南海的东沙、西沙、中沙和南沙群岛是中国固有领土,自古以来就有中国渔民在其海域进行捕捞等生产活动。近年来,随着南海的地区经济和政治关注度提升以及对南海岛礁的开发和利用,南海岛礁的生产活动特别是农业生产活动逐渐得到发展。相较于陆地生态系统,岛礁生态系统相对结构单一,缓冲能力较弱[1],生态脆弱,容易受外来物种入侵和人为干扰因素的影响[2,3],特别是建设和农业生产等为主的频繁干扰更易造成岛礁自然生境的碎片化,直接导致岛礁生境格局连通性的下降、空间异质性的增强[4]。但是随着岛礁的建设与开发,农业生产将逐渐成为岛礁开发活动的必要组成部分。集成符合热带岛屿生态系统特点,低干扰、生态可持续的热带岛礁农业发展模式势在必行。
热带岛礁农业指立足于热带岛屿资源特色与优势,以维护岛礁生态与安全为根本出发点,形成以轻简绿色、高效、低干扰为特点的农业生产体系,同时包括岛礁绿化植被和农业景观系统。热带岛礁农业的发展将丰富农业生产内容,在美化岛礁、改善岛礁景观、维持热带岛礁生态系统稳定与功能发挥中具有重要作用。同时,热带岛礁农业的发展可丰富岛礁的蔬菜、瓜果等的供给,对于维持岛礁日常活动开展,服务岛礁守备具有积极作用。此外,热带岛礁农业生产活动的开展对于宣示国家主权、服务国家战略也具有现实意义。
1 热带岛礁的分布与农业资源特点
1.1 热带岛礁的分布
中国热带岛礁主要分布于占中国海洋国土面积2/3的南海海域,分别为东沙群岛、西沙群岛、中沙群岛、南沙群岛,绝大多数为珊瑚骨骼残体组成的珊瑚岛礁,多具有完整的热带珊瑚礁生态系统,是生物多样性的热点区域。包含命名岛屿（礁）达270个以上,海域面积约150 km2,陆域面积约12.36 km2（未含人工岛礁面积）[5,6,7]。其中西沙群岛作为我国发育最为典型、古老和保存最为完整的热带珊瑚礁生态系统[8],海域面积达3.17×104 km2,分布着34个珊瑚岛与礁盘,陆域面积最大达7.97 km2[9,10]。南沙群岛海域面积达8.86×105 km2,分布着230多个岛屿、沙洲、暗礁、暗沙和暗滩等,其中岛屿和沙洲22座,陆域面积1.726 km2[11,12]。东沙群岛海域面积0.5×104 km2,其岛屿最少,陆域面积约1.74 km2[7, 13]。而中沙群岛以暗礁、暗沙、暗滩等为主,仅有黄岩岛露出水面约10 m2,但没有植被生长[5, 14]。
1.2 热带岛礁农业资源特点
（1）气候特点：我国热带岛礁分布的南海海域,以6°~7°N为分界线,以北为热带季风气候,干湿季分明,受台风影响。该线以南,全年多雨,无台风,为赤道热带海洋性气候[6]。除北部东沙岛1月平均温度为20.6 ℃[17],其余各岛1月平均气温均在22.0 ℃以上,区域内年均气温26.5 ℃以上,≥10 ℃年积温达9 230~10 180 ℃[6, 18]。年均降水量在1500 mm以上[6, 18-19],年均湿度在81%~84%之间[16, 20]。太阳辐射强,热量足,年日照时数在2300（南沙）~2900（西沙）h,太阳能辐射总量5734 MJ/m2（南沙）,西沙甚至达6000 MJ/m2以上[21,22]。区域内热带岛礁为典型的热带海洋气候,具有终年高温高湿多雨,温差小的典型特点。
