农业生态学全套教学课件.pptx

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农学专业选修课农业生态学Agroecology1.绪论2.基本生物结构3.农业生态系统能流4.农业生态系统的基本功能（物流）5.信息流与价值流6.农业生态系统的结构与调控7.农业可持续发展8.生态农业Agriculture,whatdoyouwantitlike?

丰产新华网：

国家统计局日发布公告，年全国粮食总产量达到万吨（亿斤），比年增加万吨（亿斤），增长。

我国粮食总产量实现“十一连增”Agriculture,whatdoyouwantitlike?

优质、多样化、安全高效（低投入、高产出）Agriculture,whatdoyouwantitlike?

以粮为纲提高粮食产量扩大粮食面积开垦草场毁林开荒围湖造田土壤沙化水土流失土壤盐渍化单产下降，粮食减产粮食不能完成任务增加农资投入环境污染土壤基础地力下降水土流失土壤退化全球变暖资源短缺多样性丧失环境污染直线思维系统思维单目标管理可持续管理Agriculture,whatdoyouwantitlike?

积累知识：

系统地掌握生态学的基本原理，农业生态系统的结构组成规律、功能运转规律、输入输出构成规律、系统调控规律、系统演变规律等。

提高认识：

了解国际和国内的农业生态问题和解决的途径，对生多样性保护、生态农业建设、农村可持续发展、健康安全食品生产有一个全面的认识，今后能为农业的持续健康发展服务。

锻炼思维：

学习生态学的思维方法，建立起生态系统的观点，加强生态环境意识，树立人与自然协调相处的观念。

增强能力：

应用生态学的原理与方法，指导农业生产，规划设计农业生态系统结构，合理管理农业生态系统。

教学目标第一章绪论第二章农业生态系统及其基本生物结构第三章农业生态系统的功能-能流第四章农业生态系统的功能-物流第五章农业生态系统的功能-信息流第六章农业生态系统的功能-价值流第七章农业生态系统的结构与调控第八章农业生态安全与可持续发展第九章生态工程与生态农业课程内容第一节生态学的产生与发展及其学科体系第二节农业生态学的产生及发展第三节农业生态学的任务极其研究方法第一章绪论一、生态学的概念生态学作为一个学科名词，是1866年德国博物学家E.Haeckel在其所著的普通生物形态学一书中首先提出来的。

从此解开了生态学发展的序幕。

他认为生态学是研究生物有机体与其栖息环境相互关系的科学，尤指动物有机体与其它动物、植物之第一节生态学产生与发展及其学科体系1956年，美国著名生态学家E.P.Odum提出，“生态学是研究生态系统的结构和功能的科学”。

1980年，我国著名生态学家马世骏认为，“生态学是研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学”。

1997年，E.P.Odum在其后来的生态学中又指出，“生态学是研究有机体、物理环境与人类社会的科学”，并以“科学与社会的桥梁”作为该书的副标题，以强调人类在生态学过程中的作用。

二、生态学的发展1.原始生态观知识的积累阶段（公元前2000年公元14-16世纪）。

1公元前700年，李聃的道德经表达了“金木水火土“五行相生相克的思想；2公元100-200年秦汉“二十四节气”；3明朝马-龙农说，用阴阳来描述生态平衡。

4古希腊哲学家Aristotle其弟子提出植物群落的含义及与自然环境的关系2.经典生态学阶段（18世纪至20世纪初）生态学的资料累积与生态描述，是个体生态学与群落生态学发展的重要时期1749年布丰生命律：

生物变异基于环境的影响；1803年马尔萨斯人口论：

人类种群的增长规律；洪堡德（德国）：

近代植物地理学和植物群落学创始人；1859年达尔文发表物种起源：

生态学理论研究取得重大突破；1869年德国的海克尔（E.Haekel）正式将生态学定义为研究有机体与其环境条件相互关系的科学。

3.生态系统生态学阶段（20世纪30年代中期-60年代初）1935年，英国植物生态学家A.G.Tansley提出了生态系统的概念，他把生物与其环境看成是一个动态的整体。

