第2章：农业生态系统的生物与环境(摘要)

1第二章农业生态系统的生物与环境2生物Organisms环境Environment相互关系Interactions1物质Nutrient2能量Energy3信息Information4依赖与改善Dependenceandamendment生物与环境之间的相互关系Interactionsbetweenorganismsandenvironment3生物与环境的相互关系Interactionsbetweenorganismsandenvironment（1）环境对生物的分布与生长起着限制和制约作用Environmentlimitandrestrictdistribution,abundanceandgrowthoforganismsLifedependstotallyonthephysicalworldforenergyandmaterials,andlivingorganismsmusttoleratethephysicalconditionsoftheirsurroundings.Temperature,moisture,salinity(salt),acidity,andotherphysicalfactors4（2）生物能适应、影响和改造环境Organismscanadapt,affectandchangeenvironmentbytranspiringwatervapor,recyclingelements,abetting(help)soildevelopment,precipitatingmineralsinaquatic(water)environments,andalteringterrestrial(land)topographyIndividualsarethefundamentalunitsofpopulations,communities,ecosystemsandbiomeswhicharediscussedlater.5环境Environment1.无机环境Inorganic(physical)environment光、温、水、气、土（各种营养元素）2.有机环境Organic(biotic)environment生物之间互为环境（Competition,predation,parasitism,cooperation）害虫、病原菌、杂草、天敌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。6广义的人工环境包括所有受人类活动影响的环境，可以分为人工影响的环境和人工建造的环境。（一）人工影响的环境(Influencingenvironment)如：防护林带,水利工程等。（二）人工建造的环境(Creatingenvironment)人工建造的环境是指人类根据生物生长发育所需要的外界条件进行模拟或塑造的环境。如：无土栽培环境(Hydroponics)大棚温室环境(ShedGreenhouse)集约化养殖环境(Intensivepoultryfarm)7一、生态因子对生物的影响二、生物对生态因子的适应8一、生态因子对生物的影响（Restriction）1、生物种与个体生态学物种(species)是指一类生物个体的集合，其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体。个体生态学（anecology)是研究生物个体发育、系统发育及其与环境关系的生态学分支。9个体发育（individualdevelopment)是指生物个体从出生到死亡的生长发育过程。系统发育(systematicdevelopment)是由个体发育一代接一代在环境作用下，为适应环境而发生变异（种的分化），并在选择作用下的物种进化过程。10生物种的性状差异来源于两个方面，即基因型与表现型。基因型——是生物种的遗传本质，即生物性状表现所必须具备的内在因素（可遗传变异）。表现型——是生物种与环境结合后实际表现出的可见性状（非遗传变异）。112、生态因子的概念与类型环境因子(environmentalfactor)是指构成环境的各要素。生态因子(ecologicalfactor)是环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子。12生态因子的类型：（1）气候因子（climaticfactors)（2）土壤因子（edaphicfactors)（3）地形因子（topographicfactors)（4）生物因子（bioticfactors)（5）人为因子（anthropogenicfactors)133、生态因子的作用规律（1）最小因子定律(lawofminimumfactor)最小因子定律是1840年德国化学家李比希(BaronJustusLiebig)提出，他认为：作物的产量往往取决于最小量矿质营养元素的供应状况。即所谓的“木桶”理论。14E.P.Odum（1973）对最小因子作了两点补充：（1）这一定律只有在相对稳定状态下才能运用。在不稳定状态下，许多因子的量和作用处于激烈的变动中，很难确定哪个单因子是限制因子。（2）要考虑因子间的相互作用。15（2）耐性定律(lawoftolerance)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。耐性定律是1913年美国生态学家谢尓福德(V.E.Shelford)提出，他认为：生物对其生存环境的适应有一个生态学最小量和最大量的界限。即所谓的“耐性范围”。16耐性范围的变化：耐性的差异——同种生物对不同的生态因子的耐性限度不同；不同生物对同一生态因子的耐性限度也不相同。自然进化下耐性的变化——一些分布范围窄的生物，对极端环境条件具有极强的适应能力，却丧失了在其他环境下的生存的能力。（高山雪莲）耐性的人为改变——通过人为驯化的方法，可以改变生物的耐性范围。（抗病育种可扩大作物对病害的耐性范围）17（3）生态因子的综合作用生态因子的交互作用——不同的生态因子之间的相互联系、相互促进和相互制约等关系。（N、P、K三要素）生态因子的主次作用——诸多生态因子中，有主导因子，也有次要因子。（光合作用：光强（主），CO2（次））生态因子的阶段作用——生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同。（营养生长与生殖生长）184、生活型（lifeform）和生境（habitat）（1）生活型由于环境对生物的限制作用，不同种的生物长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下，会发生趋同适应，经过自然选择和人工选择形成具有类似形态、生理和生态特性的物种类群称为生活型。生活型是生物对综合环境条件的长期适应，而在外貌上反映出相似性和一致性的生物类型。19丹麦植物学家C.Raunkiaer的生活型分类系统（1）高位芽植物这类植物的芽和顶端嫩枝是位于离地面较高处的枝条上，如乔木、灌木和一些生长在热带潮湿气候条件下的草本等。（2）地上芽植物这类植物的芽或顶端嫩枝位于地表或接近地表处，一般都不高出土表20-30cm，因此它们受土表的残落物所保护，在地表积雪地区也受积雪的保护。20（3）地面芽植物这类植物在不利季节，植物体地上部分死亡，只有被土壤和残落物保护的地下部分仍然活着，并在地面处有芽。（4）地下芽植物这类植物度过恶劣环境的芽埋在土表以下，或位于水体中。（5）一年生植物一年生植物只能在良好季节中生长，在恶劣的气候条件下，它们以种子形式度过不良季节。21（2）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。生境也称栖息地。22二、生物对生态因子的适应（Adaptation)（一）生态型（ecotype）同种生物的不同个体群，长期生存在不同的自然生态条件和人为培育条件下，发生趋异适应，并经自然选择和人工选择而分化形成的生态、形态和生理特性不同的可以遗传的类群，称为生态型。Yellow,brown,blackandwhitemen23生态型是种内适应于不同生态条件或区域的遗传类群，是由生态因子对一个物种种群内许多基因型选择的种内产物，在分类学上它是种以下的分类单位。分布区域和分布季节越广的生物种，生态型越多。生态型越单一的生物种，适应性越窄。Ecotypeisaunitwithinaspecies(differentgenotypes)24根据形成生态型的主导生态因子类型的不同，可以把植物生态型划分为三种：Ecotypecanbedividedintothreegroups气候生态型土壤生态型生物生态型251.气候生态型Climaticecotype长期适应不同的光周期、气温和降水等气候因子而形成的各种生态型。例如，水稻的早、中、晚稻属于不同的光照生态型；籼稻、粳稻2.土壤生态型Edaphicecotype长期在不同的土壤水分、温度和肥力等自然和栽培条件的作用下分化而形成土壤生态型。例如，水稻和陆稻主要由于土壤水分条件的不同而分化形成的土壤生态型。3.生物生态型Bioticecotype生物生态型是指主要在生物因子的作用下形成的生态型。例如，各种作物对病、虫、草具有不同抗性的品种群，是作物长期与病、虫、草协同进化过程中分化形成的生物生态型。26(二)生态位（niche）生态位可表述为：生物完成其正常生活周期所表现的对适应的特定生态因子综合位置。即用某一生物的每一个生态因子为一维（Xi），以生物对生态因子的综合适应性（y）为指标构成的多维超几何空间。多维超体积生态位(multidimensionalhyperspace)