农业生物多样性是人类以自然生物多样性为基础, 以生存和发展为目的, 在生产生活中发展和积累起来的, 是社会生产力的内容之一, 也是人类对自然生物多样性影响的结果, 是人类文明的重要成果^[1]。人类通过对自然生物的选择, 在获取自身发展需要的食品、衣着、医药以及良好的生存环境过程中形成、积累和发展了农业品种和物种多样性, 又通过对这些生物生长环境的认知, 有目的地种植、驯养和管理, 形成了农业生态系统多样性, 并在此基础上形成了农地景观多样性^[2-5]。几千年来, 我国传统农业为世界做出了巨大贡献, 留下了许多宝贵农业遗产, 其中形成极为丰富的种质资源是我国乃至世界最为重要的农业遗产。

在过去的半个多世纪, 以工业化为特征的现代农业对全球粮食的增长做出了重要贡献, 但也带来了资源破坏、环境污染和成本增加等问题^[6-8], 致使全球农业面临食物安全、资源短缺、环境破坏和全球气候变化等多重挑战^[9-11]。迫使人们对现代农业生产方式开始反思, 寻求对全球重要的、受到威胁的农业生物多样性和文化多样性进行保护, 基于此, 2002年联合国粮食及农业组织提出了“全球重要农业文化遗产(GIAHS)”的概念和动态保护理念, 2012年国家农业部启动了中国重要农业文化遗产(China-NIAHS)挖掘与保护工作^[12]。不论从农业文化遗产保护项目产生的背景, 还是从全球及中国重要农业文化遗产的评选标准来看, 农业生物多样性都是农业文化遗产的核心要素^[13-17]。围绕农业文化遗产的保护, 学界广泛开展了农业文化遗产地农业生物多样性在维持生计方面的作用、特征及其保护与利用等方面的研究^[18-23], 但多以南方稻作梯田系统为例, 基于北方旱作梯田系统的研究尚鲜见报道。

河北省涉县地处太行山地区中段, 位于晋冀豫三省交界, 是典型的太行山深山区县。境内以王金庄为核心的涉县旱作梯田系统2014年被认定为中国重要农业文化遗产^[24]。当地人在适应自然、改造环境的700余年间, 创造出了独特的山地雨养农业系统和规模宏大的石堰梯田景观, 按照世代沿袭的留种习俗及耕作技术保存了大量玉米(Zea mays L.)、谷子[Setaria italica (L.) Beauv.]、蔬菜、花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim.)、豆类等重要农业物种资源^[25], 如传统的谷子品种‘来吾县’ ‘露米青’ ‘落花黄’, 玉米品种‘金皇后’ ‘白马牙’, 豆类品种‘小黑脸青豆’ ‘白小豆’ ‘狸麻小豆’等, 研究其农业物种及遗产多样性的保护与利用, 对于涉县旱作梯田系统的保护与利用具有重要意义。

本文以涉县旱作梯田系统核心区王金庄为研究区域, 通过田间调查与沟域踏查、农户抽样与入户访谈、传统作物品种入户收集与田间种植鉴定, 基本查清其农业物种及农业遗传资源的家底, 总结了旱作梯田农业生物多样性特征和保护利用方法、存在问题, 同时对以社区种子库保存与农民自留种相结合的传统作物及其传统农家品种就地活态保护模式进行了研究, 以期为进一步研究这一重要农业文化遗产的保护与利用提供参考, 为农业文化遗产地农业生物多样性农家就地保护提供可资借鉴的经验。

1 研究区域概况与研究方法 1.1 研究区域概况

涉县旱作梯田系统位于河北省涉县东南端的井店镇、更乐镇和关防乡, 涉及46个行政村, “山高坡陡、石厚土薄”是这里的典型特征。遗产地土地总面积204.35 km²。研究区域选择位于涉县旱作梯田核心区的井店镇王金庄村, 该村是涉县的一个自然村, 分设5个行政村, 2018年全村人口4 540人, 户数1 425户。全村旱作梯田面积230 hm², 约46 000余块土地, 分布在12 km² 24条大沟120余条小沟里。尽管这里资源严重匮乏, 但是人们传承和保存了丰富的农业生物多样性, 不仅有丰富的粮食、蔬菜作物的传统农家品种, 还拥有木本粮食、药用植物等农家品种, 是旱作梯田系统农业生物多样保护的典型代表。

