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农业生态技术,农业生态系统的概念 一、系统(system)1.定义 系统论的创始人是奥地利的贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy）。系统是由相互作用和相互依赖的若干个组 成部分结合而成的、具有特定功能的整体。系统必须具备的三个条件：由二个以上的组分组成；组分之间有密切的联系；以整体方式完成一定的功能。系统是客观世界事物存在的普遍形式，可以说万事万物皆系统。例如：一台计算机是一个系统，一个生物是一个系统，一个企业是一个系统，一个部门、一个经济协作区、一个社会组织也都是一个系统。系统有大有小，大到一个国家甚至于整个地球和宇宙，小到一个细胞或分子、原子。,2.系统的结构特点 系统都有边界。系统具有层次性。即系统由若干个子系统 组成，系统本身也是更大系统的子系统。构成系统的组分间有一定的量比关系。系统的组分在空间上有一定的排列位置关系。,(二)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，杂乱无章的要素组合在一起构不成系统。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：(1)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，而有些比较含糊。系统的边界可能是自然形成的，也可能是人为划分的。例如：一只动物的皮毛构成了这一动物个体系统的自然边界，而对于土体系统而言，明确地划分它的边界，则显得有些困难，其上界是与大气的交接面，其下界则往往是根据研究目的而人为确定为犁底层、根系下界或母岩表面等。明确系统的边界是为了便于研究边界内的事物。系统边界确定的原则是把研究分析问题的重要部分和对研究问题有重大影响的部分作为系统组成部分，非重要部分中与研究问题有关但又无重大影响的部分划为系统环境。,(2)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)，在宏观方向上可以逐层综合，在微观方向可以逐层分解，从而表现出鲜明的层次关系。这可用农业系统的层次结构图来说明,太阳系,地球,土壤,植物,农业生态学的研究对象主要是农业生态系统(agroeco system)。农业生态系统是人类为满足社会需要，在一定边界内通过人类干预，利用生物与生物、生物与环境之间的能量和物质联系建立起来的功能整体，客观上是以系统形式存在的。从系统的角度研究和分析农业生态问题，可以更深入和全面地了解农业生产体系的特点与规律，并可进一步调节控制农业生产及对资源环境的有效利用。,一、有毒污染物在食物链上的浓缩包括等位酶分析技术和 DNA分析技术。系统有大有小，大到一个国家甚至于整个地球和宇宙，小到一个细胞或分子、原子。四、土壤有机质与农田养分循环农业生态系统是驯化的生态系统，既受生态规律的制 约，也受经济规律的制约。1 小麦套玉米：华北地区，小麦收获前15-20 天套下去（二）群落的类型与分布1 作物的轮作：如湖南的豆稻轮作；钾循环（Potassium cycle）一、土壤生态系统中的平衡 输入：动植物残体施肥输出：作物收获流失渗漏系统功能的整合性 系统的整合性是指系统的整体功能大于各组成部分功能之和的特性，又叫系统的整合效应。含氮有机物燃烧产生 NOx 污染大气温室气体种群密度 是指单位面积或容积内某个种群的个体总数。三、人类活动对氮循环的影响2 生态系统的基本组分 生态系统在结构上包括两大组分：环境组分和生物组分。例如，某个鱼塘中草鱼的总数。各生态系统都是程度不同的开放系统，不断地从外界输入能量和物质，经过转换变为输出，从而维持系统的有序性。一、自然地理位置与垂直结构固体废弃物污染如垃圾、污泥等 处理措施：（1）填埋（2）焚烧（3）资源化处理（如作肥料）作燃料 5.,2.系统的整体性 系统的整体性主要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、信息和价值等转化与循环功能的“目的性”要求。3.系统功能的整合性 系统的整合性是指系统的整体功能大于各组成部分功能之和的特性，又叫系统的整合效应。一般而言，系统的整体功能不等于各组成要素功能的简单相加和堆积，而是一种集合效应，既有各要素的具体功能，又有各要素间交互作用产生的新功能。