農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)生態(tài)系統(tǒng)課件

1、農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)生態(tài)系統(tǒng)課件生態(tài)系統(tǒng)的基本原理 什么是生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)的功能與服務(wù) 農(nóng)業(yè)中的生態(tài)系統(tǒng)什么是生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng)（生態(tài)系統(tǒng)（ecosystemecosystem）就是在一定空間中）就是在一定空間中共同棲居著的所有生物（即生物群落）與共同棲居著的所有生物（即生物群落）與其環(huán)境之間形成的統(tǒng)一體。其環(huán)境之間形成的統(tǒng)一體。 生態(tài)系統(tǒng)的各組分通過(guò)不斷的物質(zhì)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的各組分通過(guò)不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)來(lái)相互作用和相互依存。能量流動(dòng)來(lái)相互作用和相互依存。 例如森林、草原、荒漠、濕地、海洋、湖例如森林、草原、荒漠、濕地、海洋、湖泊、河流等泊、河流等。生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分生態(tài)系統(tǒng)

2、的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu) 食物鏈（食物鏈（food chain）：是指生物之間通過(guò)）：是指生物之間通過(guò)食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。食與被食形成一環(huán)套一環(huán)的鏈狀營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。 食物網(wǎng)（食物網(wǎng)（food web）：食物鏈彼此交錯(cuò)連接）：食物鏈彼此交錯(cuò)連接，形成網(wǎng)狀營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為食物網(wǎng)。，形成網(wǎng)狀營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為食物網(wǎng)。食物網(wǎng)與食物鏈生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)和異養(yǎng)成分在空間上通常是分層的自然生態(tài)系統(tǒng)的自養(yǎng)和異養(yǎng)成分在空間上通常是分層的 圖 1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)（草地）和水域生態(tài)系統(tǒng)（池塘）的結(jié)構(gòu)比較。 C A B A B C 太陽(yáng)能 自養(yǎng)層 異養(yǎng)層 土壤 母質(zhì) 母質(zhì) 沉積物 空氣 生態(tài)系統(tǒng)的物

3、質(zhì)循環(huán) 植物通過(guò)光合作用將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，進(jìn)入植物通過(guò)光合作用將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，進(jìn)入食物鏈，在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞、轉(zhuǎn)化；當(dāng)生物死食物鏈，在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞、轉(zhuǎn)化；當(dāng)生物死亡后，機(jī)體內(nèi)各種有機(jī)物被微生物分解成為無(wú)機(jī)亡后，機(jī)體內(nèi)各種有機(jī)物被微生物分解成為無(wú)機(jī)物釋回環(huán)境，重新被植物吸收利用，參加下一輪物釋回環(huán)境，重新被植物吸收利用，參加下一輪循環(huán)。循環(huán)。 生物地化循環(huán)（生物地化循環(huán)（biogeochemical cyclebiogeochemical cycle）：生態(tài)）：生態(tài)系統(tǒng)之間各種物質(zhì)或元素的輸入和輸出以及它們系統(tǒng)之間各種物質(zhì)或元素的輸入和輸出以及它們?cè)诖髿馊?、水圈、土壤圈、巖石圈之間

4、的交換。在大氣圈、水圈、土壤圈、巖石圈之間的交換。庫(kù)庫(kù)(pool)：生態(tài)系統(tǒng)中某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境中貯存的數(shù)量生態(tài)系統(tǒng)中某一物質(zhì)在生物或非生物環(huán)境中貯存的數(shù)量貯存庫(kù)（貯存庫(kù)（reservoir pool）交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)( (exchange or cycling pool) ) 流通率：流通率：物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫(kù)與庫(kù)之間流通的速率。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中庫(kù)與庫(kù)之間流通的速率。周轉(zhuǎn)率：周轉(zhuǎn)率：某物質(zhì)的流通率與庫(kù)含量之比即為周轉(zhuǎn)率。某物質(zhì)的流通率與庫(kù)含量之比即為周轉(zhuǎn)率。周轉(zhuǎn)時(shí)間：周轉(zhuǎn)時(shí)間：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)周轉(zhuǎn)率的倒數(shù) 周轉(zhuǎn)率 流通率庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量 周轉(zhuǎn)時(shí)間 庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量流通率 物質(zhì)循環(huán)

