第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

1、第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第一節(jié) 生態(tài)因子 一、生態(tài)因子的概念、類型 1.概念 生態(tài)因子：一切影響生物生命活動的因子 生存因子：生物生存不可缺少的因子 環(huán)境:是指作用于生物個(gè)體或群體的外界條件的總和， 包括生物生存的空間以及維持其生命活動所必需的物 質(zhì)與能量（自然因素與社會因素），即環(huán)境包括自然 環(huán)境和社會環(huán)境。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 2.類型 氣候生態(tài)因子 土壤（或水體） 生態(tài)因子 生物生態(tài)因子 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 二、生態(tài)因子的作用機(jī)制與限制方式 1.生態(tài)因子的作用機(jī)制 生態(tài)因子的綜合作用與不可替代 作物 溫度 光照 水分 礦質(zhì)營養(yǎng) 土壤 生態(tài)環(huán)境是由許多

2、因素構(gòu)成的，各因子 之間不是孤立的，而是彼此聯(lián)系、互相 制約的，環(huán)境中任何一個(gè)因素的變化， 都將會引起其它因素不同程度的變化， 進(jìn)而對作物起著綜合的生態(tài)作用。 作物在生長發(fā)育過程中所需要的一些條 件（溫度、水分、光照、養(yǎng)分等）是同 等重要、必不可少的，缺少任何一種都 會使作物生育受阻、甚至死亡；而且， 任何一個(gè)因子都不能由另一個(gè)因子所代 替。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)因子的主次效應(yīng) 在一定環(huán)境條件下，在眾多的生態(tài)因子中，總有12個(gè)因 子起主導(dǎo)、決定性作用，而其它因子則處于比較次要的地位。 如生產(chǎn)上的低溫、霜凍、旱、澇、病蟲害等。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)因子的交互效應(yīng)與互補(bǔ)性生態(tài)因子的交互效應(yīng)

3、與互補(bǔ)性 當(dāng)作物受到多個(gè)因子作用時(shí)，由于多個(gè)因子的交互作用， 各因子對作物的效應(yīng)也會表現(xiàn)出某種交互作用。 0 0 5050 100100 150150 200200 250250 300300 350350 400400 對照對照施肥施肥灌水灌水除蟲除蟲肥+水+除蟲肥+水+除蟲 小麥產(chǎn)量小麥產(chǎn)量 某一因 子量上 的不足， 可以由 其它因 子的增 加或加 強(qiáng)而得 到調(diào)節(jié)。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) A1B4C1491.2a A1B2C2478.83ab A2B4C2469.53abc A2B3C2465.07abcd A1B3C2439.4abcde A1B4C4432.07 bcdef A1B3C4

4、430.37 bcdefg A2B2C2426.9 bcdefg A1B4C2417.63 cdefgh A1B3C1416.5 defgh A2B4C1416.27 defgh A1B1C2413.53 defgh A2B2C1411.83 efgh A1B4C3408.63 efghi A2B3C1406.3 efghi A1B3C3404.97 efghi A1B2C1401.6 efghi A2B4C4393.73 efghij A2B4C3388.17 efghij A2B2C4386.73 fghij A1B2C4382.6 fghij A2B2C3380.07 fghij A1B

5、2C3378.27 ghij A1B1C4365.93 hij A2B3C4365.43 hij A2B3C3358.3 ij A1B1C1344.77 jk A1B1C3298.17 kl A2B1C2287.3 l A2B1C1267.97 l A2B1C3250.3 l A2B1C4249.93 l B1（拔節(jié)1水）、B2（拔 節(jié)、孕穗2水）、B3（拔 節(jié)、孕穗、灌漿3水）、 B4（返青、拔節(jié)、孕穗、 灌漿4水） 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)因子的直接與間接效應(yīng)生態(tài)因子的直接與間接效應(yīng) 直接作用：溫、光、水等 間接作用：緯度、經(jīng)度、海拔等 生態(tài)因子作用的階段性生態(tài)因子作用的階段性 在農(nóng)田環(huán)境

6、中，各個(gè)因子及其組合會隨著時(shí)間的推移而 發(fā)生階段性或連續(xù)性的變化，在作物的一生中，它所需要的 環(huán)境也會隨著生育進(jìn)程而改變。 如冬小麥在春化階段必需一定的低溫條件，在開花階段如果 遇到低溫，則會使小麥?zhǔn)芎Α?第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 2.生態(tài)因子的限制方式 最小因子定律：植物的生長取決于那些處于最少 量狀態(tài)的營養(yǎng)成分。這一因子又叫限制因子 也稱李比希定律，它是由德國著名化學(xué)家李比 希（1840）首先提出的。 這一定律表明，某一數(shù)量不足的營養(yǎng)物質(zhì)，由于不能滿 足作物生長的需要，不但會限制作物的生長，同時(shí)也 會限制其它處于良好狀態(tài)下因子效應(yīng)的發(fā)揮。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 耐性定律 1913年，舍費(fèi)爾德（V.