,三、生态系统的组成 生态系统种类多样，其组成成分也很繁杂，但从这些组分的性质可以分为两类，即生物组分和非生物组分。其中的生物组分是指生态系统中的动物、植物、微生物等；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(图2.2)。（插图2）,提供多种多样的工业原料，如木材、纤维、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等等4.3 农业生态系统的基本结构农业生态系统的物质循环 Nutrient Cycle in Agroecosystem（1）以养殖业为主：鸡粪喂猪，猪粪养蝇 蛆，蝇蛆作饲料喂鸡，剩余猪、鸡粪回到农田 循环利用。水循环主要由四大过程组成：蒸发、水汽运输、降水和径流。输入项：降水(Rain,R)、灌溉(Irrigation,I)、地下水上升(underground water up)其他：氟污染兽药和饲料添加剂污染污水（1）以养殖业为主：鸡粪喂猪，猪粪养蝇 蛆，蝇蛆作饲料喂鸡，剩余猪、鸡粪回到农田 循环利用。水有较高的汽化热和比热，可以调节和稳定气温。农业生态系统的时间结构（1）系统功能的整合性：即整体大于部分之和。畜禽粪便污染易造成富营养化、含有病原微生物等 处理措施：（1）作肥料（2）作饲料（3）作培养料（4）作燃料 4.2 麦-棉-绿肥间套作：南北方粮棉种植区均普遍。4 农业生态系统的基本功能3、遗传多样性（基因多样性）。一、食物链(food chain)由于人口数量和质量、经济和物质能 量交换水平等因素，使得这一过渡带表现出十分迅速和不稳定的特征价值流(catipal flow)：价值可以在农业生态系统中被转换成不同的形式，并可以在不同组分间转移。生物组分包括生产者(producer)、大型消费者(consumer)和小型消费者(分解者 decomposer)。通常形象地称“1+12”固体废弃物污染如垃圾、污泥等 处理措施：（1）填埋（2）焚烧（3）资源化处理（如作肥料）作燃料 5.,3.系统的功能特点和系统研究的基本途径（1）系统功能的整合性：即整体大于部分之和。通常形象地称“1+12”（2）系统研究的基本途径有：“黑箱”：只了解系统的转换特性，了解系统的输 出对系统的输入的响应规律，而不揭示引起这种特性 或响应规律的系统内部原因。“白箱”：着重了解系统内部结构和功能对系统的 行为和表现作出解释。“灰箱”：实际研究中常采用。即在重点层次、组分和关系上用白箱的方法，其它用黑箱方法。,二、生态系统(Ecosystem)1 生态系统的定义 生态系统是在一定的空间内的全部生物和非生物环境相互作用形成的统一体。景观区(landscape)是由地理、生物和人类活动结果所综合组成的空间和视觉的整体。景观生态学(Landscape ecology)不仅在“垂直”方向研究特定地点上的生物和环境的相互关系，而且在“水平”方向研究异质区域间的相互影响，把特定地点上的同质区域称为景观元素。,2 生态系统的基本组分 生态系统在结构上包括两大组分：环境组分和生物组分。环境组分包括四方面：辐射(Radiation)、气体(air)、水(water)、土体(soil)。生物组分包括生产者(producer)、大型消费者(consumer)和小型消费者(分解者 decomposer)。3.生态系统区别于一般系统的特点（1）组分上包括生物，生物群落是生态系统的核心。（2）空间上有明显的地域性。（3）具有明显的时间特征，具有从简单到复杂，从低级到高级的发展演变规律（4）系统的各组分间处于动态的平衡中。各生态系统都是程度不同的开放系统，不断地从外界输入能量和物质，经过转换变为输出，从而维持系统的有序性。,4.主要的生态系统类型(1).根据环境的性质生态系统可划分为陆地生态系统(Terrestrial ecosystem)分为：a.森林生态系统b.草原生态系统c.农田生态系统 淡水生态系统(Freshwater ecosystem)海洋生态系统(Ocean ecosystem)。(2).根据受人类干扰的程度可划分为：a.自然生态系统b.人工驯化的生态系统c.人工生态系统。,三、农业生态系统(agroecosystem)1 农业生态系统的定义 农业生态系统是农业生物与环境之间的能量和物质联 系建立起来的功能整体。农业生态系统是驯化的生态系统，既受生态规律的制 约，也受经济规律的制约。2 农业生态系统的基本组分 生物组分：农业生物如农作物、家畜、家禽、家鱼、家蚕等，以及与这些生物有密切联系的病虫害、杂草 等。其中的大型消费者也包括人。