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观察丨蜜蜂消失,景观设计师可以做些什么?

景观设计学 2019-04-16 来源:景观设计学
原创
健康土壤提供诸多生态系统服务,其保护和可持续管理对于食品安全和我们的未来而言都至关重要。

从土壤到餐桌:由土地中来的食品安全From Soil to Supper:Food Security from the Grounds

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张志维丨Chih-Wei G.V. Chang:GravityPraxis工作室负责人/Director at GravityPraxis

蜜蜂的消失是近年来在美国和欧洲最令人恐慌的话题之一。蜂群崩溃症候群(CCD)是指当蜂群中的大多数工蜂消失,留下剩余那些不成熟的幼蜂和蜂王的现象。引发CCD的确凿原因仍然不明,可能是由多种原因造成的。美国农业部称,农药可能是引发CCD的主要原因,而其中的主要导因则是“新烟碱类”(Neonicotinoids)物质。新烟碱类,或称“类尼古丁农药”,是会影响神经系统的物质,其可被植物吸收并分布于整株植物的组织细胞内。新烟碱类起效强而快,对人类的毒性也比先前使用的部分农药要低。正是由于上述原因,新烟碱类成为了所有杀虫剂中施用范围最为广泛的品种。一篇发表于2013年的同行评议文献总结道,新烟碱类的一般施用量会对蜜蜂造成伤害,更安全的替代产品亟待出现。因为新烟碱类一旦施用,将会在土壤和植物中存留数年。

这些物质在土壤系统中存留的时间,以及我们对其知之甚少的惊人的事实为我们敲响了警钟——对于这一领域的研究亟待展开。来自世界各地的数据显示,昆虫传粉作物的产量正在逐年下降并愈发难以预测,特别是在那些农耕高度密集的地区。作物所生长的广袤大地上并没有足够多的传粉昆虫。如果杀虫剂施用得过于频繁,那么这些重要的传粉者将再无生存之地。

由于世界上许多农作物都依靠蜜蜂传粉,因而CCD也造成了惨重的经济损失。据联合国食品和农业组织(FAO)农业和消费者保护部估计,2005年全球蜜蜂传粉农作物的产量价值近2000亿美元。美国的蜜蜂短缺使得农民在蜜蜂传粉租赁服务方面的花费增加了20%。

中国西南地区出产苹果和梨的果园就是一个最显著的例子,那里的野生蜜蜂因为农药的过度施用和自然栖息地的缺乏,已消踪匿迹。近年来,农民被迫对果树进行手工授粉:他们携带着花粉罐和刷子为每一朵花一一传粉。显然,只有针对那些高价值的作物才有可能这么做,但世界上所有的农作物不可能都采取手工授粉的做法。

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△ 由于农民对作物施用农药,诸如蜜蜂等自然传粉者已在汉源的果园中消踪匿迹。当地村民不得不取代传粉昆虫对果树进行人工授粉。这一作法不仅在该地区广为运用,在四川省全境也非常普遍。© Éric Tourneret, https://www.thehoneybeesphotographer.com/gallery-list

健康土壤的迫切需求

在过去的50年中,农业技术的进步带来了食品生产的飞跃,也推动了世界食品安全。然而,在许多国家,这种密集的作物生产已导致土壤枯竭,危及到这些区域在未来维持生产的能力。据预测,2050年时全球人口将超过90亿;伴随着对土地和水资源的竞争以及气候变化影响的加剧,当前和未来的食品安全取决于我们通过现已越趋贫瘠的土壤,提高食品产量和质量的能力。中国拥有悠久的农耕历史,凭借肥沃的土壤和传统的土壤管理方式养育了成百上千万的人口。但现如今,随着人口的不断增长和农耕用地的日益退化,中国也面临着粮食问题的重大挑战。

2015年是国际土壤年。“健康土壤,健康生活”这一土壤年主题和对可持续性土壤的推动是确保创建丰产的食品生产系统、改善农村生计,以及营建健康的环境的核心。城市扩张、森林砍伐、不可持续的土地利用和管理方式、污染,以及过度放牧等原因,使得世界各地的土壤都岌岌可危。面对着全球土壤退化势态的蔓延,对健康土壤意识的倡导从未如此重要和迫切。

什么是健康的土壤?土壤的健康情况,以土壤承载生命力系统的能力作为评判标准。健康的土壤具有丰富多样的土壤有机质,这有助于抵御植物病害、虫害,形成与植物根系的有益共生关系,也有助于维持植物必需营养物质的循环、改善土壤结构、提升土壤的水分和养分保有力,并最终提高作物产量。土壤健康情况的评判标准是非常微观的,但其具有更宏观的应用意义,特别是对土地管理而言。

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△ 由于侵蚀,克莱特斯·瑞德(Cletus Reed)一家的田里流失了约30厘米的表层土壤,他们的农耕方式也随之而改变。© Jim Richardson