7、F.Shelford）把最大量和 最小量限制作用的概念合并為耐性定律：即對某 種生物而言，各種因子都存在著一個(gè)生物學(xué)的上 限和下限（閾值），它們之間的幅度就是該種生 物對某一生態(tài)因子的耐性范圍（又稱耐性限度）。 在這一定律中，把最低和最大因子合并，把任 何接近或超過耐性下限或上限的因子都稱為限制 因子。 把耐受下限和上限之間的范圍，稱之為生態(tài)幅。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 耐性定律的基本內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)： A：一種生物對各種生態(tài)因子的耐性范圍不同。 B：同一種生物在不同發(fā)育階段對生態(tài)因子的 耐性范圍也不同，通常在生殖生長期耐性最小。 C：由于生態(tài)因子間的相互作用，在某個(gè)生態(tài) 因子不是處于最適狀態(tài)時(shí)，

8、則生物對其它一些 生態(tài)因子的耐性范圍將會縮小。 D：對主要生態(tài)因子耐性范圍寬的物種，其分 布范圍廣。 E：同一生物種內(nèi)的不同品種，長期生活在不 同的生態(tài)條件下，會形成多種生態(tài)因子的不同 耐性范圍，從而形成生態(tài)型的分化。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 理解： 首先，最小因子定律只考慮了因子量的過少 ，而耐性定律既考慮了因子量的過少，也考慮 了因子量的過多； 其次，耐受性定律不僅估計(jì)了限制因子量的 變化，而且估計(jì)了生物本身的耐性問題，生物 耐性不僅隨生物種類不同而異，且同一種內(nèi)， 耐性也因年齡、季節(jié)、棲息地區(qū)等的不同而有 差異； 其三，耐性定律考慮到了生態(tài)因子之間的相 互作用，如因子替代作用和因子補(bǔ)償作用

9、第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) Odum對耐受性定律作了如下補(bǔ)充： （1）生物可能對某一個(gè)生態(tài)因子耐受性范圍很寬，而 對另一個(gè)生態(tài)因子耐受性又很窄。 （2）對很多生態(tài)因子耐受性范圍都很寬的生物，其分 布一般很廣。 （3）當(dāng)某種生物對于某一個(gè)生態(tài)因子不是處于最適狀 態(tài)下時(shí)，對其他生態(tài)因子的耐受性限度可能隨之下降。 （4）在自然界中，生物并不在對某一特定生態(tài)因子最 適合的地方生活，而往往生活在很不適合的地方。在這種 情況下，可能有其他更重要的生態(tài)因子起決定作用。 （5）繁殖期往往是一個(gè)臨界期，環(huán)境因子最有可能在 繁殖期中起作用，因?yàn)樵诜敝称谥校瑐€(gè)體的耐受性一般較 低。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

10、夏玉米不同生育時(shí)期對干旱的敏感指數(shù) （孫景生等1999） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 出苗拔節(jié)大口抽雄吐絲灌漿蠟熟 生育時(shí)期 干旱敏感指數(shù) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概念和特點(diǎn) （一）概念：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是指農(nóng)業(yè)生物群 體與環(huán)境之間以及生物種群之間的相互作用 建立的并按人類社會需要進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的綜 合體。 受自然的制約， 人類活動的影響； 自 然生態(tài)規(guī)律的支配， 社會經(jīng)濟(jì)規(guī)律的支配。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) （二）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn) 1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)受人類制約 2 物種結(jié)構(gòu)單一，系統(tǒng)自我穩(wěn)定性差 3 凈生產(chǎn)率和光能利用率較高 4 開放性強(qiáng) 5 受自然規(guī)律

11、和社會經(jīng)濟(jì)規(guī)律的雙重支配 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本組分 1.生物組分 包括：人工馴化的農(nóng)業(yè)生物；土壤 微生物；農(nóng)田雜草、昆蟲、有益或有害 微生物、鼠等小動物以及系統(tǒng)的調(diào)節(jié)者 和主體消費(fèi)者人類。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 2.環(huán)境組分 自然環(huán)境組分自然環(huán)境組分 人工環(huán)境組分人工環(huán)境組分 水體、土體、氣體、水體、土體、氣體、 輻射、氣候等，是從輻射、氣候等，是從 自然生態(tài)系統(tǒng)繼承下自然生態(tài)系統(tǒng)繼承下 來的，但已受人類不來的，但已受人類不 同程度的調(diào)控和影響。同程度的調(diào)控和影響。 生產(chǎn)、加工、儲藏設(shè)備和生產(chǎn)、加工、儲藏設(shè)備和 生活設(shè)施，例如：溫室、生活設(shè)施，例如：溫室

