农业生态学第二章

第二章农业生态系统的基本生物结构§2-1生物与环境的关系§2-2农业生态系统中的种群§2-3农业生态系统中的群落§2-4农业生态系统中的生物多样性\n第一节生物与环境的关系一、自然环境（Naturalenvironment)二、人工环境(Artificialenvironment)三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)四、生物对环境的适应(Adaptationtoenvironment)五、生物对环境的影响(Influenceoforganismonenvironment)\n第一节生物与环境的关系一、自然环境（Naturalenvironment)自然环境：是生态系统中作用于生物的外界条件的总和。生态因子（ecologicalfactor）：自然环境中对生物发生影响的环境因子。如：太阳辐射、温度、湿度等。\n第一节生物与环境的关系二、人工环境(Artificialenvironment)人工影响的环境如：人工经营的森林、草地、防风林等。人工建造的环境无土栽培环境(Hydroponics)大棚温室环境(ShedGreenhouse)集约化养殖环境(Intensivepoultryfarm)\n第一节生物与环境的关系三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)(一)最小因子定律(Lawofminimumfactor)植物生长去取决于含量最不足的那种物质应用前提：1.必须是在稳定条件下才能运用。2.应考虑生态因子之间的补偿作用。如：软体动物在钙缺乏时，用锶作补偿。光、温的相互补偿。木桶原理\n第一节生物与环境的关系三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)（二）耐性定律（Shelford’stolerancelaw）美国生态学家谢尔福德（V.E.Shelford）1913年提出。生物对不同生态因子的适应存在着一个生态学的上限和下限，生物只有在其范围内才能正常生长发育，任何因子过剩或不足都会影响生长发育和生存。\n\n第一节生物与环境的关系三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)（三）生活型和生态型生活型（lifeform）：不同种的趋同适应生活型是种以上的分类单位。如松树和杉树都属于乔木这一生活型。一定的生活型是植物长期对环境条件适应的结果。因而生活型反映了生物对环境条件的适应。\n\n第一节生物与环境的关系三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)（三）生活型和生态型生态型（ecotype）：种内适应性的分化定义：同一物种内适应性有差异的种群。如黄种人，白种人，黑种人生活型是种以下的分类单位Ecotypeisaunitwithinaspecies(differentgenotypes)分布越广的物种生态型越多。\n第一节生物与环境的关系三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)（四）生境与生态位生境（Habitat)：即有机体居住的地方，是具体的特定地段上对生物起作用的环境因子的总和。如：蚯蚓在有机质丰富的泥土中生存。仙人掌在沙漠中生存。\n第一节生物与环境的关系三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)（四）生境与生态位生态位（小生境或生态龛）：定义：生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置。或定义为：生物钟在生物群落中的位置和作用。\n\n第一节生物与环境的关系三、环境对生物的制约(Environmentalrestriction)生态位理论表明：同一生境中，不存在两个生态位完全相同的物种。同一生境中，不同或相似的物种必然进行某种时间、空间、营养或年龄等生态位的分化分离。同一生境中，生态位差异大的物种竞争才较为缓和，因而由多个物种组成的群落更有利于有效利用资源，维持较高的生产力，并且有更高的稳定性。