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第四章农业生态系统的结构第一节农业生态系统的层次结构一、农业生态系统层次结构的概念农业生态系统的层次结构——农业生态系统结构的层次性。一个系统由若干个亚系统组成，一个亚系统由若干个子系统组成，一个子系统由若干个二级子系统组成。二、农业生态系统层次结构的类型（一）行政区域结构由于行政区域划分，使农业生态系统结构形成层次性。如一个县级农业生态系统，内若干个乡镇级农业生态系统组成，一个乡镇级农业生态系统由若干个村级生态系统组成。（二）气候地理区域结构由于气候地理区域划分,使农业生态系统结构有层次性。如，热带地区农业生态系统，亚热带地区农业生态系统，温带地区农业生态系统，寒温带地区农业生态系统。每一个气候带的农业生态系统又分为平原地区、丘陵地区、石山地区农业生态系统。平原、丘陵、石山地区农业又由不同环境系统和生物系统组成。二、农业生态系统层次结构的类型（三）产业结构农业由作物种业、林业、牧业、鱼业生态系统组成。这些生态系统又由不同的环境系统和生物系统经济组成。（四）农田生态系统结构农田生态系统：1、生物系统：农作物、农田林木、绿肥、牧草；2、环境系统：大气环境、水体环境、土壤环境、生物环境。（五）生物结构生物群落——种群——个体——器官——细胞——基因第二节农业生态系统的营养结构一、营养结构的概念营养结构——农业生态系统中生物与生物之间，生物与环境之间，以营养为纽带，联系起来进行物质循环和能量转化所形成的结构。二、营养结构的类型（一）食物链食物链——生态系统中生物与生物之间，通过取食与被取食的关系，联系起来，使能量在不同的生物种群之间流动所构成的链状结构。食物链上的每一个链节叫营养级。二、营养结构的类型食物链根据生物取食方式不同分为几种类型：1、捕食食物链以捕食方式形成的食物链，如水稻——昆虫——青蛙——蛀——老鹰。青草——兔子——狐狸——老虎。2、寄生食物链以寄生方式形成的食物链，如大豆——菟丝子，牛——蛇子——蜘蛛，马——蛔虫。3、腐生食物链（碎屑食物链）以腐生方式形成的食物链。主要以死的动植物有机体或生物排泄物为食物，通过腐烂、分解，将有机物质分解为无机物质的食物链。如植物残体——蚯蚓，植物残体——真菌，稻草——食用菌。4、混合食物链两种以上取食方式形成的食物链。如植物残体——蚯蚓——鸡。稻草——食用菌（培养料）——蚯蚓——鸡，如球秆——牛（牛粪）——蚯蚓——鸡。二、营养结构的类型（二）食物网食物网——多条食物链交叉连结成网状结构。三、农业生态系统食物链加环（一）食物链加环的作用1、提高农业生态系统的稳定性农业生态系统结构简单，稳定性差，发生菜芽种病虫害则减产。食物链加环，引入一些捕食性昆虫式动物，增加农业生态系统生物种类，提高农业生态系统的定性。2、提高农副产品的利用率农作物20—30%产品为直接可用产品70—80%为副产品。食物链加环，提高农副产品的利用率，如稻草——食用菌蚯蚓——鸡，球——牛——沼气——果（一）食物链加环的作用3、提高能量的利用率和转化效率生态系统中，食物链上下一个营养级只能部分地利用上一个营养级所贮存的有机物质和能量，而总有一部分未被利用，适当增加新的生物组分则可提高物质和能量的利用率。例如，苜蓿，如果直接当肥料施农田，只利用其物质，能量白白浪费。如果用来养牛，再拿牛粪来还田。能量利用率就可以提高。苜蓿作牛饲料，能量转化率8%，作猪饲料能量转化率20%。（二）食物链加环的的类型1、生产环在原有食物链中加入一个或几个环节，能将非经济产品转化为经济产品，提高农业生态系统的生产力和经济效益。所加的环节叫生产环。生产环按其经营不同分为：（1）一般生产环，如秸秆——牛（2）高效生产环，密源植物（荔枝、龙眼）开花时利用蜜蜂特殊的吸收、消化和酿制，生产出经济价值高的产品，如蜂蜜、蜂乳、蜂胶等，同时蜜蜂传粉也可提高植物的结实率。（二）食物链加环的的类型2、增益环所加的环节，生产的产品，虽然不能直接为人类消费，但可以增加生产环的效益。