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1、农业生态学复习纲要农业生态学复习纲要2012农业生态学复习主要内容 第一章 绪 论生态学：研究生物与其环境（包括非生物环境与生物环境）相互关系的科学。（德国，海克尔H.Haeckel，1866年） 有机体(organism)或生物（biotic、biology）、生命(life):由核酸和蛋白质组成的复合体。环境（environment）：某一主体周围的一切因素的总和。环境包括自然环境（岩石圈、大气圈、生物圈、水圈、土壤圈）和社会环境（宗教信仰、经济、文化历史）生态学发展史：（1）第一阶段生态学知识积累阶段（19世纪末即1866年前）（2）第二阶段个体生态学与群落生态学（18661935），从

2、个体生态学的研究转向群体（3）第三阶段生态系统生态学阶段（1935-1962）：近代生态学以生态系统的研究为中心（4）生态学向调控与工程方向发展阶段（1962年后）：现代生态学人与环境生态学的提出与研究知识点：（1）我国古农书，2200年前，战国管子地圆篇植物分布与水文土质的生态关系，例如积累24节气反映气候与生物关系指导农业生产的重要依据。（2）1803年：马尔萨斯（Malthus）的人口论阐述了生物繁殖食物、人口粮食生产的关系。（3）1866年德国生物学家海克尔（H.Haeckel）首先把“研究有机体与环境相互关系的科学”命名为生态学（Ecolgy），标志着生态学的诞生。（4）1895年植

3、物生态学创始人瓦尔明（E.Warming）发表了以植物生态地理为基础的植物分布学；（5）1898年，辛柏尔（A.F.W.Schimper）发表了以生理学为基础的植物地理学。（6）1942年，美国生态学家林德曼（R.L.Lindam）提出“食物链”和“生态金字塔规律”（十分之一定律）为生态系统的研究奠定了基础。实现了生态学从定性描述向定量研究的转变。（7）生态学的研究发展中学派：英美学派：坦斯利（Tansley）不列颠群岛的植被和克列门茨（Clements）普通植物生态学 英国及北美洲大陆的森林、草原、海滨湖植被及利用目的，提出了演替、顶级、生态系统、生态平衡等学术概念。其他，法瑞学派、北欧学派

4、和苏联学派等（8）研究方法及算机信息技术在现代生态学发展中革命：贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy）“系统论”。香农（C.E.Shnnon） “信息论”，诺伯特维纳（Nobert Wiener）的控制论；60年代，计算机技术应用使复杂生态系统研究在理论上、方法及工具上日趋完善，为系统分析方法在生态学上的运用奠定了基础，使生态学的研究进入定量、控制应用方法方向发展。例如：遥感（DS）、GIS、GPS卫星定位系统应用；20世纪80年代 “国际地圈与生物圈规划”（I.G.B.P）研究目标：协调人与自然的关系，改善人类的生存环境，并成为目前生态研究的重要方向；20世纪90年代以来，生态学在生物多

5、样性、全球变化和可持续发展，大量的生态工程实践：“整体、协调、再生、循环”等原理、“社会-经济-生态”效益同时并重走持续发展之路。（9）生态学研究与发展的六个层次：个体生态学、种群（population）、群落（community）、生态系统（ecosystem）、景观生态学（landscape ecology）和全球（生物圈）。（10）生态学在应用中分支学科的产生：生态学按其性质一般分为：理论生态学和应用生态学两大类，按应用领域分：农业生态学、城市生态学、污染生态学、道路生态学等； 生态学的研究方法：1. 野外与现场调查；2. 实验室分析；3. 模拟实验系统和生态系统：系统（system）的

