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农业生态学基基本本框框架架河南农业大学农学院2024年9月13日v生态学、农业生态学的含义;v农业生态学的特点;v你家乡生态环境如何?

如何评价?

河南农业大学农学院z生态系统生态系统z生态系统的特征生态系统的特征z系统与自然生态系统区别系统与自然生态系统区别z农业生态系统农业生态系统z农业生态系统与自然生态系统的区别农业生态系统与自然生态系统的区别河南农业大学农学院2024年9月13日河南农业大学农学院2024年9月13日生物种群、生物群落、化感作用、生态位种间的相互作用类型。

种间关系在农业生产中的应用。

生态位理论及应用。

河南农业大学农学院2024年9月13日概念:

环境、生态因子、生境、限制因子、生态幅、环境、生态因子、生境、限制因子、生态幅、李比希最小因子定律、谢尔福德耐性定律、趋李比希最小因子定律、谢尔福德耐性定律、趋异适应、生态型、趋同适应、生活型异适应、生态型、趋同适应、生活型问答:

生态因子作用的一般特征。

生态因子作用的一般特征。

光的生态作用及其特点。

光的生态作用及其特点。

生物因素作用的一般特征有哪些?

生物因素作用的一般特征有哪些?

概念:

食物网、食物链、营养级、生态金字塔、初级生产者、次级生产者、辅助能、能值。

问题:

nn农业生态系统能量传递途径有哪些?

nn人工辅助能对农业生产的作用?

nn如何提高农业生态系统能量利用,调控途径有哪些?

nn课堂作业:

能量模型建立河南农业大学农学院2024年9月13日概念:

生物地球化学循环、气相型循环、沉积概念:

生物地球化学循环、气相型循环、沉积型循环、库、流、周转率、周转期、循环效型循环、库、流、周转率、周转期、循环效率、温室效应、生物富集;率、温室效应、生物富集;问题:

问题:

nnCC、NN、水分循环主要途径及其如何提高其利、水分循环主要途径及其如何提高其利用效率?

用效率?

nn农业生态系统养分循环一般模式及特点。

农业生态系统养分循环一般模式及特点。

nn调节农田养分循环途径有哪些?

调节农田养分循环途径有哪些?

nn物质循环计算和绘出模式图。

物质循环计算和绘出模式图。

c概念概念:

生态阈值,生态容量,生态平衡生态阈值,生态容量,生态平衡c思考题:

思考题:

c1、农业生态系统保持稳定调控机制是什么?

、农业生态系统保持稳定调控机制是什么?

c2、生态系统平衡失调主要标志是什么?

、生态系统平衡失调主要标志是什么?

c3、如何保持农业生态系统平衡?

、如何保持农业生态系统平衡?

n1中国生态农业与国外生态农业在原理与技术中国生态农业与国外生态农业在原理与技术上的比较;上的比较;n2举出实例,运用生态农业的原理解释其生态举出实例,运用生态农业的原理解释其生态农业模式的生态合理性。

农业模式的生态合理性。

n3信息流对农业生态系统的作用有哪些?

信息流对农业生态系统的作用有哪些?

n4价值流对农业生态系统的调控作用表现在哪价值流对农业生态系统的调控作用表现在哪些方面?

些方面?

n5根据一定条件设计生态农业模式并能进行分根据一定条件设计生态农业模式并能进行分析其合理性。

析其合理性。

河南农业大学农学院2024年9月13日1-1-1生态学的定义v生态学是研究生物及环境间相互关系的科学。

即:

生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学,其目的是指导人与生物圈(即自然、资源与环境)的协调发展。

河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-1农业生态学及其发展过程

(一)农业生态学概念+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(agriculturalecology,agroecology):

是运用生态学的原理及系统论的方法,研究农业生物与其自然和社会环境的相互关系(协同演变、调控和持续发展等)的应用性学科。

+农业生态学:

生态科学在农业中的应用。

河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-1农业生态学及其发展过程

(二)农业生态学产生1、农业生产的实践是农业生态学、农业生产的实践是农业生态学产生的源泉和动力。

产生的源泉和动力。

2、普通生态学发展是农业生态学、普通生态学发展是农业生态学形成的学科基础形成的学科基础。

+Papadakis在1938年提出农业生态学:

