《农业发展原理》课件第4章

1、我们是生活在需要有整体观念的时代。 汤因比: 1999，海南出版社世界正面临一系列重大挑战 20世纪中叶以来，世界农业取得了飞速发展，但所付出的资源和环境代价也是巨大的。 1998年7月18日，联合国环境规划暑负责人克劳斯特普费尔指出，地球上有十大环境祸患威胁人类。1、土壤遭到破坏。有110个国家的土壤肥沃程度在降低。世界15%的土地面积不同程度退化。2、气候变化和能源浪费。过去100年全球平均气温上升了0.3-0.5。孟加拉国、中国沿海及太平洋、印度洋上多数岛屿将因海平面升高而淹没。3、生物多样性减少。达到了生物“大屠杀”的程度。目前已有3956个物种濒临灭绝，3647个物种为濒危物种，72

2、40个物种为稀有物种。自1600年以来已有724个物种灭绝。4、森林面积减少。19801990年世界森林减少12（1.5亿公顷）。5、淡水资源减少。世界8090的疾病和1/3的死亡与水源细菌污染和化学污染有关。 6、化学污染带来的数百万种化合物集中在了整个食物链中，最终威胁着一切生命体。7、混乱的城市化。这是文明的新弊端。 8、海洋的过渡开发和沿海地带的污染。世界60的人口挤在离海岸不到100公里的地带，破坏了沿海地区的生态系统，使其日益失去平衡。9、空气污染。特别是城市空气污染严重。10、臭氧层空洞。北极臭氧层损失20-30，南极则在50以上。21世纪初期我国将面临严峻的生态环境形势1 农业

3、水资源 工农生活生态用水分配 2 土地资源 耕地质量差，城镇化占地3 生物资源 植被退化，生物多样性下降4 气候资源 匹配不良，气候变化的影响5 水土流失和荒漠化 局部好转整体恶化6 农业环境污染日益严重 食物安全堪忧7 农业自然灾害 有增无减，GDP4%，脆弱8 若干重要矿产资源 濒于枯竭案例一 水土流失20世纪30年代美国黑风暴滥垦大平原1933年一次沙尘暴使670万公顷农田被毁，1935年5月12日的黑风暴夹带了3亿多吨的尘土，横扫美国2/3的领土。20世纪4050年代，前苏联粮食供应不足，赫鲁晓夫上台后，倡导大垦荒，19541960年在中亚地区机械化垦荒数千万公顷。1960年和1963

4、年两次黑风暴，受灾农地分别达400万公顷和2000万公顷。目前剩下农田不到开垦数的1/3，而且单产极低，玉米单产仅有1t/hm2。西北（黄土高原），6000年的农耕历史，年降雨量400mm上下，是中、东部农区的生命线。人口超载，20世纪80年代平均人口密度100人/km2，已远超出国际公认的半干旱地区人口承载上限20人/km2，人口严重超载是西北地区生态退化的根本驱动力，违背自然和经济规律的政策和人类活动。相反，在渭北和陕北交界处，西及陇东的子武岭，及延安南部的甘泉、富县，降雨量500mm，19世纪中叶曾发生大规模民族仇杀，长期无人烟，因而分布着黄土高原罕见的大片生长良好的次生林。滥垦、滥伐、

5、滥挖及超载过牧，形成穷垦生穷的恶性循环。政策文革期间，内蒙“牧民不吃亏心粮”，盲目扩大开垦草地种粮，追求“商品粮基地”，20世纪90年代，国家对粮食收购价两次大幅提高，造成开垦草地种粮的势头加剧。西北黄土高原区北方土石山区风力侵蚀区2000.4.6 呼和浩特沙尘暴墙案例二 黄河断流年份断流时间（月日）断流天数长度km注最初最终60年代建三门峡水库19724.236.291927819745.147.112027819755.316.271327819765.185.25810419786.36.27510419795.277.92127819805.148.24810419815.176.29

6、3619826.86.171027819836.266.35120198710.110.171713919886.277.1510419894.47.142417819915.156.11617819923.1681310.126029919944.310.167433719953.47.2312268319962.1412.18136604首次汛期19972.712.232267001998180首次跨年度案例三 62公里“展览路” (科技日报 2002年10月15日 报道) 某地降雨量只有350mm，却在“退耕还林（草）”热潮中退耕种了62公里长124米宽的林带，

