农业生态与环境保

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1、农业生态与环境保护,主讲：吴秀玉,1,生态学：研究生物与其环境相互关系及作用机理的科学,第1章 农业生态与环境保护概述,1. 农业生态概述,生物 （种类、数量、生物量、生活史、空间分布）,非生物 （营养物质、水的质量和分布）,环境因素 （温度、光、土壤）,能量流动 物质循环,调节,影响,2,生态学的萌芽时期（16世纪以前） 国内：公元前1200年，记载草、木。 公元前100年，确立24节气。 国外：Aristotle（384322，B.C.）， 陆栖和水栖；肉食、草食、杂食、特殊食性。 TheopHrastus（370285，B.C.）， 植物与环境关系区分树木类型、动物对环境的影响。 生态学

2、的建立时期（17世纪19世纪末） 动物生理生态学，将积温引入植物生态学，人口学 19世纪，达尔文的物种起源 生态学诞生,生态学的产生与发展,3,生态学的巩固时期（20世纪初20世纪50年代） 动物生态学开始研究种群研究，统计学引入生态学。 植物生态学出现了各种学派 现代生态学时期（20世纪60年代以后） 研究领域的扩大：地理学、经济学、农学、医学、环境保护、城乡建设 研究层次：宏观到微观 研究手段：传统到计算机 研究范围：自然现象到复合系统（自然-经济-社会）,4,理论生态学,应用生态学,生物个体与环境关系 生物类群 生物栖息地,农业生态学 环境生态学 恢复生态学 污染生态学 自然资源生态学

3、野生动物管理学 城市生态学 经济生态学 古 生态学 人类生态学,生态学的分支,5,农业生态学的内容,农业生态学的内容特点与应用,6,农业生态学的特点 理论实用性 农业区划，区域综合开发和治理，农业资源利用，生态工程建设 交叉综合性 涉及学科广泛 研究统一性 强调不同学科的共同思想和语言 宏观层次性 小（农田、农户）大（地区、国家、世界）,7,人类环境 环境：与某一中心事物相关的周围事物的结合。 环境保护：人类生存，繁衍所必需的相应环境或物体的综合体的保护。 环境质量：人群生存和繁衍、社会经济发展的适宜程度。 农业环境：狭义-以农业环境为中心的周围事物的总和。（大气、水体、土地、光、热等） 广义

4、-与农业相关的部分环境,2.环境保护概述,人类的环境与环境问题,自然环境,物质,能量,自然现象,空气 水 岩石、土壤 动植物、微生物,阳光 引力 地磁力,地壳稳定性,大气力量,水环境,水土演变等,地质构造 地震、火山活动 海啸,人工环境,综合生产力,政治体制,文化与地方因素,技术进步,人工构筑物,社会行为,宗教信仰,8,环境问题 全球环境问题：全球气候变暖、臭氧层破坏、酸雨蔓延、生物多样性减少、土地退化、人工合成化学物质种类及数量增加,环境问题,自然灾害：地震、海啸、干旱、洪涝、台风和虫灾等,干扰：噪声、振动、电磁辐射,技术进步,污染：大气、水体、土壤、生物放射性物质,社会行为：森林破坏、草原

5、退化、水热平衡失调、荒漠化、土地盐碱化、水土流失、生物多样性破坏,9,环境保护欲农业环境保护 环境保护： 农业环境保护： 合理利用与保护自然资源 防止农业生产引起的环境污染 防治工业级其他行业污染对农业生产的影响 农业环境保护与农村小城镇建设、产业结构调整结合,环境保护与农业环境保护,10,系统的有序性 边界确定原则：研究分析问题的重要部分及对其有重大影响的部分（系统组成部分）；与系统有关但无重大影响部分（系统环境） 层次 系统的整体性 组成部分的各要素之间有一定的数量比例关系和空间位置排列关系 系统功能的整合性 系统的整体功能大于各组成部分功能之和,第2章 农业生态系统,1.系统,系统的性质

