农业生态系统结构湖 南 文 理 学 院 生 科 院农业生态学周国庆2009.9第四章 农业生态系统结构第一节、农业生态系统结构合理性标志一、农业生态系统的结构：指农业生态系统的组分在时间、空间上的配置 及组分间能流、物流顺序关系包括三个方面，即 ：组分结构、时空结构和营养结构 ¨组分结构 ：即农业生物的种类和量比关系，也包 括环境组分 ¨时空结构：系统中各生物种群在空间上的配置和 时间上的分布，包括水平结构、垂直结构和时间结 ¨营养结构 ：是系统中生物通过营养关系联结起来 的方式即生产者、消费者和分解者三大功能类群 以食物营养关系联结起来组成的食物链、食物网 它是系统的物质循环、能量流动、信息传递的主要 路径湖 南 文 理 学 院 生 科 院二、合理的农业生态系统结构应符合以下原则1、生物与环境资源相适应，能充分发挥当地的资源 优势，并保持资源的永续利用 2、能维持生态平衡具体体现在： –保持输入输出平衡； –农、林、牧、副、渔各业比例合理，保持系统平衡； –系统生物组成比例合理，配置得当，使得物质能量转化 渠道畅通 3、有助于系统的稳定性的加强和生态环境的改善多样性与稳定是密切联系的。
4、能保证最终获得最高的系统产量和优质多样的产 品，以满足人类的需求总之，合理的农业生态系统结构应最终获得较高 的经济效益、较好的生态效益和良好的社会效益 湖 南 文 学 院 生 科 院第二节、农业生态系统的水平结构一、农业景观：多种类型的在景观上有差异的农业生态 系统的集合具有明显的边界其中单一的景观类型（或生态系统）称 景观单元农业景观可大可小，可包括单一的生态 系统，也可由多种生态系统构成 二、边缘效应和生态交错带不同景观单元的交错区域湖 南 文 学 院 生 科 院三、影响农业生态系统水平结构的因素一、自然环境条件农业作物尤其只植物的生长发育与环境条 件密切相关，环境因子在很大程度上决定农业生 物的水平分布 例如：北方种植：小麦、玉米、棉花、甘薯等南方种植：水稻、甘蔗等果树南方与北方：动物如骆驼、牦牛等 二、社会经济条件 – 人口密度 – 城乡经济梯度湖 南 文 学 院 生 科 院第三节、农业生态系统垂直结构垂直结构（立体结构）：指农业生物之 间在空间垂直方向上的配置组合 一、农业生态系统的立体结构类型 1、农田立体结构：农作物间作、稻田养鱼、 稻萍鱼、农田种菇 2、水体立体养殖：鱼的分层放养、鱼牧结构 、基塘系统等。
湖 南 文 学 院 生 科 院3、养殖业立体结构：立体分层养殖、林鱼鸭 立体结构 例如：湖北省新洲县在低洼积水地区种植耐水 湿、生长快的池松，840—1650株/公顷，每 年4—10月浇水，水深0.8—1.0米，水中养 鱼，水面养鸭，用树叶、饲料喂鸭、鸭粪喂 鱼，鱼粪肥树，构成了由树、鱼、鸭组成的 立体养殖系统，获得良好的效益 4、农林立体结构：桐粮间作、胶茶间作、枣 粮间作、林药间作等湖 南 文 学 院 生 科 院广东的基塘立体模式湖 南 文 学 院 生 科 院第四节、农业生态系统的营养结构¨农业生态系统的营养结构指生态系统中生物间联结的食物 链、食物网结构，又称食物链结构 一、食物链结构类型 二、食物链解列 三、食物链结构的举例湖 南 文 学 院 生 科 院一、食物链结构类型1、食物链加环的作用在原有食物链中通过加入新的链 环，延长或完善食物链组合，改变农业生态 系统的结构，具有很好的效益其作用表现 在： –提高农业生态系统的稳定性 –提高农副产品的利用率 –提高 能量的利用率和转化率湖 南 文 学 院 生 科 院2、食物链加环的类型生产环： 在食物链中加入能够把非经济产品转化为人们直 接利用的经济产品的环节，称为生产环。
