农业生态系统结构与生产力课件.ppt

农业生态学,Agroecology,第五章 农业生态系统结构与生产力,农业生态系统 农业生态系统结构 农业生态系统的生产力,第一节 农业生态系统,一、系统与生态系统二、农业生态系统,一、系统与生态系统,系统的概念,由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。,系统的组成必须满足三个条件,一、系统与生态系统,系统的基本特征,1.系统结构的有序性,2.系统的整体性,3.系统功能的整合性,4.系统开放性,一、系统与生态系统,系统的基本特征 1.系统结构的有序性 凡是系统都是有序的，系统结构的有序性具体表现在系统的边界和系统的层次两个方面：,系统的边界：系统无论大小均有边界。边界是区分系统及其环境的依据。系统边界有的比较明确，有些比较含糊。系统的边界可能是系统自然形成的，也可能是认为划分的。,一、系统与生态系统,系统的层次 系统无论繁简均具有分层现象，即任何系统它既是由某些要素（或子系统）组成的，同时又是组成更大系统的一个要素（或子系统），在宏观方面上逐层综合，在微观方向可以逐层分解，从而表现出鲜明的层次关系。,一、系统与生态系统,2.系统的整体性 系统是作为一个由诸多要素结合而成的有机整体存在并发挥作用的。表现在组成系统的各要素之间要有一定的数量比例关系和空间位置排列关系，为了完成系统某一个特定功能，各要素必须分工协作，相互耦联，这是系统实现能量、物质、和价值等转化与循环功能的“目的性”要求。,一、系统与生态系统,3.系统功能的整合性 指系统的整体功能大于各组成部分功能之和的特性。系统的整体功能不等于各组成要素的简单相加和堆积，而是一种集合效应，既有各要素的具体功能，又有各要素间交互产生的新功能。,一、系统与生态系统,4.系统的开放性 系统的开放性是指系统总是存在于一定环境之中，并且与作为环境的其他系统进行着物质、能量、信息的交换。在这种交换中，系统经历着从低级向高级、从简单到复杂、从无序向有序的不断优化的动态发展过程。,一、系统与生态系统,生态系统的概念 生态系统通常是指在一定的时间和空间内，生物与生物之间、生物与非生物环境之间密切联系、相互作用并具有一定结构和功能的综合体，或者说是由生物群落与非生物环境依存所组成的一个生态学功能单位。生态系统的范围可大可小，相互交错，最大的生态系统是生物圈，最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统，人类主要生活在以城市和农田为主的人工生态系统中。生态系统具有开放性、运动性、自我调节性、相关性、演化性等基本特征。,一、系统与生态系统,生态系统,亚热带区域农业生态系统格局,一、系统与生态系统,生态系统种类多样，组成成分繁杂。从系统组分的性质看，生态系统的组成可以分为两类：即生物组分和非生物组分。其中生物组分是指生态系统中的动物、植物、微生物等，各生物组分在生态系统中对物质循环和能量转化所起的作用，以及它们取得营养方式的不同，又可细分为生产者、消费者和分解者三大功能类群。非生物组分是指生命以外的环境部分，包括大气、水、土壤及一些有机物质等，是生物生存的支撑体系。,生态系统的组成,一、系统与生态系统,生态系统的基本结构 生态系统的结构是指生态系统中组成成分及其在时间、空间上的分布和各组分间的能量、物质、信息流的方式与特点。生态系统的结构包括：物种结构、营养结构和时空结构三个方面，三者相互联系、相互渗透、不可分割。,一、系统与生态系统,生态系统的基本结构 1、物种结构,又称组分结构,是指生态系统中生物组分由哪些生物种群所组成，以及它们之间的量比关系。生物种群是构成生态系统的基本单元，不同的物种(或类群)以及它们之间不同的量比关系，构成了生态系统的基本特征。,一、系统与生态系统,2、营养结构 生态系统中由生产者、消费者、分解者三大功能类群以食物营养关系所组成的食物链、食物网是生态系统的营养结构，它是生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要路径。,生态系统的基本结构,一、系统与生态系统,生态系统的基本结构 3、时间结构 时间结构是指各生物种群生活周期在时间分配上形成的格局。4、空间结构 空间结构是指各生物种群在垂直和水平空间上的配置，是生态系统形态结构上的基本特征。生态系统的空间结构包括水平结构和垂直结构。,一、系统与生态系统,生态系统的基本功能 生态系统具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能。能量流动和物质循环是生态系统的基本功能，信息传递在能量流动和物质循环中起调节作用，能量流动和信息传递通过物质循环实现，并推动或调节物质运动，三者不可分割，构成生态系统的基本功能。,一、系统与生态系统,生态系统的基本功能 1、能量流动 能量是驱动一切生命活动的根本动力。