农业生态系统

农业生态系统第二章

农业生态系统（agroecosystem）是人类为满足社会需求，在一定边界内通过干预，利用生物与生物、生物与环境之间的能量和物质联系建立起来的功能整体。农业生态系统是一种人工驯化的生态系统。系统（system）→生态系统(ecosystem)→农业生态系统。一、系统1.系统的概念系统（system）由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体。系统论：奥地利，L.V.Bertalanffy，20世纪30年代信息论；Informationtheory,美国，C.V.Shanon控制论：Cybernetics,美国，NibertWiener，1948

路德维希·冯·贝塔朗菲（LudwigVonBertalanffy，1901-1972)。他从生物学领域出发，涉猎医学、心理学、行为科学、历史学、哲学等诸多学科，以其渊博的知识、浓厚的人文科学修养，创立了具有深远意义的一般系统论，使他的名字永久地与系统理论联系在一起。自然界的一切都在一个统一的、运动的系统之中，一切伟大的进步都必须以系统论作为出发点和归宿。

LudwigVonBertalanffy（1901-1972)

grewupinAustriaandsubsequentlyworkedinVienna,London,CanadaandtheUSA.Today,Bertalanffyisconsideredtobeafounderandoneoftheprincipalauthorsoftheinterdisciplinaryschoolofthoughtknownasgeneralsystemstheory.AccordingtoWeckowicz(1989),heoccupiesanimportantpositionintheintellectualhistoryofthetwentiethcentury.Hiscontributionswentbeyondbiology,andextendedintocybernetics,education,history,philosophy,psychiatry,psychologyandsociology.Someofhisadmirersevenbelievethatthistheorywillonedayprovideaconceptualframeworkforallthesedisciplines.Spendingmostofhislifeinsemi-obscurity,LudwigvonBertalanffymaywellbetheleastknownintellectualtitanofthetwentiethcentury.

（1）有两个以上的组分有机结合而成（2）各组分之间有一定联系，系统具有边界（3）各组分以整体形式完成特定功能2.系统组成的基本条件（1）系统结构的有序性。即各组分是有机结合而成。系统具有边界、系统的层次（2）系统的整体性。（3）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3.系统的基本特征4.系统的结构决定系统的功能凡系统必有结构，结构决定功能，要改变系统的功能必须改变结构。这是系统论的基本观点。系统的结构：是指系统内各组分之间的数量比例关系及其相互联系。管理体制和运行机制结构？二、生态系统1.生态系统的定义

