农业生态系统的调控课件.ppt
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1、农业生态学,Agroecology,2023/3/30,13-2,第十章 农业生态系统的调控,第一单元 农业生态系统调控的原理 第二单元 农业生态系统调控机制 第三单元 农业生态系统安全与生态修复,内容提要单元测试,2023/3/30,13-3,第一节 农业生态系统调控的生态学原理,一、物质循环和能量转化原理二、生物与环境关系原理三、整体效应和系统生产力原理四、系统结构决定功能原理五、生态经济协调原理,2023/3/30,13-4,一、物质循环和能量转化原理,(一)物质循环原理,2023/3/30,13-5,一、物质循环和能量转化原理,(二)能量转化原理,二、生物与环境关系原理,(一)生物与环
2、境协调发展的生态平衡原理生态平衡指特定条件下,生物与生物、生物与环境之间处于一种动态平衡、协调发展的状态。当生物处于该环境中时,生物才可能处于最佳的生长发育状态,而环境资源的生产潜力才可得得以实现。因此,提高生物与环境间的协调度、保持系统平衡是农业生态系统稳定、高效发展的基础,只有在此原理之下调控生态系统,才可能达到生态、经济和社会效益同步提升的目标。在运用生态平衡原理调控农业生态系统时,要对系统中的目标生物和环境进行辨识,利于有益生物的环境改造,利于调控系统的生态平衡和持续发展。反之,则会在造成生物、环境退化的同时,造成生态失衡,综合持续发展能力降低。,2023/3/30,13-6,2023
3、/3/30,13-7,二、生物与环境关系原理,(二)生物与环境协同进化原理生态系统中,生物与环境间的作用与反作用力,最终促进了生物进化,同时对环境改良产生了积极影响。因此,在农业生态系统的调控中,可按照生态系统的阶段发育特征,对系统的生物组分、环境组分进行相应调整,以达到人们对生态系统功能的多元化需求。例如,在盐碱地的开发利用中,先锋植物必然具备耐盐碱特性,当土壤理化性状改良到可以栽培其它作物的阈值范围时,则可改种其它高经济价值的作物。演变,生物与环境的协同作用至关重要。,二、生物与环境关系原理,2023/3/30,13-8,(三)环境资源有限性原理农业环境资源指某种或某些自然物质资源为载体或
4、介质,在多种自然力的作用下而形成的具有不同环境功能的自然生态系统的自然景观。生物的生存依赖各种环境资源,环境资源在质量、数量、空间和时间等方面都具有一定的限度。生态系统在不降低自身自动调节能力的前提下,对外界压力有一个最大忍受限度,即生态阈值。生物只有分布和生存在生态阈值限度之内,才可维持稳定的生产力。对生态系统的调控,必须科学考虑环境的承载潜力,着眼改造环境承载潜力限制因素,在系统某一构成因素改良的同时实现环境综合功能、承载潜力的提高。,2023/3/30,13-9,二、生物与环境关系原理,(四)生态适应代价原理生态适应代价(Adaptation cost)是指为了适应环境中的某一不利因素,
5、生物在生理、生化、遗传进化方面进行的调整,提高了生物对特定逆境因子的适应性,但可能降低了生物在其它方面的适应性,进而使该生物在正常环境中的适应能力低于其它同种生物的现象。例如,生物对污染的适应多以抵抗其他不利环境能力降低、整体生物生产力下降为代价。农业生态系统调控中,适用于不同环境中的生物种类或品种差异较大,特定区域中用于解决某一生态限制因子的生物不可能直接用于解决其它生态类型区的相似问题,如针对旱作农业区和干旱灌溉农业区的节水品种选育不能仅以抗旱性作为唯一衡量指标。,2023/3/30,13-10,三、整体效应和系统生产力原理,(一)整体效应原理生态系统的整体效应原理建立在系统论的整体性原则
6、基础之上,指的是生态系统是一个由多因素组合而成的复杂大系统,各个组分之间必然存在适当的比例关系和明显的功能分工,只有各要素间协调作用,生态系统才可能顺利完成能量、物质、信息、价值的转换和流通,而当系统中的某个组分发生量变后,必然影响到其它组分的反应,最终表现在系统整体功能的下降。因此,调控农业生态系统时,必须从整体出发、合理规划、统一安排,使各亚系统及其组成成分协调发展,以形成系统整体高效的转化途径。,三、整体效应和系统生产力原理,2023/3/30,13-11,(二)系统生产力原理传统的生产力主要指以植物生产为主的初级生产力和以动物生产为主的次级生产力。生态系统生产力是将初级生产力、次级生产
