农业可持续发展战略观点概括为农业生态学、农业经济学和农业地理学三大学科领域,并不是严格按照研究者自身的学科研究领域进行区分。)
《中国21世纪议程——中国21世纪的环境与发展白皮书》明确指出了中国农业与农村经济可持续发展的战略目标:保持农业生产率稳定增长,提高食物生产和保障粮食安全,发展农村经济,增加农民收入,改变农村贫穷落后状况,保护和改善农业生态环境,合理永续地利用自然资源,特别是生物资源,以满足国民经济发展和人民生活的需要,即确保食物安全、发展农村经济和合理利用保护资源。
针对中国农业与农村经济可持续发展战略目标,应选择什么样的农业可持续发展战略,对于这一问题目前在农业生态学、农业经济学和农业地理学三大学科领域形成了大量的研究观点。
(一)农业生态学家的观点早在20世纪70年代初,以中国科学院生态研究中心马世骏院士为首的生态学家,就开始倡导中国应该走生态农业的发展道路。80年代中期,马世骏曾作为发展中国家的代表,参与了著名的Brundtland宣言——《我们共同的未来》筹备工作。认为应以生态控制方法诱导非机械控制手段去堵截污染,以天人合一的观点去发展而不是以回归自然的方式去保护环境,从而促成了宣言所倡导的可持续发展概念的产生,并提出中国应实现以生态经济原则为指导的农业经济持续发展。自此,关于中国农业可持续发展战略选择问题的研究,便层出不穷,形成了流派纷呈、见解各异的多种观点,概括起来主要有:
1.“生态农业论”。生态农业是中国最早触及农业可持续发展问题的发展战略,且至今仍将其作为中国农业可持续发展的主流方向。
该战略是在总结吸取传统农业实践经验的基础上,根据生态经济学原理,运用系统工程的方法,结合现代农业的先进技术,建立和发展起来的一种多层次、多结构、多功能的集约经营管理,以期获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化农业发展模式,其基本特征“循环、持续、高效”反映了持续发展的宗旨。
2.“效益型农业论”。该战略认为中国持续农业的核心是发展效益型农业,保持粮食生产的持续稳定发展,既是解决“民以食为天”的需要,也是确保社会稳定、国家发展的需要。
这一战略就其基本内涵主要包括三个方面的内容,即遵循经济原则、以市场需求为导向;依靠科技进步、优化生产力要素组合;调整产业产品结构、充分合理开发利用自然人文资源。其最终目的是要提高资源利用率及经济效益,拓宽农村劳动力就业门路,增加农民收入,实现农业现代化。
3.“农牧结合论”。这一战略认为:为确保中国21世纪16亿人口的食物安全,建立一个以畜牧业为突破口,实行农牧结合,以农促牧、以牧促农、以农牧产品促加工的“种、养、加”和“产、供、销”一体化的新型农业生产体系,是农业可持续发展的重要战略举措,是发展有中国特色可持续农业的战略需要。
4.“现代可持续集约农业论”。(注:程序认为中国应该走“可持续集约农业”之路,那种“集约化持续农业”的提法,强调把“可持续的”约束条件作为根本特征,显然是不足取的。)该战略认为中国人多耕地少、自然资源相对紧缺,农村欠发达、多数地区尚处于传统农业阶段,不断增长的人口和消费趋势,要求农业在有相应投入和依靠科技进步的基础上,选择高产量、高质量、高效益的现代集约持续农业道路。
上述生态农业战略、效益型农业战略、农牧结合战略、现代集约持续战略等,其核心实质都是要试图解决、回答如何协调发展生产与保护环境的关系问题,这显然是与中国的现实国情密切相关。
(二)农业经济学家的观点农业经济学家虽然不像农业生态学家那样,能够直接敏锐地指出农业可持续发展战略的道路选择,但是却尤为关注农业发展的内部运行机制,更能从深层次揭示把握中国农业的可持续发展战略问题。目前,其关注的主要战略问题有:
