农业生态学与生态农业

第八章农业生态学与生态农业§1农业生态系统§2农业生态系统结构§3农业生态系统的物质、能量流动§4生态农业与生态模式§1农业生态系统一、农业生态系统及特点二、自然生态系统、农业生态系统与城市生态系统间比较三、农业生态系统的分类一、农业生态系统及特点1农业生态系统的概念农业生态系统是指某一特定空间内农业生物与其环境之间，通过互相作用联结成进行能量转换和物质生产的有机综合体。2农业生态系统的组成生物环境人工驯化栽培的农作物、家畜、家禽部分受到人工控制或是全部经过人工改造的环境人3农业生态系统的特点1)人类强烈干预下的开放系统。2)农业生态系统中的农业生物具有较高的净生产力，较高的经济价值和较低的抗逆性。3)农业生态系统受自然生态规律和社会经济规律的双重制约。4)农业生态系统具有明显的地区性。5)系统自身的稳定性差。1)人类强烈干预下的开放系统自然生态系统中生产者生产的有机物质全部留在系统内，许多化学元素在系统内循环平衡，是一个自给自足的系统。而农业生态系统是人类干预下的生态系统，目的是为了更多的获取农畜产品以满足人类的需要，由于大量农畜产品的输出，使原先在系统循环的营养物质离开了系统，为了维持农业生态系统的养分平衡，提高系统的生产力。农业生态系统就必须从系统外投入较多的辅助能，如化肥、农药、机械、水分排灌、人畜力等。为了长期的增产与稳产，人类必须保护与增殖自然资源，保护与改造环境。2)农业生态系统中的农业生物具有较高的净生产力，较高的经济价值和较低的抗逆性。由于农业生态系统的生物物种是人工培育与选择的结果，经济价值较高，但抗逆性差。往往造成生物物种单一，结构简化，系统稳定性差，容易遭受自然灾害。需要通过一系列的农业管理技术的调控来维持和加强其稳定性。农田生态系统的初级生产力据统计农作物平均为0.4%，高产田可达1.2～1.5%，而自然界的绿色植物光能利用率不过0.1%。3)农业生态系统受自然生态规律和社会经济规律的双重制约由于农业生态系统是一个开放性的人工系统，有着许多的能量与物质的输入与输出，因此农业生态系统不但受自然规律的控制，也受社会经济规律的制约。人类通过社会、经济、技术力量干预生产过程，包括农产品的输出和物质、能量、技术的输入，而物质、能量、技术的输入又受劳动力资源、经济条件、市场需求、农业政策、科技水平的影响，在进行物质生产的同时，也进行着经济再生产过程，不仅要有较高的物质生产量，而且也要有较高的经济效益和劳动生产率。因此农业生态系统实际上是一个农业生态经济系统，体现着自然再生产与经济再生产交织的特性。4)农业生态系统具有明显的地区性农业生态系统是地域性，不仅受自然气候生态条件的制约，还受社会经济市场状况的影响，因地制宜，发挥优势，不仅发挥自然资源的生产潜力优势，还要发挥经济技术优势。因此，农业生态系统的区划，应在自然环境，社会经济和农业生产者之间协调发展的基础上，实行生态分区治理、分类经营和因地制宜发展。5)系统自身的稳定性差由于农业生态系统中的主要物种是经过人工选育的，对自然条件与栽培、饲养管理的措施要求越来越高，抗逆性较差；同时人们为了获得高的生产率，往往抑制其它物种，是系统内的物种种类大大减少，食物链简化、层次减少，致使系统的自我稳定性明显降低，容易遭受不良因素的破坏。一OVER二自然生态系统、农业生态系统与城市生态系统间比较1自然生态系统与农业生态系统的区别(1)系统的生物构成不同(2)系统净生产力不同(3)系统开放程度不同(4)系统稳定性机制不同(5)系统服从的规律不同(6)系统的“目的性”不同(7)生产效率不同(8)农业生态系统与自然生态系统是交错存在，相互影响2三者比较1、开放度自然生态系统：自我维持的封闭系统农业生态系统：人工、半人工生态系统,开放度比自然生态系统大,但小于城市生态系统。城市生态系统：人工高度开放生态系统;主体是人,而不是动、植物或微生物;非生态结构无限扩大,是不完全的生态系统。消费者大大超过生产者,营养物质及能量大量输入,废弃物大量排出。