生态系统的能量来自太阳辐射，沿着生产者、消费者、分解者单向流动，逐级递减。2、物质循环 物质是生命活动的基础，生态系统中的物质，主要是指生物为维持生命所需的各种营养元素，它们沿着食物链在不同营养级生物之问传递、最终归还环境，并可被多次重复吸收利用，构成物质循环。,一、系统与生态系统,3、信息传递 在生态系统中，生物与环境产生的物理信息(声、光、色、电等)、化学、营养信息(食物和养分)和行为信息(生物的行为动作)在生物之间、生物与环境之间的传递，把生态系统的各组分联系成为一个整体具有调节系统稳定性的功能。,生态系统的基本功能,二、农业生态系统,农业生态系统的概念,农业生态系统是指人类利用农业生物和非生物环境之间及农业生物种群之间的相互关系，构建合理的生态结构和机能，在人工调节和控制下进行能量转化和物质循环，并按人类社会需要进行物质生产的综合体。,农业生态系统可以分为农业生物系统、农业环境系统和人为调节控制系统三个部分。根据生产项目农业生态系统可以分为农田生态系统、林业生态系统、渔业生态系统、牧业生态系统、农牧生态系统、林牧生态系统。,二、农业生态系统,农业生态系统是一种被人类驯化了的生态系统，其发育演替过程不仅受自然条件的制约，还受人类活动的影响，不仅受自然生态规律的支配，还受社会经济规律的支配。农业生态系统是人类通过社会资源对自然资源进行利用和加工而形成的生态系统，农业发展策略与技术措施对农业生态系统有强烈和深远的影响。例如，珠江三角洲的桑基鱼塘，充分利用珠江三角洲地势低洼地貌，将农、林牧、渔有机结合起来，构成一种水陆结合，动植物共存、互惠互利的人工复合生态系统。,农业生态系统的概念,二、农业生态系统,农业生态系统的组成,农业生态系统类似于自然生态系统，其基本组成也包括生物组分和环境组分两大部分。但由于受到人类的参与和调控，其组分的构成与自然生态系统不同，其生物是以人类驯化的农业生物为主，环境也包括了人工改造的环境部分。,二、农业生态系统,农业生态系统的组成 1、生物组分 农业生态系统的生物组分也可以分成以绿色植物为主的生产者、以动物为主的消费者和以微生物为主的分解者。农业生态系统中占据主要地位的生物是经过人工驯化的农业生物，包括各种大田作物、果树、蔬菜、家畜、家禽、养殖水产类、林木等，也包括农田杂草、病、虫等有害生物。,二、农业生态系统,在农业生态系统的生物组分中还增加了最重要的调节者和主体消费者人类，由于人类有目的的选择和控制，农业生态系统中其他生物种类和数量一般较少，其生物多样性往往低于同地区的自然生态系统。,农业生态系统的组成,二、农业生态系统,农业生态系统的组成 1、生物组分 生产者(producers)主要是绿色植物和化能合成细菌等，它们具有固定太阳能进行光合作用的功能，能把从环境中摄取的无机物质合成为有机物质碳水化台物、脂肪和蛋白质等同时将吸收的太阳能转化为生物化学能，储藏在有机物中。这种首次将能量和物质输入生态系统的同化过程被称为初级生产，这类以简单无机物为原料制造有机物的自养者被称为初级生产者在生态系统的构成中起主导作用，直接影响到生态系统的存在与发展。,二、农业生态系统,农业生态系统的组成 1、生物组分 消费者(Consumers)是指除了微生物以外的异养生物，主要指依赖初级生产者或其他生物为生的各种动物。根据食性的不同，又分为草食性动物、肉食性动物、寄生动物、腐生动物和杂食动物5种类型。,分解者(Decomposers）主要是指以动植物残体为生的异养 微生物，包括真菌、细菌、放线菌，也包括一些原生动物和腐食性动物，如甲虫、蠕虫、白蚂蚁和某些软件动物。分解者又被称为还原者，能使构成有机成分的元素和储备的能量通过分解作用又释放归还到周围环境中去。,二、农业生态系统,消费者和分解者都依赖初级生产提供的能量和养分来构成自身，其生物量形成的生产称为次级生产，作为异养生物被统称为次级生产者。,农业生态系统的组成,1、生物组分,二、农业生态系统,农业生态系统的组成 2、环境组分 农业生态系统的环境组分包括自然环境组分和人工环境组分。自然环境组分包括水体、土体、气体、辐射等；人工环境组分包括生产、加工、储藏设备和生活设施，例如：温室、禽舍、水库、渠道、防护林带、加工厂、仓库和住房等。,二、农业生态系统,2、环境组分 人工环境组分是自然生态系统中没有的，通常以间接的方式对生物产生影响。人工环境组分在研究中时常部分或全都被划在农业生态系统的边界之外，归于社会系统范畴。,农业生态系统的组成,二、农业生态系统,农业生态系统的组成 2、环境组分 太阳辐射-是指来自太阳的直射辐射和散射辐射，是生态系统的主要能源。太阳辐射能通过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提供生存所需的温热条件。