农业生态学国家精品课程课件(第九章)

2020/2/4国家级精品资源共享课1第九章农业生态系统的调控Chapter9Regulationandcontrolofagroecosystem2020/2/4国家级精品资源共享课2•生态系统的稳态•自然调控机制•人工调控机制•生态平衡•生态系统重建2020/2/4国家级精品资源共享课3生态系统的稳态生态系统与其组成成分（种群或有机体）具有自我保持和自我调控，使自身内部保持稳定的能力，这种能力称为稳态。生态系统可以通过多种稳态机制，保持自身的稳定性，主要是各种正、负反馈机制相互作用的结果。任何稳态机制的作用都是有一定限度的，良好的稳态控制决定于系统中生物种类的多样性、能流物流途径的复杂性。2020/2/4国家级精品资源共享课4反馈就是输出变成了决定系统未来功能的输入。反馈通常分为正反馈和负反馈正反馈是指使系统输出的变动在原方向上被加速的反馈。负反馈是指系统输出的变动在原方向上减速的反馈。反馈环系统环境输入输出2020/2/4国家级精品资源共享课5在自然生态系统中，生物常利用正反馈机制接近“目标”，如生命延续、群落演替、生态位占据等，而负反馈则被用来使系统在“目标”附近获得必要的稳定。数量时间种群逻辑斯谛增长2020/2/4国家级精品资源共享课6Themaintenanceofarelativelyconstantinternalenvironmentbyanorganisminavariableexternalenvironmentiscalledhomeostasis.Allorganismsadoptadegreeofhomeostaticcontrol,but,asarule,largeorganismsaremoredecoupledfromtheirexternalenvironmentthansmallones.Homeostasis2020/2/4国家级精品资源共享课7NegativefeedbackMostbiologicalhomeostaticmechanismsactinabroadlysimilarway:ifthecurrentinternallevelofafactor(e.g.temperatureorosmolarity)istoohigh,themechanismwillreduceit;ifthelevelistoolowthemechanismwillincreaseit.Thisprocess,bywhichtheresponseisoppositetothesignal,isknownasnegativefeedback.2020/2/4国家级精品资源共享课8一、自然调控机制农业生态系统的自然调控机制是从自然生态系统中继承下来的生物与生物、生物与环境之间存在的反馈调控、多元重复补偿稳态调控机制。如光温对作物生长发育的调节作用；昼夜节律对家畜家禽行为的调节作用；林木的自疏现象；功能组分冗余现象；反馈现象等多种自我调节机制。2020/2/4国家级精品资源共享课9（一）反馈机制农业生态系统具有多种正负反馈机制，能在不同的层次结构上行使功能控制。1．在个体水平上，通过正负反馈，使得个体与环境、个体与群体之间保持一定的协调关系。2．种群之间，捕食者与被捕食者之间的数量调节也是一种反馈机制。2020/2/4国家级精品资源共享课10猎物种群增长捕食者种群增长-+2020/2/4国家级精品资源共享课113．在群落水平上，一方面生物种群间通过相互作用，调节彼此间种群数量和对比关系，同时又受到共同的最大环境容纳量的制约。4．在系统水平上，交错的群落关系、生态位的分化、严格的食物链量比关系等等，都对系统的稳态机制起积极作用。2020/2/4国家级精品资源共享课12生态系统的反馈调节机制及其作用是有一定限度的。系统在不降低和不破坏其自动调节能力的前提下所能忍受的最大限度的外界压力（临界值），称为生态阈值。