農業(yè)生態(tài)學國家精品課程課件第九章

1、2024/3/19,國家級精品資源共享課,1,第九章農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調控Chapter 9 Regulation and control of agroecosystem,2024/3/19,國家級精品資源共享課,2,生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)自然調控機制人工調控機制生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)重建,2024/3/19,國家級精品資源共享課,3,生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài) 生態(tài)系統(tǒng)與其組成成分（種群或有機體）具有自我保持和自我調控，使自身內部保持穩(wěn)定的

2、能力，這種能力稱為穩(wěn)態(tài)。 生態(tài)系統(tǒng)可以通過多種穩(wěn)態(tài)機制，保持自身的穩(wěn)定性，主要是各種正、負反饋機制相互作用的結果。任何穩(wěn)態(tài)機制的作用都是有一定限度的，良好的穩(wěn)態(tài)控制決定于系統(tǒng)中生物種類的多樣性、能流物流途徑的復雜性。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,4,反饋就是輸出變成了決定系統(tǒng)未來功能的輸入。,反饋通常分為正反饋和負反饋正反饋是指使系統(tǒng)輸出的變動在原方向上被加速的反饋。負反饋是指系統(tǒng)輸出的變動在原方向上減速的反饋

3、。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,5,在自然生態(tài)系統(tǒng)中，生物常利用正反饋機制接近“目標”，如生命延續(xù)、群落演替、生態(tài)位占據(jù)等，而負反饋則被用來使系統(tǒng)在“目標”附近獲得必要的穩(wěn)定。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,6,The maintenance of a relatively constant internal environment by an organism in a variable external e

4、nvironment is called homeostasis. All organisms adopt a degree of homeostatic control, but, as a rule, large organisms are more decoupled from their external environment than small ones.,Homeostasis,2024/3/19,國家級精品資源共享課,

5、7,Negative feedback,Most biological homeostatic mechanisms act in a broadly similar way: if the current internal level of a factor(e.g. temperature or osmolarity) is too high, the mechanism will reduce it; if the level i

6、s too low the mechanism will increase it. This process, by which the response is opposite to the signal, is known as negative feedback.,2024/3/19,國家級精品資源共享課,8,一、自然調控機制,農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的自然調控機制是從自然生態(tài)系統(tǒng)中繼承下來的生物與生物、生物與環(huán)境之間存在的反饋調控、多元重復

7、補償穩(wěn)態(tài)調控機制。如光溫對作物生長發(fā)育的調節(jié)作用；晝夜節(jié)律對家畜家禽行為的調節(jié)作用；林木的自疏現(xiàn)象；功能組分冗余現(xiàn)象；反饋現(xiàn)象等多種自我調節(jié)機制。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,9,（一）反饋機制 農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有多種正負反饋機制，能在不同的層次結構上行使功能控制。,1．在個體水平上，通過正負反饋，使得個體與環(huán)境、個體與群體之間保持一定的協(xié)調關系。2．種群之間，捕食者與被捕食者之間的數(shù)量調節(jié)也是一種反饋機制。,20

8、24/3/19,國家級精品資源共享課,10,2024/3/19,國家級精品資源共享課,11,3．在群落水平上，一方面生物種群間通過相互作用，調節(jié)彼此間種群數(shù)量和對比關系，同時又受到共同的最大環(huán)境容納量的制約。4．在系統(tǒng)水平上，交錯的群落關系、生態(tài)位的分化、嚴格的食物鏈量比關系等等，都對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)機制起積極作用。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,12,生態(tài)系統(tǒng)的反饋調節(jié)機制及其作用是有一定限度的。系統(tǒng)在不降低和不破壞其自動調節(jié)

9、能力的前提下所能忍受的最大限度的外界壓力（臨界值），稱為生態(tài)閾值。外界壓力包括自然災害、不利環(huán)境因素的影響等自然力，也包括人力的獲取、改造和破壞。生態(tài)容量也是一類生態(tài)閾值，指的是某種物質（通常指有害物質）的最大容納量，即系統(tǒng)通過自凈作用維持穩(wěn)定狀態(tài)的能力。生態(tài)容量的大小，取決于有毒、有害物質的性質以及生態(tài)系統(tǒng)本身的抗毒自凈能力。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,13,（二）多元重復補償,多元重復補償是指在生態(tài)系統(tǒng)中，有一個以上

10、的組分具有完全相同或相近的功能，或者說在網(wǎng)絡中處在相同或相近生態(tài)位上的多個組成成分，在外來干擾使其中一個或兩個組分破壞的情況下，另外一個或兩個組分可以在功能上給予補償，從而相對地保持系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定不變。,生態(tài)系統(tǒng)中的反饋控制和多元重復往往同時存在，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以有效地保持下去。這些自然調控相對人為調控來說，往往更為經(jīng)濟、可靠和有效，對保護生態(tài)環(huán)境更為有利。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,14,生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的兩種機制,