1.粮食问题。美国世界观察研究所所长Brown在《WhowillfeedChina——wake-upcallforasmallplanet》一书中,认为随着中国人口的增长与生活水平的提高,对粮食的需求将大幅度增加,而耕地面积却不断减少,农业灌溉用水也将大量移向非农产业部门,且化肥使用量已达报酬递减点,到2030年中国粮食将较目前水平减少20%,中国届时将进口3.69亿吨粮食,这将远超过国际粮食市场拥有的粮食资源,从而提出了“谁来养活中国”的命题。
Brown的这一观点引起了国内外学者的高度关注。由此,关于21世纪中国应采取怎样的粮食发展战略问题,目前主要形成了两种观点——悲观论与乐观论。
悲观论认为中国真正解决吃饭问题,是在20世纪70年代以后,要维持一定的粮食安全水平是要付出一定的成本和代价。这意味着提高粮食生产水平则会增加财政对粮食生产的补贴,从而会降低资源配置效率;尤其是对像中国这样一个农业资源紧缺且粮食生产比较优势已经丧失的国家来说,追求100%的粮食自给,会付出高昂的代价;应适度地部分进口粮食,利用人类共有资源最经济地实现粮食安全,粮食生产应采取“立足国内、基本自给、适度进口、促进交换”的战略方针。
乐观论认为中国粮食需求的增长不但不会给中国粮食安全带来威胁,更不会给缺粮的第三世界国家粮食造成威胁,技术进步是中国过去粮食增长的原动力,也是中国现在粮食生产增长的原动力,还将是中国未来粮食生产增长的第一推动力,粮食问题的关键在于科技,而科技发展又取决于国家的科技投资政策。
2.制度问题。中国建国以来经济发展的历史经验表明:国家总体的产业政策和经济政策对农业的发展状态具有决定性的影响。
伴随着中国经济发展战略由传统战略转变为比较优势战略,作为产业政策重要组成部分的农业发展政策是否符合比较优势原则,决定着农业经济体制的性质或演变方向。只有依据农业比较优势,推动农业结构变革,提高中国农业整体效率,才有可能使农业走上良性发展的轨道。为此,应实施包括技术创新、管理创新、机制创新和观念创新的农业可持续发展创新战略。
3.技术问题。中国农业科技的发展与大多数发展中国家一样经历了绿色革命前时期、绿色革命时期、后绿色革命时期(Ⅰ)、后绿色革命时期(Ⅱ),应实施21世纪农业技术创新战略,即改革现有农业科技投资体制,建立健全政策法规制度,建设强有力的创造发展体系和研究方法,确定重大技术创新项目和研究领域,并建立新的研究方法和思维方式,构造可持续农业生产政策支持系统,加强农业科研、推广与教育体系建设,是今后持续农业发展的三大支柱。
4.农村问题。关于农村经济发展战略问题,目前主要有两种不同的看法,即“一元化论”与“三元化论”。
一元化论认为中国农业的根本问题是农民过剩,过剩的农民是一切问题的根源。中国农业可持续发展的根本出路在于农村工业化。农业现代化的根本保证在于农村工业化,应以农村工业化为重心,推动农村经济的快速增长,进一步促进工农业协调发展,促进农村商品经济发展,加快提高农业综合生产能力,以迅速推进高产优质高效农业的可持续发展进程。
三元论认为中国农村产业结构20世纪80年代中期以来失衡加剧,失衡主要表现在时间顺序上的差异、变动速度上的差异、产业部门之间的差异,农村可持续发展的战略取向应是“三化齐动”,即农业产业化、农村工业化和农村城市化。其指导思想与战略目标就是要以农民为本,以提高农民的生活水平与生活质量为目的,寻找生产力持续发展的途径与对策,并以是否对农民有利作为评价有关农业与农村政策的准则。
由此可见,农业经济学家主要是围绕“粮食——制度——技术——农村”等农业可持续发展经济影响因素,探讨中国农业的可持续发展战略内部运行机理问题。
(三)农业地理学家的观点如果说农业生态学家关注农业生态问题,农业经济学家关注的是农业内部运行机制问题。那么,农业地理学家则更为注重资源开发与环境保护问题。目前具有代表性的观点主要有:
1.“粮食主导论”。这一战略认为粮食问题在今后相当长时期内将主导中国农业发展的走势和农业政策取向。粮食问题不仅表现为总量不足,也表现为区域供需不平衡;粮食供需的区域差异将继续导致区域农业政策的差异,粮食供需的区域差异与农业政策的区域差异将构成中国农业发展区域差异的主流,也是中国农业可持续发展所必须考虑的关键方面。
该战略认为实现粮食安全是保证农业可持续发展战略成功实施的第一性条件。
2.“国土开发论”。这一战略认为中国农业发展战略要解决的基本问题是如何使丰富的劳动力同极为有限的人均自然资源和人均工业资源得到优化组合,从而大幅度提高农业劳动生产率和资源利用效率,满足全社会对农产品日益增长的需求。
该战略认为虽然中国的资源形势严峻,但是资源还有相当大的潜力。中国不仅必须,而且经过努力也能依靠自己的资源解决或基本解决食物与农产品的供给。应实施可持续发展的国土大开发战略,这是中国人民永远能够养活和养好自己的根本性战略,必须有计划、分阶段、有步骤地开发尚未开发或未充分开发的国土,着重在山区、草原和海洋,实行全面规划,分区治理开发,纳入国家计划。
3.“发展危机论”。该战略认为中国空前庞大的人口基数是土地资源供应的危机所在,中国持续农业正面临着生态、社会、经济三大挑战。人口众多、资源紧缺,物质基础薄弱,地区差异悬殊,这是中国最基本的国情。为此,考虑农业发展战略必须强调的基本思路应该是:协调人口与资源的关系,优化人力资源与自然资源的组合;建立资源节约型的生产体系,实行集约化经营;发展高产优质高效农业,建立农村社会主义市场经济体制;发展地区资源优势和促进地区间优势互补,力求区域经济平衡发展;加速农业现代化进程,以大幅度提高农业劳动生产率。
4.“生存发展论”。该战略认为中国正面临着前所未有的严重危机:人口膨胀与迅速老化,农业资源日益紧张,环境污染蔓延,生态日益恶化,粮食需求量迅速增加而增长又很困难,加之工业化起步时间晚、发展起点低、历史负重等原因,今后中国现代化经济发展的最大阻碍在于农业生产的发展,最大问题在于是否使粮食增产赶上或接近人口的增长,最大难点在于对传统农业的改造,农村体制改革只是农业现代化的必要条件,而不是充分条件,改革只是为创造、提高和优化新的农业生产要素的投入与配置机制提供制度的保证,既不能代替生产力诸要素本身,又不能使农业生产可能性曲线上升。因此,应实施“保证生存与持续发展”的发展战略,增加农业投入是发展农业生产的关键条件,也是改造传统农业的根本途径。
总之,中国农业可持续发展战略研究,无论是农业生态学家的观点,还是农业经济学家、农业地理学家的观点,其从不同视角所提出的农业可持续发展战略,概括起来看主要试图集中研究解决困扰中国农业可持续发展的三个最基本问题,即食物安全、农业现代化及农村发展问题,它们构成了中国农业可持续发展战略研究的核心。
然而,目前研究过程中存在的主要问题,是中国农业可持续发展战略研究仍主要侧重于农业经济可持续发展问题的研究,还未真正将其转向农业生态环境保护问题、农村社会可持续发展问题的研究,从而也反映出当前中国农业与农村经济发展仍然是“重经济,轻生态”、“重视农村经济发展,忽视农民生活质量提高等社会发展”,这应引起政府有关部门的高度重视。
二、理论源流
回顾历史,中国像大多数发展中国家一样,农业发展战略的选择大致经历了一个由“工业化偏斜绿色革命农业与农村可持续发展战略”的演进历程,其理论支撑同样也基本上沿袭的是“工业化推进战略理论发展经济学理论农业可持续发展理论”。
沿着这一主线追踪溯源,中国农业发展战略形成确立的主要理论源流有:
(一)前苏联的发展理论中国改革开放以前农业经济发展中存在的问题根源于50年代初采取的重工业优先发展战略,这一经济建设方针是完全照搬或承袭前苏联模式。适应于这种工业化战略,就要求“农民除了向国家缴纳普通税即直接税和间接税以外,还要缴纳一种超额税,即在购买工业品时多付一些钱,而在出卖农产品时,少得一些钱,以便使资金从农业流入工业”。