1.2 研究方法 1.2.1 村级农户调查

按照户级水平农业生物多样性评价方法^[26]调查并收集当地农户种植的传统作物及其传统品种。以王金庄5个行政村所有农户为基础进行随机抽样, 辅以农户推荐, 进行传统作物品种、梯田种植结构及社会经济调查, 共有效抽样农户118户, 占总户数的8.3%, 抽样农户2018年梯田种植面积19.90 hm²。农户调查采用半结构式访谈, 对农户在传统农家品种的选择、管理等方面进行访谈, 以问卷方式调查各农户种植的传统作物及其品种、面积、历史、产量等有关问题, 并对调查结果进行统计分析。农户调查及传统农家品种收集于2019年4月20—5月10日进行, 并与2019年9月10—20日进行传统农家品种的补充调查和收集。

1.2.2 沟域田间调查

田间调查王金庄村仍在种植的传统作物及其传统农家品种, 包括种植和利用的各类粮食、蔬菜、干鲜果品、可食用野生植物及药用植物。以王金庄村24条大沟作为梯田农业生物多样性调查单元, 选择既涵盖了5个行政村的所有农户, 又包括具有代表性的大崖岭、石崖沟、岩瓦沟3条大沟为调查点, 抽样调查梯田4 639块、46.30 hm², 占王金庄村梯田面积的19.6%。田间调查于2019年4月20日至9月20日, 在种植作物出苗后、生长期及收获前分3次进行。

1.2.3 田间种植鉴定

将从农户调查收集到的玉米、谷子、豆类等66个传统品种进行田间种植鉴定, 以区别同名异种或同种异名, 验证农户调查访谈中对传统农家品种的性状描述, 以确认当地传统作物和传统农家品种名称及数量^[27-28]。田间种植于2019年6月9日播种, 并分别于6月20日出苗期、7月17日苗期、8月27日抽穗开花期、10月10日收获期进行田间调查, 最后进行综合评价。

2 结果与分析 2.1 旱作梯田系统的农业物种多样性

据田间抽样调查和3条沟域踏查, 结合农户访谈, 共调查确认涉县旱作梯田系统农业物种26科57属77种包括171个传统农家品种(表 1)。其主要科为豆科(Leguminosae, 11种占14.29%)、百合科(Liliaceae, 8种占10.39%)、茄科(Solanaceae, 7种占9.09%)、蔷薇科(Rosacea, 7种占9.09%)、禾本科(Poaceae, 5种占6.49%)、十字花科(Cruciferae, 5种占6.49%)、葫芦科(Cucurbitaceae, 5种占6.49%)、伞形科(Umbellifera, 4种占5.19%)和唇形科(Labiatae, 4种占5.19%), 其他17科21种占27.27%。其中栽培植物64种占83.12%, 野生与半野生13种占16.88%。

调查表明, 涉县旱作梯田系统的农业物种(包括亚种和变种)中包含了多种类型的植物:1)生计安全所必需的粮食、蔬菜、油料作物, 其中粮食类(grain crops)15种{包括主要粮食作物小麦(Triticum aestivum L.)、谷子[粟, Setaria italica var. germanica (Mill.) Schred.]、玉米(玉蜀黍, Zea mays L.)和主要补充蛋白质的豆类作物(legumes)}, 占比19.48%, 蔬菜类31种[包含日常食用的各种豆类(legume vegetable)、叶菜类(leafy vegetables)、茄果类(solanaceous vegetables)、瓜类(melon vegetables)等], 占比40.26%, 油料作物{包括花生(Arachis hypogaea L.)、芝麻(Sesamum indicum L.)、紫苏[Perilla frutescens (L.) Britt.]等}5种, 占比6.49%。合计51种, 占比66.23%。2)营养安全所需的干鲜果14种[包括核桃(Juglans regia L.)、花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim.)、黑枣(Diospyros lotus Linn.)、柿子(Diospyros kaki Thunb.)等干果, 以及苹果(Malus pumila Mill.)、梨(Pyrus pyrifolia Nakai.)、桃(Amygdalus persica L.)等水果], 占比18.18%。3)对人类疾病预防与健康具有独特价值的药用植物以及纤维烟草等12种{包括柴胡(Bupleurum chinense DC.)、连翘[Forsythia suspensa (Thunb.) Vahl]、丹参(Salvia miltiorrhiza Bge.)等}, 占比15.58%。

涉县旱作梯田系统丰富的物种资源, 是千百年来当地人们维持生计的物质基础, 明嘉靖三十七年《涉县志》记载的主要谷物有粟谷、黍、小麦、绿豆、黑豆、小豆、扁豆, 主要蔬菜有韭、葱、芥、萝卜、莙荙、蔓菁、芹菜等, 主要干果有柿子、软枣(即黑枣)等。从调查结果看, 历经700多年, 这些物种至今仍是当地人们的基本生计物质基础。它们不仅为人们提供了生计安全保障, 更促进了生物多样性的保护和文化多样性的传承, 使得“十年九旱”的山区, 即使在严重灾害之年, 人口不减反增, 维系了梯田社会的可持续发展。而且在资源匮乏区, 丰富的物种多样性, 还在保持土壤肥力、调节区域小气候等方面发挥了重要作用。

