《农业生态学》复习资料

《农业生态学》复习资料绪论生态学一一海克尔口小@0。卜01:研究生物与其环境（包括非生物环境与生物环境）相互关系的科学。（1866）农业生态学——是运用生态学基本原理和系统分析方法，研究农业生物与农业环境之间的相互作用规律和机理，以获得最高生物产量和最佳经济效益，又能在一定程度上维持农业再生资源持续利用的一门生态与经济相结合的综合性学科。系统：由相互依赖的若干组分结合在一起，完成特定功能，并朝特定目标发展的有机整体。农业生态系统：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系统的基本特征：1、系统结构的有序性2、系统的整体性3、系统功能的整合性农业生态系统的组成：（1）生物组分包括生产者、消费者、和分解者。（2）环境组分包括自然环境和人工环境农业生态系统的特点：1、受人类的控制2、农业生产系统的净生产力高3、农业生态系统的组成要素简化，自我稳定性能较差4、农业生态系统是开放性系统5、农业生态系统同时受自然与社会经济双重规律的制约6、农业生态系统有明显的区域性表一农业生态系统与自然生态系统的区别类别生物构成环境组分系统稳定性开放性净生产力服从规律第二章§2.1农业生态系统的生物与环境生态因子：自然环境中一切影响生物生命活动的因子。包括太阳辐射、大气圈、水圈、土壤圈。人工环境：包括人工影响的环境和人工建造的环境最小因子定律：李比西:植物的生长取决于数量最不足的那一种营养物质。谢尔福德耐性定律：在生物的生长和繁殖所需要的众多生态因子中，任何一个生态因子在数量上的过多、过少或质量不足，都会成为限制因子，谢尔福德把最大量和最小量限制作用概念合并为耐性定律。对耐性定律的补充：1、同一种生物对各种生态因子的耐性范围不同。2、不同种生物对同一生态因子的耐性范围不同。3、同一生物在不同的生长发育阶段对生态因子的耐性范围不同4、由于生态因子的相互作用，当某个生态因子不是处在适宜状态时，则生物对其他一些生态因子的耐性范围将会缩小5、同一生物种内的不同品种，长期生活在不同的生态环境条件下，对多个生态因子会形成有差异的耐性范围，即产生生态型的分化趋同适应：指亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在相同的环境之中，通过变异、选择和适应，在器官形态等方面出现很相似的现象，其结果使不同种的生物在形成、生理和发育上表现很强的一致性或相似性。趋异适应：指同种生物的不同个体群，由于分布地区的差异，长期接受不同环境条件的综合影响，不同个体群之间在形态、生理等方面产生的相应的生态变异。生态型：指同种生物的不同个体群，长期生存在不同的生态环境和人工培育条件下，发生趋异适应，并经自然和人工选择而分化形成的生态、形态和生理特性不同的基因型类群。生态型的形式：气候生态型、土壤生态型、生物生态型生活型：指不同种生物由于长期生存在相同的自然生态和人为培育环境条件下，发生趋同适应，并经自然选择和人工选择后形成，具有类似形态、生理和生态特性的物种类群。生境：指某一生物种群或生物群落，由于生态环境的约束，只能在某一特定区域中生存，则把该区域称为该生物种群或生物群落的生境。生态位：是生物种在完成其正常生活周期时所表现出的对环境综合适应的特性。即一个物种在生物群落和生态系统中的功能与地位。§2.2种群种群：指在某一特定时间中占据某一特定空间的一群同种的有机体的总称种群的空间分布特征：1、空间分布形式：随机型均匀型成丛型（聚集型）自然生态系统生物自然环境高封闭低自然规律农业生态系统农业生物、人类人工调控低开放高自然和经济规律阿利（Allee）氏群聚原则：指每个生物都有自己最适的密度，过疏和过密都产生限制影响。种群总是避免过分的分散和过分拥挤，使种群内个体能获得最佳的生活和生存条件。2、种群的数量特征种群大小：指一定面积或容积内某个种群的个体总数。种群密度：指单位面积或容积内某个种群的个体总数。粗密度——指单位总空间内的生物个体数。生态密度——指单位栖息空间内某种群的个体数量（或生物量）。出生率：指单位时间内产生新个体的数量。最大出生率——指当不受外界条件限制时，种群产生新个体的理论最大值。