6、定义： “由相互作用和相互依赖的若干组分结合在一起，能完成特定功能，并朝特定目标发展的有机整体。”生态系统（ecosystem）的定义：生物与生物之间以及生物与其生存环境之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转化和信息传递，成为占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体，称之为生态系统。系统的基本特征：（1）系统结构的有序性：系统的边界与层次 （2）系统的整体性：数最比例和空间位置完成特定功能：能量流动、物质循环、信息传递、价值转化等，“目的性”（3）系统具有整合特性（emergent property）：“系统的整体功能大于个组成部分功能之和的特性”根据环境条件特性（纬度、地

7、形、地表结构、海拔、气候等）划分：生态系统的组成要素（1）生物组分：生产者（初级生产 primary production和初级生产者primary producers ）主导作用、存在与发展；消费者（macroconsumers）：各种异养动物、草食性、肉食性、寄生、腐生、杂食；分解者（decomposers，or microconsumer）：真菌、细菌、放线菌、原生、腐食动物:还原、释放元素和有机成分，土壤肥力形成（2）非生物组分 （环境）：太阳辐射（solar radiation），提供能源、温热条件；无机质（inorganic substance）：元素、大气、水；有机质 (orga

8、nic substance)动植物残体、排泄物及植物分泌物等联系生物与非生物的部分物质；土壤 (soil ) ：无机和有机物质的储藏库，动植物、微生物等栖居场所生态系统的功能（核心）： （1）能最流动：单向流动、逐级递减 （2）物质循环：多次重复吸收利用，生物地球化学循环（全球性的）， （3 ）信息传递：生物的、物理的、化学的。 生态系统划分：（1）根据环境条件特性（纬度、地形、地表结构、海拔、气候等）划分：海洋生态系统如海岸、浅海、远洋（珊瑚礁）；陆地生态系统森林生态系统（生物量最大如热带雨林）；草原（农田）生态系统（畜牧业、养殖业）；淡水生态系统如河流、溪流、湖泊、池塘、沼泽、水库（湿地保

9、护）（2）以受人类干扰和程度为依据划分：自然生态系统、半自然生态系统、人工生态系统。农业生态学产生及概念农业生产的实质: 农业本身就是利用与调节生物与环境关系的一个生物再生产过程。农业生态学（agricultural ecology, Agroecology）：是运用生态学的原理及系统论的方法，研究农业生物与自然环境和社会环境的相互关系的一门应用性学科。 农业生态系统：指在人类的积极参与下，利用农业生物种群和非生物环境之间以及农业生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效的生态机能，进行能量转化和物质循环，并按人类的理想要求进行物质生产的综合体。农业生态系统的组分结构：农业生态系统的组分

10、结构系指农、林、牧、副（加工）、渔各业之间的量比关系，以及各业内部的物种组成及量比关系。（面积、产量、产值衡量）当前人类社会面临的五大生态危机：人口、粮食、能源、资源、环境农业生态学的研究对象主要是农业生态系统（Agroecosystem），即研究农业生物之间，环境之间及生物与环境之间的相互关系及调控途径。任务是揭示农业生态系统内外相互关系的基本规律，探讨最佳农业生态系统或生态农业模式，协调农业的社会效益、经济效益和生态效益，促进农业的可持续发展。农业生态系统的组分结构特点：生物组分：农、林、牧、副、渔、虫、菌等 驯化作物（植物动物微生物基础上增加了生态系统的调节者和主体消费者:人类）；环境组

11、分：农业基础设施和自然生态环境（水体、大气、太阳辐射、土壤等）必须达到一定标准。农业生态系统的系统结构组成包括：（1）自然生态系统：遵循自然规律（生物现存量达到最大，最大限度的利用自然资源）；（2）农业经济系统：遵循农业政策、市场经济、宏观经济、社会等；（3）农业技术系统：农业环境（基础设施、厂房设备、机具等）、农业生物技术、投入与产出方式等。农业生态系统的功能特点：（1）能量流（energy flow）：自然的太阳能和人工辅助能转化为农产品中的能量。（2）物质循环（nutrient cycle）：天然的元素和化合物与人工合成化合物转化为农产品和工业产品。（3）信息传递（information