1941年美国年轻生态学家林德曼（R.L.Lindeman）提出食物链中能量利用的“十分之一定律”。

1952年E.P.Odum发表了生态学基础，第一次以生态系统为中心建立了完整的生态学。

在此期间，生态学处于一个大发展时期。

生态学逐步从定性描述或半定量阶段向定量和试验研究发展，逐步从孤立的生态学研究转向综合性的、系统性的生态学研究。

在生态学众多领域均开展了大量工作，出版了不少著作。

4.现代生态学发展阶段（20世纪60年代初以来）由于人口、能源、资源、粮食、环境五大生态危机的出现，生态学出现了一个新的“热潮”。

由原来偏重于研究自然生物与环境的关系转向着重研究人类影响下的生物与环境的关系。

可持续发展成为全球各国共同行动纲领。

1962年寂静的春天；1962年的IBP计划（国际生物学计划）1971年的MAB计划（人与生物圈计划）现在的IGBP计划（国际地圈生物圈计划）1972年6月瑞典斯德哥尔摩“人类环境大会”，发表了人类环境宣言1992年6月巴西里约热内卢“联合国环境与发展大会”，制定了保护生物多样性公约、气候变化公约、里约热内卢宣言生态学开始配合经济发展探讨定量调节控制生态系统的理论与方法，生态系统工程进入许多生产领域主要特点如下：

生态系统生态学研究成为生态学发展的主流，研究手段、方法日趋完善。

现代生态学向宏观和微观两极发展。

应用生态学迅速发展，其方向之多、涉及领域和部门之广，与其他自然科学和社会科学结合点之多，使人感到难以给予划定范围和界限。

按照生态学研究的尺度划分三、生态学的学科体系2011年，生态学从生物学分离，成为独立的一级学科。

根据研究的生物对象的分类学类群划分植物生态学：

陆生植物、水生植物、旱生植物、竹木等等动物生态学：

哺乳动物、啮齿动物、鸟类、昆虫等微生物生态学：

细菌、放线菌、真菌、地衣、苔藓各主要物种生态学：

如大熊猫根据研究对象的生境与环境类别划分陆地生态学、海洋生态学、淡水生态学、湿地生态学、沙漠生态学、极地生态学等等根据研究性质与学科交叉划分理论生态学：

进化生态学、生态数学、生态学模型的应用生态学：

农业生态学、森林生态学、草地生态学、家畜生态学、城市生态学、资源生态学、污染生态学、保育生态学、恢复生态学、生态工程学、化学生态需的、人类生态学、工业生态学、生态伦理学等农业生态学（agriculturalecology,agroecology）是运用生态学的原理和方法，研究农业生物与其自然社会环境的相互关系、协同演变、调节控制和持续发展规律的学科。

