农业生态学在我国的发展始于20世纪70年代末到80年代初。农业生态学在我国的兴起与国际的生态学发展有关,特别是与生态系统生态学的发展有密切关系。这已经是国内外农业生态学者的共识。然而,在我国,农业生态学学科体系的成熟与发展还与当时系统论、信息论和控制论(简称“三论”)在我国科学界的深入影响与普遍认可有重要关系。这点往往容易被忽视,值得重新强调。系统论、信息论和控制论如今在科学技术领域的影响力有增无减。在“ProQuest”近5年的英文文献中用关键词“cybernetic”可查出1314个文献,“informationtheory”获得385117条文献,“system’stheory”查询出文献13434个。在“中国知网”近5年文献,用关键词“控制论”有7558条结果,“信息论”有8523条结果,“系统论”有6322条结果。当前系统论、信息论和控制论已经被广泛应用于自动控制、军事工业、人工智能、生命科学、认知科学、社会科学、商业营运等。系统论、信息论和控制论在农业的应用也相当广泛,涉及系统评价、信息传播、植物保护、农业机械、温室生产、污水处理、区域规划、绿色农业等。系统论、信息论和控制论无疑也将会在促进我国农业生态学发展,促进我国农业生态转型中起到重要的作用。
为此我国农业生态学体系有异于国际农业生态学体系的特点可以概括为:
从生态系统生态学切入,农业生态学需要重视生态系统的能流和物流。从控制论体系切入,农业生态学就需要十分重视系统的信息流和资金流。在农业生态学中,了解农业生态系统的自然信息流和人工信息流的信源、信道、信宿,了解各类信息的性质、特点和作用方式对于掌握农业生态系统的运行规律,实施高效精准调控,促进可持续运行至关重要。近年来十分活跃的化学生态学研究和诱导抗性研究等基础研究就与揭示自然生态系统的信息流有关。
一个控制论系统的平衡稳定,需要靠信息的产生、传递、接收和负反馈调节。自然界非中心式调控机制中的信息流是非常诱人的研究方向。面对资源竞争剧烈条件下植物与植物、植物与微生物、植物与昆虫之间的化学作用机制,在干旱、低温、病虫草害等逆境胁迫下植物诱导抗性产生的分子生物学机制,不同作物间作情况下根部相互作用机制等,实质上都涉及自然调控机制中生物化学信号的产生、传输、接收和负反馈调节作用。
在农业生态系统的中心式调控机制涉及直接人工调控机制和间接人工调控机制。在直接调控方面,近年来活跃的因土配方施肥,需要提取土壤和植物的养分信息并加以利用;有害生物的生态综合防控,需要获取生物手段与物理手段影响有害生物种群数量发展的信息,并加以利用;温室栽培需要获取温室环境与作物信息,通过实时分析利用以便进行温度和肥水的自动控制。这类研究与实践其实都是对人工直接调控机制的改善和强化。通过资金流的信息分析,研究市场经济条件下,“经济”人的行为模式,通过经济政策的制定,释放积极信号,影响人们对农业生态转型的主流行为,就属于改善人工间接调控机制的研究范畴。
在农业信息收集方面,实时信息收集手段发展迅速,农业资源遥感数据的收集与分析,农作物长势信息收集与传感,土壤水分与养分的信息传感,饲养动物行为特征的信息采集与传感,田间作物病虫害图像采集与识别,环境质量的信息采集与上传等的方法和设备已经逐步成熟。未来生态农业发展的信息收集需要进一步把这些分散的信息收集方式系统化,完善具体农场的基础数据与实时数据采集标准。
在农业生态系统数据库建立方面,农业气象信息、土壤普查信息、农业生产资料信息、农产品价格信息、病虫害测报信息、动植物品种特征信息等类型的数据库,国家和地方政策法规的数据库等都已经建立。生态农业模式与生态农业技术体系方面也累积了大量的经验与研究参数,文献累积增长迅速。未来发展生态农业需要进一步把这些分散的信息系统综合起来,构建面向用户的生态农业数据库。
在农业生态系统的信息分析方面,已经有不少数理统计分析软件、图像识别软件、系统综合评价软件、作物生长和动物生长模拟软件等。未来生态农业发展要根据资源匹配、环境友好、生态保护、食品安全的整体需要选用和改造这些软件,并发展一些专用分析软件。
在信息利用设备方面,作物水肥一体化控制设备、禽畜饲料和饮用水自动控制设备、无人操作拖拉机、温室和养殖房舍环境自动控制设备等都已经趋于成熟。一些实施循环的环节,例如污水处理自动控制体系、堆肥自动控制体系等进一步完善之后,就有可能把植物生产、动物生产、循环过程按照农业生态学原理配套成精准控制、高效运转的绿色生产体系。
目前还没有综合性的生态农业应用软件。要设计出能够综合多类型信息,而且能够面对千家万户的这类软件有一定的难度,但是,如果能够下决心开展联合协作研究,相信在已有的信息收集、存储和分析利用的基础上,可以在不久的将来被研发出来。这类软件的研制成功之后,将可以自动识别农场所在区域的土壤、气候特征,农户可以通过输入对农业生产对象的偏好就能够获得多样化的生态农业模式的推荐,就像购物软件对消费者推荐不同的“商品”那样。软件还会用多种图像与文字手段向农户具体展现这些生态农业模式和技术手段,包括3D图像,就像目前各种购房软件能够向潜在买家充分展示出“房间”的魅力那样。生态农业软件也将能够像使用游戏软件获得各种“游戏”进阶操作选项那样,获得生态农业不同阶段的实时种养技术选项;能够像使用导航软件一步一步被“导航”到“目的地”那样,一步一步完成生态农业体系的各阶段建设。