环境组分：受到人类的不同程度的调节和影响。而有 些环境如温室、禽舍等完全是人工环境。3 农业生态系统的基本结构 组分结构(component structure)；时空结构(Spatio-temporal structure)；营养结构(trophic structure)。,4 农业生态系统的基本功能 能量流(energy flow)：农业生态系统除输入太阳能 外，还输入人工辅助能。(见图)物质流(matter flow)：各种化学元素在生态系统中被生物吸收并传递，在生物与环境之间以及生物与生物之间形成连续的物质流。信息流(information flow)：农业生态系统通过信源 的信息产生，信道的信息传输和信宿的信息接受形成 信息流。价值流(catipal flow)：价值可以在农业生态系统中被转换成不同的形式，并可以在不同组分间转移。,人工输入的能量,5.农业生态系统与自然生态系统的区别,农业生态系统的群落,一群落的基本特征（一）群落具有如下特征 1、具有一定的种类组成。群落是由一定的植物、动物和微生物种类组成的，为研究的方便，常把群落按物种分为植物群落、动物群落和微生物群落等。2、具有一定的结构。群落本身具有一定的形态结构和营养结构。如生活型组成，种的分布格局，成层性，季相，捕食者和被食者的关系等。3、具有一定的动态特征。生物群落是生态系统中有生命的部分，生命的特征就是不断运动，群落也是如此。其运动形式包括季节变化、年际变化，演替与演化。4、不同物种之间存在相互影响。群落中的物种以有规律的形式共处，即是有序的。一个群落的形成和发展必须经过生物对生物的适应和生物种群的相互适应。,如森林中都形成特定的群落环境，与周围的农田或裸地大不相同。边界是区分系统及其环境的依据。采用硝化抑制剂4.4群落交错带：不同生物群落之间的交界地带。三、生态系统的组成 生态系统种类多样，其组成成分也很繁杂，但从这些组分的性质可以分为两类，即生物组分和非生物组分。农药污染（pesticide pollution)农业生态系统是人类干预下的生态系统。“灰箱”：实际研究中常采用。4 农业生态系统的基本功能（1）组分上包括生物，生物群落是生态系统的核心。种群密度 是指单位面积或容积内某个种群的个体总数。二、生态系统(Ecosystem)1 有较高的养分输入率和输出率龄级比：若一个种群中的不同个体具有不同的年龄，则可按一定的年龄分组，统计各个年龄组个体数占种群总个体数的比率。系统功能的整合性 系统的整合性是指系统的整体功能大于各组成部分功能之和的特性，又叫系统的整合效应。（二）边缘效应与生态交错带（ecotone）1 食物链加环的作用(二)轮作(rotation)、轮养（2）系统研究的基本途径有：（1）加强农药立法管理（2）开发高效、低毒、安全的无公害农药和生物 农药（3）IPM(integrated Pest Management)综合管理（4）改进用药技术例如：一只动物的皮毛构成了这一动物个体系统的自然边界，而对于土体系统而言，明确地划分它的边界，则显得有些困难，其上界是与大气的交接面，其下界则往往是根据研究目的而人为确定为犁底层、根系下界或母岩表面等。定义 系统论的创始人是奥地利的贝塔朗菲（L.,5、具有一定的分布范围。任何一个群落只能分布在特定的地段和生境中，不同群落的生境和分布范围不同。全球范围内的群落都是按一定的规律分布的。6、形成一定的群落环境。生物群落对其居住环境产生重大影响。如森林中都形成特定的群落环境，与周围的农田或裸地大不相同。7、具有特定的群落边界特征。在自然条件下，有的群落有明显的边界，有的边界不明显。前者见于环境梯度变化较陡，或者环境梯度突然中断的情形，如陆地和水环境的交界处湖泊、岛屿等。,（二）群落的类型与分布,一、纬度地带性（主要受温度梯度的影响）北半球欧亚大陆从南到北，随着纬度增加，热量减少，形成了以热 量为主的环境地带性分布，从南到北植被类型依次是：热带雨林 季雨林 常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 草原 荒漠。,二、经度地带性（主要受水分梯度的影响）如:我国从东到西因距海远近造成水分的差异。相应分布着 湿润森林 半干旱草原 干旱荒漠 等不同的植被类型。,三、垂直地带性 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，相应物种的分布也会受到影响。以台湾玉山西北坡为例：从山脚到山顶植被群落依次是：热带雨林 山地雨林 樟栎常绿阔叶林 常绿落叶阔叶混交林 针阔叶混交林 落叶阔 叶林 暖温带针叶林 亚高山针叶林 山顶矮林 杜鹃灌丛。