第5章农业生态学

第5章农业生态学•5.1农业生态学概述•5.2农业生态学的基本原理•5.3农业生态系统•5.4生态农业与持续农业•5.5农业害虫的防治与生态调控5.1农业生态学概述•5.1.1农业生态学的概念与发展•农业生态学是运用生态学的原理及系统论的方法，研究农业领域中生物与非生物环境之间，生物与生物之间相互关系及其规律的应用性学科。•农业生态学是研究农业生物之间及农业生物与非生物环境之间通过能量流动和物质循环而相互作用的农业生态系统生态学。5.1.2农业生态学的研究内容和任务1.研究内容•(1)农业生态系统的组分结构•(2)农业生态系统的能量流动及物质循环•(3)农业生态系统的生产力•(4)农业生态系统的人工调控与优化•(5)建设生态农业•(6)农业资源的合理利用与农业生态环境保护2.农业生态学的研究任务•运用农业生态学的理论和方法，分析研究农业领域中的生态问题，揭示农业生态系统各种内外因子相互关系的规律，协调农业生态系统组分结构及其功能，探讨最佳农业生态系统或生态农业模式，促进农业生产的持续高效发展。•在基础研究方面，农业生态学要揭示农业生态系统的结构组成规律、功能运转规律、输入输出构成规律、效率与效益提高规律、系统调控规律、系统演变规律等。•在应用研究方面，农业生态学为生态农业建设、农村可持续发展、健康安全食品生产等开展现状评价、诊断和预测，提供农业优化模式的工程设计，并对配套的技术和政策提供建议。•减少经济发展对生态环境的损害和降低资源成本，走可持续发展之路，是农业生态学面临的重大问题。•优化整体结构，提高系统功能，促进农业生产持续高效发展，是农业生态学面临的重要任务。•农业是国民经济的基础。农业的持续发展关系着一个国家经济的持续发展。5.2农业生态学的基本原理5.2.1生态学原理•1.相生相克与互补原理•2.循环与再生原理•3.平衡与补偿原理5.2.2生态经济学原理•1.生态经济结构合理性原理•2.农业系统的功能原理•3.农业系统的综合效应原理1.相生相克与互补原理•相生相克即指自然界（生态系统中）各个要素之间的相互依赖、相互促进或相互制约。•互补即指自然界（生态系统中）各个要素之间的相互补充，助其不足，善其不善，使系统的组成成分及其数量比例趋于合理、优化、完善。•相生相克与互补是自然界的普遍现象，也是农业生态学的基本原理之一。2.循环与再生原理•农业生态系统中物质循环与再生，相辅相成，相得益彰。物质在循环中再生，在再生中循环。•农业生态系统各要素按照自组织原理自发形成、自由组合在一起，形成高效体系。系统的结构合理、功能健全、物质流和信息流正常流动、运转，系统最稳定，净生产量最大，并能够永久维持，周而复始。•这就是良性循环的农业生态系统，是生态农业的主要目标。3.平衡与补偿原理•农业生态系统的平衡包括系统内部生物与其生存环境之间的平衡关系，组成要素之间的制约关系，系统之间的反馈关系，还包括人类社会经济、技术与系统的生产力之间的协调关系。•这种平衡关系可通过生态系统的自动调节进行恢复，更重要的是需要人类有目标的控制、补偿活动。1.生态经济结构合理性原理•农业生态系统的生态经济结构是人类为满足自身需要，在长期生产实践中通过改造原有的自然生态系统而逐步形成的一种农业生态结构和农业经济结构的复合体。生态经济结构的合理性体现在：•1）整体协调，相互匹配。•2）系统组成的完整性、复杂性。•3）系统结构组合与地区生态优势及市场需求的一致性。•4）生态经济结构与各生态要素在时间和空间布局方面的内在联系。2.农业系统的功能原理•物质循环、能量流动、价值增值和信息传递是农业生态系统的四大功能。•物质循环包括自然物质循环和农业物质循环及两者间物质的转化。•能量流动包括自然能流和经济能流及两者的有机结合、相互转化。•科学合理的价值投入是系统增值的基础；增值是指价值产出量大于投入量。•通过信息流来调控农业系统的物质流、能量流和价值流。3.农业系统的综合效应原理•农业生产建设的最终目标是生态效益、经济效益和社会效益同步提高，社会经济的协调发展。