研究农田气候、土壤、生产力与作物特性的关系。

+1942G.Azzi开设农业生态学,1956年正式出版该书。

河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-1农业生态学及其发展过程(三)农业生态学发展+作物生态学或生态作物地理学阶段作物生态学或生态作物地理学阶段(20世纪世纪70年年代前)代前)研究的重点集中在农作物与农田土壤、气候、杂草等的相互关系,以及影响作物分布和生态适应能力等方面,多数仍局限于个体生态学或作物生态学的个体生态学或作物生态学的研究范畴研究范畴。

+以系统生态学为基础农业生态学发展阶段以系统生态学为基础农业生态学发展阶段(20世世纪纪70年代后)年代后)研究农业生态系统为重点的农业生态学开始发展,注意研究系统整体内组分之间的相互关系,1972小田桂三郎(日本)农田生态学。

1979圣迭戈州立大学G.W.Cox(美)等农业生态学。

河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-1农业生态学及其发展过程(四)中国农业生态学发展的动力(四)中国农业生态学发展的动力1、国际生态意识高涨、持续发展思想广为采纳、国际生态意识高涨、持续发展思想广为采纳的推动的推动2、中国传统哲学中的整体观和天人合一思想是、中国传统哲学中的整体观和天人合一思想是推动我国农业生态学发展的历史基础推动我国农业生态学发展的历史基础3、中国农业生产中紧迫的资源、环境与生态问、中国农业生产中紧迫的资源、环境与生态问题是推动我国农业生态学发展的需求动力题是推动我国农业生态学发展的需求动力4、不断汲取相关学科精华是农业生态学尽快成、不断汲取相关学科精华是农业生态学尽快成熟的推动力熟的推动力河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-2研究的对象和基本内容v对象v农业生态系统(agroecosystem)v2基本内容

(1)农业生态学的基本概念和原理

(2)农业生态系统的结构v农业生态系统:

生物+环境v结构:

水平结构垂直结构时间结构河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-2研究的对象和基本内容研究的对象和基本内容(33)研究农业生态系统的功能)研究农业生态系统的功能vv物流:

物质在生态系统循环和利用过程物流:

物质在生态系统循环和利用过程.vv能流:

能流:

vv信息流:

信息流:

vv价值流:

价值流:

(44)农业生态系统在不)农业生态系统在不同的自然条件和社会同的自然条件和社会条件下所形成的类型,分布及特点条件下所形成的类型,分布及特点(55)农业生态系统发展及演替规律)农业生态系统发展及演替规律(66)农业生态系统的调节与控制)农业生态系统的调节与控制河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-3农业生态学的特点农业生态学的特点

(一)理论实用性研究内容与研究成果帮助解决农业生产实际问题,如农业区划、区域综合开发和治理、农业资源利用、生态工程建设等多方面都有广泛应用。

(二)学科交叉性从知识结构上是多学科组成;研究对象是多元的。

(三)研究统一性强调适用于不同学科的共同思想和共同语言,强调适用于生态系统不同组分的通用方法。

(四)宏观层次性宏观农业层次(农业生态系统)河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-4农业生态系统的研究方法农业生态系统的研究方法vv1定性描述vv2常规的调查研究、试验研究vv3系统分析法系统分析法:

系统分析法:

指通过定量研究,用数学的语言来描述不同事物之指通过定量研究,用数学的语言来描述不同事物之间的各种联系和随时间变化的规律,建立数学模型,进间的各种联系和随时间变化的规律,建立数学模型,进行试验,模拟农业生态系统的行为,对农业生态系统进行试验,模拟农业生态系统的行为,对农业生态系统进行预测,管理和控制,利用系统工程和方法,对农业生行预测,管理和控制,利用系统工程和方法,对农业生态系统进行优化处理。

态系统进行优化处理。

河南农业大学农学院2024年9月13日1-2-5农业生态学的任务vv总任务总任务研究协调生物与环境的关系,协调农业生态系统内研究协调生物与环境的关系,协调农业生态系统内各组成要素的关系,以使实现高生产力,高生产效各组成要素的关系,以使实现高生产力,高生产效率,经济效率和良好的生态效益。

