农业生态学重点

第一章绪论

农业生态学: 是用生态学和系统论的原理和方法,将农业生物与其自然环境作为一个整体, 研究其中的相互联系、协同演变,调节控制和持续发展规律的学科。（掌握）

生态学：研究生物和环境之间相互关系及其作用机理的学科。（掌握）

（掌握）系统是由相互作用和相互依赖的若干个组成部分结合而成的、具有特定功能的整体。

系统必须三个条件（1）由二个以上的组分组成；（2）组分之间有密切的联系；（3）以整体方式完成一定的功能。（掌握）

系统功能的整合性：系统能产生其组分或子系统所没有的功能，即整体大于部分之和。通常形象地称“ 1+1>2 ”

生态系统的定义：生物与生物之间以及生物与其生存的环境之间密切联系，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。（掌握）

生态系统的基本组分：(1).环境组分包括四方面：辐射、气体、水、土体

无机环境是生态系统中物质和能量的来源

（2）生物组分包括：A.生产者 B.大型消费者C.小型消费者( 分解者)

农业生态系统是指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。（掌握）

农业生态学的研究对象

（一）农业生态学的研究对象主要是农业生态系统。

（二）农业生态学的研究重点不是注重于系统的组成成分，而是诸多组分间的关系，把每一个组分看作因素，从能量、物质、信息、资金上（着重从能量和物质上）研

究它们之间的相互联系、耦合、转化、反馈等。

农业生态学的内容

1．农业生态系统的结构

2．农业生态系统的功能

3．农业生态系统在特定的自然和社会条件的综合影响下的地域分布特点和规律

4．在不同的自然和社会条件下，各农业生态系统的发展演变规律

5．农业生态系统的调节控制规律和方法农业生态系统的设计和生态农业建设

研究方法：1．基本研究方法

（ 1 ）熟悉研究对象

（ 2 ）研究数据的收集及分析整理

（ 3 ）研究策略：多学科协作；多系统大跨度比较；选择适当的研究单元及研究层次农业生态学研究中也运用常见的实验设计方法如正交设计、回归设计、均匀设计，方差分析、回归分析等。

2．传统方法：气象、土壤

3．现代方法：宏观方法：GIS（地理信息系统）、RS（遥感）、GPS （全球定位系统）计算机方法。

生态学发展的历史阶段（掌握）

1. 生态学诞生以前时期，主要是生态学知识的积累阶段（公元前2000 年——公

元14-18 世纪）。

2. 个体生态学与群落生态学阶段（1866-1935）

3. 生态系统生态学阶段（1935-1962）

4. 生态学向调控与工程方向发展阶段（1962- ）。

五大危机：污染危机；资源危机；能源危机；粮食危机；人口危机（掌握）

第一章农业生态系统的基本

生态因子:自然环境中一切影响生物生命活动的因子均称为生态因子（ecological factor ）。环境对生物的制约

（一）最小因子定律

德国化学家李比西（Justus Liebig）提出“植物的生长取决于数量最不足的的那一种

营养物质”，即最小因子定律。

E.P. Odum（1973）对最小因子作了补充。

（1）最小因子可以相互转化。如NPK施肥

（2 ）这一定律只有在相对稳定状态下才能运用。

（3 ）要考虑因子间的相互作用。

（二）谢尔福德耐性定律

在生物的生长和繁殖所需要的众多生态因子中，任何一个生态因子在数量上的过多过少或质量不足，都会成为限制因子。

定义：即对具体生物来说，各种生态因子都存在着一个生物学的上限和下限（或称“阀值”），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（又称耐性限度）。生物对自然环境的适应

生活型由于环境对生物的限制作用，不同种的生物长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下，会发生趋同适应，经过自然选择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称为生活型。