\n第二节农业生态系统中的种群一、种群的结构特征（Populationstructure)二、种群的动态（增长方式）(Populationdynamics)三、种群间的相互作用(Interspecificinteraction)四、种群的生态对策(Populationecologicalstrategies)五、种群的调节(Populationcontrol)\n第二节农业生态系统中的种群一、种群的基本特征种群的大小（size)和密度(density)2.种群的年龄结构(agedistribution)和性比（sexratio)种群的年龄结构：种群内各年龄组之间的数量比例。用龄级比和年龄锥体（Agepyramid)表示。龄级比：各年龄组个体数占种群数总数的比例称之龄级比。\n种群的年龄结构有三种：abc增长型稳定型衰退型ExpandingStableContracting\n第二节农业生态系统中的种群一、种群的基本特征3.出生率（Natality)和死亡率(Mortality)4.内禀增长率（Intrinsicgrowthrate）在没有任何环境因素（包括食物、领地和其它生物）限制的条件下，由种群内在因素决定的稳定的最大增殖速率。又称生物潜能或生殖潜能。环境阻力：是妨碍种群内禀增长率实现的环境限制因素的总和\n第二节农业生态系统中的种群一、种群的基本特征5.环境容纳量（carryingcapacity）定义：某个种群在有限的环境中所能稳定达到的最大数量（或最大密度），称环境对该物种的环境容纳量。现实意义：一定区域，当环境条件下，资源对某种生物的承载力是一定的，如：某地牧场对牲畜有一定的承载力，过度放牧会造成牧场褪化。农田也应保持适宜的种植密度。\n第二节农业生态系统中的种群二、种群的动态（增长方式）（populationgrowthform）1.指数增长（J型增长）种群在无食物和生存空间限制的条件下呈指数式增长，种群个体的平均增长率不随时间变化。\n种群的增长的J曲线\n第二节农业生态系统中的种群二、种群的动态（增长方式）（populationgrowthform）2.逻辑斯谛增长（S型增长）在自然条件下，环境、资源条件总是有限的，当种群数量达到一定量时，增长速度开始下降，种群数量越多，竞争越剧烈，增长速度也越小，直到种群数量达到环境容纳量（K）并维持下去。增长呈S型。\n种群的增长的S曲线\n绵羊数量的S型增长\n种群的数量增长的指数曲线和逻辑斯谛曲线：（如图）多数生物的增殖，包括水稻和小麦分蘖的增长都接近S型增长模式。J型和S型增长是种群增长的两个典型情况，在自然界中，种群的增长实际上还有许多的变形，情况比较复杂：（如图）\n偏利commensalisms原始合作protocooperation互利共生mutualism正相互作用Positiveinteraction负相互作用Negativeinteraction竞争直接干涉间接抑制捕食predation偏害amensalism寄生parasitismcompetition三、种群间的相互作用\n三、种群间的相互作用（一）正相互作用：⒈偏利作用（commensalisms,共栖）特征：共生的两种生物，一方得利，对另一方无害。如：如地衣、苔藓附在树皮上（附生植物）；鸟筑巢，鲫鱼吸附在鲨鱼腹上。\n三、种群间的相互作用（一）正相互作用：⒉原始合作(Protocooperation)特征：两种生物在一起生活对彼此有利，但二者并无依赖关系。例：①稻田养鱼。作物间套作（图片）②农区养蜂：作物为蜜蜂提供蜜源，获得蜂蜜、蜂王浆等经济产品；蜜蜂的传粉作用又促进作物增产。\n\n三、种群间的相互作用（一）正相互作用：⒊互利共生(Mutualism)特征：种间彼此依赖，生活在一起互相受益，能直接进行物质交流。例：①固N细菌与豆科植物根系共生形成根瘤。②真菌和高等植物根系共生形成菌根。③真菌与藻类共生形成地衣。\n三、种群间的相互作用（二）负相互作用⒈竞争(Competition)特征：两种生物为竞争同一对象，主要是争夺空间和资源。例：①农田中的作物与杂草竞争光、热、水、气、肥及生长空间。②各类塘鱼对浮游生物的竞争。结果：①两个物种间形成协调的平衡状态，实现生态位的分化。②一个种群被另一个种群消灭掉。③一个种群被赶跑到另一空间，利用另一种食物。