農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)第二章

1、,,,第二章 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本生物結(jié)構(gòu),§2-1 生物與環(huán)境的關(guān)系 §2-2 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的種群 §2-3 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的群落 §2-4 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,一、自然環(huán)境（Natural environment)二、人工環(huán)境 (Artificial environment)三、環(huán)境對生物的制約(Environmental re

2、striction)四、生物對環(huán)境的適應(yīng)(Adaptation to environment)五、生物對環(huán)境的影響(Influence of organism on environment),,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,一、自然環(huán)境（Natural environment)自然環(huán)境：是生態(tài)系統(tǒng)中作用于生物的外界 條件的總和。生態(tài)

3、因子（ecological factor） ：自然環(huán)境中對生物發(fā)生影響的環(huán)境因子。 如：太陽輻射、溫度、濕度等。,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,二、人工環(huán)境 (Artificial environment)人工影響的環(huán)境 如：人工經(jīng)營的森林、草地、防風(fēng)林等。人工建造的環(huán)境無土栽培環(huán)境(Hydroponics) 大棚溫室環(huán)境(Shed Greenhouse)集約化養(yǎng)殖環(huán)境(Intensive po

4、ultry farm),,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,三、環(huán)境對生物的制約(Environmental restriction)(一) 最小因子定律(Law of minimum factor) 植物生長去取決于含量最不足的那種物質(zhì)應(yīng)用前提： 1. 必須是在穩(wěn)定條件下才能運(yùn)用。 2. 應(yīng)考慮生態(tài)因子之間的補(bǔ)償作用。 如：軟體動(dòng)物在鈣缺乏時(shí)，用鍶作補(bǔ)償。 光

5、、溫的相互補(bǔ)償。 木桶原理,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,三、環(huán)境對生物的制約(Environmental restriction)（二） 耐性定律（Shelford’s tolerance law） 美國生態(tài)學(xué)家謝爾福德（V.E.Shelford）1913年提出。 生物對不同生態(tài)因子的適應(yīng)存在著一個(gè)生態(tài)學(xué)的上限和下限，生物只有在其范圍內(nèi)才能正常生長發(fā)育，任何因子過?；虿蛔愣紩?huì)影響生長

6、發(fā)育和生存。,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,三、環(huán)境對生物的制約(Environmental restriction)（三）生活型和生態(tài)型生活型（ life form）：不同種的趨同適應(yīng)生活型是種以上的分類單位。 如松樹和杉樹都屬于喬木這一生活型。 一定的生活型是植物長期對環(huán)境條件適應(yīng)的結(jié)果。因而生活型反映了生物對環(huán)境條件的適應(yīng)。,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,三、環(huán)境對生物的制約(Enviro

7、nmental restriction)（三）生活型和生態(tài)型生態(tài)型（ ecotype）：種內(nèi)適應(yīng)性的分化 定義：同一物種內(nèi)適應(yīng)性有差異的種群。 如 黃種人，白種人，黑種人生活型是種以下的分類單位Ecotype is a unit within a species (different genotypes) 分布越廣的物種生態(tài)型越多。,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,三、環(huán)境對生物的制約(Environm

8、ental restriction)（四）生境與生態(tài)位生境（Habitat)： 即有機(jī)體居住的地方，是具體的特定地段上對生物起作用的環(huán)境因子的總和。 如：蚯蚓在有機(jī)質(zhì)豐富的泥土中生存。 仙人掌在沙漠中生存。,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,三、環(huán)境對生物的制約(Environmental restriction)（四）生境與生態(tài)位 生態(tài)位 （小生境或生態(tài)龕）： 定義：生物完成其正常

9、生活周期所表現(xiàn)的對特定生態(tài)因子的 綜合適應(yīng)位置。 或定義為：生物鐘在生物群落中的位置和作用。,,,,第一節(jié)生物與環(huán)境的關(guān)系,三、環(huán)境對生物的制約(Environmental restriction)生態(tài)位理論表明：同一生境中，不存在兩個(gè)生態(tài)位完全相同的物種。 同一生境中，不同或相似的物種必然進(jìn)行某種時(shí)間、空間、營

