2024/7/31山东农业大学精品课程1第二章第二章 农业生态系统农业生态系统Chapter 2 Agroecosystem 2024/7/31山东农业大学精品课程2 第一节第一节 农业生态系统概述农业生态系统概述 是是人人类类为为满满足足社社会会需需求求，在在一一定定边边界界内内通通过过干干预预，利利用用生生物物与与生生物物、生生物物与与环环境境之之间间的的能能量量和和物物质质联联系系建建立立起起来来的的功功能能整整体体。农农业业生生态态系系统统是是一一种种被被驯驯化化了了的的生生态态系系统统，而而生生态态系系统统又又是是生生物物与与非非生生物物组组分分构构成成的的一一类类特特殊殊的的系系统统。先先介介绍绍系系统统（system）的的 概概 念念 ， 然然 后后 引引 出出 生生 态态 系系 统统(ecosystem)和和农业生态系统农业生态系统的概念。的概念。2024/7/31山东农业大学精品课程3一、系统一、系统1.系统的概念系统的概念 系统是由相互作用和相互依赖的若系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体。的有机整体。系统论：奥地利，系统论：奥地利，L.V.Bertalanffy，20世纪世纪30年代年代信息论：美国，信息论：美国，C.V.Shanon控制论：美国，控制论：美国，Nibert Wiener，19482024/7/31山东农业大学精品课程4（1）有两个以上的组分有机结合而成）有两个以上的组分有机结合而成（2）各各组组分分之之间间有有一一定定联联系系，系系统统具具有边界有边界（3）各组分以整体形式完成特定功能）各组分以整体形式完成特定功能2.系统组成的基本条件系统组成的基本条件2024/7/31山东农业大学精品课程5（1）系统结构的有序性）系统结构的有序性 即即各各组组分分是是有有机机结结合合而而成成。系系统统具具有有边边界和不同层次界和不同层次（2）系统的整体性）系统的整体性（3）系统功能的整合性）系统功能的整合性 系统具有其组分或子系统所没有的功能系统具有其组分或子系统所没有的功能 3.系统的基本特征系统的基本特征2024/7/31山东农业大学精品课程64.系统的结构决定系统的功能系统的结构决定系统的功能 凡凡系系统统必必有有结结构构，结结构构决决定定功功能能，要要改改变变系系统统的的功功能能必必须须改改变变结结构构。这这是是系统论的基本观点。系统论的基本观点。系系统统的的结结构构：是是指指系系统统内内各各组组分分之之间间的的数量比例关系及其相互联系。数量比例关系及其相互联系。管理体制和运行机制管理体制和运行机制 结构？结构？2024/7/31山东农业大学精品课程7二、生态系统二、生态系统1.生态系统的定义生态系统的定义 生物与生物之间以及生物与其生存环境生物与生物之间以及生物与其生存环境之间密切联系、相互作用，通过物质交换、之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转化和信息传递，成为占据一定空间具能量转化和信息传递，成为占据一定空间具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体，有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体，称为生态系统。简言之，在一定空间内的全称为生态系统。简言之，在一定空间内的全部生物与非生物环境相互作用形成的具有一部生物与非生物环境相互作用形成的具有一定功能的统一体称为生态系统。定功能的统一体称为生态系统。 2024/7/31山东农业大学精品课程8（1）环境组分）环境组分辐射。短波辐射、长波辐射（热辐射）、辐射。短波辐射、长波辐射（热辐射）、宇宙辐射、核辐射。宇宙辐射、核辐射。无机物质无机物质有机物质有机物质土体、水、空气土体、水、空气 2.生态系统的基本组分生态系统的基本组分 2024/7/31山东农业大学精品课程9生产者（生产者（producers）：）：是指自养生物，是指自养生物，主要指绿色植物，也包括一些化能合成主要指绿色植物，也包括一些化能合成细菌。细菌。消费者（消费者（consumers）：）：是指除了微生物是指除了微生物以外的异养生物，主要指依赖初级生产以外的异养生物，主要指依赖初级生产者为生的各种生物。者为生的各种生物。分解者（分解者（decomposers）：）：主要是指以动主要是指以动物残体为生的异养微生物。物残体为生的异养微生物。（2）生物组分）生物组分2024/7/31山东农业大学精品课程10消费者消费者生产者生产者分解者分解者生物群落生物群落能量流能量流化化学学流流气气候候物理环境物理环境生态系统生态系统2024/7/31山东农业大学精品课程11生态系统区别于一般系统的特点生态系统区别于一般系统的特点 生生态态系系统统也也是是系系统统，因因此此具具有有系系统统的的共共性性。生态系统还具有区别于一般系统的个性：生态系统还具有区别于一般系统的个性：（1）在在组组成成成成分分方方面面，不不仅仅包包括括各各种种无无生生命命的的物物理理、化化学学成成分分还还包包括括有有生生命命的的生生物物成成分分，生生物物群群落落是是生生态系统的核心。态系统的核心。（2）在在空空间间结结构构方方面面，生生态态系系统统大大多多与与一一定定的的地地理理组成相联系，具有明显的地域特征组成相联系，具有明显的地域特征。2024/7/31山东农业大学精品课程12（3）在在时时间间变变化化方方面面，生生态态系系统统中中的的生生物物组组分分具具有有生生长长、发发育育繁繁殖殖和和衰衰亡亡的的时时间间特特征征，使使生生态态系系统统具有从简单到复杂，从低级到高级的演变发展规律。