第二章农业生态系统

第二章农业生态系统农业生态系统（agroecosystem）是人类为满足社会需求，在一定边界内通过干预，利用生物与生物、生物与环境之间的能量和物质联系建立起来的功能整体。农业生态系统是一种被驯化了的生态系统，而生态系统又是生物与非生物组分构成的一类特殊的系统。一、系统1.系统的概念系统（system）由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体。(人体、学校、多媒体教师、宇宙：日本地震海啸核电站)系统论：奥地利，L.V.Bertalanffy，20世纪30年代信息论；Informationtheory,美国，C.V.Shanon控制论：Cybernetics,美国，NibertWiener，1948（1）有两个以上的组分有机结合而成（2）各组分之间有一定联系系统具有边界（3）各组分以整体形式完成特定功能2.系统组成的基本条件（1）系统结构的有序性。即各组分是有机结合而成。系统具有边界、系统的层次（2）系统的整体性。（收录机）（3）系统功能的整合性。（1+12）钢筋混凝土结构的强度大于钢筋、水泥、沙子的强度之和系统具有其组分或子系统所没有的功能3.系统的基本特征4.系统的结构决定系统的功能凡系统必有结构，结构决定功能，要改变系统的功能必须改变结构。这是系统论的基本观点。系统的结构：是指系统内各组分之间的数量比例关系及其相互联系。二、生态系统1.生态系统的定义生物与生物之间以及生物与其生存环境之间密切联系、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，称为生态系统。简言之，在一定空间内的全部生物与非生物环境相互作用形成的具有一定功能的统一体称为生态系统。（1）环境组分辐射:短波辐射、长波辐射（热辐射）、宇宙辐射、核辐射。无机物质有机物质土体、水、空气2.生态系统的基本组分（2）生物组分生产者（producers）：是指自养生物，主要指绿色植物，也包括一些化能合成细菌。消费者（consumers）：是指除了微生物以外的异养生物，主要指依赖初级生产者为生的各种生物。（大鱼吃小鱼）分解者（decomposers）：主要是指以动物残体为生的异养微生物。消费者生产者分解者生物群落能量流化学流气候物理环境生态系统生态系统区别于一般系统的特点生态系统也是系统，因此具有系统的共性。生态系统还具有区别于一般系统的个性：（1）在组成成分方面，不仅包括各种无生命的物理、化学成分还包括有生命的生物成分，生物群落是生态系统的核心。（2）在空间结构方面，生态系统大多与一定的地理组成相联系，具有明显的地域特征。（3）在时间变化方面，生态系统中的生物组分具有生长、发育繁殖和衰亡的时间特征，使生态系统具有从简单到复杂，从低级到高级的演变发展规律。（4）在内部功能方面，生态系统主要靠三大类群生物（生产者、大型消费者和小型消费者）协调的能量转化和物质循环过程完成。这种联结使系统内生物之间、生物与环境之间处于一种动态平衡关系。（5）在外部关系方面，生态系统具有开放性，通过不断地从外界输入物质和能量，经过转化变为各种输出，从而维系着系统的有序状态。3.生态系统的结构定义:物种结构speciesstructure时空结构space-timestructure营养结构trophicstructure4.生态系统的功能三大功能能量流动：energyflow物质循环:nutrientcycle信息传递:informationtransfer5.主要的生态系统类型地球上全部生物极其生活区域称为生物圈biosphere一般指大气圈到水圈约20km的厚度范围。有各种各样的生态系统。（1）以环境为依据来划分陆地生态系统terestrialecosystem又可分为森林生态系统forestecosystem、草原生态系统steppeecosystem、农田生态系统fieldecosystem等以植被特征分类的各类型生态系统。淡水生态系统freshwaterecosystem又可分为水体较稳定的湖泊生态系统、水库和鱼塘生态系统以及水体常处于流动之中的溪流、江河生态系统。海洋生态系统marineecosystem又可分为海岸生态系统coastalecosystem、河口生态系统、浅海（大陆架）生态系统shallowseaecosystem和深海生态系统oceanecosystem。（2）根据人类干扰程度为依据划分自然生态系统naturalecosystem人工驯化的生态系统:semi-naturalecosystem人工生态系统artificialecosystem三、农业生态系统1.农业生态系统的定义农业生态系统（agroecosystem）是指在人类的积极参与下，利用农业生物种群和非生物环境之间以及农业生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效的生态机能，进行能量转化和物质循环，并按人类的理想要求进行物质生产的综合体。2.农业生态系统的基本组分（1）农业生态系统的生物组分农业生态系统的生物组分可以按功能区分为以绿色植物为主的生产者，以动物为主的大型消费者和以微生物为主的小型消费者，然而占主要地位的生物是经过人工驯化的农业生物如农作物、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，如作物病虫、家畜寄生虫、豆科植物的根瘤菌等。农业生态系统还增加了一个重要的大型消费者——人。其他生物种类和数量一般少于同区域的自然生态系统。（2）农业生态系统的环境组分农业生态系统除了具有从自然生态系统继承下来的自然环境组分之外，还有人工环境组分。无论是水体、土体、气体甚至辐射，在农业生态系统中都或多或少受到人类不同程度的调节和影响。