农业生态学是生态学在农业领域的具体应用。

一、农业生态学的基本概念第二节农业生态学的产生与发展二、农业生态学的发展历程农业生态学是生态学的重要分支，是伴随着生态学的发展而发展的。

意大利G.Azzi教授早在20世纪初就开始了农业生态学的研究，1920年得到公认。

1929年开设了农业生态学课程。

1956年出版了农业生态学，定义：

研究环境、气候和土壤与农作物遗传、发育及产量和质量关系的学科（个体生态学范畴）。

二、农业生态学的发展历程从70年代开始，以生态系统为核心的农业生态学逐步建立起来。

1972年日本小田桂三郎发表农田生态学：

对农田种群关系、农田生态系统进行了定量的描述和模拟。

1976年在荷兰召开第一次国际农业生态会议。

1979年G.W.Cox发表农业生态学一书，系统分析了世界农业生态系统的过去、现在和未来，提出了建立稳定农业生态系统的设想。

1987年马世骏出版农业生态工程：

农业生态学原理、方法在农业上的应用。

二、农业生态学的发展历程中国的农业生态学发展古代很早就有朴素的思想：

用地养地、基塘系统养分循环、生物防治等。

70年代初，“农业生态研究协作组”先后开展了珠江流域、西北黄土高原和黄淮海农业生态系统等考察。

1981年召开了第一次全国农业生态学研讨会。

1983年农业生态学被确定为农业院校新开课程；1987年被确定为农学专业必修课程。

70年代末期提出生态农业（Ecologicalagriculture）是对农业生态学的很好实践，形成了中国特色的生态农业模式。

50个生态农业试点县，到100个，已有7个获联合国全球500佳称号。

（北京留民营村、浙江萧山山一村、辽宁大洼县西安生态养殖场、江苏泰县河横村、安徽颖上小张庄、浙江瑾县上李家村、浙江奉化县腾头村等）一、农业生态学的任务农业生态系统是农业生态学的研究核心揭示农业生态系统各种内外相互关系的规律，探讨最佳农业生态系统或农业生产模式，协调农业的社会效益、经济效益和生态效益，促进农业可持续发展。

第三节农业生态学的任务与研究方法农业生态学的研究内容基础性研究应用性研究结构组成规律功能运行规律输入输出构成规律效益与效率提高规律系统调控规律系统演变规律生态农业建设农业可持续发展健康安全食品生产现状评价、诊断和预测农业生态规划农业生态工程设计二、农业生态学的研究内容

（一）生态学的方法论层次观：

系统观：

整体观：

综合观：

进化观：

三、农业生态学的研究方法层次观生态学研究不同层次生命体系中生物与环境的关系。

每一层次都有各自的结构和功能特征，高级层次的结构和功能是低级层次分工协作而来的。

低级层次的结构功能必须在高层次中体现。

砍树施肥工业生活交通变暖变冷作物海平面病虫害气候系统观生态学研究生态系统中生物与环境的关系，系统内各要素相互联系、相互影响、关系复杂，掩一发而动全身。

系统中某一要素受多种要素作用，他本身也作用于多种要素，多种要素相互作用还形成关系链、关系网。

整体观系统中的各个要素分工协作，构成一个整体，不可分割。

进化观

（二）农业生态学的研究方法

（1）野外与现场调查：

（2）受控试验：

（3）模拟试验：

（4）数学模型与计算机模拟：

（5）生态网络及综合分析：

野外与现场调查：

在调查中除了要应用生物学、化学、物理学、地学、气象学等方面的知识和手段外，时常需要现代化的调查工具，如调查船、飞机甚至人造卫星等，采用先进技术和仪器，如示踪元素、无线电追踪、遥感、遥测等。

CGCaoCGCaoChinaFLUX的主要仪器设备野外控制实验浙江大学的农业生态系统室Metcalf的实验微生态系统种养殖共生循环系统是通过控制系统定时模将拟养实殖验池中的水输送至种植箱，供给作物生长所需的养分和水分，促进作物生长。

通过植物吸收、基质物理过滤等方式，水中的富营养化物质得到吸收净化之后，水又再次流入养殖池中，从而实现种养殖之间共生的生态关系。

室内控制实验生物圈2号生物圈2号外景生物圈2号内景CGCao鼎湖山自然保护区航空像片图中国生态系统研究网络（CERN）生态定位站分布图生态信息获取的方法遥感和高空观测定位观测与控制试验网络与样带观测和试验研究尺度观测方法区域尺度景观尺度样点尺度样点尺度研究方法多手段和多时空尺度的数据集成模型-数据-GIS融合与过程模拟功能和过程机理分析研究方向观测试验信息技术能量物质循环机理格局过程集成模拟管理与可持续发展参考书目1.农业生态学（第2版）骆世明主编，中国农业出版社（面向21世纪课程教材），2014。

2.生态学概论（十三五规划教材）曹凑贵，展茗主编，高等教育出版社，2015。

3.农业生态学廖允成，林文雄主编，中国农业出版社，2011.课程考核方法结业考试60课程总成绩100课堂出勤10课堂提问及讨论30记忆积累知识培养聪明的孩子；发现解决问题培养智慧的孩子。

农学专业选修课农业生态学Agroecology第一节生态系统及其特点第二节农业生态系统及其特点第三节农业生态系统的生物种群第四节农业生态系统的生物群落第五节农业生态系统的基本作用关系第二章农业生态系统及其基本生物结构一、系统的概念（钱学森）定义:

系统（system）是由相互作用和相互依赖的若干组成部分，结合而成的具有一定结构的功能整体。

系统的三要素:

（1）两个以上的组分；

（2）各组分相互联系，具有一定结构；（3）.具有独立的、特定的功能。

第一节生态系统及其特点系统组分的整体性系统结构的有序性系统功能的整合特性系统结构、功能的可控性二、系统的基本性质1.系统结构的有序性

（1）系统无论大小都具有一定边界（Boundary）

（2）系统的水平分离特征（Characteristicofhorizontalpart）（3）系统的垂直分离特征（Characteristicofverticalitypart）2.系统组分的整体性

（1）系统的各个组分之间都有一定的量比关系x1=f（xn）

（2）统内各组分通过各种联系相互作用、相互牵制x1=f（x1,x2,x3,xn）（3）系统各组分、各层次分工合作，各居其位、各司其职共同完成系统整体功能y=f（x1,x2,x3,xn）3.系统功能的整合特性系统的整体功能不等于它各组分功能的相加，而是一种集体效应，既有各组分的功能，又有各组分之间交互作用产生的新功能，这种整体功能大于部分功能之和的特性称为系统功能整合作用（Integrationofsystemfunction）结构决定功能功能影响结构小麦、玉米间种胡麻、玉米间种间套作增加生态系统生产力的稳定性无隔网隔全隔4.系统结构、功能的可控性三、系统分析的基本途径

（1）黑箱法：

只了解系统的转换特性，了解系统的输出对系统的输入的响应规律，而不揭示引起这种特性或响应规律的系统内部原因。

（2）白箱法：

着重了解系统内部结构和功能对系统的行为和表现作出解释。

（3）灰箱法：

实际研究中常采用。

即在重点层次、组分和关系上用白箱的方法，其它用黑箱方法。

生态系统（Ecosystem）-是在一定时间、空间范围内，生物与生存环境、生物与生物之间密切联系、相互作用，通过能量流动、物质循环、信息传递构成的具有一定结构的功能整体。

四、生态系统的概念及其基本组分生态系统的基本组分生产者是指能利用无机物制造有机物的自养生物（Autotrophs），主要是绿色植物，也包括一些蓝绿藻、光合细菌及化能合成细菌。

生产者完成有机物的合成过程，是生物圈生命活动能量的源头是指直接或间接利用绿色植物有机物作为食物源的异养生物（Heterotrophs），主要是指动物（草食动物、肉食动物、腐生动物、杂食动物）和寄生性生物。

消费者杨树蝉螳螂黄雀老鹰绿色植物草食动物一级消费者二级消费者三级消肉食费者动物四级消费者消费者完成有机物的转化过程，是生物圈生命活动最活跃的部分降低分解者的压力促进有机物合成促进有机无分解促进物质循环各种调节功能分解者又称还原者，主要细菌、真菌等微生物，也包某些营腐生生活的原生动物。

分解者完成有机物的分解过程，是生态系统不可缺少的基本成分通过动、植物残体有机物质的分解，使营养物质得到再循环，微生物种群得到恢复和繁衍。

为碎屑食物链的各级生物提供了食物和物质基础。

改造了地球表面的惰性物质。

非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所。

按其对生物的作用，可分为:

原料部分。

光、氧、二氧化碳、水、无机盐类以及非生命的有机物质等。

代谢过程的媒介部分。

水、土壤、温度和风等基层部分。

岩石和土壤等。

无机环境生态系统的基本功能和过程农业生态系统（agriculturalecosystem）-是人类利用农业生物之间，以及农业生物与环境之间的相互作用建立的，并按人类社会需求进行物质生产的有机整体。

是半自然生态系统（人工驯化生态系统）第二节农业生态系统及其特点一、农业生态系统的结构农业生态系统的生物组分包括以绿色植物为主的生产者、以动物为主的消费者和以微生物为主的分解者。