2、能量投入自然生态系统：太阳能为主农业生态系统：除太阳能外,需工业能投入城市生态系统：主要是大量的工业能投入及生物能投入3、生产力自然生态系统：生物量高，没有或少有产出，净生产力低农业生态系统：净生产力则高于自然生态系统，总生物量比不上自然生态系统。城市生态系统：生产力高4、系统稳定机制自然生态系统：靠多样化物种及食物链网络或系统内部的反馈机制形成。农业生态系统：结构单一,主要靠人工主动调控,也受自然生态系统的影响。城市生态系统：人工调控，不稳定，靠自身不可能持续发展。5、服从规律自然生态系统：自然规律农业生态系统：自然规律、社会经济规律城市生态系统：社会经济规律6、目的性自然生态系统：生物现存量最大,维持结构功能的平衡与稳定农业生态系统：服从人类社会经济、生态环境的需求城市生态系统：人类社会经济发展需求7、效率自然生态系统：低农业生态系统：高城市生态系统：最高8、环境问题自然生态系统：少农业生态系统：多城市生态系统：最多9、相互关系自然生态系统：自我维持的封闭系统农业生态系统：与自然生态系统交错存在,互相影响,依赖自然生态系统维持其更好的稳定性,森林中鸟兽昆虫多数对农田病虫害起到控制作用。城市生态系统：通过城乡交叉，“农业生态系统”是“环”城市生态系统结构的主体,城市生态系统与“环”城市的农业生态系统之间发生可观的物质能量信息交换,依靠农业生态系统的广阔空间和特有的自净能力缓解城市自身承载能力所不能解决的生态问题。未来发展趋向是城乡一体化。二OVER三、农业生态系统的分类1.农田生态系统：由作物与其生长发育有关的光、热、水、气、肥、土及作物伴生生物（土壤微生物、作物病虫和农田杂草）等环境组成。并通过与环境的作用完成产品的生产过程。2.森林生态系统：由以木本植物为主体的生物与其生长发育所需的光、热、水、气、肥、土及伴生生物等环境组成的，并完成特定的林产品生产和农业水土保持功能的农业生态系统。其是多功能的生态系统，素有“农业水库”、“都市肺脏”和“天然洗尘器”等美称。3草原生态系统：指以天然牧草、人工牧草及草食性农业动物为主体的生物种群与其生长发育所需的环境条件构成的，并完成肉、奶、皮、毛等动物性农产品生产的农业生态系统。4.内陆淡水生态系统：指人们为发展农业生产，特别是为发展渔业经济而加以利用和改造的湿地、溪流、江河、湖泊、水库池塘等水域系统的总称。内陆淡水生态系统的功能主要表现在各种水生生物产品的生产和为农田作物提供灌溉水源两大方面。§2农业生态系统结构一、农业生态系统的基本结构二、建立合理的农业生态系统结构一、农业生态系统的基本结构1农业生态系统结构概念指农业生态系统的构成要素以及这些要素在时间上、空间上的配置和能量、物质在各要素间的转移、循环途径。包括三个方面，即系统的组成成分，组分在系统空间和时间上的配置，以及组分间的联系特点和方式。2农业生态系统的基本结构农业生物种群结构农业生态系统的空间结构农业生态系统的时间结构农业生态系统的营养结构A农业生物种群结构：即农业生物（植物、动物、微生物）的组成结构及农业生物种群结构。B农业生态系统的空间结构：这种空间结构包括了生物的配置与环境组分相互安排与搭配，因而形成了所谓的平面结构和垂直结构。农作物、人工林、果园、牧场、水面是农业生态系统平面结构的第一次层次，然后是在此基础上各业内部的平面结构，如农作物中的粮、棉、油、麻、糖等作物。农业生态系统的垂直结构是指在一个农业生态系统区域内，农业生物种群在立面上的组合状况，即将生物与环境组分合理地搭配利用，从而最大限度地利用光、热、水等自然资源，以提高生产力。C农业生态系统的时间结构：是指在生态区域与特定的环境条件下，各种生物种群生长发育及生物量的积累与当地自然资源协调吻合状况，时间结构是自然界中生物进化同环境因素协调一致的结果。所以在安排农业生产及品种的种养季节时，必须考虑如何使生物需要符合自然资源变化的规律，充分利用资源、发挥生物的优势，提高其生产力。