扬大农学院生态学课件Word文档格式.docx
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生态系统生态学、群落生态学、种群生态学、个体生态学、细胞生态学、基因生态学
按环境特点分：
淡水生态学、海洋生态学、森林生态学、草原生态学、农田生态学、城市生态学
与其他的学科交叉
理论：
数学生态学、化学生态学、遗传生态学。
。
应用：
城市生态学、农业生态学
二、系统论为农业生态学提供了方法论基础
三、农业生态学应用
农业的发展、社会的需求为农业生态学提供了广阔的空间
农业生态学：
把农业生产作为一个整体（农业生态系统）利用系统分析的方法研究这个系统的结构，功能、生产力及其控制管理以便达到最大生产力和最佳生态效果，这样的一门学科称为农业生态学。
农业生态学研究对象：
农业生态系统
农业生态学研究基本内容：
（1）生态学的基本概念和原理
（2）农业生态系统的结构生态系统：
生物+环境
v结构：
水平结构垂直结构时间结构
（3）研究农业生态系统的功能
（4）农业生态系统在不同的自然条件和社会条件下所形成的类型，分布及特点
（5）农业生态发展及演替规律
（6）农业生态系统的调节与控制
农业生态学的特点：
整体性、综合性、战略性
农业生态系统的研究方法1定性描述2常规的调查研究、试验研究3系统分析法
（一）农业的发展
1.原始农业
2.传统农业（持续了9000多年，自给自足，是可持续发展的）：
投入的是人力、畜力、有机肥、种子（可再生的”生物质”）、农业机械少
3.现代农业：
投入的是大型农业机械、化石燃料、化肥、农药、人力、种子。
这些都是不可再生的。
4.生态农业：
把传统农业技术精华和现代农业科学技术相结合
（二）社会需求
1.粮食安全：
量、质
2.农产品的多样化
3.农民的福利
第二章农业生态系统的基本概念
§
1系统的概念
一、定义：
指若干个相互联系、相互制约的组成部分结合而成的，并执行特定功能的有机整体。
系统的三个条件①两个以上的组分②组分之间必须是偶联的③执行特定的功能
二、系统的基本性质
（一）结构的有序性：
1.确定的边界（保证系统功能的相对独立性）
2.组分之间产生分离
（1）水平方向如：
农村经济系统分为农、工、商、运输、建筑、服务等，其遵循平等性原则
（2）垂直方向农下面分为农、林、牧……农下面又分为粮、饲…粮下面又分为稻、麦…
（二）系统的整体性1.组分之间量比关系确定系统性质2.结构决定功能，功能反作用于结构
（三）功能的整合性
三、系统的类型
（一）组成的物质性质：
有机—生态系统无机—人造系统发
（二）与外界交流状况：
开放系统封闭系统：
墒增原理，最终会崩溃
四、研究系统的方法
黑箱法、白箱法、灰箱法
五、系统的调控
（一）控制：
一个系统接受外界信息后，经系统处理转换达到既定目标的过程。
三个条件：
1.接受信息2.经处理3.实现既定目标
（二）机制：
反馈机制
1.反馈：
把系统的输出信息再引入输入端，对系统进行调控的过程
2.反馈机制：
（1）正反馈：
导致系统加速偏离既定目标方向运行的机制
（2）负反馈：
纠正由正反馈导致的系统运行的偏差，使得系统向既定目标运行的机制
（3）正负反馈协调机制
2生态系统
一、定义
指占据特定时间范围，以生物群落为核心，通过生物和生物之间，生物和环境之间相互作用而建立起来的，具有自我维持、修补和重建功能的，并能维持相对稳定的动态综合体。
（其中以生物群落为核心是判断是否为生态系统的指标）
二、基本组成
（一）生物组分1.生产者：
第一次将环境中无机能量转化为生命有机体的能量。
（自养型）（初级生产者）
2.消费者：
以生产者为基础营养源的所有生物类群（大型消费者）
3.分解还原者（小型消费者）
（二）环境组分：
具有均一性1.太阳辐射能（基本动力）2.水体3.气体4.土体
两个重要的概念
•初级生产（primaryproduction）:
生产者利用环境中的物质，把环境中的能量第一次以生物化学能方式固定到生态系统中。
•次级生产（secondaryproduction）:
消费者利用初级生产提供的养分和能量通过代谢作用形成生物量。
三、基本结构
（一）物种结构：
是指生态系统是由哪些生物组成的，以及它们之间量比关系。
（揭示了系统的环境特征。
生态系统中环境具有异质性，任何一种生物对环境都具有选择性）