\n大草履虫和双小核草履虫间的竞争\n三、种群间的相互作用需指出的是：生态位越接近，则竞争越激烈。在同一生境中具有相同生态位的不同物种不可能长期共存，这个原理称竞争排斥原理（Competitiveexclusionprinciple)，也称高斯原理\n三、种群间的相互作用⒉捕食和寄生捕食(Predation)：一个种群对另一个种群的生长与存活产生负效应。狭义的捕食：食肉动物以草食动物为食；广义的捕食：还包括草食动物吃草和寄生。寄生(parasitism)：是一个种（寄生者）寄居于另一种（寄主）的体内或体表，从而摄取寄主养分以维持生活的现象。例：①羊吃草，青蛙吃害虫，猫捕老鼠等。②菟丝子寄生在植物上。③蛔虫寄生在动物上。④赤眼蜂寄生在棉铃虫上。\n三、种群间的相互作用但需注意：引种时必须谨慎考虑，否则会引起很大危害,从而可能会导致生物入侵（Biologicalinvasion),图见下一页。如：非洲维多利亚湖1960年引入尼罗河河鲈所造成的后果。可以看出：自然界的任何生物都在与其他生物的相互联系中保持自身的数量平衡，从而维持整个生态系统的平衡，失去制约就可能引起失衡，从而造成很大危害。进出口检疫，就是为了防止某些病虫害被带入无天敌限制的地区，造成病虫害大流行而采取的措施。\n水葫芦(Eichhorniacrassipes)\n\n\n类别r-对策生物(rstrategy)K-对策生物(Kstrategy)个体发育快，Rm值高，个体小，扩散快发育慢，Rm值低，个体大，扩散慢种群数量多变，常低于K数稳定，常接近K环境在多变环境中占据新生境在稳定环境中死亡率灾难性的，非密度制约有选择，为密度制约，易灭绝寿命短长举例小型生物大型动植物四、种群的生态对策(Bionomicstrategy)\n五、种群的调节1．密度制约作用(densitydependent)。种内调节（intraspecificcontrol：种群是在明显低于环境容纳水平上，调节自身的密度。如自疏现象、作物分蘖的消长等。种间牵制(interspecificcontrol)通过遗传反馈作用实行种间关系的调节。如捕食者与猎物，种间竞争等。2．非密度制约(densityindependent)。气候因子、化学限制因子、污染物常常是（但不是始终）按非密度制约方式起作用。\n第三节农业生态系统中的群落一、群落的结构（Communitystructure)二、群落的演替（Communitysuccession)三、协同进化(Coevolotion)四、群落的多样性与稳定性(Diversityandstability)\n一、群落的结构指组成群落的生物种群在群落种所处的位置和存在的状态。1.垂直结构（verticalstructure)：群落的不同物种或类群出现在地面以上不同的高度或水面以下不同的深度。。如森林群落的分层和水体中不同藻类的分层。农业生物的垂直结构：如作物的间套作、特殊类型（稻田养鱼、鱼塘养鸭等）、鱼的分层放养等。\n一、群落的结构2.水平结构(horizontalstructure)：群落在水平方向上的配置状况。控制农业生物群落的水平结构有两种方式：在不同的生境中因地制宜选择最合适的物种；在同一生境内配置最佳密度，并通过饲养、栽培手段控制密度的发展\n一、群落的结构3．时间结构(temporalstructure)（1）环境因子中的光、温、湿度具有明显的周期性，如日周期、月周期和年周期。使群落表现出明显的时间结构。（2）调节农业生物群落的时间结构的主要方式使轮作、套作和轮养、套养。农田的多熟制通常比一熟制的光能利用率高。\n一、群落的结构4．群落的交错区（ecotone）与边缘效应(edgeeffect)交错区：不同群落或生态系统的交界区域。增加了交错区中物种的多样性和种群密度，而且增大了某些生物种的活动强度和生产力，这一现象称为边缘效应。如森林与草原交界地带，海湾、沿河两岸、河口三角洲等利用：滩涂的利用、城郊农业、间作、基塘系统（见下图）等。\n蔬菜花、果甘蔗水浮莲、红萍鱼工作通道\n二、群落的演替1．群落演替及其类型群落演替（succession)是指随着时间的推移，群落种的一些物种消失，另一些物种侵入，出现群落与其环境向着一定方向，有顺序的发展变化。（1）按群落的发展方向和趋势划分，演替分为进展演替与逆行演替。