第九章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)與控制

第九章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控[教學目的]經(jīng)過本章的學習，掌握生態(tài)系統(tǒng)的根本調(diào)理機制，掌握生態(tài)平衡的概念與生態(tài)失衡防止對策，掌握生態(tài)系統(tǒng)管理的原那么和途徑。[教學重點]系統(tǒng)的調(diào)控調(diào)控機制及特點、生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控層次，生態(tài)系統(tǒng)自然調(diào)控機制的類型、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)控機制，生態(tài)平衡的概念，了解維護農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡的詳細戰(zhàn)略，“本錢外攤〞與“收益外泄〞的概念。[教學難點]生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)調(diào)控機制，“本錢外攤〞與“收益外泄〞的概念及對策。[教學方法]課堂教學，以生態(tài)系統(tǒng)自調(diào)理機制為主線，分析生態(tài)系統(tǒng)平衡途徑。[教學內(nèi)容]§1生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與穩(wěn)態(tài)機制§2生態(tài)平衡§3農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控第九章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控§1生態(tài)系統(tǒng)的自然調(diào)控機制一、生態(tài)系統(tǒng)的自然調(diào)控機制類型二、自然生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及穩(wěn)態(tài)機制一、生態(tài)系統(tǒng)的自然調(diào)控機制類型(一)隨動調(diào)控(二)最優(yōu)調(diào)控(三)程序調(diào)控(四)穩(wěn)態(tài)調(diào)控(一)隨動調(diào)控隨動調(diào)控動植物的運動過程能跟蹤一些外界目的。向日葵的花跟著太陽轉，植物的根向著有肥水的方向伸。(二)最優(yōu)調(diào)控是生物在生存環(huán)境中到達最正確形狀的調(diào)控。如：蜜蜂建成的六角形蜂巢，其幾何外形是最省資料的，魚類的流線型構造是減少流體阻力的最優(yōu)構造，旱生植物具有興隆的貯水組織，水生植物具有興隆的通氣組織。頂極群落的生態(tài)位分化(三)程序調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)不同的程度層次均構成一種按一定程式來調(diào)控開展的的機制.如個體程度上,植物種子到種子的生命史就是一種典型的程序調(diào)控,是生物由遺傳基因所決議的有序調(diào)控,如群落程度上,群落的演替也是一種程序調(diào)控.(四)穩(wěn)態(tài)調(diào)控二、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及穩(wěn)態(tài)機制〔一〕穩(wěn)態(tài)〔homeostasis〕定義：生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過多種內(nèi)部調(diào)理作用阻止變化，堅持本身相對穩(wěn)定性〔即堅持平衡〕的傾向。自然生態(tài)系統(tǒng)是演替系列中最后成熟的階段，是頂極群落與外界環(huán)境獲得平衡的，自我維持的穩(wěn)定系統(tǒng)。自然生態(tài)系統(tǒng)在一定時間和相對穩(wěn)定的條件下，總是向著穩(wěn)定的方向開展系統(tǒng)的穩(wěn)定性：系統(tǒng)在遇到生態(tài)環(huán)境較大變化時，由于系統(tǒng)本身的調(diào)理恢復和堅持穩(wěn)定的才干?！捕?、生態(tài)閾值任何生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)在調(diào)理才干是有限的。定義：系統(tǒng)在不降低和破壞自動調(diào)理才干的前提下所能忍受的最大限制的外界壓力。外界壓力：自然災禍、外界環(huán)境因子的劇烈變化。