2.2 旱作梯田系统的农业遗传多样性

根据调查, 涉县旱作梯田的传统农家品种遗传资源十分丰富, 在人类栽种和管理的77种农业物种中传承保护了171个传统农家品种, 其中粮食类15种62个、蔬菜类31种57个、干鲜果品14种33个、药用植物9种9个、油料5种7个、纤维烟草3种3个(图 1)。

拥有传统农家品种数量前10位的物种分别是粟19个、大豆[Glycine max (L.) Merr.]11个、菜豆(Phaseolus vulgaris L.)9个、柿子9个、赤豆[小豆, Vigna angularis (Willd.) Ohwi et Ohashi]7个、玉蜀黍7个、扁豆[Lablab purpureus (L.) Sweet]5个、南瓜[Cucurbita moschata (Duch. ex Lam.) Duch. ex Poiret] 5个、花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim.)5个、君迁子(Diospyros lotus L.)5个, 这10个物种拥有传统农家品种82个, 占所有传统农家品种的45.56%, 而这正是人们生计安全所必需的主要物质, 如主要粮食类的谷子、大豆、赤豆(小豆)、玉米, 蔬菜类的菜豆、扁豆(眉豆)、南瓜, 人们抗灾食品柿子、黑枣, 以及主要经济作物花椒等。

随着现代高产品种的大面积推广, 传统农家品种之所以能在涉县旱作梯田系统传承保护下来, 一是这些传统农家品种较现代高产品种更能适合当地的地理气候条件, 无论雨水丰沛还是干旱少雨, 都能有较稳定的收成; 二是传统农家品种至今仍是当地人维持生计的主要选择, 如农民种植现代高产玉米杂交种主要为市场销售或做饲料, 而选择种植传统玉米品种, 主要自家食用。据对抽样的118户调查, 2018年113户玉米种植面积8.407 hm², 其中种植5个传统玉米品种, 面积3.096 hm², 而98户种植现代玉米杂交种2个, 面积5.311 hm², 现代玉米杂交种的种植面积是传统玉米品种的1.7倍, 而种植农户则少12.7%;谷子种植农户106户, 种植传统谷子品种16个, 面积3.449 hm², 其中只有32户种植现代谷子育成品种4个, 传统农家品种种植户数是现代谷子育成品种种植户的3.3倍, 谷子传统农家品种种植面积是现代育成品种面积的5.76倍; 有107户种植传统蔬菜品种43个, 面积2.135 hm², 其中有76户种植现代蔬菜品种, 面积0.972 hm², 传统蔬菜品种种植农户、面积分别是现代品种的1.4倍、2.19倍(表 2)。

从调查看, 玉米、谷子、蔬菜三大类作物, 传统作物品种主要是食用, 而作为商品的主要是现代品种, 如玉米的传统农家品种主要是自身食用, 现代杂交种主要作为商品售卖给养殖企业用于饲料(近年来传统玉米品种有的通过石碾加工, 开始作为商品销售给到当地游客)。农民基于复杂多样的地理气候特点及自身生计需求, 传承保护了经过长期的自然演变和人工选择而形成的丰富多彩的作物种质资源和纷繁复杂的品种类型, 构成了涉县旱作梯田系统的遗传多样性。使之在满足人们对多样化食物需求的同时, 更能适应多变的气候和极端的环境变化^[29]。

2.3 农业生物多样性保护

旱作梯田独特、多变的地理和气候条件, 形成了多样的农业生物多样性。如土层较薄的坡梁梯田适宜抗逆性较强的品种, 但产量相对低; 而沟渠土层较深厚的地方, 适宜耐肥性好、产量较高的品种; 春季降雨晚, 需要生育期较短的品种, 而雨水丰沛的年份需要产量高、生育期长的品种。另一方面人们多样化的需求也需要创造多样的作物品种, 如不同口味的品种需求、对不同食用方法的需求等。基于此, 有着700多年的传承历史的旱作梯田系统, 在人与自然和谐共处、相互适应过程中, 形成了一系列旱作梯田系统农业生物多样性保护与利用的经验与技术, 值得现代农业借鉴。