外界压力包括自然灾害、不利环境因素的影响等自然力，也包括人力的获取、改造和破坏。生态容量也是一类生态阈值，指的是某种物质（通常指有害物质）的最大容纳量，即系统通过自净作用维持稳定状态的能力。生态容量的大小，取决于有毒、有害物质的性质以及生态系统本身的抗毒自净能力。2020/2/4国家级精品资源共享课13（二）多元重复补偿多元重复补偿是指在生态系统中，有一个以上的组分具有完全相同或相近的功能，或者说在网络中处在相同或相近生态位上的多个组成成分，在外来干扰使其中一个或两个组分破坏的情况下，另外一个或两个组分可以在功能上给予补偿，从而相对地保持系统的输出稳定不变。生态系统中的反馈控制和多元重复往往同时存在，使系统的稳定性得以有效地保持下去。这些自然调控相对人为调控来说，往往更为经济、可靠和有效，对保护生态环境更为有利。2020/2/4国家级精品资源共享课14生态系统保持稳定的两种机制12反馈机制1A1B1C多元重复2020/2/4国家级精品资源共享课15二、人工调控机制人工调控是指农业生态系统在自然调控的基础上，受人工的调节与控制，人工调节遵循农业生态系统的自然属性，利用一定的农业技术和生产资料加强系统输入，改变农业生态环境，改变农业生态系统的组成成分和结构，以达到提高农业生产、加强系统输出的目的。农业生态系统的调控途径可分为经营者的直接调控和社会间接调控两种。（一）经营者的直接调控1.生境调控生境调控就是利用农业技术措施改善农业生物的生态环境，达到调控目的。它包括对土壤、气候、水分、有利有害物种等因素的调节，其主要目的是改变不利的环境条件，或者削弱不良环境因子对生物种群的危害程度。2020/2/416国家级精品资源共享课2020/2/4国家级精品资源共享课17调节土壤环境，可通过物理、化学和生物等方法进行。传统的犁、耙、耘、起畦，以至排灌、建造梯田等同于物理方法，它们改善耕层结构，协调水、肥、气、热的矛盾。化肥、除草剂和土壤改良剂的使用，能够改善土壤中营养元素的平衡状况，属于化学方法。而施用有机肥、种植绿肥、放养红萍、繁殖蚯蚓等措施属于生物方法，它们既能改善土壤的物理性状，又能改善土壤中营养元素的平衡状况，有利于提高土壤肥力。2020/2/4国家级精品资源共享课18调节气候环境，表现在区域气候环境的改善上，可通过大规模绿化和农田林网建设，人工降雨、人工驱雹、烟雾防霜等措施来得以实现。局部气候环境的改善，可通过建立人工气候室和温室、动物棚舍、塑料大棚、地膜覆盖，施用地面增温剂等方法实现。调节水分的方法很多；如修水库，打机井，建水闸，田间灌排、喷灌、滴灌、施用叶面抗蒸腾剂等方法都可以直接改善水分供应状况。通过土壤耕作，增施有机肥料，改良土壤结构，也可以增强土壤的保水能力。2020/2/4国家级精品资源共享课192.输入输出调控农业生态系统的输入包括肥料、饲料、农药、种子、机械、燃料、电力等农业生产资料；输出包括各种农业产品。输入调控包括输入的辅助能和物质的种类、数量和投入结构的比例。输出调控包括调控系统的贮备能力，使输出更有计划；或对系统内的产品加工，改变产品输出形式，使生产加工相结合，产品得到更充分的利用，并可提高产品的经济值；同时，控制非目标性输出，如防止因径流、下渗造成的营养元素的流失。2020/2/4国家级精品资源共享课203.农业生物调控农业生物调控是在个体、种群和群落各水平上通过对生物种群遗传特性、栽培技术和饲养方法的改良，增强生物种群对环境资源的转化效率，达到调控目的。个体水平的调控，其主要手段包括品种的选用和改良，以及有关物种的栽培和饲养方法。如优良品种的选育，杂种优势的利用，遗传工程手段，生长期间整枝打顶、疏花疏果、激素喷施等措施调节生长。2020/2/4国家级精品资源共享课21种群水平的调控，主要是建立合理的群体结构和采取相应的栽培技术，调节作物种植密度、牧畜放养密度、水域捕捞强度、森林砍伐强度等，从而协调种群内个体与个体、个体与种群之间的关系，控制种群的动态变化，保持种群的最大繁荣和持续利用。