10、養(yǎng)或年齡等生態(tài)位的分化分離。同一生境中，生態(tài)位差異大的物種競爭才較為緩和，因而由多個(gè)物種組成的群落更有利于有效利用資源，維持較高的生產(chǎn)力，并且有更高的穩(wěn)定性。,,,,第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的種群,一、種群的結(jié)構(gòu)特征（Population structure)二、種群的動(dòng)態(tài)（增長方式）(Population dynamics)三、種群間的相互作用 (Interspecific interaction)四、種群的生態(tài)對策(

11、Population ecological strategies)五、種群的調(diào)節(jié) (Population control),,,,第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的種群,一、種群的基本特征種群的大?。╯ize)和密度(density)2. 種群的年齡結(jié)構(gòu)(age distribution)和性比（sex ratio)種群的年齡結(jié)構(gòu)： 種群內(nèi)各年齡組之間的 數(shù)量比例。用齡級比和年齡錐體（Age pyramid)表示

12、。 齡級比： 各年齡組個(gè)體數(shù)占種群數(shù)總數(shù)的比例稱之齡級比。,種群的年齡結(jié)構(gòu)有三種： a b c 增長型 穩(wěn)定型 衰退型Expanding

13、 Stable Contracting,,,,,,,,,,,,,,,,第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的種群,一、種群的基本特征3. 出生率（Natality)和死亡率(Mortality)4. 內(nèi)稟增長率（Intrinsic growth rate）在沒有任何環(huán)境因素（包括食物、領(lǐng)地和其它生物）限制的條件下，由種群內(nèi)在因素決定的穩(wěn)定的最大增殖速率。又稱生物潛能或生殖潛能。 環(huán)境阻力：是妨

14、礙種群內(nèi)稟增長率實(shí)現(xiàn)的環(huán)境限制因素的總和,,,,第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的種群,一、種群的基本特征5. 環(huán)境容納量（carrying capacity）定義：某個(gè)種群在有限的環(huán)境中所能穩(wěn)定達(dá)到的最大數(shù)量 （或最大密度），稱環(huán)境對該物種的環(huán)境容納量?，F(xiàn)實(shí)意義：一定區(qū)域，當(dāng)環(huán)境條件下，資源對某種生物的承載力是一定的，如：某地牧場對牲畜有一定的承載力，過度放牧?xí)斐赡翀鐾驶?。農(nóng)田也應(yīng)保持適宜的種植密度。,,,,第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)

15、系統(tǒng)中的種群,二、種群的動(dòng)態(tài)（增長方式）（population growth form）1. 指數(shù)增長（J型增長）種群在無食物和生存空間限制的條件下呈指數(shù)式增長，種群個(gè)體的平均增長率不隨時(shí)間變化。,種群的增長的J曲線,,,,第二節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的種群,二、種群的動(dòng)態(tài)（增長方式）（population growth form）2. 邏輯斯諦增長（ S 型增長）在自然條件下，環(huán)境、資源條件總是有限的，當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到一定

16、量時(shí)，增長速度開始下降，種群數(shù)量越多，競爭越劇烈，增長速度也越小，直到種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境容納量（K）并維持下去。增長呈S型。,種群的增長的S曲線,綿羊數(shù)量的S型增長,種群的數(shù)量增長的指數(shù)曲線和邏輯斯諦曲線：（如圖）多數(shù)生物的增殖，包括水稻和小麥分蘗的增長都接近S型增長模式。 J型和S型增長是種群增長的兩個(gè)典型情況，在自然界中，種群的增長實(shí)際上還有許多的變形，情況比較復(fù)雜：（如圖）,,偏利 commensalisms,原始合作

17、 protocooperation,互利共生 mutualism,正相互作用Positive interaction,負(fù)相互作用Negative interaction,,,,競爭,直接干涉,間接抑制,捕食 predation,偏害 amensalism,寄生 parasitism,,,,,,,competition,三、 種群間的相互作用,,,,三、種群間的相互作用,（一）正相互作用：⒈偏利作用（ commensalisms