,农业生态系统的生物与环境一自然环境 自然环境是生态系统中作用于生物的外界条件的总和。包括生物生存的空间，以及维持生命活动的物质和能量。自然环境中一切影响生物生命活动的因子均称为 生态因子（ecological factor），如辐射强度、温度、湿度、土壤酸碱度、风力等等。太阳辐射以及地球表面的大气圈、水圈和图圈综合影响着这些生态因子。,（一）太阳辐射地球上生命存在的能量主要依靠来自太阳的辐射。太阳辐射有两种功能：一种是通过热能形式温暖地球，使地球表面的土壤、水体变热，推动着水循环，引起空气和水的流动，为生物生长创造合适的温度条件；另一种功能是通过光能形式被绿色植物吸收，并通过光合作用形成碳水化合物，将能量贮存在有机物中。,（四）土壤圈土壤具有独特的结构和化学性质，是固相、液相、气相共存的三相体系，具有巨大的吸收能力与贮藏能力，为生物的生长提供了适宜的条件。土壤不仅是植物生长繁育的基础，而且是物质和能量的贮存和转化的重要场所。,二人工环境 农业生态系统是人类干预下的生态系统。广义的人工环境包括所有受人类活动影响的环境，可以分为人工影响的环境和人工建造的环境。,（一）人工影响的环境在原有的自然环境中，人的因素促使其发生局部变化的环境。例如，为改变局部地区的气候，控制水土流失，使农作物高产稳产，而人工经营的森林、草地、防风林、水保林等。为控制旱涝灾害而兴建的水利工程。这些人工影响的环境在不同程度上仍然依赖于大自然。,采用硝化抑制剂4.包括基因密码的多样性、变异和遗传规律的多样性水循环主要由四大过程组成：蒸发、水汽运输、降水和径流。失调（水体富营养化）式中：P为降水，E为蒸发，T为蒸腾，S为土壤水分变化，G为地下水变化，R为地表径流。这可用农业系统的层次结构图来说明主要的生态系统类型畜禽粪便污染易造成富营养化、含有病原微生物等 处理措施：（1）作肥料（2）作饲料（3）作培养料（4）作燃料 4.农业生态系统的时间结构例如，为改变局部地区的气候，控制水土流失，使农作物高产稳产，而人工经营的森林、草地、防风林、水保林等。其他：氟污染兽药和饲料添加剂污染污水定义 系统论的创始人是奥地利的贝塔朗菲（L.定义 系统论的创始人是奥地利的贝塔朗菲（L.人工建造的环境是指人类根据生物生长发育所需要的外界条件进行模拟或塑造的环境如 无土栽培环境、大棚温室环境、集约化养殖环境等。其中的生物组分是指生态系统中的动物、植物、微生物等；大气圈供给生物生存所必须的各种元素，而且在提供保护地面生物的生存条件中起着良好的作用。固体废弃物污染如垃圾、污泥等 处理措施：（1）填埋（2）焚烧（3）资源化处理（如作肥料）作燃料 5.2 系统内部养分的库存量较低，但流量大，周转快三、生态系统的组成 生态系统种类多样，其组成成分也很繁杂，但从这些组分的性质可以分为两类，即生物组分和非生物组分。二、养分循环的一般模式 1.（二）边缘效应与生态交错带（ecotone）提供多种多样的工业原料，如木材、纤维、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等等4.,（二）人工建造的环境人工建造的环境是指人类根据生物生长发育所需要的外界条件进行模拟或塑造的环境如 无土栽培环境、大棚温室环境、集约化养殖环境等。,第一节 农业生态系统的生物与环境一自然环境 自然环境是生态系统中作用于生物的外界条件的总和。包括生物生存的空间，以及维持生命活动的物质和能量。自然环境中一切影响生物生命活动的因子均称为 生态因子（ecological factor），如辐射强度、温度、湿度、土壤酸碱度、风力等等。太阳辐射以及地球表面的大气圈、水圈和图圈综合影响着这些生态因子。,一种群结构（一）种群的大小和密度种群大小 是指一定面积或容积内某个种群的个体总数。例如，某个鱼塘中草鱼的总数。种群密度 是指单位面积或容积内某个种群的个体总数。如每公顷水稻的株数。种群的密度可以分为粗密度（crude density）和生态密度（ecological density）。粗密度（又称天然密度）是指单位空间某个种的实际个体数量（或生物量）生态密度 是指单位栖息空间某个种群的个体数量（或生物量）。（二）种群的年龄结构和性比龄级比：若一个种群中的不同个体具有不同的年龄，则可按一定的年龄分组，统计各个年龄组个体数占种群总个体数的比率。种群的年龄结构是指各个年龄级的个体数在种群中的分布情况，它是种群的一个重要特征，既影响出生率，又影响死亡率。