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第九章农业生态系统的调控[教学目的]通过本章的学习，掌握生态系统的基本调节机制，掌握生态平衡的概念与生态失衡防止对策，掌握生态系统管理的原则和途径。[教学重点]系统的调控调控机制及特点、生态系统的调控层次，生态系统自然调控机制的类型、生态系统稳态调控机制，生态平衡的概念，了解维护农业生态系统平衡的具体策略，“成本外摊”与“收益外泄”的概念。[教学难点]生态系统稳态调控机制，“成本外摊”与“收益外泄”的概念及对策。[教学方法]课堂教学，以生态系统自调节机制为主线，分析生态系统平衡途径。[教学内容]§1生态系统的稳态与稳态机制§2生态平衡§3农业生态系统的调控第九章农业生态系统的调控§1生态系统的自然调控机制一、生态系统的自然调控机制类型二、自然生态系统稳态及稳态机制一、生态系统的自然调控机制类型(一)随动调控(二)最优调控(三)程序调控(四)稳态调控(一)随动调控随动调控动植物的运动过程能跟踪一些外界目标。向日葵的花跟着太阳转，植物的根向着有肥水的方向伸。(二)最优调控是生物在生存环境中达到最佳状态的调控。如：蜜蜂建成的六角形蜂巢，其几何形状是最省材料的，鱼类的流线型结构是减少流体阻力的最优结构，旱生植物具有发达的贮水组织，水生植物具有发达的通气组织。顶极群落的生态位分化(三)程序调控生态系统不同的水平层次均形成一种按一定程式来调控发展的的机制.如个体水平上,植物种子到种子的生命史就是一种典型的程序调控,是生物由遗传基因所决定的有序调控,如群落水平上,群落的演替也是一种程序调控.(四)稳态调控二、生态系统稳态及稳态机制（一）稳态（homeostasis）定义：生态系统通过多种内部调节作用阻止变化，保持自身相对稳定性（即保持平衡）的倾向。自然生态系统是演替系列中最后成熟的阶段，是顶极群落与外界环境取得平衡的，自我维持的稳定系统。自然生态系统在一定时间和相对稳定的条件下，总是向着稳定的方向发展系统的稳定性：系统在遇到生态环境较大变化时，由于系统自身的调节恢复和保持稳定的能力。（二）、生态阈值任何生态系统，其内在调节能力是有限的。定义：系统在不降低和破坏自动调节能力的前提下所能忍受的最大限度的外界压力。外界压力：自然灾害、外界环境因子的强烈变化。人类的获取，改造和破坏实例：森林有一定的采伐量，草原有一定的载畜量，超过这个限度，就会破坏生态系统的稳定性。农田耗地作物的复种指数也有一定限度，复种指数过高会导致地力衰竭。生态容量生态系统对有毒有害物质的生态阈值称为生态容量。生态容量：生态系统对某种物质（有毒，有害物质）的最大容纳量。为了保持生态系统的相对稳定，在调控管理和利用生态系统时必须以生态阈值为标准。生态阈值的大小决定于生态系统的成熟性。稳态机制：系统内维持生态系统处于相对稳定状态（即稳态）的各种调节作用。稳态机制的类型1.冗余调控：是生物以超过正常需要的功能组分量来完成特定功能的调控方式。如：植物的花粉数量极大地超过受精的数量，植物的叶片数量庞大等。2.反馈调控：通过正负反馈协同作用（三）、自然系统稳态机制生态系统的各个水平都有稳态机制。1、生态系统构成要素一级的稳态机制（1）种群的自我调节（种内密度制约）各种群内部都有一定的反馈机制，使种群的密度与个体之间的增长率之间保持一定的关系，稳定在环境容纳量附近。（三）、自然系统稳态机制（2）捕食与被捕食关系的调节（种间牵制）在生态系统中的生物处于不同的营养级，连接成食物链和食物网，这种网状的结构通过捕食与被捕食的关系限制平衡各种物种的密度。2、生态系统有机体（个体）水平的稳态机制生物有机体的主要调节作用是以生物的生理和遗传的调节作用为基础的，这种调节作用称为适应。适应：生物对环境产生的反应，以适应变化的环境，维持个体的生存，维持个体的生存和种的延续。