人類的獲取，改造和破壞實例：森林有一定的采伐量，草原有一定的載畜量，超越這個限制，就會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。農(nóng)田耗地作物的復種指數(shù)也有一定限制，復種指數(shù)過高會導致地力衰竭。生態(tài)容量生態(tài)系統(tǒng)對有毒有害物質的生態(tài)閾值稱為生態(tài)容量。生態(tài)容量：生態(tài)系統(tǒng)對某種物質〔有毒，有害物質〕的最大容納量。為了堅持生態(tài)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定，在調(diào)控管理和利用生態(tài)系統(tǒng)時必需以生態(tài)閾值為規(guī)范。生態(tài)閾值的大小決議于生態(tài)系統(tǒng)的成熟性。穩(wěn)態(tài)機制：系統(tǒng)內(nèi)維持生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定形狀〔即穩(wěn)態(tài)〕的各種調(diào)理作用。穩(wěn)態(tài)機制的類型1.冗余調(diào)控：是生物以超越正常需求的功能組分量來完成特定功能的調(diào)控方式。如：植物的花粉數(shù)量極大地超越受精的數(shù)量，植物的葉片數(shù)量龐大等。2.反響調(diào)控：經(jīng)過正負反響協(xié)同作用〔三〕、自然系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)機制生態(tài)系統(tǒng)的各個程度都有穩(wěn)態(tài)機制。1、生態(tài)系統(tǒng)構成要素一級的穩(wěn)態(tài)機制〔1〕種群的自我調(diào)理〔種內(nèi)密度制約〕各種群內(nèi)部都有一定的反響機制，使種群的密度與個體之間的增長率之間堅持一定的關系，穩(wěn)定在環(huán)境包容量附近?！踩?、自然系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)機制〔2〕捕食與被捕食關系的調(diào)理〔種間牽制〕在生態(tài)系統(tǒng)中的生物處于不同的營養(yǎng)級，銜接成食物鏈和食物網(wǎng)，這種網(wǎng)狀的構造經(jīng)過捕食與被捕食的關系限制平衡各種物種的密度。2、生態(tài)系統(tǒng)有機體〔個體〕程度的穩(wěn)態(tài)機制生物有機體的主要調(diào)理作用是以生物的生理和遺傳的調(diào)理作用為根底的，這種調(diào)理作用稱為順應。順應：生物對環(huán)境產(chǎn)生的反響，以順應變化的環(huán)境，維持個體的生存，維持個體的生存和種的延續(xù)。〔三〕、自然系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)機制生物順應環(huán)境的方式是多種多樣的：生物可經(jīng)過改動本身的形狀構造和生理特性，產(chǎn)生不同的生態(tài)型來順應環(huán)境。如：光和營養(yǎng)都缺乏時和僅光照缺乏時植物的反響。經(jīng)過生理調(diào)理和行為方式來順應環(huán)境。如：沙漠的植物和動、植物的休眠和植物的落葉。生物還可經(jīng)過改動本身的活動規(guī)律獲得順應和生存。如：植物的光周期景象，動物的遷徙。〔三〕、自然系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)機制有些植物還可在逆境中發(fā)明小生境而獲得生存。如：紅樹。

生物順應的結果使生物與環(huán)境到達了新的一致，一方面生物可最大限制的利用環(huán)境方面的優(yōu)越條件，良好的生長發(fā)育，另一方面生物種可產(chǎn)生各種生態(tài)型、亞種和新種，使物種的多樣性和遺傳基因的異質性得以豐富和開展，這對維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有重要作用的。〔三〕、自然系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)機制3．生態(tài)系一致級的穩(wěn)態(tài)機制多樣化的組成。假設一個生態(tài)系統(tǒng)的構成要素的數(shù)量豐富，食物鏈構造復雜，那么系統(tǒng)內(nèi)所包含的正、負反響機制多，它們使各要素堅持平衡的同時，也是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的根底。生態(tài)位的分化使各物種調(diào)和相處，相互補充，防止由于某一種或幾種生物的滅絕而對整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性呵斥的影響。