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、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，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定功能的统一体称为生态系统。（1）环境组分辐射。短波辐射、长波辐射（热辐射）、宇宙辐射、核辐射。无机物质有机物质土体、水、空气2.生态系统的基本组分（2）生生物组分分生产者（（producers）：是指自养养生物，，主要指指绿色植植物，也也包括一一些化能能合成细细菌。消费者（（consumers））：是指除了了微生物物以外的的异养生生物，主主要指依依赖初级级生产者者为生的的各种生生物。分解者（（decomposers））：主要是指指以动物物残体为为生的异异养微生生物。消费者生产者分解者生物群落能量流化学流气候物理环境生态系统生态系统统区别于于一般系系统的特特点生态系统统也是系系统，因因此具有有系统的的共性。。生态系系统还具具有区别别于一般般系统的的个性：：（1）在在组成成成分方面面，不仅包括括各种无无生命的的物理、、化学成成分还包包括有生生命的生生物成分分，生物物群落是是生态系系统的核核心。（2）在在空间结结构方面面，生态系统统大多与与一定的的地理组组成相联联系，具具有明显显的地域域特征。。（3）在在时间变变化方面面，生态系统统中的生生物组分分具有生生长、发发育繁殖殖和衰亡亡的时间间特征，，使生态态系统具具有从简简单到复复杂，从从低级到到高级的的演变发发展规律律。（4）在在内部功功能方面面，生态系统统主要靠靠三大类类群生物物（生产产者、大大型消费费者和小小型消费费者）协协调的能能量转化化和物质质循环过过程完成成。这种种联结使使系统内内生物之之间、生生物与环环境之间间处于一一种动态态平衡关关系。（5）在在外部关关系方面面，生态系统统具有开开放性，，通过不不断地从从外界输输入物质质和能量量，经过过转化变变为各种种输出，，从而维维系着系系统的有有序状态态。3.生态态系统的的结构定义物种结构构speciesstructure时空结构构space-timestructure营养结构构trophicstructure4.生态态系统的的功能三大功能能量流动：：energyflow物质循环:nutrientcycle信息传递:informationtransfer5.主要的的生态系统统类型地球上全部部生物极其其生活区域域称为生物物圈biosphere一般指大气气圈到水圈圈约20km的厚度度范围。有有各种各样样的生态系系统。（1）以环环境为依据据来划分陆地生态系系统terestrialecosystem又可分为森森林生态系系统forestecosystem、草原生态态系统steppeecosystem、农田生态态系统fieldecosystem等以植被特特征分类的的各类型生生态系统。。淡水生态系系统freshwaterecosystem又可分为水水体较稳定定的湖泊生生态系统、、水库和鱼鱼塘生态系系统，以及及水体常处处于流动之之中的溪流流、江河生生态系统。。海洋生态系系统marineecosystem又可分为海海岸生态系系统coastalecosystem、河口生态态系统、浅浅海（大陆陆架）生态态系统shallowseaecosystem和深海生态态系统oceanecosystem。（2）根据据人类干扰扰程度为依依据划分自然生态系系统naturalecosystem人工驯化的的生态系统统semi-naturalecosystem人工生态系系统artificialecosystem三、农业生生态系统1.农业生生态系统的的定义农业生态系系统（agroecosystem））是指在人类类的积极参参与下，利利用农业生生物种群和和非生物环环境之间以以及农业生生物种群之之间的相互互关系，通通过合理的的生态结构构和高效的的生态机能能，进行能能量转化和和物质循环环，并按人人类的理想想要求进行行物质生产产的综合体体。2.农业生生态系统的的基本组分分（1）农业业生态系统统的生物组组分农业生态系系统的生物物组分可以以按功能区区分为以绿绿色植物为为主的生产产者，以动动物为主的的大型消费费者和以微微生物为主主的小型消消费者，然然而占主要地位位的生物是是经过人工工驯化的农农业生物如农作物、、家畜、家家禽、家鱼鱼、家蚕等等,以及及与这些农农用生物关关系密切的的生物类群群，如作物物病虫、家家畜寄生虫虫、豆科植植物的根瘤瘤菌等。农业生态系系统还增加加了一个重重要的大型型消费者———人。其他生物种种类和数量量一般少于于同区域的的自然生态态系统。（2）农业业生态系统统的环境组组分农业生态系系统除了具具有从自然然生态系统统继承下来来的自然环境组组分之外，还有有人工环境组组分。无论是水水体、土体体、气体甚甚至辐射，，在农业生生态系统中中都或多或或少受到人人类不同程程度的调节节和影响。。农业生态态系统中的的禽舍、温温室、仓库库、厂房、、住房等生生产、加工工、贮存和和生活设施施都会成为为系统内生生物生活环环境的一个个组成部分分。设施中中的环境与与自然环境境相比，温温、湿、光光、养分等等条件都受受到较大的的改变，而而目有独特特的特点。。3.农业生生态系统的的结构组分结构：：componentstructure时空结构：：spacestructurandtemporalstructurehorizontalstructure,verticalstructure营养结构：：4.农业生生态系统的的基本功能能能量流物质流信息流价值流valueflow5.农业生生态系统的的特点(1)农业业生态系统统与自然生生态系统的的比较在农业生态态系统中，，由于人类类的强烈参参与，其结结构组成已已经发生了了较大的变变化，有别别于自然生生态系统，，二者在结结构与功能能上的差别别如下页表表：植物微生物动物气体土体水体自然环境自然生态系统社会经济环境植物微生物动物作为消费者的人土体水体气体人工环境模式建设技术措施出入调节作为调控者的人评价、诊断、决策、预测自然环境各种信息农业生态系统特征农业生态系统自然生态系统净生产力高中等营养变化简单复杂品种多样性少多物种多样性少多矿物质循环开放式封闭式熵高低人为调控明显需要不需要时间短长生境不均匀性简单复杂物候同时发生季节性发生成熟程度未成熟（早期演替）成熟的ComparisonofNaturalandAgroecosystemsGliessman,1998NaturalEcosystemsAgro-ecosystemsNetProductivityMediumHighTrophicInteractionsComplexSimple,linearSpeciesDiversityHighLowGeneticDiversityHighLowNutrientCyclesClosedOpenStability(resilience)HighLowHumancontrolIndependentDependentTemporalPermanenceLongShortHabitatHeterogeneityComplexSimple（2）农业业生态系统统的特点农业生态系系统是被人人类驯化了了的自然生生态系统，，因此，它它既保留了了自然生态态系统的一一般特点，，又具备很很多人类改改造、控制制、调节、、干扰甚至至破坏所带带来的新特特点。