（二）时空结构：
生态系统中各生物种群在空间上的配置和在时间上的分布。
水平结构：
镶嵌性配置
垂直结构：
成层性配置，生存空间是有限的，生存更多的生物必须构建复杂的关系，实现稳定
时间结构：
漫化交替式配置
（三）营养结构：
生物以营养为纽带联系起来的食物链或者食物网结构
（四）层次结构：
即等级层次
四、基本功能
能量流、物质流、信息流
五、基本类型
自然生态系统：
森林生态系统、海洋生态系统、淡水生态系统…
生物圈生态系统农业生态系统：
介于人造和自然生态系统之间的驯化的自然生态系统
人造生态系统：
城市生态系统…
3农业生态系统
以农业生物为主要组分、受人类调控、以农业生产为主要目标的生态系统。
具有高效机制，并按照人类需求进行物质生产的有机整体
性质：
（1）以农业生物为主
（2）受人类调控（3）以农业生产为目的
（一）环境
1.自然环境
（1）太阳辐射
（2）大气圈（3）水圈（4）土壤岩石圈
2.人工环境
（1）人工影响环境：
水库、防护林、水源林
（2）人工建造环境：
A.无土栽培环境B.大棚温室环境C.集约化养殖环境
（二）生物组分
1.目的生物：
农、林、牧、副、渔种类少、效率高
2.伴生生物：
病、虫、杂草
3.人类：
作为消费者和调节者
三、农业生态系统结构的配置原则
（一）物种结构的配置原则：
因地制宜
（二）时空结构的配置原则
（1）水平和结构的配置：
1.区域范围内：
因地制宜（环境异质性）2.局域范围内：
合理密度（相对均质）
（2）垂直结构的配置（立体农业）：
互补性原则。
1.生物对资源利用互补2.功能上实现互补：
社会、经济、生态
（3）时间结构上的配置：
季节性原则1.气候（春夏秋冬）2.市场
（三）营养结构的配置（食物链加环）食物链、食物网是系统的物质循环、能量流动、信息传递的主要路径。
四、基本功能
能量、物质、信息、价值（资金）的流动
五、特点（区别）
（一）目标的不同：
1.自然环境：
稳定2.农业系统：
人类需求
（二）服从规律：
自然规律2.农业系统：
自然规律、社会经济规律
（三）稳定性不同
（四）结构不同：
丰富2.农业系统：
单一
（五）效应不同
第三章农业生态系统的能量流
1热力学定律及应用
一、热力学第一定律（能量守恒定律）
△U（系统内能变化）=Q（吸热）-W（对外作功）
⏹能量可以在不同介质中传递，也可以在不同形式间转换，但在所有这些过程中能量保持恒定，既不能创生，也不会消灭。
⏹应用：
制定生态系统能量收支平衡表
二、热力学第二定律
1.能量的转换不可能达到百分之百有效。
2.自由能的提高不可能是一个自发过程。
提高能量的转化效率
三、熵（entropy）
1.熵（entropy）:
系统热量除以温度后得到的商。
⏹△S=△Q/T
⏹熵是系统无序性的量度。
2.热力学第二定律
（1）在一个内能不变的封闭系统中，任何自发过程均朝着熵值增加的方向进行。
（2）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。
四、耗散结构理论
1.耗散结构（dissipativestructure）：
开放系统在远离平衡态的非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。
（Prigogine）
2.耗散结构理论：
一个远离平衡态的开放系统，通过与外界进行物质与能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。
3.有机体和生态系统都是远离平衡态的开放系统，存在一种连续而有效的能量转换，因而都属于耗散结构。
2能流分析
一、能源
（一）太阳能（基础动力）
（二）辅助能1.定义：
除太阳能以外的能源
2.分类：
（1）自然辅助能：
风、水力、潮汐
（2）工业辅助能：
直接（煤、油、电、气）间接（化肥、农药、机械、生长剂）
二、能流结构
（一）、食物链（foodchain）和营养级（trophiclevel）：
1.食物链（foodchain）：
来自植物的食物能转化为一连串的取食和被取食的有序状结构。
2.营养级（trophiclevel）：
食物链上的每一个食性级。
以符号T来表示，T1表示第一营养级，T2表示第二营养级，T3……Tn余此类推。
一般为4~5级。
