农业生态系统-第二章
农业的基本生态关系
第二章农业的基本生态关系Chapter2.Structureofagroecosystem___Basicbioticstructure由生物构成的种群和群落，既是生态系统的重要组分，又是生态系统能量流动和物质循环的核心。
分别从个体、种群和群落水平研究生物之间、生物与环境之间的相互关系及其作用规律，是生态学研究的基础和核心，也是农业生态系统调节控制和系统生产力提高的理论基础。
▪第一节农业生态系统的生物与环境▪第二节种群▪第三节农业生态系统的群落▪第四节农业生态系统中的生物多样第一节个体生态学关系一．自然环境自然环境是生态系统中作用于生物的外界条件的总和。
包括生物生存的空间，以及维持生命活动的物质和能量。
自然环境中一切影响生物生命活动的因子均称为生态因子（ecologicalfactor），如辐射强度、温度、湿度、土壤酸碱度、风力等等。
太阳辐射以及地球表面的大气圈、水圈和图圈综合影响着这些生态因子。
（一）太阳辐射地球上生命存在的能量主要依靠来自太阳的辐射。
太阳辐射有两种功能：一种是通过热能形式温暖地球，使地球表面的土壤、水体变热，推动着水循环，引起空气和水的流动，为生物生长创造合适的温度条件；另一种功能是通过光能形式被绿色植物吸收，并通过光合作用形成碳水化合物，将能量贮存在有机物中。
二）大气圈大气圈是地球表面包围整个地球的一个气体圈层。
大气的主要成分是氮、氧、氢和二氧化碳大气圈供给生物生存所必须的各种元素，而且在提供保护地面生物的生存条件中起着良好的作用。
大气圈不仅防止了地球表面温度的急剧变化和水分的散失，并能防护地面的生物免受外层空间多种宇宙射线的辐射。
（三）水圈水是细胞原生质的组分和光合作用的原料，是各种物质运输的媒介，是生物体内各种生化反应的溶剂；水有较高的汽化热和比热，可以调节和稳定气温。
（四）土壤圈土壤具有独特的结构和化学性质，是固相、液相、气相共存的三相体系，具有巨大的吸收能力与贮藏能力，为生物的生长提供了适宜的条件。
新版-第二章农业生态系统结构与功能第三四五节
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群落生态 温带草原
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群落生态
冻原
代表动物
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群落生态
代 表 植 物
荒漠
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群落生态
沙漠
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农田群落
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典型的原初旱生演替序列依次是:
地衣植物阶段→苔藓植物阶段→草本植物阶段 →木本植物阶段。
典型的水生演替系列依次是:
自由漂浮植物阶段→沉水植物阶段→浮叶根生 植物阶段→直立水生植物阶段→湿生草本植物 阶段→木本植物阶段。
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协同进化(coevolution)：是指在种间相互 作用的影响下，不同种生物间相关性状在 进化中得以形成和加强的过程。
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四、生物多样性
(一)生物多样性及农业生物多样性
1.生物多样性(biodiversity)：是指地球上所有生 命形式的总和，包括动物、植物、微生物和它 们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的 复杂的生态系统。
1 ．
典型的旱生演替系列是：
旱 （1）地衣群落阶段。
生 演 （2）苔藓群落阶段。
替 系
（3）草本群落阶段。
列 （4）木本群落阶段。
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《农业生态学》期末复习----章节重点
农业生态学第一章绪论农业生态学：应用生态学的原理,系统论的观点和方法,把农业生物与其自然和社会环境作为一个整体，研究它们之间的相互联系、协同演变、调节控制和平衡发展规律的学科。