2.3.1 优中选优的农家留种技术

通过每年的优中选优, 把优良的传统农家品种传承和保护下来, 像传统玉米品种, 一般每年种植, 成熟时选好穗, 作为种子留下来, 在下一年种植时再把留下来的玉米穗的两端去掉, 只选用穗子中间部分的籽粒作为种子播种。

2.3.2 特异种质农家就地保护留种技术

对一些用量较少、具有特异性状的作物, 如各类小豆、青米(‘漏米青’ ‘屁马青’)、黍子、高粱等, 一般采取种子在家保存一年, 在地种植一年, 一年生产供两年使用, 实现特异种质就地保护。

2.3.3 混合种植混合留种技术

对一些长势有互补作用的品种, 采取混合种植单穗选择留种; 对成熟期基本一致的小品种, 采取混合种植, 混合留种的办法, 如‘紫花绿眉豆’与‘白花绿眉豆’ ‘黑没丝’与‘紫豆角’ ‘赤小豆’与‘黄小南豆’ ‘白小豆’与‘狸猫小豆’等, 种植时混种, 留种也混留, 不分别留种。这与云南农业大学朱友勇教授课题组, 通过多年的研究和试验, 发现了利用不同水稻品种控制稻瘟病的机理, 而且把当地不同水稻品种间作栽培, 成功控制稻瘟病, 产生巨大的经济和环境效益的研究结果, 有异曲同工之效。

2.3.4 轮作倒茬、间作套种技术

利用作物之间的互惠和资源互补, 采用轮作倒茬、间作套种, 既可提高土地利用率, 又提高作物总产量, 还可降低病虫草害的发生。如谷子与玉米轮作倒茬、红苗谷子与白苗谷子轮作倒茬, 豆类与玉米间作, 豆类与花椒间作等。轮作倒茬还是当地为了保存一些容易串种的作物品种, 而采取的一项传统农家品种就地保护的留种技术, 通过轮作倒茬, 间作套种, 既确保优良品种的种性, 又增加了农田生态系统的稳定性。

2.3.5 构建社区种子库保存与农民自留种相结合的传统农家品种就地保护模式

在组织旱作梯田保护与利用协会开展王金庄传统作物品种普查、收集、整理基础上, 建立了乡村社区种子库, 村民确需从种子库领取种子进行田间种植的, 需在收获后加倍返还, 并制定实行定期更换和田间活态保护制度, 一般作物每两年更新一次, 特殊品种一年更新一次, 从而构建起社区种子库保存与农民自留种相结合的传统农家品种就地活态保护模式。

2.4 旱作梯田系统农业生物多样性保护与利用面临的问题

近年来, 随着城镇化和现代农业的快速推进, 乡村传统农业生产方式受到挑战, 农业生物多样性保护面临着越来越多的问题。

2.4.1 主体缺失

传统的旱作梯田系统农业生物多样性保护与利用是基于当地人面对恶劣的生存条件, 为解决基本生计需要所采取的应对策略, 保护和利用农业生物多样性是人们的基本生存之计, 但是随着城镇化和现代农业的快速推进, 农民生计方式多样化造成梯田农业的弱化, 梯田已不再是人们维持基本生计的唯一依存, 人们的生计有了更多的选择, 梯田耕种的主体面临缺失, 梯田出现荒废, 使农业生物多样性陷入无人保护、无人利用的困境。

2.4.2 技术失传

随着从业人员老龄化, 传统的留种技术, 没有传承到年轻一代, 传统农家品种的保护与利用技术面临失传, 导致一些传统农家品种混杂退化, 亟待提纯复壮恢复种性, 如‘金皇后’ ‘白马牙’ ‘绿豆’ ‘赤小豆’等。

2.4.3 优异的种质资源濒临灭绝

随着现代农业生产条件的改善, 单一追求产量, 造成一些抗逆性强、产量低、适应性强的特异种质已经或面临灭绝, 如生育期极短、具有较好抗灾特性的传统玉米品种‘三糙黄’‘三糙白’生产上几近灭绝, 谷子生育期极短的品种‘60天还仓’等在王金庄已经收集不到。

2.4.4 现有的传统农家品种名称混乱

即使在一个村庄, 传统农家品种也存在着名称混乱的现象。有的同种异名、一种多名, 如王金庄的菜豆品种‘花皮豆角’, 就有‘紫红豆角’ ‘花长绿豆角’ ‘长紫豆角’ ‘长红豆角’ ‘长绿豆角’ ‘绿花豆角’ ‘青扁豆角’等多个名称; 有的异种同名, 如‘青扁豆角’既指‘白花绿眉豆角’, 也指‘花皮豆角’等。名称混乱不统一, 不利于传承保护和利用, 也不利于以后的特色农产品开发。