食物链是生态系统内生物与生物之间相互联系的一种主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。
（二）、食物链的种类
（1）捕食食物链（又称草牧食物链gazingfoodchain）：
是由植物到草食动物，再到肉食动物，直接消耗活有机体或其部分的食物链。
在陆地上起始于绿色植物，在水中起始于浮游植物。
⏹如：
水稻——稻飞虱——青蛙——蛇——老鹰——人
（2）腐生食物链（又称残渣食物链detritusfoodchain）：
由多种微生物构成，是以死有机体为营养源，通过腐烂、分解，将有机物还原为无机物质的食物。
秸杆（畜粪）——食用菌垃圾——蚯蚓（蜗牛）
（3）寄生食物链（parasitefoodchain）：
以寄生的方式取食活着生物有机体。
食物链成员有自大到小的趋势。
大豆——菟丝子马——蛔虫——原生动物红铃虫——金小蜂
（4）混合食物链：
构成食物链的各营养级中，既有活食生物成员，也有腐食生物成员。
稻草——牛——蚯蚓——鸡——猪——鱼
越是高级的生态系统，腐食食物链越多
生态系统中食物链的基本特点：
1.在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极不相同的多种生物。
2.在同一生态系统中，可能有多条食物链，它们长短不一，营养级数目不等。
3.不同生态系统中各类食物链所占比重不同。
4．在任何一生态系统，各类食物链有协同作用。
（三）食物链的加环
1.意义：
提高农业生态系统的稳定性、提高农副产品的利用率、提高能量的利用率和转化率
2.类型：
①生产环：
在食物链中加入能够把非经济产品转化为人们直接利用的经济产品的环节a、一般生产环（食草—解决秸秆问题）b、高效生产形态：
蜂
②减耗环：
这类环节的引入可减少生产消耗。
引入有害生物的天敌
③增益环:
这类环节虽不提供人类直接消费的产品，但可扩大生产环节的增产效果。
如：
利用粪渣等有机废弃物养殖蚯蚓和蝇蛆，可作为禽畜的蛋白饲料，可提高家禽的生长量和家禽的产蛋率。
④复合环：
兼具两种以上的功能环节
稻田养鱼、鸭，即有减耗的作用（鱼鸭以水稻害虫为食，减轻虫害危害，鱼、鸭粪肥又可肥田），又可生产鱼、蛋产品。
半生产环：
消耗生态系统能量的环节，如杂草…
三料转化：
饲料、燃料、肥料。
秸秆氨化变成饲料，饲料用于养殖产生排泄物进而产生沼气这样就成了燃料。
沼气池产生的沼渣和沼液也是很好的肥料
（四）食物网
⏹食物网（foodweb）：
在生态系统中，各种食物链交错起来构成的网状结构。
⏹食物网本质上是生态系统中有机体之间一系列反复的吃与被吃的相互关系。
⏹营养结构：
以营养为纽带，把生物与生物、生物与环境紧密联系起来的结构。
（五）、食物链的解列
实质就是利用农业生态系统进行污水处理。
使现代工业产生的有毒有害物质在食物链上富集到一定程度时与人类的食物链中断联系。
三、能流模式的分解
（一）食物链水平
未利用Na
草羊狼
R维持生命的损耗NA未同化
（二）营养级间
（三）营养级内
四、能量转化效率
（一）食物链水平E固定/E前一个营养级持有的X100%=5%~10%
（二）食物网水平E固定/E消耗
（三）生态学效率：
营养级内（间）的所有能量转化效率总称
（四）影响因子：
生物本身、环境、管理水平
五、生态金字塔
（一）定义：
在生态系统中，随着营养级的提高，生物在其数量、生物量及能量均呈现一种塔状分布
（二）类型1.数量金字塔：
生物个体数2.生物量金字塔：
每种生物的现存生物量3.能量金字塔：
能量（不会倒置）
（三）意义：
3农业生态系统中的能量转化
一、初级生产的能量转化
（一）初级生产力：
农作物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量
（二）如何提高初级生产力：
投入人工辅助能（工业辅助能）
1.生物
（1）品种：
作物育种学
（2）管理：
作物栽培学（3）作物配置（垂直、时空）：
耕作学
2.环境
（1）土壤肥料学
（2）农业气象学（3）植物保护学
3.管理：
“经纪人”
（三）工业辅助能的作用
正面：
1.改善环境2.减少非生产性损耗（伴生生物）3.提高转化效率
负面：
1.污染环境2.降低品质3.报酬递减4.成本增加
二、次级生产的能量转化