无机物质-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、水及其他物质；另一部分来自土壤中的氮、磷、钾、钙、等。,二、农业生态系统,有机物质-主要是来源于生物残体、排泄物及植物根系分泌物。它们是连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。土壤-作为一个生态系统的特殊环境组分，不仅是无机物和有机物的储藏库，同时也是支持陆生植物最重要的基质和众多微生物、动物的栖息场所。,农业生态系统的组成,第二节 农业生态系统结构,一、基本内涵,农业生态系统是在一定空间上由生物组分和环境组分结合而成的具有一定结构和功能的有机整体。农业生态系统的结构是指农业生态系统组分在空间、时间上的配置及组分间能物流的联系。农业生态系统的结构包括生物组分的物种结构、营养结构、空间结构、时间结构，以及这些生物组分与环境组分构成的格局。,基本结构,组分结构（component structure）又称物种结构，指生态系统中生物种类的组成与数量关系。生物物种是生态系统物质生产的主体，生物种群是构成生态系统的基本单元。营养结构（trophic structure）指农业生态系统中由生产者、消费者、分解者三大功能群以食物关系所组成的食物链与食物网结构。食物网是生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要途径。,基本结构,空间结构（space structure）包括水平结构和垂直结构。水平结构指在一定的生态区域内，各种生物种群所占面积比例、镶嵌形式、聚集方式等水平方向的特征。垂直结构 指生物种群在垂直方向上的分布格局。时间结构（temporal structure）指在生态区域内不同生物种群的生活周期在时间上起伏交错形成的格局和系统的发展演替特征。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 1.组分结构的概念 农业生态系统的组分结构是指农、林、牧、渔、副(加工)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。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统组分结构的定量描述，通常采用各业用地面积占总土地面积的比例，或各业产值占总产值的比例，以及各业产出的生物能量占系统生物能总产出量的比例，或各业蛋白质生产量占系统蛋白质生产总量的比例来表示。,农业生态系统的组分结构 1.组分结构的概念,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 1.组分结构的概念 农业生态系统的物种组成和数量受自然条件和社会条件的双重影响。比如，毁林造田、建房毁田、造防护林、修建水库和排灌系统、围筑堤坝、修梯田、挖池塘、平整土地、造温室等人为干扰能显著改变了农业生态环境，从而改变农业生态系统的组分结构。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 1.组分结构的概念 农业生态系统的物种结构（组分结构）可分为单一结构和复合结构。人们在农业生产实践中，通过选择合适的物种组合，协调各种生物之间的关系，形成种植业、畜牧业、渔业等单一结构；人们采用不同方式将农林牧副渔各业联系起来，合理布局，充分利用资源，形成两种或多种行业的复合结构。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 1.组分结构的概念 理想的物种结构（组分结构）应能最大限度地适应和利用自然资源和社会资源，在同等物质和能量输入的情况下，借助结构内部的协调力达到最高的生产效率和最佳的经济效益。,二、农业生态系统的基本结构,在一些生态农业园中，将畜牧业与种植业有机结合，再配套上以沼气发酵为主的能源生态工程、粪便生物氧化塘多级利用生态工程，可以将农作物秸秆等废弃物和家畜排泄物能源化，向农户提供生活能源和生产能源；将农作物秸秆等废弃物和家畜排泄物肥料化，向农田提供经过发酵的高效有机肥料，可逐年提高土壤的有机质含量。,农业生态系统的组分结构1.组分结构的概念,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 2、组分结构的主要类型 种植业与养殖业相结合的组分结构 例如通过饲草生产技术把种植业与畜牧业结合，通过种植牧草（苜蓿、黑麦草、草决明、三叶草）与养牛、养猪、养羊结合；通过以配合饲料生产技术把种植业与养殖业结合，把饲料作物（玉米、大豆、苜蓿、黑麦草等）种植与养猪、养牛、养鸡、养鹅、养鱼的结合；将作物秸秆用于喂饲动物，动物粪便用于肥田，如农田培养食用菌、以沼气为纽带的种养结合模式等。