平衡农田土壤生态系统的整合方法

农药和其他化学制剂——无论是单独或组合施用——会对非目标生命体产生直接和/或间接影响,已被确认为是危害传粉昆虫健康的因素之一。世界上的农耕业已对农药产生依赖,而且很难一朝改变。美国发起了一些紧急的活动,例如“白宫授粉行动计划”、“百万花园授粉挑战”、“SHARE”(为各地伸出援手和贡献资源的非营利慈善农业机构)组织的系列实践活动,以及“公路蜜蜂计划(提升公路经济和环境的传粉昆虫保护计划)”。这些活动都旨在寻求对当前实践更加透彻的了解,并在提出新的方法以平衡作物生产要求的同时,保持农业环境和周边景观中的传粉昆虫的健康。

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△ “百万花园授粉挑战”网站主页上关于我们能做什么的建议。© millionpollinatorgardens.org

但比新的要求和规定更加重要的,是对农田中相互之间密不可分的生态系统的理解。如果我们对生态系统不尊重,那么它也不会为我们提供相应的服务。以病虫害防治为例,通过对所有可用技术的悉心考量和其后对适宜措施的综合施用,既可以抑制害虫的数量,又可以将农药和其他干预控制在合理的水平。这种平衡过的合理水平不仅不会损害经济利益,也可以最大限度地降低对人类健康和环境的危害。

这一理念强调在健康作物的生产过程中尽可能不干扰农田生态系统,并鼓励自然的虫害防治机制。这是一种基于实地调研——而非工具或产品——的决策制定系统。这些措施总是优先考虑预防,在万不得已的情况下再采用破坏性的化学防控手段。举例来说,欧洲和北美地区的研究发现,在农田间种植野花带、保留自然植被地块(如林地),可大大提高传粉昆虫的数量。这些措施也可以增加自然天敌的数量,以减少对杀虫剂的需求量。

修复:希望与挑战

除了需要对农药、化肥和其他化学制剂进行持续的研究、监测与管理外,对于那些不可逆转的污染土壤我们又该如何处理?显然,重金属是食品安全中最受关注的问题之一,其与有机物污染不同,不会被降解或消除。农业土壤可能受到来自密集工业用地、周边采矿作业区,甚或长期施用的肥料中金属含量不明的重金属污染。这种污染类型令人担忧,因为被污染的植物体内聚集了过量的金属元素,而这些金属元素会在食物链中转移到其他生物体内。此外,牲畜食用了这些被污染的农作物后,会在体内形成金属元素的生物积累,进而导致人类在食用这些肉类后摄入更多的金属元素。镉污染的大米就是一个人人皆知的例子。

人类和动物在摄入了被镉污染的食物后,镉元素会在脂肪组织中随时间而不断进行生物积累,从而使重复摄入成为了一个严重的忧虑。镉这个在过去50年中被认定为主要环境污染物的元素,已被列为毒性最高的前20种物质。镉对涉及可食用作物的食物链的污染风险是其中最常见的问题。作物在生长成熟的过程中,也在不断地吸收镉元素。当土壤中的镉含量过高时,作物组织中的镉含量将会超标。长期摄入高镉含量的粮食作物可导致牲畜和人类镉中毒。

在欧盟和亚洲普遍存在的粮食作物污染风险问题,致使许多领域已转向对于通过利用植被吸收的方式来消除土壤中的镉元素的研究。其中一个潜在的、可长期应用的镉吸收方式是以镉吸收能力强的速生物种替代粮食作物。这种持续的、周期性的镉提取作法将非常缓慢地对土地进行修复——可能是几十年,也可能是几百年。这种技术即便运用在镉含量较低的土壤修复中也需要花费很长的时间。

哈瑟尔特大学环境科学中心对隆梅尔农田中面积为700km2的污染土壤进行了一项长期研究(即“绿地项目”)。该地块曾为锌冶炼作业区,受到镉、锌、铅等重金属的污染。金属元素沉积量在20世纪70年代显著下降——这与工业的衰败有关——但土壤污染的问题仍然存在。此外,当地的土地利用类型主要为农田。由于土壤中的镉含量超过了人体摄入量的法定标准,比利时联邦政府食品安全局(FAVV)对部分生产蔬菜的农田进行了查封。在隆梅尔农田开展的研究专注于对这些被污染的农田进行重新利用,种植生质能源作物,而非食品作物。项目主要对柳树和杨树这两种能源作物进行了评估。研究采用了短期轮伐矮林系统来种植柳树和杨树,并每隔几年对它们进行收割来收获生物能源作物。研究人员经计算得出,如果通过柳树吸收的方式使土壤中的镉含量从5mg/kg降至2mg/kg这一安全水平,将需要至少55年。然而,如果每年秋季对所有柳叶进行收集——而非让其自然分解于土壤——时间则可缩短至36年。