12、 transform） ：农业科技、广播、教育及推广等社会信息对农业生产的促进作用。（4）价值转化（value transfer）：投入与产出的关系。农业和农村发展的3大目标：食品安全与保证（社会效益），农村就业与收入增长（经济效益），自然资源与环境保护（生态效益） 人类农业发展简史经历的3个阶段：原始农业传统农业（生产力低下）现代农业（工业农业、石油农业）。近代农业发展模式探索（几种替代农业）： 自然农业（Natural Farming）：日本，绿色农业 有机农业（Organic Farming）：有机农业类似于我国的传统农业。 生物农业（biology Farming ）：生物学、生态学原

13、理建成生产体系。 生态农业（Ecological Farming）：生态上自我维持。 持续农业（Sustainable Agriculture）：经济社会生态效益兼顾 农业生态工程（Ecologicalengineering Agriculture ）：整体、协调、再生、循环农业生态系统与自然生态系统的区别：类别自然生态系统农业生态系统生物构成生物农业生物、人类环境组分自然环境人工调控系统稳定性高低开放性封闭开放净生产力低高服从规律自然规律自然和经济规律第二章 农业的基本生态关系生物与环境的关系：（1）生态作用：环境对生物的影响和制约作用。（2）生态适应：生物反过来对环境的影响和改变。在生物与

14、环境的相互关系中，由于环境的复杂多变，生物似乎总是处于从属、被支配的地位，只能被动地去适应、逃避。事实上，这只是二者关系的一个方面。生命作为一个整体，不仅能够被动地适应环境，而且还能主动地影响环境，改造环境，使环境保持相对稳定，向有利于生物生存的方向发展。 从较短的生态时间尺度看，生物与环境的关系以生态适应为主，反作用为辅；从较长的进化尺度看，生物与环境的关系则以反作用为主。生境：具有特定生态特征的某一生物种群或生物群落，由于生态环境的约束，只能在某一特定的区域中生存，则把该区域称为该生物种群或生物群落的生境（栖息地）。生活型（生态类型）：是指分类上不同的一些植物，由于生活在相同或相似的环境下

15、，发生趋同适应在生理、形态和生态上出现相同或相似的特征生物类型。生态型：是指同种生物的不同个体群，长期生存在不同的自然生态条件或人为培育条件下，就发生趋异适应，经过自然选择和 人工选择而分化形成的形态、生理、生态不同的可遗传的基因型类群。生态位：生态位是生物完成其正常生活周期时所表现出来的对特定生态因子的综合适应位置。是一个生物种在群落或生态系统中的功能与地位。最小因子定律（law of minimum）：1840年，李比希（Justus Liebig） 限制因子原理（下限）：植物的生长取决于数量最不足的那一种营养物质。根据引起生态型分化的主导因素，可把生态型划分为气候生态型、土壤生态型和生物

16、生态型等。以水稻的气候、土壤、生物生态型为例：以光照、温度为主导因子分为籼稻和粳稻；以光周期为主导因子分早、中、晚稻；以土壤水分为主导因子分水稻和陆稻；根据土壤肥力：耐瘠和耐肥之分；根据对病（病原生物）、虫害的适应性：敏感型和高抗型。生物对环境的适应机制：进化适应的机制、交互适应、策略适应。生态位的分类：基础生态位(fundament niche)，实际生态位(realized niche)，营养生态位(trophic niche): 生态位理论：（1）竞争排斥原理（Competition exclusion principle ），两个互相竞争的物种不能长期共存于同一区域；（2）特征替代与生

