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关于农业生态学ppt成品下载

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关于农业生态学ppt成品

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这是一个关于农业生态学ppt成品,主要介绍生态学产生和发展、农业生态学的产生和发展、农业生态系统的概念、农业生态学的研究对象和任务。欢迎点击下载关于农业生态学ppt成品哦。生态学(Ecology)定义Ecology 源希腊词“Oikos”和“logos”,前者表示住所和栖息地,后者表示学科,原意是研究生物栖息环境的科学。研究生物(organism)及环境(environment)间相互关系的科学(E. Haeckel,1866)。

农业生态学 2010 王世斌 联系电话:18913805267 目录 第一章 绪论 第二章 农业生态系统的结构—基本生物结构 第三章 农业生态系统的结构——综合结构 第四章 农业生态系统的功能——能量流动 第五章 农业生态系统的功能——物流 第六章 农业的资源与效益 第七章 农业生态系统的调节与控制 第八章 农业的可持续发展 第九章 中国的生态农业 第一章 绪论 生态学产生和发展农业生态学的产生和发展农业生态系统的概念农业生态学的研究对象和任务第一节 生态学产生和发展生态学(Ecology)定义 Ecology 源希腊词“Oikos”和“logos”,前者表示住所和栖息地,后者表示学科,原意是研究生物栖息环境的科学。研究生物(organism)及环境(environment)间相互关系的科学(E. Haeckel,1866) 生物圈生态学研究的最高组织层次生态学的研究对象及分支学科分子(molecular)个体(individual)种群(population)群落(community)生态系统(ecosystem)景观(landscape)生物圈(biosphere)全球生态十大热点全球变暖臭氧层破坏生物多样性下降(1.生境破碎化2.外来种入侵) 酸雨森林锐减土地荒漠化(沙漠、石漠、盐碱)大气污染 水体污染 海洋污染固体废物污染 中国生态十大热点大气污染 水污染 垃圾围城 噪声水土流失荒漠化(2100平方公里/年丢失=2香港)濒危物种生境缩小水资源短缺(3%淡水=80%两极+20%利用)“北水南调”:北冰洋(79%淡水)→贝加尔湖→蒙古→内蒙→西北→华北耕地资源短缺森林资源供不应求 农业生态学的产生农业实质:利用与调节生物与环境关系生态过程农业生态学:生态学在农业领域分支。 G.Azzi(ITa,1956):研究环境、气候和土壤对农作物遗传、发育、产量和质量关系生态学基础:个体生态、种群生态、群落生态、生态系统生态学农业生产:a生物多样性、全球变化、可持续发展b生态工程、生态设计、生态经济 生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理,结构与功能协调原则,结合系统分析的最优化方法,设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统 第二节 农业生态学的产生和发展农业生态学的产生早期:个体生态-种群生态-群落生态 朴素思想-用地养地、基塘系统养分循环、生物防治 70年代后:农业生态系统-社会.经济.技术 生态农业( Ecological agriculture) 中国70年代后:81-(生态学基础)-86(中国生态学会于广东省召开全国农业生态学研讨会 农业生态学的趋势展望可持续发展:协调人类社会经济发展与生态保护矛盾。农业生产史实质:资源与环境开发强度和效率不断提高-负面效应。农业生态学的重要任务:合理调控农业生态系统,协调生态-经济-技术。 第三节 农业生态系统的概念 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 (component structure) ; 时空结构 (Spatio-temporal structure) ; 营养结构 (trophic structure) 。 4 .农业生态系统的基本功能 能量流 (energy flow) :农业生态系统除输入太阳能 外,还输入人工辅助能。物质流 (matter flow) :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 (information flow) :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 (catipal flow) :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。第四节 农业生态学的研究对象和任务研究对象(农业生态系统-桑基鱼塘系统) Agroecosystem:在一有限范围内,通过能量流动和物质循环把生物及其环境联系起来的系统。特色 是以农业生物为主要组分、受人类调控、以农业生产为主要目标的生态系统。 a系统组分(人工驯化和选育生物、人工环境)b系统输入(自然+社会)c系统输出(农产品+其他)d系统功能(更开放、浪费)e系统调控(自然+人工+其他)任务:1.理论与实践相结合2.区别农业生态与自然生态3.农业生产持续高效发展(把握-合理调控) 思考题一、名词解释 1.生物圈(Biosphere) 2.生态学(Ecology)农业生态学(agoecology)   二、问答题 1.为什么说农业生态与自然生态不完全一致? 2.农业生态学的主要任务和发展趋势 第二章 农业生态系统的结构----基本生物结构 农业生态系统生物与环境 种群 农业生态系统群落 农业生态系统生物多样性 §1 农业生态系统的生物与环境一.自然环境 (太阳辐射;气圈;水圈;土壤圈) 二.人工环境 (人工影响的环境 ;人工建造的环境 ) 环境对生物的制约 最小因子定律(植物生长取决于数量最不足元素;补充-稳定及因子相互作用) 谢尔福德耐性定律 生活型( life form)和生境(habitat) 同种趋异 栖息地 生物对自然环境的适应 生态型( ecotype)水稻的早、中、晚稻属于不同的光照生态型;籼稻、粳稻是不同的温度生态型。水稻和陆稻主要由于土壤水分条件的不同而分化形成的土壤生态型。各种作物对病、虫、草具有不同抗性的品种群。异种趋同生态位(niche) :生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置。基础生态位;实际生态位。生物对自然环境的影响 森林的生态效应 1.涵养水源,保持水土2.调节气候,增加雨量3.防风固沙,保护农田4. 净化空气,防治污染5.减低噪音,美化大地6.提供燃料,增加肥源。淡水水域生物的生态作用:浮游植物能吸收水中各种矿质养分,保持水体一定的洁净程度,增加水体的溶氧量,对水质理化特性的变化起主导作用,同时形成水域生态系统的初级生产力草地生物的生态效应: 牧草特别是豆科牧草,能改良土壤。牧草还能增加植被覆盖度,涵养水分,保持水土,固定流沙农田生物的生态效应 1. 对土壤肥力的影晌。2. 对水土保持的影晌。3. 对农田小气候的影响。4. 对净化环境的作用      §2 种群一.种群结构种群的大小(某个鱼塘中草鱼的总数)和密度(每公顷水稻的株数 )一定面积和单位面积种群的年龄结构和性比 (各个年龄级的个体数在种群中的分布年龄锥体:自下而上地按龄级由小到大的顺序将各龄级个体数或百分比用图形表示 种群结构种群的出生率( natality)和死亡率(mortality) 种群的内禀增长率与环境容纳量 (生殖潜能 -环境阻力 )种群的空间分布和阿利氏原则 (1)随机的(random);(2)均匀的uniform);3)成丛的(clumped)(或聚集的) §3 群落 群落 ( biotic community )是指在一定地段或生境中各种生物种群构成的集合。群落的基本特征 : 1、具有一定的种类组成 2、具有一定的结构 3、具有一定的动态特征 4、不同物种之间存在相互影响 5、具有一定的分布范围 6、形成一定的群落环境 7、具有特定的群落边界特征 群落的类型与分布 纬度地带性 经度地带性 垂直地带性 热带雨林 季雨林 常绿阔叶林 落叶阔叶林 针叶林 草原 荒漠湿润森林 半干旱草原 干旱荒漠 热带雨林 山地雨林 樟栎常绿阔叶林 常绿落叶阔叶混交林 针阔叶混交林 落叶阔 叶林 暖温带针叶林 亚高山针叶林 山顶矮林 杜鹃灌丛。 群落结构 水平结构 :水平方向上的配置状况 (二维结构 )-宜农则农,宜林则林,宜牧则牧 垂直结构 时间结构 :季相变化\群落演替 群落的交错区 (ecotone) 与边缘效应 两个或多个群落或生态系统之间的过渡区域。边缘效应是指增加了交错区中物种的多样性和种群密度,而且增大了某些 生物种的活动强度和生产力的现象 。如森林与草 §4 农业生态系统中的生物多样性 定义 :生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和;主要包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性三个层次。生物多样性的价值:1.提供基本食物,是人类食物的根本和不可替代的来源(现实和潜在)2.人类药物和衣着的主要来源3.提供多种多样的工业原料,如木材、纤维、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等4.多样性是维护自然生态平衡的基础5.生物多样性是遗传育种的基因源泉。 农业生态系统中的生物多样性 农业活动对生物多样性的影响   1.土地的农业利用2.农业耕作方式3.农田杂草防治措施(除草剂)4.杀虫剂及其使用5.放牧对草地生物多样性的影响6.作物间套轮作7.农业动植物品种改良      威胁中国农业生物多样性的因素 土地过度开发利用:毁林开荒、围湖造田、过度放牧等。 土地集约化:化肥、农药等高投入,农业 措施单一化。 污染:工业污染、城市垃圾、农业污染 等。导致生态环境质量和产品质量下降,物种 减少等物种单一:普遍推广高产品种,一些品种的 优良性状在丧失,野生种类下降 中国农业生物多样性的保护与开发利用 1 就地保护措施: 设立自然保护区、基本农田保护区、商品粮基地等;开展生态农业建设;治理和改善生态环境 2 迁地保护措施 (1)建立种质资源库、圃 (2)野生植物引种栽培 (3)野生动物驯(4)人工繁殖与放养(5)人工生态库建设(6)异地放养  (7)离体人工保存动物精液        生物多样性 保护生物多样性,国家在行动 害虫综合治理是一种以生态学为依据,强调诸如天敌、气候等自然致死因素的作用,并寻求对这些自然因素影响尽可能小的防治技术,以控制害虫的策略,其实质是一个应用生态学问题。赤潮保护生物多样性国际公约 1996年6月11日,在巴西的里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上,李鹏在《生物多样性公约》上签字。该公约有153个国家签字。主要内容:绪言、42条、2个附件。目标:促进保护和持续利用。原则:各国要按照其环境原则开发生物资源。《生物多样性公约》的保护措施 制定国家的保护生物多样性计划对生物多样性的组成进行调查、监测及编目。迁地保护及就地保护。关于遗传资源的获取:要保护发展中国家的利益。技术转让:发达国家要以优惠条件、非商业条件转让给发展中国家。关于财务机制:发达国家要提供援助;保护生物多样性的基金由全球基金会管理。 目前生物多样性的热点生物多样性的调查、编目及信息系统的建立。人类活动对生物多样性的影响。生物多样性的生态系统功能与生态系统的管理。生物多样性的长期动态监测。物种濒危机制及保护对策的研究。栽培植物与家养动物及野生近缘种的遗传多样性研究。生物多样性保护技术与对策。生物多样性的研究内容物种间的协同进化在农田群落的发展过程中,物种间的协同进化是在捕连续的时间、空间条件下长期相互适应的结果。所谓“协同进化”(coevolution)是指两种(或两种以上)具有密切的生态关系但不交换基因的生物的联合进化,通过生物间相互施加压力,使一方的进化部分的依靠另一方的进化而实现的。农田群落的多样性和稳定性问题农田生态系统尽管是人工生态系统,同森林、湖泊、 海洋等自然生态系统一样具有生物多样性。近十几年 来,农田中生物多样性与害虫发生的关系受到了研究者的关注。生物多样性是指生物及其所在生态复合体的种类丰富度和相互间差异性。前面已经提到它至少包括 3 个层次的范畴, 即基因多样性(或遗传多样性)、物种多样性和生态系统多样性。 大家开动脑筋想一想:生物多样性的调控策略或措施有哪些?生物多样性的调控策略或措施-农业措施 (1)采用小型和分散的田块,使不同作物的田块与非耕土地相嵌排列,为天敌创建避所和提供替代食物。害虫也可能遇到适生植物而在这种环境中繁衍扩散;但是,维持低水平的害虫或替代寄主种群对保护该区域的天敌也许是必要的。 (2)建造以多年生作物为主的农场。例如:果园被认为是一种半永久性的生态系统,比一年生的作物系统稳定。因为果园较少受到干扰,结构较复杂多样,建立天敌群落的可能性也较大,特别是当采用地面覆盖的措施时更是如此。 (3)维持较高的作物密度或保留某些具有较高耐受性的特殊杂草。 控制有害昆虫种群的分布范围改变寄主食物的条件改变群落营养结构改变系统的物理环境条件改变系统中生物成分间的信息联系改变害虫种群的遗传组成第三章 农业生态系统的综合结构 概述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 §1 概述合理农业生态系统结构的标志 生物适应环境 生物与生物之间相互配合 组分之间量比关系协调 有利于农业生产的可持续发展 有较高的生产力和经济效 边缘效应与生态交错带( ecotone) 城乡交错带(不稳定)—干湿交错带—农牧交错带 —群落交错带 §2 农业生态系统的水平结构 杜能农业区位:一、自由农作圈 二、农作圈 三、轮作农业圈 四、谷物农作圈 五、三圃式农作圈 六、畜牧圈 七、自然区域 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。 种间关系在农业生产中的应用 1) 农作物间作套种 共生,互利 2) 生物防治病虫害及杂草 竞争,偏利,捕食,寄生 种群指数增长的应用虫害预报、防治适宜期、防治策略种群阻滞增长的应用增强环境阻力、减少病虫爆发 R对策k对策在种植业生产中的应用产业结构调整中防治r对策生物推广过快,大起大落,促进k对策生物增长,防治种群过大导致重大损失 §3 农业生态系统的垂直结构 大尺度地形变化地形变化:从低热层(甘蔗、冬春季蔬菜、热带性果树、药材等) 中暖层:发展粮、油、生猪、蚕桑、烤烟等) 高寒层:细毛羊、冷杉、铁杉等 小尺度地形变化 如广东潮州市官塘区秋溪乡的农业生产布局, 坡顶用材林,坡腰经济林、果树,坡脚果树, 旱地蔬菜、旱粮,水田水稻,低洼地养鱼等。 农田立体模式 农作物间作:玉米 // 大豆(甘薯、棉花), 小麦 // 棉花(蔬菜),棉花 // 油菜等。 / 套作, // 间作, - 复种, →隔年,×混作稻田养鱼:鱼类取食浮游生物和水稻害 虫,减少病虫害,增加水体氧气;鱼类的粪便 和排泄物作为水稻的肥料。主要分布在四川、 湖南、江西、江苏、广东 §4 农业生态系统的营养结构 食物链 (food chain) :食物链是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。食物链是生态系统营养结构的基本单元,是物质循环、能量流动、信息传递的主要渠道。食物链的类型 :1.捕食食物链 (grazing food chain) :从绿色植物开 始,再到草食动物,肉食动物。如青草 - 兔子 - 狐狸 - 老虎 2.腐食食物链 (detritus food chain) :又叫碎屑食物链,主要以死的有机体或生物排泄物为食物,将有机物分解为无 机物。如:植物残体 - 蚯蚓 - 鸡 3.寄生食物链 (parasite food chain) :以寄生方式取食 活的有机体而构成的食物链。如:大豆 - 菟丝子,蛔 虫 - 马(牛) 实际生态系统中,经常是以食物网的形式存在。 食物链结构类型 食物链加环及类型: ( 1 )提高农业生态系统的稳定性。农业生态系统食物链结构简单,引入捕食性昆虫或动物 可抑制病虫害发生。( 2 )提高农副产品的利用率( 3 )提高能量的利用率和转化率。如绿肥 - 回田 变为绿肥喂牛或猪。 ( 1 ) 生产环:将非经济产品转化为经济产品( 2 ) 增益环:加大了生产环的效益,如猪、鸡粪 - 蚯蚓 - 饲料 - 促进猪、鸡的消化( 3 ) 减耗环:捕食性天敌的引入,减少生产消耗, 增加系统生产力 ( 4 ) 复合环:具有两种以上的功能。稻田养鱼、鸭 具有减耗、生产的功能 ( 5 ) 加工环:通过加工增值,有传统加工,多次加 工等。木材 - 家具;玉米 - 淀粉、玉米油。食物链加环应注意:加环并非越长越好;讲究综合效益 作物对水分的生态适应性喜水耐涝型水稻、稗、高粱、高秆玉米年降水大于800毫米,可种植水稻喜湿润型陆稻、燕麦、黄麻、烟草、多数叶菜类、根菜类、黄瓜、马铃薯甘蔗、茶、毛竹、柑桔(高山、多雾、名茶)中间型一般大田作物,小麦、棉花、玉米、大豆耐旱怕涝型高粱、谷子、甘薯、苜蓿、花生、向日葵、蓖麻 耐涝顺序:高粱、玉米、棉花、花生、大豆、谷子、甘薯、芝麻耐旱性顺序:谷子、糜子,高粱,玉米耐旱又耐劳型高粱、田箐,绿豆、黑豆雨养农业作物布局特点干旱地区年降水量小于250毫米干燥度(k)大于4.0 荒漠、沙漠景观,只有少数低矮灌木或草被,植被覆盖率小于10% 半干旱地区年降水量250-500,干燥度k=1.5-4.0 矮草原为典型植被,乔木少见(避风多雨处可见) 200-400,k=2.4,以牧业为主 350-400,k=1.5-2.0,喜凉耐旱作物,春小麦、谷子、荞麦、青稞等半湿润地区年降水量500-1000,干燥度k=1.0-1.49 500-750,高草原 750-1000,落叶阔叶林与针叶林,有森林分布主要农业区,湿润地区年降水量1000毫米以上,干燥度k<1.0(长江以南)主要农区水稻、旱作、山林、山草坡灌溉农业作物布局特点有水则水,无水则旱稻、麦、棉多种植雨季作物夏秋作物为主,玉米、小麦同心圆分布水稻、小麦、玉米、蔬菜在第一圈棉花、大豆在第二圈花生、谷子、高粱、芝麻在第三圈节水灌溉水稻半旱种植,地膜覆盖作物(稀植) 喜光作物?棉、高粱、谷子、果树,稻、麦、大豆,耐荫作物?叶菜类、茶树短日照作物?大豆、棉花、玉米、高粱、水稻、甘蔗、甘薯,长日照作物?大小麦、燕麦、苜蓿、油菜、罗卜、甜菜中性日照作物?番茄、四季豆、黄瓜、菜豆 喜凉耐寒作物?冬麦、冬大麦、冬黑麦喜凉耐霜作物?油菜、豌豆、向日葵、春麦越冬叶菜,温凉型作物?大豆、谷子、甜菜、红麻等温暖型作物?水稻、玉米、棉花、甘薯、芝麻、田箐、黄麻、烟草、花生等喜水耐涝型作物?水稻、稗、高粱、高秆玉米耐旱怕涝型作物?高粱、谷子、甘薯、苜蓿、花生、向日葵、蓖麻作物对土壤肥料的生态适应性土壤质地适应性适应砂性土壤类型块根、块茎、地下果实型花生、甘薯、马铃薯苜蓿、沙打旺、南瓜、西瓜、桃、葡萄等适应粘性土壤类型水稻,小麦、玉米、高粱、大豆适应壤土类型大多数作物土壤适应性的相对性限制因子的消除,灌溉、排水、肥力酸碱度适应性适宜于PH值5.5-6 荞麦、马铃薯、燕麦、甘薯、小花生、油菜、烟草适宜于PH值6.2-6.9 大麦、玉米、花生、油菜、大豆、棉花、向日葵、甜菜水稻、高粱等适宜于PH值7.5以上苜蓿、棉花、甜菜、高粱、草木樨等对碳酸钙的忍耐性(从大到小)高粱、小麦、大豆、玉米、甘薯、棉花、花生,马铃薯、柑桔、香蕉,烟草、茶、橡胶盐碱度适应性耐盐较强的向日葵、高粱、田箐、苜蓿、芦苇中等耐盐的棉花、甜菜、油菜、葡萄不耐盐的谷子、小麦、甘薯、马铃薯、蚕豆耐碱小麦、大麦、棉花中度耐碱水稻敏感豆类 极端敏感柑桔耐肥与耐瘠耐肥玉米、蔬菜喜肥小麦、棉花、杂交稻、甘薯耐瘠豆科、高粱、荞麦、黑麦 2.5.5.养地与耗地作物类型养地 豆科耗地 禾本科富氮(易于腐烂) 豆科富碳(富有机质、不易腐烂)禾本科半养地(还田作物、落叶落花)棉花、油菜、花生联合国提出的作物土壤条件坡度 高产 中低产 最佳 临界 最佳 临界大多数农作物 0-8 8-16 0-3 8-24 果树 0-16 16-30 0-16 16-50 淹排水状况大多数农作物 最佳 临界对盐水而言 不淹水 偶然排水对排水而言 良好排水 微过量排水 质地一般作物 最佳条件 壤土-粉砂粘壤土果树 壤土-砂粘土土层厚度 最佳 临界作物 50-100厘米以上 25-75厘米果树 100厘米以上 75-150厘米深根作物小麦 108-124,116 玉米77-213,117 高粱100-170, 棉花140-180,150 浅根作物谷子、芝麻、豆类 适应沙性土作物?花生、甘薯、马铃薯、苜蓿、沙打旺、南瓜、西瓜等适应粘性土作物?水稻,小麦、玉米、高粱、大豆耐碱性土作物?苜蓿、棉花、甜菜、高粱、草木樨等稍耐酸性土作物?荞麦、马铃薯、燕麦、甘薯、小花生、油菜、烟草耐盐强的作物?向日葵、高粱、田箐、苜蓿、芦苇中等耐盐作物?棉花、甜菜、油菜、葡萄 耐碱作物?小麦、大麦、棉花碱敏感作物?豆类,柑桔耐肥作物?玉米、蔬菜耐瘠作物?豆科、高粱、荞麦、黑麦养地作物?豆科耗地作物?禾本科半养地作物?棉花、油菜、花生 作物与地貌适应性天山北坡海拔与植被分布祁连山北麓(甘肃省民乐县)海拔与作物分布第四章 农业生态系统的能量流动 能量流动的基本规律 初级生态系统中的能流 次级生态系统中的能流农业生态系统中的辅助能农业生态系统的能量关系 §1能量流动的基本规律生态系统的能量来源 1.太阳能:占 99% 以上 2.自然辅助能 (natural a uxiliary energy ) :如 地热能、潮汐能、核能等占 <1% 3. 人工辅助能 (artificial auxiliary energy) :人畜 力、燃料、电力、肥料、农药等农业生态景观 与农业生态系统的水平结构 能量流动的特征 1 .能流是单向流动 2 .能流是能量不断递减的过程 3. 能量流动的途径和渠道是食物链 (food chain) 和食物网 (food web §2 初级生产的能量转化 初级生产:是指自养生物利用无机环境中的能量进行同化作用,在生态系统中首次把环境的能量转化成有机体化学能,并贮存起来的过程。 净初级生产量 = 总初级生产量 - 呼吸量 作物生产力估算的重要意义在于: 1.提供作物的理论产量,定量表达在一定的气候、土壤和农业技术水平下作物可能达到的生产能 力,预示农业的发展前景;2.为国家或地区制定农业发展规划,确定投资方向及有关农业政策的依据;3.是估算土地人口承载能力的基础;4.是揭示作物生育规律、产量形成与环境条件相互作用的机制,对定量分析资源利用程度、生产、潜力、产量限制因素等的有效的手段。 提高农业初级生产力的途径 1、因地制宜,增加绿色植被覆盖,充分利用太阳辐射能,增加系统的生物量通量或能通量,增强系统的稳定性。 2、适当增加投入,保护和改善生态环境,消除或减缓限制因子的制约。 3、改善植物品质特点,选育高光效的抗逆性强的优良品种。 4、加强生态系统内部物质循环,减少养份水分制约。 5、改进耕作制度,提高复种指数,合理密植,实行间套种,提高栽培管理技术。 6、调控作物群体结构,尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。       §3 次级生产的能量转化 次级生产:是指异养生物的生产,也就是生态系统消费者、分解者利用初级生产量进行的同化、生长发育、繁殖后代的过程 。次级生产者:大农业中的畜牧水产业和虫、菌业生产都属次级生产。次级生产在农业生态系统中的地位和作用 1.转化农副产品,提高利用价值 2.生产动物蛋白质,改善食物构成。3.促进物质循环,增强生态系统功能。4.提高经济价值。 §4 生态系统中的辅助能生态系统的辅助能 人工辅助能对农业增产的意义 1.辅助能输入的作用是改善不良的生态环境条件,解除环境中一些限制因子的制约,促进农作物对日光能的吸收、利用和转化。2.总的来说,随着人工辅助能投入的增加,特别是工业辅助能投入量的增加,产量明显提高。3.工业辅助能投入的增加也带来了能源短缺、环境污染和成本提高等问题。今后应优化辅助能投入,提高辅助能的利用效率。未来农业更多的是应该更多地投入科学技术和信息,替代工业辅助能的直接投入。农业生态系统的能流特征和转化效率 1.自然生态系统与农业生态系统的比较 自然生态系统:主要是自然辅助能。 农业生态系统:自然辅助能和人工辅助能能量的大量输入输出。 2.不同类型农业生态系统的比较不同历史发展时期: 原始农业( primitive agriculture) :辅助能投入少,生产力低 传统农业( traditional agriculture) :辅助能投入多,生产力相对高 现代农业 (modern agriculture) :辅助能投入更多,生产力大大提高 、次 级生产的改善途径 §5 生态系统的能量关系 生态系统的能流路径 1.太阳辐射能通过光合作用进入生态系统,成为生态系统能量的主要来源。2.以植物有机物质形式贮存起来的化学潜能,沿着食物链和食物网流动,驱动生态系统完成物质流动、信息传递等功能。3.化学潜能贮存在生态系统的生物组分内,或者随着产品等输出,离开生态系统。4.植物、动物和微生物有机体通过呼吸作用释放热能,并散失。5.辅助能对以太阳辐射能为始点,以食物链为主线的能量流动起辅助作用。 1.生态效率: 即食物链各环节上的能量转化效率 2.生态金字塔是指由于能量每经过一个营养级时被净同化的部分都要大大少于前一个营养级,当营养级由低到高,其个体数目、生物量或所含能量就呈现类似埃及金字塔的塔形分布。3.林德曼的十分之一定律:在自然条件下,每年从任何一个营养级上能收获到的生产量,按能量计只不过是它前一个营养级生产量的十分之一左右。   农业生态系统能流关系的调整方向 1.重视初级生产,扩大绿色植物面积,提高光能利用效率,为稳定环境和扩大能流规模奠定基础。2.调整生物组合,优化农业生态系统结构。 3.开发农村新能源,提高生物能的利用效率。 4.开发和推广节能降耗技术。5.优化人工辅助能投入,提高能量利用效率。6.大力发展农业科技和信息产业。       第五章 农业生态系统的功能-物流 生物地化循环的概念 水循环 气体型循环 沉积型循环 有毒物质的迁移和转化 放射性核素循环 生物地化循环与人体健康 §1 生物地化循环的概念生物地化循环生物地化循环的特点生物地化循环的类型生物地化循环(biogeochemical cycle) 矿物元素在生态系统之间的输入和输出,它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环,即物质循环(cycling of material) 。 生物地化循环的特点 ①物质循环不同于能量流动,后者在生态系统中的运动是循环的; ②生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。库是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的,可分为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大,元素在库中滞留的时间长,流动速率小,多属于非生物成分;交换库则容量较小,元素滞留的时间短,流速较大。物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量称流通率。 ③生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。 ④元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。生物地化循环的类型水循环气体型循环沉积型循环 §2 水循环(aquatic cycle) 水循环的意义:水是所有营养物质的介质;水对物质是很好的溶剂;水是地质变化的动因之一。水循环的途径 人类活动对水循环的影响:空气污染和降水;改变地面,增加径流;过度利用地下水;水的再分布。 海水用作农业生产用水 对承受着巨大人口压力而拥有18000km漫长海岸线和20779km2沿海滩涂的我国,发展海水灌溉农业的经济、社会、生态意义可想而知。海水农业指在沿海盐碱荒地或内陆盐碱地上,种植能用海水直接浇灌的盐生、有经济价值作物的农业。 海水农业开辟了扩大直接利用海水的领域,已作为现代化农业的一个新分支正在兴起,是人类面临自然灾害、生态环境恶化的合理选择与有效对策,也是21世纪农业领域令人注目的发展方向。 海水灌溉农业相当于“海水灌溉耐盐作物业”,包括需要人工增水的滨海湿地的海洋林业。从大农业系统的结构看,海水农业是农业分支;而海水灌溉农业又是海水农业的分支。海水灌溉农业不但区别于一般陆地农业,而且区别于其他海水农业。 海水灌溉农业它区别于其他海水农业的特点有两点: ①海水灌溉农业是用海水或者与淡水混合的水进行灌溉。世界上的植物能与海水相容的很多,由于地球上的海水是淡水的近百倍,海水植物的数量应该超过淡水植物。但大多数海水植物直接生活在海水环境中,如海带等藻类,红树林等木本植物,它们无须人工灌溉。 灌溉是指通过渠道和管道把水引进田间以满足作物对水需求的生产活动,包括地面灌溉、地下灌溉和空中灌溉——喷灌、滴灌、人工降雨等。目前需要和能够用海水灌溉的植物只是植物王国的极小部分。 ②海水灌溉农业的生物资源可以是海中植物,也可以是陆上植物,追求的目标是用海水灌溉陆上植物。因此, 简单定义:“海水灌溉农业是以海水资源、沿海滩涂资源和耐盐植物为劳动对象的特殊农业。” 海水灌溉农业明显的特点是海陆两大地理单元的资源交叉组合。 陆地农业的水、土、苗是陆地体系的:海洋农业中的海藻种植、红树林栽培,水、土、苗是纯海洋的;而海水灌溉农业中的水、土是海洋的,植物却是陆生的。这种资源体系的二元化是海水灌溉农业本质的特征,体现海水灌溉农业节水、产品独特等优点,直接制约着产业分布,限制在沿海岸线的狭长地带, 土地高程一般不高于海平面。 中国发展海水灌溉农业的重要性人均土地资源和淡水日益缺乏, 海水灌溉农业是合理选择巨大生态环境价值,决定海水灌溉农业的地位独特产品使海水灌溉农业具有独特经济价值 海水灌溉农业的成功有可能为内陆盐碱地农业利用开辟道路 人均土地资源和淡水日益缺乏,海水灌溉农业 是合理选择 自1985年以来,中国大陆每年净增人口1500~1800万,而耕地面积仅占大陆国土的14%,人均耕地不及世界平均数据的1/2,全国有666个县人均耕地低于联合国食物和农业组织确定的0.53hm2警戒线。耕地的质量不高,分布在平原、盆地的仅占34%。 中国人食物主体是粮食,人均占有量只有400kg,全国还有6000万人口没有完全脱贫。农业是用水大户,约占用水总量的70%,但我国还有61%的耕地没有水资源保证。因此,一个拥有大量闲置滩涂和海水的国家选择海水灌溉农业是合乎逻辑的。 巨大的生态环境价值,决定了海水灌溉农业的地位沿海地区生态环境脆弱,土地盐碱化、风沙化严重。原因是地下水位高,矿化度大,随土地毛细管蒸发,水变成蒸汽,而把盐碱留在地表。如果改地下水地表蒸发为通过植物叶片蒸腾,地下水中的盐分就积聚不到地面上来,耐盐作物植被覆盖了地面,抑制了风沙,腐败的枝叶和根部微生物活动还会提高土壤肥力。 有些耐盐植物如大米草、互花米草等,具有良好的消浪、促淤、护滩作用。江苏大米草种植两年,使草丛滩面抬高10cm。射阳县进行互花米草保滩护岸生态工程试验,20km海岸每年可节约护岸工程费用200多万元。 独特产品使海水灌溉农业具有独特经济价值耐盐作物多数品种是陆地农业没有,即便与陆地共有品种性状也有较大区别,所以有独特使用价值。山东师大李法曾教授研究,中国耐盐植物经济价值有8大类型: ①药用76种,如补血草、枸杞、甘草、水麦冬等; ②牧草29种,如滨麦、海边香豌豆、苜蓿等;油脂类19种,如碱蓬、野大豆、月见草等; 枸杞为茄科落叶灌木或小乔木,耐旱、耐瘠薄,耐盐碱,成苗可耐盐0.6%。枸杞子具有补肾益精、养肝明目、降低血糖、胆固醇、血压脂肪等功能,同时也是盐碱地绿化好材料。补血草蓝雪科,多年生草本植物,肉质发达,花冠黄漏斗状,花枝常年不落,经久不衰,可做干花,有极高观赏价值,自然分布于盐碱地,适宜人工栽植。耐盐1%左右。碱蓬藜科碱蓬,属一年生草本植物,抗逆性及耐盐能力强,是典型的盐碱地指示植物。 ③鞣料类16种,如海莲、红树、海桑等;纤维类20种,如芦苇、筛草、罗布麻等; ④芳香油类10种,如海州蒿、薄荷等; ⑤食物类26种,如大叶藻、珊瑚菜、地瓜苗、沙枣、海菖蒲等; ⑥绿化、⑦建材及⑧薪炭类27种,如大米草、芦苇、柽柳、红树、盐桦、海芒果等。 罗布麻夹竹桃科多年生灌木,耐盐0.5%以下,叶子是治高血压中药,已加工成降压药和降压茶;其纤维是良好的高级纸原料。该植物还可以作盐地绿化的重要植物。沙枣胡颓子科落叶灌木或小乔木,具有抗风沙、耐干旱、耐盐碱的特点。用途广、经济价值高,有根瘤,能改良土壤、提高土壤肥力,是我国重要的盐碱地造林树种。 美国亚利桑那州立大学塔可逊环境研究实验室,从800种耐盐植物中筛选出一种海蓬子,可用海水灌溉和漫灌,其种籽含油量占重量的30%,油中含有73%的亚油酸,优于大豆,具有食用、药用价值,油饼还富含40%的蛋白质,是高营养饲料。  海蓬子海水灌溉农业的成功有可能为内陆盐碱地的农业利用开辟道路除沿海滩涂,我国还有约3.7×107hm2的内陆盐碱荒地,包括咸水湖周边的滩涂。若解决海水灌溉关键技术和农艺问题,尤其培育出优良抗盐作物,就有可能给内陆盐碱荒地农业利用提供启发和某些通用技术。或许这种连带的、扩展的经济、社会、生态价值更为可观,有可能为国家扶贫大业做出意外的贡献。中国发展海水灌溉农业的可行性资源丰富技术问题已初步解决 资源丰富海水灌溉农业必需的自然资源包括海水、滩涂和耐盐植物,这在我国都不缺乏。我国有大陆岸线18000km,海岛岸线14000km, 沿海滩涂2077900hm2,由于入海江河携带大量泥沙,河口滩涂还以每年2.0~3.0×104hm2的速度继续淤长。盐生植物即是具有适应盐化生境形态和特性的植物区系: 根据其对过量盐类适应特点分为: ①聚盐性植物,如海蓬子、海岸灯心草 ②泌盐性植物,如柽柳、大米草; ③不透盐或抗盐植物等。 根据其生境特点分为: ①沉水类即直接生活于海水中的,如大叶藻属、喜盐草属; ②湿生类即生于海岸滩涂的,如红树林、水麦冬等; ③旱生类即生于盐碱土地的,如假木贼属、猪毛菜属等。山东师大生物系多年调查,确定我国有盐生植物424种,隶属于66科200属。技术问题已初步解决盐生植物的筛选、改良和利用细胞工程和基因工程培育耐海水和高度耐盐的农作物新品种 耐盐(耐海水)植物的综合开发白刺星星草禾本科,碱茅属草本植物,耐瘠薄、耐寒、耐盐碱能力强,在1%以下土壤生长,绿期可达290天以上,是盐碱地绿化的优质材料。亦是盐碱地的优质牧草植物芦笋(龙须菜)耐盐小麦 细胞工程和基因工程培育耐海水和高度耐盐的农作物新品种 利用植物离体培养技术,中国、印度和菲律宾的科学家分离获得耐高浓度盐的水稻突变体。中科院植物所通过细胞工程技术,筛选培育出可用1/3甚至1/2海水浇灌的蔬菜10余种。 海南大学林栖凤研究小组较早开展海洋植物抗逆基因研究,将红树中的抗盐DNA导入豇豆、番茄和辣椒等蔬菜品种中,获得耐盐性较强,能用海水灌溉的材料。耐盐番茄中果型,适宜保护地栽培的或露地早春栽培;抗寒、抗盐、无限生长型单株,果高桩型;每果序4-8果、坐果率高、单果重70-100g,糖度5.0-6.0%,Vc含量为41.4mg/100g鲜重;耐贮藏、利于通风透光,适于保护地栽培,产量可达5000~8000kg。 渗透调节作为一种植物耐盐机制已被公认;代谢改造以提高这些渗透调节物质的生物合成水平是耐盐基因工程的首选策略。渗透调节物质如脯氨酸、甜菜碱、甘油、山梨醇、甘露醇、肌醇及其衍生物。 盐生植物山菠菜耐盐的相关基因——甜菜碱醛脱氢酶(BADH)cDNA最早被Weretilnyk和Hanson克隆,后来又相继从甜菜、大麦、大肠杆菌、高粱、水稻中克隆出BADH基因。目前BADH基因已经转入烟草、草莓、水稻、小麦、豆瓣菜中,转基因植物的耐盐水平有不同程度的提高。 Tarczynski等将大肠杆菌1-磷酸甘露醇脱氢酶基因(mtlD)转化烟草,烟草获得了合成和积累甘露醇的能力,转基因烟草表现出强的耐盐性。 刘俊君等克隆了大肠杆菌的mtlD基因和gutD基因,获得分别表达mtlD和gutD基因的单价转基因烟草,首次证实gutD基因的表达能显著提高转基因烟草的耐盐性。他们将mtlD基因和gutD基因构建在同一表达载体中,通过农杆菌介导法转化烟草,发现双价转基因烟草比单价转基因烟草的耐盐性强。 中科院遗传所已获得转mtlD和gutD基因的耐盐草莓,转基因草莓可在0.4%~0.8%盐中生长。中科院海洋所邢军武经多年观察、试验,筛选并成功培育出一种可在盐碱环境灌溉海水的碱蓬品种,种子含油30%,不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的91.8%,人体必需脂肪酸占80%,可用于生产蔬菜、食用油和保健品。 中科院植物所对芹菜、青菜、叶用甜菜、甘蓝、豆瓣菜、番茄、菠菜等18种蔬菜的300个材料进行大规模种质资源筛选,从芹菜、叶用甜菜等植物中筛选出20多个能耐1%NaCl或1/3海水盐度的蔬菜品系,产量达到淡水水培的80%~90%,其中芹菜的一个品系可在1/2海水中正常生长。叶用甜菜 3.2.3 耐盐植物的综合开发沿海滩涂种植耐盐(海水)植物主要用于生产蔬菜、油料及饲料等(表3-14),目前尚处于试验示范阶段,应进一步加快产业化开发的进程。 碱蓬: 营养成分全, 鲜嫩茎叶蛋白质含量占干物质40%,与大豆相似,且茎叶中含有大量人体必需的氨基酸、维生素、胡萝卜素以及Ca、P、Fe、Cu、Zn、Mn、Se等微量元素,许多指标高于螺旋藻。盐地碱蓬 鲜嫩茎叶有特异海鲜味,口感好,可作为保健蔬菜。我国沿海居民早有食用碱蓬叶的历史,近年来碱蓬叶出现在高级宴席上,干燥碱蓬叶可制成小包装进入市场。 三角叶滨藜: 具有低脂肪和高维生素C的特点,微量元素Fe、Mn、Zn、Cu含量丰富。对该物种引种的生态学、毒理学、营养价值测试和应用的研究表明该植物叶无毒可食,口感好(与菠菜、苋菜类似),烹调中叶绿素不易分解。 滨藜 北美海蓬子: A.北美海蓬子生物学特性北美海蓬子(SalicorniaBigeloviiTorr.)隶属于藜科(Chenopodiaceae)盐角草属(Salicornia),该属在全世界大约有50多个种。北美海蓬子生长于北美温带及亚热带地区的海滨及内陆盐沼中,为一年生双子叶草本植物。海蓬子北美海蓬子经济开发价值北美海蓬子可做油料作物(种子与饼粕)、饲料作物(地上部生物量)、蔬菜作物(嫩枝嫩茎)、生物能源作物(燃料)和环境改良作物(覆盖地表、养殖废水处理)等。目前,北美海蓬子已形成了商业化生产,其主要产品有油脂与蔬菜。 海蓬子嫩枝嫩茎部分是一道鲜美多汁、咸咸脆脆的绿色时令蔬菜,也可作为色拉腌菜。北美海蓬子嫩尖富含维生素A、C和矿质元素如Na、K、Ca、Mg以及多种人体所必需的微量元素如I、Fe、Cu、Zn、Mn等。北美海蓬子青嫩时,其肉质梗和籽荚是绿色美味的蔬菜。在欧洲特别是法国和英国,当地居民习惯在海蓬子营养生长期(大约5~7月)将其嫩茎部分从野外采回,或作色拉,或做腌菜。美国国际海蓬子公司与名厨合作,已经研发出10多种不同风格的海蓬子菜谱以及罐头制品。此外,海蓬子嫩尖组织中的皂角甙对于降低血管壁上胆固醇的活性具有明显作用。在欧洲,海蓬子被用作治疗肥胖症的传统草药。海蓬子本身微咸,烹调时不用加盐,鲜嫩可口,别有风味。 北美海蓬子种子中的含油量高达29%,油脂中不饱和脂肪酸含量高达90%,而其中人体所必需的亚油酸含量就达74%,是一种优质食用油脂。据测定不饱和脂肪酸含量在900g/kg,其中亚油酸含量达700g/kg以上, α亚麻酸60g/kg左右;油酸约110g/kg。亚油酸和α亚麻酸都是人类生长发育的必需脂肪酸,具有降低血脂、防治动脉粥样硬化、提高视力、增强智力等功能, 因此海蓬子籽油均为营养价值很高的营养保健油。榨油后的饼粕含粗蛋白43.5%,粗纤维7.6%,灰分8.7%,是优良的蛋白饲料。海蓬子饼粕中的主要抗营养因子为皂角甙(30g/kg),皂角甙味苦,也影响海蓬子饼的动物适口性。Glenn等的试验发现,在海蓬子饼中添加1%的胆固醇,可以有效地去除皂角甙抗营养效应。此外,榨油制饼的子粒先用1%的NaOH溶液浸洗,也可收到同样的脱毒效果。合理调节海蓬子饼在动物饲料中的添加剂量,也是控制皂角甙抗营养效应的一种有效方法。 2003年印度中央食盐与海洋化学研究所最近从古吉拉特邦沿海一带生长的植物海蓬子中,成功地提炼出营养丰富的食用盐。据称,这是世界上首次从植物中提炼出食用盐。这种独特的植物盐富含钾、钙、镁、铁等微量元素,加工过程中无需添加任何化学物质,因此堪称“天然营养盐”。 海蓬子作为高产油料作物已经被我国列入国家海洋“863”计划。现在国际市场价是每磅8美元,国内每公斤7元,有很好的社会效益和生态效益前景。目前栏冲村已成功引种了10余公顷海蓬子,亩产最高可达2800公斤。2003年6月广西壮族自治区防城港市港口区光坡镇栏冲村利用低产旧盐田引种的海蓬子远销上海等地,尝到甜头的农民喜上眉梢。 ④ 蔬菜:海南大学林栖凤教授等,以盐生植物为供体,蔬菜为受体,运用花粉管通道技术,将海岸耐盐植物红树林DNA导入普通茄子、辣椒,获得了耐盐能力明显增强的后代。 海水灌溉农业发展的限制因素主观需求不足。沙特政府在第6个发展计划中把“海水用于农业”放在国民经济技术的重要位置。中国虽面临12亿人口压力,但内陆农业还有潜力,近年粮食形势好转,不搞海水灌溉农业仍然过得去,愿望不那么强烈;海水灌溉农业不是“短平快”,试验周期可能很长,结果没把握。 资源匹配条件严格中国虽有海水、滩涂、盐生植物,但不是天然协调组合。对某一地区,有海水不一定有滩涂;有滩涂不都用于搞海水灌溉农业;有海水和滩涂,不一定有适宜的作物品种,因为耐盐和抗盐植物品种,耐盐程度、生长气候条件等,有很大差别。 用海水漫灌引起土壤严重盐渍化必须选择能灌能排的地方种植,并要求有廉价高效的防渗漏措施。 §3 气体型循环(gaseous cycle) 氧循环碳循环氮循环 氧循环(oxygen cycle) 碳循环(carbon cycle) 氮循环(nitrogen cycle) §4 沉积型循环(sedimentary cycle) 磷循环硫循环磷循环(phosphorus cycle)沉积型循环硫循环(sulfur cycle) §5 有毒物质的迁移和转化有毒物质的类型有毒物质的迁移和转化有毒物质循环的典型代表----汞循环有毒物质的类型有毒物质(toxic substance)又称污染物(pollutant),按化学性质分两类。无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物;有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入环境的,其物理和化学性状未发生变化的污染物,又称原发性污染物;后者是由前者转化而成,排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化,或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物,又称继发性污染物。有毒物质的迁移和转化迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等;转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用,会发生物理的化学的和生物化学的变化。 汞循环(mercury cycle) §6 放射性核素循环放射性核素可在多种介质中循环,并能被生物富集。放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层,然后,通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。人和生物既可直接受到环境放射源危害,也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。放射性物质由食物进入人体,随血液循环遍布全身,有的放射物质在体内可存留14年之久。 §7 生物地化循环与人体健康地方病:自然界由于环境条件的不同,地表元素发生迁移,常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常导致某些生态系统中生命元素含量的异常,或不足,或过剩,从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性,故称“地方病”。微量元素循环:地方病大多数与微量元素有关。碘的循环与分布特点:碘由陆地随水进入海洋,由海洋逸出进入大气,再通过降水进入陆地,形成一个大循环。在生物中,通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少于平原,平原少于沿海,沿海少于海洋。微量元素与人体健康:碘缺乏:缺碘症:甲状腺肿大,智力低下,影响胎儿发育等。硒缺乏:引起克山病、大骨节病,也被认为是引起癌症的主要因素。农业生态系统中的养分循环与平衡农业生态系统中养分循环的一般模式弗里斯的土壤 植物 动物 土壤模式(一)植物库,家畜库,土壤库(二)养分在几个库之间的转移沿一定路线,31条。(三)各种养分元素在各库之间完成一次循环所需时间长短不一,养分在转移循环中各作用过程经历时间长短不一样。(四)各养分平衡状态的把握农业生态系统中养分循环及特征 1.封闭性低于自然生态系统。 2.自我维持能力缺乏,要靠大量投入物质才能维持系统的养分平衡。 有机质与农田养分循环有机质在养分循环中的作用(1)载体(2)为土壤微生物提供生活物质(3)吸附阳离子(4)保蓄水分、抑制有害线虫繁殖、形成腐殖酸农田土壤有机质的积累和分解(1)来源是作物载体(2)有机氮与无机氮合理配比保持农田生态系统养分平衡的途径种植制度中合理安排归还率较高的作物及其类型。建立合理的轮作制度。农、林、牧结合,发展沼气,解决生活能源问题,促使秸杆还田。农产品就地加工,提高物质的归还率 物质循环中的环境问题化肥对环境的影响(1)化肥对土壤的污染(二)化肥对水体的污染:1施肥与水体富营养化2施肥与大气污染农药对环境的污染及生物浓缩(1)农药对大气的污染(2)农药对水体的污染(3)农药对土壤的污染:土壤的吸附使农药残留与土壤中;农药在土壤中进行气迁移和水迁移,并被作物吸收;在土壤中发生化学、光化学和生物降解,残量渐少(4)生物的浓缩:生物富集 对策 增施有机肥 推广配方施肥技术 施用硝化抑制剂 改进施肥方法(氮肥深施,主要是指铵态氮肥和尿素肥料) 对于施肥造成的土壤重金属污染,可采取施用石灰,增施有机肥,调节土壤氧化还原电位等方法降低植物对重金属元素的吸收和积累,还可以采用翻耕、客土深翻和换土等方法减少土壤重金属和有害元素 思考题何谓生物地化循环?有哪些主要特点?概述生态系统中碳循环的主要过程和特点,并对“温室效应” 的形成机制作一说明。用图解和叙述的方式介绍一种沉积型物质循环。什么是一次污染物、二次污染物?说明放射性核素在生态系统中的迁移特点。什么是“地方病”,列举一种地方病,并说明与生物地化循环的关系。以碳、氮为例,说明生物地球化学循环的基本过程及特点。 第六章 农业资源与效益 农业资源资源利用的生态经济规律 课堂练习 1.关于南方丘陵山区农业资源的叙述,正确的是( ) ①河流众多,水系发育,使地表侵蚀切割强烈,增加了开发难度②农业开发历史悠久,土壤肥沃,有机质含量丰富③生物资源种类丰富,并已充分发挥其潜力④每年春季受低温阴雨影响,对早稻播种不利 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 2.下列有关南方丘陵山区生态环境的叙述,正确的是( ) ①该地区由于人口密度大,因而土地的负载量较重②本区气候湿润,植被破坏后能很快恢复③本地区经济较发达,大量非耕地资源利用合理,经营效益高 ④由于生活能源紧缺,于是乱砍滥伐,导致水土流失严重 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 3.“红色荒漠”形成的自然原因主要是( ) A.风化作用 B.风蚀作用 C.水蚀作用 D.沉积作用 4.“红色荒漠”形成的人为原因主要是( ) A.滥伐森林 B.过度放牧 C.开山取石 D.环境污染 资源利用的生态经济规律资源经济学第二定律: Second law of resources economy 在一定的经济条件下,以公共资源形式存在的生物种群数量会稳定在一个水平上,在这个水平上对其开发利用的收益恰好对于其成本。 收益 R=PEN-CE P 为价格, E 开发能力, N 为种群数量, C 为单位开发能力成本, 定义:以物质闭环流动为特征的经济目标:在资源不退化甚至得到改善的情况下促进经济增长。原则:减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、资源化(Recycyle) 线性经济:资源—生产—消费—废弃物     排放      单向流动循环经济:资源—生产—消费—废弃物     排放—资源  反馈式流程 Disanjie:农业生态系统的效益农业满足人类利益的效果,包括经济效益、生态效益、社会效益。 引起环境问题的原因: ③粗放型的经济增长 高消耗,低产出,只追求速度,不追求效益,技术管理方式落后,科技水平低,意识淡薄,法制不严。 煤的形成 1.北半球>南半球 2.主要在北半球的欧亚大陆,在北美洲,美国和加拿大。 3.南半球---澳大利亚和南非 石油的分布: 世界:中东地区 中国:华北,西北(新疆)东北煤和石油燃烧后的主要产物都是CO2和H2O,都有SO2\NOX CH4+2O2===CO2+2H2O “西气”主要指在中国西部新疆发现的天然气资源。 新能源:太阳能、风能、地热能和潮汐能、生物能(可再生)核能(不可再生) 。这些能源的利用,不但可以部分解决化石能源面临耗尽的问题,还可以减少对环境的污染。 风力发电 特点 : (1)清洁的能源,可再生 (2)适合在农村推广使用 第七章 农业生态系统的调控与优化设计 §1农业生态系统的调控机制 自然调控机制人工调控机制 自然调控机制自然调控机制:反馈调控、多元重复补偿稳态(光温对作物生长发育的调节,昼夜节律对家畜家禽行为的调节,林木自疏。)反馈机制个体水平上,通过正负反馈,使得个体与环境、个体与群体之间保持一定的协调关系。种群之间捕食者与被捕食者之间的数量调节也是一种反馈机制。在群落水平上,一方面生物种群间通过相互作用,调节彼此间种群数量和对比关系,同时又受到共同的最大环境容纳量的制约。在系统水平上,交错的群落关系、生态位的分化、严格的食物链量比关系等等,都对系统的稳态机制起积极作用。生态系统的反馈调节是有一定限度的(生态阈值)多元重复补偿多元重复补偿是指在生态系统中,有一个以上的组分具完全相同或相近的功能,在外来干扰使其中一个或两个组分可以在功能上给予补偿,从而相对地保持系统的输出不变。生态系统的反馈控制和多元重复补偿保持系统的稳定性。人工调控机制经营者的直接调控 生境调控,输入输出调控,农业生物调控, 系统结构调控。 社会的间接调控:财贸金融系统的间接调控,工交通讯系统的间接调控,科技文教系统的间接调控,政法管理系统的间接调控 第二节 农业生态系统的分析和诊断系统分析概述调控对象与目标 确定系统边界 系统分析 系统评价 优化措施 优化设计 实施 系统诊断:物流、能流诊断法:1.养分循环分析 2.能流分析饲料转化率低,循环阻力R畜大区域综合诊断法1.确定诊断的对象及其边界2.地理环境条件分析3.社会经济调查与分析4.综合分析第三节 农业生态系统的优化通讯农业生态工程:对系统的结构、输入、输出及有关配套技术进行综合设计,将农业生态学知识应用于农业系统设计,自然资源和生产要素进行最佳配置,使改造农业系统达最优目标,充分发挥潜力。一、立体农业(一)平原立体农业1.林木与作物间作2.旱粮分带轮作3.蔗田棚式蘑菇立体(二)山地立体农业(三)水域立体农业:1.淡水立体养殖2.浅海滩涂立体农业3.低湿地立体农业 综合养殖 复合生态工程以沼气为接口的复合工程以食用菌为接口的复合工程以蚯蚓为接口的复合工程多层次循环复合工程第八章 农业的可持续发展 农业可持续发展的概念农业可持续发展和可持续农业农业可持续发展的支持系统及其建设农业可持续发展的概念农业可持续发展及其内容  农业可持续发展的目标首先是保持农业生产率稳定增长,提高食物生产的产量,保障食物安全;其次要保护和改善生态环境,合理、永续地利用自然资源,以满足人们生活和国民经济发展的需要。农业可持续发展目标包含了经济持续性、生态持续性和社会持续性三个方面的内容。 可持续农业的基本概念 可持续农业是管理和保护自然资源基础,调整技术和机制变化的方向,以便确保获得并持续地满足目前和今后世世代代人们的需要。因此是一种能够保护和维护土地,水和动植物资源,不会造成环境退化;同时在技术上适当可行,经济上有活力,能够被社会广泛接受的农业。 农业可持续发展的技术体系 关键技术 1 .农业资源高效利用(土地、水、气候等) 2 .农业品种的繁育及其高效种养技术:优 质、高产、抗逆 3 .农业废弃物的资源化利用技术 4 .生态农业与绿色食品技术 5. 农业信息化技术 高新技术 1 .新物种塑造 2 .工厂化农业 3 .新兴替代能源开发技术4 .新的空间领域拓展技术 区域农业的可持续发展 世界农业大国主页美国农业的现代化高度的机械化电气化良种化化学化 持续农业与与农村发展( SARD ) (Sustainable Agriculture and Rural Development) 在合理利用和维护资源与环境的同时,实行农村体制改革和技术革新,以生产足够的粮食和纤维,来满足当代人类及其后代对农产品的需求,促使农业和农村的全面发展。 SARD 有三个战略目标: 1. 温饱目标 2.促进农村综合发展的致富目标 3.保护资源和环境的永续良性循环目标              第九章 中国的生态农业   是在适应中国国情特点下产生的农业可持续发展模式,它体现了生态与经济协调的可持续发展战略,又是一项农民自发创造、政府积极支持、科技人员主动参与的伟大实践。 中国的生态农业特点:1.传统农业与现代农业生物技术有机结合2.劳动密集型与技术密集型相结合3.因地制宜建立多样化农业为一体的结构4.农业资源的深度开发与利用5.具有明显的区域性及整体优化功能生态农业原理及技术生态农业原理1.整体性原理2.生态位原理3. 食物链原理4.物质循环与再生原理 5.生物种群相生互克原理生态农业技术1.立体种植与立体种养技术2.有机物质多层次利用技术(畜禽粪便综合利用,秸杆综合利用生物防治病、虫、草害技术1.利用轮作、间混作等种植方式控制病、虫、草害2.通过收获和播种时间的调整可防止或减少病、虫、草害3.利用动物、微生物治虫、除草4.利用从生物有机体中提取的生物试剂替代农药防治病虫草害技术再生能源技术:1.沼气发酵技术2.太阳能利用技术3.风能、地热能、电磁能利用技术生态农业的几种典型模式江南低湿地区的“桑基鱼塘系统” 北方农区“庭院生态系统” 马亚农场“种、养、加、能源一体化”模式生态环境治理生态恢复(ecological restoration) 生态工程(ecological engineering,ecoengineering) 生态恢复指使受损生态系统恢复合理的结构、高效的功能和协调的关系,恢复不等于复原。受损生态系统的恢复可遵循两个模式:当生态系统受损不超过负荷并是可逆的情况下,压力和干扰被移去,恢复可在自然过程中发生;另一种是生态系统的受损超过负荷,并发生不可逆变化,依靠自然过程已不能使系统恢复,必须依靠人的帮助。生态工程马世骏(1984)认为,生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则,结合系统分析的最优化方法,设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程是考虑生态系统自我设计特点,是有利于人为和自然两者的设计;环境工程是利用一系列科学原理去净化或防治环境污染。 沼气工程与奶牛场 xiti 农业生态系统的基本组分及基本功能? 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。基本功能:能量流:农业生态系统除输入太阳能 外,还输入人工辅助能。物质流 :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: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: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。简述种群的数量特征?群落内生物个体之间可能存在的关系? 答:⑴种群大小和密度 ⑵出生率和死亡率 ⑶种群年龄和性别结构 ⑷种群的迁入和迁出 。正相互作用可按其作用程度分为互利共生、偏利共生和原始协作三种类型。 负相互作用包括竞争、捕食和寄生等。 论述农业生态系统健康的影响因子 ? (1)人类活动 人类是生态系统中不可忽视的成分,特别是农业生态系统,人类在利用和改造生态系统的过程中,起了非常重要的作用。不合理的人为干预,有时会引起生态系统的退化,对生态系统健康起着重要的影响。(2)农药、化肥、重金属及环境污染化合物 这些化合物对农业生态系统的多样性产生不良影响对环境也存在潜在威胁,工业污染物对生态系统的破坏作用更加严重。(3)生物技术 生物技术对环境是否有不良影响目前尚未定论,但基因改良生物体释放于环境可能会产生潜在的不良效应。 (4)生态入侵 生态入侵是指外源生物引入本地区,种群迅速蔓延失控,造成其他土著种类濒临并伴生其他严重危害的现象。生态入侵对生态系统的稳定性影响很大,有时甚至能使整个生态系统发生不可逆转的崩溃。(5)其他 一些偶发性的自然灾害如地震、火山爆发、洪水、干旱、龙卷风、森林火灾、战争、毒物泄漏等对生态系统的破坏程度很大,甚至对生态系统来说是不可逆转的。 论述农业生态系统中能流的调控途径 ? 能流生产作为物质生产的内涵,其在系统中的流量、流速、和系统中有较高能流转化功能的组分结构以及减少系统能流损失是决定系统物质生产力并将进一步影响人类实现即定目标的重要方面,故农业生态系统能流调控的途径应围绕4个方面做文章。 (1)扩源 扩大绿色植被面积,提高对太阳光能的捕获量,将尽可能多的太阳光能固定转化为初级生产者体内的化学潜能。(2)强库 加强库的存储能和强化库的转化效率,以保证有较大的生物能产出,可以从生物体本外界环境两个方面来考虑。(3)截流 通过各种渠道将能量尽量地截流在农业生态系统之内,扩大流通量,提高农业资源的利用效率,减少对化学辅助能的过分依赖。(4)减耗 降低消耗,节约能源,减少能源的无谓损失,发展节能、节水、节地、降耗的现代农业。 试用能量生态学原理,从环境保护的角度,论述秸杆的充分利用。原理:能量沿生态系统的食物链或食物网定向逐级流动并被各级营养级上的生命有机体逐级利用。生态工程设计:能量多层分级利用选择题 1、农业生态学研究对象主要是:A、农作物B、农业环境C、农业生态系统D、农业气候(C) 2、生态学(Ecology)一词是在那一年中第一次提出的:A、1966 B、1910 C、1809 D、1866(D) 3、生物生命活动与其外界环境之间相互的物质、能量变换过程称为:A、生物学过程 B、生态过程 C、技术过程 D、经济过程(B) 4、农业生态学的基础性体现在:A、农业生态学从物质和能量转换上研究农业B、农业生态学研究的农业生物包括了农作物、蔬菜、果树、家禽、水产类和森林等多种多样生物种群C、运用生态学理论、观点和方法研究农业生产D、农业生态学在强调生态环境的同时还得以实现农业高产为中心(A) 判断和选择题 1、鸟类啄食有蹄类动物身上寄生虫并为该动物提供报警属于原始合作的关系。