,苜蓿,草决明,三叶草,黑麦草,甜高粱与黑木耳,小麦与黑木耳,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 2、组分结构的主要类型 种植业与林业相结合的组分结构 通过农林间作、林药间作等方式把多年生木本植物与栽培作物结合的农林结合模式最为常见。农林间作在我国有许多成功的模式。,桐粮间作,种植业与林业相结合的组分结构 如沿海农田防护林，河南、安徽的桐农间作，河北的枣农间作，江苏的稻麦与池杉间作，热带地区的胶茶间作、桉树与菠萝间作等。这种模式已发展成规模较大的区域性气候、地形、土壤、水体、生物资源的综合开发，实现多级生产，形成了稳定高效的复合循环生态体系。,粮枣间作,早酥梨幼园套种膜侧马铃薯,杉花生,枣棉间作,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 2、组分结构的主要类型 种植业与渔业相结合的组分结构 将农作物种植业和渔业有机地结合起来，充分高效利用各种资源，从而提高综合效益，如基塘系统模式、稻田养鱼(虾、蟹)技术等。,稻鸭萍立体种养,稻田养鸭,稻田养鱼,稻田养虾,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 2、组分结构的主要类型 种养殖业与渔业相结合的组分结构 在畜牧业与渔业的连接方面，有鱼塘养鸭技术、塘边养猪技术等。利用鲜禽粪作为养鱼的肥料和饲料，直接投喂养鱼；或者将干禽粪作为鱼配合饲料的重要组成部分。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的组分结构 2、组分结构的主要类型 大农业的组分结构 大农业是指种植业、林业、牧业、渔业及其延伸的农产品加工业、农产品贸易与服务业等密切联系和协同作用的耦合体，表现为各业间的相互关联与互补作用和农林牧副渔业的一体化，大农业是建立农业循环经济产业链的基础，但大农业的组分结构比较复杂，可以借鉴的模式少，因地制宜地进行各业的组合是构建农业生态系统组分结构可行的途径。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的营养结构 1、食物链 定义：生物之间通过取食与被取食的关系所联系起来的链状结构称为食物链。农业生态系统中以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构，称为农业生态系统的营养结构或食物链结构。农业生态系统的食物链的结构类型多种多样，有以养殖业为主的类型、种植业和养殖业相结合的类型、种植业和渔业相结合的类型、渔业和畜牧业相结合的类型等。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的营养结构 2、食物链的结构 以养殖业为中心的食物链结构 天津蓟县采用鸡粪喂猪，猪粪养蝇蛆，蝇蛆喂鸡，剩余猪粪和鸡粪施人农田循环利用的结构。苍蝇以腐败废弃物为食料，产卵多，生长快，1只雌蝇1次产卵少的几十粒，多的200余粒。蝇蛆营养丰富，并有18种氨基酸。所以，蝇蛆是一种优良的蛋白质饲料。每只鸡每天喂10g蝇蛆，可使鸡的产蛋率提高10.1，每lkg蛋可节省饲料0.4 kg。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的营养结构 2、食物链的结构 种养结合的食物链结构 养鱼和种植饲草相结合是目前渔农综合养殖中最普遍的一种方式。种草养鱼是以鱼和青饲料为主线，培育和种植饲料作物来饲养草食性鱼类。,养鱼的饲料作物包括水生作物(如绿萍、苦菜、水浮莲、水花生等)，也包括陆生作物(如象草、苏丹草、稗草、狗尾草、狼尾草、紫花苜蓿)等。,饲草可直接作为草食性食用，也可以作为青绿有机肥，以培育水体肥力，增加水体浮游植物和浮游动物，实行肥水鱼类。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的营养结构 2、食物链的结构 农业废弃物资源化利用的腐生食物链结构 农村沼气工程把农业和农村产生的秸秆、人畜粪便等有机废弃物转变为有用的资源进行综合利用，有助于提高农村的有机废弃物(如秸秆、人畜粪便等物质)的利用率；改善环境卫生，提高环境质量。,沼气池,其中，比较成功的模式有南方的畜-沼-果模式，北方的四位一体(养猪-沼气-种菜-温室)模式。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的营养结构 2、食物链的结构 人类为了扩大农业生态系统的生产力和经济效益，常采用食物链“加环”来改造营养结构；为了防止有害物质沿食物链富集而危害人类的健康与生存，而采用食物链“解列”法中断食物链与人类的连接从而减少对人类健康危害。