次生分泌物的作用可進展生物種間的信息傳送和調(diào)理生物種間的關系。§2生態(tài)平衡一、生態(tài)平衡的概念二、生態(tài)平衡失調(diào)的標志三、生態(tài)平衡失調(diào)的緣由一、生態(tài)平衡的概念生態(tài)平衡(ecologicalbalance)：在一定的時間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)中生物與環(huán)境之間、生物與生物之間以及環(huán)境各因子之間，經(jīng)過相互制約、相互浸透、相互影響而維持的某種協(xié)調(diào)〔穩(wěn)定〕形狀。表現(xiàn)為：構造上：生物種類組成，種群數(shù)量、食物鏈營養(yǎng)構造協(xié)調(diào)穩(wěn)定；功能上：能量流動、物質循環(huán)、信息傳送暢通無阻；系統(tǒng)的輸入和輸出根本相等，物質儲量恒定；生物種群與環(huán)境之間到達高度的相互順應和同步協(xié)調(diào)。生態(tài)平衡的概念可從以下五個方面了解生態(tài)平衡的概念：1．生態(tài)平衡是一種動態(tài)的、相對的平衡。生態(tài)平衡并非靜止不動的，生態(tài)平衡應是生物與環(huán)境相對協(xié)調(diào)的動態(tài)平衡。2．生態(tài)平衡的出現(xiàn)是由于生物強大的繁衍力、較窄的順應力和環(huán)境資源的有限性三個要素共同作用的結果。三個要素相互作用，使生物與生物、生物與環(huán)境之間各自堅持一定的形狀，到達正反相當，協(xié)調(diào)吻合。生態(tài)平衡的概念3．了解生態(tài)平衡不能分開系統(tǒng)的觀念；平衡應是系統(tǒng)的總體概括，表現(xiàn)為總體的特征，而不過分強調(diào)某一種生物類型數(shù)量的變化或某一部分地域的變化。4．生態(tài)平衡并不是指自然形狀就是平衡，就是我們追求的目的。假設改動自然環(huán)境容顏，改動生態(tài)系統(tǒng)構造，改動某種物種的自然特征，我們就破壞了平衡。由于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)就是在改動了自然生態(tài)系統(tǒng)而建立的另一種相對的生態(tài)平衡。生態(tài)平衡的概念5．生態(tài)系統(tǒng)堅持生態(tài)平衡的調(diào)理才干是有一定限制的，超越這一限制，原有的生態(tài)平衡就會遭到破壞，并朝著新的平衡開展。生態(tài)平衡的事例：50年代蘇聯(lián)生物地理研討實驗站對兩棵櫟樹所做的實驗。目前全世界鼠害成災的緣由。二、生態(tài)平衡失調(diào)的標志當生態(tài)系統(tǒng)遭到外界的壓力或沖擊時，系統(tǒng)的平衡就遭到影響。假設這種壓力超越了生態(tài)閾值時，系統(tǒng)的自我調(diào)理才干隨之降低，以致消逝。此時，生態(tài)平衡遭到破壞，生態(tài)系統(tǒng)趨向衰退，甚至解體。生態(tài)平衡失調(diào)的標志有兩個方面：〔一〕構造方面的標志：一級構造缺損：系統(tǒng)缺損一個或幾個組分，標志外界壓力具大，系統(tǒng)內(nèi)變化猛烈，生態(tài)平衡嚴重失調(diào)。如：大面積毀林開荒，圍湖造田，草原強度開墾原有消費者消逝各級消費者因短少棲息地和食物源而消逝〔或轉移〕系統(tǒng)解體。

生態(tài)平衡失調(diào)的標志二級構造變化：系統(tǒng)中某一組分內(nèi)部構造發(fā)生變化。如：生物種類減少，種群數(shù)量下降，層狀構造發(fā)生改動等，引起生態(tài)平衡的失調(diào)。表如今以下幾個方面：①植物群落構造簡化，甚至退化。如：由于過度放牧，使草原中的優(yōu)質牧草逐漸減少，由高草群落退化為矮草群落。②消費者種群構造發(fā)生相應的變化：草原上鷹、狐貍種群數(shù)量減少，嚙齒類〔鼠〕種群增大。草原受鼠害影響而進一步退化。微生物和土壤動物種群構造發(fā)生變化。生態(tài)平衡失調(diào)的標志〔二〕功能方面的標志生物的消費功能生態(tài)系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為生物對環(huán)境的調(diào)理功能系統(tǒng)對外界壓力的抵御功能生態(tài)平衡失調(diào)時，系統(tǒng)功能衰退，其根本標志是：⑴能量流動受阻：消費者由于同化面積減少，消費力下降，進而各級消費者的食物減少，使食物鏈紊亂。⑵物質循環(huán)中斷：物流在某一環(huán)節(jié)中斷或輸入比例失調(diào)，那么整個系統(tǒng)改動。