新的的特点主要要表现在：：①受人类控控制。②净生产力力高。③组成要素素简化，自自我稳定性性较差。④开放性系系统。⑤同时受自自然与社会会经济“双双重”规律律的制约约。⑥有明显的的区域性。。Thescienceofagroecology,whichisdefinedastheapplicationofecologicalconceptsandprinciplestothedesignandmanagementofsustainableagroecosystems,providesaframeworktoassessthecomplexityofagroecosystems(Altieri1995).Theideaofagroecologyistogobeyondtheuseofalternativepracticesandtodevelopagroecosystemswiththeminimaldependenceonhighagrochemicalandenergyinputs,emphasizingcomplexagriculturalsystemsinwhichecologicalinteractionsandsynergismsbetweenbiologicalcomponentsprovidethemechanismsforthesystemstosponsortheirownsoilfertility,productivityandcropprotection(AltieriandRosset1995).AgroecosystemsAbout40%ofterrestrialNPPisdirectlyorindirectlyconsumedbyhumans.Agroecosystemsareecosystemswhichareconsciouslycontrolledbyhumansforthepurposeofextraction.Theyincludemanagedforests,farms,rangelands,andaquaculturesystems.Whilehunting-gatheringissustainableatverylowhumandensities,itisextremelydamagingathighdensities,andcannotbesustainedforlong.Thusagroecosystemsareabsolutelynecessary.However,mostagroecosystemstodayarenotsustainable(yieldscannotbemaintainedindefinitely).Problemswithcontemporaryagroecosystems:PESTICIDES·Peststendtober-selectedspecieswithrapidgrowthrates.Theythereforetendtoevolveresistanceveryquickly.Mostimportantinsectpestspecieshaveevolvedresistancetoallmajorinsecticides.Thesamehashappenedforweedsandherbicides.Thisleadstothe"pesticidetreadmill".(resistanceisnotthesameasimmunity)Temporarysolution:transfergenesfromweedstocrops.Thisexacerbatesthepesticidetreadmillinthelongrun.PredatoryanimalsaremoreK-selected,andcannotevolveresistancetopesticidesquicklyenough.Toxinsaccumulateateachlevelinthefoodchain,andthushavealargeeffectonpredators.Thisisthereasonforthedeclineofbirdsorprey.Pesticidesarepresentinrainfallsampleswherevertheyhavebeenmeasured.Pesticideinrainisanegligibledirecthealthriskforhumans,buttheeffectsontheecosystemareunknown.Thereisgreatpromiseincontrollingpestsbybiologicalandcultural(physical)controls.Theproblemisthatsuchcontrolsaremoreinformation-intensive.Agriculturalistsmuststudythelifehistoriesofallbeneficialandharmfulspecies.Extensionagentsmustknowpopulationbiologyandcommunityecology.FERTILIZERBecauseofthis,humanscontrolmorethanhalfofallnitrogenfixation.Anthropogenicnitrogenfixationisextremelyenergyintensive,thusaffectingthecarboncyclethroughfossilfueluse.Nitratesescapingintogroundwaterhaveserioushealtheffects(bluebabies)Nitrogenisthemostlimitingnutrientinmostagroecosystems.RunoffofNandPintostreamscauseseutrophication.FertilizationbyN,P,andKcauseshigheryields,butwhenplantsareremoved,manycations(esp.CaandMg)areremoved.Thisincreasestheacidityofthesoil.SOILEROSIONExposingbaresoiltotheelementsanddecreasinginfiltrationratescauseswindandwatererosion.ConservationReservePrograms,low-tilltechniques,increasingorganicmatter,andplantingofhedgerowshavedecreasedthisproblem.MONOCULTURESPlantingcropsinmonoculturesencouragespests,diseases,andcropfailure.

Polyculturesallowcomplementarity,andaremakingacomeback.GENETI