17、态位分异（niche differentation） ：对环境资源的不同利用使得不同物种同时存在与同一区域；（3）生态位重叠（niche overlap）：物种间对资源利用的相似程度与分享数量。生态位理论的应用：（1）生态位理论在解释自然群落的形成上的应用：竞争排斥原理：物种取代，消除不稳定因素；生态位分异：物种间避免直接竞争； 经过竞争排斥原理和生态位分化后形成的生态系统或群落是一个生物种相互作用的种群系统。资源互补、竞争缓和、利用和改造环境充分，生产力高的、稳定性好的群落。（2）生态位理论在农业生产上的应用： 立体农业、农牧结合、综合养殖的物种互补搭配拓展基础生态位：农业自然环境的改造。森

18、林的生态作用：（1）涵养水源，保持水土（2）调节气候，增加雨量（3）防风固沙，保护农田（4）净化空气，防治污染（5）降低噪音，美化大地（6）提供燃料，增加肥源生态型和生活型的区别与联系：生态型与生活型（形态外貌）相对的一个概念，都是生物适应环境的结果。它们的差异是适应方式不同、分类地位不同，生活型是主要根据生物的外部形态进行区分，是种以上的分类单位；而生物的生态型是源于基因的差别，是可遗传的生态变异，是种以下的分类单位。 生境和生态位的区别：生境（其同义词为栖息地）只是生态位这个概念的一部分。生态位的含义远不止是“生活空间”（温度，空气湿度等环境因素的综合，它是生物生存的依据）的一个抽象概念，

19、它描述了一个物种在其群落生境中的功能作用，而且它带有构成群落生境的自然因素所留下的烙印。它是一个物种为求生存而所需的广义“资源”。种群种群：指在某一特定时间中占据某一特定空间的同一物种（或有机体）的集合体。如生活在一个池塘里的所有鲤鱼。物种：是指所有同种生物、但由不同的种群组成的群体。一个物种通常可以包含许多种群。内禀增长率（intrinisic rate of increase）：在最有利条件下，即种群具有最大出生率和最小死亡率时，种群有最大增长率叫做“内禀自然增长率（r）”。即生物生殖潜能（ biotic reproduction potential）环境容量（K，carring capa

20、city）：能在一个生境或生态系统中长期存在而对别的种群、生境或生态系统没有损害影响的种群的最大数量。种群的空间分布：是指生物种个体在其生存环境空间中的配置方式，其空间分布取决于物种的生物学特性。其空间分布形式：随机型；均匀型；成群型。生态对策：指生物朝不同方向进化的对策，也即生物以何种形态和功能特征的适应而在其生境中生存和繁衍后代。种群的数量特征：种群密度：指单位面积或容积内某个种群的个体总数。 粗密度 指单位总空间内的生物个体数。 生态密度指单位栖息空间内某种群的个体数量（或生物量）。 单种种群的增长模型：（1）几何级增长：在无环境限制下的世代分离的种群，其增长呈不连续状态。 （2）指数式

21、增长（J 增长）：在无限环境条件下的世代重叠的种群，其增长呈连续状态。 （3）逻辑斯谛增长（S型增长）：在有限的环境条件下，开始时因为种群数量少增长缓慢，随后逐渐加快，不久之后，由于种群对有限空间资源和其他生活必需条件的种内竞争加剧，环境阻力的逐渐增加，增长速度又开始逐渐下降，直到种群数量达到环境容纳量（K）并维持下去。dN/dt=rN（K-N）/Kr表示物种的潜在的增殖能力; k表示环境容纳量。 S曲线有一个上渐近线，即S型曲线渐近于K值，但不会超过这个最大值，即环境容量。最大持续产量：K/2拐点农业、渔业、林业等保持种群的一定数量，防止过度放牧、捕捞及砍伐等导致物种濒危或生态破坏。种群进化

22、的生态对策：不同生物对环境的适应对策各不相同，从而促使生物种群向不同的方向进化。种群的进化与适应是生态系统重要的稳定机制。生态对策；分为r 对策与K对策。r-对策生物特征：r对策生物特征：通常寿命短，发育快，一般不足一年，生殖率高，但后代存活率低。r-对策种群善于利用小的和暂时的生境，有较强的迁移和散布能力，很容易在新的生境中定居。主要包括昆虫、细菌、藻类。K-对策生物的特征：K-对策生物通常命寿长，种群数量稳定，竞争能力强；生物个体大但生殖力弱，亲代对子代提供很好的照顾和保护。对生境有极好的适应能力，能有效地利用生境中的各种资源，种群数量通常稳定在环境负荷量的水平附近。K-对策种群由于寿命长