12、、 禽舍、水庫、渠道、防護(hù)禽舍、水庫、渠道、防護(hù) 林帶、加工廠、倉庫和住林帶、加工廠、倉庫和住 房等。是自然生態(tài)系統(tǒng)沒房等。是自然生態(tài)系統(tǒng)沒 有的，常以間接方式影響有的，常以間接方式影響 生物生產(chǎn)。生物生產(chǎn)。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、基本功能三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、基本功能 （一）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（一）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的各種成份，并不是雜亂的偶然堆構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的各種成份，并不是雜亂的偶然堆 積，而是在一定的空間內(nèi)處于有序狀態(tài)。這種有序狀積，而是在一定的空間內(nèi)處于有序狀態(tài)。這種有序狀 態(tài)在一定的時(shí)間內(nèi)是相對穩(wěn)定的，我們把這種空間和態(tài)在一定的時(shí)

13、間內(nèi)是相對穩(wěn)定的，我們把這種空間和 時(shí)間上的相對有序穩(wěn)定狀態(tài)，叫做生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。時(shí)間上的相對有序穩(wěn)定狀態(tài)，叫做生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境和物種結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境和物種結(jié)構(gòu) 2 空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu) 3 時(shí)間結(jié)構(gòu)時(shí)間結(jié)構(gòu) 4 營養(yǎng)結(jié)構(gòu)營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 植物植物 草食動物草食動物 肉食動物肉食動物 水平結(jié)構(gòu) 垂直結(jié)構(gòu) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) （二）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本功能 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)轉(zhuǎn)換器，在其有序的結(jié)構(gòu)中，通過 能量流、物質(zhì)流、信息流和價(jià)值流把資源變?yōu)槿祟愋枰?的產(chǎn)品。 1 能量流 太陽能 固定 初級生產(chǎn)者 進(jìn)入 食物鏈 轉(zhuǎn)換消耗 其他能 產(chǎn)品離開系統(tǒng) 2 物質(zhì)流 元素轉(zhuǎn)換 有機(jī)分子傳

14、遞 不同組分 3 信息流 信源 （產(chǎn)生） 信道（傳輸） 信宿（接收） 4 價(jià)值流 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料 生產(chǎn)形態(tài) 產(chǎn)品形態(tài) 資金流 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 四、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中各組分的相互關(guān)系 1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈 2 生物之間的相互作用 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈 食物鏈：指生態(tài)系統(tǒng)中生物成員之間由于食物 關(guān)系形成的一種聯(lián)系 例如：玉米 牛、豬、雞 人 種類： 生食食物鏈（草食食物鏈） 腐食食物鏈 寄生食物鏈 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 草食食物鏈 草 兔子 狐貍 腐食食物鏈 有機(jī)物質(zhì) 分解菌 甲烷菌 甲烷 寄生食物鏈 大豆 菟絲子 紅鈴蟲 金小蜂 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 食物網(wǎng) ：多條食物

15、鏈相互交織構(gòu)成了 食物網(wǎng) 二級食肉動物 一級食肉動物 食草動物 草本植物 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 1/10傳遞法則傳遞法則：食物能量在傳遞過程中遵食物能量在傳遞過程中遵 循循1/10傳遞法則，即能量每經(jīng)過一個(gè)層次傳遞法則，即能量每經(jīng)過一個(gè)層次 要損耗要損耗90%，只有，只有10%傳遞到上一個(gè)營傳遞到上一個(gè)營 養(yǎng)層次。養(yǎng)層次。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 食物鏈中加“環(huán)”提高經(jīng)濟(jì)效 益 1 減耗環(huán)：例如：寄生蜂防治玉米螟、松毛蟲 2 生產(chǎn)環(huán)：例如：果園中引入蜜蜂，蜜蜂產(chǎn)蜂 蜜、蜂蠟。蜜蜂授粉 3 增益環(huán)：例：畜禽糞便 養(yǎng)蚯蚓，蚯蚓作飼料 4 復(fù)合環(huán)：稻魚萍共生系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 2

16、 生物之間的相互作用 競爭排斥 互利互共 偏利偏害 捕食與寄生 非洲草原 獅子 斑馬 草 1 40 1 10t 一匹馬1年生3.5匹，生 產(chǎn)1t草需要1公頃草地 20平方公里養(yǎng)頭獅子 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 五、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的能量循環(huán)與物質(zhì)循環(huán) （）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量循環(huán) 1.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量的來源 生態(tài)系統(tǒng)能量的基本形態(tài) 在生態(tài)系統(tǒng)中，能量有日光能、生物化學(xué)能和熱能 日光能大部分轉(zhuǎn) 化為熱能，溫暖 了地球環(huán)境，其 中只有極少一部 分被綠色植物所 截獲，參與到生 態(tài)系統(tǒng)的能量流 動 生物化學(xué)能是儲 存在有機(jī)化合物 中的一種潛在能 量。 熱能：太陽輻射 能轉(zhuǎn)化為熱能， 生物化學(xué)潛能在 生物生命活動時(shí)