反映了该生物的特性。生态出生率——在一定的环境条件下种群产生新个体的能力。反映了环境对该种群的影响。死亡率：指单位时间种群死亡的个数。最低死亡率——指个体死亡由于生理寿命所决定的老年状况。生态死亡率——在一定的环境条件下的死亡率。年龄结构类型：增长型种群、稳定型种群、衰退型种群性比：指一个雌雄异体的种群所有个体或某个龄级的个体中雄性对雌性的比率。3、种群的遗传特征（一）种群生命表及分析生命表：是按种群生长的时间,或按种群的年龄（发育阶段）的程序编制的,系统记述了种群的死亡或生存率和生殖率.是最清楚、最直接地展示种群死亡和存活过程的一览表.生命表的主要优点：1）系统性2）阶段性3）综合性4）关键性生命表的一般构成:某:按年龄或一定时间划分的单位期限.（如：日、周、月等）n某:某期开始时的存活数d某:某期限内（某一某+1）的死亡数口q某:某期限内的死亡率,常以100q某和1000q某表示q某二d某/n某口l某:某期开始时存活个体的百分数.1某=n某/n1L某:某T某+1期间的平均存活数目（。某+n某+1）/2T某:某期限后平均存活数的累计数T某二EL某口e某:某期开始时的平均生命期望值e某二T某/n某口n某d某是直接观察值,其余参数为统计值口特定时间生命表:又称静态生命表，它是根据某个种群在特定时间种群的年龄结构而建立的生命表。优点:①容易使我们看出种群的生存、生殖对策;②可计算内禀增长率rm和周限增长率入③编制较易.口缺点:①无法分析死亡原因或关键因素②也不适用于出生或死亡变动很大的种群.生命参数的计算口世代平均历期（周期）：T二£1某m某某/El某m某净增殖率:每过一个世代种群数量增长倍数R0二£1某m某周限增长率：入二erm口内禀增长率rm:在实验条件下,人为地排除不利的环境条件，排除捕食者和疾病的影响,并提供理想的和充足的食物,这种条件下所观察到的种群增长能力.特定年龄生命表:又称动态生命表。适用于世代不重叠生物,可进行关键因子分析。它是真实地根据一个同龄群的个体从出生到最后一个个体的消失而构成的，它提供了这一同龄群种群数量动态的真实信息。（二）种群的增长型1、几何级增长:在无环境限制下的世代分离的种群，其增长呈不连续状态。增长模型:Nt+1二入Nt（或Nt=N0入t）口表现形式:当入〉1时，表示种群增长；入=1时，种群稳定；入＜1时，种群下降，当人=0时，种群无繁殖期，且在下一代灭亡。2、指数式增长:在无限环境条件下的世代重叠的种群，其增长呈连续状态。增长模型：dN/dt=rN其解为Nt=N0ert口式中，N为种群数量；r为瞬时增长率（在理论上被称为内禀增长率）口表现形式：当r〉0时，种群数量指数上升；r=0时，种群数量不变;r<0时，种群数量指数下降3、S型增长：在有限的环境条件下，开始时因为种群数量少增长缓慢，随后逐渐加快，不久之后，由于种群对有限空间资源和其他生活必需条件的种内竞争加剧，环境阻力的逐渐增加，增长速度又开始逐渐下降，直到种群数量达到环境容纳量（K）并维持下去。增长模型：dN/dt=rN（K-N）/K种群的S型增长的特点：S曲线有一个上渐近线，即S型曲线渐近于K值，但不会超过这个最大值，即环境容量。三、种群间的相互作用正相互作用：1、互利共生：指两个物种长期共同生活在一起，彼此相互依赖、相互依存，并能直接进行物质交流的一种相互关系。2、偏利共生3、原始协作负相互作用：1、竞争形式：直接干涉型和资源利用型种间竞争:发生在两个或更多物种个体之间的竞争。种内竞争:发生在同种个体之间的竞争。竞争排斥原理：又称高斯原理，具有相同生态位的不同物种，在同一生境中不能长期共存。种间竞争结果：第一是一个物种完全挤掉另一物种；第二是不同物种占有不同的空间，捕食不同食物，或其它生态习性上的分离，即生态分离，也可能使两种间形成平衡而生存。2、捕食：指一个物种的成员取食另一个物种成员的现象。捕食是一种重要的生态现象1、捕食是一个主要的选择压力2、捕食是影响群落结构的重要过程3、捕食可以限制种群的分布和数量3、寄生指一个种（寄生者）寄居于另一种（寄主）的体内或体表，从而摄取寄主的养分以维持生活的现象。拟寄生：指昆虫寄生昆虫的现象，其拟寄生者总是杀死宿主。