11、2024/3/19,國家級精品資源共享課,15,二、人工調控機制,人工調控是指農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在自然調控的基礎上，受人工的調節(jié)與控制，人工調節(jié)遵循農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性，利用一定的農業(yè)技術和生產(chǎn)資料加強系統(tǒng)輸入，改變農業(yè)生態(tài)環(huán)境，改變農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和結構，以達到提高農業(yè)生產(chǎn)、加強系統(tǒng)輸出的目的。農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的調控途徑可分為經(jīng)營者的直接調控和社會間接調控兩種。,（一）經(jīng)營者的直接調控,1.生境調控 生境調控就是利用農業(yè)技術措施改善

12、農業(yè)生物的生態(tài)環(huán)境，達到調控目的。它包括對土壤、氣候、水分、有利有害物種等因素的調節(jié)，其主要目的是改變不利的環(huán)境條件，或者削弱不良環(huán)境因子對生物種群的危害程度。,2024/3/19,16,國家級精品資源共享課,2024/3/19,國家級精品資源共享課,17,調節(jié)土壤環(huán)境，可通過物理、化學和生物等方法進行。傳統(tǒng)的犁、耙、耘、起畦，以至排灌、建造梯田等同于物理方法，它們改善耕層結構，協(xié)調水、肥、氣、熱的矛盾?；?、除草劑和土壤改良劑的使用，

13、能夠改善土壤中營養(yǎng)元素的平衡狀況，屬于化學方法。而施用有機肥、種植綠肥、放養(yǎng)紅萍、繁殖蚯蚓等措施屬于生物方法，它們既能改善土壤的物理性狀，又能改善土壤中營養(yǎng)元素的平衡狀況，有利于提高土壤肥力。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,18,調節(jié)氣候環(huán)境，表現(xiàn)在區(qū)域氣候環(huán)境的改善上，可通過大規(guī)模綠化和農田林網(wǎng)建設，人工降雨、人工驅雹、煙霧防霜等措施來得以實現(xiàn)。局部氣候環(huán)境的改善，可通過建立人工氣候室和溫室、動物棚舍、塑料大棚、地膜覆蓋，

14、施用地面增溫劑等方法實現(xiàn)。,調節(jié)水分的方法很多；如修水庫，打機井，建水閘，田間灌排、噴灌、滴灌、施用葉面抗蒸騰劑等方法都可以直接改善水分供應狀況。通過土壤耕作，增施有機肥料，改良土壤結構，也可以增強土壤的保水能力。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,19,2.輸入輸出調控,農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的輸入包括肥料、飼料、農藥、種子、機械、燃料、電力等農業(yè)生產(chǎn)資料；輸出包括各種農業(yè)產(chǎn)品。輸入調控包括輸入的輔助能和物質的種類、數(shù)量和投入結構的比例

15、。輸出調控包括調控系統(tǒng)的貯備能力，使輸出更有計劃；或對系統(tǒng)內的產(chǎn)品加工，改變產(chǎn)品輸出形式，使生產(chǎn)加工相結合，產(chǎn)品得到更充分的利用，并可提高產(chǎn)品的經(jīng)濟值；同時，控制非目標性輸出，如防止因徑流、下滲造成的營養(yǎng)元素的流失。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,20,3.農業(yè)生物調控,農業(yè)生物調控是在個體、種群和群落各水平上通過對生物種群遺傳特性、栽培技術和飼養(yǎng)方法的改良，增強生物種群對環(huán)境資源的轉化效率，達到調控目的。,個體水平的調控，

16、其主要手段包括品種的選用和改良，以及有關物種的栽培和飼養(yǎng)方法。如優(yōu)良品種的選育，雜種優(yōu)勢的利用，遺傳工程手段，生長期間整枝打頂、疏花疏果、激素噴施等措施調節(jié)生長。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,21,種群水平的調控，主要是建立合理的群體結構和采取相應的栽培技術，調節(jié)作物種植密度、牧畜放養(yǎng)密度、水域捕撈強度、森林砍伐強度等，從而協(xié)調種群內個體與個體、個體與種群之間的關系，控制種群的動態(tài)變化，保持種群的最大繁榮和持續(xù)利用。,群落

17、水平的調控，是調控農業(yè)生物群落的垂直結構、平面結構、時間結構和食物鏈結構，以及作物復種方式、動物混養(yǎng)方式、林木混交方式等，建立合理的群落結構，以實現(xiàn)對資源的最佳利用。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,22,4.系統(tǒng)結構調控,農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結構調控是利用綜合技術與管理措施，協(xié)調農業(yè)內部各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)間的關系，確定合理的農、林、牧、漁比例和配置，用不同種群合理組裝，建成新的復合群體，使系統(tǒng)各組成成分間的結構與機能更加協(xié)調，系統(tǒng)的能量流

18、動、物質循環(huán)更趨合理。 從系統(tǒng)構成上講，結構調控主要包括以下三個方面：,2024/3/19,國家級精品資源共享課,23,（1）確定系統(tǒng)組成在數(shù)量上的最優(yōu)比例。如用線性規(guī)劃方法求農林牧用地的最佳比例。（2）確定系統(tǒng)組成在空間上的最優(yōu)聯(lián)系方式。要求因地制宜、合理布局農林牧生產(chǎn)，使生態(tài)位原理進行立體組合，按時空二維結構對農業(yè)進行多層配置。 （3）確定系統(tǒng)組成在時間上的最優(yōu)聯(lián)系方式。要求因地制宜找出適合地區(qū)優(yōu)先發(fā)展的突破口，

19、統(tǒng)籌安排先后發(fā)展項目。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,24,（二）社會的間接調控,1．財貿金融系統(tǒng)的間接調控2．工交通訊系統(tǒng)的間接調控3．科技文教系統(tǒng)的間接調控4．政法管理系統(tǒng)的間接調控,是指農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的外部因素，包括財經(jīng)金融、公交通訊、科技文獻、政法管理等通過經(jīng)營者對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生調節(jié)作用的有關社會機制。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,25,三、生態(tài)平衡,（一）生態(tài)平衡(ecological equilibri

20、um) 指在一定時間內，生態(tài)系統(tǒng)中生物與環(huán)境之間以及生物與生物之間通過相互制約、相互滲透、相互影響維持著某種協(xié)調狀態(tài)。表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)中各物種類組成、種群數(shù)量、食物鏈營養(yǎng)結構的協(xié)調狀態(tài)；能量和物質的輸入與輸出基本相等；物質貯存量恒定；信息傳遞暢通；生物群落與環(huán)境之間達到高度的相互適應和同步協(xié)調。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,26,（二）生態(tài)平衡的保護,1．生態(tài)平衡的動態(tài)性和相對性,自然界的系統(tǒng)總是向穩(wěn)定狀態(tài)

21、（動態(tài)平衡）發(fā)展。然而，由于它本身內部矛盾以及外界自然的、特別是人類活動的因素的影響，穩(wěn)定狀態(tài)總是很難達到，而且經(jīng)常處于動態(tài)變化之中、因此，平衡是相對的，而動態(tài)變化是絕對的。 打破舊的平衡，建立新的平衡，是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展變化的一般規(guī)律。在農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，人類總是不斷在利用和改造自然，從低級平衡走向高級平衡。但必需注意到打破舊平衡后，要盡快建立新的平衡，否則就可能發(fā)生一系列不易預測的變化，并往往導致很難預料的后果。,202

22、4/3/19,國家級精品資源共享課,27,2.生態(tài)系統(tǒng)對生態(tài)平衡的調節(jié)能力,生態(tài)系統(tǒng)具有一種內部的自動調節(jié)的能力，以保持自己的穩(wěn)定性。一般在成分多樣、能量流動和物質循環(huán)途徑復雜的生態(tài)系統(tǒng)中，較易保持穩(wěn)定，當系統(tǒng)的一部分發(fā)生障礙時，就可被其它部分調節(jié)所補償。相反成分單純、結構簡單的生態(tài)系統(tǒng)，內部調節(jié)的能力就小。 生態(tài)系統(tǒng)自我調節(jié)的能力決定于生態(tài)閾值。閾值的大小決定于生態(tài)系統(tǒng)的成熟性，系統(tǒng)越成熟，種類組成越多，營養(yǎng)結構越復雜，穩(wěn)定性

23、越大，對外界的壓力或沖擊的抵抗力越大，即閾值高。相反，一個簡單的系統(tǒng)，則閾值低。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,28,3．生態(tài)平衡失調的標志,生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)和補償能力是有限的，當外界干預因素超過系統(tǒng)的生態(tài)閾值時，其自動調節(jié)能力將明顯下降或消失，引起生態(tài)平衡的失調。表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能遭受破壞，嚴重時甚至導致崩潰。生態(tài)平衡失調的主要標志表現(xiàn)在結構和功能上。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,29,（1）生態(tài)失

24、調結構上的標志,一級結構缺損。生態(tài)系統(tǒng)的一級結構是指組成系統(tǒng)的一級成分，如生產(chǎn)者、消費者和分解者等。二級結構受損。二級結構指生態(tài)系統(tǒng)中各組分及其特征，如生物種類、種群數(shù)量及群落層次結構等。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,30,（2）生態(tài)失調功能上的標志,能量流動受阻。指能量在生態(tài)系統(tǒng)內某個營養(yǎng)級上受到阻礙，表現(xiàn)為初級生產(chǎn)力下降和各級消費者之間的食物鏈關系被破壞或消失 。物質循環(huán)中斷。指物質循環(huán)在生產(chǎn)者、消費者和分解者中某

25、一環(huán)節(jié)中斷，或輸人與輸出比例失調，導致生態(tài)系統(tǒng)平衡被破壞。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,31,4.保持生態(tài)平衡的途徑,（1）增加組成成分的多樣性 穩(wěn)定性是指生物種群在遇到生態(tài)環(huán)境較大幅度變化時由于生物種群的反饋作用，經(jīng)過一段時間后使之恢復原狀的能力。合理的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)應該是農、林、牧、副漁業(yè)多種組分構成的多種物質循環(huán)和能量轉化渠道的多樣性結構。 （2）不超越生態(tài)閾值 生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力是有一定限

26、度的，在界限范圍內生態(tài)系統(tǒng)通過自我修補進行調節(jié)，超過這一界限，調節(jié)就不起作用，從而使系統(tǒng)受到改變、傷害以致破壞，這個限度稱為閾限值。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,32,（3）生態(tài)環(huán)境的人為調控,生物與環(huán)境是協(xié)同進化的，人為控制生態(tài)環(huán)境，使生物與其生存環(huán)境處于相互協(xié)調的平衡之中，對保持生態(tài)平衡非常重要。如人工經(jīng)營森林、草地或通過營造防護林、水源林，半干旱地區(qū)種草、種灌木林等；改造中低產(chǎn)田進行農田基本建設和興修水利，擴大灌溉面

27、積，合理輪作，增加豆科作物，把多災田變成旱澇保收田。農村山、水、田、林、路綜合治理，為農業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造較佳的生態(tài)環(huán)境促進農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量轉化，建立良好的物質循環(huán)體系。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,33,四、生態(tài)系統(tǒng)的重建,保護生物多樣性只強調對現(xiàn)存生物多樣性的保護是遠遠不夠的，單純地保護不能使那些被損害的生態(tài)系統(tǒng)得以恢復，而需要采取各種恢復或重建生態(tài)系統(tǒng)的措施。由此，一個重要的生態(tài)學分支—重建生態(tài)學便應運而生。,2024/

28、3/19,國家級精品資源共享課,34,1.第一類型的重建生態(tài)學是試圖重新建造真正的過去的生態(tài)系統(tǒng)，尤其是那些曾遭到人類改變或濫用而毀滅或變樣的生態(tài)系統(tǒng)。在重建中強調選擇正確的種類組合，并盡力重建原來的生態(tài)系統(tǒng)。在這里，重建意味著原來系統(tǒng)結構與種類組成的重新建造，其重要價值在于維持當?shù)刂匾幕驇臁?2024/3/19,國家級精品資源共享課,35,2. 第二類型的重建生態(tài)學是對于那些由于人類活動已全然毀滅的復合系統(tǒng)和多樣的生境，代之以次生

29、的系統(tǒng)。重建生態(tài)學的目的是要建立一個符合于人類經(jīng)濟需要的系統(tǒng)。重建所采用的種類可以是、也可以不是原來的種類，所采用的植物或動物種也不一定很適合于環(huán)境，但具有高的經(jīng)濟價值。也可以采用各種先進的工程措施以加速生態(tài)系統(tǒng)的建立。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,36,建立具有豐富生物多樣性的人工生態(tài)系統(tǒng)，或通過豐富人工生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性；合理的多種類的間作、混作、套種、輪作與多層次（喬、灌、草、水體等）結構配置，或農林牧副漁的多種經(jīng)

30、營組合，達到生物多樣性與經(jīng)濟需要相結合的目的。農林復合系統(tǒng)十分符合這種重建生態(tài)學與豐富生物多樣性的原則，這對于我國退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復重建與優(yōu)化人工生態(tài)系統(tǒng)的組建具有重要意義。,人類對受害生態(tài)系統(tǒng)所采用的恢復措施，必須符合生態(tài)學規(guī)律，必須從生態(tài)系統(tǒng)的觀點出發(fā)，否則，一個措施的使用不當，往往會引起另一種嚴重后果。,2024/3/19,國家級精品資源共享課,37,人類面臨最重大的問題和挑戰(zhàn),人口膨脹；糧食短缺；疾病危害；環(huán)境污染；能源