生态学:是研究生物与其环境相互关系的学科。
生态系统:在一定空间内的全部生物与非生物环境相互作用形成的统一体，称为生态系统。
农业生态系统：农业生物与环境之间的能量和物质联系建立起来的功能整体，是驯化的生态系统，既受生态规律的制约，也受社会经济规律的制约。
1. 1865年，勒特（Reiter）造了生态学一词2. 1935年，英国植物生态学家坦斯尼（A.G.Tansley）第一次提出了生态系统和生态平衡的概念。
3. 1941年，美国科学家林德曼（R.L.Lindeman）提出了食物链、食物网、生态金字塔理论4. 美国生态学家奥德姆（E.P.Odum）——对遗弃农田的次生演替及生态系统的能流与物流做了大量的研究，写成《生态学基础》5. 1963年，海洋生物学家卡逊（R.Carson）——《寂静的春天》6. F.C.Pielou《数学生态学引论》、R.M.May《理论生态学》——推动生态学向定量化方向发展8. 21世纪五大危机：人口危机、粮食危机、资源危机、环境危机、能源危机（一说为生物危机）第二章农业的基本生态关系1.生境（habitat）：在环境条件的制约下，具有特定生态特性的生物种和生物群落，只能在特定的小区域中生存，这个小区域就称为该生物种或生物群落的生境。
生境也叫栖息地。
2.最小因子定律：（德国化学家李比西）——植物的生长取决于数量最不足的那一种营养物质。
相对稳定状态下E.P.Odum（1973）做了两点补充：①这一定律只有在相对稳定状态下才能运用；②要考虑因子间的相互作用。
谢尔福特耐性定律：在生物的生长和繁殖所需要的众多生态因子中，任何一个生态因子在数量上的过多、过少或质量不足，都会成为限制因子。
E.P.Odum（1973）等对耐性定律作了补充：该定律把最低量因子和最高量因子相结合，任何接近或超过耐性下限或耐性上限的因子都称做限制因子3.生活型：不同植物长期适应相似环境的结果使这些植物在外部形态上和对生境的要求上表现为相同或相似。
农业生态学-作业题及参考答案
农业生态学复习题二、单选题1.1865年，（ A ）将两个希腊名词合并构成生态学一词。
A.勒特 B.海克尔 C.坦斯列 D.奥德姆2.1866年，（B ）第一次正式提出生态学的概念。
A.勒特 B.海克尔 C.坦斯列 D.奥德姆3.《生态学基础》是著名生态学家（D ）的著作。
A.勒特 B.海克尔 C.坦斯列 D.奥德姆4.1935年，英国生态学家（D ）首次提出生态系统的概念。
A.勒特 B.海克尔 C.奥德姆 D.坦斯列5.生态学按性质划分为（D）和应用生态学A.普通生态学 B.陆地生态学 C.海洋生态学 D.理论生态学6.1942年美国生态学家（.A）提出食物链和生态金字塔理论。
A.林德曼B.坦斯列 C.谢尔福德 D.奥德姆7.生态学的研究对象—环境包括无机环境和（B ）环境。
A.生态 B.生物 C.宇宙 D.人类8.（）生态学是运用生态学的原理及系统论的方法，研究农业生物与自然和社会环境的相互关系的应用性科学。
A.农业 B.农田 C.草地 D.森林9.农业生态学是生态学在（）领域应用的一个分支学科。
A.种植业 B.农业 C.林业 D.畜牧业10.1803年，（）在《人口论》中不仅研究了生物繁殖与食物的关系，而且特别分析了人口增长与食物生产的关系。
A.坦斯列 B.海克尔 C.马尔萨斯 D.奥德姆11.（），生态学已正式成为一门独立学科。
A.18世纪初 B.19世纪初 C.18世纪末 D.19世纪末12.1859年，（）出版著名的《物种起源》，对生物与环境的关系作了深入探讨。
A.奥德姆B.马尔萨斯C.坦斯列D.达尔文13.1807年，德国学者（）分析了植物分布与环境条件的关系A.洪堡德B.奥德姆 C.马尔萨斯 D.海克尔14.生态学开始进入（）生态学阶段，也标志着生态学已进入近代生态学发展阶段。
A.个体B.种群C.群落D.生态系统15.（）进一步确立了生态系统生态学，使生态学研究领域更为广泛。
A.《人口论》B.《物种起源》C.《植物地理学》D.《生态学基础》16.生态学按研究对象的生境划分为（）和陆地生态学。
第2章-农业生态系统
(三)营养结构(trophic structure)
生态系统中由生产者、消费者、分解者三大 功能类群以食物营养关系所组成的食物链、食 物网是生态系统的营养结构。它是生态系统中 物质循环、能量流动和信息传递的主要路径。
五、生态系统的功能