6、,11,联系性 一个要素的变化，引起其他要素的变化 动态性 不断变化，发挥其资源优化与调节功能 客观性 某一特定的环境下发挥作用,系统的调控,12,机械系统与生命系统 机械：无生命部分（物理系统） 生命：存在生命活动或生物组分 开放系统与封闭系统,系统的类型,环境影响,处理过程集合,输入,输出,开放系统,环境影响,处理过程集合,输入,输出,封闭系统,反馈,13,生态系统： 一定时间和空间范围内，生物之间、生物与环境之间密切联系、相互作用，具有一定结构、执行一定功能的综合体。 由生物群落与非生物环境相互依存所组成的一个生态学功能单位。,2.生态系统,14,生态系统的组成 非生物组分：太阳辐射，大

7、气，水，土壤，有机物质 生物组分：生产者、消费者、分解者,15,生态系统中的环境、生产者、消费者、分解者构成生态系统的组成要素。 生产者：自养生物（初级生产）；绿色植物和光合作用的细菌。 消费者：大型异养生物（次级生产）；动物。 分解者：小型异养生物（次级生产）；细菌、真菌、放线菌。,16,生态系统的类型 环境性质划分： 陆地生态系统 淡水生态系统 海洋生态系统,陆地生态系统,17,人类干预程度划分： 自然生态系统 人工生态系统 半自然生态系统,18,结构 物种结构：生态系统中生物组分由哪些生物种群的组成，以及它们之间的量比关系。,生态系统的结构与功能,19,时空结构：生态系统中各生物种群在空

8、间配置和时间上的分布。,20,营养结构：生态系统中生产者、消费者、分解者以食物营养关系组成的食物链，食物网。,21,功能 能量流动：生命活动的动力；来源为太阳辐射,能量单项流动,22,物质循环：生命活动的基础；生物所需的各种营养元素，最总归还环境,碳循环,23,氮循环,24,信息传递：生物之间、生物与环境之间传递物理、化学、营养、行为信息；调节系统稳定性的功能,25,农业生态系统： 人类的积极参与下，利用农业生物与环境之间以及农业生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效的生态机能，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。 农业生态受自然的制约，还受人类活动的制约。

9、 受自然生态规律的制约，还受社会经济规律的支配。,3.农业生态系统,26,农业生态系统的组成 生物组分：人类驯化的农业生物为主。 非生物组分：自然环境，人工改造的环境。,表 1. 农业生物的种类,27,农业生态系统的结构 农业生态系统的组分结构：农、林、牧、渔各业之间的量比关系，以及它们各自内部的物种组成及量比关系。 - 农业生态系统的生物种类和数量受自然条件和社会条件双重影响。 农业生态系统的时空结构：时空结构又分为水平结构和垂直结构。 - 水平结构：因地理原因形成纬向结构和经向结构。 - 垂直结构：因地理高程、水体深度、土壤深度和生物群落高度而产生。 农业生态系统的营养结构：生态系统中生物

10、间通过营养关系联结起来的联系方式。 - 农业生态系统的营养结构受人类的控制。,28,农业生态系统的功能 能量流 - 利用太阳能，通过植物-草食动物-肉食动物，形成能量流。 - 辅助能量流 物质流(N、P、K等） - 各种矿质元素在生物与环境之间、生物之间形成物质流。 - 农业生态系统物质流中的物质不但有天然元素和化合物，还有大量人工合成的化合物。 信息流 - 自然信息网（物理、化学、营养、行为） - 社会信息网（电话、电视、广播、报刊、杂志、教育、计算机等） 价值流 - 与人类利益或需求发生关系的物质流、能量流、信息流都与价值变化和转移相联系。,29,农业生态系统的特点 生物的构成上，农业生态

11、系统中最重要的生物种类是经人工驯化培育的农用作物，以及与之有关联的生物。 农业生态系统的环境更多地受到人类的调控、改造。 农业生态系统中的自然调节稳定机制杯削弱，代之更多的人类调节控制。 农业生态系统的结构比自然生态系统简单，便于人类管理，简化了能量和物质流通途径使得系统趋向更加开放。 农业生态系统的生产力常比同一区内的自然生态系统高。其原因为品种改良、环境改善、较低的呼吸消耗。 农业生态系统由于受到人类活动的影响，不仅服从自然规律，还服从社会规律。 农业生态系统的目标是使农业生产在有限自然与社会制约下，最大限度满足人类的生存、致富和持续发展的需要。,30,第3章 农业生态系统的能量流动,31

12、,农业生态系统中生命活动的能量大部分来自太阳能，绿色植物通过光合作用合成有机物，有机物贮藏的能量通过食物链和食物网，从一个营养级传递到另一个营养级，实现能量转化和流动。,32,生态系统能量的基本形态 能量根据是否做功划分为动能（做功的能量）和潜能（未做功有潜在做功能力）。 农业生态系统的能量形式 日光能：太阳放射的广谱电磁波 生物化学能：储存在有机化合物的潜在能量。 热能：能量转化的一种形式。,1.农业生态系统能量流动的途径,33,农业生态系统的能量来源 太阳能：生物圈的所有生物潜能，都是直接或间接地来自于太阳辐射能。 辅助能：除太阳能外，对生态系统所补充的一切形式的能量。辅助能不能直接转换为

13、生物的化学能，但可以促进太阳能的转化，光合产物的形成、物质循环、生物的生长发育起着辅助的作用。 辅助能根据来源和性质分为生物辅助能和工业辅助能。,农业生态系统的能量来源 太阳能：生物圈的所有生物潜能，都是直接或间接地来自于太阳辐射能。 辅助能：除太阳能外，对生态系统所补充的一切形式的能量。辅助能不能直接转换为生物的化学能，但可以促进太阳能的转化，光合产物的形成、物质循环、生物的生长发育起着辅助的作用。 辅助能根据来源和性质分为生物辅助能和工业辅助能。,34,农业生态系统能量流动的渠道 生态系统的能量流动渠道是食物链和食物网。 食物链：生态系统中生物组分通过吃和被吃的关系彼此连接起来的一个序列。

14、 食物链的类型 捕食食物链：植物-食草动物-食肉动物，以活的有机体为能量来源的食物链。 腐食食物链：以死亡的有机体或生物排泄物为能量来源，在微生物或原生动物的参与下，经腐烂、分解其还原为无机物并从中取得能量的食物链。 寄生食物链：活的动植物有机体为能量来源，以寄生方式生存的食物链。 混合食物链：有目的的将食物链组合为一块，充分利用能量和物质。 特殊食物链：能捕食动物的植物。,营养级：食物链上能量和物质被暂时储存和停留的位置,35,食物网 在生态系统中， 各种生物成员之间的取食与被取食关系，多数情况是交织在一起的，一种生物常常以多种食物为食，而同一食物又往往被多种消费者取食，于是形成了生态系统内

15、多条食物链相互交织彼此联结的网络，这种食物网络成为食物网。,食物网的意义： 生态系统中的生物成分之间产生直接和间接的联系。 食物网的生物种类越多，对生态系统的稳定性和持续性具有重要意义。 生态系统中有机体之间一系列吃与被吃的关系，可以维持生态系统的平衡，推动生物进化。,36,农业生态系统能量流动的途径,植物 （初级生产者）,食草动物 （二级生产者）,食肉动物 （三级生产者）,五级生产者,分解者,呼吸消耗,农畜产品,日光能,人工 辅助能,第 4 途径,第 2 途径,第 3 途径,第 1 途径,37,热力学第一定律 E=Q+W E：系统内能量的变化 Q：系统内吸收的热量或放出的热量 W：系统对外所

16、做的功 能量在转化过程中是守恒的。 例如：植物通过光合作用固定1摩尔的CO2，需要209.3104J的日光能。 209.3104J=46.7104J+162.4104J,2.能量流动与转换的基本定律,38,热力学第二定律 自然界的所有自发过程都是能量从集中型转变为分散型的衰变过程，是不可逆的过程。,39,熵与耗散结构 熵：系统从温度为绝对零度无分子运动的最大有序状态向含热状态变化过程中每一度（温度变化）的热量（变化）。 熵变化=热量变化与绝对温度之比 温度为绝对零度是熵值为0。 熵是对热力学体系中不可利用的热能的度量。 一切自发过程总是向熵值增加的方向进行。 耗散结构是系统在非 平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。 一个远离平衡态的开放系统， 可以通过与外界不断地进行能量与物质输入，保持高度的有序性和稳定性。,40,生态金字塔 生态金字塔：反映食物链和各营养级之间生物个体数量、生物量、能量比例关系的图解模式。 三类生态金字塔中，能量金字塔能最好的反映营养级之间的比