18、, 共棲） 特征：共生的兩種生物，一方得利，對另一方無害。 如：如地衣、苔蘚附在樹皮上（附生植物）；鳥筑巢，鯽魚吸附在鯊魚腹上。,,,,三、 種群間的相互作用,（一）正相互作用：⒉原始合作(Protocooperation) 特征：兩種生物在一起生活對彼此有利，但二者并無依賴關(guān)系。例：① 稻田養(yǎng)魚。作物間套作（圖片） ② 農(nóng)區(qū)養(yǎng)蜂：作物為蜜蜂提供蜜源，獲得蜂蜜、蜂王漿等經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品；蜜蜂的傳粉作用又促進(jìn)作物增產(chǎn)。,

19、,,,三、 種群間的相互作用,（一）正相互作用：⒊互利共生 (Mutualism) 特征：種間彼此依賴，生活在一起互相受益，能直接進(jìn)行物質(zhì)交流。 例：①固N(yùn)細(xì)菌與豆科植物根系共生形成根瘤。 ②真菌和高等植物根系共生形成菌根。 ③真菌與藻類共生形成地衣。,,,,三、 種群間的相互作用,（二）負(fù)相互作用⒈競爭(Competition) 特征：兩種生物為競爭同一對象，主要是爭奪空間

20、和資源。 例： ① 農(nóng)田中的作物與雜草競爭光、熱、水、氣、肥及生長空間。 ② 各類塘魚對浮游生物的競爭。 結(jié)果： ①兩個(gè)物種間形成協(xié)調(diào)的平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)位的分化。 ②一個(gè)種群被另一個(gè)種群消滅掉。 ③一個(gè)種群被趕跑到另一空間，利用另一種食物。,大草履蟲和雙小核草履蟲間的競爭,,,,三、 種群間的相互作用,需指出的是：生態(tài)位

21、越接近，則競爭越激烈。 在同一生境中具有相同生態(tài)位的不同物種不可能長期共存，這個(gè)原理稱競爭排斥原理（Competitive exclusion principle)，也稱高斯原理,,,,三、 種群間的相互作用,⒉捕食和寄生 捕食(Predation)：一個(gè)種群對另一個(gè)種群的生長與存活產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。 狹義的捕食：食肉動(dòng)物以草食動(dòng)物為食； 廣義的捕食：還包括草食動(dòng)物吃草和寄生。 寄生(parasitis

22、m)：是一個(gè)種（寄生者）寄居于另一種（寄主）的體內(nèi)或體表， 從而攝取寄主養(yǎng)分以維持生活的現(xiàn)象。 例：①羊吃草，青蛙吃害蟲，貓捕老鼠等。 ②菟絲子寄生在植物上。 ③蛔蟲寄生在動(dòng)物上。 ④赤眼蜂寄生在棉鈴蟲上。,,,,三、 種群間的相互作用,但需注意：引種時(shí)必須謹(jǐn)慎考慮，否則會(huì)引起很大危害,從而可能會(huì)導(dǎo)致生物入侵（Bi

23、ological invasion),圖見下一頁。 如：非洲維多利亞湖1960年引入尼羅河河鱸所造成的后果。 可以看出：自然界的任何生物都在與其他生物的相互聯(lián)系中保持自身的數(shù)量平衡，從而維持整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，失去制約就可能引起失衡，從而造成很大危害。 進(jìn)出口檢疫，就是為了防止某些病蟲害被帶入無天敵限制的地區(qū)，造成病蟲害大流行而采取的措施。,水葫蘆(Eichhornia crassipes),四、種

24、群的生態(tài)對策(Bionomic strategy),,,,五、種群的調(diào)節(jié),1．密度制約作用(density dependent)。種內(nèi)調(diào)節(jié)（intraspecific control： 種群是在明顯低于環(huán)境容納水平上，調(diào)節(jié)自身的密度。如自疏現(xiàn)象、作物分蘗的消長等。 種間牽制(interspecific control ) 通過遺傳反饋?zhàn)饔脤?shí)行種間關(guān)系的調(diào)節(jié)。如捕食者與獵物，種間競

25、爭等。2．非密度制約(density independent)。氣候因子、化學(xué)限制因子、污染物常常是（但不是始終）按非密度制約方式起作用。,,,,第三節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的群落,一、群落的結(jié)構(gòu)（Community structure)二、群落的演替（Community succession)三、協(xié)同進(jìn)化 (Coevolotion)四、群落的多樣性與穩(wěn)定性(Diversity and stability),,,,一、群落的