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 1、农业生态系统的水平结构 定义：农业生态系统的水平结构是指一定区域内，各种农业生物类群在水平空间上的结合与分布，亦即由农田、人工草地、林地、池塘等类型的景观单元所组成的农业景观结构。,二、农业生态系统的基本结构,（1）农业景观与农业生态系统的水平结构 景观是由相互作用的斑块或生态系统组成的具有高度空间异质性的区域，具有明显的边界。斑块是景观的基本组分，农业景观可以由大小几亩到几百亩农田的景观单元组成，也可以由农林牧渔各业相结合的耕地、林地、人工草地、池塘等多类型的景观单元组成。除农田、牧场、林地、村落外，河流、湖泊、山脉、交通也是农业景观的组成单元。农业景观多样性展现出农业生态系统的水平结构基本轮廓。,农业生态系统的空间结构 1、农业生态系统的水平结构,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 1、农业生态系统的水平结构（2）地理环境与农业生态系统的水平结构 流域位置变化形成的水平结构。在一个流域内，自上游至下游，海拔高度由高至低，坡降由大到小，在重力作用下，由于水的下迁运动，使水土环境发生变化，从而对农田种植结构和作物产量产生影响，呈现一定的水平结构。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 1、农业生态系统的水平结构（3）农业区位与农业生态系统的水平结构 1926年，德国学者杜能于出版了孤立国对于农业及国民经济之关系一书。杜能假设（Thunen model）这样一个与世隔绝的孤立国。在农业自然条件一致的平原上，农产品能够实现销售的惟一市场是中心城市；农产品的惟一运输工具是马车；农产品的运费与重量及运输距离成正比；农作物的经营以获取最大利润为目的。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 1、农业生态系统的水平结构（3）农业区位与农业生态系统的水平结构 根据这样的假设，杜能为孤立国推断出围绕中心城市的6个同心圈层，每个圈层分别有不同的最适农业生产结构。农业生产方式的空间配置方式为：以城市为中心，由里向外依次为自由式农业、林业、轮作式农业、谷草式农业、三圃式农业、畜牧业这样的同心圆结构。,第一圈：自由式农业圈 为最近的城市农业地带，主要生产易腐难运的产品，如蔬菜、鲜奶。由于运输工具为马车，速度慢，且又缺乏冷藏技术，因此需要新鲜时消费的蔬菜，不便运输的果品（如草莓），以及易腐产品（如鲜奶等）等就在距城市最近处生产，形成自由式农业圈。本圈大小由城市人口规模所决定的消费量大小而决定。,第二圈：林业圈 供给城市用的薪材、建筑用材、木炭等，由于重量和体积均较大，从经济角度必需在城市近处（第二圈）种植。,第三圈：轮作式农业圈 没有休闲地，在所有耕地上种植农作物，以谷物（麦类）和饲料作物（马铃薯、豌豆等）的轮作为主要特色。杜能提出每一块地的六区轮作，第一区为马铃薯，第二区为大麦，第三区为苜蓿，第四区为黑麦，第五区为碗豆，第六区为黑麦。其中耕地的50种植谷物。,第四圈：谷草式农业圈 为谷物（麦类）、牧草、休耕轮作地带。杜能提出每一块地的七区轮作。同第三圈不同的是总有一区为休闲地，七区轮作为第一区黑麦，第二区大麦，第三区燕麦，第四区、五区、六区为牧草，而第七区为荒芜休闲地。全耕地的43为谷物种植面积。,第五圈：三圃式农业圈 此圈是距城市最远的谷作农业圈，也是最粗放的谷作农业圈。三圃式农业将农家近处的每一块地分为三区，第一区黑麦，第二区大麦，第三区休闲，三区轮作，即为三圃式轮作制度。远离农家的地方则作为永久牧场。本农业圈内全部耕地中仅有24为谷物种植面积。,第六圈：畜牧业圈 此圈是杜能圈的最外圈，生产谷麦作物仅用于自给，而生产牧草用于养畜，以畜产品如黄油、奶酪等供应城市市场。据杜能计算本圈层位于距城市5180km处。此圈之外，地租为零，则为无人利用的荒地。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构 农业生态系统的垂直结构系指农业生物类群在同一土地单元内，垂直空间上的组合与分布。农业生物因适应环境的垂直变化而形成各类层带立体结构。同时，人们仿照自然生物群落的成层性，利用形态上、生态上、生理上不同的农业生物类群组建复合群体，实行高矮相间的立体种植或深浅结合的立体养殖，以及种养结合的立体种养方式，形成了多种多样的人工立体结构。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构（1）林农间作的垂直结构 枣粮间作；桐粮间作；胶茶间作；林药间作,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构（2）农作物间作的垂直结构 同一作物不同品种的间作 利用同一作物不同品种的抗性差异进行互补间作，如不同品种的水稻混栽模式和小麦混栽模式。