生活型是生物对综合环境条件的长期适应，而在外貌上反映出相似性和一致性的生物类型。

生活型是种以上的单位

生态型定义：同种生物的不同个体群，长期生存在不同的自然生态条件和人为培

育条件下，发生趋异适应，并经自然选择和人工选择而分化形成的生态、形态、和

生理特性不同的可以遗传的类群，称为生态型。

根据形成生态型的主导生态因子类型的不同，分3类：

1、气候生态型：长期适应不同的光周期、气温和降水等气候因子而形成的各种生态

型。例如，水稻的早、中、晚稻属于不同的光照生态型；籼稻、粳稻是不同的温度

生态型。

2、土壤生态型：长期在不同的土壤水分、温度和肥力等自然和栽培条件的作用下分

化而形成。例如，水稻和陆稻主要由于土壤水分条件的不同而分化形成的土壤生态

型。

3、生物生态型：是指主要在生物因子的作用下形成的生态型。例如，各种作物对病、

虫、草具有不同抗性的品种群。

生境：在环境条件的制约下，具有特定生态特性的生物种和生物群落，只能在特定的小区域中生存，这个小区域就称为该生物种或生物群落的生境。生境也称栖息地。

生态位定义：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。

即用某一生物的每一个生态因子为一维（X i ），以生物对生态因子的综合适应性

（y ）为指标构成的超几何空间。

物种对环境的潜在综合适应范围，称为基础生态位。而实际占据的生态位称实际生态位。实际生态位比基础生态位要小。

关于生态位的几个重要观点：

1.一个物种的实际生态位<基础生态位。

2.种间竞争可促使两物种的生态位分离。

3.一个稳定的群落，由于各种群占据不同的生态位，避免了生态位的直接竞争，从

而保证了群落的稳定。

4.由多个种群构成的稳定生物群落，各种群对资源都趋向于相互补充，而不是直接

竞争。

种群：种群是指在某一特定时间中占据某一特定空间的一群同种的有机体的总称，

种群结构（一）种群的大小和密度（二）种群的年龄结构和性比（三）种群的出生率和死亡率（四）种群的内禀增长率与环境容纳量

内禀增长率:在没有任何环境因素（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度。也称生物潜能或生殖潜能。

环境阻力：就是防碍种群内禀增长率实现的环境限制因素的总和。

环境容纳量：在一个生态系统中有限的环境条件下种群所能达到的稳定的最大数量（或密度），称为系统对该种群的环境容纳量。K

（五）种群的空间分布和阿利氏原则

种群的分布有三种基本类型：

（1）随机的（random）；（2）均匀的（uniform）；（3）成丛的（clumped）（或聚集的）

阿利氏群聚原则每个生物都有自己最适的密度，过疏和过密都产生限制影响。

种群的动态

生命表又称寿命表或死亡率表，它可用来综合评定种群各年龄组的死亡率和寿命，预测某一年龄组的个体能活多少年，还可以看出不同年龄组的个体比例情况。只要掌握了种群各年龄组的个体数目(n x) 和各年龄组的死亡个体数（d x）后，就可编制生命表。

种群的增长型

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。

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。

种群间的相互作用

(一)负相互作用1．竞争（competition）广义的竞争是指两个生物争夺同一对象而产生的对抗作用。发生在两个或更多个物种个体之间的竞争称为种间竞争；发生在同一种群个体间的竞争称为种内竞争。