17、 做功轉(zhuǎn)化為熱能 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)的能量來源 自然能： 地球生態(tài)系統(tǒng)的能量90以上來自于日光能， 另外不足10是來自于地?zé)崮堋⒊毕?、風(fēng)能、 水能等。 人工輔助能：在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，人工輔助能是一種 非常重要的能量來源，所謂人工輔助能是指人類 過 各種生產(chǎn)活動所投入到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的人力、畜力、 燃料、電力、機(jī)械、化肥、農(nóng)藥、飼料等。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能流路徑 第一條路徑（主路徑）：能量-植物有機(jī)體-動 物體-死亡-分解-非生物環(huán)境 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第二條路徑：排泄物或殘留體-分解者（微 生物）-無機(jī)物質(zhì)-能量以熱量的形式散發(fā)于非 生物環(huán)境。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)

18、系統(tǒng) 第三條路徑： 生物有機(jī)體在其生 命代謝過程中都要 進(jìn)行呼吸作用，釋 放熱能，散發(fā)于非 生物環(huán)境中。在這 個(gè)過程中生物有機(jī) 體中存儲的化學(xué)潛 能做功，維持了生 命的代謝，并驅(qū)動 了生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì) 流動和信息傳遞。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第四條途徑：大量的能量與物質(zhì)流向系統(tǒng)之外， 形成了一股強(qiáng)大的輸出能流，這是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)區(qū) 別于自然生態(tài)系統(tǒng)的一條能流路徑。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 4. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的輔助能 除太陽輻射能之外，生態(tài)系統(tǒng)接收的其他形式的能量統(tǒng)稱為輔 助能。 根據(jù)輔助能的來源，將輔助能劃分為自然輔助能和人工輔助能。 人工輔助能包括生物輔助能和工業(yè)輔助能兩類。 生物輔助能是指來自于生物

19、有機(jī)物的能量，如勞力、畜力、種 子、有機(jī)肥、飼料等，也稱為有機(jī)能； 工業(yè)輔助能是指來源于工業(yè)的能量投入，也稱為無機(jī)能、商業(yè) 能、化石能，包括以石油、煤、天然氣、電等含能物質(zhì)直接投 入到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的直接工業(yè)輔助能，以及以化肥、農(nóng)藥、機(jī) 具、農(nóng)膜、生長調(diào)節(jié)劑和農(nóng)用設(shè)施等本身不含能量，但在制造 過程中消耗了大量能量的物質(zhì)形式投入的間接工業(yè)輔助能。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 人工輔助能的投入是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài) 系統(tǒng)的最重要的區(qū)別，在人類誕生后的采集農(nóng)業(yè) 階段就有了最基本的人工輔助能投入（人力）， 因而也就有了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，大量的人工輔助能 特別是工業(yè)輔助能投入的農(nóng)業(yè)階段是在工業(yè)化農(nóng) 業(yè)時(shí)期，農(nóng)業(yè)發(fā)展

20、歷史也就是一個(gè)人工輔助能不 斷增加和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力不斷提高的歷史 。 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 科技含量不斷增加，以機(jī)械化、良種化和化學(xué)化 為主要形式的人工輔助能投入，極大地推動了農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展，取得了巨大的成就。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 5. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的特點(diǎn) 1 以草食食物鏈為主 食物鏈越長能量散失越多 2農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)能量輸出系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 6. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中能量在食物鏈 中的多級轉(zhuǎn)化 遵循1/10法則 鏈節(jié)長短決定于農(nóng)業(yè)發(fā)展水平 提高能量轉(zhuǎn)化中的效率 燃燒 秸稈牲畜沼氣池沼氣沼渣 能量轉(zhuǎn)化 10%（第1次） 60%（第2次） 養(yǎng)魚池 魚糞肥料肥田 魚（第3次） （第4次） 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) （二）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán) 1. 物質(zhì)循環(huán)與平衡 （1）土壤有機(jī)質(zhì)循環(huán)與平衡 作物 根茬及 脫落物 腐殖質(zhì)貯存 礦化 微生物 分 解 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) （2）水循環(huán) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 我國水資源利用特征 a.水源的總供應(yīng)不能滿足總需要。我國水資源雖相當(dāng)豐富， 但因人多地廣，需水量多，水利設(shè)施不足，造成供需矛盾。 第三章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) b.過量開采地表水及地下水，形成地