( Y ) 2、晚稻、中稻、早稻为( B )生态型 A、温度 B、光照 C、土壤 D、水分 3、马—蛔虫—原生动物属于( D )类型食物链 A、捕食 B、腐食 C、混合 D、寄生 4、固氮根瘤菌和豆科植物间的共生关系属于:( C ) A、原始协作 B、偏利共生 C、互利共生 D、寄生 名词解释 1、物质循环:生态系统的初级生产者不断吸收物质,经转化后合成能量,在转化过程中有一定损但损耗的部分最终进入环境被生物利用这个过程。 2、物质循环的库与流:库即为物质在运动过程中被暂时固定、存储的场所;流即为物质在库与库之间转移运动状态。 3、生物的富集作用:指生物体从环境中吸收微量农药,并在生物体内积累的现象。 4、农业生态系统物质循环:农业生态系统是在人类生产活动的干预下,农业生物群体与其周围的自然和社会经济因素彼此联系、相互作用而共同建立起的固定、转化太阳能和其它营养物质,获取一系列农副产品的经过人工驯化的生态系统。 5、温室效应:大气中的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氯氟碳( CFCs)、水蒸气等可以使短波辐射几乎无衰减地通过,但却可以吸收长波辐射,因此,这些气体有类似温室的作用,故称上述气体为“温室气体”,由此产生的效应称为温室效应。名词解释 6、生态效率: 即食物链各环节上的能量转化效率 7、生态金字塔是指由于能量每经过一个营养级时被净同化的部分都要大大少于前一个营养级,当营养级由低到高,其个体数目、生物量或所含能量就呈现类似埃及金字塔的塔形分布。 8、林德曼的十分之一定律:在自然条件下,每年从任何一个营养级上能收获到的生产量,按能量计只不过是它前一个营养级生产量的十分之一左右。 名词解释 1、生态效益:指农业在保护和增殖资源和改善生态环境质量方面的效果。 2、农业资源:从事农业生产或农业经济活动所利用或可以利用 的各种资源。农业资源与农业生产关系密切。如劳动对象:动植物生产资料:土地生产条件:水、热、气。 3、边缘效应:由于群落交错区生态系统的特殊性、异质性和稳定性,使得毗邻群落生境重叠交错区域中,不但增叫交错区中物种的多样性和种群的密度,而且增大了某些生物的活动强度和生活力这一现象。 4、生态入侵:生态入侵是指外源生物引入本地区,种群迅速蔓延失控,造成其他土著种类濒临并伴生其他严重危害的现象。生态入侵对生态系统的稳定性影响很大,有时甚至能使整个生态系统发生不可逆转的崩溃。 名词解释 5、盐碱化:土体中对植物生长有害的水溶性盐类的积累超过一定的限度,达到危害作物生长的一种土壤类型。 6、农业效益:农业满足人类利益的效果,包括经济效益、社会效益和生态效益。 7、生态金字塔:生态系统内各种生物由于数量和所处营养级不同而形成的以能量构。 8、能量转移:绿色植物利用太阳能,通过光合作用生产食物能,食物能通过食物链和食物网,从营养级传递到另一个营养级。 9、次级生产:是指异养生物的生产,也就是生态系统消费者、分解者利用初级生产量进行的同化、生长发育、繁殖后代的过程 。 生态系统的辅助能 ? 1、提高农业初级生产力的途径? (1)因地制宜,增加绿色植被覆盖,充分利用太阳辐射能,增加系统的生物量通量或能通量,增强系统的稳定性。(2)适当增加投入,保护和改善生态环境,消除或减缓限制因子的制约。(3)改善植物品质特点,选育高光效的抗逆性强的优良品种。(4)加强生态系统内部物质循环,减少养份水分制约。(5)改进耕作制度,提高复种指数,合理密植,实行间套种,提高栽培管理技术。(6)调控作物群体结构,尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。 2、初级生产与次级生产的关系?答:(1)次级生产依赖初级生产(2)合理的次级生产促进初级生产(3)过度放牧破坏初级生产,使草原退化。 1、农业生态系统的水分管理? 答:(1)植树造林,发挥“绿色水库”作用,扩大土壤的水分库容(2)加强农田水利基本建设,提高水分利用率(3)改变耕作制度与管理方式,发展节水农业(4)防治水体污染(5)加强全流域的水资源保护与统一调度。 2、农田氮素控制的途径 答:(1)改进氮肥施用技术分次施肥、氮肥深施、缓效肥等(2) 平衡施肥和测土施肥 (3)采用硝化抑制剂(4) 合理灌溉(5) 做好水土保持工作 3、人类活动对磷循环的影响 答:(1)磷矿开采与消耗(2)磷肥的施用与流失(3)生活废水、工业污水排放导致富营养化、赤潮(红潮)论述农业生态系统中氮、磷的主要来源及其调控 答:(一)农业中氮素的来源主要有两条途径:(1)生物固氮,即通过豆科作物和其他固氮生物固定空气中的氮;(2)化学固氮,即通过化工厂将空气中的氮合成为氨,再制成各种氮肥。此外,也有少量氮在空中闪电时氧化而成硝酸,随降雨进入土壤中。 调控措施:(1)从合理利用氮素和能源来考虑,充分利用作物秸秆中的有机物质和氮素,为培肥土壤和增加畜产品创造条件;(2)从化学氮肥利用来看,要尽量减少氮素挥发和流失;提高氮肥利用率解决作物高产的氮素问题,还应当注意(1)根据农业中氮素的循环特点,即要尽量增加氮的积累又要尽量减少氮的损失;(2)善于调节土壤中的氮素,即要有充足的有效氮素共给作物,又不致降低土壤肥力;(3)合理配合施用有机肥料和化学氮肥,使之既能培肥土壤又能满足作物优质高产的氮素需要。农业中磷的主要来源:农业中磷素是含磷岩矿中的磷酸盐,经天然风化或化学分解之后,变为不同溶解程度的磷酸盐,供给作物吸收利用。 调控措施:重点是调节土壤中磷的有效性,一方面,要施用磷肥补充有效磷,但磷肥资源有限且分布不均,施用不当,则肥效较差;另一方面,水土流失及肥料淋失会导致水域的富营养化。从长远看,磷肥资源缺乏的限制可能比氮肥更严重,故应重视从多种途径实现磷的再循环及使用更多的土壤沉积态磷进入生物循环。选择题 1、农业生态系统的开放性是指( D ) A、高生物产量 B、高经济产量 C、高生物多样 D、输入输出特点 2、、能够决定地球上动物和人口生存数量的是( A ) A、初级生产量 B、次级生产量 C、热量 D、净生产量 3、捕食性天敌的引入这一环节属于( C ) A、生产环 B、增益环 C、减耗环 D、复合环 4、高投入、高能耗的农业为( C ) A、有机农业 B、生物农业 C、石油农业 D、自然农业 5、金属矿产资源属于( B ) A、可更新资源 B、不可更新资源 C、社会资源 D、工业产品资源 问答题 1、何为人工调控?农业生态系统经营者的直接调控包括那些方面? 答:人工调控是指农业生态系统在自然调控的基础上,受人工的调节与控制。人工调控遵循农业生态系统的自然属性,利用一定的农业技术和生产资料,加强系统投入,改变农业生态环境,改变农业生态系统的组成成分和结构,达到提高农业生产,加强系统输出的目的。 经营者的直接调控包括:(1)生境调控(2)输入输出调控(3)农业生物调控(4)系统结构调控。 2、森林的生态作用主要表现在哪些方面? 答:(1)涵养水源,保持水土 (2)调节气候,增加雨量(3)防风固沙,保护农田 (4)净化空气,防治污染 (5)降低噪音,美化大地 (6)提供燃料,增加肥源 3、农业生态系统的调控层次? 答:(1)从自然生态系统继承的非中心式调控机制是农业生态系统的第一层调控。这个层次的调控通过生物与其环境、生物与生物的相互作用,生物本身的遗传、生理、生化机制来实现。(2)由直接操作农业生态系统的农民或经营者充当调控中心的人工直接控制构成第二层调控。这个层次的人直接调度系统的重要结构与功能。农业生产技术是这个层次的主要调控形式之一。(3)农业生态系统调控机制的第三个层次是社会间接调控。这一层次通过社会的财政系统、金融系统、工交系统、通讯系统、行政系统、政法系统、科教系统等影响第二层次的农民或经营者的决策和行动,从而间接调控了农业生态系统。 4、自然资源与生态环境的利用分类? 答:直接使用价值:如森林提供木材、旅游等 间接使用价值:间接使用价值:森林对下游增产、吸收二氧化碳等 未来选择使用价值:如森林对未来生物多样性增加 非使用价值:如对文化传统、道德伦理等 5、系统的负反馈作用? 答:系统的运行结果作为控制信息(反馈信息),回到系统调控中心,对系统未来动态产生影响,这种作用过程称系统的反馈作用。 反馈作用可分正反馈和负反馈。

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