2．捕食狭义的捕食是指肉食动物捕食草食动物。广义的捕食还包括草食动物吃食植物，植物诱食动物，以及寄生等。

从生态角度看，负相互作用能增加自然选择能力，有利于新的适应性状的发展。

3．寄生（parasitism）

寄生：是指一个种（寄生者）寄居于另一种（寄主）的体内或体表，从而摄取寄主的养分以维持生活的现象。

4、偏害作用偏害作用:是指某些生物产生的化学物质对其它生物产生毒害作用。（二）正相互作用

1．偏利作用commensalism）

偏利作用又称单惠共生，是指相互作用的两个种群一方获利，而对另一方则没什么影响。

２．原始合作：

即两种生物在一起，彼此各有所得，但二者之间不存在依赖关系。

3．互利共生

互利共生是一种专性的、双方都有利并形成相互依赖和能直接进行物质交流的共生关系。

种群调节:密度制约；（良好的环境条件下）非密度制约（恶劣或不太适宜环境）。

1、密度制约

是指通过密度因子对种群大小的调节过程。密度调节分为种内调节和种间调节。

（1）种内调节

种群密度能稳定在低于容纳量水平有两个机制：领域性和群体行为。

种群内个体由于争夺食物和领地产生竞争；

种群可通过生理调节机制控制种群数量：动物通过内分泌调节，植物占据资源。

（2）种间调节

捕食、寄生和种间竞争共同资源等因子均对种群的密度产生制约作用。

2、非密度调节

主要指非生物因子（包括气候因素、污染物、化学因素等）对种群大小的调节。

气候因子对结构简单的种群影响更大。污染物常导致种群数量下降，甚至灭亡。

种群的生活史对策

种群数量的下降常伴随着其后的上升，下降越剧烈，回升越明显。

种群数量保持在环境容纳量水平上的倾向，称为种群数量的相对稳定性。

不同的物种其相对稳定性的表现不同，有极不稳定、稳定和中间类型之分。它们的基础是长期进化过程中所形成的不同生态对策。

生物群落(biotic community)是指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的集合体。即群落是由不同种类的生物组成的生物复合体。

群落的基本特征

1．具有一定的种类组成；

2．具有一定的结构；

3．具有一定的动态特征；

4．不同物种之间存在相互影响；

5．具有一定的分布范围；

6．形成一定的群落环境；

7.具有特定的群落边界特征。

群落的结构

组成群落的生物种群在群落中所处的位置和存在的状态称为群落结构。

群落结构包括：

1、水平镶嵌性；

2、垂直成层性；

3、时间演替性。

4、群落的交错区(ecotone) 与边缘效应(edge effect)

