农业生态学第3章综合结构

第三章农业生态系统的综合结构第三章农业生态系统的综合结构生态系统的结构是功能的基础，结构决定功能，农业生态系统功能的强弱与其结构状况关系密切。只有合理的结构才能产生高效的功能。优化结构，强化功能是生态农业建设实践的一条重要经验。学习本章，必须理解结构和功能的关系，掌握农业生态系统的结构类型与调节控制结构的途径，为高效的农业生态系统服务。第三章农业生态系统的结构——综合结构概述农业生态系统的水平结构农业生态系统的垂直结构农业生态系统的营养结构农业生态系统的时间结构第一节概述生态系统的结构：指生态系统组分在空间、时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、时间结构、食物链结构以及这些生物组分与环境组分构成的格局。农业生态系统的综合结构物种结构(组分结构)空间结构时间结构养营结构(食物链结构)产业结构水平结构垂直结构农业生态系统的区域景观结构物种结构生物物种是生态系统物质生产的主体。不同生物种类的组成与数量关系的格局构成生态系统的物种结构。时间结构指在生态区域内各生物种群生活周期在时间分配上形成的格局。空间结构空间结构：指生物群落在空间上的垂直和水平格局变化，构成空间三维结构格局。水平结构：指在一定的生态区域内，各种生物种群所占面积比例、镶嵌形式、聚集方式等水平分布特征。垂直结构：指生物种群在垂直方向上的分布格局。在地上、地下和水域都可形成不同的垂直结构。农田的水平结构营养结构营养结构：指生态系统中生物间构成的食物链与食物网结构。食物网是生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要途径。食物链食物网二．合理农业生态系统结构的标志1.生物适应环境2.生物与生物之间相互配合3.组分之间量比关系协调4.有利于农业生产的可持续发展5.有较高的生产力和经济效益第二节农业生态系统的水平结构一、农业生态景观与农业生态系统的水平结构二、不同自然环境条件对农业生态系统水平结构的影响三、农业区位和社会经济条件对农业生态系统水平结构的影响一．农业生态景观与农业生态系统的水平结构（一）景观多样性农业景观是由多种类型的在景观上有差异的农业生态系统的集合所组成的区域。如耕地、人工草地、水库等都可以是不同的农业景观。景观多样性是生物多样性的一个层次。景观多样性对于景观多样性来说：（1）只有多样生态系统的共存，才能保证物种多样性和遗传多样性；（2）只有多种生态系统的共存，并与异质的立地条件相适应，才能使景观的总体生产力达到最高水平；（3）只有多种生态系统的共存，才能保障景观功能的正常发挥，并使景观的稳定性达到一定水平。（二）边缘效应与生态交错带（ecotone）在景观中不同斑块连接之处的交错区域为生态交错带。在生物圈中，有如下一些交错带类型：1．城乡交错带2．干湿交错带3．农牧交错带4．水陆交界带5．群落交错带生态交错带（ecotone）1．城乡交错带：在城市与农村之间的过渡地带。由于人口数量和质量、经济和物质能量交换水平等因素，使得这一过渡带表现出十分迅速和不稳定的特征。生态交错带（ecotone）２．干湿交错带：从比较湿润向比较干燥变化的过渡地带。生态交错带（ecotone）３．农牧交错带：在农业地区和牧业地区的衔接处，形成的交界地带。生态交错带（ecotone）4．水陆交界带：在水体和陆地之间的交界面。如河滩、湖周、河岸等。生态交错带（ecotone）５．群落交错带：不同生物群落之间的交界地带。如森林与草原、草原与湖泊之间的交界地带。边缘效应边缘效应：在生态交错地带，由于生态环境的过渡性，生物种类繁多，种群密度增加，生产力较高——边缘效应。积极合理地开发利用边缘地带，可使其维持高生产状态，促进经济发展。利用边缘效应，可充分开发利用边缘地带：（1）城郊农业：城市郊区地处城市和农村的边缘地带，交通便利，信息灵通，可以较快地引进城市的先进技术，又可以将优势辐射到周围农村。