农业生态学农业生态学(agroecology)是运用生态学和系统论的原理与方法,把农业生物与其自然和社会环境作为一个整体,研究其中的相互关系、协同演变、调节控制和持续发展规律的科学研究对象是农业生态系统系统的定义系统论创始人贝塔朗菲:相互联系的诸要素的联合体钱学森:由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体系统的构成必须具备三个条件:☆有两个以上的组分☆组分之间有密切联系☆共同完成一定的功能系统的结构特点☆边界:使系统具有相对独立性☆水平结构:系统的组分及其量比关系(系统的层次越低,组分间的联系越密切,组分间的量比关系也越严格)☆垂直结构:系统的层次与空间排列方式(系统有不同的层次,组分、元素、子系统、大子系统)系统的功能特点系统的功能是一种整体效应,不但包括各组分的独立功能,还增加了各组分之间相互作用后产生的新效应1+1>2或1+1≠2生态系统的定义生物与生物之间以及生物与其环境之间密切联系、相互作用,通过物质交换、能量转化和信息传递,成为占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体生态系统的基本组成a环境组分:辐射、气体、水体、土体b生物组分(生产者、消费者)生态系统的特点☆组分上:无生命和有生命☆空间结构上:具有明显的地域性、动态性☆时间变化上:简单到复杂,低级到高级☆内部功能上:组分间不断进行能量转换与物质循环,使系统处于一种动态平衡状态☆外部关系上:开放系统,物质能量交换农业生态系统定义以农业生物为主要组分,受人类调控、以农业生产为主要目标的生态系统,受自然规律和社会经济规律共同制约农业生态系统的特点☆系统组分:生物组分以人工驯化和培育的农业生物为主;人类——大型消费者,同时是管理者、调控者;环境组分包括自然环境和人工环境☆系统输入:增加了大量的人工输入,如肥料、农药、薄膜、农业机械、人力、信息等☆系统输出:农产品的大量输出,水土流失等☆系统功能:系统开放程度高,自身稳定性减弱☆系统调控:自然调控、农民直接调控与社会经济间接调控农业效益的构成社会效益(social effect):指农业生产为社会提供基本需求和社会稳定所产生的效益,通常包括各种农产品和就业机会等经济效益(economic effect):指农业生产促进社会经济发展产生的效益,通常包括农业经营者和劳动者的经济收益及国家税收收入生态效益(ecological effect):指农业生产对资源和生态环境产生的影响,通常包括资源耗费速度、环境保护效果和景观美化程度农业生态学的研究内容研究系统结构组成规律,组分结构以及它们在不同层次水平的相互关系;研究系统功能运转规律,即能量、物质、价值、信息的流通途径及效率;研究系统调控规律,农业生态系统的发展演替规律以及人工调控原则与措施;应用实践,因地制宜建设中国生态农业的理论与技术最小因子定律植物的生长取决于数量最不足的那一种营养元素。
这种元素不但直接限制植物生长,同时也会限制其他因子的效应。
Shelford耐性定律(Law of tolerance)对每一种生物来说, 各种生态因子都存在着一个生物学的上限与下限, 它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐性范围Odum及其他学者对耐性定律的重要补充同一种生物对各种生态因子的耐性范围宽窄不同不同种生物对同一种生态因子的耐性范围宽窄不同同一种生物在不同发育阶段对生态因子的耐性范围不同——阶段性生态因子的主导作用、同等重要性、不可替代性同一种生物的不同品种会产生生态型的分化影响生物的分布生活型(life form)定义不同种的生物长期生活在相同环境条件下会发生趋同适应,经过自然和人工选择形成具有类似形态、生理和生态特性的物种类群生态型(ecotype)定义同种生物长期生活在不同自然生态条件和人工培育环境条件下,发生耐性范围的趋异适应,形成形态、生理和生态特性不同的基因型类群(可以遗传)分类:根据主导因子的不同划分(气候生态型、土壤生态型、生物生态型)研究意义为选种、育种、引种等提供理论与实践依据对研究生物的生态适应机制与物种进化有重要意义生境生物生长的具体地段的综合环境。
生态位定义生物完成其正常生活周期所表现出的对特定生态因子的综合适应位置,在时间、空间上的位置及其与相关物种之间的功能关系,亦即一个物种在生态系统中地位与角色高斯竞争排斥原理具有相同生态位的不同物种,在同一生境中不能长期共存;两个物种的生态位越相似,竞争越激烈意义建立农田复合群体时,注意物种的选择与搭配(生态位差异),以减少不利竞争作用,充分发挥物种间的有利互补作用结合生态位理论,阐述高斯竞争排斥原理同一生境中的群落不存在两个生态位完全相同的物种同一生境中能够生存的相似物种相似性有限,会发生生态位分离为了减缓竞争,同一生境中同时存在两个或多个物种时,尽量选择生态位上有差异的类型。
种群(population) 概念种群是在某一特定时间内占据某一特定空间的同种生物个体的集合体意义在生物资源利用、保护、病虫害防治、农业生产调控等方面的作用生物群落在一定地段或生境中各种生物种群所构成的集合群落的演替含义指生态系统内生物群落的种类组成及其环境随时间的推移发生有序变化的现象群落多样性与群落稳定性的关系群落多样性是影响稳定性的一个重要因素,多样性有利于提高稳定性:较丰富的物种和物种个体的均匀分布;较复杂的种间关系;较多且交错的食物链和食物网;较多的能量流动与物质循环路径;较强大的反馈系统,可减少群落的波动种群的内禀增长率和环境容量内禀增长率又称为生物潜能或生殖潜能。