5、的基本概念水循環(huán)氮循環(huán)氮是組成蛋白氮是組成蛋白質(zhì)和核酸的主質(zhì)和核酸的主要成分。要成分。氮占大氣成分氮占大氣成分的的79，必須，必須經(jīng)過(guò)生物固氮經(jīng)過(guò)生物固氮作用、硝化作作用、硝化作用、反硝化作用、反硝化作用等才能在生用等才能在生物群落與無(wú)機(jī)物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間反復(fù)循環(huán)境間反復(fù)循環(huán)。環(huán)。碳循環(huán)碳元素約占碳元素約占生物體干重生物體干重的的49，碳，碳是有機(jī)化合是有機(jī)化合物的物的“骨骨架架”，沒(méi)有，沒(méi)有碳就沒(méi)有碳就沒(méi)有生命。生命。碳在無(wú)機(jī)環(huán)碳在無(wú)機(jī)環(huán)境與生物群境與生物群落之間是以落之間是以CO2的形式的形式進(jìn)行循環(huán)的。進(jìn)行循環(huán)的。物質(zhì)循環(huán)的主要特點(diǎn)物質(zhì)循環(huán)是帶有全球性的，生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之物質(zhì)循環(huán)是帶

6、有全球性的，生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間的物質(zhì)可以反復(fù)出現(xiàn)反復(fù)利用，周而復(fù)始進(jìn)行循間的物質(zhì)可以反復(fù)出現(xiàn)反復(fù)利用，周而復(fù)始進(jìn)行循環(huán)，不會(huì)消失。環(huán)，不會(huì)消失。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng) 光合作用是生態(tài)系統(tǒng)的能量之源光 葉綠素 CO2 H2O （CH2O） O2 食物種群 動(dòng)物得到的 動(dòng)物未得到的 動(dòng)物吃進(jìn)的 動(dòng)物未吃進(jìn)的 被同化的 未同化的 次級(jí)生產(chǎn)量 呼吸代謝 被更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)取食 未被取食 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是緊密聯(lián)系、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是緊密聯(lián)系、不可分割的，能量是通過(guò)物質(zhì)載體來(lái)流動(dòng)的，但是不可分割的，能量是通過(guò)物質(zhì)載體來(lái)流動(dòng)的，但是，兩者又有根本區(qū)別。能量來(lái)源于太陽(yáng)，在食物鏈，兩者又有根

7、本區(qū)別。能量來(lái)源于太陽(yáng)，在食物鏈中向著一個(gè)方向逐級(jí)流動(dòng)，不斷消耗和散失；而營(yíng)中向著一個(gè)方向逐級(jí)流動(dòng)，不斷消耗和散失；而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源于地球并可被生物多次利用，在生態(tài)系養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源于地球并可被生物多次利用，在生態(tài)系統(tǒng)中不斷地循環(huán)，或從一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)消失而又在另統(tǒng)中不斷地循環(huán)，或從一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)消失而又在另一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。 能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的耦合能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的因果關(guān)系 生態(tài)系統(tǒng)的存在是靠物質(zhì)循環(huán)和能量生態(tài)系統(tǒng)的存在是靠物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)來(lái)維持的。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物流動(dòng)來(lái)維持的。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)都是通過(guò)食物鍵和食物網(wǎng)的渠道實(shí)質(zhì)循環(huán)都是通過(guò)食物鍵和食物網(wǎng)的渠道實(shí)現(xiàn)的

8、，二者相互伴隨進(jìn)行，又相輔相承，現(xiàn)的，二者相互伴隨進(jìn)行，又相輔相承，密不可分的統(tǒng)一整體。密不可分的統(tǒng)一整體。 但是，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)又有本質(zhì)但是，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)又有本質(zhì)上的區(qū)別：能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的區(qū)別：能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)是逐級(jí)遞減，而且運(yùn)動(dòng)是單向的、不是時(shí)是逐級(jí)遞減，而且運(yùn)動(dòng)是單向的、不是循環(huán)的，最終在環(huán)境中消失。物質(zhì)循環(huán)是循環(huán)的，最終在環(huán)境中消失。物質(zhì)循環(huán)是帶有全球性的，在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間帶有全球性的，在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間物質(zhì)可以反復(fù)出現(xiàn)，反復(fù)利用，循環(huán)運(yùn)動(dòng)物質(zhì)可以反復(fù)出現(xiàn)，反復(fù)利用，循環(huán)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)消失。，不會(huì)消失。生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞營(yíng)養(yǎng)信息： 在某種意義上

