农业生态系统的结构

§3农业生态系统的结构了解并掌握农业生态系统的结构类型。重点掌握农业生态系统的营养结构，即食物链类型与食物链的加环与解列类型，其次是了解农业生态系统的立体结构模式和不同自然、社会经济条件对农业生态系统水平结构的影响以及调节农业生物群落时间结构的方式。概述农业生态系统的物种结构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§3.1概述1生态系统结构的概念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（多物种配置）、空间结构（多层次配置）、时间结构（时序排列）、食物链结构（物质多级循环），以及这些生物组分与环境组分构成的格局。2生态系统结构类型物种结构（组分结构）空间结构包括水平结构和垂直结构。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。营养结构（食物链结构）指生态系统中生物间构成的食物链与食物网结构。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（立体结构）指生物种群在垂直方向上的分布格局。§3.2农业生态系统的物种结构物种结构(组分结构)是指农业生态系统或模式内农业生物种类的组成、数量及其相互关系。物种可以是植物，如乔木、灌木、藤本、草本等，它们均属于初级生产者；也可以是动物，如畜、禽、鱼、虫等，它们都为次级生产者；还可以是微生物，如真菌、细菌、放线菌等，它们是物质的转化和分解者。选择合适的物种组合，协调各种生物之间的关系，是物种结构的基础。一、农业生态系统的物种结构的设计原则以一种生物为主的原则正确分析竞争与互补关系增加初级生产者，提高光能利用率注意社会经济因素二、农林牧渔各业相结合的组分结构1.种植业与养殖业相结合的组分结构种植业与畜牧业的结合方面有饲草生产技术；以作物产品为原料的配合饲料生产技术，例如饲料作物(玉米、大豆、苜蓿、象草、苏丹草、黑麦草、三叶草)种植与养牛、养猪、养鸡、养鱼的结合；作物秸秆喂饲动物；动物粪便肥田。也包含在同一土地单元里将种植业和养殖业结合起来，如农田培养食用菌、以沼气为纽带的种养结合模式等。2.种植业与林业相结合的组分结构把多年生木本植物与栽培作物和(或)动物，在空间上进行合理组合的土地利用和技术系统的综合，如农林间作、林药间作等。从小规模的农林结合的土地利用，逐渐形成规模较大的区域性气候、地形、土壤、水体、生物资源的综合开发，实现多级生产、稳定高效的复合循环生态体系。农林间作模式，如沿海农田防护林，河南、安徽的桐农间作，河北的枣农间作，江苏的稻麦与池杉间作，热带地区的胶茶间作、桉树与菠萝间作等。3．种植业与渔业相结合的组分结构将农作物种植业和渔业有机地结合起来，充分高效利用各种资源，从而提高综合效益，如基塘系统模式、稻田养鱼(虾、蟹)技术等。4．养殖业与渔业相结合的组分结构在畜牧业与渔业的连接方面，有鱼塘养鸭技术、塘边养猪技术等。利用鲜禽粪作为养鱼的肥料和饲料，直接投喂养鱼；或者将干禽粪作为鱼配合饲料的重要组成部分。三、大农业的组分结构大农业是种植业、林业、牧业、渔业及其延伸的农产品加工业、农产品贸易与服务业等密切联系协同作用的耦合体。大农业型发展模式就是在同一土地管理单元上，立体种植，横向延伸，建设农林牧副渔一体化。大农业的基本模式：山区半山区，可以实施牧能林一体化建设，如以沼气利用为主的林果种植及养殖业并举的“围山转”生态农业工程；平原地区，可以实施农牧能商、农渔能商一体化建设，如桑基鱼塘，以及以沼气为纽带的蔬菜花卉种植业、养殖业和加工业并举的生态农业工程等。例山东五莲县根据当地条件发展以林果为主，林粮牧结合，牧工商一体化的多种经营全面发展的生态农业模式(图3-1)，形成以林促农，以农促牧，以牧促农林的农业生态良性循环系统，取得了明显的经济效益和社会效益。§3.3农业生态系统的水平结构农业生态景观与农业生态系统的水平结构农业生产的三种农业区位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1景观多样性景观：指一定空间范围内，由不同生态系统所组成的，具有重复性格局的异质性地域单元。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。景观多样性：指生物圈内栖息地、生物群落和生态学过程的多样化。是生物多样性的一个层次。景观多样性的作用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；只有多种生态系统的共存，并与物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；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。2边缘效应与生态交错带生态交错带指在景观中不同斑块连接之处的交错区域。类型：城乡交错带、干湿交错带、农牧交错带、水陆交错带、群落交错带。边缘效应指在两个或两个不同性质的生态系统（或其他系统）交互作用处(交错带)，由于某些生态因子（可能是物质、能量、信息、时机或地域）或系统属性的差异和协合作用而引起系统某些组分及行为（如种群密度、生产力和多样性等）的较大变化，称为边缘效应。二、自然条件引起的农业生态系统水平结构(一)温度和湿度引起的水平结构我国的种植业与环境的温度的关系密切，从北到南，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。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，使得复种指数也呈下降趋势。表3-21989年中国部分省(自治区)的复种指数在非洲游牧和半游牧系统，主要动物种类与环境降雨量关系十分密切。(二)地貌类型差异形成的水平结构在我国南方的低湖平原区，分布着大面积的滩涂湿地，可充分利用其自然特点合理进行湖泊和湿地的开发利用。