（2）土壤条件：南海诸岛的土壤亦多为在热带气候条件下以珊瑚、贝壳砂母质为基础,在海鸟、植物及其作用下发育而成的富磷高钙砂性土壤,并以此为基础构成了富磷生态系统[3, 19],具有少氮富磷的特性,氮素更容易成为微生物、植物等生态系统生产力的限制因素[23]。南海热带岛屿的土壤大部属于砂壤土、紧砂土、松砂土类型,土壤黏性颗粒少甚至不含,表层土壤pH普遍较高,在8.5左右且有随土层加深碱性增加的趋势[19]。土壤中呈现钙、磷丰富但有效态铁、锰、硼等元素缺乏的状况,其中碳酸钙的质量分数普遍在30%~50%,甚至达90%以上[19]。磷含量高达250 g/kg但以Ca-P为主的无机磷占80%~90%。总体而言,热带岛礁土壤肥力较差[19]。
2 热带岛礁农业的发展状况
2.1 热带岛礁农业的发展状况
随着国家一系列南海岛礁开发政策的制定,为热带岛礁农业的发展提供了机遇,热带岛礁农业将得到迅速发展。受热带岛礁特殊生态环境的影响,岛礁面积与人为活动将是影响岛礁生态系统物种多样性最为重要的因素[10, 24],岛礁面积与人类活动的频繁程度可直接导致岛上植物群落物种多样性的变化[25]。出于防风固沙等生态需要或者蔬菜补给、景观营造等生活需求,栽培绿化植物、瓜果蔬菜甚至无意引入的杂草等随着岛礁农业的发展逐渐进入岛礁生态系统。为配合蔬菜种植、农业景观的营造等需求种植大棚等设施农业亦逐渐引入岛礁。笔者研究团队针对美济礁的调查显示,仅以食用为目的引入栽培植物达56种,占岛礁上279种维管植物的20.10%,其中以小白菜、辣椒等常规蔬菜品种及番杏等少数药、食两用植物和椰子、龙眼等水果为主[12]。农业生产活动的引入必将增加岛礁生态系统的复杂性与物种的多样性,对于维护岛礁系统的稳定与可持续发展具有重要作用。
近年来,南沙群岛的热带岛礁农业发展极具代表性。已有研究表明,南沙群岛灰沙岛土壤偏碱性,可以生长白避霜花、海岸桐、草海桐和过江藤等植物。部分开发为菜地后有机质含量达13.10%,氮含量0.65%,亦可引入栽培椰子、菠萝蜜、番木瓜和莲雾等水果及各种蔬菜[26]。近年来南沙岛礁的迅速建设,涉及造陆面积13.22 km2[16],为南沙群岛岛礁农业生产的发展奠定了基础。笔者研究团队自2018年以来在完成相关热带岛礁蔬菜种植情况调查[12]的基础上积极参与永暑礁、美济礁、渚碧礁等岛礁农业生产活动,借助轻简种植棚技术开展蔬菜等植物种植,面积在800~7000 m2不等。而其他岛礁如赤瓜礁、东门礁、华阳礁、南薰礁等存在以景观目的为主零星的花盆（池）或者室内种植菜地,受土质条件差,高温高湿高盐等自然条件的限制,易出现生长抑制或者生长不良的现象[20]。同时,为改善岛礁种植条件人工礁岛普遍存在客土改良的现象,例如永署礁利用湛江的砖红壤客土直接铺在吹填珊瑚砂砾上进行改良,可生长白菜、辣椒、茄子和黄瓜等抗性较好的蔬菜。
2.2 热带岛礁农业存在的问题
（2）热带岛礁农业技术研发及应用过程中模仿北方设施农业的发展模式,存在高耗能、高成本的弊端,未能充分体现热带岛礁农业资源的特点。如西沙永兴岛建设的设施农业为玻璃温室结构[29],其无法与热带岛礁高温、高湿的特点相适应,需要在运行过程中利用岛礁上宝贵的柴油发电进行人工降温,增加了设施的运行成本,甚至不利于岛礁守备的正常运行。农业生产技术的引入未能充分兼顾岛礁资源高效利用,发展并应用的计算机智能控制系统、无土栽培系统亦需要降低对岛礁能源的消耗与依赖。
（3）岛礁农业发展过程中有害入侵生物等的防控及绿色防控技术的研发与集成有待加强。热带岛礁面积普遍偏小,生态承载力弱,生态系统脆弱。加之岛礁上生物多样性水平在个体、种群、群落、生态系统甚至景观等水平上均较低,造成了与之相关的有益生物等生态服务功能均较弱[30,31],天敌昆虫（寄主）的缺乏,易造成有害生物的爆发或检疫性、毁灭性生物的发生[32]。资源调查过程中已发现岛礁不同程度地存在有害入侵植物的危害[12],对岛礁原生植物群落、农业系统、甚至岛礁生态安全带来不利影响。需要在岛礁土壤改良、植物引进与驯化、甚至人员往来等方面加强有害生物的防控与管理。生产中规范并严控岛礁植物的引进与管理,强化引进、驯化、应用等阶段有害生物的防控,注重后续绿色可持续栽培技术的研究与集成,将农业系统对岛礁原生植被、生态系统的干扰降到最低。