生态系统具有能量流动、物质循环和信息 传递三大功能，能量流动和物质循环是生态系 统的基本功能，信息传递在能量流动和物质循 环中起调节作用，能量和信息依附于一定的物 质形态，推动或调节物质运动，三者不可分割， 成为生态系统的核心。
二、生态系统的概念
1、什么叫生态系统（ecosystem）
生态系统是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成 分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存构成的一 个具有自动调节机制的生态学功能单位。
生态系统具有自然整体性，在任何情况下，生物群落都 不可能单独存在，它总是和环境密切相关、相互作用，组 成有序的整体。如一个湖泊、一片草地。
时间、空间上的分布和各组分问的能量、物质、 信息流的方式与特点。
生态系统的结构包括
物种结构 时空结构
营养结构
系统结构是系统功能的基础。只有组建合理 的生态系统结构，才能获得较高的系统整体功能。 反过来，生态系统功能的高低可以作为检验系统 结构合理与否的尺度。
(一)物种结构(specie structure)
2.基本含义
◆生态系统是客观存在的实体，有时、空概念
的功能单元； ◆由生物和非生物成分组成，以生物为主体； ◆各要素间有机地组织在一起，具有整体的功
能； ◆生态系统是人类生存和发展的基础。
三、生态系统的组成
1、非生物成分(abiotic component)：生命支持系统 2、生物成分（biotic component）：生态系统的主体
第二章农业生态系统
▪ 补充材料 ▪ 生态足迹：为定量分析自然生态系统与社会系统间相互作用，
加拿大不列颠哥伦比亚大学规划与资源生态学教授威廉·里斯 (William Rees)于1992年提出了生态足迹(Ecological Footprint即EF)的概念。它显示在现有技术条件下，指定的 人口单位内（一个人、一个城市、一个国家或全人类）需要 多少具备生物生产力的土地和水域，来生产所需资源和吸纳 所衍生的废物。生态足迹通过测定现今人类为了维持自身生 存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。比如说一 个人的粮食消费量可以转换为生产这些粮食的所需要的耕地 面积，他所排放的二氧化碳总量可以转换成吸收这些CO2所 需要的森林、草地或农田的面积。因此它可以形象地被理解 成一只负载着人类和人类所创造的城市、工厂、铁路、农 田……的巨脚踏在地球上时留下的脚印大小。它的值越高， 人类对生态的破坏就越严重。 ▪ 生态足迹（ecological footprint）也称“生态占用”。是指 特定数量人群按照某一种生活方式所消费的，自然生态系统 提供的，各种商品和服务功能，以及在这一过程中所产生的 废弃物需要环境(生态系统) 吸纳，并以生物生产性土地
陆地生态系统 terestrial ecosystem
又可分为森林生态系统forest ecosystem 、草 原生态系统steppe ecosystem 、农田生态系统field ecosystem等以植被特征分类的各类型生态系统。
淡水生态系统freshwater ecosystem又可
分为水体较稳定的湖泊生态系统、水库和 鱼塘生态系统以及水体常处于流动之中的 溪流、江河生态系统。
2.生态系统的基本组分
（1）环境组分 辐射:短波辐射、长波辐射（热辐 射）、宇宙辐射、核辐射。 无机物质 有机物质 土体、水、空气
《农业生态学》
《农业生态学》自学指导内容体系：农业生态学是生态学、经济学原理及系统论综合应用于农业领域的一门应用性学科。
课程以生态学原理为理论基础，主要讲授农业生态系统结构与功能、农业生态系统的调控与优化设计、农业资源利用与生态环境保护以及生态学原理应用案例等十个章节的内容。
通过课程的学习，使学生基本了解和掌握农业生态系统的基本概念、基本原理、农业资源与环境问题、农业生态系统优化与调控及我国生态农业实践，培养学生生态观与经济观相结合的农业生产理念，为日后从事农业相关工作打下基础。
课程教学总计20学时。
课程内容体系图解如下：农业生态学内容体系及图例内容要点：第一章绪论本章在概述生态学定义、发展历程及其分支学科的基础上，引出农业生态学的定义，分析了农业生态学产生的背景，并对农业生态学的教学内容、任务及可能应用方向进行了探讨。