26、結(jié)構(gòu),指組成群落的生物種群在群落種所處的位置和存在的狀態(tài)。 1. 垂直結(jié)構(gòu)（vertical structure)：群落的不同物種或類群出現(xiàn)在地面以上不同的高度或水面以下不同的深度。。如森林群落的分層和水體中不同藻類的分層。 農(nóng)業(yè)生物的垂直結(jié)構(gòu)：如作物的間套作、特殊類型（稻田養(yǎng)魚、魚塘養(yǎng)鴨等）、魚的分層放養(yǎng)等。,,,,一、群落的結(jié)構(gòu),2. 水平結(jié)構(gòu)(horizontal structure)：群落在水平方

27、向上的配置狀況。 控制農(nóng)業(yè)生物群落的水平結(jié)構(gòu)有兩種方式：在不同的生境中因地制宜選擇最合適的物種；在同一生境內(nèi)配置最佳密度，并通過飼養(yǎng)、栽培手段控制密度的發(fā)展,,,,一、群落的結(jié)構(gòu),3．時(shí)間結(jié)構(gòu)(temporal structure)（1）環(huán)境因子中的光、溫、濕度具有明顯的周期性，如日周期、月周期和年周期。使群落表現(xiàn)出明顯的時(shí)間結(jié)構(gòu)。 （2）調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生物群落的時(shí)間結(jié)構(gòu)的主要方式使輪作、套作和輪養(yǎng)、套養(yǎng)

28、。農(nóng)田的多熟制通常比一熟制的光能利用率高。,,,,一、群落的結(jié)構(gòu),4．群落的交錯(cuò)區(qū)（ecotone）與邊緣效應(yīng)(edge effect) 交錯(cuò)區(qū)：不同群落或生態(tài)系統(tǒng)的交界區(qū)域。增加了交錯(cuò)區(qū)中物種的多樣性和種群密度，而且增大了某些生物種的活動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)力，這一現(xiàn)象稱為邊緣效應(yīng)。 如森林與草原交界地帶，海灣、沿河兩岸、河口三角洲等 利用：灘涂的利用、城郊農(nóng)業(yè)、間作、基塘系統(tǒng)（見下圖）

29、等。,,,,二、群落的演替,1．群落演替及其類型 群落演替（succession)是指隨著時(shí)間的推移，群落種的一些物種消失，另一些物種侵入，出現(xiàn)群落與其環(huán)境向著一定方向，有順序的發(fā)展變化。 （1） 按群落的發(fā)展方向和趨勢劃分，演替分為進(jìn)展演替與逆行演替。,,,,二、群落的演替,（2）按演替發(fā)生的基質(zhì)劃分，演替有原生演替(primary succession)和次生演替(secondary success

30、ion)。 自裸地上或深層水體下開始的演替稱原生演替。在原有植被已被破壞，但保存有土壤和植物繁殖體的地方開始的演替稱為次生演替。 提問：原生演替與次生演替哪一個(gè)時(shí)間長？,,,,二、群落的演替,2．演替系列典型的旱生演替系列： 地衣、 苔蘚 草本植物 木本植物,,,,,,,二、群落的演替,2．演替系列次

31、生演替系列以云杉林的演替為例分四個(gè)階段： 采伐跡地階段（禾本科、莎草科） 先鋒樹種階段（樺木、山楊等） 云杉定居階段 云杉恢復(fù)階段還有草原的放牧演替。,,,,,二、群落的演替,4. 群落演替趨勢 l 群落的演替總是由低級向高級，由簡單向復(fù)雜的方向發(fā)展。 l 群落中生物種類隨演替而變換。r-型生物大多被K-型生物所替代；生物種類數(shù)目增多；群落內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分層現(xiàn)

