第二章草地农业生态系统 主讲人 华仁武团队成员 赵力吕玨泽韦富文华仁武 目录 第一节草地农业生态系统基本特征和发展 第二节草地农业生态系统的界面论与系统耦合 第一节草地农业生态系统基本特征和发展 一 草地农业生态系统的发展 草地农业是在草地背景条件下 遵循生态学原理 融合了自然景观 种植业 畜牧业 加工业与流通等多种产业而形成的既可促进经济繁荣又可导向可持续发展的一种农业生产体系 是我国精耕细作传统农业与西方 有畜农业 的结合 综观农牧业并举的发达国家 畜牧业占农业的比重一般在60 左右 如美国60 德国占74 加拿大占65 近年来 随着农业产业结构的调整和经济飞速发展的需要 我国畜牧业在农业中的平均比重也已超过30 到2010年中国占38 左右 草地在农业系统不再是传统农 林 牧的简单结合 既不是单一的植物生产 也不是单一的动物生产 而是包含多种产业 多层次的技术密集型土地资源利用系统 它将是食物系统作为整体来开发 符合合理有效地利用资源 可持续性产出 兼顾生态和生产的持续发展原则 是在草地资源合理利用前提下的最佳生产模式 二 草地农业生产系统定义 草地农业生态系统是指在一定区域的气候 水文 地貌和土壤等环境条件下 以草本植物为基础 有家畜或野生动物生存 以收获饲用植物 动物及动植物产品为最主要生产目标的农业生态系统 草地农业生态系统 草地植物 动物 益害虫和微生物 能量传递物质循环信息传递 非生物环境中 水分和热量的组合决定了草地生态系统的类型 如全年平均温度22 干旱期持续7 5个月的草地属干旱热带稀树草原 而同等热量条件下 干旱期仅2 0 3 5个月的草地则为潮湿热带稀树草原 生物因子群是草地农业生态系统的核心部分 决定了生产力水平 产品数量和类型等 各因子之间存在相互关联 制约等关系 科技水平 生产水平 生活水平组成了社会因子群 社会因子群 生物因子群 非生物因子群 科技水平生产水品生活水品 大气因子土地因子位点因子 植物因子动物因子微生物因子 草地农业生态系统的三大因子群 草地生态系统的是指是人类生产活动的干预下 草地生物群体与周围的紫檀和实惠经济因素彼此联系 相互作用共同建立起固定 转化太阳能 获取一系列农副产品和服务的生态系统 在这个系统中 人及时组成系统的成分 又是系统的调节者和控制者 三 草地农业生态系统的结构 草地农业系统是一个满足现代人的食物结构 生态和生产两者兼顾而且能持续发展的现代农业系统 它是现代化农业系统的有机组成部分 可分为 个生产层 M 后生物生产层 动物生产层 植物生产层 前植物生产层 社会投入 社会效益 草地农业结构图 表示收益返回 表示能流 表示可能的系统耦合 一 前植物生产层 前植物生产层的产品包括风景 水源涵养区 自然保护区 旅游地等 概括而言 就是以生态效益为目的 前植物生产层也称为景观层 landscapelevel 它是不以生产动植物产品为主要目的 而以景观效益为主要社会产品的生产部分 土地大气生物自然草地生态系统 市场系统 景观能输出 支撑能输入 前植物生产层结构图解 二 植物生产层 植物生产层是牧草 作物 果蔬 林木等生态系统的初级生产部分 是任何生态系统的主体 更是我国传统的农业主体 植物生产层是指植物利用日光能将无机盐类和水通过光合作用组成有机物质 如牧草 作物 蔬菜 瓜果 林木等 三 动物生产层 动物生产层是草业系统的传统构件和标志性组分 是草业系统核心生产力的表达途径 其发展水平是现代化农业的标准之一动物生产层是以家畜 家禽和野生动物及其产品为主要生产目标的生产部分 农业生态系统一半以上的生产力靠这个生产层来完成 草地农业生态系统对这一生产层次的包括 实现了以植物性食物生产为主转变为植物性与动物性食物生产并举 二者比例弹性伸缩 使得农业系统趋于多样化 四 后生物生产层 后生物生产层也称后次级生产层 它是指对草畜产品的加工 流通和分配的全过程 生物学效率在生态系统中表现出金字塔模式 而在草地农业生态系统中 其经济效益则可以通过产品加工和流通 形成经济效益放大的倒金字塔模式 四 草地农业生态系统的功能及特征 一 开放的功能 生态系统充分开放 能量 元素 信息交换通量大 表示系统生命旺盛 反之 则表示功能萎缩 系统封闭则意味着死亡 开放功能是生态系统具有生命的特征 是系统发生与发展的基础 是系统进化的基本依据 草地生态系统 水分 矿物元素 动物有机体 太阳能 支持性能量 植物有机体 收获 加工等措施 输出功能 输入功能 施肥灌溉等农业措施 加速能量流动和元素周转速度 自然状态草原生态系统日光能利用率0 005 0 001 采取农业措施可提高10倍 二 自我调节功能 系统内各组分之间及各个亚系统之间 可以通过自我调节实现相互适应 从而形成系统对生存环境的适应 这种调节适应来自生物本身的可塑性 是自然生态系统适应调节的主要方式 来自生物体本身的可塑性 生理尺度内的适应功能 改变种群结构 种群水平适应对策 种群的量和结构具有一定的调节能力 种群水平的第一步适应对策 生物对环境的适应 环境对生物的适应 农业系统中的适应 