年龄锥体：自下而上地按龄级由小到大的顺序将各龄级个体数或百分比用图形表示（图 2.2）。,农业生态系统中的生物多样性 一 生物多样性的概念（一）生物多样性的定义 生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和生物多样性主要包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性三个层次。1、生态系统多样性：是指生物及某一生态系统内生境、生物群落和生态过程的多样化，也称生态多样性。包含：（1）生态系统组成（生物群落和无机环境）的多样性（2）生态系统类型的多样性；（3）生态系统结构和功能的多样性。,2、物种的多样性。物种是指具有一定的形态特征和生理特性以及一定自然分布区的生物类群。同一物种不同个体的遗传特征十分相似，能够繁殖出有繁殖能力的后代。3、遗传多样性（基因多样性）。包括基因密码的多样性、变异和遗传规律的多样性,（三）生物多样性的价值1.为人类提供了基本食物，是人类食物的根本和不可替代的来源（现实和潜在）。2.人类药物和衣着的主要来源。3.提供多种多样的工业原料，如木材、纤维、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等等4.物多样性是维护自然生态平衡的基础。5.生物多样性是遗传育种的基因源泉。,二、分子生态学及其在生物多样性研究中的应用（一）分子生态学：是应用分子生物学方法为生态学和种群生物学各领域提供革新见解的生态学分支学科。分子生态学 将研究的焦点集中在自然或引入的个体及种群与环境的相互作用下引起的基因变化与生物化学变化，重组或基因修饰的个体环境释放后的生态学后果等相关问题的研究。（二）分子生态学的技术：主要是指分子标记分析技术。分子标记是以生物大分子（核酸或蛋白质）变异为检测基础的遗传标记，它必须同时具备可稳定遗传与可明确检测两个特点。包括等位酶分析技术和 DNA分析技术。,系统边界确定的原则是把研究分析问题的重要部分和对研究问题有重大影响的部分作为系统组成部分，非重要部分中与研究问题有关但又无重大影响的部分划为系统环境。例如，某个鱼塘中草鱼的总数。农牧交错带：在农业地区和牧业地区的衔接处，形成的交界地带。川滇高原随海拔变化的农业生态系统的结构（孙颔，1994）三、农田生态系统养分平衡的主要收支项 1.包括基因密码的多样性、变异和遗传规律的多样性水循环（water cycle)一、水循环过程 水是原生质的主要组成成分，是生命活动和生物化学过程赖以进行的介质，水又是调节环境温度的冷却剂水循环是生物地球化学循环中最重要的循环。畜禽粪便污染易造成富营养化、含有病原微生物等 处理措施：（1）作肥料（2）作饲料（3）作培养料（4）作燃料 4.从系统的角度研究和分析农业生态问题，可以更深入和全面地了解农业生产体系的特点与规律，并可进一步调节控制农业生产及对资源环境的有效利用。包括生物生存的空间，以及维持生命活动的物质和能量。种群密度 是指单位面积或容积内某个种群的个体总数。农业生态系统的时间结构（三）生物多样性的价值1.Bertalanffy）。系统无论繁简均具有分层现象。大气圈不仅防止了地球表面温度的急剧变化和水分的散失，并能防护地面的生物免受外层空间多种宇宙射线的辐射。施用有机肥和种养绿肥不成土壤钾素第一节 农业生态系统的生物与环境在原有的自然环境中，人的因素促使其发生局部变化的环境。氮的循环与碳的循环大体相似，但很多环节上都有特定的微生物参加边界是区分系统及其环境的依据。3、具有一定的动态特征。,农业生态系统的水平结构一农业生态景观与农业生态系统的水平结构（一）景观多样性农业景观是由多种类型的在景观上有差异的农业生态系统的集合所组成的区域。,对于景观多样性来说：（1）只有多样生态系统的共存，才能保证物种多样性和遗传多样性；（2）只有多种生态系统的共存，并与异质的立地条件相适应，才能使景观的总体生产力达到最高水平；（3）只有多种生态系统的共存，才能保障景观功能的正常发挥，并使景观的稳定性达到一定水平。（二）边缘效应与生态交错带（ecotone）在景观中不同斑块连接之处的交错区域为生态交错带。在生物圈中，有如下一些交错带类型：1城乡交错带：在城市与农村之间的过渡地带。由于人口数量和质量、经济和物质能 量交换水平等因素，使得这一过渡带表现出十分迅速和不稳定的特征,干湿交错带：从比较湿润向比较干燥变化的过渡地带。农牧交错带：在农业地区和牧业地区的衔接处，形成的交界地带。4群落交错带：不同生物群落之间的交界地带。如 森林与草原、草原与湖泊之间的交界地带。