中国所选择的这种以“工业为主导,以农业为基础”的经济发展战略,或称之为是以牺牲农业发展支援国家工业化进程的“以工挤农”战略,确立的根本目标是“强国”,选择的基本战略是超高速优先发展重工业,采取的主要策略就是“社会主义原始积累”,建立的主要制度之一就是和统购统销制度,其最基本的特征就是国家主导的计划经济。这一发展模式的选择深受前苏联发展理论的影响,其主要理论背景有:
1.协调发展论。该理论十分强调农民问题和工农联盟的重要性,指出农业劳动生产率和农业商品率是工业积累和发展的基础。牺牲农民利益不仅不能加快工业化步伐,而且还可能危及国家统治,主张工业化资金应依靠自我积累,以及吸收存款、征收公税等正常积累方式取得;强调国民经济计划不能脱离市场机制,对于农村经济应通过与之建立市场联系,将其引导到社会主义轨道上来;通过发展农业,扩大对轻工业产品的需求,从而促进轻工业的发展,增加消费品的供应,而轻工业的发展又扩大了对重工业产品的需求。这样,农业发展就为工业化创造了巨大的市场和动力,从而使工农业经济得以协调发展。这一理论虽未能坚持执行,但却是后来绝大部分社会主义国家经济结构调整的重要理论依据。
2.超工业化论。该理论认为在社会主义过渡时期存在着社会主义原始积累规律和市场价值规律两个对立的调节者,两者各有自己的调节范围。因此,从这个意义上讲计划与市场是对立的,主张由国家利用垄断地位,运用工农业产品不等价交换,对非社会主义经济成分征收高额赋税和实行通货膨胀政策等方法进行强制性工业化积累,为此就不能允许市场机制发生作用,农业只是被动地为工业增长提供资金和劳动力。
这一理论对后来社会主义传统经济体制的形成产生了极大影响。尤其是为保证农业剩余产品能够由国家掌握,实行农产品义务交售制,并适时地实现了农业集体化等理论观点,对中国传统农业经济体制的形成建立具有极为深刻的作用影响。
3.地理分工论。该理论把社会劳动地域分工问题提到首位,研究与社会历史联系到一起的社会劳动地域分工的形成、特点、变化和结果,认为应把苏联经济区当作更为复杂的国内和国际体系中的复杂体系进行研究,在社会劳动分工过程中产生各部门经济的专门化并促进这些部门的形成和发展,而在国家之间、国家的各个区域之间、部门之间以及部门内部之间的社会劳动地域分工过程中,应促进各类经济区的形成与发展。特别是在对部门进行空间分析时,应阐明各部门内部劳动地域分工形成的部门区和枢纽,而在对区域系统和个别的区域进行分析时,也必须对区域的部门结构、主要的辅助经济部门布局和相互关系进行研究。总之,中国20世纪80年代以前传统农业经济体制的三个基本因素:从一个落后农业国向现代化工业国迅速过渡所采取的经济发展战略、战争年代惯用的供给制组织形式和动员方式以及农业布局、地域类型划分及区域规划等均是上述发展理论运用的具体表现。
(二)西方世界的发展理论中国20世纪80年代以后,伴随着前苏联式传统农业经济体制从历史舞台的退出,以及新型社会主义市场农村经济体制的形成和建立,中国农业发展战略的选择确立,不仅深受国际环境背景的作用影响,而且还受国内经济发展环境的影响制约,更深受来自西方世界发展经济学理论的作用影响,其作用影响最为深刻的主要理论有:
1.比较优势理论。该理论认为国际贸易的基础并不限于生产技术上的绝对差别,只要各国之间存在着生产技术上的相对差别,就会出现生产成本和产品价格的相对差别,从而使各国在不同产品上具有比较优势,使国际分工和国际贸易成为可能,每个国家都集中生产并出口其具有比较优势的产品,进口其具有“比较劣势”的产品,从而可获得“比较利益”,故这一学说亦被称为“比较利益”理论。
这一理论认为每个国家应该出口能够利用其充裕要素的那些商品,以换取那些需要比较密集地使用其稀缺生产要素的进口商品;在开放条件下如果一国根据它当前的比较优势确立产业结构,而根据它的比较优势变化调整产业结构,就可宏观长期、快速、稳定地获得经济增长。这就是著名的比较优势战略理论。