负向催化 消灭害虫 豆科牧草增产 正向催化 增施磷肥 豆科牧草增产 三 反馈的功能 反馈 feedback 是指系统的输出作为作息返回系统本身 以决定系统下一次输入行为 反馈是生态系统适应性的依据 是生命系统的必备品质 生态系统作为控制论系统 cyberneticsystem 其反馈功能具备本体 位置点 输出 输入 反馈通路这四项要素 这种全系统的自我检测与反馈是保障各组分与各功能之间协调发展并保持其适应功能的基本条件之一 系统反馈功能图 反馈 输入 生态系统本体 输出 环境 四 营养体利用和籽实利用并存的特征 发展营养体农业可以发挥植物生长的各方面优势 充分利用植物的逻辑斯蒂生长规律 对光照强度的要求不高 对气候和土地资源的时间匹配性要求不严 能够减少漏光现象 提高光能利用率 容易避开主要病虫的危害 其生物量和经济产量较高 营养价值好 生产潜力大 第二节草地农业生态系统的界面论与系统耦合 一草地农业生态系统的界面二草地农业生态系统的系统耦合三草地农业生态系统的系统相悖 一 草地农业生态系统的界面 草地农业生态系统拥有一个相对稳定的界面 系统的各种特征活动在此界面范围内进行 外部的能量和元素通过界面进行输入与输出 界面在约束生态系统本体活动的同时 也有选择地输入与输出能量 元素和信息 以实现生态系统的开放功能 界面具有对系统内部和外部所给予的压力做出反应的能力 因此可以认为它是生态系统功能的密集区和压力的敏感区 界面是生态系统间以及生态系统与非生态系统间的分界和生态系统与外界连通的中介 生态系统由若干子系统构成 每一个子系统都有自己的界面 因而界面也组成从低级到高级的界面系统 草地农业生态系统的界面系统由三个基本界面构成草丛 地境界面 界面A 形成草地子系统草地 动物界面 界面B 形成草畜子系统草畜 社会界面 界面C 形成草地农业系统 二草地农业生态系统的系统耦合 一 草地农业生态的系统耦合是指两个或两个以上具有耦合的潜力系统 在人为调控下 通过能流 物流和信息流在系统中的输入系统的系统耦合和理论的提出农业领域和输出 经过耦合后的生态系统 具有完善的结构 可释放存在的生产潜力 增加系统的生态与经济效益的作用与功能 草地农业生态系统的耦合问题于20世界80年代末发现 1994年正式提出 他的理论依据在于 生态系统的非平衡问题是绝对的 因而系统耦合的可能性普遍存在 系统耦合可使不同生态系统实现结构 功能的结合 形成不同生态系统的汇聚 产生新的较高层的生态系统 二 系统偶和理论的应用和发展草地农业生态系统的系统耦合是系统科学与草地农业生态学等多个学科交叉的产物 实现后 可大幅度提高草地农业系统的整体水平与生态服务功能 系统耦合可发生在同一地域不同农业系统之间 也可发生在同一系统内的不同生产层之间 前者称为横向系统耦合 后者为纵向系统耦合 系统耦合的草地农业生态系统中的意义 就在于生态系统进化过程中多方面导致生态系统生产潜力的释放 农业生态系统的耦合 可以多途径的甲解放生态系统中的自由能 山地 草 畜产品 良种场 绿洲 育肥场 饲料基地 市场 荒漠 信息反馈 信息反馈 耦合模式1 3 2 4 三 草地农业系统耦合的表现形式主要就有三种形式 1 种间耦合 对于草地植物学组成来说 结构良好的植物群落 或不同品种的合理混播草地 即达到了种间关系的耦合 在牧草产量和品质提改善的同时 抑制病虫害 延长草地寿命 2 纵向耦合 不同地区的是呢个太之间生产层的耦合 表现出一定的区域耦合 时间和空间耦合特性 通常时间型与空间型的耦合在实际生产中往往交叉进行 草地农业生态系统4个生产层间的系统耦合属于该耦合途径 3 横向耦合 草地农业生态系统中具有同质耦合键的不同系统的生产层之间的耦合 有时经过横向耦合后的某一地带的生产水平要比耦合前的单一系统的生产水平总和要提高数倍 成为发挥提高农业生态生产力 实现持续农业的有效途径 三 草地农业生态系统系统相悖 系统相悖 是两个或两个以上的系统在耦合时发生的系统性的结构不完善和由此导致的功能不协调 系统相悖是生态系统个组分不相协调的表现 系统耦合发生的同时往往伴随着系统相悖 系统耦合不够完善时 就会发生系统相悖 因此系统耦合就想矛盾的两方面 因势利导可能发挥释放系统耦合的巨大潜势 草地农业生态系统的系统相悖 主要是指植物生产系统和动物生产系统的结构性缺陷以及由此导致的功能不协调 时间相悖 这是由动物生产系统与植物生产系统两者的节律相差所致 例如 牧草生长的季节性波动与动物营养需要的相对稳定性之间的矛盾 我要吃嫩草 空间性系统相悖 动物生产与动物生产之间的密度畸形分布 从而影响草地的生产能力 我也要吃嫩草 种间性系统相悖 植物和动物种群内部和种群之间的畸形分布和拮抗作用 解决系统相悖的关键 建立完善草地农业系统 辅之以技术 经济手段 在国家相关政策支持下 因势利导促使各个子系统之间实现较为完善的系统耦合 利用和把握好系统耦合的大趋势 就能使我国农业快速步入高效节能环保的可持续发展道路 从真正意义上实现我国农牧业的现代化 迎接全球农业一体化的挑战 谢谢大家