占主要地位的生物是人工驯养的农用生物，包括农作物、家畜、家禽、家鱼、家蚕等，以及与这些农用生物关系密切的生物类群，如杂草、作物害虫、寄生虫、根瘤菌等。

此外在农业生态系统的生物组分中极为重要的是增加了最重要的农事活动者和操作者人类。

农业生态系统的环境组分环境-是指生态系统中作用于生物的各种外界条件的总和。

它包括生物生存的空间，以及维持生命活动的物质、能量和信息。

生态因子（ecologicalfactor）-环境中一切影响生命活动的因子。

包括自然环境组分和人工环境组分。

前者与自然生态系统的组分性质相似，但也已受到的人为影响。

例如作物群体内的温度、鱼塘水体的透光率、耕作土壤的理化性质等。

后者包括生产、加工、贮藏设备和生活设施。

如温室、禽舍、渠道、防护林带、加工厂、仓库和住房等。

受人控制的系统净生产力高的系统组成要素简化，自我稳定性能较差开放性系统受自然与社会“双重”规律制约的系统明显的区域性二、农业生态系统的特点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个体种群群落第三节农业生态系统的生物种群生物种群（BioticPopulation）-在一定的时间内，占据特定空间的同种生物个体的总和。

种群是生态系统中物种存在的基本形式，它不是单个个体的简单相加，它具有独特的性质、结构和功能。

由生物个体层次到生物种群层次，发生了哪些变化？

1.种群的大小和密度种群大小-是指一定面积或容积内某个种群的个体总数。

种群密度-是指单位面积或容积内某个种群的个体总数。

如每公顷水稻的株数。

一、种群结构种群密度（density）种群的密度可以分为粗密度和生态密度。

粗密度（crudedensity）-是指单位空间某个种的实际个体数量（或生物量）生态密度（ecologicaldensity）-是指单位栖息空间某个种群的个体数量（或生物量）。

饱和密度（maximaldensity）:

当环境中拥有可利用的物质和能量最丰富、环境条件最适应时，某种群可达到该环境下的最大密度这个密度称为“饱和点”最适密度（minimaldensity）：

维持种群最佳状况的密度，称为最适密度。

种群密度的测定方法种群的实际密度可以直接调查（如物种调查、人口普查和取样调查、标记重捕法等）种群密度（绝对密度）=种群个体数/单位空间2.种群年龄结构龄级比：

若一个种群中的不同个体具有不同的年龄，则可按一定的年龄分组，统计各个年龄组个体数占种群总个体数的比率。

种群的年龄结构是指各个年龄级的个体数在种群中的分布情况，它是种群的一个重要特征，既影响出生率，又影响死亡率。

增长型：

含有大量的幼年个体和较少的老年个体，幼中年个体除了补充死亡的老年个体外还有剩余，所以这类种群的数量呈上升趋势。

稳定型：

种群中各个年龄级的个体比例适中，在每个年龄级上，死亡数与新生个体数接近相等，所以种群的大小趋于稳定。

衰退型：

种群含有大量的老年个体，种群数量趋于减少。

3.性比组成（sexratio）性比组成-是种群雌性个体与雄性个体的比例.性比是种群结构的一个要素，它反应了种群产生后代的潜力。

性比例失调不利于种群的发展、稳定，常会导致性竞争现象。

大多数种群都倾向于使雌雄比例保持1:

1.人类可以根据不同的目的控制种群的性比。

如肉鸡和蛋鸡；银杏-雄株绿化，雌株结实。

我国人口性比1953年1964年1982年1990年2000年107.6：

100105.5：

100106.3：

100106.6：

100106.7：

100CGCao男性比女性多3.68107人。

4.种群增长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（bioticpotential）或生殖潜能（reproductivepotential）。

通常记为rm。

环境阻力（environmentalresistance）-种群的内禀增长率与观测到的种群实际增长率之差，环境阻力就是妨碍种群内并增长率实现的环境限制因素的综合。

环境容纳量（environmentcapacity）-某种群在一个生态系统中，即一个有限的环境中所能稳定达到的最大数量（或最大密度），通常用K表示。

环境容纳量环境容纳量在农业生产以及人口控制方面具有重要的意义，如适宜的人口容量、合理密植等。

5.种群空间分布种群空间分布型均匀分布（uniform）随机分布（random）集群分布（clumped）在自然界中随机分布比较少见，因为在环境资源分布均匀，种群个体间没有彼此吸引或排斥的情况下，才易形成随机分布。