32、象更加明顯；群落的食物鏈由簡單變得更為復(fù)雜，形成食物網(wǎng)，穩(wěn)定性更強(qiáng)。 l總生物量增加，養(yǎng)分循環(huán)更封閉,,,,二、群落的演替,5. 演替與人工調(diào)控 仿自然演替對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行人工調(diào)控 （1）建立木本農(nóng)業(yè)。包括有多年生木本植物在內(nèi)的農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)。 （2）仿建頂級群落。仿自然頂極群落結(jié)構(gòu)建造喬、灌、草相結(jié)合的人工群落，可有效治理水土流失。 （3）仿自然演替過程促進(jìn)農(nóng)業(yè)生

33、產(chǎn)。早期重視先鋒植物的作用，環(huán)境改善后再安排農(nóng)業(yè)生物。,,,,第四節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性,一、生物多樣性的概念及層次（Concept and level)二、生物多樣性的價(jià)值 (value)三、威脅因素（Threaten factors)四、保護(hù)途徑（Protection approaches),,,,一、生物多樣性的概念及層次,生物多樣性是地球上所有生物體和環(huán)境的豐富性和變異性。層次包括：遺傳多樣性(gen

34、etic biodiversity) 物種多樣性(species biodiversity) 生態(tài)系統(tǒng)多樣性(ecosystem biodiversity),,,,二、生物多樣性的價(jià)值,1. 直接價(jià)值l   藥用：從植物、動(dòng)物或微生物提取的。 l 提供工農(nóng)業(yè)原料方面。植物：如橡膠、油脂、薪碳、木材、飼料、纖維、肥料等

35、；動(dòng)物：如油脂、燃料、蠶絲、皮革、羽毛等。,,,,二、生物多樣性的價(jià)值,（2）間接價(jià)值：與生態(tài)系統(tǒng)功能有關(guān)。包括能量固定、調(diào)節(jié)氣候、穩(wěn)定水文、保護(hù)土壤、貯存養(yǎng)分、進(jìn)化污染、美學(xué)和人文價(jià)值等。 間接價(jià)值可能大大超過直接價(jià)值，據(jù)估計(jì)，中國生物多樣性的直接價(jià)值為1.80萬億元，間接價(jià)值為37.31萬億元，潛在價(jià)值為0.22億元。,,,,三、生物多樣性的威脅因素,（1） 土地過度開發(fā)利用：毀林開荒、圍湖造田、過度放

36、牧等。巴西熱帶雨林的砍伐熱帶地區(qū)的刀耕火種當(dāng)前在世界范圍內(nèi)熱帶雨林已有40%被砍伐掉自1961年以來，泰國已失去它的紅樹林22%。亞洲熱帶地區(qū)有49個(gè)國家已經(jīng)喪失其50%以上的熱帶森林。,生物多樣性受到的威脅,,,,,四、生物多樣性的威脅因素,（3） 土地集約化：化肥、農(nóng)藥等高投入，農(nóng)業(yè)措施單一化（4） 污染：工業(yè)污染、城市垃圾、農(nóng)業(yè)污染等。導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量下降，物種減少等（5）物種單一：普遍推廣

37、高產(chǎn)品種，一些品種的優(yōu)良性狀在喪失，野生種類下降。,,,,五、生物多樣性的保護(hù),（1） 就地保護(hù)（in situ conservation)： 設(shè)立自然保護(hù)區(qū)和國家公園。有的在保護(hù)區(qū)中設(shè)立核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)，同時(shí)作為科研、教育功能。 截止到2000年底，我國已建立自然保護(hù)區(qū)1276個(gè)，總面積1.23×108 hm2，約占國土面積的12.44%。其中國家級自然保護(hù)區(qū)155個(gè)，面積5751.5&#

38、215;104 hm2。,,,,五、生物多樣性的保護(hù),（1） 就地保護(hù)（in situ conservation)： 有15個(gè)自然保護(hù)區(qū)被聯(lián)合國教科文組織列入“國際人與生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)”，有6個(gè)自然保護(hù)區(qū)被列入國際重要濕地名錄。,,,,五、生物多樣性的保護(hù),（1） 就地保護(hù)（in situ conservation)：鼎湖山自然保護(hù)區(qū)北回歸線沙漠上的綠洲我國第一個(gè)自然保護(hù)區(qū)聯(lián)合國人與生物圈計(jì)劃三個(gè)自然保護(hù)區(qū)之一國