梁文举 郭秀银 杨玉兰 卢明远 闻大中

（中国科学院沈阳应用生态研究所　沈阳　110015）

提　要　以基于食用菌生产的北方庭院生态系统为研究对象，通过对沈阳南郊一典型农户庭院生态系统的能量分析与养分平衡研究表明，该庭院生态系统的产品总输出能为 41 872.14MJ/a，其中平菇产品的生物能占 65.45；输入输出系统的 N、P₂O₅ 及 K₂O 基本上保持着养分平衡；该庭院生态系统是一个生产力高、综合效益可观的系统，对指导该地区农村庭院生态系统建设具有重要的现实意义。

关键词　庭院生态系统 能量分析 养分循环 食用菌生产 北方

分　类　中图法 S181

　　农村庭院生态系统是农业生态系统的重要组成部分，其生产潜力是巨大的，这一点已被人们所接受。沈阳远郊平原地区城镇密集，人口稠密，人均占有耕地资源较少。北方农村高效庭院生态系统的建设，促进了生态系统的能量流动和物质循环，提高了农村有机废弃物（如秸秆、人畜粪便等）的生物能利用效率，为农业生产提供了优质的肥料，改善了农村生态环境，改变了农村生活能源的结构，在资源的保护与利用方面具有更大的实际意义。

　　我们从 90 年代初开始连续 5 年在沈阳市苏家屯区十里河村进行该项研究工作，建立和推广的庭院优化模式取得了很大的经济效益、社会效益和生态效益。对该庭院优化模式生态系统中能量和养分平衡进行了分析，并作出客观的科学评价，从而为该地区农村庭院生态系统的建设和农业持续发展提供科学依据。

1 研究地区概况

　　十里河村地处沈阳市苏家屯区南部，距沈阳市区 35km，交通十分方便，属平原地区，平均海拔 30m 左右。大田作物以水稻、玉米、大豆为主，所在地区是我国重要商品粮基地之一。

　　该地区属于暖温带半湿润季风气候区，气候的主要特点为：雨热同季、日照充足、无霜期较长、春季风多而大。年平均气温 7.7℃，无霜期 150.5 d；大于 10℃的积温为 3300～3400℃，生理射量 41.95KJ/cm²。雨量较丰富，年降水量 755.4mm，其中 5～9 月平均降水量为 530mm，而且多集中在 6～8 月。主要土壤类型为潮棕壤、草甸土等，土壤有机质平均含量为 1.79%。

　　该村共有农户 698 户，人口为 2460 人，其中劳力 960 人，而从事农业生产的劳力为 450 人，占劳力总数的 47%。庭院平均面积为 348m²。总耕地面积 240hm²，人均占有耕地 0.1hm²。平均每年粮食总产量 676.5 t，平均单产为 7245kg/hm²，平均每年向国家交商品粮 300 t。

　　1994 年该村农业总收入 187.8 万元，其中种植业收入 141.1 万元，农民人均收入 1820 元，高于全国农村人均收入 1200 元。梁文举等：北方庭院生态系统能量分析及养分平衡研究

2 庭院优化模式的结构

　　1990 年春，选十里河村民张熙家作为示范户。3 口之家，农业劳力 2 人；庭院总面积 605m²，房屋面积 91m²，庭院内园田面积 220m²。

　　该庭院优化模式生态系统划分为如下几个基本组成成分 ( 或亚系统 )：塑料大棚、沼气池、猪舍厕所、园田和居民。图 1 为该庭院设计的平面示意图^①。

图 1 庭院优化模式平面示意图
Fig. 1 A plane sketch map of the courtyard optimization pattern

2.1 塑料大棚亚系统

　　在庭院房屋前建一座 136.5m² 的塑料大棚，棚内一年生产两茬平菇，即夏季（8 月至来年 11 月）和冬季（11 月至来年 6 月）。

　　夏季因棚内温度较高，装袋后的培养料不能堆放过高，所以投料较少，平均每年投料为 1266.7kg，产菇 1135.8kg；而冬季可适当增加投料，平均每年投料 5416.7kg，产平菇 4581.7kg。这样，该塑料大棚一年四季均可进行食用菌生产，平均每年总投料 6683.4kg，可产平菇 5717.5kg，料菇比为 1∶0.86。

　　大棚栽培食用菌始于 1992 年 6 月，前两年因尚在试验摸索阶段，投料较少（平均每年投料 5400kg），没有最大限度地利用大棚空间，所以平菇的总体产量不是很高（平均每年产菇 4576.3kg）。随着生产经验的积累和技术水平的提高，在 1994 年 6 月至 1995 年 5 月这一年度中加大了培养料投入，总投料 9250kg，产平菇为 8000kg，效益几乎成倍增长。