寄生昆虫常把卵产在其他昆虫寄主）体内，待卵孵化成幼虫后便以寄主的组织为食，直至寄主死亡化感作用：指由植物体分泌的化学物质对自身或其它种群发生影响的现象，是植物界种间竞争的一种表现形式。影响作用:包括抑制作用和促进作用。广泛存在于自然植物群落和农业植物群落中。四、种群的进化与生态对策不同生物对环境的适应对策各不相同，从而促使生物种群向不同的方向进化。种群的进化与适应是生态系统重要的稳定机制。生态对策:指生物朝不同方向进化的对策，也即生物以何种形态和功能特征的适应而在其生境中生存和繁衍后代。形式:K-对策，r-对策口种群的调节:密度制约和非密度制约密度制约指通过密度因子对种群大小的调节过程。调节形式：种内调节、种间调节和食物调节。1、种内调节行为调节：指种群内个体间通过行为相容关系调节其种群动态结构的一种种内调节方式。生理调节:指种内个体间因生理功能的差异，致使生理功能强的个体在种内竞争中取胜，淘汰弱者，在动物方面表现为内分泌调节。遗传调节：指种群数量可通过自然选择压力和遗传组成改变而得以调节的过程2、种间调节主张种间调节的是生物学派，他们认为：调节因素的作用必然受被调节种群的密度所制约。调节种群的因素始终是竞争，包括竞争食物、空间以及捕食者和寄生者的竞争。3、食物调节Lack（拉克）的Lack学说和Pitelka（皮特卡）的营养恢复学说§2.3农业生态系统的群落生物群落——指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的集合体。1群落的水平结构：指群落在水平方向上的配置状况或水平格局，也称作群落的二维结构。2群落的垂直结构：指不同生活型的物种在地面以上不同高度和地面以下不同深度分层排列，形成了群落的垂直结构。成层现象：指群落中生物按高度或深度的垂直配置，是植物群落与环境条件间相互关系的一种特殊形式。群落的时间结构：由自然环境因素的时间节律所引起的群落各物种在时间结构上相应的周期变化称为群落的时间结构。群落的交错区：是两个或多个群落或生态系统之间的过渡区域。边缘效应：由于群落交错区生境条件的特殊性、异质性和不稳定性，使得毗邻群落的生物可能聚集在这一生境重迭的交错区域中，不但增大了交错区中物种的多样性和种群密度，而且增大了某些生物种的活动强度和生产力，这一现象称为边缘效应。群落演替的概念：指生态系统内的生物群落随着时间的推移，一些物种消失，另一些物种侵入，出现了生物群落及其环境向着一定方向，有顺序发展的变化过程演替不仅是生物与物理环境反复作用的结果，同时还是群落内种群之间竞争和共争的结果。内因演替：在生物群落里，群落成员改变着群落内部环境，而改变了的内部环境反过来又改变着群落成员，这种循环往复的进程所引起的生物群落演替称内因演替。演替系列：指物种开始侵入到顶极群落的整个顺序演变过程.据起始条件：原生演替系列、次生演替系列据基质类型：水生演替、旱生演替旱生演替：指在裸露的岩石表面开始的演替旱生演替系列包括：地衣群落阶段、苔藓群落阶段、草本群落阶段、木本群落阶段。水生演替：指从湖底或河底开始的演替水生演替系列包括：自由漂浮植物阶段、沉水植物阶段、浮叶水生植物阶段、直立水生植物阶段、水生草本植物阶段、木本植物阶段。据主导因素：内因性演替、外因性演替据代谢特征：自养性演替、异养性演替原生演替primaryucceion系列：始于原生裸地或原生芜原的群落演替.次生演替系列：原生植被遭外力破坏以后的演替为次生演替次生演替的特点：(1)次生演替的速度一般较快；(2)次生演替的趋向。当引起群落次生演替的外力作用停止后，群落仍趋向于恢复到受破坏前原生群落的类型；(3)次生演替所经历的阶段，决定于外界因素作用的方式和持续时间。顶级群落：演替最终形成的稳定群落顶级群落理论上应具有的特征：1、它是一个在系统内部和外部，生物与非生物环境之间已达平衡的稳定系统；2、它的结构和物种组成已相对恒定；3、有机物质的年生产量与群落的消耗量和输出量之和达到平衡，没有生产量的净积累，其现存量上下波动不大；4、顶极群落如无外来干扰，可以自我延续地存在下去。演替过程中生物群落结构及功能变化：（1）群落中生物种类随演替而变换。（2）群落总生物量随演替而增多，而群落的净生产量，在演替的前期多，后期较少甚至等于零，但生物现存量以顶级期为最高。