但无论是55年还是36年,所需修复周期都很漫长。这不仅需要大量的治理投入,在全球食品短缺的情况下,农业的经济损失也难以承担。需求日益升高的一个新的治理领域是找到替代性的、不会吸收土壤中的金属元素的经济农作物——“封隔物种”。当农田土壤中的金属含量高于上限,我们在选择种植这些物种时,也要考虑到产量的需求。然而,我们需要更多的研究来探索如何找到有害/无害水平的平衡点。同时需要清楚的是,既然这些“封隔物种”不吸收金属元素,重金属污染物质将在土壤中存留更长的时间。

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△ 利用植物吸收的方式来消除重金属污染:通过对一些速生树种(例如杨树)进行不断砍伐,慢慢地治理土地污染。© Chih-Wei G.V. Chang

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△ 杨树是建立整合系统的理想树种——这一系统在支持畜牧业、经济作物、永续农业的同时,也可以实现土壤侵蚀控制及土壤治理。© Chih-Wei G.V. Chang

杨树:中国的治理成果和资源

虽然土壤修复是一项有赖于持续的研究及反馈的新技术,但中国仍开展了一些活动,也拥有相关的资源。泗阳县位于中国苏北平原之上,拥有100万人口。泗阳县通过种植杨树林恢复贫瘠的洪泛平原,稳固黄河、淮河和长江的河岸,并直接或间接地惠及此前曾饱受洪灾和土壤流失的数百万居民,成为了一个展示土壤修复整合能力的范例。

在FAO国际杨树委员会(IPC)提供世界引种资源、科学知识与技术的支持与促进下,泗阳成为一个成功的长期范例。泗阳在杨树栽培方面的历史可以追溯到20世纪70年代,当时泗阳县首次从意大利引进了32个杨树品系。杨树种植区占用了全县超过10万公顷的土地,杨树也成为了当地的主要树种,树木覆盖率从最初的7%增加到2010年的47%[10]。I-214意杨是泗阳最先种植的品种,其是展示如何通过这种多用途树种在改善农村生计的同时,亦提供重要的环境和社会服务的优秀案例。在实行当地政府关于土地转换计划方面的准则后,泗阳的食品生产和农民收入均有所增加,尽管耕地面积有所减少。

中国温带地区杨树的种植面积约800万公顷,在不同的机制形式下被用以恢复退化的景观和防治荒漠化。杨树因其生物量增长速度快、与农作物相容程度高、树叶分解速度快(这有助于保持土壤肥力)、易于生长和繁殖能力强等优点,成为了建立整合系统的理想树种——与可以支持畜牧业、经济作物、水产养殖、葡萄栽培和园艺的景观用地结合,建立学科间/学科内合作。

采用整合的恢复方法,泗阳县以杨树为主的小型农户经营的农林业已经把洪泛平原变为了由种种绿色活动斑块构成的“马赛克”景观,同时也为农业和林业种植者带来了经济收益。在IPC成员于过去30年间的技术支持和后续投入下,中国已经成为世界领先的杨树种库和生物技术国家,这提高了其对生物媒介的抵抗能力、提升了木材质量、提高了其生产效率,并使中国在土壤修复方面取得了探索性的优势。

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△ 在中国的黄土高原地区,枣树呈阶梯状排列成行。图中这样的土地恢复项目通过农林混合来提高土壤肥力。© Jim Richardson

一个有赖于土地的未来

从蜜蜂到农药、镉,再到杨树,土壤在联系起那些相互依存的因素中扮演着不可或缺的作用。其提供着诸多的生态系统服务,但却饱受侵扰。土壤是一种不可再生的资源,它的保护和可持续管理对于食品安全和我们的未来都至关重要。

“随着对我们这个时代的重大问题研究的不断深入,我们便会愈发意识到,这些问题不能被孤立地理解。这些问题是系统性的,这意味着问题间相互联系、不可分割。”

——弗利乔夫·卡普拉

旨在提升土壤有机碳的改进的农业和土壤管理实践(例如农业生态、有机农业、保护性农业和农林业)带来了多重效益。这些最佳实践可使土地维持其富含有机质的肥沃土壤,可供土壤表层的植被良好生长,它们所需的化学制剂施用量更少,也能够促进作物轮作和提升生物多样性。这些健康的土壤也不易被侵蚀和沙漠化,并将持续提供包括促进水文和养分循环在内的重要的生态系统服务,这对保持和增加食品生产来说非常关键。如果我们能够像重视我们餐桌上的晚餐一样重视土壤健康,那么土壤必定会受到更多的关注,相关的研究也一定能越来越多。


注:原文中英文全文刊发于《景观设计学》2015年第6期“健康土壤”专刊。


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lchcxs:  希望多传播这样的好文章,真正的生态立场,热爱地球的人们。如果有机会能从少年儿童的科普工作做起,就更好了。
2019-05-17 10:37:26

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