　　平菇培养料中 75% 为玉米芯，15% 为稻草，10% 为稻糖，都是当地农业生产的副产品，经加工再利用，创更高的效益。

2.2 沼气池亚系统

　　在大棚西端地下建一个 7.5m³ 的沼气池，池上为猪舍和厕所，人畜粪便自动进入沼气池，经发酵产生沼气供居民照明，沼渣作生活燃料之用。平均每年产沼气近 150m³，每年进入沼气池的人粪尿为 320kg（干重），猪粪便 1830kg（干重）；每年可产沼气渣肥 1400kg，用于庭院内园田生产的为 150kg，而用于庭院外大田生产的为 1250kg。

2.3 猪舍厕所亚系统

　　在沼气池上为 19.5m² 的猪舍和厕所，猪舍内每年饲养两批生猪，平均每年饲养 10.3 头猪，耗料 3255kg，产猪肉 825kg，并每年向沼气池提供 2150kg（干重）的人畜粪便。

2.4 庭院园田亚系统

　　庭院园田面积为 220m²，每年可产应季蔬菜 375kg，全部用于居民食用；并在园田中栽植葡萄 40 余株，年产葡萄 250kg。

2.5 居　民

　　庭院内的三口居民每年消耗大米 500kg 及豆油 25kg，另外还有园田中自产的蔬菜，大棚中生产的平菇（80kg）和自产的猪肉（40kg）等。

　　庭院内的居民（除一小孩外）为该庭院生产的主要劳动力，平均每年支付劳动工作时间为 1846h，外雇工 500h。

3 庭院优化模式生态系统能量分析与养分平衡研究

3.1 能量分析

　　根据能流流向，将该生态系统的能流分为如下三类：由系统外进入该系统的能流；系统内各组分间流动的各种生物质能流；从该系统流到系统外的能流。

图 2 庭院优模式生态系统能流图
Fig.2 The energy flow chart of the ecosystem of the courtyare optimzation pattern

表 1 庭院优化模式生态系统能流 ^②
Table The energy flow of the ecosystem of the courtyare optimization pattern

　　表 1 为该系统的各种能流量。从能流图及估算能流量的结果可见：

　　(1) 该庭院生态系统收获蔬菜 375.0kg/a (330.0 MJ/a ) 和葡萄 250.0 kg/a (230.0 MJ/a)，而输入的太阳能为 448600.0 MJ/a，所以该庭院生态系统的太阳能转化率为 0.13%，与该地区一般农户庭院的光能利用率 0.12% 相似。

　　(2) 该庭院生态系统的总能量输入为 148102.18 MJ/a，其中工业辅助能占 12.8%；系统外输入的生物能为 127424.46MJ/a，占 86.0%；而劳力投入占 1.2%。系统外输入的生物能中，饲料的能量占 28.6%，平菇培养料的能量占 63.1%。可见该系统较充分地利用了当地农业生产的产品和副产物（粮食、稻糠、玉米芯、稻草等）。

　　(3) 该系统所生产产品（蔬菜、水果、平菇、肉类 ) 的总能量输出为 41872.14MJ/a，而输出该系统外的产品总能量为 40520.43MJ/a，占产品总输出能的 96.8%，可见该庭院生态系统有较高的生产水平。

　　(4) 该系统的产品总输出能为 41872.14MJ/a，而平菇的生物能为 27394.39MJ/a，肉类的生物能为 13917.75MJ/a, 分别占产品总输出能的 65.4% 和 33.2%。可见庭院大棚食用菌生产亚系统为该庭院生态系统的主体。

　　(5) 该系统畜产品总能量输出为 13917.75MJ/a，而饲料总能量输入为 36411.41MJ/a，二者比值为 0.38；食用菌能量输出为 27394.39MJ/a，而培养料总能量输入为 80380.58MJ/a，二者比值为 0.34。

3.2 养分平衡

3.2.1 塑料大棚亚系统的养分平衡

　　大棚中平均每年投入平菇培养料 6683.4kg，产菇 5717.5kg，除居民食用 50kg 外，全部由市场外销；而平菇废弃料 4484.23kg, 其中 385kg 代替饲料中稻糠喂猪，4099.23kg 经积肥后返回农田 ( 表 2)。