,农业生态系统的垂直结构一、自然地理位置与垂直结构(一)流域位置：从上游 中游 下游 海拔、温度、养分、水分、自然景观、生产力、经济发展等变化,（二）地形变化 1、大尺度地形变化：如四川、云南高原：川滇高原随海拔变化的农业生态系统的结构（孙颔，1994）四川省米易县农业综合开发示意图（卢良恕，1993）从低热层（甘蔗、冬春季蔬菜、热带性果树、药材等）中暖层：发展粮、油、生猪、蚕桑、烤烟等）高寒层：细毛羊、冷杉、铁杉等,川滇高原随海拔变化的农业生态系统的结构（孙颔，1994）,四川省米易县农业综合开发示意图（卢良恕，1993）,2、小尺度地形变化如广东潮州市官塘区秋溪乡的农业生产布局，坡顶用材林，坡腰经济林、果树，坡脚果树，旱地蔬菜、旱粮，水田水稻，低洼地养鱼等。,二、农田立体模式 1 农作物间作：玉米/大豆（甘薯、棉花），小麦/棉花（蔬菜），棉花/油菜等。/套作，/间作，-复种，隔年，混作2 稻田养鱼：鱼类取食浮游生物和水稻害 虫，减少病虫害，增加水体氧气；鱼类的粪便 和排泄物作为水稻的肥料。主要分布在四川、湖南、江西、江苏、广东,农作物间作,系统有大有小，大到一个国家甚至于整个地球和宇宙，小到一个细胞或分子、原子。群落中的物种以有规律的形式共处，即是有序的。时空结构(Spatio-temporal structure)；通常形象地称“1+12”水有较高的汽化热和比热，可以调节和稳定气温。1 有较高的养分输入率和输出率太阳辐射所引起的大气环流导致水汽的移动及水汽受冷凝结致雨，从而在海洋、大气、陆地、地表水和地下水之间形成循环流动。农药污染（pesticide pollution)(一)作物套作(relaycropping)如：大豆-菟丝子，蛔 虫-马（牛）实际生态系统中，经常是以食物网的形式存在。种群的年龄结构是指各个年龄级的个体数在种群中的分布情况，它是种群的一个重要特征，既影响出生率，又影响死亡率。全球水循环是由陆地的、海洋的、区域的或局部的许多循环组成的。（一）生物多样性的定义4、不同物种之间存在相互影响。三、人类活动对氮循环的影响2 生态系统的基本组分 生态系统在结构上包括两大组分：环境组分和生物组分。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)，在宏观方向上可以逐层综合，在微观方向可以逐层分解，从而表现出鲜明的层次关系。太阳辐射以及地球表面的大气圈、水圈和图圈综合影响着这些生态因子。种群大小 是指一定面积或容积内某个种群的个体总数。如青草-兔子-狐狸-老虎系统结构的有序性 凡是系统都是有序的，杂乱无章的要素组合在一起构不成系统。输出项：蒸发蒸腾(Evaporation and transpiration,ET）、渗漏(Percolation,P)、侧漏(S)、排水(Drainage,D)以及农田持水(Occupying water)。,鸭稻共作,农业生态系统的营养结构一、食物链(food chain)食物链是指生物成员之间通过取食与被取食的关系所联系起来的链状结构。食物链是生态系统营养结构的基本单元，是物质循环、能量流动、信息传递的主要渠道。,二、食物链的类型,1.捕食食物链(grazing food chain)：从绿色植物开 始，再到草食动物，肉食动物。如青草-兔子-狐狸-老虎,2.腐食食物链(detritus food chain)：又叫碎屑食物链，主要以死的有机体或生物排泄物为食物，将有机物分解为无 机物。如：植物残体-蚯蚓-鸡,3.寄生食物链(parasite food chain)：以寄生方式取食 活的有机体而构成的食物链。如：大豆-菟丝子，蛔 虫-马（牛）实际生态系统中，经常是以食物网的形式存在。(如右图为一食物网),三、食物链结构类型 1 食物链加环的作用（1）提高农业生态系统的稳定性。农业生态系统食物链结构简单，引入捕食性昆虫或动物 可抑制病虫 害发生。（2）提高农副产品的利用率（3）提高能量的利用率和转化率。如绿肥-回田 变为绿肥喂牛或猪。2 食物链加环类型（1）生产环：将非经济产品转化为经济产品（2）增益环：加大了生产环的效益，如猪、鸡粪-蚯蚓-饲料-促进猪、鸡的消化（3）减耗环：捕食性天敌的引入，减少生产消耗，增加系统生产力（4）复合环：具有两种以上的功能。稻田养鱼、鸭 具有减耗、生产的功能（5）加工环：通过加工增值，有传统加工，多次加 工等。木材-家具；玉米-淀粉、玉米油。