湖北省洪湖市针对洪湖的自然特点，制定了全市以洪湖为中心的同心圆式8个带(层次)的生态经济发展规划。表3-4湖北省洪湖市低湖区水土资源的带状分布和农业生产的水平结构三、农业区位引起的农业生态系统水平结构自然条件差异为农作物与牲畜结构安排的重要因素。南方的荔枝分布在北纬18°-30°。（一）自然区位（二）杜能的农业经济区位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制约条件。这样在原有的自然区位上，增加了一个以杜能农业经济区位理论为代表的，受城乡运输制约形成的农业专业生产区域。（杜能农业圈）假设：（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）农作物的经营以获取最大利润为目的。杜能农业圈杜能的结论生产集约理论赿靠近中心城镇，生产集约程度赿高。（图）生产结构理论易腐烂变质、不耐贮藏的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。（图）在杜能平原上运输距离与各项收支的关系B=(WP-C)-Wdt＝a-Wdt式中，B是纯利润；W是农产品在单位面积土地上的产量；C是单位面积土地上的生产成本；P是农产品在市场上的单价；d是产地与市场的距离；t是单位重量单位距离的农产品运费价格；a是未扣除运费前的收益。集约化不同的两种生产方式的纯利润随距离变化的特点集约度，产量高，运费贵，利润下降快集约低，产量低，运费低，利润下降慢1212()aadWWt假设有两种生产方式生产同一种产品，一种是较集约的(如一年三熟制)，其年平均单产为W1，另一种是较粗放的(如一年两熟制)，其年平均单产为W2，且W1W2。由于集约生产对自然资源利用较充分，扣除运费前的收益是a1a2。从市场到d*点的范围内，生产者采用集约生产方式能较多地获得利润，而从d*开始，离城较远的生产者采用较粗放的方式能获得较多利润。美国玉米带农业区域差异示意图（三）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农业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，按市场需求形成规模效应的专业化生产区域。两个不同地区生产同一种产品的纯收入差异式中，△a是在扣除运输成本前的产品利润差异，受产地自然条件的生产力影响很大；△c为产品运输费用的差异。可见，由于运输费用(△c)的下降，两个地区产品的利润差异受产地的自然环境条件的影响越来越重。专业化生产实例美国的蔬菜生产原来主要集中在城市郊区，后来由于冷藏车、高速公路的出现，使得全国新鲜蔬菜生产的1／4集中于远离大城市的东南部气候温暖的区域形成专业生产区。以此同时，美国还形成了玉米带、棉花带、小麦带、牛奶带等这样一些大规模的，主要与自然条件相适应的专业化生产区域。广东省高州市、化州市，远离大城市，但由于其所处热带亚热带区域，自然环境条件优越，分别形成了全国著名的水果和冬季北运蔬菜基地。§3.4农业生态系统的垂直结构自然地理位置与农业生态系统的垂直结构农田立体模式水体立体模式养殖业立体模式农林立体模式一、自然地理位置与农业生态系统的垂直结构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、水土环境等存在较大的差异，从而对作物的种植结构和产量产生很大影响。（图）海河流域种植结构续表2地形变化与垂直结构大尺度的地形变化由海拔高度的较大差异所引起（图）小尺度的地形变化主要是在丘陵和低海拔地区（图）川滇高原随海拔变化的农业生态系统的结构四川省米易县农业综合开发示意图广东省潮州市官塘区秋溪乡农业生产分布二、农田立体模式农作物间套作稻田养鱼和稻田养鸭稻萍鱼农田种菇基塘系统(桑基鱼塘、蔗基鱼塘、果基鱼塘、花基鱼塘、杂基鱼塘）麦/玉/豆“麦/玉/豆”模式图Soybean(1m)Soybean(1m)Wheat(1m)Wheat(1m)Maize(1m)“薯/玉/豆”花生/大豆大豆新品种华春2号的丰产表现（省农科院茶科所，英德，6月11日）大豆与茶树间种稻田养鱼农田种菇基塘系统珠江三角洲的桑基鱼塘三、水体立体模式鱼的分层放养鱼蚌混养鱼鳗混养鱼牧结构（鱼+畜禽模式）鱼鸭（猪、鸡、鹅等）混养。水体立体养殖四、养殖业立体模式分层立体养殖：节约棚圈材料和综合利用废气物，如新疆米泉县种猪场，上层笼养鸡，中层养猪，下层养鱼。林鱼鸭立体种养（图）池杉鱼鸭型生态林业模式五、农林立体模式1农林业系统的概念农林业系统——指在同一土地单元内将农作物生产与林业和畜牧业生产同时或交替地结合起来，使得土地总生产力得以提高的持续性土地经营系统。农林业系统的特征：复合性、系统性、集约性。2农林业模式举例桐粮间作枣粮间作林胶茶复合经营林药间作立体种植林花间作林农间作林草间作林药间作桑草兔模式§3.5农业生态系统的营养结构食物链与营养节食物链的类型食物网食物链结构类型一、食物链与营养级食物链指生物成员之间通过取食与被取食的关系所联系起来的链状结构。营养级指生物在食物链上所处的位置，食物链上的每一个环节就称为一个营养级。（十分之一法则）水生生物的食物链生态系统中能量沿食物链的流动二、食物链的类型捕食食物链腐食食物链寄生食物链草牧食物链，从绿色植物开始，再到草食动物，肉食动物，食物链成员有自小到大，从弱到强的趋势，这与捕食能力有关。如：青草→兔子→狐狸→老虎。又叫碎屑食物链，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→鸡；植物残体→真菌。以寄生的方式取食活的有机体而构成的食物链如：大豆→茧丝子；牛→蚊子→蜘蛛，马→蛔虫。三、食物网概念食物链之间交错纵横，彼此相连，构成一种网状结构，这就是食物网。（图）食物网的本质是生态系统中有机体之间一系列反复地吃与被吃的相互关系，这种现象在自然界中极为普遍，它不仅维持着生态系统的相对平衡，并推动着生物的进化，成为自然界发