23、、成熟晚，再加上缺乏有效的散布方式，所以在新生境中定居的能力较弱。K-对策者：脊椎动物和种子植物。生态对策在农业生产上的利用在农业生产中应适当配置r-k谱系中的各类物种。利用k型生物可起到稳定环境的作用，如防护林、果树等。利用r型生物可提高生产力,如利用浮游生物、蚯蚓、蚕、蜂、食用菌等生活周期短、繁殖快的特点可以加速物质循环利用，减少养分流失。大量的农作物和家畜家禽则属于中间的过度类型。种群间的相互作用：（1）正相互作用：互利共生：指两个物种长期共同生活在一起，彼此相互依赖、相互依存，并能直接进行物质交流的一种相互关系。真菌和高等植物根系共生形成菌根；真菌与藻类共生形成地衣。偏利共生：共生的两

24、种生物，一方得利，对另一方无害。林间的一些动物和鸟类，以树木作为掩蔽或筑巢用，对树木不造成伤害。原始协作： 两种生物在一起生活对彼此有利，但二者并无依赖关系。稻田养鱼，稻田可为鱼提供水分和食物，鱼可采食稻田的杂草和害虫，鱼的粪便可提高稻田肥力，从而促进水稻增产。（2）负相互作用：种间竞争：发生在两个或更多物种个体之间的竞争。 种内竞争：发生在同种个体之间的竞争。竞争排斥原理：又称高斯原理，具有相同生态位的不同物种，在同一生境中不能长期共存。种间竞争结果：第一是一个物种完全挤掉另一物种；第二是不同物种占有不同的空间，捕食不同食物，或其它生态习性上的分离，即生态分离，也可能使两种间形成平衡而生存。

25、捕食：指一个物种的成员取食另一个物种成员的现象。狭义的捕食：食肉动物以草食动物为食；广义的捕食：还包括草食动物吃草和寄生。 寄生：是一个种（寄生者）寄居于另一种（寄主）的体内或体表，从而摄取寄主养分以维持生活的现象。化感作用：指由植物体分泌的化学物质对自身或其它种群发生影响的现象，是植物界种间竞争的一种表现形式。影响作用：包括抑制作用和促进作用。种群间相互关系在农业生产中的应用：（一）建立人工混交林，林粮间作，农作物间套种（二）稻田养鱼、养萍，稻鱼、稻萍混作（三）蜜蜂与虫媒授粉作物的互利作用（四）生物防治病虫害及杂草种群的调节因素：密度制约因素：食物、天敌等生物因子引起；非密度制约因素：有光、

26、温度、水分及PH等环境因素引起。种群调节理论：（1）密度制约（density dependent）：生物学派代表人物Nicholson， Smitha、种群是一个自我管理的系统，它“按其自身的性质及其环境的状况调节它们的密度”。b、种群调节因子必须受密度管理，非密度因素的作用是破坏性的，而不是种群调节性的。c、调节种群密度的因素始终是竞争（食物和空间），种群围绕“特征密度”而变化d、营养恢复学说（nutrient recovery hypothesis）种群的调节既取决于食物的量亦取决于食物的质，支持捕食和食物因子的作用。1964 Pitelka ， Schultz（2）非密度制约（densi

27、ty independent）：气候学派代表人物Davidson，Andrewartha， Bricha、种群增长状况主要受有利气候条件的限制。b、种群可由气候所调节，由于气候所杀死掉的个体数与种群密度无关。 c、生境划分。d、资源类型。随机波动学说：所有因素同等重要群落生物群落（biotic community）：是指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的集合体。（如一块农田、一片草地、一片森林）群落的垂直结构：不同生活型的物种在地面以上不同高度和地面（或水面）以下不同深度分层排列，形成了群落的垂直结构；这种空间的垂直配置，叫成层现象。群落演替的概念：指生态系统内的生物群落随着时间的推移，一

28、些物种消失，另一些物种侵入，出现了生物群落及其环境向着一定方向，有顺序发展的变化过程。原生演替（Primary Succession）：指从未有过任何生物的裸地上开始的演替 (完全没有植被并且也没有任何植物繁殖体存在的裸地)。从岩石开始的旱生演替 ；从湖底开始的水生演替 。次生演替：指在原有生物群落破坏的地段上进行的演替。(不存在植被，但在土壤或基质中保留有植物繁殖体的裸地)。如森林的采伐演替；草原的放牧演替等。顶级群落：是指群落演替序列中最后的稳定群落。偏途顶极或人为亚顶极：农业生态系统群落在人为干预下可能延续，改变方向以至与原来的方向相反进行，而难以达到自然生态系统的顶极阶段。但在一定条件

29、下也可能较长时间的保持某种稳定的群落状态，称为偏途顶极或人为亚顶极。群落的交错区：是两个或多个群落或生态系统之间的过渡区域。 边缘效应：由于群落交错区生境条件的特殊性、异质性和不稳定性，使得毗邻群落的生物可能聚集在这一生境重迭的交错区域中，不但增大了交错区中物种的多样性和种群密度，而且增大了某些生物种的活动强度和生产力，这一现象称为边缘效应。 群落演替分类：据起始条件分原生演替系列、次生演替系列；据基质类型分水生演替 、旱生演替；据主导因素分内因性演替、外因性演替。影响群落演替的内外因素：（1）内因：种内关系和种间关系动态变化是群落演替的催化剂；群落内部环境的变化是群落演替的动力（2）外因：自

30、然因素如气温的大幅度变化、洪水、干旱等；人为因素，人类可以砍伐森林、填湖造地、捕杀动物，也可以封山育林、治理沙漠、管理草原。人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。 顶极群落理论在农业生产上的应用：(1)对撂荒地植被演替的控制(2)农田土壤肥力变化与作物演替的利用(3)仿群落演替建立人工模拟群落(4)农田杂草的防治景观与景观生态学景观（landscape）：是一个相当大的区域内，由许多不同生态系统所组成的整体。 不同学科如美学（地表景象的综合直观视觉感受与风景、景色、景致即scenery）、地理学（地形、地貌、土壤、生物、水文自然的和人文的等）和生态学（格局、动能、动态及生

31、态联系）对景观的理解均不同。景观生态学（landscape ecology）：是研究在一个由许多生态系统所组成的区域内（即景观）不同类型生态系统的空间格局及其在相互作用过程的综合性学科。景观要素可分为斑块、廊道和基质。斑块（patch）：是指与周围环境不同的空间实体，是景观尺度上最小的均质单元，是构成景观的基本结构和功能单元。斑块的起源、大小、形状和数量等对景观多样性、生态学效应、干扰扩散、生境破碎化等的形成具有十分重要的意义。廊道（corriidor）:是具有通道或屏障功能的现状或带状的景观要素，是联系斑块的重要桥梁和纽带。基质：是相对面积大于景观中斑块和廊道的景观要素，它是景观中最具连续性的部分，往往形成景观背景。景观生态属性：（1）景观的异质性（heterogeneity）：由于景观基质地球化学背景和自然干扰、人类活动和物种在不同景观要素中的异质分布，使景观要素在大小、性状、数目、类型和外貌发生变化。（2）景观格局（landscape pattern）：（3）干扰（disturbance）：破坏生态系统、群落或种群结构，并改变资源、基质的可利用性，或物理环境的任何在时间上相对不连续的事件。（4）尺度（s