生态效益是经济效益的基础，经济效益是生态效益的表现，社会效益又是生态效益和经济效益的目标。•必须处理好以下三个关系：①正确处理人地关系；②正确处理生态效益和经济效益的关系；③正确处理生态经济效益与社会效益的关系5.2.3农业生态学的特点1．应用性研究成果在农业区划、区域综合开发和治理、农业资源利用、生态工程建设等方面广泛应用。2．综合性从知识内容上，涉及土壤学、作物学、植物学、动物学、微生物学、经济学、林学、水产学、园艺学等；从研究对象上，包括自然生态，人工生态。3．统一性适用于不同学科的共同思想和共同语言，强调适用于生态系统不同组分的通用方法。4．宏观性以宏观性农业问题为重点。5.3农业生态系统5.3.1农业生态系统的概念•农业：①指农田作物生产；②指农田作物生产和畜牧业；③指农田作物生产、畜牧业、林作物生产及渔业，即农、林、牧、渔。•农业生态系统：在一定环境条件下，以作物、家畜、家禽为主体，包括邻近植被、病虫、杂草、微生物、土壤动物等共同组成的一个人工生态系统。农业生态系统与自然生态系统的本质区别：•农业生态系统具有以人类需要的农副产品为中心内容的社会经济和技术力量的投入，并作为系统重要的组成成分之一，影响着系统的存在与发展。5.3.2农业生态系统的组成1.生物组分•包括以绿色植物为主的生产者、以动物为主的消费者和以微生物为主的分解者。•然而占主要地位的生物是人工驯养的农用生物，包括农作物、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，如杂草、作物害虫、寄生虫、根瘤菌等。•此外在农业生态系统的生物组分中极为重要的是增加了最重要的农事活动者和操作者——人类。主要农业生物类别及其常见种类类别常见种类农业生物粮食作物经济作物饲料作物园艺作物水稻、小麦、玉米、高粱、甘薯花生、大豆、油菜、棉花、烟草紫苜蓿、白三叶、红三叶、鸭茅、蔬菜、果树、花卉林业生物经济林木用材林木橡胶、油桐、漆树、板栗、核桃松、杉、竹、桉、杨、槐、榆牧业生物家畜家禽猪牛羊马驴骡兔貂鹿狗猫鸡、鸭、鹅、火鸡、家鸽、鹌鹑渔业生物淡水鱼类浅海养殖类滩涂养殖类青草鲢鳙鲤鲫、罗非鱼海带、紫菜、海参、贻贝、对虾蚶、蛤、蛏、扇贝、牡蛎、鲍鱼虫菌业生物小动物昆虫类微生物蚯蚓、钳蝎、福寿螺蜜蜂、蚕、紫胶虫、寄生蜂食用菌、曲酶、甲烷菌、杀螟杆菌2.环境组分•包括自然环境组分和人工环境组分。•前者与自然生态系统的组分性质相似，但也已受到的人为影响。例如作物群体内的温度、鱼塘水体的透光率、耕作土壤的理化性质等。•后者包括生产、加工、贮藏设备和生活设施。如温室、禽舍、渠道、防护林带、加工厂、仓库和住房等。5.3.3农业生态系统的特点•1．受人控制的系统•2．净生产力高的系统•3．组成要素简化，自我稳定性能较差•4．开放性系统•5．受自然与社会“双重”规律制约的系统•6．明显的区域性1．受人控制的系统•农业生态系统是在人类生产活动下形成的。•人类参与的根本目的：将众多的农业资源高效地转化为人类需要的各种农副产品。•注意：农业生态系统并不是完全由人类控制的。在某种条件下，自然生态也有一定的调节作用。•农业生态系统以产出大于投入为目的；自然生态系统则以实现最大生物量的收支平衡为其归宿。2．净生产力高的系统•农业生态系统的总生产力低于相应地带的自然生态系统，但其净生产力却高于自然生态系统。•农业生态系统中的生物组分多数是按照人的意愿(高产、优质、高效等)配置而来，加上科学管理的作用，使其中优势种的可食部分或可用部分不断发展，物质循环与能量转化得到进一步加强和扩展，因而具有较高的光能利用率和净生产量。3．组成要素简化，自我稳定性能较差•农业生态系统中的生物多经人工选择，与天然生态系统相比，其生物种类明显较少，食物链结构简化，对自然、栽培条件和饲养技术的要求愈来愈高，抗逆能力减弱。同时，农业生物的层次减少，造成系统自我稳定性下降。•农业生态系统需要人为不断地调节与控制，才能维持其结构与功能的相对稳定。