自20世纪80年代以来,中国宏观经济发展战略已由传统的工业化赶超战略,转变为通过培育一个相对价格能够反映产品的供求和要素相对稀缺性的市场竞争机制,由特定资源结构选择确定的产业结构和技术结构的比较优势战略,以及在国家宏观调控和比较利益原理牵动下所形成的农业区域专业化和地区间分工协作的不断加强等,均是比较优势理论客观作用的结果。
2.诱导创新理论。认为历史上有多种农业增长道路,具有不同要素禀赋的国家应该有不同的农业增长道路。那些劳动力丰富而土地资源贫乏的国家应该走生物和化学技术进步的道路;那些劳动力稀缺而土地面积相对丰富的国家应该走机械技术进步的道路。这一理论的重要意义就在于认识到了把发达国家的农业技术直接移植到发展中国家可能会导致高度无效率的增长。
相反,强调市场需求的诱导创新理论,则认为市场需求决定创新努力的有效配置,不同产业产品的发明数量与产出销售额密切相关,由此引申出三个命题:技术发明是一种经济活动,与其他经济行为一样,追求预期收益;预期收益取决于该项发明产品的预期销售额;而采用发明后的预期销售额很大程度上决定于该产品目前的市场销售额,认为农业技术推广和使用的一个主要影响因素是市场盈利性,技术创新的收益是与农业研究的外部效应——生产者剩余和消费者剩余的增加有关,而新技术和新品种的推广率又受到经济利益的支配。
近年来一些学者运用上述两种理论对中国农业科学技术进步问题进行了广泛深入的研究,认为中国农业技术进步目前仍然是诱导性的。从要素稀缺性来看,虽然中国农村和劳动力市场很不完备,要素价格无法正确体现要素相对缺乏程度,但是作为生产者的农民仍然为追求产出最大化而寻求相应的技术发明。从市场需求来看,尽管中国的主要农产品特别是主要粮食作物还受到遗留下来的统购统销价格体制和行政命令对生产过程的干预,农产品价格和需求数量在政府政策的限制之下不能正确体现市场需求的强度,但由于农民是利益最大化的主体,农产品生产规模仍然能较好地反映市场需求规模,因而农业科研单位依然可根据实际需求规模选择具有较大市场潜力的技术创新。
通过综合应用该理论对中国粮食作物育种优先序列实证研究表明,中国现阶段的粮食增产政策应该从资源和产品控制,转向以提高单产及开发新的粮食增产来源为中心,认为实现这一新型粮食增产政策的关键是技术创新、技术进步,只有通过增加农业科研资源投入、改善科研资源分配,才能够促进推动该政策目标的实现。
3.二元经济理论。这一理论认为在发展中国家弱小资本部门与相对强大的传统部门并存形成为二元经济结构,即高工资经济部门如矿业、大农场、工业、大型运输业等部门和低收入部门如家庭农场、手工业、家庭佣工、小商业、临时工等部门并存。高工资经济部门资本相对充足,实行竞争,可产生利润,工人可得到自己的边际产品;低收入部门资本相对稀缺,没有竞争,不产生利润,人们要维持生计,必须要消费多于边际产出的产品,且伴随着经济的发展低收入部门劳动者将转向高收入部门,其宗旨就是要寻求发展中国家经济一元化道路,即实现工业现代化和农业现代化。中国因其特殊的国情,不仅客观决定了全国范围及不同地区存在着二元化现象,而且同一地区的不同区域或产业也存在着二元现象,这是中国经济发展现实的基本格局。但是,对于中国二元经济结构的认识却形成了4种不同的观点,即三元结构论、双重二元结构论、二极经济论和环二元经济结构论。
三元结构论认为中国二元经济结构主要应从社区的角度来认识,因而可称之为城乡二元结构,其原因在于现代工业一般集中于城市,传统农业部门分散于农村,但随着乡镇企业的发展,近年来这一结构却发生了历史性变化,城乡二元结构已演化成了城市现代工业——城镇乡镇企业——农村传统农业的三元结构。
双重二元结构论认为中国20世纪80年代以来,由于农村经济向非农化方面的发展,农村工业在农村占有极为重要的地位,国民经济结构已由典型二元经济结构演变成了双重二元结构,即农村工业与城市工业、农村内部农业与农村工业并存的双重二元结构关系。
