2生态农业理论基础

授课内容及学时分配1生态农业概述（4学时）2生态农业的基本原理（4学时）3生态农业模式及其设计方法（4学时）4生态农业的实用技术（4学时）5生态农业系统分析及调控（4学时）生态农业的基本原理2.1生态农业的生态学原理2.2生态农业的经济学原理2.3生态农业的系统工程理论与方法生态农业的生态学原理2.1.1生态系统原理2.1.2能量流动原理2.1.3物质循环原理2.1.4物种相互作用原理2.1.5生态位原理2.1.6生物与环境相互关系原理2.1.7生物多样性原理生态系统原理生态系统的概念即在一定空间中共同栖居着的所有生物与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。SirArthurG.Tansley生态系统原理一、结构和功能特征组分结构生态系统原理一、结构和功能特征空间结构之水平结构生态系统原理一、结构和功能特征空间结构之垂直结构生态系统原理一、结构和功能特征营养结构食物链：多种生物按其营养关系而缔结的链索式序列。生态系统原理食物链与食物网捕食（草牧）食物链寄生食物链碎屑（腐生）食物链综合食物链二、相互作用和相互联系的特征生态系统是由各个组成要素相互作用与相互联系而形成的一个有机的整体，其中任一成分的改变必然会影响其他成分的变化，并且可能进一步影响整个生态系统的结构与功能。在向生态系统中引入或去除某一生物成分，需慎之又慎。如滇池中水葫芦的引入、云南的紫茎泽兰。三、稳定平衡特征A生态系统结构上的功能组分冗余生物体所具有的各种功能组分常常会超过它正常生命活动的需要，这种现象称为冗余。生态农业系统须补充冗余。三、稳定平衡特征B生态系统中的反馈机制反馈可分为正反馈和负反馈，负反馈在生态系统内部维持系统的稳定性方面发挥着决定性作用。同种生物种群间密度的调节异种生物种群之间数量调节生物与环境之间的相互适应调节四、动态特征随着时间的推移，一种生态系统可能为另一种生态系统所取代，这一现象称为演替。多熟种植轮作间、套、混作能量流动原理生态系统中能量流动的特点能流是变化着的能流是单向的能流是递减的能流的质量是逐渐提高的能量流动原理生态系统能量流动的途径热能生产者消费者第二消费者……I分解者II太阳III人工辅助能农产品IV能量流动原理林德曼效率通常从一个营养级到另一个营养级的能量转化效率不超过10%。营养级的数量有一定限度，一般不超过6级。生态农业系统的第一性生产力决定系统中能流的强度选择合适的第一性生产者意味着选择同化效率高的植物作为生态系统的物种组分。决定第一性生产水平的核心因素是水分、光辐射和温度，其次是土壤养分供给，再次是农业措施。合理密植是农业提高第一性净生产力的有效途径。投入适宜的人工辅助能。提高生态农业系统中的能量转化效率即生态效率一是做好相邻两营养级物种的选配和数量控制；二是选择净生长效率高的物种；三是在原有的食物链中增加新的环节，提高能量转化率。物质循环原理A养分元素能量元素——构成蛋白的基本元素碳、氢、氧、氮常量元素——大量元素钙、镁、磷、硫、钾、钠微量元素——极易成为限制因子铁、硼、锌、钼、氯、铜、钒、钴、铝、氟、碘、溴、硒、硅、钛、锡、镓、锶物质循环原理B物质循环——生物地球化学循环生态系统从大气、水、岩石、土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收或动物舔食进入生态系统，在内部进行重复（反复）利用，最后再归还于环境中的过程。生物小循环是指环境中元素经生物体吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用，再为生产者吸收、利用，生物小循环的时间短、范围小，是开放式的循环。地质大循环是指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈的循环，该循环的时间长、范围广，是闭合式循环。