7、力、经济生产力组合在同一系统,并围绕某一特定目标对系统进行调控而获得的总体生产力水平,生态系统生产力还包含目标生态系统与另一不同功能的系统耦合以后放大了的生产力。农业生产中,只有协调好生态系统各组成成分的关系,实现优化配置,才可能提高系统生产力。,2023/3/30,13-12,四、系统结构决定功能原理,系统概念的本质是系统结构,没有系统结构就没有系统,一切系统理论和方法实质上都是关于系统结构的理论和方法,这是系统科学的内在统一。生态系统中,生物种群的组成、数量、比例和时空分布构成了系统的结构,它是系统的内在要素,而功能是表现形式,前者决定后者;系统的整体结构决定系统的总体功能,不同的结构具有
8、不同的功能,最佳系统结构能最大限度地适应和利用环境资源,提高其转化效率和生产力。生产实践中,生态系统调控往往从结构调控入手,即通过物种的组成结构、时间结构、空间结构、营养结构以及环境要素的数量和空间配置结构调控,使生物与环境相适应,达到了资源高效利用和系统持续发展的目标。,五、生态经济协调原理,与自然生态系统不同,农业系统除了具有能量转换功能、物质转换功能、信息转换功能外,还有价值转换功能,形成相应的价值流,体现出特有的经济效益。在生态系统的运转过程中,通过食物链加环及食物链与产业链串接,在实现系统结构优化前提下,可实现生态效益与经济效益协调统一。但是,由于农业系统外部性的存在,其生态效益和经
9、济效益常常出现不一致的情况。因此,农业生产中,应统筹考虑生态系统产生的生态效益和经济效益,尽最大可能实现两大效益的协调统一,只有生态经济效益相协调的生态系统,才可能是可持续发展的生态系统。,2023/3/30,13-13,2023/3/30,13-14,第十章 农业生态系统的调控,第一单元 农业生态系统调控的原理 第二单元 农业生态系统调控机制 第三单元 农业生态系统安全与生态修复,内容提要单元测试,2023/3/30,13-15,第二节 农业生态系统的调控机制,一、自然调控机制二、人工调控机制三、农业生态系统的调控机制原理,2023/3/30,13-16,一、自然调控机制,自然生态系统被驯化
10、成农业生态系统之后,其自然调控机制可能被保留下来,如光温对植物发育的调节作用,昼夜节律对家畜行为的调节作用;林木的自疏现象、功能组分冗余现象、反馈现象;各类型的随动调控、优化调控、程序调控、稳态调控大都保留了下来。这些自然调控相对于人工调控来说,往往更为经济、可靠和有效。团此,充分深入地了解、利用和借鉴自然生态系统的自然调控方式常会收到事半功倍的效果。,2023/3/30,13-17,1反馈机制反馈(feedback)又称回馈,是控制论的基本概念,指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入,进而影响系统功能的过程。反馈可分为负反馈和正反馈。负反馈使输出起到与输入相反的作用,使系统输出与系统
11、目标的误差减小,系统趋于稳定;正反馈使输出起到与输入相似的作用,系统偏差不断增大,并使系统振荡。在自然生态系统中,生物常利用正反馈机制迅速接近“目标”,如达到一定种群密度、占据一定生态位等;利用负反馈使系统在“目标”附近获得必要的稳定。,(一)反馈机制及反馈调控的层次水平,2023/3/30,13-18,农业生态系统是一个具有多种正、负反馈机制的系统,系统内的生物种群通过正、负反馈,使其密度及群体增长保持一定关系。,(一)反馈机制及反馈调控的层次水平,正反馈机制,2023/3/30,13-19,当种群密度增大,由于种群内部的原因,种群的增长率减少,dN/dt=r(1-N/K),在增长率(一定的