7、结果问题为什么我国会重蹈美国和前苏联沙尘暴的覆辙？我们的母亲河为什么会断流？62公里的展览路说明了什么？启示缺乏系统的观点，缺乏生态意识，违背自然规律经济利益驱动：政策驱动：政绩，“以粮为纲”观念：不开白不开，不放（羊）白不放 美国系统哲学家E. 拉兹洛与德国系统学家H.哈肯，1997年在一次对话中指出： 如果要防治危险，抓住机会，我们就必须更好地理解这个世界及其转变它是由什么力量推动的，它将走向何方？也就是将系统理论、协同学应用于并解释我们人类目前所面临的问题。 科学界没有人怀疑，如果不用系统的思维与方法，我们是无法彻底解脱现代危机的。 全球总水量2661亿亿吨 1 其中岩石2520亿亿吨，

8、95 2 可移动水135亿亿吨，5 2.1 海水97.6% 2.2 淡水2.4%，占全球的0.12% 2.2.1 冰75% 2.2.2 水25%，占全球的0.03% 2.2.2.1 地下水98.5% 2.2.2.2 地表水1.5%，占全球百万分之45 2.2.2.2.1 库98.9% 2.2.2.2.2 流水1.1%，占全球千万分之5第四章 农业系统结构与演化世界关于农业系统科学的认识还处于探索阶段，甚至我们连农业系统的概念也还未有定论。但客观事实是，我们必须从农业系统角度来认识并最终解决农业问题。 普朗克指出： “科学是内在的整体，它被分解为单独的整体不是取决于事物本身，而是取决于人类认识能

9、力的局限性。实际上存在着从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续的链条，这是任何一处都不能被打断的链条。” 系统学是研究系统结构与功能（系统的演化、协同与调控）一般规律的科学。-钱学森 1.什么是系统学2.什么是系统奥地利理论生物学家贝塔朗菲：相互作用的诸要素的综合体。美国学者阿柯夫：系统是由两个或两个以上相互联系的任何种类的要素所构成的集合。系统不是一个不可分解的要素，而是一个可以分成许多部分的整体。我国学者钱学森：由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。简单系统 简单巨系统湍流、自旋玻璃、混沌复杂巨系统生物系统、人体系统、人脑系统、地理系统、社会系统、星系系

10、统特殊复杂巨系统社会系统 系统的划分复杂系统的空间状态图（1）要素：是系统的组成部分或环节。（2）整体：构成事物诸要素及其关系的总和。（3）部分：整体中各要素及各种关系。辨证关系：相互关联，相互作用，相互制约，相互依赖。加和性：指一个复合体能够将原分离要素集合逐步建立起来的特性。如工程建筑；非加和性：表征着新属性的出现，系统整体与构成部分间存在质的差异。反馈机制 反馈（feedback）：是指系统的输出部分又反过来作为输入而影响系统功能变化的作用。正反馈机制：指系统输出使原系统的变化率加大，更加远离平衡态的反馈。例如：银行存款、种群指数增长模型等。生态系统的正反馈机制有利于加速种群增长，占领生

11、存空间，但也会加剧系统的不稳定程度。负反馈机制：凡是使原系统的变化率缩小，使系统向平衡态逼近的反馈机制。例如，恒温箱、冰箱原理。生态系统的负反馈机制有利于适度控制种群数量，维持整个系统的相对平衡。农业生态系统既有服务功能也有负面效应正面效应：类似自然生态系统，调节气候，固定CO2、释放O2和负氧离子、净化环境、控制起尘和拦截沙尘。负面效应：畜禽粪便、化肥、农药、地膜污染，烧秸秆、释放温室气体、影响生物多样性。忽视正面效应，导致轻视农业，牺牲农民利益忽视负面效应，导致掠夺性开发短期行为输入变量偏差输出变量控制量前向通路（给定规律）反馈控制系统框图控制器+-受控对象反馈通路一个系统的组成须满足3个