第二章农业生态系统在介绍生态系统概念、特征的基础上，比较讨论了农业生态系统在组成、结构及功能上的不同特点，主要表现在受人类控制、出现了人工环境、组成要素简化、自我稳定性差及受自然和社会经济双重规律的影响等方面。
第三章种群生态学原理本章介绍了种群的概念，从结构特征、数量特征及种群的关系三个方面重点阐述了种群水平上存在的若干生态学原理、规律，并通过案例分析了这些原理在农业生态系统中的指导意义。
第四章群落生态学原理本章给出了群落的定义，并从数量特征、结构特征、进化特征等方面系统地讲授了群落水平所体现出的众多生态学原理与规律，证明了群落是一个由多个种群所构成的有机、有序整体。
课程中对每一个特征都通过案例解析了相关特征原理的作用及在生产中的应用。
第五章生物与环境的关系本章阐述了环境与生态因子的相关概念及分类，重点介绍了光、温、水、土壤等生态因子的作用及生态因子作用的基本特征；同时对应着讲述了森林、草地、土壤生物、特别是农田生物对环境的影响。
在此基础上阐述了生物因适应环境而发生的趋同适应与趋异适应的生态学现象及内涵。
新版-第二章农业生态系统结构与功能第二节
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生态型类别
生态型的划是依据生物对光周期、气温和 降水等气候因子的不同适应而形成的。不同气候 生态型在形态、生理、生化上都表现出差异。 ②土壤生态型：在不同土壤水分、温度和土壤肥 力等自然和栽培条件下，形成不同的生态型。 ③生物生态型：主要是在生物因子如病、虫等的 作用下形成的。
Coevolution
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Convergent Evolution
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➢趋异适应：divergent adaptation指同种生物 的不同个体群，由于分布地区的差异，长期 接受不同环境的综合影响，不同个体群在形 态生理等方面产生的相应的生态变异。
2．植物生活型：
一般按布朗—布朗特(Braun-Blangwet)的分类系 统把植物生活型分为10种类型：浮游植物、土壤微生 物、内生植物、一年生植物、水生植物、地下芽植物、 地面芽植物、地上芽植物、高位芽植物和树上的附生 植物。
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生态型
同种生物的不同个体群，长期生存在不同 的生态环境和人工培育条件下，发生趋异适应， 并经自然和人工选择而形成的生态、形态和生 理特性不同的基因类群。是分类学上种以下的 分类单位。
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人为因素对植物的影响最大，作物的品种生态型 就是在人为因素的影响下形成的，以水稻为例，起源 于热带的野生植物，经人类的长期栽培，使其从野生 型变成栽培型，栽培区域不断变大，从热带一直到寒 温带，形成了很多生态型：
籼、粳稻 —— 温度生态型 早、中、晚稻 —— 光照生态型
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（2）根据人类干扰程度为依据划分
自然生态系统 natural ecosystem
人工驯化的生态系统
semi-natural ecosystem
人工生态系统 artificial ecosystem
三、农业生态系统
1.农业生态系统的定义
农业生态系统（agroecosystem）是指在 人类的积极参与下，利用农业生物种群 和非生物环境之间以及农业生物种群之 间的相互关系，通过合理的生态结构和 高效的生态机能，进行能量转化和物质 循环，并按人类的理想要求进行物质生 产的综合体。
2.生态系统的基本组分
（1）环境组分
•辐射。短波辐射、长波辐射（热辐 射）、宇宙辐射、核辐射。 •无机物质
•有机物质
•土体、水、空气
（2）生物组分
生产者（producers）：是指自养生物， 主要指绿色植物，也包括一些化能合成 细菌。 消费者（ consumers ）：是指除了微生 物以外的异养生物，主要指依赖初级生 产者为生的各种生物。 分解者（decomposers）：主要是指以动 物残体为生的异养微生物。
（2）农业生态系统的环境组分