使外界投入物质和能量与作物的生长发育紧密协调。这都是在时间结构调整与安排中要给予重视的。D农业生态系统的营养结构：是生物之间借助能量、物质流动通过营养关系而联结起来的结构。农业生态系统的营养结构，是指农业生态系统中的多种农业生物营养关系所联结成的多种链状和网状结构，主要是指食物链结构和食物网结构。食物链结构是农业生态系统中最主要营养结构之一，建立合理有效的食物链结构，可以减少营养物质的耗损，提高能量，物质的转化利用率，从而提高系统的生产力和经济效率。一OVER二、建立合理的农业生态系统结构（一）合理优化的农业生态系统标志1、合理的农业生态系统结构应能充分发挥和利用自然资源和社会资源的优势，消除不利影响。2、合理的农业生态系统结构必须能维持生态平衡，这体现在输入与输出的平衡，农林牧比例合理适当，保持生态系统结构的平衡，农业生态系统中的生物种群比例合理、配置得当。3、合理的多样性和稳定性，一般地如农业生态系统组成成分多，作物种群结构复杂，能量转化，物质循环途径多的农业生态系统结构，抵御自然灾害的能力强、也较稳定。4、合理的生态系统结构应能保证获得最高的系统产量和优质多样的产品，以满足人类的需要。（二）建立合理的农业生态系统结构的前提①建立合理的平面结构；②建立合理的垂直结构；③建立合理的时间结构；④建立合理的营养结构§3农业生态系统的物质、能量流动一、生态系统中的能量流动二、农业生态系统中能量的来源与转化方式三、农业生态系统中的物质循环二、农业生态系统中能量的来源与转化方式（一）太阳能地球上能量的原始与主要的来源，太阳每年向外辐射约10.1×1034焦耳能量,农业生产通过绿色植物来固定太阳光能.但也仅能利用太阳光能的1～3%，理论上的最大尘能利用率仅5％，因此在农业生产中合理利用，充分提高太阳光能利用率的潜力很大。（二）辅助能辅助能其实也是太阳能的一种变换形式，不过在农业生产中，我们把除太阳能以外人类可以利用的能源，包括工业能、生物能、自然能等都称之为辅助能。如工业能：煤、石油、天然气；生物能：人力、畜力和沼气等；自然能：风能、水能、地热能、潮汐能等。（三）辅助能源的投入和利用效率自工业机械与石油能在农业生产中被大量使用后，大大地提高了农业生产力和农作物产量。欧洲在二次大战后30年内农产品增加了8倍，1945年美国每hm2产玉米2t（合130kg/亩），1987年则达到了6t（400kg/亩）。从能量利用上看，产投比却是随着投入增高而下降，在机械化农业中，每卡人工能只获得1～3卡食物能。蔬菜、水果及动植物蛋白质生产多数产投比甚至低于1。三、农业生态系统中的物质循环1水循环2气态循环3沉积循环农业生态系统养分循环的模式（一）水循环:由于大多数的营养物质多溶于水或随水移动，其主要的循环贮存库为水体或土壤水分。（二）气态循环:以O2、N2、CO2，其它气体和水蒸气为主，循环完全，范围广，贮存库是大气。交换库主要是有生命的动、植物，如C循环、N循环。（三）沉积循环农业生物的需要的多数矿物元素参与这种循环，其循环不完全，贮存库是土壤岩石，交换库多为水与陆地动植物。在农业生态系统中的物质循环过程中，污染物的生物富集作用是其中的一个重要方面。由于农业生产中大量使用外源物质如各种杀虫剂、杀菌剂、除草剂。过量地施用化肥等等。各种各样的外源投入使得大气、水体与土壤遭受三废（废水、废气、废渣）污染。而且污染物质进入农业生态系统被植物吸收后，会沿着食物链各个营养位与环节陆续传递，在传递过程中有害物质逐渐积累和被浓缩，根据有关资料，经过生物浓缩之后，污染物的浓度急剧升高，有机氯化物（DDT），大气中的浓度为0.000003ppm，经浮游生物的生物浓缩，其浓度便升至0.04ppm（1.3万倍）。小鱼吞食了浮游生物、其浓度又进一步升高，达到0.5ppm(16.3万倍)；大鱼蚕食小鱼浓度又增至2.0ppm(66.7万倍)；水鸟吞食大鱼，其体内DDT浓度已达到25ppm（16.3万倍）。可见尽量减少对人体健康有害的污染物进入生态