12、条件下,种群数量(N)增加的结果,使得种群数量增加减速。负反馈机制使种群数量稳定在平衡点(K)水平(图13-5)。,负反馈机制,(一)反馈机制及反馈调控的层次水平,2023/3/30,13-20,2反馈调控的层次水平,2023/3/30,13-21,(二)多元重复补偿机制,多元重复补偿是指在生态系统中,有一个以上的组分具有完全相同或相近的功能,或者说在网络中处在相同或相近生态位上的多个组成成分,在外来干扰使其中一个或两个组分被破坏情况下,另外一个或两个组分可以在功能上给予补偿,从面相对地保持系统输出稳定不变。例如:植物生产的种子数和动物的排卵数往往大大超过环境可容纳的下一代数目;同一种食草动物
13、通过取食多种植物,以获取充足的养分等。多元重复补偿使得生态系统在遇到干扰后,仍能维持正常的能量和物质转化功能,这种多元重复有时也理解为生态系统结构上的功能组分冗余现象。,(三)本能调控,2023/3/30,13-22,生态系统中由生物遗传特性所决定的生物自身的调控作用称为本能调控。1程序调控指由生物遗传基因决定的有序调控。2随动调控随动调控是由生物本能决定的行为调控,是动植物的运动过程能跟踪一些外界目标的现象。3最优调控最优调控是生物在生存环境中达到与环境最适宜状态的调控。,2023/3/30,13-23,二、人工调控机制,人工调控(Artificial regulation):指在自然调控机
14、制基础上,人们对生态系统的生物种类和比例、种间关系、物质输入和输出以及外部环境条件进行的调节和控制。与自然生态系统不同,农业生态系统由于其特殊的社会属性,随可对生态系统组分、输入输出直接进行调控外,在宏观层次上还可通过社会、经济和技术等要素对其进行间接调控。,2023/3/30,13-24,直接调控是对系统的组成、结构和机能进行直接的调节和控制,是一种快速影响生态系统功能的调控方式,包括以下几种:1农业生物调控 农业生物调控是在个体、种群和群落各水平上通过对生物种群的遗传特性、栽培技术和饲养方法进行改良,以增强生物种群对环境资源转化效率的调控方式。(1)个体水平的生物调控(2)种群水平的生物调
15、控(3)群落水平的生物调控,(一)直接调控,2023/3/30,13-25,个体水平调控的主要层次有:1选择和调整生物种类 其主要途径有(1)根据限制因素调整生物种群(2)根据对肥力的适应性调整作物(3)此外,还应根据生物种对环境的生态适应性及社会的需求,选择生物种类,以发挥产品的优势和满足社会对农产品的多种需求。2进行生态型的合理组合,1农业生物调控,2023/3/30,13-26,1群体密度调控:对农业生态系统种群密度调控时,常需根据自然资源条件和科技、生产水平进行权衡。2群体组成调控 在同一时间和空间内,选择适当的动植物种类,组合成特定的结构,形成对资源的高效利用 3群体的季节搭配调控
16、群体季节搭配调控是根据季节变化规律,环境特点和人类的调控目的,从时间序列对种群进行调控,群体水平的调控,1农业生物调控,2023/3/30,13-27,2生物环境的调控,指通过农业技术措施改善农业生物所处的生态环境,以提高外部环境与生物需求吻合度的调控。(1)土壤调控主要措施包括:机械措施;化学措施;生物调控;(2)气候调控(3)水分调控(4)热量调控,人工防护林体系,人工降雨,日光温室、塑料大棚,2023/3/30,13-29,3输入输出调控,通过农业生态系统输入、输出物质的种类、数量以及时空关系上的调节,达到提高系统资源利用效率的措施。(1)输入调控(2)输出调控调控系统的贮备能力,提高系
17、统资源转化的目标性。改变产品输出形态,提高系统的综合效益。控制非目标性的输出,,2023/3/30,13-30,4系统结构调控,农业生态系统的结构调控是指根据生态学基本原理、社会经济原理,对系统内的物种结构、自然资源结构进行合理配置,使系统内组成成分间的结构和机能更加协调,系统结构调控的主要途径包括三个方面:(1)优化系统组成在数量上的比例。(2)优化系统在空间上的布局。(3)优化系统在时间上的组合。,2023/3/30,13-31,(二)间接调控,农业生态系统的间接调控主要指的是社会调控,是指包括市场、宏观经济政策、金融、工交通讯、科技文化水平、政法管理等系统外部的因素对系统结构和功能产生的
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