\n二、群落的演替（2）按演替发生的基质划分，演替有原生演替(primarysuccession)和次生演替(secondarysuccession)。自裸地上或深层水体下开始的演替称原生演替。在原有植被已被破坏，但保存有土壤和植物繁殖体的地方开始的演替称为次生演替。提问：原生演替与次生演替哪一个时间长？\n二、群落的演替2．演替系列典型的旱生演替系列：地衣、苔藓草本植物木本植物\n二、群落的演替2．演替系列次生演替系列以云杉林的演替为例分四个阶段：采伐迹地阶段（禾本科、莎草科）先锋树种阶段（桦木、山杨等）云杉定居阶段云杉恢复阶段还有草原的放牧演替。\n二、群落的演替4.群落演替趋势l群落的演替总是由低级向高级，由简单向复杂的方向发展。l群落中生物种类随演替而变换。r-型生物大多被K-型生物所替代；生物种类数目增多；群落内部结构的分层现象更加明显；群落的食物链由简单变得更为复杂，形成食物网，稳定性更强。l总生物量增加，养分循环更封闭\n二、群落的演替5.演替与人工调控仿自然演替对农业生态系统进行人工调控（1）建立木本农业。包括有多年生木本植物在内的农林复合系统。（2）仿建顶级群落。仿自然顶极群落结构建造乔、灌、草相结合的人工群落，可有效治理水土流失。（3）仿自然演替过程促进农业生产。早期重视先锋植物的作用，环境改善后再安排农业生物。\n第四节农业生态系统中的生物多样性一、生物多样性的概念及层次（Conceptandlevel)二、生物多样性的价值(value)三、威胁因素（Threatenfactors)四、保护途径（Protectionapproaches)\n一、生物多样性的概念及层次生物多样性是地球上所有生物体和环境的丰富性和变异性。层次包括：遗传多样性(geneticbiodiversity)物种多样性(speciesbiodiversity)生态系统多样性(ecosystembiodiversity)\n\n二、生物多样性的价值1.直接价值l药用：从植物、动物或微生物提取的。l提供工农业原料方面。植物：如橡胶、油脂、薪碳、木材、饲料、纤维、肥料等；动物：如油脂、燃料、蚕丝、皮革、羽毛等。\n二、生物多样性的价值（2）间接价值：与生态系统功能有关。包括能量固定、调节气候、稳定水文、保护土壤、贮存养分、进化污染、美学和人文价值等。间接价值可能大大超过直接价值，据估计，中国生物多样性的直接价值为1.80万亿元，间接价值为37.31万亿元，潜在价值为0.22亿元。\n三、生物多样性的威胁因素（1）土地过度开发利用：毁林开荒、围湖造田、过度放牧等。巴西热带雨林的砍伐热带地区的刀耕火种当前在世界范围内热带雨林已有40%被砍伐掉自1961年以来，泰国已失去它的红树林22%。亚洲热带地区有49个国家已经丧失其50%以上的热带森林。\n生物多样性受到的威胁\n四、生物多样性的威胁因素（3）土地集约化：化肥、农药等高投入，农业措施单一化（4） 污染：工业污染、城市垃圾、农业污染等。导致生态环境质量和产品质量下降，物种减少等（5）物种单一：普遍推广高产品种，一些品种的优良性状在丧失，野生种类下降。\n\n\n五、生物多样性的保护（1）就地保护（insituconservation)：设立自然保护区和国家公园。有的在保护区中设立核心区、缓冲区、实验区，同时作为科研、教育功能。截止到2000年底，我国已建立自然保护区1276个，总面积1.23×108hm2，约占国土面积的12.44%。其中国家级自然保护区155个，面积5751.5×104hm2。\n五、生物多样性的保护（1）就地保护（insituconservation)：有15个自然保护区被联合国教科文组织列入“国际人与生物圈保护区网”，有6个自然保护区被列入国际重要湿地名录。\n五、生物多样性的保护（1）就地保护（insituconservation)：鼎湖山自然保护区北回归线沙漠上的绿洲我国第一个自然保护区联合国人与生物圈计划三个自然保护区之一国家一级保护植物：桫椤、格木、观光木\n\n珠海淇澳岛红树林\n五、生物多样性的保护（2）迁地保护(exsituconservation)：建立种质资源库、圃，如我校和农科院建立的水稻野生稻种质圃；引种栽培；野生动物人工驯养。（3）离体保存：建立在低温下保存物种的基因库。利用它来贮存种子、精液和不同的繁殖体。