12、条件系统必须具备两个以上的构成要素各要素之间必须具有某种联系各要素必须以整体的形式完成特定功能3.系统的特点整体性：系统具有其组成部分所没有的功能。1+12 关联性：系统组成部分之间以及系统与其环境之间相互联系、相互制约、相互作用。系统的关联性决定了系统的整体性。动态性：从时间角度来观测系统时，系统每时每刻都在变化和运动，一方面系统结构随时间在变化，这是系统动态性的内在原因；另一方面，系统开放性和其环境有物质、能量和信息交换，这是动态性的外部条件。真正的静态系统在客观世界中是不存在的，而动态系统是绝对的。3.系统的特点有序性：系统的关联性在空间上所表现出来的层次结构，以及动态性在时间上所表现出

13、来的演化方向，使得系统具有在空间、时间和功能上的有序性质。越有序的系统，其组织化的程度越高。一个实际系统，从产生、发展到消亡，就是从无序到有序再到无序的演化过程。预决性：系统的有序性使得系统自动导向它的终极状态，即“目的类”或“目的环”。4.耗散结构 长期以来，不同领域的科学家们注意到，在生命系统和非生命系统之间表现出似乎截然不同的规律。非生命系统通常服从于热力学第二定理，系统总是自发地趋于平衡态，系统的熵达到极大。系统由有序变到无序，但无序却绝不会自发地转变到有序，这就是系统的不可逆性和平衡态的稳定性。但生命系统却相反，生物的进化、社会的发展总是由简单到复杂、由低级到高级，越来越有序。Why

14、?4.耗散结构 一个远离平衡态的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可以引起质变。系统通过不断地与外界交换物质和能量，自动产生一种自组织现象，组成系统的各子系统会形成一种互相协同的作用，从而可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序结构。这种非平衡态下新的有序结构就是耗散结构。（普里高津 I.Prigogine，1965）耗散结构的形成必须满足4个条件第一、远离平衡态；第二、系统和外界有物质和能量交换（引进负熵流）；第三、系统各部分存在反馈耦合第四、非线性运动。5.系统决策第二节 农业系统结构认识 由农业生产子系统、管理子系统、科教子系统共同组成，具有一定功能的系统为农业

15、系统。1. 农业系统学研究基础伊萨克牛顿（16421727）研究得出的运动定律与万有引力定律，首次阐明了行星环绕太阳的运动。詹姆士克拉克麦克斯韦（18311879）研究证明，光是一种电磁振动。德米特里伊门捷列夫（18341907）最初发明了元素周期表，对化学元素进行了系统排列。阿尔伯特爱因斯坦（18791955）成功地将重力与时空联系起来。上世纪60年代，德国物理学家哈肯（H. Haken）创立了协同学。一个系统从无序变为有序不在于系统是否平衡，是否远离平衡态，而是由组成系统的各个子系统，通过它们间的非线性协同作用，在一定条件下，自发产生在时间、空间、功能上稳定的有序结构，本身自动趋向稳定的有

16、序结构的系统，称自组织系统。系统在临界点附近的行为仅由少数变量决定。 60年代，M. Eigen提出了超循环结构模型，指出生命起源发生在化学阶段和生物进化阶段，生命进化可以理解为分子水平上的自组织。系统行为在状态空间表现为一随时间变化的轨迹。有序结构表现为系统自动趋向于状态空间的一些点、环、或区域。这些点、环、区域就是系统目标，又称吸引子。只有在吸引子上，系统才是稳定的。离开了它们，系统就会自动把自己拖回到这些点、环、区域上。60年代，美国气象学家E. N. Lorenz发现了大气中的混沌现象，后证明在封闭系统与开放系统的三维以上非线性系统中普遍存在混沌现象。混沌也是吸引子，不过不是平衡点、极

17、限环这类具有整数维的吸引子，而是分数维的奇异（混沌）吸引子。分布在状态空间的有限区域，具有复杂的几何结构。具有混沌的系统系统运动趋向混沌吸引子。这类系统进入混沌区域后，运动是不确定的，局部不稳定。这类系统对初始边界条件的微小变化能进行非线性放大，因此短期、中期的系统定量预测是可能的，长期定量预测是不可能的。80年代，我国学者钱学森提出了开放的复杂巨系统认识。指出凡不能用还原论方法处理的问题为复杂性问题。这类问题由几百到上千个变量作用，形成了复杂巨系统。开放的复杂巨系统还没有形成从宏观到微观的理论，也没有从子系统相互作用出发构筑出来的统计力学。 生物学领域的系统关系研究1866年，澳地利人孟德尔