物质循环原理物质循环的一般特征物质处于不断循环之中物质循环是个复杂过程介质多样：水、空气涉及的元素众多有多种化学作用：氧化、还原、分解、合成物质循环的类型水循环气相型循环沉积型循环物质循环原理C水循环是物质循环的核心水循环的生态学意义水是所有营养物质的介质水对物质是很好的溶剂水是地质变化的动因之一水循环的驱动力太阳能植物在水循环中的作用也是极其巨大的海陆的热力差异地球内能形成的山川沟壑物质循环原理C水循环是物质循环的核心Livinginearth/4/10陆地降水23%84%7%陆地小循环海洋小循环物质循环原理D碳循环碳循环的重要意义碳循环是物质循环的先决过程碳循环出现的后果是全球性的碳循环的主要过程光合作用呼吸作用与分解大气与海洋间的交换作用碳酸盐的沉积作用人类对化石能源的燃烧作用物质循环原理D碳循环生产者空气和水中的游离CO2消费者分解者煤、石油和碳酸岩石光合作用燃烧风化火山活动沉积物质循环原理E氮循环氮循环的主要过程固氮作用自然高能固氮工业固氮生物固氮氨化作用硝化作用反硝化作用物质循环原理F磷循环磷是生物不可缺少的重要元素典型的沉积型循环——岩石相和溶解盐相陆地磷损失加剧陆地水体富营养化严重物种相互作用的基本规律根据种间相互作用的性质，可以分为三种类型：有益：一方得利或双方得利“+”有害：至少一方受害“-”中性：双方无明显的影响“0”损人不利己竞争作用--相互有害寄生作用+-损人利己捕食作用+-损人利己偏利共生+0一方受益原始合作++双方受益互利共生++缺一不可负相互作用正相互作用物种相互作用的基本规律一、中性作用neutralism中性作用是自然界中最常见的种间相互作用，它们彼此互不影响。即使发生，其相互作用也是间接的，或偶然的。例如：沙漠中的鸟蛛与仙人掌://homepage.mac.com/hart.bezner/baja2000pictures/P1030422.jpg物种相互作用的基本规律二、偏害作用amensalism在自然界很常见。抗生作用和有害的化感作用都属此类。抗生作用是一种微生物产生一种化学物质来抑制另一种微生物的现象。物种相互作用的基本规律有害的化感作用植物向外界释放次生代谢物质，促进或抑制同种或其他物种的现象冬黑麦×小麦向日葵×蓖麻葱×菜豆芜菁×番茄松树×云杉玉米×苹果番茄×黄瓜胡桃×苹果榆树×栎树胡桃×番茄白桦×松树胡桃×土豆物种相互作用的基本规律竞争排斥共存三、竞争competition竞争的可能结果物种相互作用的基本规律竞争的可能结果一：共存资源利用物种1物种2重叠区物种1物种2资源利用物种相互作用的基本规律竞争排斥的实证俄罗斯生态学家G.F.Gause验证了双核小草履虫Parameciumaurellia在混合实验培养下取代了大草履虫Parameciumcaudatum。物种相互作用的基本规律竞争排斥原理CompetitiveExclusionPrinciple两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的种，不能长期共存在一起，也即完全的竞争者不能共存。物种相互作用的基本规律四、寄生parasitism寄生物从宿主（或称寄主）的体液、组织或已消化物中获取营养，通常对宿主产生一定危害的现象。寄生物一般比宿主小。寄生发生在体内或体表。良好适应的寄生物不会杀死其宿主。物种相互作用的基本规律病害（寄生植物、病毒、线虫、细菌）与作物真菌性病害（马铃薯晚疫病）物种相互作用的基本规律五、捕食predation指某种生物消耗另一种生物的全部或部分身体直接获得营养以维持自己生命的现象。前者称为捕食者predator，后者为猎物prey。物种相互作用的基本规律捕食的主要类型动物取食动物动物取食植物同类相食植物取食动物拟寄生捕食者一般比猎物体型大。如果捕食者比猎物小很多，会出现什么？物种相互作用的基本规律拟寄生冬虫夏草拟寄生行为：雌性金小蜂Nasoniavitripennis将卵产入伏蝇(Phormiaregina)的蛹内物种相互作用的基本规律六、偏利共生附生植物：地衣、苔藓、蕨类、兰科及凤梨科植物，非攀援植物;林间的一些动物和鸟类，以树木作为掩蔽或筑巢用，对树木不造成伤害;有利的化感作用物种相互作用的基本规律有利的化感作用洋葱√食用甜菜菜豆√马铃薯小麦√豌豆大豆√玉米柠檬、蒜葱√其他作物物种相互作用的基本规律七、原始合作cooperation特征：两种生物在一起生活对彼此有利，但二者并无依赖关系。寄居蟹与海葵物种相互作用的基本规律稻田养鱼物种相互作用的基本规律八、互利共生mutualism特征：种间彼此依赖，生活在一起互相受益，能直接进行物质交流。在有其它共生物种时，种群的增长率、存活率、繁殖率更高。普遍存在例1—兼性互利固N菌与豆科植物根系共生形成根瘤物种相互作用的基本规律例2—兼性互利菌根mychorrhizae右图显示了自然菌根着生于樟子松Pinussylvestris