9、說(shuō)，食物鏈、食物網(wǎng)就代表著一種信息傳遞系統(tǒng) 化學(xué)信息：生物代謝產(chǎn)生的物質(zhì)，如酶、維生素、生長(zhǎng)素、抗生素、性引誘劑均屬于傳遞信息的化學(xué)物質(zhì)。有的相互制約，有的互相促進(jìn)，有的相互吸引，也有的相互排斥。 物理信息：聲、光、色等，吸引、排斥、警告、恐嚇等行為信息：識(shí)別、威協(xié)、挑戰(zhàn)、炫耀等 信息傳遞與聯(lián)系的方式是多種多樣的，它的作用與能流、物流一樣，把生態(tài)系統(tǒng)各組分聯(lián)系成一個(gè)整體，并具有調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。 生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 反饋（反饋（feedbackfeedback）：當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時(shí)當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一成分發(fā)生變化的時(shí)候，它必然會(huì)引起其他成分出現(xiàn)一系列的相應(yīng)變化，這些候，它必然會(huì)引

10、起其他成分出現(xiàn)一系列的相應(yīng)變化，這些變化最終又反過(guò)來(lái)影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過(guò)變化最終又反過(guò)來(lái)影響最初發(fā)生變化的那種成分，這個(gè)過(guò)程就叫反饋，包括正反饋和負(fù)反饋。程就叫反饋，包括正反饋和負(fù)反饋。 正、負(fù)反饋?zhàn)饔猛瑫r(shí)存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不同階段作用強(qiáng)正、負(fù)反饋?zhàn)饔猛瑫r(shí)存在，在系統(tǒng)發(fā)展的不同階段作用強(qiáng)度不同，大發(fā)展階段系統(tǒng)調(diào)節(jié)以正反饋為主，系統(tǒng)生物量度不同，大發(fā)展階段系統(tǒng)調(diào)節(jié)以正反饋為主，系統(tǒng)生物量、體積、多樣性、復(fù)雜性迅速增加，大發(fā)展過(guò)后，隨即是、體積、多樣性、復(fù)雜性迅速增加，大發(fā)展過(guò)后，隨即是一段減速增加階段，負(fù)反饋逐漸起作用，系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)一段減速增加階段，負(fù)反饋逐漸起作用，系統(tǒng)的各個(gè)參

11、數(shù)趨向于在一個(gè)恒定水平附波動(dòng)。趨向于在一個(gè)恒定水平附波動(dòng)。生態(tài)平衡（ecological equilibrium） 生態(tài)平衡的概念是指一段時(shí)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功生態(tài)平衡的概念是指一段時(shí)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。能相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在一般情況下，如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸出時(shí)，在一般情況下，如果生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸出時(shí)，生物量增加，反之，生物量減少。生物量增加，反之，生物量減少。如果輸入和輸出在較長(zhǎng)時(shí)間趨于相等，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能長(zhǎng)期如果輸入和輸出在較長(zhǎng)時(shí)間趨于相等，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)（這時(shí)動(dòng)、植物的種類(lèi)和數(shù)量也保持相對(duì)穩(wěn)定處于穩(wěn)定狀態(tài)

12、（這時(shí)動(dòng)、植物的種類(lèi)和數(shù)量也保持相對(duì)穩(wěn)定，環(huán)境的生產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮，能流途徑暢通），在外來(lái)，環(huán)境的生產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮，能流途徑暢通），在外來(lái)干擾下能通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到原初的穩(wěn)定狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)的干擾下能通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到原初的穩(wěn)定狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)的這種狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡。這種狀態(tài)就叫做生態(tài)平衡。平衡是動(dòng)態(tài)的，相對(duì)的，暫時(shí)的；絕對(duì)的平衡是不存在的平衡是動(dòng)態(tài)的，相對(duì)的，暫時(shí)的；絕對(duì)的平衡是不存在的 生態(tài)閾限：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能是有限度的，只有在生態(tài)閾限：生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)功能是有限度的，只有在某一限度內(nèi)可以自我調(diào)節(jié)自然界或人類(lèi)施加的干擾。某一限度內(nèi)可以自我調(diào)節(jié)自然界或人類(lèi)施加的干擾。 生態(tài)平衡失調(diào)生態(tài)平衡失調(diào)( (生態(tài)失調(diào)生態(tài)失調(diào)) )的主要因素：的主要因素：1 1、自然因素；、自然因素； 2 2、人類(lèi)