1996年，云南农业大学朱有勇教授与国际水稻研究所等单位提出了利用生物多样性持续控制水稻病害的研究。,二、农业生态系统的基本结构,利用传统地方品种和现代杂交稻品种多样性混栽控制稻瘟病取得了重大突破。现代抗稻瘟病品种与感稻瘟病优质稻株高差异在30cm以上，每46行现代杂交品种秧苗的宽行之间配置一行传统优质稻。从1998年开始，在云南、四川、湖南、江西、贵州等33个市(州)202个县累计推广2.0106公顷以上，稻瘟病发病率显著降低，取得了良好的效益。,农业生态系统的空间结构2、农业生态系统的垂直结构（2）农作物间作的垂直结构,二、农业生态系统的基本结构,2023/3/30,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构（2）农作物间作的垂直结构不同农作物间作,玉米大豆,玉米马铃薯,2023/3/30,玉米甘薯,玉米马铃薯,甘蔗大豆,春小麦玉米,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构 水体立体养殖的垂直结构 分层养鱼 鱼蚌混养,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构 鱼牧结构 鱼牧结构主要是在基塘系统的基础上，在池塘的水面养鸭，水中养鱼，鸭粪作为鱼饵料，鸭在水中游动，增加水的溶解氧，塘泥肥基等渔牧结合模式。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构 鱼牧结构 浙江余姚市陆埠镇浙东白鹅养殖基地开展“鹅-鱼-果-草”立体生态养殖模式，形成了地种牧草、牧草养鹅喂鱼、鹅粪养鱼肥地，利用鹅粪产生沼气，用沼气育雏鹅及照明、煮饭，沼气渣肥果树的渔牧结合、种养结合的循环生产链，实现了养殖基地减少环境污染、多产鹅、多产鱼、多产果的“一多三少”的产业发展效果。取得良好的经济效益。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构 畜禽立体养殖 畜禽立体养殖的主要模式及技术要点立体养殖是运用生态学原理及畜禽生理特性，多层次地开发利用生物能，以降低饲养成本、提高养殖效益的养殖模式。分层立体养殖可以充分利用空间，节约棚圈材料并综合利用废弃物而设计的空间立体养殖。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的空间结构 2、农业生态系统的垂直结构 畜禽立体养殖 如新疆米泉市种猪场利用育肥猪舍的上层空间笼养鸡，鸡笼距猪舍地面1.5m处，鸡粪落人猪舍食槽直接喂猪或将鸡粪收集发酵后做猪饲料。猪粪入沼气池进行发酵，将沼气用于发电，沼渣、沼液作为养鱼的饲料，或将沼渣、沼液直接注人鱼池或将沼渣晒干掺人其他原料制作成鱼的颗粒饵料喂鱼，用沼液浇灌温室和塑料大棚的蔬菜，最后将养鱼池的肥水灌溉水稻。,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的时间结构 1、时间结构的概念 农业生态系统的时间结构是指农业生物类群在时间上的分布与发展演替。与环境条件的季节性和生物的生育发育规律密切相关。,二、农业生态系统的基本结构,环境因素的变化规律在一个地区是相对稳定的，因此，根据各种生物的生长发育时期及其对环境条件的要求，选择搭配适当的物种，合理控制生长季节，实现周年生产，成为影响农业生态系统时间结构的主导因素。合理的物种搭配，如长短生育期搭配，早、中、晚品种搭配，喜光作物与耐阴作物时序交错，籽粒作物和叶类、块根类作物交错，绿色生物与非绿色生物交错可以充分利用各地的环境因素。,农业生态系统的时间结构,二、农业生态系统的基本结构,2、时间结构的调节利用（1）作物套作 能从时间和空间两方面充分利用全年生长季；共生期所受损失可后期得以补偿，虽晚熟，但产量较高；营养钵培育棉苗减小风害、抑制返盐，减少棉蚜迁入等10积温36004100地区，为能在麦行间早套中、晚熟玉米，保持小麦基本不减产，并提高玉米产量时采用。,棉花主产区缓解粮棉争地矛盾，提高土地利用率和经济效益的种植模式,农业生态系统的时间结构,小麦套种棉花,小麦套种玉米,小麦套种烤烟,粮瓜菜间套作,大豆套种红薯,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的时间结构2、时间结构的调节利用（2）作物轮作,轮作(rotation)轮作就是在同一块田地上，按预定的种植计划，轮换种植不同的作物。连作指在同一块地上长期连年种植一种作物。甜菜、胡萝卜、洋葱、大蒜等的根系分泌物可抑制马铃薯晚疫病发生，小麦根系的分泌物可以抑制茅草的生长，从而提高作物产量。轮作还可以均衡利用土壤中的矿质元素，防止土壤中营养物质偏耗而造成土壤肥力的枯竭，把用地和养地结合起来。