如：牛、羊等可把秸杆、糠麸、菜叶、杂草等转化为肉、皮 、奶、蛋等，蜜蜂可将花粉转化为蜂蜜、蜂王浆等 增益环 这类环节虽不提供人类直接消费的产品，但可扩 大生产环节的增产效果 如：利用粪渣等有机废弃物养殖蚯蚓和蝇蛆，可作为禽畜 的蛋白饲料，可提高家禽的生长量和家禽的产蛋率 减耗环 这类环节的引入可减少生产消耗 如：引入天敌，可减轻病害危害，人工放养寄生蜂， 防治林场的松毛虫 复合环 兼具两种以上的功能环节如：稻田养鱼、鸭，即有减耗的作用（鱼鸭以水稻害虫为 食，减轻虫害危害，鱼、鸭粪肥又可肥田），又可生产鱼、 蛋产品 湖 南 文 学 院 生 科 院二、食物链的解列食物链的解列：实质就是利用农业生态系统进行污水处理使 现代工业产生的有毒有害物质在食物链上富集到 一定程度时与人类的食物链中断联系 ¨处理污染土壤可种植非食用的木材、麻类、花卉等使污染物 离开食物链 ¨污水处理如：水生植物凤眼莲（又名水葫芦）、浮萍等对各 种污染物以及水体富养化的N、P等具有较强的吸收净化能力 湖 南 文 学 院 生 科 院三、食物链结构举例作物秸杆的处理一般有两种途径：一种是直接焚烧，这部分养分流出农业生 态系统，不仅造成农业生态系统的土壤养分状 况的不断的下降，而且还会造成环境污染。
另一种是用于饲养牲畜，粪肥还田，相比 这种途径就会合理的多，在农业生产实践中利 用的也比较广泛 秸杆多级利用技术结构如下湖 南 文 学 院 生 科 院1、湖南 文 学 院 生 科 院第五节、农业生态系统的时间结构¨农业生态系统的时间结构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 –环境条件的季节性变化 –生物的发育规律 如：油—稻 —稻 湖 南 文 学 院 生 科 院第五章、能流湖 南 文 学 院 生 科 院第五章农业生态系统的能量流动内容1 热力学定律 2 食物链、食物网 3 生态系统的能流分析 4 农业生态系统的能流 5 农业生态系统的能流分析湖 南 文 学 院 生 科 院第一节、热力学定律¨一、热力学第一定律（能量守恒定律） ¨ △U（系统内能变化）=Q（吸热）-W（对外作 功）¨能量可以在不同介质中传递，也可以在不同形式 间转换，但在所有这些过程中能量保持恒定，既 不能创生，也不会消灭¨二、热力学第二定律 ¨1.能量的转换不可能达到百分之百有效 ¨2.自由能的提高不可能是一个自发过程。
湖 南 文 学 院 生 科 院三、 熵 1.熵:系统热量除以温度后得到的商△S=△Q/T熵是系统无序性的量度 2.熵增原理 （1）在一个内能不变的封闭系统中，任何自 发过程均朝着熵值增加的方向进行 （2）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡 状态的任何过程，均使系统与环境熵值之和 增加湖 南 文 学 院 生 科 院四、耗散结构理论1.耗散结构：开放系统在远离平衡态的非平衡状态 下，系统可能出现的一种稳定的有序结构 2.耗散结构理论：一个远离平衡态的开放系统，通 过与外界进行物质与能量的不断交换，就能克服 混乱状态，维持稳定状态，并且不断提高系统的 有序性，使系统的熵减少 3.有机体和生态系统都是远离平衡态的开放系统， 存在一种连续而有效的能量转换，因而都属于耗 散结构光合与同化：引入负熵，保持有序状态呼吸与作功：排除正熵，排除无序湖 南 文 学 院 生 科 院第二节、食物链一、食物链和营养级： 1.食物链：生态系统成员间，通过食物营 养关系彼此联系起来的序列 2.营养级：食物链上的每一个食性级以 符号T来表示，T1表示第一营养级，T2 表示第二营养级，T3……Tn余此类推食物链是生态系统内生物与生物之间 相互联系的一种主要形式，是物质循环 和能量流动的主要路径。