具有从简单到复杂，从低级到高级的演变发展规律。（4）在在内内部部功功能能方方面面，生生态态系系统统主主要要靠靠三三大大类类群群生生物物（生生产产者者、大大型型消消费费者者和和小小型型消消费费者者）协协调调的的能能量量转转化化和和物物质质循循环环过过程程完完成成。这这种种联联结结使使系系统统内内生物之间、生物与环境之间处于一种动态平衡关系。生物之间、生物与环境之间处于一种动态平衡关系。（5）在外部关系方面，）在外部关系方面，生态系统具有开放性，通生态系统具有开放性，通过不断地从外界输入物质和能量，经过转化变为各过不断地从外界输入物质和能量，经过转化变为各种输出，从而维系着系统的有序状态。种输出，从而维系着系统的有序状态。 2024/7/31山东农业大学精品课程133.生态系统的结构生态系统的结构定义定义物种结构物种结构 species structure时空结构时空结构 space-time structure营养结构营养结构 trophic structure2024/7/31山东农业大学精品课程144.生态系统的功能生态系统的功能三大功能三大功能能量流动：能量流动：energy flow物质循环物质循环: nutrient cycle信息传递信息传递: information transfer物理信息、化学信息、营养信息和行为信息物理信息、化学信息、营养信息和行为信息2024/7/31山东农业大学精品课程155.主要的生态系统类型主要的生态系统类型 地球上全部生物极其生活区域称生物圈地球上全部生物极其生活区域称生物圈biosphere 一一般般指指大大气气圈圈到到水水圈圈约约20 km的的厚厚度度范范围围。有有各各种种各样的生态系统。各样的生态系统。（1）以环境为依据来划分）以环境为依据来划分 陆地生态系统陆地生态系统 terrestrial ecosystem 又又可可分分为为森森林林生生态态系系统统forest ecosystem 、草草原原生生态态系系统统steppe ecosystem 、农农田田生生态态系系统统field ecosystem等等以以植植被被特特征征分分类类的的各各类类型型生生态态系统。系统。 2024/7/31山东农业大学精品课程16 淡水生态系统淡水生态系统freshwater ecosystem又可分为又可分为水体较稳定的湖泊生态系统、水库和鱼塘生态系水体较稳定的湖泊生态系统、水库和鱼塘生态系统以及水体常处于流动之中的溪流、江河生态系统以及水体常处于流动之中的溪流、江河生态系统。统。 海洋生态系统海洋生态系统marine ecosystem又可分为海又可分为海岸生态系统岸生态系统coastal ecosystem、河口生态系统、浅、河口生态系统、浅海（大陆架）生态系统海（大陆架）生态系统shallow sea ecosystem和深和深海生态系统海生态系统ocean ecosystem。2024/7/31山东农业大学精品课程17自然生态系统自然生态系统natural ecosystem 人工驯化生态系统人工驯化生态系统semi-natural ecosystem人工生态系统人工生态系统artificial ecosystem （2）根据人类干扰程度为依据划分）根据人类干扰程度为依据划分2024/7/31山东农业大学精品课程18The science of agroecology, which is defined as the application of ecological concepts and principles to the design and management of sustainable agroecosystems, provides a framework to assess the complexity of agroecosystems. The idea of agroecology is to go beyond the use of alternative practices and to develop agroecosystems with the minimal dependence on high agrochemical and energy inputs, emphasizing complex agricultural systems in which ecological interactions and synergisms between biological components provide the mechanisms for the systems to sponsor their own soil fertility, productivity and crop protection.2024/7/31山东农业大学精品课程19GROWING YIELDS WITH AGROECOLOGY In an effort called “agroecology,” Clemson scientists are investigating new crop production systems that increase grower profitability, enhance environmental conservation, improve pest management strategies, and utilize new genetic and mechanical technologies. The