2.4.5 对传统农家品种的重要性和就地保护认识不足

由于传统农家品种生产比较效益低, 而农业生产上追求产量高的品种, 对传统农家品种的重要性和就地保护认识不足, 造成农业生产的品种多样性丧失, 而仅依靠异地种质资源库长期保存, 难于实现传统农家品种的就地活态保护, 这将不能满足人们多样化的食物需求, 也不能有效应对不断变化且愈发极端的气候条件, 更不能应对现在及未来所面临的粮食及农业挑战^[30-31]。

3 结论与讨论

具有全球重要农业文化遗产潜质的涉县旱作梯田系统, 历经千百年的传承、保护和利用, 至今仍拥有丰富的农业物种和遗传多样性以及由此形成的一系列保护与利用经验与技术, 使人们在满足多样化食物需求的同时, 更能适应多变的气候和极端的环境变化。但随着城镇化和现代农业的快速推进, 乡村传统农业生产方式正在受到挑战, 农业物种和遗传多样性保护与利用面临着主体缺失、技术失传、长期单一化种植造成农作物品种的多样性丧失、单一追求产量造成适应性强的特异种质资源丧失、农民生计方式多样化造成梯田农业弱化、传统农家品种生产比较效益低、特异性优良品质开发不够以及对其重要性认识不足等问题。如何有效保护和利用其农业物种及其遗传多样性, 笔者建议:

1) 建立动态保护与适应性管理机制。依托农业文化遗产活态保护, 积极争取“政府、科技、企业、农民、社会”等多方参与尤其是社区参与, 形成农业生物多样性长期自我维持的传承保护机制。

2) 加快发展特色产业, 振兴乡村经济, 着力解决保护和利用主体缺失问题。依托当地丰富的农业物种和遗传多样性, 培育龙头企业, 开发特色农产品, 挖掘传统农家品种的经济价值和商品价值, 提高梯田种植的经济效益, 吸引更多青年农民通过梯田传统农家品种的保护和利用, 实现增收致富。

3) 积极开展农民教育培训, 激发农民内生动力。让农民在认识传统作物及其传统品种保护意义的同时, 提高他们对农业生物多样性保护的内生动力, 让年轻一代自觉主动地掌握传统农耕技术, 着力解决传承保护与利用的技术失传问题。

4) 组织开展资源普查与科学研究, 构建社区种子库保存与农民自留种相结合的传统农家品种就地活态保护模式。一是广泛组织开展资源普查, 摸清家底, 在对传统作物及其传统农家品种进行普查、收集、整理基础上, 建立乡村社区种子库, 将所有传统农家品种尤其是濒危特异种质资源纳入乡村种子库管理, 并建立定期更换和田间活态保护机制; 二是开展传统作物及其传统品种的科学研究, 着力解决传统农家品种存在的名称混乱、种性退化等问题, 为特异品种开发提供科技支撑。

农业种质资源是保障国家粮食安全与重要农产品供给的战略性资源, 是农业科技原始创新与现代种业发展的基础物质。开展农业种质资源全面普查、系统调查与抢救性收集, 加快查清农业种质资源的家底, 进而建立健全保护与利用体系, 发展一批以地方特色品种开发为主的特色产业, 推动资源优势转化为产业优势, 既是国家战略, 也是当前农业文化遗产保护的迫切需要。

“多个世纪以来, 原住民已发展出了适应极端环境的农业技术, 因为许多原住民居住在极端的环境中, 他们也选择了那些能够适应这种严酷环境的作物”^[32]。因此在种植一系列本土作物的同时也要种植多样化的其他品种, 使其能更好地适应当地环境, 有效应对不断变化且愈发极端的气候条件。更要学习运用那些世代相传的保护自然资源、以可持续方式种植粮食以及与自然和谐相处的经验和技术, 这对于应对我们今天及未来所面临的粮食及农业挑战非常重要。

本文重点对涉县旱作梯田系统的农业物种和遗传多样性及其保护和利用现状进行了调查研究和分析, 而对农业物种和种质资源的监测和评价、农业生物多样性的社区自我维持和持续发展机制、小农生产方式下的农业生物多样性的保护与利用的政策激励机制及就地活态保护的多方参与机制等尚需进一步研究。

致谢: 本文得到中国科学院地理科学与资源研究所闵庆文研究员、宋一青研究员的悉心指导, 研究工作得到乐施会(香港)北京办事处、涉县旱作梯田保护与利用协会的大力支持, 部分会员参与入户及田间调查, 在此一并致谢!