4．开放性系统•农业生态系统的生产除满足系统内部的需求外，还要满足系统外部和市场所需，有大量的农、林、牧、渔等产品离开系统，参与系统内再循环的残留物质数量较少。•为了维持系统的再生产过程，要向系统输入大量化肥、农药、机械、电力、灌溉水等物质和能量。•农业生态系统的这种“大进大出”现象，表明它的开放性远超过自然生态系统。5．受自然与社会“双重”规律制约的系统•农业生态系统不仅受自然规律制约，还要受社会经济规律的支配。农业生态系统的生产既是自然再生产过程，也是社会再生产的过程。•在确定农业优势生物种群组成时，一方面要根据生物的生态适应性，另一方面还要根据市场需求规律，评估该生物种的市场前景和发展规模。6．明显的区域性•农业生态系统除了受气候、土壤、地形地貌等自然生态因子影响形成区域性外，还要受社会、经济、技术等因素的影响而形成明显的区域性特征。•如“低投入农业生态系统”与“高投入农业生态系统”、“集约农业生态系统”与“粗放农业生态系统”等，是根据人类的投入水平和经济技术水平划分的。农业生态系统与自然生态系统结构与功能比较特征农业生态系统自然生态系统净生产力营养变化品种多样性物种多样性矿物质循环熵人为调控时间生境物候成熟程度高简单少少开放式高明显需要短简单同时发生未成熟的（为早期演替）中等复杂多多封闭式低不需要长复杂季节性发生成熟的5.3.4农业生态系统的能流与物流1.农业生态系统的能流•农业生态系统能量来源除接受并转化太阳辐射能外，还有人工辅助能量的投入。投入能量的多少及其利用转化效率的高低对系统的生产力起决定性作用。•人们可以调节、控制辅助能的投入量，但其调控能力要受到社会、经济、技术条件的制约。•优化农业生态系统，关键在于获得和转化更多的太阳辐射能，合理利用辅助能。(1)初级生产与次级生产•1）初级生产主要包括农田、草地和林地等的生产。陆地平均太阳光能利用率0.25%，农田平均达0.6%左右，高产农田可以达到1.0%以上，小麦、玉米、水稻、高粱等作物可达1.2%～2.4%。•2)次级生产主要是指畜牧业和渔业生产。家畜可将食物中16%～29%的能量同化为化学能，33%用于呼吸消耗，31%～49%随粪便排出体外。•按饲料的数量计，鸡的转化效率最高；按饲料的能量计，猪的转化效率最高。在水产养殖中饲料的转化效率较陆地家畜高。(2)辅助能的投入及其转化效率•1)人工辅助能投入与农业增产农业生态系统开发度大，有大量的人工辅助能投入，这也是农业生态系统生产力较高和农业持续增产的重要保证。•人工投入的辅助能包括人力、畜力、种子及有机肥等所耗能量；化肥、农药、农机具、燃油和农用电力等所耗能量。•2）辅助能投入与能效率•投能水平与能效率辅助能投入水平增加，能量的产出水平及农业产量相应增加，但辅助能的产投比不一定增加，甚至会出现下降趋势。我国50年代无机能投入水平很低，从60年代以后，投入量增多，能量的产出与投入基本上同步增长，无机能的产投比基本稳定。•投能结构与能效率投能结构是指能量投入中辅助能在总输入能量中所占比例；无机能和有机能所占比例等。在投入量较低的阶段，增加投入，农业产出和投能效率都明显增加；但投入较高阶段，继续大量投入，能量效率降低。(3)农业生态系统能流分析方法•1）确定系统的边界•2）确定系统主要成分及其关系，并绘成能流图•3）确定系统各组分的实物流量•4）将各种能流换算成统一的能量单位•5）分析计算结果能量输入与输出结构分析能量输入输出强度及能量转化效率分析能流状况综合分析和评价2.农业生态系统的物流•(1)农业生态系统养分循环一般模式农业生态系统养分循环的动态模型(2)农业生态系统养分循环的特点•1）需要大量养分投入，才能维持系统养分的平衡•2）养分输入主要来源于人工生产的无机肥•3）农业生态系统有机物质的来源主要是作物残体、生物遗体和排泄物•(3)保持农业生态系统养分平衡的途径•1)种植制度中合理安排归还率较高的作物•2)建立合理的轮作制度，加速养分循环•3