new cropping systems such as narrow-row planting, conservation tillage, deep tillage, and double-cropping have dramatically increased yields in soybean and corn. Now the researchers are studying the ecological and environmental benefits of these practices and examining their effects on soil and water quality, insect pests and beneficial insects. They are also developing new varieties of crop plants that are specifically adapted to the new production systems to further improve yields2024/7/31山东农业大学精品课程20 Ecosystems are characterized by aspects such as nutrient cycling, population regulation, energy flows and a dynamic equilibrium. These characteristics apply to natural ecosystems, and, in a much altered form, also to man-made or agricultural ecosystems. The magnitude of the differences between natural and agricultural ecosystems depends mainly on the human manipulations, generally characterized by the intensity of management or intervention, and the level of disturbance vis-vis the (natural) equilibrium. Both the intensity of management and the level of disturbance have to be considered as a result of social and economic pressures on the human actors in the agricultural ecosystem. This increasing intensity of management is clearly visible in technical innovations in agriculture, often invented under the economic pressure to become more efficient. The innovations often require a uniformity (in crops, in soil management) by which the agro-ecosystem moves further and further away from the natural system.2024/7/31山东农业大学精品课程21AgroecosystemsAbout 40% of terrestrial NPP is directly or indirectly consumed by humans. Agroecosystems are ecosystems which are consciously controlled by humans for the purpose of extraction. They include managed forests, farms, rangelands, and aquaculture systems. While hunting-gathering is sustainable at very low human densities, it is extremely damaging at high densities, and cannot be sustained for long. Thus agroecosystems are absolutely necessary. However, most agroecosystems today are not sustainable (yields cannot be maintained indefinitely). 2024/7/31山东农业大学精品课程22三、农业生态系统三、农业生态系统 1.农业生态系统的定义农业生态系统的定义 是指在人类的积极参与下，利用农是指在人类的积极参与下，利用农业生物种群和非生物环境之间以及农业业生物种群和非生物环境之间以及农业生物种群之间的相互关系，通过合理的生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效的生态机能，进行能量生态结构和高效的生态机能，进行能量转化和物质循环，并按人类的理想要求转化和物质循环，并按人类的理想要求进行物质生产的综合体。进行物质生产的综合体。2024/7/31山东农业大学精品课程232.农业生态系统的基本组分农业生态系统的基本组分 （1）农业生态系统的生物组分）农业生态系统的生物组分 农农业业生生态态系系统统的的生生物物组组分分按按功功能能区区分分为为以以绿绿色色植植物物为为主主的的生生产产者者，以以动动物物为为主主的的大大型型消消费费者者和和以以微微生生物物为为主主的的小小型型消消费费者者，而而占占主主要要地地位位的的生生物物是是经经过过人人工工驯驯化化的的农农业业生生物物如如农农作作物物、家家畜畜、家家禽禽、家家鱼鱼、家家蚕蚕等等, 以以及及与与这这些些农农用用生生物物关关系系密密切切的的生生物物类类群群，如如作作物物病病虫虫、家家畜畜寄寄生生虫虫、豆豆科科植植物物的的根根瘤瘤菌菌等等。农农业业生生态态系系统统还还增增加加了了一一个个重重要要的的大大型型消消费费者者人人。其其他他生生物物种种类类和和数数量量一一般少于同区域的自然生态系统。般少于同区域的自然生态系统。 2024/7/31山东农业大学精品课程24（2）农业生态系统的环境组分）农业生态系统的环境组分 农农业业生生态态系系统统除除了了具具有有从从自自然然生生态态系系统统继继承承下下来来的的自自然然环环境境组组分分之之外外，还还有有人人工工环环境境组组分分。无无论论是是水水体体、土土体体、气气体体甚甚至至辐辐射射，在在农农业业生生态态系系统统中中都都或或多多或或少少受受到到人人类类不不同同程程度度的的调调节节和和影影响响。农农业业生生态态系系统统中中的的禽禽舍舍、温温室室、仓仓库库、厂厂房房、住住房房等等生生产产、加加工工、贮贮存存和和生生活活设设施施都都会会成成为为系系统统内内生生物物生生活活环环境境的的一一个个组组成成部部分分。设设施施中中的的环环境境与与自自然然环环境境相相比比，温温、湿湿、光光、养养分分等等条条件件都都受受到到较较大大的改变，而且有独特的特点。的改变，而且有独特的特点。 2024/7/31山东农业大学精品课程253.农业生态系统的结构农业生态系统的结构 组分结构：组分结构：component structure时空结构：时空结构：space structure and temporal structure horizontal structure, vertical structure营养结构：营养结构：The organization of feeding energy-transfer relationship that determine the path of energy flow through a community or ecosystem.2024/7/31山东农业大学精品课程264.农业生态系统的基本功能农业生态系统的基本功能 能量流能量流物质流物质流信息流信息流价值流价值流value flow2024/7/31山东农业大学精品课程275.农业生态系统的特点农业生态系统的特点(1)(1)农业生态系统与自然生态系统农业生态系统与自然生态系统 的比较的比较 在农业生态系统中，由于人类的强烈在农业生态系统中，由于人类的强烈参与，其结构组成已经发生了较大的变化，参与，其结构组成已经发生了较大的变化，有别于自然生态系统，二者在结构与功能有别于自然生态系统，二者在结构与功能上的差别如下表：上的差别如下表：2024/7/31山东农业大学精品课程28植物植物微生物微生物动物动物气体气体土体土体水体水体自然环境自然环境自然生态系统自然生态系统自然环境自然环境植物植物微生物微生物动物动物作为消费作为消费者的人者的人土体土体水体水体气体气体人工人工环境环境模式建设模式建设技术措施技术措施出入调节出入调节社会经济环境社会经济环境作为调控者的人作为调控者的人评价、诊断、决策、预测评价、诊断、决策、预测各各种种信信息息农业生态系统农业生态系统2024/7/31山东农业大学精品课程29特征特征农业生态系统农业生态系统自然生态系统自然生态系统净生产力净生产力高高中等中等营养变化营养变化简单简单复杂复杂品种多样性品种多样性少少多多物种多样性物种多样性少少多多矿物质循环矿物质循环开放式开放式封闭式封闭式熵熵高高低低人人 为为 调调 控控明显需要明显需要不需要不需要时时 间间短短长长生境不均匀性生境不均匀性简单简单复杂复杂物物 候候同时发生同时发生季节性发生季节性发生成熟程度成熟程度未成熟（早期演替）未成熟（早期演替）成熟的成熟的2024/7/31山东农业大学精品课程30（2 2）农业生态系统的特点）农业生态系统的特点 农业生态系统是被人类驯化了的农业生态系统是被人类驯化了的自然生态系统，因此，它既保留了自自然生态系统，因此，它既保留了自然生态系统的一般特点，又具备很多然生态系统的一般特点，又具备很多人类改造、控制、调节、干扰甚至破人类改造、控制、调节、干扰甚至破坏所带来的新特点。新的特点主要表坏所带来的新特点。新的特点主要表现在：现在： 2024/7/31山东农业大学精品课程31受人类控制受人类控制净生产力高净生产力高组成要素简化，自我稳定性较差组成要素简化，自我稳定性较差开放性系统开放性系统同时受自然与社会经济同时受自然与社会经济“双重双重”规规 律的制约律的制约有明显的区域性有明显的区域性2024/7/31山东农业大学精品课程32（3）农业生态系统养分循环特点）农业生态系统养分循环特点一、有较高的养分输出率与输入率。一、有较高的养分输出率与输入率。二、内部养分的库存量较低，但流量大，二、内部养分的库存量较低，但流量大，周转快。周转快。三、养分保持能力较弱，流失率较高。三、养分保持能力较弱，流失率较高。四、养分供求同步机制较弱。四、养分供求同步机制较弱。