率,经济效率和良好的生态效益。

vv当前的任务当前的任务用农业生态学的原理去解决农业生产过程中全局性用农业生态学的原理去解决农业生产过程中全局性问题。

问题。

vv长远任务长远任务研究中国传统农业经验,及正确分析、对待发达国研究中国传统农业经验,及正确分析、对待发达国家的农业,分析和摸索我国如何实现农业现代化。

家的农业,分析和摸索我国如何实现农业现代化。

一、系统一、系统的概念与基本特征的概念与基本特征系统的概念L.V.Bertanlanffy(1922,奥地利科学家奥地利科学家):

系统是相互联系的诸要素的综合体。

表示为:

S(系统)=R(E)R:

要素间关系E:

各要素钱学森:

系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体。

(一)系统的概念

(一)系统的概念n有两个以上的组份(要素);有两个以上的组份(要素);n各各要要素素间间相相互互联联系系、作作用用、影影响响,又又称称“偶偶联联”(couplingcoupling),即即密密切切联联系系,(“耦耦合合”、“协协同同”、“联动联动”、“互作互作”););n各要素必须以整体方式共同完成一定的功能。

各要素必须以整体方式共同完成一定的功能。

系统构成必备系统构成必备条件条件例如河南农业大学农学院(11)系系统统结结构构的的有有序序性性:

各各组组分分是是有有机机结合而成。

系统具有边界和不同层次。

结合而成。

系统具有边界和不同层次。

河南农业大学农学院(22)系统的整体性:

)系统的整体性:

量比关系量比关系-指组分指组分间在数量上的比例,它控制着系统的结构。

间在数量上的比例,它控制着系统的结构。

相互作用(空间关系)相互作用(空间关系)-指组分间相互关联指组分间相互关联的方式,它控制系统功能。

的方式,它控制系统功能。

河南农业大学农学院(33)系统功能的整合性:

)系统功能的整合性:

系统具有其组系统具有其组分或子系统所没有的功能。

分或子系统所没有的功能。

“双基因型玉米间混作”减灾稳产栽培理论与技术,可显著提高玉米群体的抗逆性,使玉米在灾害发生时稳产性提高50%以上。

单作的郑单958郑单958与抗锈病的鲁单981间作水肥耦合系统功能的整合性总体小于单元和,即总体小于单元和,即1+121+121+12。

例例如如:

农农业业生生产产的的优优化化种种植植,退退耕耕还还林林、退退耕耕还还牧牧等等。

IRRIIRRI研研究究磷磷钾钾肥肥对对水水稻稻产产量量的的影影响响实实验验结结果果表表明明,单单增增磷磷肥肥的的增增产产效效果果为为12.6%12.6%,单单增增钾钾肥肥的的增增产产效效果果为为4.0%4.0%,然然而而磷钾肥同施的增产效果却是磷钾肥同施的增产效果却是26.0%26.0%,而不是,而不是16.6%16.6%。

Why?

组分存在于一定的结构中。

结构好坏,效果不同。

前者步调不一,协调不好,减少各组分原有的独立功能;后者步调一致,众志成诚,加强各组分原有的独立功能。

WPi(i=1,2,3n)来表示,其中来表示,其中W代表整体功代表整体功能,能,Pi表示第表示第i个组分的功能个组分的功能结论:

系统的结构决定系结论:

系统的结构决定系统的功能统的功能凡系统必有结构,结构决定功能,要改变凡系统必有结构,结构决定功能,要改变系统的功能必须改变结构。

这是系统论的系统的功能必须改变结构。

这是系统论的基本观点基本观点;系统的结构:

是指系统内各组分之间的数系统的结构:

是指系统内各组分之间的数量比例关系及其相互联系。

量比例关系及其相互联系。

生态系统的概念(续)E.P.Odum:

生态系统是指由生境(habitat)和占据该生境并联结在一起的生命有机体所构成的动态整体。

=+生态系统生态系统=生物群落(生命系统)生物群落(生命系统)+生境(环境系统)生境(环境系统)河南农业大学农学院2024年9月13日生物群落生物群落(bioticcommunity)(bioticcommunity)v是指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的是指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的集合体。