均匀分布的主要原因是由于种群内个体间的竞争。

成群分布是最常见的，主要因为

（1）资源分布的不均匀；

（2）种子传播通常以母株为中心；（3）动物的社会群居行为。

农田作物的空间分布型？

6.阿利氏原则一个物种种群的聚集程度和密度一样，随种类和条件而变化，过疏（缺乏群聚）或过密,都可能有限制性影响。

种群总是避免过份分散和过份拥挤，使种群内个体能获得最佳的生活和生存条件。

7.最小种群原则一些营群聚生活的生物，其群聚的程度有一个下限的要求，如果低于临界下限，该生物种就不能正常生活，甚至不能生存。

如非洲象每群至少5头，北方鹿每群不少于300头。

思考题结合三田课程，谈谈如何观测和分析农田作物种群结构特点？

（目标与指标）I型:

接近于生理寿命时死亡率升高。

如一些大型哺乳动物和人类。

II型:

种群各年龄期死亡率基本相似.如爬行类/鸟类和啮齿类动物III型:

幼体的死亡率很高.如多数鱼类、两栖类、海洋无脊椎动物和寄生虫o1.生存曲线二、种群动态1种群在无限条件下的指数的增长（“J”型曲线）a.条件：

理想条件（食物或养料充足，空间条件充裕，气候适宜，没有敌害等。

）b.数学式：

Nt=N0tN0种群的起始数量Ntt个单位时间后的种群数量种群两个世代个体数量的比率（年增长率）2.种群增长的基本理论模型指数增长模式是在环境无限制状态的种群增长。

种群迁入一个新环境后，在一定时期内种群的增长大致符合“J”型曲线。

世界人口数量变化S-型增长Logistic（逻辑斯谛）方程

（2）种群在有限条件下的阻滞增长（“S”型曲线）逻辑斯蒂方程成立的假设条件：

（1）环境阻力一开始就出现，没有任何时滞；

（2）环境阻力的大小与种群大小成直线关系，每增加一个个体都产生相同的压力；（3）逻辑斯蒂与K为渐近线，最终种群数量在K水平稳定下来。

逻辑斯蒂方程和无限环境中种群的指数增长微分方程相比，增加了修正项（K-N）/K，也称为剩余空间或增长力可实现程度。

（K-N）/K也是逻辑斯谛系数，他的生物学含义是随着种群数量的增大，最大环境容纳量当中种群尚未利用的剩余空间，实际上也是环境压力的度量。

当（K-N）0时，种群增长；当（K-N）K1/K2和K2/K1,物种1将被排斥,物种2取胜;K2/K1,物种2将被排斥,物种1取胜;K1/K2和K1/K2或K2/K1,两个物种都可能获胜；

（2）（3）（4）衡。

高等植物种群混合栽培或培养时所表现出的竞争结果都可以用LotkaVolterra竞争方程来说明。

CGCao（a）N1取胜，N2灭亡（b）N2取胜，N1灭亡（c）不稳定共存（两种都有可能取胜）（d）稳定的平衡（两种共存）利用EXCEL模拟两个物种的竞争模型1.r1=0.5,r2=0.5,K1=1000，K2=2000，=0.5，=32.r1=0.5,r2=0.5,K1=1000，K2=2000，=0.5，=0.13.r1=0.5,r2=0.5,K1=1000，K2=2000，=0.1，=14.r1=0.5,r2=0.5,K1=1000，K2=2000，=0.1，=3温度温度温度湿度pH空间生态位

（1）生态位营养生态位多维生态位湿度生态位（niche）：

指物种在生物群落或生态系统中占据的地位、角色及对环境条件的综合要求。

基础生态位实际生态位生态位重叠生态位分化原理：

生态位相同的两个物种不可能经久共存在一起推论1.一个稳定群落中，占居相同生态位的两个物种，其中一个最终将被消灭。

推论2.一个稳定群落中，没有任何两个中是直接竞争者推论3.群落是一个生态位分化了的系统。

种群之间趋于互补，而不是直接的竞争。

高斯竞争排斥原理CGCao竞争结果会导致生态位分化三个共存物种