因此，不少城市郊区利用这种特点，逐步建立以生产蔬菜和副食品为主的产生体系，在发展种植业的基础上，大力发展畜牧业和水产养殖业，使郊区成为城市市场的蔬菜和农副产品生产的重要基地——集约化农业。边缘效应原理的实践：边缘效应原理的实践：（2）滩涂养殖：充分利用水陆交接地带的边缘效应，沿海一带利用滩涂生产海带、紫菜、石花菜和各种鱼、虾、贝类、海珍等。（3）农户庭院经济：农户的住地与周围农地也有一个交错区，在丘陵区农户利用四周的坡地栽种果树、经济林木等；在平原或郊区利用庭院种植蔬菜、果树、花卉、药材，培育食用菌等；在湖、塘等水面较多的地区一般以养殖为主。种养结合——“四位一体”庭院经济。边缘效应原理的实践意义：v利用群落交错区的边缘效应增加边缘长度和交错区面积，提高野生动物的产量。二、不同自然环境条件对农业生态系统水平结构的影响1.我国的种植业与环境温度的关系密切，从南到北，不同气候类型条件下适宜种植的农作物和耕作制度存在较大的差异。P99表3-12.我国耕地复种指数也与不同地区环境的温度、湿度有明显的关系。从东到西，降雨逐渐减少，使得复种指数呈下降趋势。P100表3-2地域分异规律纬度地带性：指气候、水文、生物和土壤等自然要素以及自然带大致沿纬线方向带状伸展并按纬度变化方向逐渐更替的分布规律。是以热量变化为基础的，水分条件的差异也起了一定的作用。经度地带性：自然资源要素如气候、土壤、生物等由于距海洋远近的不同而形成沿经度带分布的地带性规律。垂直地带性：山地自然环境下，自然资源要素如气候、土壤、生物等由于不同海拔高度带上的水热组合特征不同而呈现的沿海拔高度带分布的地带性规律。垂直地带性垂直地带性三、农业区位和社会经济条件对农业生态系统水平结构的影响1.不同区位对农业生态系统水平结构的影响(1)自然区位(2)杜能的农业经济区位(3)生态经济区位(1)自然区位在农业生产处于满足生产者自身需要时，商品交换少，这时自然条件由于影响到产量与收成，成为农业生物区域分布的主要制约因素。如:荔枝、香蕉在我国主要分布在北纬18~30之间的区域；骆驼在我国主要分布于北部干旱半干旱沙漠地区-----内蒙、新疆等地。（1）自然区位：（1）自然区位：自然条件差异为农作物与牲畜结构安排的重要因素。（下图为沙漠中的骆驼和南方的荔枝）(2)杜能的农业经济区位德国学者杜能在1926年出版了《孤立国对于农业及国民经济之关系》一书。杜能假设这样一个与世隔绝的孤立国：1.在农业自然条件一致的平原上，农产品能够实现销售的唯一市场是中心城市；2.农产品的唯一运输工具是马车；3.农产品的运费与重量及运输距离成正比；4.农作物的经营以获得最大利润为目的。（2）杜能农业区位根据这样的假设，杜能为孤立国推断出围绕中心城市的六个同心圈层，每个圈层分别有不同的最适农业生产结构(见右图)•杜能的农业圈•一、自由农作圈二、林业圈三、轮作农业圈四、谷物农作圈五、三圃式农作圈六、畜牧圈七、自然区域第一圈层:自由农作圈这一圈层紧靠城市，地租很高，只有采用高度集约化的耕作方式才能获取较大的收益。以蔬菜、牛奶、鲜花为主，并包括其他不易运输、运费昂贵或易于腐烂的农产品，如供奶牛食用的新鲜苜蓿、牧草等。第二圈层:林业圈当时城市居民燃料主要是薪柴，再加上建筑、家具用木材，用量很大，运输距离必须限制得很短。但木材不易腐烂变质，单位面积收益也较低，所以配置在自由农作圈以外的第二圈层。第三圈层:轮作农业圈农产品价格相对前两个圈层较低，种植不易腐烂变质的作物。采用6年轮作制，即黑麦—黑麦—马铃薯—大麦—苜蓿—豌豆。第四圈层:谷物农作圈提供的农产品与第三层相同，主要是谷物和畜产品。特点：经营比较粗放，在轮作中增加牧草的比重，而且出现了休闲地、农业中畜产品的比重明显加大。第五圈层:三圃农作圈距离城市较远，运输费用很大，农业经营粗放，土地休闲。三圃式的形式：谷物—牧草—休闲。第六圈层:畜牧圈离城市太远，大量土地用来放牧或种植牧草，以牲畜及乳制品供应市场。