群落的交错区：两个或多个群落或生态系统之间的过渡区域。

边缘效应：群落交错区中不但增大了物种的多样性与种群密度，而且增大了某些种的活动强度和生产力的现象。

群落演替的概念

生态系统内的生物群落随着时间的推移，一些物种消失，另一些物种侵入，出现了生物群落及其环境向着一定方向，有顺序的发展变化过程，称为生物群落演替

原生演替指的是从未有过任何生物的裸地上开始的演替。

次生演替是指在原有生物群落破坏后的地段上进行的演替。

协同进化：协同进化是指在种间相互作用的影响下，不同种生物间相关性状在进化中得以形成和加强的过程。

实质：在进化的压力下，群落中关系密切的种之间，相互选择适应性基因的一种作用。

生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。生物多样性主要包括：

1、遗传多样性；包括基因密码的多样性、变异和遗传规律的多样性

2、物种多样性；物种是指具有一定的形态特征和生理特性以及一定自然分布区的生物类群。

3、生态系统多样性；是指生物及某一生态系统内生境、生物群落和生态过程的多样化，也称生态多样性。

农业活动对生物多样性的影响

1.土地的农业利用对生物多样性的影响

2.农业耕作方式对生物多样性的影响

3.农田杂草防治措施对生物多样性的影响

4.杀虫剂及其使用对生物多样性的影响

5.放牧对草地生物多样性的影响

6.农田作物间、套作打破单一的作物结构

7.农业动植物品种改良对农业生态系统中遗传多样性的影响

中国农业生物多样性的保护开发与利用

1.就地保护措施

(1)加强自然保护区建设；

(2)加强生态农业建设；

(3)治理和改善农业生态环境。

2. 迁地保护措施

(1) 建立种质资源库；

(2) 野生植物引种栽培；（活化石：银杏，水杉）

(3) 野生动物驯养；（东北虎，周正龙野生华南虎事件）

(4) 人工繁殖与放养；

(5) 人工生态库建设；

(6) 异地放养；

(7) 离体人工保存动物精液。

第三章农业生态系统的综合结构

生态系统的结构指生态系统中组成成分及其在时间、空间上的分布和各组分间的能量、物质、信息流的方式与特点。包括：

（1）物种结构；又称组分结构，是指生态系统中生物组分由哪些生物种群所组成，以及它们之间的量比关系。

（2）空间结构；大多数自然生态系统的形态结构都具有水平空间上的镶嵌性、垂直空间上的成层性和时间分布上的发展演替特征，是人们组建合理农业生态系统结构的借鉴。

（3）时间结构；各种生物种群在时间上的变化动态称为时间结构

（4）营养结构。生态系统中由生产者、消费者、分解者三大功能类群以食物营养为纽带所组成的食物链、食物网即生态系统的营养结构。

食物链定义

生态系统中，生物成员之间通过取食与被取食关系所联系起来的链状结构即食物链。

食物网定义：生态系统中不同种类的生物总是相互交错形成复杂的网状结构，称为食物网。

食物链是生物界中一条起制约作用的规则

食物链结构类型

食物链结构:以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构或食物链结构。

（1）生产环

在食物链中加入能够将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。（2）增益环

本身转化产品并不能直接为人类需求，而是加大了生产环的效益，称为增益环。

（3）减耗环

这类环节的引入可以减少生产损耗，增加系统生产力。

（4）复合环（多功能环）

即兼有两种以上功能的环节。

（5）加工环—（加环特例）

加环应注意问题：

（1）食物链加环并非越长越好，关键是要尽早从链条中获取更多的产品；

（2）食物链加环要讲究综合效益。

加环应结合当地、当时的具体情况进行。

第四章农业生态系统的功能-能量流动

（一）热力学第一定律

又称能量守恒和转化原理，即能量既不能创造又不能消灭，能量的形式是可以转化的。各种形式的能量之间严格的按一定比例由一种形式转变为另一种形式，如热能和动能的转化关系为：1卡=4.184焦耳

（二）热力学第二定律

这是描述能量的传递方向和转换效率的规律。

自然界的所有自发过程，能量的传递均有一定方向，而且任何的能量转化，其效率不可能达到100％。

第二定律的要点：1.能流是单向流动

2.能流是能量不断递减的过程

3.能量流动的途径和渠道是食物链和食物网。

能流特征:单向流动；逐级递减。

自由能：系统总能中用来作功的能量。

熵:系统总能中不能用来作功的能量，是系统无序性的量度。在封闭的系统中，自发过程总是向自由能减少、熵值增加的方向进行。

（三）耗散结构理论

指开放系统在远离平衡态的非平衡态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。

表明：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界环境进行物质、能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态并且还有可能不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。

初级生产：是指自养生物利用无机环境中的能量进行同化作用，在生态系统中首次把环境的能量转化成有机体化学能，并贮存起来的过程。（掌握）

奠定生态系统能量流动的基础。

自养生物（初级生产者）：包括绿色植物和化能合成细菌

提高农业初级生产力的途径（掌握）

1、选育高光效抗逆性强的优良品种

2、保护农业环境，治理生态退化，改善农业生产的资源环境条件，建立可持续农业生产体系。

3、调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。

4、改进耕作制度,提高复种指数,合理密植,实行间套种,提高栽培管理技术。

次级生产:是指异养生物的生产,也就是生态系统消费者、分解者利用初级生产量进行的同化、生长发育、繁殖后代的过程。（掌握）

次级生产者（异养生物）：大农业中的畜牧水产业和虫、菌业生产都属次级生产。

次级生产的能量平衡P=NI+I=A+(R1+R2+R3)+(F+U+G)

P 初级生产总量Ni 未食用部分I 食用部分A 同化量R1 体增热消耗；R2 维持能；

R3 运动消耗能F 固体排泄物；U 液体排泄物G 气体排泄物

次级生产的改善途径（掌握）

1.调整种植业结构，建立粮- 经- 饲三元结构。

2.培育、改良、推广优良畜禽渔品种，不断提高良种推广效率。

3.适度集约化养殖，加快畜禽渔环境控制及设施工程建设，减少维持能和其他消耗。

4. 推广鱼畜禽结合，种养加配套的综合养殖模式，充分利用各种农副产品和废弃物

生态系统中的辅助能

生态效率：是指各种能量参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值关系，常用百分数表示。

由于能量每经过一个营养级时被净同化的部分都要大大少于前一营养级，当营养级由低到高，其个体数目，生物量，所含能量一般呈现出下大上小的塔形分布，称为生态金字塔

农业生态系统能流关系的调整方向

1.重视初级生产，扩大绿色植物面积，提高光能利用效率，为稳定环境和扩大能流规模奠定基础。

2.调整生物组合，优化农业生态系统结构

3.开发农村新能源，提高生物能的利用效率

4.开发和推广节能降耗技术。

5.优化人工辅助能投入，提高能量利用效率。

6.大力发展农业科技和信息产业。RS GIS,GPS