3 热带岛礁农业的开发策略
3.1 加强植物种质资源筛选与生态评价,丰富岛礁生物多样性水平,减少岛礁农业系统对岛礁生态系统的干扰
岛礁农业立足于脆弱的岛礁自然系统甚至人工生态系统,农业自然资源限制因素多的特点对生产技术提出了更高的要求。生产技术的应用及生产活动要求在最大程度上减轻对岛礁生态系统的影响,以维护岛礁原始群落及生境的完整性与功能性。此外,在农业实践过程中应重视岛礁本土植物生境与生态系统的保护,尤其是重视岛礁上分布居群数稀少,呈斑块化分布但适应性强的海人树、水芫花、海岸桐、抗风桐和沙生马齿苋等岛礁植物的保护[10],在实现原生物在个体、种群、生态系统、景观等不同层次上的保护的基础上,增加岛礁系统提供的生物多样性,避免均质化现象,增强岛礁生态系统的生态服务功能。
笔者研究团队针对热带岛礁农业开展了系列实践,取得了一些进展。（1）在对热带岛礁植物多样性进行调查时,将岛礁植物群落划分为住宅-菜地群落（果蔬地群落）、海岸带-防风林群落、行道-住宅绿化观赏-人工草地栽培群落（绿化美化地群落）以及荒废工地和空旷沙地群落[12],依此为基础开展了岛礁植物资源的调查与评价工作,认为以实现群落结构与功能的稳定为出发点,应合理设置岛礁农业的“生态位”,可重点发展果蔬菜地、废弃工地和空旷沙地等的生产功能。（2）景观上,应构建以设施农业生产为最中心,依次为岛礁设施农业生产、岛礁人工林、海岸防风乔灌林带、海岸沙滩固沙植物带、礁盘-浅海潮间带防护带的植物群落带[12],在最大程度上维护岛礁生态系统与功能的完整,减轻农业生产对岛礁系统的干扰。（3）依据前期资源调查结果等,设施农业的种植品种以耐热、耐湿、耐旱、耐盐碱的栽培蔬菜品种或者药食同源植物为主,可以种植辣椒、茄子、南瓜等常规瓜菜品种。亦可重点引进生长快、适应性强、抗病虫害的药食两用植物,如十万错、假蒟、鳄嘴花、鹿舌菜等具解毒止痛、化湿、抗菌、消炎等功能的药食两用植物,在实现保障岛礁蔬菜供应的同时满足岛礁医疗和景观营造等方面的需求。水果植物可选择圣女果、西瓜、西番莲等。（4）为丰富岛礁景观、增加生物多样性,丰富物种丰富度,积极构建不同功能的群落结构。首先,应重视岛礁人工林带建设,可以选用木麻黄、大叶榄仁、红厚壳、椰子等热带本土乔木树种,同时配以链荚豆、龙船花、假连翘、草海桐等灌木形成混交林群落。其次,海防林带则选用岛礁原生灌木如海人树、水芫花、草海桐、银毛树等,同时搭配滨豇豆、厚藤和海刀豆等藤本作为地被植物实现防风、水土保持等功能。再次,海岸沙滩固沙植物带则以耐盐性强的滨海大戟、西沙黄细心等原生草本植物为主,甚至可以引种海马齿、海刀豆、厚藤等滨海沙生植物加以利用。最后,礁盘-浅海潮间带可引种海岛原生海草床植物喜盐草、泰来藻和二药藻等,以实现巩固礁盘,净化近海人为污染和减轻富营养化的功能。
3.2 开展热带岛礁农业栽培技术的研究,开发实用的热带岛礁农业生产技术
（1）防虫、通风、降温轻简技术的集成：热带岛礁普遍存在高温、高湿等不利条件,同时虫害问题普遍,可以采用防虫网与遮阳网结合的措施,在满足岛礁农业种植设施通风、降温、降湿要求的基础上,实现防虫的目的。同时可以克服玻璃温室等设施造价高、能耗高的弊端。