农业生态系统除了具有从自然生态系统 继承下来的 自然环境组分 之外，还有 人工环 境组分 。无论是水体、土体、气体甚至辐射， 在农业生态系统中都或多或少受到人类不同 程度的调节和影响。农业生态系统中的禽舍、 温室、仓库、厂房、住房等生产、加工、贮 存和生活设施都会成为系统内生物生活环境 的一个组成部分。设施中的环境与自然环境 相比，温、湿、光、养分等条件都受到较大 的改变，而目有独特的特点。
（3）在时间变化方面，生态系统中的生物组分具 有生长、发育繁殖和衰亡的时间特征，使生态系统 具有从简单到复杂，从低级到高级的演变发展规律。 （4）在内部功能方面，生态系统主要靠三大类群 生物（生产者、大型消费者和小型消费者）协调的 能量转化和物质循环过程完成。这种联结使系统内 生物之间、生物与环境之间处于一种动态平衡关系。 （5）在外部关系方面，生态系统具有开放性，通 过不断地从外界输入物质和能量，经过转化变为各 种输出，从而维系着系统的有序状态。
3.生态系统的结构
定义
物种结构 species structure 时空结构 space-time structure
营养结构 trophic structure
4.生态系统的功能
三大功能 能量流动：energy flow 物质循环: nutrient cycle
信息传递: information transfer
Temporal Permanence Habitat Heterogeneity
Long Complex
Short Simple
（2）农业生态系统的特点
农业生态系统是被人类驯化 了的自然生态系统，因此，它既 保留了自然生态系统的一般特点， 又具备很多人类改造、控制、调 节、干扰甚至破坏所带来的新特 点。新的特点主要表现在：
5.农业生态系统的特点
(1)农业生态系统与自然生态系统 的比较
在农业生态系统中，由于人类的强烈 参与，其结构组成已经发生了较大的变化， 有别于自然生态系统，二者在结构与功能 上的差别如下页表：
社会经济环境
模式建设 出入调节
作为调控者的人
各 种 息
信
技术措施 评价、诊断、决策、预测
气体
土体 水体
植物
第二章
农业生态系统
农业生态系统（agroecosystem） 是人类为满足社会需求，在一定边界 内通过干预，利用生物与生物、生物 与环境之间的能量和物质联系建立起 来的功能整体。农业生态系统是一种 被驯化了的生态系统，而生态系统又 是生物与非生物组分构成的一类特殊 的系统。在这一章，先介绍系统 （system）的概念，然后引出生态系 统(ecosystem)和农业生态系统的概念。
①受人类控制。
②净生产力高。 ③组成要素简化，自我稳定性较差。
④开放性系统。
⑤同时受自然与社会经济“双重” 规 律的制约。
（3）农业生态系统养分循环特点
• 一、有较高的养分输出率与输入 率。 二、内部养分的库存量较低，但 流量大，周转快。 三、养分保持能力较弱，流失率 较高。 四、养分供求同步机制较弱。
5.主要的生态系统类型
地球上全部生物极其生活区域称为生物圈biosphere 一般指大气圈到水圈约20km的厚度范围。有各种各样 的生态系统。
（1）以环境为依据来划分
陆地生态系统 terestrial ecosystem
又可分为森林生态系统forest ecosystem 、草 原生态系统steppe ecosystem 、农田生态系统field ecosystem等以植被特征分类的各类型生态系统。
4.系统的结构决定系统的功能
凡系统必有结构，结构决定功 能，要改变系统的功能必须改变结 构。这是系统论的基本观点。 系统的结构：是指系统内各组分之 间的数量比例关系及其相互联系。 管理体制和运行机制 结构？
二、生态系统
1.生态系统的定义
生物与生物之间以及生物与其生存环境 之间密切联系、相互作用，通过物质交换、 能量转化和信息传递，成为占据一定空间具 有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体， 称为生态系统。简言之，在一定空间内的全 部生物与非生物环境相互作用形成的具有一 定功能的统一体称为生态系统。
动物 植物 微生物 气体 土体 水体 微生物
作为消费 者的人
动物 人工 环境
自然环境
自然生态系统
自然环境
农业生态系统
特征 净生产力 营养变化 品种多样性 物种多样性 矿物质循环 熵 人为调控 时 间 生境不均匀性 物 候
成熟程度
农业生态系统 高 简单 少 少 开放式 高 明显需要 短 简单 同时发生
未成熟（早期演替）