18、（18221884）植物杂交的试验发表，证明生物种内亚种间的联系。1859年，达尔文发表物种起源，证实不同的生物间及它们与驯化动植物间的联系。 1915年，摩尔根等发表了孟德尔遗传机理，随后提出了基因学说。1940年，澳地利理论生物学家L. Von Beitalanffy提出把生物整体及其环境作为一个大系统来研究。由此创立了一般系统论。1953年，沃生，克里克发表了核酸的分子结构，标志着生物体在分子水平的联系与统一。近代社会经济的发展产生了一系列全新的问题，这对未来人类社会发展提出了挑战。这些问题或多或少均与农业发展有关。用系统论方法解决每一项问题可能是我们唯一的选择。世界在有关农业系统论研究

19、方面积累了一定基础，但离作为基本方法解决当前我们所面临的挑战，还存在巨大距离。我们几乎需要在每一个继续进行努力探索。2.农业系统结构农业系统结构框图管理子系统生产子系统科教子系统自然资源与环境背景人文背景农村与农民（1）农业生产子系统农业生产子系统基本结构 产前子系统产中子系统产后子系统(1)-1 产中子系统水产业低等生物业畜牧业种植业林木业农业产中子系统物质联系(1)-1 产中子系统 农业产中子系统结构层次 植物业 动物业1区域结构（10大区域）2域内结构 50种作物 15种家畜3生产类型结构 10个类型 5个类型4种内品种结构 1几十 1几十5群体结构 1几类 1几6个体结构 经济系数 生

20、产率7系统结构 植物结构 动物系统 8器官结构 植物器官 动物器官9组织结构 植物组织 动物组织10细胞结构 植物细胞 动物细胞11生物分子结构 生物分子结构12元素结构 元素结构13 原子核14 基本粒子(1)-2 产前、产后子系统可分为：产前产品生产子系统和产前服务子系统为农业提供生产资料和服务。都要服从农业生产需要农业机械等生产工具采煤、发电等农用能源化肥、农药、薄膜等化工产品农用建筑材料和辅助材料农用交通工具种子和饲料、饵料自来水所有这些产品的流通过程，交通运输，信息和金融服务等(1)-2 产前、产后子系统所有主要以农产品为劳动对象的生产和服务部门，包含产后加工子系统和产后商业服务系统

21、粮油初加工和食品加工业；饲料加工业；饮料制造业；烟草加工业；纺织业和服装业；木材加工业；家具制造业；造纸即纸制品业；医药制造业；橡胶工业；以及交通运输业、仓储业、批零贸易和餐饮业，等等 对农业的发展的作用流通：互通有无增值：产品加工调节：促进生产，引导需求竞争：优胜劣汰 80年代，美国农产品加工业的产值占工业总产值的1/4左右；法国食物工业在工业部门中居首位；保加利亚的食品工业占工业总值的近30，占出口总值的90多；美国农村劳动力20用于产前，10用于产中，70用于产后。英国农业劳动力构成，产前部分占7.2%，产中占22.9，产后占66.9%。发达国家农产品经过加工销售的约占80，而发展中国家

22、只占1020。 （2）农业生产管理系统农业生产管理系统包括行政管理与市场管理两项基本内容。用长远发展的观点来看，两方面在未来发展中都必须实现科学化。(2)-1 农业行政管理子系统这是传统的，固有的管理体系。随着农业生产发展和市场经济的建立，其相当部分内容将由市场管理系统来替代。但其在宏观管理及社会公益管理方面的功能将保留下去。(2)-1 农业行政管理子系统中国农业行政管理体系结构 第一级第二级第三级第四级第五级第六级第七级国务院科学技术部对外贸易经济合作部水利部国家经济贸易委员会农业部教育部国土资源部发展计划委员会财政部农村经济体制与经营管理司市场与经济信息司发展计划司国际合作司农业机械化管理