（一）次级生产的地位和作用
1.进一步转化、富集初级生产产物
2.经济途径：
养猪要比种田赚钱
3.改善人类的食物结构
（二）如何提高次级生产力
1.改善物种构成，充分利用初级生产产物：
增加食草动物、立体养殖
2.科学饲养：
合理配方、适时出栏
3.实行笼养、圈养
以下为ppt上本节重要的概念
1.农业生态系统的生产力：
是指农业生态系统中物质循环和能量转化的效率，是系统中最基本功的数量特征。
它的大小体现了系统功能的好坏。
包括：
系统生物的自然生产力和经济生产力
2.总初级生产力：
（grossproductivity）：
植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。
3.净初级生产力：
（netproductivity）：
植物总初级生产力中减去植物呼吸消耗量所剩下的数量。
4.总初级生产量：
（grossproductionPg）：
一定时期内植物合成有机物质的总量，无速率的概念。
5.净初级生产量：
（netproductionPn）：
总初级生产量中减去呼吸消耗量的剩余量。
即一段时间内，以植物组织形式表现出来的干物质量。
6.现存量：
（standcrop）：
某一特定时刻，单位面积地段内有机体的数量。
与生物量（Biomass）是同义语。
7.提高农业生态系统初级生产力的途径
（1）．选用高光效作物类型或品种，是最简捷有效的途径。
（2）．根据环境条件合理配置各种农业植物，增加绿色植物覆盖面积。
（3）．改进耕作制度，提高复种指数，合理密植，实行间作套种，
（4）．适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因
8.次级生产：
指初级生产的部分产品经异养者的采食、同化，合成肉、奶蛋等动物性食品的过程。
异养者包括消费者和还原者。
9.次级生产力：
单位时间内，各种异养者直接或间接消费绿色植物，制造或形成产品的数量。
10.次级生产力在农业生产系统中的意义
⏹
（1）．转化各种人类不能利用的农副产品，提高利用价值。
⏹
（2）．生产动物性蛋白质食品，改善人们膳食结构，提高人民的生活水平。
⏹（3）．促进物质循环，增强生态系统的功能
⏹（4）．种养结合，农牧互促，有利于农业资源的合理利用和农业的可持续发展。
⏹（5）．增加就业门路，增加农民收入。
11.提高次级生产力的途径
⏹
（1）．调整种植业结构，建立粮、经、饲三元结构，开发草山草坡，增加饲料饲草来源。
⏹
（2）调整次级生产者的种群结构，培育、改良和推广优良的畜、禽、鱼品种。
⏹（3）加强饲料管理，科学喂养，这是提高次级生产力的最基本、最重要的途径。
第四章农业生态系统的物质流
1 生物地球化学循环基本概念和原理
一、生物地球化学循环（Biogeochemicalcycles）
（一）概念：
各种化学元素，包括原生质中必不可少的营养物质，在生态系统乃至生物圈里，沿着特定的途径从周围环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学循环。
（二）过程
（1）地质大循环：
岩石岩石
特点：
时间长、范围广，影响面广，具有全球性质，是闭合性循环。
（周期长、闭合式）
五大自然圈：
水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈、大气圈
（2）生物小循环
在一个系统内进行，范围小、时间短、速度快，是开放式的循环。
（周期短、开放式）
人是地球上最强有力的地质动因
（三）类型：
1.气体型：
其贮存库在大气中。
元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫于陆地或海洋上，在很短时间内又可被植物重新利用。
如C、N、O等由于有巨大的大气储存库。
对于干扰可相当快地进行自我调节。
因此，从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。
2.沉积型：
其贮存库在地壳里。
经风化作用从陆岩石缓慢释放的某些化合物或元素被植物吸收，参与生命物质的形成并沿食物链运转，然后动植物有机体经微生物的分解作用又将元素返回环境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随流水进入海洋，经沉降，淀积和成岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。