自然生态系统 中等 复杂 多 多 封闭式 低 不需要 长 复杂 季节性发生
成熟的
Comparison of Natural and Agroecosystems Gliessman, 1998
Natural Ecosystems Net Productivity Trophic Interactions Species Diversity Genetic Diversity Nutrient Cycles Stability (resilience) Human control Medium Complex High High Closed High Independent Agroecosystems High Simple, linear Low Low Open Low Dependent
淡水生态系统freshwater ecosystem又可 分为水体较稳定的湖泊生态系统、水库和 鱼塘生态系统以及水体常处于流动之中的 溪流、江河生态系统。 海洋生态系统marine ecosystem又可分 为海岸生态系统coastal ecosystem 、河口 生态系统、浅海（大陆架）生态系统 shallow sea ecosystem和深海生态系统 ocean ecosystem 。
3.农业生态系统的结构
组分结构：component structure 时空结构：space structur and temporal structure horizontal structure,vertical structure 营养结构：
4.农业生态系统的基本功能
能量流
物质流
信息流 价值流value flow
2.系统组成的基本条件
（1）有两个以上的组分有机结合而成
（2）各组分之间有一定联系系统具有边界
（3）各组分以整体形式完成特定功能
3.系统的基本特征
（1）系统结构的有序性。
即各组分是有机结合而成。系统具有边界、系 统的层次
（2）系统的整体性。 （3）系统功能的整合性。
系统具有其组分或子系统所没有的功能
2.农业生态系统的基本组分
（1）农业生态系统的生物组分
农业生态系统的生物组分可以按功能区分为以绿 色植物为主的生产者，以动物为主的大型消费者和以 微生物为主的小型消费者，然而 占主要地位的生物是 经过人工驯化的农业生物 如农作物、家畜、家禽、家 鱼、家蚕等, 以及与这些农用生物关系密切的生物类群， 如作物病虫、家畜寄生虫、豆科植物的根瘤菌等。 农 业生态系统还增加了一个重要的大型消费者 —— 人 。 其他生物种类和数量一般少于同区域的自然生态系统。
消费者 分解者 生产者 生物群落
能量流
化 学 流
气 候
物理环境
生态系统
生态系统区别于一般系统的特点
生态系统也是系统，因此具有系统的共性。 生态系统还具有区别于一般系统的个性：
（1）在组成成分方面，不仅包括各种无生命 的物理、化学成分还包括有生命的生物成分， 生物群落是生态系统的核心。
（2）在空间结构方面，生态系统大多与一定 的地理组成相联系，具有明显的地域特征。
Agroecosystems About 40% of terrestrial NPP is directly or indirectly consumed by humans. Agroecosystems are ecosystems which are consciously controlled by humans for the purpose of extraction. They include managed forests, farms, rangelands, and aquaculture systems. While hunting-gathering is sustainable at very low human densities, it is extremely damaging at high densities, and cannot be sustained for long. Thus agroecosystems are absolutely necessary. However, most agroecosystems today are not sustainable (yields cannot be maintained indefinitely). Problems with contemporary agroecosystems: