农业生态与农业生态工程

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1、第二章 农业生态与农业生态工程841w第一节 农业生态学的内容与任务w第二节 农业生态系统结构与功能w第三节 农业生态系统能量流w第四节 农业生态系统物质循环过程w第五节 农业生态系统的调控w第六节 农业生态工程842第一节 农业生态学的内容与 任务w一、农业生态学的产生与发展w二、农业生态学的性质、内容及任务843w农业生态学（agroecology）是应用生态学 原理、系统分析的方法，把农业生物与环 境资源作为一个整体，即农业生态系统， 研究农业生物与环境相互关系及系统的结 构、机能、生产力和调控、管理的科学。844w一、农业生态学的产生与发展w农业生态学是生态学的一个重要分支，它 随着生

2、态学的发展而发展。w我国1981年召开第一次全国农业生态学术 讨论会，w1983年农业生态学被确定为我国农业院校 新开课程，w1986年农业生态学被国家教委指定为作物 等专业的主要课程。 845w二、农业生态学的性质、内容及任务w农业生态学的性质:w农业生态学是应用生态学原理，系统分析 的方法，把农业生产作为一个整体，即农 业生态系统，研究其结构、机能、生产力 及其调控和管理的学科。w是应用生态学的一个分支。 846w农业生态学的内容 :w农业生态系统的能量转化和物质循环平衡 规律；w农业生物与环境相互关系规律；w农业资源开发利用及农业环境保护；w农业生态系统的结构、机能及提高系统生 产力的途

3、径；w农业生态系统的调控与管理；w农业生态工程及农业生态建设等。 847w农业生态学的根本任务：w运用农业生态学的基本原理及有关学科的 知识及技能，以期更好地指导和管理农业 生产，更有效地发挥自然资源和社会资源 的物质生产力，使农业生产能以最好的功 能和效益，获得最大的系统生产力，最高 的经济效益和最好的生态效益，为农业的 高效、持续、稳定发展，为改善人类的食 物供应，为保护人类生存环以促进人类社 会的最大进步作出贡献。 848第二节 农业生态系统结构与 功能w一、农业生态系统的定义w二、农业生态统区别于一般自然生态系统 的特点 w三、农业生态系统的基本组分 w四、农业生态系统的结构 w五、农

4、业生态系统的功能 849w一、农业生态系统的定义w农业生态系统是人类为满足社会需要，在 一定边界内通过干预，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。8410w二、农业生态系统区别于一般自然生态系统的特 点 w1、生物构成特点:人工驯化培育的农用生物，人是重 要的消费者。 w2、环境特点:环境更多受人类调控、改造。 w3、稳定性机制:自然调节稳定机制被削弱，代之人类 调节控制。 w4、开放程度:人类强烈干预下的开放系统。 w5、生产力特点:生产力比同区域内自然生态系统高。 w6、系统服从的规律:不仅服从自然规律，而且服从 社会经济规律。 w7、系统运行“目标” :最

5、大限度满足人类的生存、 致富和持续发展的需要。 8411三、农业生态系统的基本组分 生物生物环境环境农业生物(农作物、家畜、家禽、家鱼 、家蚕等 )自然环境组分人工环境组分人与农业生物关系密切的生物类群(作物病 虫、家畜寄生虫、豆科植物根瘤菌等) 8412农业环境自然环境自然环境 人工环境人工环境 气候因素土壤因素生物因素农业技术农业设施光，温，水，气和风土壤，地势和地貌有利生物和有害生物育苗，施肥，排灌，耕作生育调节和有害生物防治保温，排灌，贮藏，畜 禽栏舍，网箱以及无土 栽培设施等。农业环境组分构成农业环境组分构成84138414四、农业生态系统的结构农业生态系统的组分结构 农业生态系统的

6、空间结构农业生态系统的时间结构农业生态系统的营养结构8415w1、农业生态系统的组分结构：农业生物的组成 结构及农业生物种群结构。农业环境改造工程。 w2、农业生态系统的空间结构：w水平结构:温度的纬向梯度，湿度的经向梯度。 农业生物因自然和社会条件在水平方向的差异形 成带状、同心圆式或块状镶嵌分布。生物因繁殖 与行为方式的差异形成规则的、随机的或成丛的 各类水平格局。w垂直结构:因地理高程，水深、土壤深度和生物 群落高度而产生相应的垂直梯度。农业生物因适 应环境的垂直变化形成各类层带立体结构。 8416l3、农业生态系统的时间结构：指农业生态系统中，各种生物种类的生长发育进程与环境资源节律

7、变化的吻合状态。种群嵌合 时间结构种群密集 时间结构设施型 时间结构8417w4、农业生态系统的营养结构：生态系统中生物 间通过营养关系联结起来的联系方式称营养结构 。 w多种农业生物营养关系所联结成的多种链状和网 状结构，主要是指食物链结构和食物网结构。 w5、农业生态系统组分的内部联系方式和对外联 系方式 w农业生态系统的结构受到人类的控制。 w农业生态系统不但具有与自然生态系统类同的输 入、输出途径，而且有人类有意识增加的输入， 也有人类强化了的输出。8418食物链结构8419w五、农业生态系统的功能 w1、能量流 w利用太阳能，并通过植物、草食动物和肉食动物 在生物之间传递，形成能量流

8、。 w利用从煤、石油、天然气、风力、水力、人力和 畜力为动力而进行的农机生产、农药生产、化肥 生产、田间排灌，栽培操作，加工运输等为提高 生物生产力而出现辅助能量流。 8420w2、物质流 wN、P、K、C、O、Hg、As、Pb等元素被生态系统 中的生物吸收并传递，在生物与环境间及在生物 之间形成物质流。 w水和其它稳定化合物如DDT、六六六等，被生物 吸收和传递形成物质流。 w农业生态系统物质流中的物质不但有天然元素和 化合物，而且有人工合成的化合物。8421w3、信息流 w通过信源的信息产生，信道的信息传输和信宿的 信息接收形成信息流。 w当一个信源产生不止一种信息，且一种信息为多 于一个

9、信宿接收时，在多源多信宿构成的系统中 构成信息网。8422环境信息 生物信息市场需求信息 价格变化信息 生产发展信息 科学技术信息 其它经营信息经营信息自然信息农业生态系统中的信息8423l农业生态系统信息的特殊性l相对于物质和能量而言，信息有以下特殊性。l信息的共享性l信息的无限性l信息的开发性l信息的时效性8424l4、价值流l物质循环和能量流动反映生态系统自然再生产过 程的功能状态。价值转化反映出生态系统经济再生 产过程的功能状态。l农业生态系统的能量流、物质流、信息流和价值 流相互交织。l能量、信息和价值依附一定的物质形态。l物质流、信息流和价值流都依赖能量的驱动。l信息流在较高层次调

10、节着物质流、能量流和价值流。l与人类利益或需求发生关系的物质流、能量流和信息流 都与价值变化和转移相联系。 8425农业生态系统与自然生态系统结构与功能比较 特 征农业生态系统自然生态系统净生产力 营养变化 品种多样性 物种多样性 矿物质循环 熵 人为调控 时间 生境 物候 成熟程度高 简单 少 少 开放式 高 明显需要 短 简单 同时发生 未成熟的（为早 期演替）中等 复杂 多 多 封闭式 低 不需要 长 复杂 季节性发生 成熟的8426第三节 农业生态系统能量流 w一、农业生态系统的能量流特点w二、农业生态系统的能流模型 w三、农业生态系统的能流特征 w四、人工辅助能与能量转化效率 w五、

11、农业生态系统中尚待研究的能流问题 8427w一、农业生态系统的能量流特点w农业生态系统的能量流同其它生态系统一样，遵 守着热力学第一、第二定律，符合食物链和金字 塔基本规律。但由于生物种群简化和人类的干预 ，农业生态系统的能量流具有以下特点。w1、 以草牧食物链为主 w2、 食物链较短w3、 转化效率较高w4、 转化的开放性较强w5、 具有双通道特征8428w二、农业生态系统的能流模型 w1、农业生态系统输入能流的类型 8429w2、农业生态系统的能流模型 w进入农业生态系统的能流，沿农田、草地、林果 为发端的三条主要食物链运行。畜禽、加工业及 人，在三条食物链的下游形成了交错的复杂网状 结构

12、。w农田亚系统提供人与家禽所需食物能的主要能源 ，是农业生态系统的主体，也是系统外工业能投 入的重点。农田亚系统输出能流，人的消费、畜 禽饲料、输入城市。农田也将输出的部分能量， 返还农田，满足土居生物的需要，是一种反馈输 入农田的辅助能。 8430w家禽家畜亚系统是农业生态系统不可缺少的，可 提高供给人的食物能的质量，把人无法直接利用 的农副产品、牧草、树叶等通过动物的生物转化 变成有较高营养价值的优质食物能。w畜禽亚系统的建立使不适农耕的土地资源通过饲 草生产得到充分的利用，所提供的厩肥和畜力是 农业生态系统维持良好稳定性和持久性的优质辅 助能。8431w林果业系统做为初级生产者体型大，生

13、育期长， 自我维持能力和对日光能的转化能力较强。8432w3、农业生态系统能量流动的基本途径w农业生态系统能量流动的主渠道是食物链和食物 网。具体有三条基本流经：w太阳能路径w有机能路径w无机能路径8433无机能做功热离散有机能新生种 养生物体产品输出太阳能种植植物养殖动物产品输出能量流动的基本途径8434w三、农业生态系统的能流特征w1、自然生态系统与农业生态系统的比较 w同样资源条件下，农田生态系统的能量生产水平 可能低于自然生态系统，不过它通过生产经济产 品提供给的食物能及其他有用能可能高得多。 w人为进行持续的农业生产，以大量投入人工辅助 能，特别从系统外输入工业能的方式，弥补系统 自

14、我维持能量的不足。人工辅助能的投入，是农 业生态系统与自然生态系统的最重要区别。 8435w2、不同类型农业生态系统能流水平与能流结构 w在不同发展阶段和不同地区，农业生态系统的能 流水平及能流结构有较大差异。w现代“机械化农业系统”以大量工业能投入获得 高产。 w3、我国农业生态系统的能流特征 w我国农业发展过程中，农业生态系统的能流也有 重大提高。w中国农业在一定工业能投入的条件下，依靠系统 内部提供的多种生物能源投入农田，使单位农田 产出能达到较高水平，获得较好的工业能效率。 8436w四、人工辅助能与能量转化效率 w1、人工辅助能w引进新品种和新的作物、畜禽等基因性投入；w施肥、浇水等

15、资源性投入；w农业机械和工程等设施性投入；w农药、防治、医疗技术等保护性投入。 8437w2、能量转化效率的概念w指输出产品与输入资源间的比例。w农业生态系统的能量转化效率有两种含义，即日 光能的转化效率与人工投入辅助能的转化效率。 前者称光能利用率，后者称能量比或能效率。 8438w3、提高能量转化效率的途径w 农业生态系统能流调节的最终目标，是以较少的人工 辅助能投入，获得较高的有用能产出。 w(1)调整生物结构。根据当地资源条件、生产技术、 市场需求变化，农林牧群落结构，合理选择和搭配高产 高效品种，保证最大的有效能产出。 w(2)优化投入组合。多种生活因素和投入资源配合， 其中某些处于

16、最低量的因素和资源的数量变化对产出水 平和转化效率影响最大。 w(3)改善资源的基础状况。土地质量、水资源和生物 资源状况对农业生态系统的能量转化能力和辅助能的效 率有很大影响。 w(4)采用节能农业技术。减少耗能作业，用可再生资 源代替某些工业能投入，节约不可再生资源。8439w五、农业生态系统中尚待研究的能流问题 w1、辅助能投入结构的优化问题。辅助能投入结构 是指各种投能的数量比例，即有机能、无机能及有、无 机能内部各能量投入效果。 w2、能量投入的报酬最高点，适宜区和临界值问 题。能量投入的报酬最高点指单位投能所获得产出最 高时的能量投入量，能量投入增加但产出已不再增加的 能量投入量叫能量投入的临界值。能量投入的适宜区是 考虑能量投放效果、效率及其它综合因素的基础上而确 定能量投入值的区间。 w3、高投入高产出与高投入低效益问题。对农业生 态系统的能量投入与产出效益，国内有两种截然不同的 看法，一种是高投入会出现低产出，主要依据是随单位 面积能量投入量的增加，能量产投比下降，出现高产穷 县的现象，主张控制投入，提