农业生态系统中的禽舍、温室、仓库、厂房、住房等生产、加工、贮存和生活设施都会成为系统内生物生活环境的一个组成部分。设施中的环境与自然环境相比，温、湿、光、养分等条件都受到较大的改变，而目有独特的特点。3.农业生态系统的结构组分结构：componentstructure时空结构：spacestructurandtemporalstructurehorizontalstructure,verticalstructure营养结构：4.农业生态系统的基本功能能量流物质流信息流价值流valueflow5.农业生态系统的特点(1)农业生态系统与自然生态系统的比较在农业生态系统中，由于人类的强烈参与，其结构组成已经发生了较大的变化，有别于自然生态系统，二者在结构与功能上的差别如下页表：植物微生物动物气体土体水体自然环境自然生态系统社会经济环境植物微生物动物作为消费者的人土体水体气体人工环境模式建设技术措施出入调节作为调控者的人评价、诊断、决策、预测自然环境各种信息农业生态系统特征农业生态系统自然生态系统净生产力高中等营养变化简单复杂品种多样性少多物种多样性少多矿物质循环开放式封闭式熵高低人为调控明显需要不需要时间短长生境不均匀性简单复杂物候同时发生季节性发生成熟程度未成熟（早期演替）成熟的（2）农业生态系统的特点农业生态系统是被人类驯化了的自然生态系统，因此，它既保留了自然生态系统的一般特点，又具备很多人类改造、控制、调节、干扰甚至破坏所带来的新特点。新的特点主要表现在：①受人类控制。②净生产力高。③组成要素简化，自我稳定性较差。④开放性系统。⑤同时受自然与社会经济“双重”规律的制约。⑥有明显的区域性。（3）农业生态系统养分循环特点一、有较高的养分输出率与输入率。二、内部养分的库存量较低，但流量大，周转快。三、养分保持能力较弱，流失率较高。四、养分供求同步机制较弱。补充：农业生产的三种农业区位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。2.杜能农业区位：（德国经济学家。曾就读于格廷根大学。边际生产率说的前驱。被认为是经济地理学和农业地理学的创始人。主要贡献杜能是现代西方区位理论的先驱者，其《孤立国》是第一部关于区位理论的古典名著。他认真研究了孤立国的产生布局：不仅充分讨论了农业、林业、牧业的布局，而且考虑了工业的布局。他根据当时德国农业和市场的关系，摸索出因地价不同而引起的农业分布现象，创立了农业区位理论。从现代区位理论来看，杜能在100多年前提出的这些思想仍然有积极意义，而且对他以后的区位理论的发展起了很大的影响作用。后来的工商业区位力量，特别是空间相互作用和城市地域结构等理论分析，无不以杜能的农业区位学说为出发点。在商品经济发展初期，农业生产的产品必须能够到达市场才能获取效益，然而不够发达的运输、加工、贮藏、保鲜成为商品生产的限制条件。这样在原有的自然区位上，增加了一个以杜能农业区位理论为代表的，受城乡运输制约形成的农业专业区域。德国人杜能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）农作物经营以获取最大利润为目的。根据这样的假设，杜能为孤立国推断出围绕中心城市的6个同心圈层，每个圈层分别有不同的最适农业生产结构。(1)自由式农业圈：紧靠城市，地租很高，蔬菜和牛奶等易腐难运的鲜活农产品；(2)林业圈：供给城市用的薪材、建筑用材和木炭等；(3)轮作农业圈：谷物、饲料作物的轮作圈，无休闲地；(4)谷草式农业圈：谷物、牧草、休耕轮作地带，有休闲地；(5)三圃式农业圈：粮畜产品，以畜产品为主，谷作物粗放；(6)畜牧业圈：生产谷物用于自给，生产牧草用于养畜，畜产品供应城市市场。此圈外地租为零，则为无人利用的荒地。这种圈状分布，常被称为杜能圈。杜能农业区位理论的主要内容：1.杜能区位理论的基本经济分析（E+T）：市场价格--成本--费用=利润利润加运费等于市场价格--成本等于一个常数。只有把运费支出压缩为最小，才能将利润增至最大。通过合理布局使农业生产达到节约运费，从而最大限度地增加利润。2.“杜能圈”：第—圈为自由农作区、第二圈林业区、第三圈谷物轮作区、第四圈草田轮作区、第五圈为三圃农作制区，第六圈为畜牧业区。杜能的农业圈理论说明了农业布局不但取决于自然条件，而其取决于离城市的远近。据此，杜能得出两个结论：（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，也使得农业不同地块与中心城镇的相对位置对你也布局与安排不再是唯一的影响因素。这样逐步在有利的自然环境条件下，按市场要求形成效应规模的专业化区域。如美国的蔬菜生产原来主要集中在城市郊区，后来由于冷冻车、高速公路的出现，使得全国新鲜蔬菜生产的1/4集中在远离大城市的东南部气候温暖的区域形成专业生产区。与此同时，美国还形成了像玉米带、棉花带这样一些大规模的，主要与自然条件相适应的专业化生产区域。这种专业化生产有利于提高劳动生产率和自然资源的利用效率。补充材料生态足迹：为定量分析自然生态系统与社会系统间相互作用，加拿大不列颠哥伦比亚大学规划与资源生态学教授威廉·里斯(WilliamRees)于1992年提出了生态足迹(EcologicalFootprint即EF)的概念。它显示在现有技术条件下，指定的人口单位内（一个人、一个城市、一个国家或全人类）需要多少具备生物生产力的土地和水域，来生产所需资源和吸纳所衍生的废物。生态足迹通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。比如说一个人的粮食消费量可以转换为生产这些粮食的所需要的耕地面积，他所排放的二氧化碳总量可以转换成吸收这些CO2所需要的森林、草地或农田的面积。因此它可以形象地被理解成一只负载着人类和人类所创造的城市、工厂、铁路、农田……的巨脚