三、生態(tài)平衡失調(diào)的緣由引起生態(tài)平衡失調(diào)的緣由很多，歸納起來，不外乎兩個方面：〔一〕自然要素：氣候的突變，自然災禍。如：臺風、海嘯、龍卷風、暴雨、干旱、地震、火山、泥石流、火災等都帶有很劇烈的突發(fā)性的破壞作用?！捕橙藶橐兀?、人類對自然資源的不合理開發(fā)利用是引起生態(tài)失調(diào)的主要緣由；如：大面積的消滅性的砍伐森林，草原過度放牧、農(nóng)田土壤的重用輕養(yǎng)等，呵斥水土流失、土壤貧瘠，水源枯竭，氣候破壞。生態(tài)系統(tǒng)對脅迫的順應生態(tài)平衡失調(diào)的緣由人類對自然資源的開發(fā)利用，還缺乏科學的預見性，常不能預測生態(tài)系統(tǒng)變化的結果，因此住住采用盲目的，掠奪式的原始開發(fā)方法。高山陡坡毀森開荒，采伐森林剃光頭，墾殖草原變農(nóng)田，填湖造田等，都會呵斥水土流失，土壤貧瘠，水源枯竭，候變壞等惡果。特別是宏大的消費者—植被遭到破壞，所引起的后果是不堪想象的。生態(tài)平衡失調(diào)的緣由由于水土流失農(nóng)田土壤變得貧瘠，甚至巖石裸露或被沙淤廢，使江河泥沙含量添加，河床升高，水庫淤塞，落河田增多；嚴重者甚至呵斥河水泛濫。如圖例如：我國西北黃土高原，在古代曾是茂密的森林和肥沃的草原，經(jīng)過封建社會幾百年的盲目地砍伐，森林、草原面積逐漸減少，生態(tài)平衡遭到破壞，昔日郁郁蔥蔥的森林，如今已變成黃沙漫漫的荒原。又如：由于長江上游的森林遭到破壞，使長江水含沙量日益添加，媒體呼吁：“假設再繼續(xù)下去，長江能夠變成第二條黃河〞。生態(tài)平衡失調(diào)的緣由2、人類對自然環(huán)境的污染；1、隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)的開展，大量有害有毒物質排放出來進入生態(tài)系統(tǒng)，構成環(huán)境污染。這些污染物質參與生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)，將深化地動搖生態(tài)系統(tǒng)平衡的根底，甚至使生態(tài)系統(tǒng)毀滅。例如：污染物進入水體，將出現(xiàn)水體富養(yǎng)化景象。農(nóng)藥所引起的環(huán)境污染，也導致了自然生態(tài)系統(tǒng)的破壞，它首先污染消費者，然后順著食物鏈逐級向前傳送，以致整個有機界都遭到農(nóng)藥的污染。生態(tài)平衡失調(diào)的緣由2、環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)的破壞，結果可分為兩種：近期效應：在污染物大劑量作用下，生態(tài)系統(tǒng)立刻崩潰。遠期效應：經(jīng)一段時間甚至幾代人之后才顯現(xiàn)出來。它經(jīng)常不為人所注重，但危害性是無法估算的，甚至是無法改動的。如：工業(yè)上大量熄滅化石燃料，添加了CO2在大氣中的濃度，構成“溫室效應〞，導致地球外表溫度升高。生態(tài)平衡失調(diào)的緣由3、污染物可經(jīng)過各種途徑來破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。改動生態(tài)系統(tǒng)中的種類組成和數(shù)量關系，呵斥構造的深化變化。改動各個庫的庫存大小及輸入輸出比例，呵斥功能上的變動。導致信息傳送的破壞，使系統(tǒng)失去平衡。生態(tài)平衡失調(diào)的緣由3、不合理的農(nóng)業(yè)消費技術也可引起生態(tài)失調(diào)。如：內(nèi)陸地域不合理的農(nóng)田灌溉技術〔只灌不排，大水漫灌〕將地下水位上升，土地大面積鹽堿化，呵斥農(nóng)業(yè)消費程度下降。不合理的病蟲害防治技術，能夠呵斥病蟲害猖獗，農(nóng)產(chǎn)品含毒等，都是破壞生態(tài)平衡。生態(tài)平衡失調(diào)的緣由留意：在引起生態(tài)失調(diào)的兩種要素中，人為要素是引起生態(tài)失衡的主要要素，經(jīng)常是人為要素導致自然要素的強化。人類是生態(tài)系統(tǒng)中最活潑、最積極的要素。人類的消費活動愈來愈劇烈地干擾著自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡。恩格斯說：“對于人類戰(zhàn)勝自然的每一次勝利，自然界都報仇了我們〞。因此，人類降服自然的任何措施，都必需全面地、綜合地研討生態(tài)系統(tǒng)的平衡，不能只滿足于當前的勝利，而要慎重地思索到未來的世界，它的遠間隔的、長時期的后果。生態(tài)失衡的實例分析1、北美科羅拉多州的喀巴高原，原為印第安人的鹿場，1906年有4000只鹿，草場生態(tài)系統(tǒng)處于相對平衡形狀。