二极经济论认为建国以来的中国经济发展过程表明,中国存在的并非是完全的二元经济,而是严重的二极经济,即传统部门与现代部门之间基本不发生劳动及其人口流动,两个部门因而也不发生整体关联,传统部门的一级劳动力淀积越来越多因而趋于停滞,而现代部门一级则由于发展迅速而越来越重型化因而劳动力也必然趋于停滞。
环二元经济结构论认为虽然中国的工业化及经济建设取得了巨大成就,但由于没有注意农业及农村发展问题,导致出现了二元经济结构并进一步演化成了环二元经济结构。所谓环二元经济结构就是中国经济不但从总体上看存在着具有一定优势的城市及工业和比较落后的农村及农业这样两个互相区别的“经济元”,而且各个“经济元”内也存在着优势与落后并存的现象,这些大小不等的“经济元”便构成了环二元经济。
总之,中国20世纪80年代以后农业发展战略的形成演变,并非仅仅局限于上述发展经济学理论的作用影响,而且还吸收了诸如新经济增长理论、制度结构理论、贫困恶性循环理论、低水平均衡陷井理论、小农有限理性理论、落后经济理论以及从宏观角度研究粮食政策、粮食保障和农业持续增长等问题的多种农业宏观经济理论。
(三)中国自己的发展理论中国目前最大的生态问题莫过于人口与耕地的矛盾问题,由此而带来的水土流失、土地沙化、农田污染、水资源紧缺等一系列生态环境问题,严重威胁着中国农业的可持续发展。因此,中国农业既不能走西方发达国家现代化常规道路,也不可能走低投入可持续农业发展之路,只能选择适合中国国情的农业可持续发展道路。
伴随着中国农业发展问题研究的逐步深入,中国科学家在继承和发扬前人研究的基础上,根据中国具体实际,提出了一些具有较高理论价值的见解观点。如马世骏的复合生态系统控制论李澄与郭玮的工农业关系理论、王宏广的要素组合论、冯海发的农业效益评估理论、郭书田的农村经济发展理论、康晓光的贫困与反贫困理论、吴天然的农村工业化理论、赵昌文的农业宏观调控论及牛文元的农业持续发展理论等。其中,影响较大的农业发展可持续发展战略理论主要有:
1.复合生态系统控制论。该理论认为当代若干重大社会问题,都直接或间接关系到社会体制、经济发展状况以及人类赖以生存的自然环境。社会、经济和自然是三个不同性质的系统,但各自的生存和发展都受其他系统结构、功能的制约,必须当成一个社会——经济——自然复合生态系统来考虑,衡量该复合系统的三个指标是:自然系统的合理性、经济系统的利润、社会系统的效益,且其研究是一个多目标决策过程,应在生态经济原则的指导下拟定具体的社会目标、经济目标和生态目标,使系统的综合效益最高、风险最小、存活机会最大,即就是要依据生态经济学原理找出生态问题的症结,在外部投入有限的情况下,通过各种技术、行政和行为诱导手段去调节系统内部各种不合理的生态关系,提高系统自我调节能力,实现因地制宜的可持续发展。20世纪80年代以来,中国普遍开展的生态农业建设,就是运用这一理论为实现可持续发展进行的一种有益尝试。
2.要素组合理论。该理论认为农业生物在其生长过程中,总是在一定的生长环境中有顺序、按比例地吸收和同化各种生活要素并最终形成一定的生物量,农业生物运动和发展的这一客观规律就叫要素组合规律。
根据这一理论,认为农业现代化是实现农业高产高效、避免资源及人工投入要素浪费的基础。运用要素组合理论实证分析研究中国农业发展问题,可以得出这样的结论:即农业发展的过程,是农作物生活要素数量不断提高、不断组合优化的过程。
3.农业可持续发展理论。该理论认为一个农业生物群体,在土地资源、水资源、光热资源、矿物元素资源等的共同支撑下完成其生物学的转换,又在人的参与下完成其经济学的转换,其最终所形成的生物物质体增长,既有每年扩大耕作面积所获得的产品,又有发挥单位面积生产能力的贡献。这里依据支持人类生存基础的粮食产量变化趋势与人口粮食增长趋势的匹配程度,分析判断一个国家或地区的农业可持续发展能力,并将粮食产品增长作为它自身以及所在区域自然资源的生产函数。