表 2 塑料大棚亚系统的养分平蘅 (Kg)
Table2 The nutrien of the plastic shed susystem

　　从表 2 结果可知，大棚亚系统中输入的 N、P₂O₅ 及 K₂O 的量分别为 37.26kg、65.12kg 和 46.42kg；而输出的量分别为 37.51kg、64.46kg 和 46.12kg，基本上维持着收支平衡。而 N 的量还有增加（0.25kg），这可能是生产过程经常供水所致。

3.2.2 沼气池亚系统的养分平衡

表 3 沼气池亚系统中的养分平衡 (Kg)
Table3 The nutrient balance of the methane-gas pond subsystem

　　从表 3 中可知，输入和输出沼气池亚系统中的 N、P₂O₅ 及 K₂O 基本上保持着养分平衡。通过建在沼气池上的猪舍和厕所不断向其中投入人、畜的粪便维持着亚系统的收支平衡，并产生沼气供居民使用，同时也可产出大量的优质沼气渣肥供庭院园田及农田施用。

3.2.3 猪舍亚系统的养分平衡

表 4 猪舍亚系统的养分平衡 (kg)
Table 4 The nutrient balance of the pig pen subsystem

　　表 4 为猪舍亚系统中物流分析表，从中可推算饲料中的 N、P₂O₅ 及 K₂O 的转化率分别为 39.5%、44.3% 和 5.6%，比一般农户正常养猪饲料转化率高。这是因为猪舍建于沼气池上并与大棚相通，尤其是冬季沼气池放热和大棚保温的作用使猪舍内的地温及气温相应地提高，从而对生猪饲养有利所致。

3.2.4 庭院园田亚系统的养分平衡

表 5 庭院园田亚系统的养分平衡 (Kg)
Table The nutrient balance of the courtyarb garben subsystem

　　从表 5 中可知，该亚系统中的 N、P₂O₅ 及 K₂O 的主要来源是沼气渣肥和沼气液肥，并在每年生产蔬菜 375kg 及葡萄 250kg 后，仍有 1.33kg 的 N、1.88kg 的 P₂O₅ 和 0.74kg 的 K₂O 积累在该系统中，起到了培肥园田的作用。

4 结论与评价

　　由上述分析结果可见，该优化模式庭院生态系统是一个运作状态良好，生产力相当高，综合效益可观的生态系统。几个亚系统紧密结合，相互联系，并充分利用当地农业生态系统的产品资源，极具有推广和发展价值。

　　(1) 合理地开发、利用和保护当地农业生态系统的产品资源　利用当地丰富的农产品资源，粮食作为饲料发展畜牧业，而玉米芯、秸秆等不再作为薪材燃料，而是利用它发展食用菌生产，创造更大的效益；同时用人、畜粪便进入沼气池产生沼气解决生活燃料，也改善了农村庭院环境条件。

　　(2) 系统结构合理、各亚系统紧密结合　这充分发挥了系统内生物能的作用。人、畜粪便和食用菌培养料残渣再利用即说明这一点。

　　(3) 充分有效地利用农村劳力资源　该优化模式庭院生态系统的建立充分地利用了农村剩余的劳力，同时，农业生态系统产品资源的利用和大量优质有机肥的输出在某种意义上说也推动了农业生态系统的发展。

参考文献

1	闻大中．农业生态系统能流的研究方法．农村生态环境，1985(4)：47-52
2	闻大中．三百年前杭嘉湖地区农业生态系统的研究．生态学杂志，1989,8(3)：18-23
3	牛若峰，刘天福主编．农业技术经济手册（修订本）．北京：农业出版社，1984
4	全国生态农业县建设领导小组办公室主编．中国生态农业．北京：中国农业科技出版社，1996

第一作者简介

梁文举，男，1964 年 2 月生，博士，副研究员。现任中国科学院沈阳应用生态研究所科学技术处副处长、技术咨询服务部主任、学术委员会委员，兼任中国生态学会农业生态专业委员会委员、中国土壤学会土壤肥力与生态专业委员会委员。主要从事农业生态学、农业专家系统应用研究及科研管理工作。1995 年 2～8 月赴美国宾夕法尼亚州立大学从事合作研究。曾获省部级科技进步奖 3 项，发表论文 20 余篇，参编专著 1 部、合著专著 1 部。

①	郭秀银，梁文举．北方农村高效庭院生态系统优化模式研究报告．中国科学院沈阳应用生态研究所成果鉴定材料．1997
②	1992 年 6 月至 1995 年 5 月 3 年平均值
*	中国科学院“八五”重大资助项目 (KJ85－06－01－02)。