食物链加环应注意：加环并非越长越好；讲究综合效益,3 食物链解列：（1）处理污染土壤：非食用的用材林、薪碳 林或花卉等（2）污水处理：生物净化，如凤眼莲、浮萍、水 花生、芦苇、宽叶香蒲、水葱、香根草等。污染指标：BOD、COD、氮、磷、重金属等。4 食物连结构举例（1）以养殖业为主：鸡粪喂猪，猪粪养蝇 蛆，蝇蛆作饲料喂鸡，剩余猪、鸡粪回到农田 循环利用。（2）畜禽-沼气食物链结构：以沼气为纽带：如畜-沼-果模式（广西 恭城县和广东梅县等）北方四位一体庭院能源生态模式：厕所-猪舍-沼气-温室（3）秸秆多级利用：秸秆-培养食用菌-菌渣作畜禽饲料-养鸡-鸡粪下沼气-沼气渣培养食用菌-废料施于农田（4）以污水自净为中心：辽宁大洼县西安生 态养殖场，三段净化四次利用。猪舍-水葫芦（吸 N）-细绿萍(吸 P、K)-鱼塘-稻 田,农业生态系统的时间结构一、农业生态系统的时间结构 农业生态系统的时间结构是指在生态系统内合理安排各种生物种群，使它们的生长发育及生物量积累时间错落有序，充分利用当地自然资源的一种时序结构。二、在农业生产中，调节农业生物群落时间结构的方式为间作、轮作、套作、轮养、套养等。(一)作物套作(relaycropping),1 小麦套玉米：华北地区，小麦收获前15-20 天套下去 2 麦-棉-绿肥间套作：南北方粮棉种植区均普遍。3 作物与蔬菜套种：小麦-菠菜-番茄-大白菜四种四收结构 4.果农间套作：幼龄果园间套作一年生作物，以短养长(二)轮作(rotation)、轮养,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)，在宏观方向上可以逐层综合，在微观方向可以逐层分解，从而表现出鲜明的层次关系。系统是由相互作用和相互依赖的若干个组 成部分结合而成的、具有特定功能的整体。1 作物的轮作：如湖南的豆稻轮作；前者见于环境梯度变化较陡，或者环境梯度突然中断的情形，如陆地和水环境的交界处湖泊、岛屿等。二、主要污染物的危害及其防治食物链是指生物成员之间通过取食与被取食的关系所联系起来的链状结构。输出：燃烧，挥发反硝化，渗漏种群的密度可以分为粗密度（crude density）和生态密度（ecological density）。水循环（water cycle)一、水循环过程 水是原生质的主要组成成分，是生命活动和生物化学过程赖以进行的介质，水又是调节环境温度的冷却剂水循环是生物地球化学循环中最重要的循环。5、具有一定的分布范围。4群落交错带：不同生物群落之间的交界地带。（一）生物多样性的定义1 有较高的养分输入率和输出率（2）空间上有明显的地域性。农药污染（pesticide pollution)二、养分循环的一般模式 1.系统结构的有序性 凡是系统都是有序的，杂乱无章的要素组合在一起构不成系统。物质循环指生态系统的一切物质，包括有机物、无机物、化学元素和水（作为介质）在生物与环境不同组分之间的频繁转移和循环流动。农业景观是由多种类型的在景观上有差异的农业生态系统的集合所组成的区域。1 生态系统的定义,1 作物的轮作：如湖南的豆稻轮作；太湖流 域的粮食作物-绿肥作物轮作；东北玉米轮作大豆2 稻鱼轮作：种一季稻，养一季鱼。如广东 的肇庆 3 动物的轮养、套养。如鱼的轮养，同时放足不同大小规格鱼种-分 期分批捕捞；同一规格鱼种多次放养，多次收 获；动物的轮牧：牛-马或羊(三)农业生产模式的演替 新开垦土地：耐瘦瘠作物（牧草、绿肥、木薯 等-中产作物-玉米、小麦-蔬菜 美国的中央谷地：放牧草场-大田谷场-经济作物-蔬菜-水果-花卉园艺 食品生产：传统食品-无公害食品-绿色食品-有机食品生产等,农业生态系统的物质循环 Nutrient Cycle in Agroecosystem 物质循环指生态系统的一切物质，包括有机物、无机物、化学元素和水（作为介质）在生物与环境不同组分之间的频繁转移和循环流动。,水循环（water cycle)一、水循环过程 水是原生质的主要组成成分，是生命活动和生物化学过程赖以进行的介质，水又是调节环境温度的冷却剂水循环是生物地球化学循环中最重要的循环。水循环主要由四大过程组成：蒸发、水汽运输、降水和径流。水循环过程水域、冰雪融化-大气层-降雨 过程：蒸发-水汽输送-降水-径流,全球水循环是由陆地的、海洋的、区域的或局部的许多循环组成的。水循环的水平衡方程为：P=E+T+S+G+R。式中：P为降水，E为蒸发，T为蒸腾，S为土壤水分变化，G为地下水变化，R为地表径流。,三、水分流、养分流与能流的关系（一）水循环由日光能驱动：太阳能使冰雪融化，液态水变为气态水进入大气。