（2）积极配套高效的节水措施：热带岛礁虽然降水多,但存在高温、蒸发强烈的不足,同时也普遍存在降水集中无法适应蔬菜种植、景观营造等周期性生产需求的现象。加之热带岛礁均无地表径流,可用淡水资源少。目前基本以海水淡化或者生活用水回收处理再利用解决农业生产用水问题,农业用水紧张且成本高,应积极发展微滴灌等节水灌溉措施,以降低生产用水成本。
（3）改善种植设施的抗风能力：热带岛礁普遍面临台风的威胁,玻璃温室等种植设施的抗风能力较弱,易损毁。相较于玻璃温室等密闭设施,遮阳网和防虫网通透性好,易维护,可通过防虫网配合和遮阳网的实用措施降低风害对种植设施的损害程度。
（4）抗逆栽培技术的集成：以耐高盐、高温、强日照等不利生产条件为目标,筛选药食两用、蔬菜、景观等植物资源,丰富岛礁农业发展的植物资源基础。针对岛礁土壤以砂质为主,富磷少氮,黏性颗粒、有机质含量少,保水保肥能力弱且盐分含量高,不利于农业生产等现实问题,以豆科链荚豆、滨豇豆等耐盐植物作为先锋植物进行土壤培肥改良。同时增施有机肥、有益菌肥,改善土壤微生物群落,提升土壤肥力。此外,采用客土改良、营养袋种植等土壤改良技术,为岛礁农业生产提供良好的基础条件,增加作物产量,改善产品品质。
3.3 重视有害生物的管控,减少有害生物的入侵,构建生态岛礁
岛礁生态系统脆弱,对外界人为干扰的适应能力弱。随着人类的活动与开发,西沙群岛等出现了国家检疫性毁灭性害虫扶桑绵粉蚧、新菠萝灰粉蚧等高度危害岛礁生态的生物[32]。因此,热带岛礁农业系统引入中应强化对入侵生物的防控。客土改良过程中注重病原微生物、杂草种子等的消杀,严防引入南美蟛蜞菊、羽芒菊、飞机草、巴西无刺含羞草、巴西含羞草等在岛礁上表现入侵性的杂草。应严格控制红火蚁等有害生物的入侵,科学引入有害生物的天敌与植物种类,丰富岛礁生物多样性,提升岛礁群落、生态系统甚至景观等不同水平的稳定性。在岛礁农业生产过程中优先发展绿色栽培、有害生物防控技术,减少杀虫剂、除草剂等的使用,减轻生态环境的压力。
4 热带岛礁农业展望
南海热带岛礁具有重要的战略、经济和军事地位,对于中国与东南亚友好国家的社会与经济的稳定发展、保障南海局势稳定、维护海上丝绸之路的正常运行具有举足轻重的作用。热带岛礁作为我国独特的自然资源,其开发过程中应以注重其独特自然资源的保护与利用为基础,逐步引入并构建具有保障农产品供应、岛礁景观营造和岛礁生态功能修复作用的农业生产系统,通过差异化农业景观的重建提升岛礁的生态服务功能,形成具有明显的热带岛礁特色的可持续农业生产模式,将是热带岛礁农业的发展方向,并将丰富农业生产的内涵,服务于中国在南海海域的维权与开发。
热带岛礁农业系统作为强烈人为干扰下形成的生态系统,景观生物多样性、结构与功能相对单一。可借鉴从物种多样性利用、生态系统循环体系构架、景观布局设计等3个层次构建合理的农业体系[33]的思路,以丰富岛礁农业景观的生物多样性着手,奠定岛礁农业可持续发展的基础,提升农业景观的供给（食物和纤维等）、调节（水质净化、授粉、天敌和害虫调节等）、支持（土壤保持、养分循环、水土涵养等）和文化（景观、美学、精神愉悦和休闲等）生态服务功能[30,31]。在差异化岛礁农业景观的构建过程中,利用生态学的思想与方法结合农业生产的技术与方法开展岛礁景观管理,在个体、群落、生态系统、景观不同层次上开展岛礁景观生物多样性保护、监测、评价,开展岛礁景观尺度上的生态建设将是岛礁农业研究的主要研究方向。热带岛礁农业的发展与研究也将推动生物多样性热点地区生态服务功能研究。