改善 农田生态条件，改善土壤理化特性，增加生物多样性。,二、农业生态系统的基本结构,2023/3/30,农业生态系统的时间结构2、时间结构的调节利用（2）作物轮作,水旱轮作,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的时间结构2、时间结构的调节利用（2）作物轮作,旱地轮作,二、农业生态系统的基本结构,农业生态系统的时间结构2、时间结构的调节利用（2）作物轮作,蔬菜作物轮作 蔬菜品种多，生长周期短，复种指数高，科学安排茬口，可恢复与提高土壤肥力，减轻病虫危害，增加产量，改善品质。实行蔬菜作物轮作，应充分利用土壤养分如青菜、菠菜等叶菜类需氮肥较多，瓜类、番茄、辣椒等果菜类需要磷肥较多，马铃薯、山药等根茎类需要钾肥较多，把它们轮作栽培，可以充分利用土壤中的各种养分。同时应根据各种蔬菜对连作的反应不同合理确定轮作年限。,三、农业生态系统结构合理性标准,持续性 农业生态系统的持续性是指生态系统中生物群体与环境资源组合之间互相适应，能充分发挥当地的资源优势，并保持资源的永续利用；有助于农业生态环境的改善和农业生产的持续发展。稳定性 农业生态系统的稳定性是指系统中各组分之间量比关系协调，物质、能量输入输出平衡，具有较强的自我调控能力。,三、农业生态系统结构合理性标准,高效性 农业生态系统的高效性指生态系统中的各种生物群体之间能互相配合，科学衔接，充分利用光、热、水、土资源，提高光能利用率，并实现生物物质和能量的多级利用，成为一个高效的、无废物的系统。协调性 农业生态系统的协调性指农业生态系统中农、林、牧、副、渔各业协调发展，并能够适应社会经济发展的需要，满足适时调整农业内各业结构的要求。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的原则农业生态系统的结构调整主要是指建立合理的种植制度。,一要按照用养结合的原则安排作物的种植，利用不同作物的资源利用特性，调节农田养分平衡,二要利用林业保持水土、涵养水源功能，发挥畜牧业转化养分、聚集和转移肥力作用，改善物质循环,三要按照农业生态系统的地形、土质、水文、植被及地理特点，组建合理的景观结构,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的原则 农业生态系统从本质上讲是一个自然生态系统，这是农业生态系统结构调整的基本依据和出发点。农业生态系统结构调整的实质是依据农业生态系统内部物质流和能量流的自然运作机制重新配置各生产要素，提高资源的使用效率，全面地实现经济、社会和生态三大效益的过程。在调整农业生态系统结构时，应研究解决以下问题。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的原则 1、构建匹配的农业生态系统组分 调整种植业的结构，必然改变粮食、饲料品种和数量，相匹配的粮食饲料加工业、养殖业应同时加以调整；调整养殖业的结构，如大力发展养猪业，与之相匹配的饲料加工业、种猪生产和肉猪产品加工业必然受到影响，宜进行相应的调整；发展畜牧业、渔业，要构建相匹配的产业链，以保证农业生态系统的能物流畅通。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,2、调节农业生态系统各组分的合理量比关系 农业生态系统中的各组分量比关系是否合理对系统的功能起重要作用。只有量比关系得当，才能避免原料不足或产品过剩，有利于提高农业生态系统的物质能量的转化效率。以“玉米-花生-猪”的组分结构为例，适当减少玉米种植面积，增加花生种植面积，有利于扩大养猪规模，在系统粮食总产量不减少的情况下，肉和油料产出大大增加，增加了参与农业生态系统内部的循环物质，提高了系统的生产力和经济效益。,农业生态系统结构调整的原则,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的原则 3、充分发挥农业生态系统各组分的整体效应 农业生态系统的整体功能大于各组分功能的总和。这种整体效应基于农业生态系统合理的组分结构，与系统中各组分的交互作用密不可分。对于畜牧业而言，种植业中粮食、经济作物、饲料作物比不协调，往往影响畜牧业的经济效益。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的原则 3、充分发挥农业生态系统各组分的整体效应 例如，种植业向养猪业提供的稻麦等禾谷类饲料，生猪的饲料转化效率低，生猪的出栏率低，粮多也不一定带来猪多，经济效益不高；种植业适当增加玉米、大豆、大麦等饲料的生产，用稻谷、玉米、豆饼、大麦配合饲料，可以降低生猪的料肉比，提高经济效益。