这类循环是是缓慢的，倾向于不完全的循环，并且容易被局部干扰所破坏。
如P、S、Ca、I、K、Na等循环。
注：
根据循环主要是与大气圈，还是与岩石土壤或水圈联系划分（根据物质在五大自然库的库存量的主次、大小和固定的时间长短）
2几种重要物质的循环
一、水循环
1、循环特征：
总量不变、时空分布不平衡
2、水循环过程：
降水（P）、蒸发（E）、径流（R）
3、循环原因内因：
其相变――P和E外因：
水的重力梯度（R）和太阳辐射
4、人类对水循环的管理
（1）地表水的管理：
改变流域的地表水径流量、改变流域性地表水水量分配
（2）地下水管理：
循环周期达5000年。
过量开采的后果：
地质灾害、沙漠化加强、土壤质地改变、植被退化
二、碳循环
1、来源：
大气中的CO2
2、
路径：
①细胞水平：
C3、C4、CAM②个体水平：
CO2植物CO2③食物链水平④地质大循环：
煤煤
3、C平衡：
固定量和释放量平衡
固定：
植物、水体吸收、岩溶。
工业革命后CO2浓度以1pm上升
4、温室效应
（1）温室气体来源：
CO2主要来自于化石燃料；
CH4主要来自于湿地：
自然湿地、人工湿地；
NXOX主要是含N化合物的燃烧；
H2O；
制冷剂、发泡剂等
（2）后果：
1.海平面上升（改变地表布局、陆地面积减少、加剧沿海地区土壤盐渍化、对内陆地区内涝加剧）
2.气候变化（气候带北移、降水量：
高纬度和低纬度升高、中纬度减少；
极端气候发生频率增加）
3.对人类的影响
4.对农业的影响：
提高农作物的产量、降低农作物的品质、提高农业生产的成本、改变作物布局、极端气候多农作物生长的影响
（3）怎么办：
低碳农业
三、氮循环
（一）来源：
硝态氮、氨态氮
1、大气固定N：
雷电、射线。
还有干湿沉降。
2、生物固氮
3、工业固定的N—N肥
4、
硝态氮、氨态氮土壤植物食物链
死残体、排泄物土壤对于N1.再利用：
直接利用；
被异养型微生物暂时固定
2.损耗过程：
反硝化大气；
水土流失、风蚀；
淋溶地下水；
燃烧
（二）管理：
增加和改善N源；
减少损耗；
提高利用率
四、P循环
（一）特点：
典型的沉积循环，以不活跃的地壳作为主要贮存库，是一种不完的循环，其时间尺度地质时间，因而从人类的观点看，进入了沉积循环的磷就作为是损失掉了，因此这部分磷在短期内对生物无效。
（二）过程：
从循环的过程看，在循环过程中P总是有损失的，为增加P循环的封闭性，必须尽量减少陆生生态系统的损失。
如让P经常贮存在有机体中则不易流失，贮存在土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉
（三）农田生态系统中P的亏损途径：
①水土流失②农产品输出
五、S循环
SO2：
自然（火山）；
人为（煤燃烧）
（二）后果：
酸雨硫酸70%、硝酸20%、盐酸10%
1.定义：
当降雨的PH＜5.６时称为“酸雨”。
2.后果：
腐蚀建筑、毁坏植被、酸化土壤：
加速养分淋溶、加速水生生态系统破坏
3.怎么办：
脱硫
以C、N、P、S、H2O为例的物质循环清楚地表明，各种物质在全球范围内以及在生态系统中的循环、流动，越来越多地受到人类活动的干预。
干预的结果是加速了物质参与生物圈的过程。
这对人类生产、生活是有利的；
但另一方面，由此而产生的各种环境问题也必须予以重视。
六、生物浓缩效应（生物学放大）：
重金属、666、DDT
（一）概念：
在生态系统中一些重金属，难以分解的有机物随着营养级水平的提高，其体内浓度不断升高积累的现象
（二）怎么办：
1.源头控制
2.修复技术：
①物理：
深埋、搬移②化学：
强氧化剂、强还原剂③生物：
植物（吸收重金属）、动物（如蚯蚓灌水）、微生物（分解石油污染）
3农业生态系统养分循环
一、一般模式
（一）养分库1.作物库2.家畜库3.土壤有效养分库
（二）路径：
32条路径。
1.输入（11条）：
（1）自然输入：
大气（干湿沉降法）、生物
（2）人为输入：
肥料、饲料、种苗
2.输出（11条）
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