23、司畜牧兽医局种植业管理司科技教育司农垦局乡镇企业局渔业局财务司农业技术推广服务中心省农业厅省水利厅省林业局省发展计划委员会省科学技术厅省教育厅县（市）农业局县（市）水利局县（市）林业局乡镇政府村级机构(2)-2 农业市场管理子系统在未来发展中，随着研究与实践的深入，在农业生产的中观、微观领域将发挥越来越显著的功能。(2)-2 农业市场管理子系统中国农业市场管理体系结构 第一级第二级第三级第四级第五级第六级第七级计划管理物价局税务总局技术监督局中央银行统计局工商行政管理局物价局税务局技术监督局中央银行统计局工商行政管理局物价局税务局技术监督局中央银行统计局工商行政管理局物价局税务局技术监督局中央

24、银行统计局工商行政管理局市场交易市场交易随行就市集市交易集市交易摊贩交易（3）农业科教子系统(3)-1 农业教育子系统高等教育中等教育初等教育职业教育美国农业劳动力总量中，大中专毕业生比重占到50。（3）农业科教子系统(3)-1 农业教育子系统农业学历教育农业专业教育：中等专业教育、本科、研究生教育农业职业教育：初等、中等、高等职业技术教育农业成人教育：中等、高等教育农业非学历教育农业资格证书教育农民绿色证书、农民技术员证书、农民技术证书、农业专业证书各类农业岗位资格证书、农业技术员资格证书、农艺师资格证书农业推广、继续教育农业技术推广教育农业专业技术人员继续教育：农业技术员、农艺师、高级农艺

25、师农业管理干部教育：区乡村级、县级、省地级农业管理干部(3)-2 农业科研子系统理论研究基础理论研究专业研究(3)-2 农业科研子系统国家级省市自治区级市县级乡镇级村级中国农业科学院中国林业科学院中国水产科学院中国热带农业科学院中国农业机械化科学院中国科学院涉农研究所重点农业大学地方农业科学院地方农业大学、专科院校民营农业研究中心农科所民营农业研究所(3)-3 农业推广子系统 推广机构 推广队伍 推广管理(3)-3 农业推广子系统农业研究机构和院校农业专门技术专家农业推广人员目标团体（农民、农村）农户系统推广系统科研系统控制农业推广在科技成果转化中的作用(3)-3 农业推广子系统植物保护等处农

26、业部省级农业厅地(市)级农业局县级农业局技术推广等处种子管理等处土壤肥料等处种子管理站植物保护站土壤肥料站技术推广中心土壤肥料站技术推广中心植物保护站种子公司种子公司植物保护站土壤肥料站技术推广中心乡镇级技术服务站科研 院校 公司 企业各业农民协会科技示范户农户农业推广机构体系3.农业子系统间的关系农业生产子系统产生于新石器时代，与农业管理子系统几乎同时产生，是农业管理子系统、农业科教子系统的基础。随着生产子系统的消亡，其它子系统将不复存在。农业管理子系统是于新石器时代由部落管理体系分化产生的。最初的功能为人员行政管理，以后演化产生了市场管理功能与技术管理功能。它是在现实社会经济条件下，以最大

27、限度地保证农业生产子系统健康生产为目的的。科教子系统科教子系统目前水平过渡时期目标阶段管理子系统生产子系统生产子系统管理子系统农业科教子系统是近代由农业管理子系统分化产生的。近20年来，其功能发展日益强大，欧美农业系统中，其农业增长贡献率高达60左右。我国1997年为40左右。随着发展，其研究内容正在由农业生产子系统的技术，扩大为包括3大子系统在内的范畴。成为农业系统中最具活力的子系统。4.农业系统的特点农业系统具有多成分性。是由多成分构成的系统。农业系统具有多层次性。每一成分又由若干子成分与多层次构成。农业系统具有复杂性。是由自然生物系统与人类社会系统构成的复合系统。农业系统具有开放性。系统输入与输出是系统存在的基本要求。农业系统结构具有耗散结构、协同学、超循环、混沌特征或特性，因而具有相关运动性质。农业系统是一个开放的复杂巨系统。迄今为止，人类社会投入了巨大精力，进行实践，取得了经验。但是，鉴于这样的系统尚无成熟的运动规律供遵循，加之时机紧迫，未来发展中，进行系统创新性研究是必须的。 历史上，人类曾两次陷入困境。第一次是在约10000年前。当丛林中的动物，被人