即群落是由不同种类的生物组成的生物集合体。

即群落是由不同种类的生物组成的生物复合体。

复合体。

v生物群落生物群落=植物群落植物群落+动物群落动物群落+微生物群落微生物群落v也可以说,一个生态系统中具生命的部分即生物也可以说,一个生态系统中具生命的部分即生物群落。

如一片森林、一片草地、一片农田等。

群落。

如一片森林、一片草地、一片农田等。

河南农业大学农学院河南农业大学农学院2024年9月13日所谓种群所谓种群(populationpopulation)是是指占据特定空间与时间的同一物种指占据特定空间与时间的同一物种(或有机体)的集合体。

(或有机体)的集合体。

PopulationPopulation来源于拉丁语来源于拉丁语populuspopulus,人类学上称人类学上称“人口人口”,昆虫学上称,昆虫学上称“虫口虫口”,栽培学上称,栽培学上称“群体群体”。

不是个体的简单相加:

具有系统基本属性,一个种群不等于个体的简单相加,有机体之间相互作用,在整体上呈现有组织有结构的特性。

个体之间差异性:

不同的发育阶段(年龄不同);同一生长阶段,个体贡献不同。

个体水平与种群水平的差异:

个体有出生、死亡,种群称为出生率和死亡率。

种群内涵:

种群内涵:

生物群落与其生存环境之间,以及生物群落生物群落与其生存环境之间,以及生物群落内生物种群之间密切联系、相互作用,通过内生物种群之间密切联系、相互作用,通过物物质交换、能量转换和信息传递质交换、能量转换和信息传递,成为占据一定,成为占据一定空间,具有一定结构、执行一定功能的动态平空间,具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体。

衡整体。

能量流动(能量流动(energyflow)物质循环(物质循环(nutrientcycle)信息传递(信息传递(informationtransfer)生态系统概念生态系统概念生态系统概念生态系统概念生态系统概念生态系统概念河南农业大学农学院三、生态系统组成三、生态系统组成河南农业大学农学院2024年9月13日生态系统生物成分非生物环境生产者(producers)消费者(consumers)还原者(decomposers)太阳辐射能无机物质有机物质河南农业大学农学院生产者(生产者(producersproducers),又称初级生产又称初级生产者(者(primaryproducersprimaryproducers)z光合绿色植物(自养生物)z光合细菌:

CO2+H2S(CH2O)+Sz化学合成细菌:

6H2+2O2+CO2(CH2O)+5H2Oz兼性生物:

如低等藻类自养型植物,包括所有进行光合作用的绿色植物和化能合成细菌。

绿色植物利用日光作为能源,通过光合作用将吸收的水、CO2和无机盐类合成初级产品碳水化合物,可进一步合成脂肪和蛋白质。

这些有机物成为地球上包括人类在内的一切生物的食物来源。

河南农业大学农学院2024年9月13日生物圈中的绿色植物绿色植物是生物圈中作用最大的一类绿色植物是生物圈中作用最大的一类生物,它对生物圈的存在和发展起着决定性作生物,它对生物圈的存在和发展起着决定性作用。

绿色植物通过它的生命活动直接或间接地用。

绿色植物通过它的生命活动直接或间接地为其它生物提供食物和能量,并对维持生物圈为其它生物提供食物和能量,并对维持生物圈中的碳氧平衡和水循环发挥着重要作用。

中的碳氧平衡和水循环发挥着重要作用。

光合作用河南农业大学农学院消费者(消费者(consumersconsumers)指除了微生物以外的异养生物,主要指依赖初级生产者为生的各种动物。

河南农业大学农学院2024年9月13日1.食草动物:

以植物为食的动物,为一级消费者。

食草动物:

以植物为食的动物,为一级消费者。

2.食肉动物:

以动物为食的动物。

食肉动物:

以动物为食的动物。

第一级肉食动物:

以食草动物为食的动物,为二级消第一级肉食动物:

以食草动物为食的动物,为二级消费者。

费者。

第二级肉食动物:

以一级食肉动物为食的动物,为三级第二级肉食动物:

以一级食肉动物为食的动物,为三级消费者。

消费者。

第三级肉食动物(顶部肉食动物):

四级消费者第三级肉食动物(顶部肉食动物):

四级消费者3.寄生者寄生者如:

蛔虫、线虫、菟丝子、血吸虫如:

蛔虫、线虫、菟丝子、血吸虫4.杂食类消费者杂食类消费者如:

熊、鲤鱼、刺猬如:

熊、鲤鱼、刺猬河南农业大学农学院分解者(分解者(decomposersdecomposers)主要是指以动植物残体为生的异养微生物。

z一是包括真菌、细菌、放线菌,又称“小分解者”;z二是包括一些原生动物和腐食性动物,又称之腐养者(Saprotrophs)或“大分解者”。

z有机物能量分解过程包括下面三种过程z有氧呼吸:

C6H12O2+6O26CO2+6H2O能量z无氧呼吸:

释放CH4和H2Sz发酵(不完全呼吸):

释放醇、有机酸等。

z分解过程划分为三个阶段:

由于物理的或生物的作用,把尸体分解为颗粒状的碎屑;由于腐生生物的作用,形成腐殖酸和其它可溶性有机物;腐殖酸缓慢地矿化河南农业大学农学院2024年9月13日酶河南农业大学农学院非生物组分(环境组分)非生物组分(环境组分)z太阳辐射(solarradiation)太阳的直射辐射和散射辐射,它是生态系统的主要能源;太阳辐射能经自养生物的光合作用被转化为有机物中的化学潜能。

同时太阳辐射也为生态系统中的生物创造生存所需的温热条件。

z无机物质(inorganicsubstance)生态系统环境中的无机物质,一部分来自大气的氧、二氧化碳、氮、水及其它物质;另一部分来自土壤中的氮、磷、钾、钙、硫、镁、水、氧和二氧化碳。

z有机物质(organicsubstance)生态系统环境中的有机物质,主要是来源于动物残体、根系分泌物。

它们是联接生物与非生物部分的物质,如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等。

z土壤(soil)作为一个生态系统的特殊环境组分,是无机物和有机物的贮藏多生物的直接或间接栖息场所。

河南农业大学农学院2024年9月13日生物组分与非生物组分间的相互关系生物组分与非生物组分间的相互关系o物种多样性的定义物种多样性的定义物种多样性是指动物、物种多样性是指动物、植物、微生物等生物种植物、微生物等生物种类的丰富程度。

类的丰富程度。

o物种多样性包括两个方物种多样性包括两个方面:

其一是指一定区域面:

其一是指一定区域内的物种丰富程度,可内的物种丰富程度,可称为区域物种多样性;称为区域物种多样性;其二是指生态学方面的其二是指生态学方面的物种分布的均匀程度,物种分布的均匀程度,可称为生态多样性或群可称为生态多样性或群落物种多样性。

落物种多样性。

四、生态系统的结构四、生态系统的结构o物种结构(组分结构):

生物种群(类群)及比例o多样性指数多样性指数(diversityindex)多样性指数是丰富度和均性的综合指标。

多样性指数是丰富度和均性的综合指标。

(1)辛普森多样性指数辛普森多样性指数属于种属于种i的个体在全的个体在全部个体中的比例部个体中的比例多样性指数多样性指数辛普森多样性指数辛普森多样性指数对稀有种起作用较对稀有种起作用较少而对普通种则作少而对普通种则作用较大,其阈值由用较大,其阈值由低多样化(低多样化(00)到高)到高多样化(多样化(111/s1/s),),这里这里SS是种类数目。

是种类数目。

o

(2)香农香农-威纳指数威纳指数属于种属于种i的个体在全的个体在全部个体中的比例部个体中的比例第第i个物种个物种多样性指数多样性指数H为采集的信息含量(比特为采集的信息含量(比特/个体)个体)HH值越大,则未确定的信息量也越大,值越大,则未确定的信息量也越大,HH=0=0,则群落中确定,则群落中确定信息大。

