农业生态学

第一章绪论第一节生态学的产生与发展第二节农业生态学的产生与发展第三节农业生态系统的概念第四节农业生态学的研究对象与内容第一节生态学的产生与发展一、当前面临的生态问题（一）国际1.全球变化（globalchange)：温室效应greenhouseeffect主要的温室气体：CO2、CH4、N2O、氟利昂（是含氟、氯烃化合物的总称）等。2.环境破坏问题：水土流失、沙漠化、盐碱化、酸雨等3.生物多样性锐减(reductionofbiodiversity)（濒临灭绝的大熊猫、东北虎和已灭绝的澳洲袋狼）遗传多样性geneticbiodiversity物种多样性speciesbiodiversity生态系统多样性ecosystembiodiversity（二）国内面临的环境问题1.土地环境退化：水土流失(soilandwatererosion)、沙漠化(desertification)、盐碱化(salinization)2.植被破坏：森林、草地、城市绿地等3.环境污染：工业三废、农业污染、城市垃圾等(赤潮及其危害)生态环境问题的实质是人类的文明与支持这个文明的自然系统之间不协调，以致出现了不能持续发展的局面。二、生态学的概念（Ecology)1866年德国的生物学家E.Haeckel首先在其著作《有机体的普通形态学》中第一次提出定义：生态学是研究生物和环境之间相互关系及其作用机理的学科。Ecologyisthestudyoftheinteractionsbetweenorganismsandtheirenvironment.非生物的环境包括光、热、水、气、各种元素等生物环境(physicalenvironment)，包括动物、植物、微生物等生物环境(bioticenvironment)。三、生态学发展的历史阶段1.生态学诞生以前时期，主要是生态学知识的积累阶段（公元前2000年——公元14-16世纪）。（1）公元前700年，李耳的《道德经》表达了“金木水火土“五行相生相克的思想；（2）公元100-200年秦汉“二十四节气”；（3）明朝《马-龙农说》，用阴阳来描述生态平衡。（4）古希腊哲学家Aristotle其弟子提出植物群落的含义及与自然环境的关系2.生态学成长期（公元15世纪——20世纪40年代）（1）1749年布丰《生命律》；1803年马尔萨斯《人口论》（2）1859年达尔文发表《物种起源》，创立了生物进化论（3）1869年德国的海克尔（E.Haekel）正式将生态学定义为研究有机体与其环境条件相互关系的科学。3.近代生态学时期（20世纪40年代——60年代）。（1）1935年英国生态学家坦斯列（A.G.Tansley）第一次提出生态系统的概念。（2）1941年美国年轻生态学家林德曼（R.L.Lindeman）提出食物链中能量利用的“十分之一定律”。（3）1952年E.P.Odum发表了《生态学基础》，第一次以生态系统为中心建立了完整的生态学。4.生态学应用与调控时期（20世纪60年代以来）（1）1962年《寂静的春天》；1962年的IBP计划（国际生物学计划）（2）1971年的MAB计划（人与生物圈计划）现在的IGBP计划（国际地圈生物圈计划）（3）1972年6月瑞典斯德哥尔摩“人类环境大会”，发表了《人类环境宣言》（4）1992年6月巴西里约热内卢“联合国环境与发展大会”，制定了《保护生物多样性公约》、《气候变化公约》、《关于森林问题的原则申明》、《里约热内卢宣言》生态学开始配合经济发展探讨定量调节控制生态系统的理论与方法，生态系统工程进入许多生产领域。四、生态学的分支1.按生物类别分为：动物生态学、植物生态学、微生物生态学、人类生态学等2.按环境性质分为：陆地、海洋、湖沼等生态学3.按生物组织层次分为：基因(gene)、分子(molecule)、个体(individual)、种群(population)、群落(community)、生态系统(ecosystem)、景观(landscape)、生物圈(biosphere)4.