指种群在不受空间、食物的限制,并排除了天敌、疾病、其他种群的生物危害、干扰,处于最佳的温度、湿度等环境条件下,且具有最适密度和稳定年龄分布时表现出的最大增殖速度。
种群在一定环境中所能稳定达到的最大数量(或最大密度),为该环境条件对该种群的环境容纳量,常用K表示。
简述r对策和K对策生物的主要特征,及其在农业生产中的应用属于K选择类的生物:个体较大,寿命较长,存活率高,要求稳定的栖息生境,不具较大扩散能力,具有较强的竞争能力,其种群密度较稳定,常保持在K 水平。
但增长率r 低,自平衡时间长,容易灭绝,如大象、恐龙等。
属于r选择类的生物:个体较小,寿命较短,存活率低,增殖率r高,适应多变的栖息环境,具有较大的扩散能力,其种群密度出现大起大落的波动。
虽然竞争能力低,但增长率r高,返回平衡水平的反应时间短,灭绝危险小。
如细菌、杂草等。
农业生态系统r—K对策类型者的合理配置利用r-生物加速系统的物质循环,减少损失,增加次级产品的输出利用K-生物稳定农业生态环境农业生态系统中不同生物种之间的关系有那些,举例说明相互作用可归为两大类:即负相作用和正相互作用类,负相互作用使受影响的种群增长率降低,但并不意味着有害。
竞争(草履虫)、捕食(天敌治虫害)、寄生(赤眼蜂防治棉铃虫、苏云金芽孢杆菌、白僵菌用于防治玉米螟、大豆食心虫、松毛虫。
绿僵菌金龟子幼虫。
放线菌病毒)偏害作用(乔木与灌木;地衣、苔藓与树木)偏利(乔木与灌木;地衣、苔藓与树木)原始合作(豆科植物与禾本科植物间套作、玉米与马铃薯的间套作、立体种养,稻萍鱼组合)互利共生(反驺动物与细菌)/无影响群落演替指生物群落的种类组成及其环境随时间发生有序变化的现象特点与趋势:由低级到高级、由简单到复杂的不可逆过程生物多样性3个主要层次:基因多样性物种多样性生态系统多样性景观狭义的景观是指一般在几平方千米到数百平方千米范围内,由不同类型的生态系统以某种空间组织方式组成的异质性地理空间单元。
广义的景观则没有地域空间范围的原则性限定,包括从微观到宏观不同空间尺度上,由不同类型的生态系统组成的异质性地理空间单元。
景观元素有三种类型:斑块(patch) 斑块是一个在外观上与周围环境明显不同的非线性地表区域。
走廊或廊道(corridor) 与本底有所区别的一条带状土地,可以看作是一个线状或带状的斑块。
基质(matrix) 相对面积大于景观中斑块和廊道的景观要素,是景观中最具有连续性的部分,往往形成景观背景。
景观生态学研究内容包括4个方面:景观结构:不同景观要素之间的空间关系。
①从野外到城镇范围内景观的空间格局和结构;景观功能:各种景观要素之间的相互作用,不同生态系统之间的能量流、物质流和物种流(例如动物活动等)。
②空间格局和景观过程的联系;景观变化:景观的结构和功能上随时间的变化。
③人类活动对景观格局、过程和变化的影响;景观管理:通过分析景观特征,提出景观利用管理最优化方案。
④尺度和干扰对景观的作用。
景观生态学的基本理论理论基础是整体论(holism)和系统论(system theory)一般说来,至少包含以下几个方面:岛屿生物地理学理论等级理论与尺度效应自组织理论边缘效应与生态交错带边缘效应或边际效应(edge effect)指斑块边缘部分由于受两侧生态系的共同影响和交互作用而表现出与斑块内部不同的生态学特征和功能的现象。
边缘物种(edge species)需要稳定而相对单一环境资源条件的内部物种,往往集中匀在斑块内部,而另一些需要多种环境资源条件或适应多变环境的物种,主要集中在边际带生态系统的结构指生态系统组分在时间、空间上的配置及组分间的能物流顺序关系。
包括:生物组分的物种结构、空间结构(水平结构与垂直结构)、时间结构、营养结构食物链含义生态系统的生物成员间通过取食与被取食的关系而联系起来的链状结构营养级食物链上的每一个食性环节。
基本形式:植物草食动物小型肉食动物大型肉食动物微生物链加环类型1)生产环,增加的新环节可将非经济产品转化为经济产品。
如在种植业的基础上,发展畜牧渔养殖业2)增益环,新环节转化的新产品本身并不能直接作为产品,但加大了生产环的效益。
如用粪、沼气养殖蚯蚓、蝇蛆,用于喂猪、鸡、鱼3)减耗环,新环节可减少生产环的耗损,提高系统的效益。
如引入天敌,减少生产损耗4)复合环,同时具有两种以上功能的环节。
如建立沼气池;稻田养鱼,增产、灭草灭虫减耗,同时增加动物产品5)加工环(加环特例):农副产品加工增值。
如编织篮、筐、草帽、凉席、密度板、燃料等生态系统的垂直结构、水平结构、时间结构农业生态系统的垂直结构:包括两个方面:不同类型群落在海拔高度不同的生境上的垂直分布;同一群落中不同类型物种在垂直空间方向上的分层配置,即成层性,最基本的外貌特征农业生态系统的水平结构:含义:群落中各物种在水平空间方向上的配置状况。
主要特征:斑块状镶嵌,即不均匀分布。
交错区、边缘效应、利用价值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使他们的生长发育及生物量积累的时间相错有序,充分利用当地自然资源的一种时序结构。