它适用于大群落中随即采样且物种数已知的情况。

信息大。

它适用于大群落中随即采样且物种数已知的情况。

河南农业大学农学院2024年9月13日四、生态系统的结构四、生态系统的结构垂直结构:

生物按高度或深度的垂直配置,即形成了成层垂直结构:

生物按高度或深度的垂直配置,即形成了成层现象,保证了各物种在单位空间中更充分利用环境资源。

现象,保证了各物种在单位空间中更充分利用环境资源。

,从陆生植物群落来说,从陆生植物群落来说,包括地上部分和地下部分。

决定包括地上部分和地下部分。

决定地上部分分层的环境因素,主要地上部分分层的环境因素,主要是光照、温度和湿度条件;而决是光照、温度和湿度条件;而决定地下分层的主要因素,是土壤定地下分层的主要因素,是土壤的物理和化学性质,特别是水分的物理和化学性质,特别是水分和养分。

成层现象是植物群落与和养分。

成层现象是植物群落与环境条件间相互关系的一种特殊环境条件间相互关系的一种特殊形式。

形式。

河南农业大学农学院2024年9月13日vv随海拔高度的增加,地形地势、热量和水分等随海拔高度的增加,地形地势、热量和水分等环境因子条件会发生变化,相应物种的分布也环境因子条件会发生变化,相应物种的分布也会受到影响。

会受到影响。

如:

纵贯我国中部的秦岭山脉,阴挡了来自北方的如:

纵贯我国中部的秦岭山脉,阴挡了来自北方的冷空气,使秦岭以南和以北的植物群落迥然不同。

冷空气,使秦岭以南和以北的植物群落迥然不同。

vv岭南:

亚热带常绿阔叶林区。

岭南:

亚热带常绿阔叶林区。

如图如图vv岭北:

温带落叶阔叶林区。

岭北:

温带落叶阔叶林区。

如图如图环境梯度与群落垂直地带性分布环境梯度与群落垂直地带性分布群落的分布往往受环境梯度的制约,表现出明显的垂直地带性垂直地带性。

河南农业大学农学院2024年9月13日水平结构水平结构v群落内由于环境因素在不同地点上的不均匀群落内由于环境因素在不同地点上的不均匀群落内由于环境因素在不同地点上的不均匀群落内由于环境因素在不同地点上的不均匀性和生物本身特性的差异,而在水平方向上分性和生物本身特性的差异,而在水平方向上分性和生物本身特性的差异,而在水平方向上分性和生物本身特性的差异,而在水平方向上分化形成不同的生物小型组合,称为群落的水平化形成不同的生物小型组合,称为群落的水平化形成不同的生物小型组合,称为群落的水平化形成不同的生物小型组合,称为群落的水平结构。

结构。

结构。

结构。

vv如:

森林中荫蔽的地块生长耐阴植物,明亮如:

森林中荫蔽的地块生长耐阴植物,明亮如:

森林中荫蔽的地块生长耐阴植物,明亮如:

森林中荫蔽的地块生长耐阴植物,明亮的空地生长喜光植物。

的空地生长喜光植物。

的空地生长喜光植物。

的空地生长喜光植物。

vv造成群落不同水平分布型的原因,主要是群落造成群落不同水平分布型的原因,主要是群落造成群落不同水平分布型的原因,主要是群落造成群落不同水平分布型的原因,主要是群落所处地段的所处地段的所处地段的所处地段的环境因子分布的不均匀、物种的生环境因子分布的不均匀、物种的生环境因子分布的不均匀、物种的生环境因子分布的不均匀、物种的生殖特点、种间相互关系作用及种的分工合作程殖特点、种间相互关系作用及种的分工合作程殖特点、种间相互关系作用及种的分工合作程殖特点、种间相互关系作用及种的分工合作程度度度度等。

等。

等。

等。

vv群落的水平结构有利于相继利用不同时段的自群落的水平结构有利于相继利用不同时段的自群落的水平结构有利于相继利用不同时段的自群落的水平结构有利于相继利用不同时段的自然条件,使生态系统获得较大的生产力。

然条件,使生态系统获得较大的生产力。

然条件,使生态系统获得较大的生产力。

然条件,使生态系统获得较大的生产力。

河南农业大学农学院2024年9月1

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