生态学与不同的学科结合形成：农业生态学、森林生态学、系统生态学、环境生态学、经济生态学、数学生态学、物理生态学、化学生态学等。第二节农业生态学产生和发展一、农业生态学的产生及发展1.土壤学、气象学、栽培学等通常是从某一侧面研究生物与环境之间的关系。2.60年代开始的“污染、资源、能源、粮食、人口”等五大生态危机的根源是对生态系统缺乏整体认识。人们逐步认识到从生态系统水平认识农业的重要性。3.从70年代开始，以生态系统为核心的农业生态学逐步建立起来。1976年在荷兰召开国际农业生态会议1972年日本小田桂三郎发表〈农田生态学〉1978年G.W.Cox发表〈农业生态学〉一书，农业生态学开始建立起来1987年马世骏出版《农业生态工程》二、农业的发展推动农业生态学的发展1.人类和生物的增长受资源与环境的约束，地球资源有限，而人口不断增加，对物质的需求也不断增加。2.人类社会的发展经历四个阶段（1）旧石器以前的原始时代：人类完全依赖自然，生产力极低（2）人类开始改造自然时代：人类开始改造自然和利用更多的自然资源（3）经济大发展的工业化时代：人类利用各种现代手段强烈干预自然，掠夺式开发使用资源，致使资源枯竭、环境破坏。这时人们认为人类可以主宰一切。（4）后工业化时代：这时人类主张与大自然协调相处，发展经济的同时也自觉进行生态建设，利用资源与保护和增殖资源相结合。三、中国的农业发展与农业生态学1.古代很早就有朴素的生态思想：用地养地、基塘系统养分循环、生物防治等2.70年代末期提出生态农业（Ecologicalagriculture)是对农业生态学的很好实践。从50个生态农业试点县，发展到100个，已有7个获联合国全球500佳称号。北京留民营村、浙江萧山山一村、辽宁大洼县西安生态养殖场、江苏泰县河横村、安徽颖上小张庄、浙江瑾县上李家村、浙江奉化县腾头村等第三节农业生态系统的概念一、系统(system)1.定义系统论的创始人是奥地利的贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy）。系统是由相互作用和相互依赖的若干个组成部分结合而成的、具有特定功能的整体。系统必须具备的三个条件：由二个以上的组分组成；组分之间有密切的联系；以整体方式完成一定的功能。2.系统的结构特点■系统都有边界。■系统具有层次性。即系统由若干个子系统组成，系统本身也是更大系统的子系统。■构成系统的组分间有一定的量比关系。■系统的组分在空间上有一定的排列位置关系。3.系统的功能特点和系统研究的基本途径（1）系统功能的整合性：即整体大于部分之和。通常形象地称“1+12”（2）系统研究的基本途径有：■“黑箱”：只了解系统的转换特性，了解系统的输出对系统的输入的响应规律，而不揭示引起这种特性或响应规律的系统内部原因。■“白箱”：着重了解系统内部结构和功能对系统的行为和表现作出解释。■“灰箱”：实际研究中常采用。即在重点层次、组分和关系上用白箱的方法，其它用黑箱方法。二、生态系统(Ecosystem)1．生态系统的定义生态系统是在一定的空间内的全部生物和非生物环境相互作用形成的统一体。■景观区(landscape)是由地理、生物和人类活动结果所综合组成的空间和视觉的整体。■景观生态学(Landscapeecology)不仅在“垂直”方向研究特定地点上的生物和环境的相互关系，而且在“水平”方向研究异质区域间的相互影响，把特定地点上的同质区域称为景观元素。2．生态系统的基本组分生态系统在结构上包括两大组分：环境组分和生物组分。■环境组分包括四方面：辐射(Radiation)、气体(air)、水(water)、土体(soil)。■生物组分包括生产者(producer)、大型消费者(consumer)和小型消费者(分解者decomposer)。3.生态系统区别于一般系统的特点（1）组分上包括生物，生物群落是生态系统的核心。（2）空间上有明显的地域性。