太阳辐射所引起的大气环流导致水汽的移动及水汽受冷凝结致雨，从而在海洋、大气、陆地、地表水和地下水之间形成循环流动。（二）生命必需的元素除碳、氧、氮外，多种营养元素是通过水进入生态系统的。其中数量最大的离子形态养分是 Ca2+，Na+，K+，NO3-，PO43-，SO42-和CO32-。（三）植物吸收养分必须在水分作为介质，在能量的驱动下才能完成。,农业生态系统的养分循环,一、养分循环特点 1 有较高的养分输入率和输出率2 系统内部养分的库存量较低，但流量大，周转快3 养分保持能力弱，流失率较高4.养分供求同步机制较弱,二、养分循环的一般模式 1.农业生态系统的养分循环主要在土壤、植物、畜禽和人这四个养分库之间进行，同时，每个库都与外系统保持多条输入与输出流。2.土壤是农业生态系统的养分的主要贮存库，土壤接纳、保持、供给和转化养分的能力，对整个系统的功能和持续性至关重要。3.农业生态系统及其各养分库的输入与输出，养分库存量及其随时间的变化，各养分库及相应的输入输出对整个系统养分再循环和收支平衡的贡献，都通过定量化的养分循环模型而表现出来。,三、农田生态系统养分平衡的主要收支项 1.农田养分的输入包括：化肥、有机肥、降水和灌溉水的输入。对于氮素很重要的是生物固氮和雷电固氮。2.农田养分的输出包括：收获物的输出及其淋失、流失、反硝化、蒸散和氨的挥发。养分的淋失量包括渗漏至根系活动层以下的数量和侧向渗漏至系统水平界之外的数量。,四、土壤有机质与农田养分循环 1.有机质的作用（1）是各种养分的载体（2）为土壤微生物提供生活物质（3）具有和硅酸盐同样的吸附阳离子的能力（4）保蓄水分、提供抗旱、抑制线虫等 2 农田土壤有机质的积累与分解（1）积累：根茬、落叶、秸秆还田、畜肥、生物遗 体、排泄物等（2）分解：土壤微生物要求土壤有机质保持一定的碳 氮比 20-25：1,农业生态系统与自然生态系统的区别输入：生物固氮，工业固氮，高能固氮：闪电、宇宙射线、损石、火山爆发生物固氮：主要有共生固氮作用，自生固氮作用和联合固氮作用三种类型，其中，共生固氮作用贡献最大。系统边界确定的原则是把研究分析问题的重要部分和对研究问题有重大影响的部分作为系统组成部分，非重要部分中与研究问题有关但又无重大影响的部分划为系统环境。一、有毒污染物在食物链上的浓缩三、污染物的回收利用包括等位酶分析技术和 DNA分析技术。组分之间有密切的联系；景观区(landscape)是由地理、生物和人类活动结果所综合组成的空间和视觉的整体。果农间套作：幼龄果园间套作一年生作物，以短养长水循环（water cycle)一、水循环过程 水是原生质的主要组成成分，是生命活动和生物化学过程赖以进行的介质，水又是调节环境温度的冷却剂水循环是生物地球化学循环中最重要的循环。玉米/大豆（甘薯、棉花），种群大小 是指一定面积或容积内某个种群的个体总数。提供多种多样的工业原料，如木材、纤维、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等等4.氮的循环与碳的循环大体相似，但很多环节上都有特定的微生物参加淡水生态系统(Freshwater ecosystem)海洋生态系统(Ocean ecosystem)。包括生物生存的空间，以及维持生命活动的物质和能量。水是细胞原生质的组分和光合作用的原料，是各种物质运输的媒介，是生物体内各种生化反应的溶剂；农药污染（pesticide pollution)其运动形式包括季节变化、年际变化，演替与演化。3 作物与蔬菜套种：小麦-菠菜-番茄-大白菜四种四收结构(如右图为一食物网)（二）边缘效应与生态交错带（ecotone）,五、农田养分循环的调节 1.调节的原则（1）多样化的养分输入（2）建立养分循环再生机制（3）提高土壤肥力和保持养分，减少养分流失（4）系统的整体优化 2.调节的途径（1）建立合理的轮作制度：用养结合（2）农林牧相结合，发展沼气，促使秸秆回田（3）措施优化：有机无机结合、N、P、K 比例协调、少免耕、覆盖等（4）废弃物回收利用,氮循环（Nitrogen cycle)一、氮的贮存库（stored sink)1.岩石圈 93.8%nitrogen in lithosphere 参与循环很少 2.大气圈 6.2%molecule in atmosphere 为 N 循环的主要贮存库 二、氮素的输入和输出,氮循环 氮的循环与碳的循环大体相似，但很多环节上都有特定的微生物参加,输入：生物固氮，工业固氮，高能固氮：闪电、宇宙射线、损石、火山爆发生物固氮：主要有共生固氮作用，自生固氮作用和联合固氮作用三种类型，其中，共生