（三）、自然系统稳态机制生物适应环境的方式是多种多样的：生物可通过改变自身的形态结构和生理特性，产生不同的生态型来适应环境。如：光和养分都不足时和仅光照不足时植物的反应。通过生理调节和行为方式来适应环境。如：沙漠的植物和动、植物的休眠和植物的落叶。生物还可通过改变自身的活动规律获得适应和生存。如：植物的光周期现象，动物的迁徙。（三）、自然系统稳态机制有些植物还可在逆境中创造小生境而获得生存。如：红树。生物适应的结果使生物与环境达到了新的统一，一方面生物可最大限度的利用环境方面的优越条件，良好的生长发育，另一方面生物种可产生各种生态型、亚种和新种，使物种的多样性和遗传基因的异质性得以丰富和发展，这对维持生态系统的稳定性是有重要作用的。（三）、自然系统稳态机制3．生态系统一级的稳态机制多样化的组成。如果一个生态系统的构成要素的数量丰富，食物链结构复杂，则系统内所包含的正、负反馈机制多，它们使各要素保持平衡的同时，也是生态系统稳态的基础。生态位的分化使各物种和谐相处，互相补充，避免由于某一种或几种生物的灭绝而对整个生态系统的稳定性造成的影响。次生分泌物的作用可进行生物种间的信息传递和调节生物种间的关系。§2生态平衡一、生态平衡的概念二、生态平衡失调的标志三、生态平衡失调的原因一、生态平衡的概念生态平衡(ecologicalbalance)：在一定的时间内，生态系统中生物与环境之间、生物与生物之间以及环境各因子之间，通过相互制约、相互渗透、相互影响而维持的某种协调（稳定）状态。表现为：结构上：生物种类组成，种群数量、食物链营养结构协调稳定；功能上：能量流动、物质循环、信息传递畅通无阻；系统的输入和输出基本相等，物质储量恒定；生物种群与环境之间达到高度的相互适应和同步协调。生态平衡的概念可从以下五个方面理解生态平衡的概念：1．生态平衡是一种动态的、相对的平衡。生态平衡并非静止不动的，生态平衡应是生物与环境相对协调的动态平衡。2．生态平衡的出现是由于生物强大的繁殖力、较窄的适应力和环境资源的有限性三个因素共同作用的结果。三个因素相互作用，使生物与生物、生物与环境之间各自保持一定的状态，达到正反相当，协调吻合。生态平衡的概念3．理解生态平衡不能离开系统的观点；平衡应是系统的总体概括，表现为总体的特征，而不过分强调某一种生物类型数量的变化或某一局部地区的变化。4．生态平衡并不是指自然状态就是平衡，就是我们追求的目标。如果改变自然环境面貌，改变生态系统结构，改变某种物种的自然特征，我们就破坏了平衡。因为农业生态系统就是在改变了自然生态系统而建立的另一种相对的生态平衡。生态平衡的概念5．生态系统保持生态平衡的调节能力是有一定限度的，超过这一限度，原有的生态平衡就会遭到破坏，并朝着新的平衡发展。生态平衡的事例：50年代苏联生物地理研究实验站对两棵栎树所做的实验。目前全世界鼠害成灾的原因。二、生态平衡失调的标志当生态系统受到外界的压力或冲击时，系统的平衡就受到影响。若这种压力超过了生态阈值时，系统的自我调节能力随之降低，以致消失。此时，生态平衡遭到破坏，生态系统趋向衰退，甚至崩溃。生态平衡失调的标志有两个方面：（一）结构方面的标志：一级结构缺损：系统缺损一个或几个组分，标志外界压力具大，系统内变化剧烈，生态平衡严重失调。如：大面积毁林开荒，围湖造田，草原强度开垦原有生产者消失各级消费者因缺少栖息地和食物源而消失（或转移）系统崩溃。生态平衡失调的标志二级结构变化：系统中某一组分内部结构发生变化。如：生物种类减少，种群数量下降，层状结构发生改变等，引起生态平衡的失调。表现在以下几个方面：①植物群落结构简化，甚至退化。如：由于过度放牧，使草原中的优质牧草逐渐减少，由高草群落退化为矮草群落。②消费者种群结构发生相应的变化：草原上鹰、狐狸种群数量减少，啮齿类（鼠）种群增大。草原受鼠害影响而进一步退化。微生物和土壤动物种群结构发生变化。