（3）具有明显的时间特征，具有从简单到复杂，从低级到高级的发展演变规律（4）系统的各组分间处于动态的平衡中。各生态系统都是程度不同的开放系统，不断地从外界输入能量和物质，经过转换变为输出，从而维持系统的有序性。4.主要的生态系统类型(1)根据环境的性质生态系统可划分为陆地生态系统(Terrestrialecosystem)分为：a.森林生态系统b.草原生态系统c.农田生态系统淡水生态系统(Freshwaterecosystem)海洋生态系统(Oceanecosystem)。(2)根据受人类干扰的程度可划分为：a.自然生态系统b.人工驯化的生态系统c.人工生态系统。三、农业生态系统(agroecosystem)1．农业生态系统的定义农业生态系统是农业生物与环境之间的能量和物质联系建立起来的功能整体。?农业生态系统是驯化的生态系统，既受生态规律的制约，也受经济规律的制约。2．农业生态系统的基本组分■生物组分：农业生物如农作物、家畜、家禽、家鱼、家蚕等，以及与这些生物有密切联系的病虫害、杂草等。其中的大型消费者也包括人。■环境组分：受到人类的不同程度的调节和影响。而有些环境如温室、禽舍等完全是人工环境。3．农业生态系统的基本结构组分结构(componentstructure)；时空结构(Spatio-temporalstructure)；营养结构(trophicstructure)。4．农业生态系统的基本功能能量流(energyflow)：农业生态系统除输入太阳能外，还输入人工辅助能。物质流(matterflow)：各种化学元素在生态系统中被生物吸收并传递，在生物与环境之间以及生物与生物之间形成连续的物质流。信息流(informationflow)：农业生态系统通过信源的信息产生，信道的信息传输和信宿的信息接受形成信息流。价值流(catipalflow)：价值可以在农业生态系统中被转换成不同的形式，并可以在不同组分间转移。5.农业生态系统与自然生态系统的区别类别自然生态系统农业生态系统生物构成生物农业生物、人类环境组分自然环境人工调控系统稳定性高低开放性封闭开放净生产力低高服从规律自然规律自然和经济规律第四节农业生态学的研究对象与内容一．农业生态学的研究对象（一）农业生态学的研究对象主要是农业生态系统。（二）农业生态学的研究重点不是注重于系统的组成成分，而是诸多组分间的关系，把每一个组分看作因素，从能量、物质、信息、资金上（着重从能量和物质上）研究它们之间的相互联系、耦合、转化、反馈等。二．农业生态学的内容1．农业生态系统的结构2．农业生态系统的功能3．农业生态系统在特定的自然和社会条件的综合影响下的地域分布特点和规律4．在不同的自然和社会条件下，各农业生态系统的发展演变规律5．农业生态系统的调节控制规律和方法农业生态系统的设计和生态农业建设三．研究方法1．基本研究方法（1）熟悉研究对象（2）研究数据的收集及分析整理农业生态系统研究涉及各组分的结构功能、投入产出，收据收集需要第一手数据，也需要集第二手数据。（3）研究策略：多学科协作；多系统大跨度比较；选择适当的研究单元及研究层次农业生态学研究中也运用常见的实验设计方法如正交设计、回归设计、均匀设计，及常见的数理统计方法如方差分析、回归分析等。由于农业生态学研究常涉及系统问题，因此以数学和计算机为主要工具的系统分析方法已经成为农业生态研究中最具特色的研究方法。系统分析方法包括对农业生态系统的运动模拟、关系分析、类型划分、效益评价、优化设计、发展预测等。2．传统方法：气象、土壤3．现代方法：宏观方法：GIS、RS、GPS计算机方法第二章农业生态系统的结构--基本生物结构Chapter2.Structureofagroecosystem----Basicbioticstructure由生物构成的种群和群落，既是生态系统的重要组分，又是生态系统能量流动和物质循环的核心。分别从个体、种群和群落水平研究生物之间、生物与环境之间的相互关系及其作用规律，是生态学研究