如稻草——食用菌——蚯蚓——鸡。3、减耗环所加的环节，可以减少生产损耗，如引入天敌防治病虫害。4、复合环所加的环节具有两种功能以上，如可以田生态养鸭（重庆市郊区）。（二）食物链加环的的类型5、加工环（1）传统加工型将农副产品加工成半成品或成品出售，如将竹子、挂条、藤、稻秆加工成篮子、筐、箩、席、包装箱等。（2）多次加工型将初次加工后的剩余物进行二次、三次加工利用。如木材加工——木糠——香菇、木耳、玉米——淀粉——玉米油、玉米浆。（二）食物链加环的的类型（3）农、工、商结合型把农业、工业、商业联成一体。种桑养蚕——蚕丝——蚕丝纺织品服装。甜玉米——冷冻——加工——罐头制品。食物链加环应注意问题（1）食物链加环并非越长越好。（2）食物链加环要讲究综合效益。四、生产上常用食物链结构类型（一）以养殖业为的食物链结构如河北省蓟县用鸡粪喂猪、猪粪养蝇咀，蝇咀喂鸡。（二）畜禽——沼气食物链粮——猪——沼气——果。牧草——牛——沼气——果菜。四、生产上常用食物链结构类型（三）作物秸秆多级利用作物秸秆——食用菌——蚯蚓——鸡作物秸秆——牛——沼气——沼气肥种果。（四）以污水净化为中心的食物链结构猪粪尿——水葫芦池（7天后）——绿萍池（7天）——引入鱼蚌混养塘。（辽宁省大洼县生态养殖场）。第三节农业生态系统的空间结构一、空间结构的概念空间结构——农业生态系统生物的空间分布格局所形成的结构。二、空间结构的类型（一）垂直结构垂直结构——农业生态系统中生物在空间垂直方向上分布所形成的结构。1、丘陵山地立体利用如山顶经济林、山腰种果——山脚种作物。2、农田立体种植甘蔗∥豆类、花生，木薯∥西瓜、豆类，果∥西瓜。3、农田立体种养稻田养鱼，稻田养鸭，果园养鸡，林牛立体种养，林鸡、鸭立体种养。（一）垂直结构4、立体养殖（1）鱼分层放养水体上层：鲢，水体中层：草鱼、鳊鱼，下层：鲤鱼、鲫鱼。（2）鱼鸭套养（3）桑基鱼塘，果基鱼塘（4）猪鸡立体养殖猪圈上层养鸡，下层养猪，鸡粪喂猪（新疆糖县）二、农业生态系统水平结构（一）水平结构的概念水平结构——农业生态系统生物在空间水平方向上分布格局的形成的结构。（二）水平类型1、均匀分布2、随机分布3、群集分布第四节农业生态系统的时间结构一、时间结构的概念时间结构——根据农业自然资源的时间节律和农业生物生长发育规律，从时间上合理搭配各种类型的农业生物，使自然资源得到更有效利用所形成的结构。二、时间结构的类型（一）种群合嵌合型一种种群嵌合入到另一个种群之中，从时间上提高资源利用。如蔗地培养食用菌，农作物套作等。（二）种群密结型在单位土地面积上加大种群密度，从时间上提高资源利用率，如育苗移栽。（三）人工设施型利用人工设施为农业生物创造适宜的生长环境，从时间上提高资源利用率，如温室栽培、大棚栽培等。（四）种群轮换型利用种群轮换，从时间上提高资源利用率，如作物轮作，动物轮养，如牛、马、羊轮养，先放牛，再放羊、马。第五章农业生态系统的功能第一节农业生态系统的生物生产•一、初级生产•生态系统最初能量来自太阳能，它被绿色植物的光合作用所固定。光合作用积累的能量是进入生态系统的初级能量，这种能量的积累过程就是初级生产。初级生产积累能量的速率，称为初级生产力。•二、次级生产•生态系统中除了初级生产者之外的其他有机物的生产，称为次级生产。即动物生产和微生物生产。动物和微生物利用初级生产者的产品进行同化作用，生产动物和微生物产品。次级生产一般表现为动物和微生物的生长、繁殖和营养物质的贮存。第一节农业生态系统的生物生产次级生产的作用1、促进农副产品转化，提高产品附加值；2、生产动物食品，改善人们食物结构；3、促进农业生态系统物质良性循环；4、种养结合，有利于提高农业生态系统生产的经济效益第二节农业生态系统的能量转化一、农业生态系统能量转化的基本规律生态系统中能量的流动和转化服从于热力学第一定律和第二定律。