第七圈层:自然区域以休闲、狩猎为主的灌木林带。（2）杜能农业区位※农产品只有到达市场才能获取效益，而运输成为制约条件。※这样在自然区位的基础上增加了受运输制约的农业专业生产区域。两个结论：杜能的农业圈理论说明了农业布局不但取决于自然条件，而且取决于离城市的距离。1）生产集约度理论：越靠近中心城镇，生产集约度越高。2）生产结构理论：易腐烂变质、不耐贮存和单位重量价格低的农产品在靠近城市的区域生产，反之亦然。(3)生态经济区位随着经济的高速发展，交通、运输、贮藏、保鲜、加工能力的增强，销售网络的健全，使得运费迅速下降，自然资源条件对农业的生产结构格局影响能力上升，这样，逐步在有利的自然环境条件下，按市场需求形成相应规模的专业化生产区域。如：山东蔬菜销往北京，出口到国外。山西西部山区大力发展枣树。（3）生态经济区位：蔬菜基地2.社会经济条件对农业生态系统水平结构的影响（1）人口密度梯度:人口密度对农业生态系统结构的影响是综合的。人口密度增加使人均资源量减少，劳动力资源增加，对基本农产品的需求上升。这样，必然使农业向劳动密集型转化。（2）城乡经济梯度:农业生态系统受城镇的影响，即离城镇的远近。离城镇的距离不同，农业生产的结构、布局也不一样。第三节农业生态系统的垂直结构垂直结构（立体结构）-----指农业生物在空间垂直方向上的配置组合.在地上、地下和水域都可以形成不同的垂直结构。农业立体结构模式：农田立体模式、水体立体模式、坡地立体模式、养殖业立体模式等。热带雨林的垂直结构热带雨林的垂直结构小兴安岭北部针叶林的垂直结构垂直结构成层现象一、自然地理位置与垂直结构1.流域位置与垂直结构:从一个流域环境的上游到下游，海拔高度、水土环境等均存在较大的差异，对作物的种植结构和产量产生很大的影响。河北中南部的海河流域自西至东，按其自然景观可分为山地丘陵区、山麓平原区和低平原区。山地丘陵区：坡度陡，土壤水分和养分向低地流动，形成了干旱贫瘠的生态环境，农田生产力较低；山麓平原区：坡度较缓，土壤水分、养分和盐分大量积累，土壤易发生盐渍化，限制了作物对养分和水分的吸收，影响作物生产力的提高；低平原区：坡度最小，是土壤水分、养分流动的过渡地带，生态环境良好，农田生产力较高。P106表3-5（二）地形变化与垂直结构1、大尺度的地形变化：如四川、云南高原独特的地貌、气候条件，随着海拔的变化，农业生态系统的结构也发生不同的变化，出现不同的农业发展类型。低热层（海拔小于1400m）中暖层（海拔在1400~2100m）高寒层（海拔大于2100m）川滇高原随海拔变化的农业生态系统的结构（孙颔，1994）从低热层（甘蔗、冬春季蔬菜、热带性果树、药材等）中暖层：发展粮、油、生猪、蚕桑、烤烟等）高寒层：细毛羊、冷杉、铁杉等四川省米易县农业综合开发示意图（卢良恕，1993）2、小尺度的地形变化在丘陵或一些低海拔山地，由于地貌复杂多变，从山顶到半山、山脚等，由于生态条件的不同，农业生态系统的垂直结构表现不同的变化。2、小尺度的地形变化如广东潮州市官塘区秋溪乡的农业生产布局（下图）丘陵坡顶：松树为主的用材林；坡腰：橄榄、杨桃等果树为主的经济林；坡脚：香蕉、大蕉等。旱地蔬菜、旱粮，水田水稻，低洼地养鱼等。例2：四川省江津县大桥乡山地开发，结构是：山顶松杉带帽---半山果棕缠腰----沟坝田土间套低洼处养四大家鱼：鲤鱼、鲫鱼、鲢鱼、草鱼。(2)小尺度的地形变化二、农田立体模式1．农作物间作：玉米//大豆（甘薯、棉花），小麦//棉花（蔬菜），棉花//油菜等。玉米间作大豆：二行玉米间种二行大豆间作是指在一个生长季节内，在同一块田地上分行或分带间隔种植两种或两种以上作物的种植方式。共生期长。套种也称套作、串种，是指在前季作物生长中后期在其行间播种或移栽后季作物的种植方式。共生期短。立体种植是指在同一块田上，两种或两种以上的作物（包括木本）从平面上、时间上多层次利用空间的种植方式，