群落水平的调控，是调控农业生物群落的垂直结构、平面结构、时间结构和食物链结构，以及作物复种方式、动物混养方式、林木混交方式等，建立合理的群落结构，以实现对资源的最佳利用。2020/2/4国家级精品资源共享课224.系统结构调控农业生态系统的结构调控是利用综合技术与管理措施，协调农业内部各产业生产间的关系，确定合理的农、林、牧、渔比例和配置，用不同种群合理组装，建成新的复合群体，使系统各组成成分间的结构与机能更加协调，系统的能量流动、物质循环更趋合理。从系统构成上讲，结构调控主要包括以下三个方面：2020/2/4国家级精品资源共享课23（1）确定系统组成在数量上的最优比例。如用线性规划方法求农林牧用地的最佳比例。（2）确定系统组成在空间上的最优联系方式。要求因地制宜、合理布局农林牧生产，使生态位原理进行立体组合，按时空二维结构对农业进行多层配置。（3）确定系统组成在时间上的最优联系方式。要求因地制宜找出适合地区优先发展的突破口，统筹安排先后发展项目。2020/2/4国家级精品资源共享课24（二）社会的间接调控1．财贸金融系统的间接调控2．工交通讯系统的间接调控3．科技文教系统的间接调控4．政法管理系统的间接调控是指农业生态系统的外部因素，包括财经金融、公交通讯、科技文献、政法管理等通过经营者对生态系统产生调节作用的有关社会机制。2020/2/4国家级精品资源共享课25三、生态平衡（一）生态平衡(ecologicalequilibrium)指在一定时间内，生态系统中生物与环境之间以及生物与生物之间通过相互制约、相互渗透、相互影响维持着某种协调状态。表现为生态系统中各物种类组成、种群数量、食物链营养结构的协调状态；能量和物质的输入与输出基本相等；物质贮存量恒定；信息传递畅通；生物群落与环境之间达到高度的相互适应和同步协调。2020/2/4国家级精品资源共享课26（二）生态平衡的保护1．生态平衡的动态性和相对性自然界的系统总是向稳定状态（动态平衡）发展。然而，由于它本身内部矛盾以及外界自然的、特别是人类活动的因素的影响，稳定状态总是很难达到，而且经常处于动态变化之中、因此，平衡是相对的，而动态变化是绝对的。打破旧的平衡，建立新的平衡，是生态系统发展变化的一般规律。在农业生态系统中，人类总是不断在利用和改造自然，从低级平衡走向高级平衡。但必需注意到打破旧平衡后，要尽快建立新的平衡，否则就可能发生一系列不易预测的变化，并往往导致很难预料的后果。2020/2/4国家级精品资源共享课272.生态系统对生态平衡的调节能力生态系统具有一种内部的自动调节的能力，以保持自己的稳定性。一般在成分多样、能量流动和物质循环途径复杂的生态系统中，较易保持稳定，当系统的一部分发生障碍时，就可被其它部分调节所补偿。相反成分单纯、结构简单的生态系统，内部调节的能力就小。生态系统自我调节的能力决定于生态阈值。阈值的大小决定于生态系统的成熟性，系统越成熟，种类组成越多，营养结构越复杂，稳定性越大，对外界的压力或冲击的抵抗力越大，即阈值高。相反，一个简单的系统，则阈值低。2020/2/4国家级精品资源共享课283．生态平衡失调的标志生态系统的自我调节和补偿能力是有限的，当外界干预因素超过系统的生态阈值时，其自动调节能力将明显下降或消失，引起生态平衡的失调。表现为生态系统的结构和功能遭受破坏，严重时甚至导致崩溃。生态平衡失调的主要标志表现在结构和功能上。2020/2/4国家级精品资源共享课29（1）生态失调结构上的标志一级结构缺损。生态系统的一级结构是指组成系统的一级成分，如生产者、消费者和分解者等。二级结构受损。二级结构指生态系统中各组分及其特征，如生物种类、种群数量及群落层次结构等。2020/2/4国家级精品资源共享课30（2）生态失调功能上的标志能量流动受阻。指能量在生态系统内某个营养级上受到阻碍，表现为初级生产力下降和各级消费者之间的食物链关系被破坏或消失。物质循环中断。指物质循环在生产者、消费者和分解者中某一环节中断，或