湖 南 文 学 院 生 科 院二、食物链的种类按性质不同分为四类： （1）捕食食物链（又称草牧食物链 ）：是由植物 到草食动物，再到肉食动物，直接消耗活有机体或 其部分的食物链在陆地上起始于绿色植物，在水 中起始于浮游植物如：水稻—稻飞虱—青蛙—蛇—老鹰—人 （2）腐生食物链（又称残渣食物链）：由多种微生 物构成，是以死有机体为营养源，通过腐烂、分解 ，将有机物还原为无机物质的食物如：秸杆（畜粪）—食用菌 垃圾—蚯蚓（蜗牛）湖 南 文 学 院 生 科 院（3）寄生食物链（parasite food chain）：以寄 生的方式取食活着生物有机体食物链成员有自大 到小的趋势如：大豆—菟丝子 马——蛔虫——原生动物红铃虫——金小蜂（4）混合食物链：构成食物链的各营养级中，既有 活食生物成员，也有腐食生物成员如：稻草—牛—蚯蚓—鸡—猪—鱼湖 南 文 学 院 生 科 院三、生态系统中食物链的基本特点1.在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习 性极不相同的多种生物一条食物链中包含的多种生物，可以使光合产物 得到充分利用（分级利用光合产物），在有限的空 间中养活众多生物2.在同一生态系统中，可能有多条食物链，它们长 短不一，营养级数目不等。
如一个鱼塘生态系统中 ： 藻类水草——草鱼 绿藻——甲壳动物——花鲢 浮游植物——浮游动物——虾——噘鱼 自然生态系统中，食物链营养级的数目是有限的 湖 南 文 学 院 生 科 院3.不同生态系统中各类食物链所占比重不同 (1)森林生态系统：腐生食物链比重最大，约占系统 中生产者所生产的有机物质的90%以上 (2)草原生态系统（牧场）：腐生食物链约占70%左 右 (3)农田生态系统：植物生产的有机质大部分作为产 品，留给腐生食物链的仅占净初级生产的20~30% 如果不通过粪肥、秸杆还田等途径向系统补充 有机质，则系统中腐生食物链上的生物群落将会 因为缺少食物能而衰退，引起土壤肥力的下降 4．在任何一生态系统，各类食物链有协同作用湖 南 文 学 院 生 科 院四、食物网食物网：在生态系统中，各种食物链交错起来构成 的网状结构 食物网本质上是生态系统中有机体之间一系列反复 的吃与被吃的相互关系 营养结构：以营养为纽带，把生物与生物、生物与 环境紧密联系起来的结构湖 南 文 学 院 生 科 院食物网图解、湖 南 文 学 院 生 科 院第三节、生态系统中的能流分析一、生态系统中的能源 1、太阳辐射能¨是所有生态系统最主要能量来源 ¨可见光：0.4~0.76μ 50% 生理效应 ¨红外线：＞0.76μ 43% 引起热能 ¨紫外线：＜0.4μ 7% 引起生物变性，致死¨太阳常数：So=1.94cal/cm2.min ¨到达地球表面的太阳辐射能强度，因纬度、地形 地貌、坡度坡向、气候因子而不同。
¨太阳辐射能量到达地球表面的分配示意图湖 南 文 学 院 生 科 院一、1、湖 南 文 学 院 生 科 院2、辅助能¨辅助能：生态系统中，除了太阳能以外的其 它一切补加能量¨包括自然能和人工能补给，如沿海河口潮汐 的作用，风力的作用以及降雨和蒸发的作用 等¨对农业生态系统，辅助能主要构成是人们从 事农业生产各项活动中投入的能量，当然， 也继承了自然生态系统中的自然辅助能湖 南 文 学 院 生 科 院二、生态系统的能流分析1、能流路径¨研究生态系统中能量流动，在于了解一个系统的能量输入 、贮存以及作功之间的相互关系，从而减少能量损耗，提 高能量利用效率 ¨生态系统中能量是沿着食物链流动的： → Tn-1→Tn →¨ NUn NAn Rn ¨NPn-1 摄入量In An NPn¨注：NP：净生产量 A：同化量 ¨ Nu：未同化量 NA：未同化量湖 南 文 学 院 生 科 院2、生态效率¨生态效率：能量通过各营养级的转化效率。
¨1．营养级之间（Tn-1——Tn）¨（1）摄入。