生态平衡失调的标志（二）功能方面的标志生物的生产功能生态系统的功能表现为生物对环境的调节功能系统对外界压力的抵御功能生态平衡失调时，系统功能衰退，其基本标志是：⑴能量流动受阻：生产者由于同化面积减少，生产力下降，进而各级消费者的食物减少，使食物链紊乱。⑵物质循环中断：物流在某一环节中断或输入比例失调，则整个系统改变。三、生态平衡失调的原因引起生态平衡失调的原因很多，归纳起来，不外乎两个方面：（一）自然因素：气候的突变，自然灾害。如：台风、海啸、龙卷风、暴雨、干旱、地震、火山、泥石流、火灾等都带有很强烈的突发性的破坏作用。（二）人为因素：1、人类对自然资源的不合理开发利用是引起生态失调的主要原因；如：大面积的毁灭性的砍伐森林，草原过度放牧、农田土壤的重用轻养等，造成水土流失、土壤贫瘠，水源枯竭，气候破坏。生态系统对胁迫的适应生态系统自然胁迫外加胁迫适应机制温带森林河口苔原落叶林草原和荒漠火烧营养物输入极度寒冷、生长季短冬季严酷干旱SO2化学污染物SO2、石油泄漏空气污染（冬季）SO2、氟化物居间分生组织、地下越冬器官胞内缓冲地下越冬器官休眠降低代谢率、居间分生组织生态平衡失调的原因人类对自然资源的开发利用，还缺乏科学的预见性，常不能预测生态系统变化的结果，因而住住采用盲目的，掠夺式的原始开发办法。高山陡坡毁森开荒，采伐森林剃光头，垦殖草原变农田，填湖造田等，都会造成水土流失，土壤贫瘠，水源枯竭，候变坏等恶果。特别是巨大的生产者—植被遭到破坏，所引起的后果是不堪设想的。生态平衡失调的原因由于水土流失农田土壤变得贫瘠，甚至岩石裸露或被沙淤废，使江河泥沙含量增加，河床升高，水库淤塞，落河田增多；严重者甚至造成河水泛滥。如图例如：我国西北黄土高原，在古代曾是茂密的森林和肥沃的草原，经过封建社会几百年的盲目地砍伐，森林、草原面积逐渐减少，生态平衡遭到破坏，昔日郁郁葱葱的森林，如今已变成黄沙漫漫的荒原。又如：由于长江上游的森林遭到破坏，使长江水含沙量日益增加，媒体呼吁：“若再继续下去，长江可能变成第二条黄河”。生态平衡失调的原因2、人类对自然环境的污染；1、随着工业、农业的发展，大量有害有毒物质排放出来进入生态系统，形成环境污染。这些污染物质参与生态系统的物质循环，将深刻地动摇生态系统平衡的基础，甚至使生态系统毁灭。例如：污染物进入水体，将出现水体富养化现象。农药所引起的环境污染，也导致了自然生态系统的破坏，它首先污染生产者，然后顺着食物链逐级向前传递，以致整个有机界都受到农药的污染。生态平衡失调的原因2、环境污染对生态系统的破坏，结果可分为两种：近期效应：在污染物大剂量作用下，生态系统立即崩溃。远期效应：经一段时间甚至几代人之后才显现出来。它常常不为人所重视，但危害性是无法估算的，甚至是无法扭转的。如：工业上大量燃烧化石燃料，增加了CO2在大气中的浓度，形成“温室效应”，导致地球表面温度升高。生态平衡失调的原因3、污染物可通过各种途径来破坏生态系统的平衡。改变生态系统中的种类组成和数量关系，造成结构的深刻变化。改变各个库的库存大小及输入输出比例，造成功能上的变动。导致信息传递的破坏，使系统失去平衡。生态平衡失调的原因3、不合理的农业生产技术也可引起生态失调。如：内陆地区不合理的农田灌溉技术（只灌不排，大水漫灌）将地下水位上升，土地大面积盐碱化，造成农业生产水平下降。不合理的病虫害防治技术，可能造成病虫害猖獗，农产品含毒等，都是破坏生态平衡。生态平衡失调的原因注意：在引起生态失调的两种因素中，人为因素是引起生态失衡的主要因素，常常是人为因素导致自然因素的强化。人类是生态系统中最活跃、最积极的因素。人类的生产活动愈来愈强烈地干扰着自然生态系统的平衡。恩格斯说：“对于人类战胜自然的每一次胜利，自然界都报复了我们”。因此，人类征服自然的任何措施，都必须全面地、综合地研究生态系统的平衡，不能只满足于当前的胜利，而要慎重地考虑到未来的世界，它的远距离的、长时期的后果。生态失衡的实例分析1、北美科罗拉多州的喀巴高原，原为印第安人的鹿场，1906年有4000只鹿，草场生态系统处于相对