（1）能量不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转变为另一种形式；（2）能量在流动、转化的过程中，总是由集中趋向分散，任何能量都不能100%地有效转化为下一级能量。二、生态系统能量转化效率和“十分之一”定律（一）能量转化效率生态系统能量转化效率是指能量沿着食物链流动、转化过程中，某一个营养级所固定的能量与前一个营养成级所持有的能量之比。（二）生态系统能量转化的“十分之一”定律美国生态学家林德曼在研究生态系统能量流动、转化的过程中，发现了一个规律，就是营养级之间的能量转化，一个营养级的能量大约只有10%左右的能量能够有效地转化为下一个营养级能量构成生物量。而90%的能量在转化过程中被散失掉。这个规律称为“十分之一”定律。也叫林德曼定律。三生态金字塔按照生态系统中能量沿着食物链流动、转化逐级递减的十分之一法则，把每个营养级的能量、生物量和个体数，按照营养级的顺序排列绘成图，所得到的图形底部宽，顶部尖，其形状与埃及金字塔相似，因此，就称之为生态金字塔。生态金字塔有能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔三种。第三节生态系统的物质循环一、物质循环的概念•物质循环：是指生态系统中各种营养元沿着特定的途径，从环境到生物体，又从生物体再到环境不断流动和循环的过程。如CO2→植物同化→碳水化合物→降解→CO2回到大气。二、物质循环的类型1、地质大循环和生物小循环•地质大循环：是指生态中营养元素，经过生物吸收进入食物链，然后沿着食物链转移到动物，动植物死后，其残体以及它们的排泄物经过微生物分解，使营养元素重新回到环境，并进入五大自然圈（大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈）的循环。这种循环循环的范围大，时间长。•生物小循环：指生态统中的营养元素经过植物吸收进入食物链，然后沿着食物链转移到动物，动植物死亡后，其残体以及排泄物被微生物分解，营养元素回到环境后，很快又被植物重新进入食物链循环，这种循环其循环的范围小，时间短。二、物质循环的类型2、气相循环和沉积循环•气相循环指贮存在大气和水域中的营养元素或化合物，可以转变为气体形式，并通过大气扩散，弥漫在陆地和海洋上空，在很短的时间内又被植物吸收利用，重新进入食物链循环。这种循环，循环速度快，循环比较完全。如氧、二氧化碳、氮的循环，还有水、氯、溴、氟的循环，都属于气相循环。二、物质循环的类型•沉积循环贮存在岩石圈和土壤圈的营养元素，经过自然风化或人工开采释放出来，被植物吸收进入食物链，然后沿着食物链转移到动物，动植物死亡后其残体以及排泄物被微生物分解，营养元素释放出来，随养水流进入江河、大海，经过沉降淀积变成岩石。等到岩石再度风化或人工开采，营养元素才能释放出来再度进入食物链循环。这种循环，循环的速度慢，循环不完全。如磷、硫、碘的循环，还有钙、钾、钠、镁、铁、锰、铜、硅的循环都属于沉积循环。二、物质循环的类型（三）几种主要物质循环1、水的循环水和水循环对生态系统是有重要意义的。不仅生物体大部分是由水构成，而且所有生命活动都离不开水。地球上水的总量大约15亿km3，其中97%存在于海洋，3%存在于陆地，陆地水虽然少，但对生态系统起着非常重要的作用。水通过三相变化，特别是气相和液相变化实现循环，海洋在太阳辐射下蒸发为水蒸气，水蒸气上升到大气候又凝结成水，降到陆地和海洋。河流里水更新一次需11天，土壤水280天，植物体内水2-3天。2、碳的循环（1）生物小循环大气中CO2经过植物吸收进入食物链，并沿着食物链转移，动植物死亡后其残体或排泄物被微生物分解，变成,同时CO2生物的呼吸作用也将CO2排出，排放出的CO2很快又被植物同化。（2）地质大循环生态系统中营养元素被动植物吸收后进入食物链，并沿着食物链转移，动植物死亡后，其残体深埋地下，形成化石燃料（石油、煤等）等到人工开采才能释放出来。（三）几种主要物质循环3、氮的循环（1）生物小循环土壤中氨态氮、硝态氮经过植物吸收