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（1）生产环 在原有食物链中加人一个或几个新的环节，能够将非经济产品转化为经济产品，这种新的食物链环节称为为生产环。它又可分为一般生产环和高效生产环两种。一般生产环可以把低价值、低能量的产品，或把以往称为废弃物的资源转化为高价值、高能量与高效用的经济产品，如饲养牛、马、羊、猪、家禽等。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（1）生产环 高效生产环可以取得显著的经济效益。例如在蜜源植物开花之际进行人工放蜂，利用蜜蜂特殊的吸收、消化和酿制本领，生产出价值高的经济产品(如蜂蜜、蜂乳、蜂蜡、蜂胶等)，同时由于蜜蜂的授粉作用，可以使许多农作物和果树提高授粉率，增加产量。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（2）增益环 这种食物链环节，本身转化产品并不直接提供为人类消费的产品，但可以扩大了生产环的效益，称为增益环。例如利用粪渣、垃圾、沼渣等有机废弃物养殖蚯蚓和蝇蛆。蚯蚓和蝇蛆对人类并无直接利用价值，但它们是鸡、猪等的优质蛋白饲料，通过蚯蚓和蝇蛆饲养家禽家畜，以提高畜禽的生长量和产蛋率，为人们提供更多的肉、禽和蛋产品，降低饲料成本，提高效益。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（3）减耗环 这是通过引入一个新的环节或增大一个已有的环节，减少生产损耗，增加系统生产力。例如，在棉花、麦、蔬菜等农作物上，常发生蚜虫危害，如果人工引进蚜虫天敌，就可以大大抑制蚜虫危害，减少损失。人工放养和招引林木害虫(害兽)天敌的方法，可以取得成本低而又不会造成环境污染的最佳效益。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,利用人工巢招引益鸟抑制森林害虫、人工放养寄生利用人工巢招引益鸟抑制森林害虫、人工放养寄生蜂防治松毛虫等都是食物链原理的利用实例。,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（3）减耗环,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（4）复合环 复合环是指具有两种以上功能的环节。复合环的加入把几个食物链串联在一起，增加系统产出，提高系统效能。如沼气池以畜禽粪便、秸秆、杂草等为原料，利用微生物(产酸菌和甲烷菌)在厌氧条件下把淀粉、蛋白质等高分子有机物降解为可溶性碳、氮化合物，同时产生甲烷等可燃性气体。这样，沼气为人们提供生活、生产能源，能效为秸秆直接燃烧的6倍。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,另一方面，沼液和沼渣可供多条食物链利用，如肥农田、果树，沼渣种蘑菇、养蚯蚓等。因此，沼气池是一个优良的复合环，成为复合农业生态系统中的纽带。又如稻田养鱼、养鸭，鱼、鸭既有减耗作用，有可生产鱼、蛋产品。,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（4）复合环,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环（5）加工环（加环特例）农产品加工是一个物理、化学过程，不属于食物链范畴，在农业生产中也常常被忽略了，实际上，农副产品加工是农业生产过程中一个很重要的组成部分，是农业生态系统物质循环、能量流动合理导向的重要环节，对在农业生态系统具有重要的作用。加工环有传统加工型、多次加工型和农工商结合型三种类型。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环 食物链加环的主要作用、提高农业生态系统的稳定性 一般来说，农业生态系统的食物链结构大多数比较简单，单一的生物组成，使得生态系统中的生物种群之间相互制约机制降低，造成系统稳定性脆弱，如某种病虫害发生，常常引起农作物减产，甚至绝收。因此，通过在农业生态系统中引入捕食性昆虫或动物这样的营养级，就可以抑制虫害的发生，大大减少由于病虫害而造成的经济损失，提高农业生态系统的稳定性。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环 食物链加环的主要作用 提高农副产品的利用率 一般农作物只有2030的主产品可供人类直接食用，而7080则为副产品。如果在其中加人新的食物链环节，这一部分副产品也可供其他动物或菌类利用，并制造出更多的次级产品，为人类提供更多的食物，从而提高农副产品的利用率和经济效益。,四、农业生态系统结构调整的原则与方法,农业生态系统结构调整的方法 1.食物链的加环 食物链加环的主要作用 提高能量的利用率和转化率 生态系