人們?yōu)榱碎_展養(yǎng)鹿業(yè)，大量捕殺吃鹿的豹、狼、野狗等食肉動物。由于鹿的天敵被捕殺過多，導致鹿的種群急劇擴展，到1923年添加到100000只。鹿群過大，飼草缺乏，牧草以及灌木等都被啃光，超越了生態(tài)閾值。草場荒蕪，難于恢復，鹿因飼草缺乏而餓死的數(shù)量遠遠超越了被天敵捕殺的數(shù)量，呵斥生態(tài)平衡失調(diào)中國自然生態(tài)七大失衡１、水土流失面積大于治理面積。風蝕和水蝕達３８０萬平方公理，占國土面積的１／３。２、北方沙漠化面積１６０萬平方公里，占國土面積的１７%。每年新增２４６０平方公里。３、南方石漠化面積３４６萬平方公里，每年新增２０００多畝。４、草原退化、堿化、沙化每年新增面積２０００多萬畝。５、工業(yè)三廢污染部分改善，總體惡化；二氧化碳排放量居世界第二、酸雨面積擴展、水污染嚴重。由８０年代末的１５%上升到目前的４０%以上。６、水資源浪費，約７０%的農(nóng)業(yè)用水利用率僅４０%。７、耕地每年凈流失３０００多萬畝。生態(tài)"赤字"比財政赤字更可怕。植物凈水圖§3農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控的生態(tài)學原理二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控機制三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控的生態(tài)學原理一、系統(tǒng)的整體效應原理二、生物和環(huán)境協(xié)調(diào)開展的生態(tài)平衡原理三、生態(tài)系統(tǒng)的構造決議功能的原理四、限制因子原理。二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控機制農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控機制包括三個層次：自然調(diào)控〔第一層次〕構成要素一級的調(diào)控個體程度的調(diào)控生態(tài)系一致級的調(diào)控人工直接調(diào)控〔第二層次〕環(huán)境改造農(nóng)業(yè)生物調(diào)控構造調(diào)控輸入輸出調(diào)控社會間接調(diào)控〔第三層次〕〔一〕自然調(diào)控是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)從自然生態(tài)系統(tǒng)承繼而來。自然調(diào)控經(jīng)過農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物與生物、生物與環(huán)境的相互作用，以及生物本身的遺傳、生理、生化機制來實現(xiàn)，是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的第一層調(diào)控。自然調(diào)控包括個體、種群和系統(tǒng)三個程度的調(diào)控機制。〔二〕人工直接調(diào)控由直接操作農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的農(nóng)民和運營者充任調(diào)控中心，是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的第二層次的調(diào)控。包括：1、環(huán)境改造目的：改善生態(tài)環(huán)境，滿足生物生長發(fā)育的需求?！?〕調(diào)理氣候因子對光、熱等氣候因子的調(diào)控在大范圍是有限的，但人類不斷在不斷強化調(diào)控手段。如：植樹種草、防治水土流失；塑料大棚、地膜覆蓋、部分改動近地和土壤的溫、濕度；人工降雨、人工驅云、煙霧和泡沫防霜等均可在一定程度上控制不利氣候因子的影響。人工直接調(diào)控〔2〕土壤環(huán)境調(diào)理機械措施如：傳統(tǒng)的耕、耙、起壟作畦等可改善土壤物理性狀，協(xié)調(diào)三相比例?；瘜W措施如：施用化肥、土壤改良劑、保水劑、除草劑等改良土壤理化性質。生物措施施用有機肥，輪作豆科作物、綠肥，秸桿還田等以豐富土壤N素和有機質?！?〕水分調(diào)理興修水利、根治河患、實行噴灌、滴灌等方法改善農(nóng)田水分情況。人工直接調(diào)控2．農(nóng)業(yè)生物的調(diào)控：⑴個體程度的調(diào)理：生物種類的選用；種類的選育〔良種選育、雜種優(yōu)勢利用、遺傳工程方法的運用等〕。⑵種群程度的調(diào)理：確定各種農(nóng)業(yè)生物種群數(shù)量和種群密度；包括：播種密度，家畜放養(yǎng)密度、魚群捕撈強度等。如：草原嚴重過牧，呵斥“夏肥、冬瘦、春死亡〞的現(xiàn)象應引以為戒