根据推理,可以得出这样一个结论:人口增长规律与粮食增长规律之间有惊人的相似性,这种“狭义”的可持续发展规定了粮食增长与人口增长之间的同步性,它意味着年人均粮食数量保持常量的状态下,粮食与人口的规模总量增长必须保持严格的对应可比,且服从于“不超出区域承载力阈值”,才能被认为是在“狭义”可持续发展的范围。
依照“狭义”的农业可持续发展理论,中国人口众多,只有基本上实现了农业可持续发展,才能具备生存与发展的前提;只有保证当人口达到零增长时的总规模约有16~17亿,确保按每年人均400kg计算应达到6.4~6.8亿吨的粮食基本需求,并能够稳定地保持下去,才具备进一步实现广义农业可持续发展的“门槛”,这也是中国农业在目前条件下必须要实现的首要目标。
虽然无论是复合生态系统控制论,还是要素组合论、农业可持续发展论,其理论方法及其实际可操作性等均有待进一步提高完善,但它们毕竟是中国人自己探索开拓的农业可持续发展战略理论。
三、几点启示
通过对中国农业可持续发展战略观点及其理论渊源的简单回顾,我们可以从中得到以下几点启示:
(一)综合研究世纪之交的农业可持续发展战略研究,无论是农业生态学家、农业经济学家还是农业地理学家,越来越多的学者已不再把农业可持续发展战略问题简单地看成是粮食问题或生态问题,而是从更为宏观综合的角度去分析考察农业可持续发展的战略问题。
为此,中国亟待形成一个全面综合而又能够切实解决农业发展问题的宏观可持续发展战略理论体系或分析框架。这一理论不仅能客观地反映农业可持续发展的现实特点和实际需求,而且还必需具有极强的可操作性和实用性,以改变目前农业可持续发展战略研究大多是个案性、经验性或实证性的空泛论述,很少能够将其研究提高上升到一定的理论高度。
(二)理论借鉴西方农业可持续发展战略理论,难免带有“西方中心主义”的色彩,因而运用其理论并不能“全面系统地解释或解决”发展中国家的实际问题,尤其是西方学者很少有对中国农业可持续发展问题的直接研究,更缺乏对中国农业可持续发展规律的认识,这就客观决定了吸收、借鉴和运用西方农业可持续发展理论研究成果或发展经验时,必须十分慎重,绝不能完全照搬或全盘移植。
几十年来中国绿色革命推广种植的几种高产作物,虽然解决了十几亿人口的吃饭问题,但却付出了极其高昂的代价:生态环境的破坏、生物多样性的丧失,这应引起我们的高度警觉和重视。因此,历史不应再继续重演,对于农业可持续发展战略研究,只能是在对中国国情有一个明确认识和正确判断的基础之上,有选择地借鉴和运用来自外部世界的理论和方法,在理论构筑上有所创新、研究手段上有所突破,从而才有可能建立具有中国特色的农业可持续发展战略理论。
(三)新型战略中国农业可持续发展战略,无论是生态农业、现代化集约可持续农业战略,还是农村“三化齐动”、生存发展战略等,均或多或少地依旧带有浓厚的行政干涉和政府行为色彩,这在实践中必然会导致政府对可持续发展战略的过度干预。因而,农业可持续发展战略选择,只能是在正确体现“适度原则”的宏观调控这一前提之下,制定一个能够真正反映农业可持续发展实践要求和客观规律,以促进推动农业可持续发展战略目标实现的新型战略。这一战略既要着眼于未来21世纪中国农村经济长期稳定协调发展,又能促进中国农业与世界经济的接轨调整,更能充分体现《中国21世纪议程》所提出的农业可持续发展战略目标的政策取向。
因此,从这个意义上讲,对于中国农业可持续发展战略选择这样一个极为复杂的重要命题,绝不可能单纯从一两个学科视角或运用某一原理及理论透视剖析便能够解决,只有综合考察其影响作用的各方面因素,全方位、多视角、多学科地加以分析研究,才有可能形成一个具有划时代意义的新型战略。这是时代的要求,更是未来的呼唤。
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