（3）随群落演替的进行，群落中产生的可溶性物质不断聚集，并产生各种代谢产物，这些物质对生态系统的发展和生物种间关系具有一定的调节作用。（4）营养物质的物质循环的封闭程度随演替而增大，使生态系统保持养分的能力增强。（5）由于物种的增多、物质循环的封闭性和各种化学物质调节作用的加强，使群落稳定性随演替而提高群落的稳定性：指群落在一定时间过程中维持物种互相结合及各物种数量关系的能力，以及在受到扰动的情况下恢复到原来平衡状态的能力。生物多样性的定义：生物多样性——是生物与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。基因多样性、物种多样性、生态系统多样性3个层次。第三章3.1概述生态系统结构：指生态系统组分在空间、时间上的配置及组分间的能物流顺序关系。生态系统结构类型：物种结构、空间结构（包括水平结构和垂直结构）、时间结构、营养结构（食物链结构）3.2农业生态系统的水平结构v景观：指一定空间范围内，由不同生态系统所组成的，具有重复性格局的异质性地域单元。v农业景观：是由多种类型的在景观上有差异的农业生态系统的集合所组成的区域。v景观多样性：指生物圈内栖息地、生物群落和生态学过程的多样化。是生物多样性的一个层次。生态交错带：指在景观中不同斑块连接之处的交错区域。类型：城乡交错带、干湿交错带、农牧交错带、水陆交错带、群落交错带。边缘效应：指在两个或两个不同性质的生态系统（或其他系统）交互作用处（交错带），由于某些生态因子（可能是物质、能量、信息、时机或地域）或系统属性的差异和协合作用而引起系统某些组分及行为（如种群密度、生产力和多样性等）的较大变化，称为边缘效应。§3.3农业生态系统的垂直结构大尺度的地形变化：由海拔高度的较大差异所引起（图）小尺度的地形变化：主要是在丘陵和低海拔地区农林业系统的概念：农林业系统——指在同一土地单元内将农作物生产与林业和畜牧业生产同时或交替地结合起来，使得土地总生产力得以提高的持续性土地经营系统。农林业系统的特征：复合性、系统性、集约性。3.4农业生态系统的营养结构营养级：指生物在食物链上所处的位置，食物链上的每一个环节就称为一个营养级。捕食食物链：草牧食物链，从绿色植物开始，再到草食动物，肉食动物，食物链成员有自小到大，从弱到强的趋势，这与捕食能力有关。腐食食物链：又叫碎屑食物链，主要以死的动植物有机体或生物排泄物为食物，通过腐烂、分解，将有机物质分解为无机物质的食物链。寄生食物链：以寄生的方式取食活的有机体而构成的食物链食物网：食物链之间交错纵横，彼此相连，构成一种网状结构，这就是食物网（1）加环类型：生产环增益环减耗环复合环加工环食物链加环的作用n提高农业生态系统的稳定性。n提高农副产品的利用率。n提高能量的利用率和转化率农业生态系统的时间结构：指在生态系统内合理安排各种生物种群，使它们的生长发育及生物量积累时间错落有序，充分利用当地自然资源的一种时序结构时间结构涉及的因素：包括环境条件的季节性和生物的生育发育规律。调节农业生物群落时间结构的方式：间作、轮作、套作、轮养、套养等第四章太阳能、辅助能（自然辅助能和人工辅助能）§4.2能量流动的途径及传递效率一、生态系统的能流路径（2）以植物有机物质形式贮存起来的化学潜能，沿着食物链和食物网流动，驱动生态系统完成物质流动、信息传递等功能。（3）化学潜能贮存在生态系统的生物组分内，或者随着产品等输出，离开生态系统。（4）植物、动物和微生物有机体通过呼吸作用释放热能，并散失。（5）辅助能对以太阳辐射能为始点、以食物链为主线的能量流动起辅助作用。十分之一定律（林德曼效率）：指食物链营养级之间的能量传递效率大约平均为10%。生态金字塔：个体数金字塔、生物量金字塔和能量金字塔生态效率：指在食物链中，后一营养级生物对前一营养级生物能量利用的百分比（包括营养级之间的能量转化效率和营养级内部的生态效率两种）。营养级之间的能量转化效率（1）摄食效率指上一营养级摄食量（Ct+1）与该营养级摄食量（Ct）之比，用Ct+1/Ct表示。（2）同化效率口指上一营养级同化量（Pt+1）与该营养级同化量（At）之比，用Pt+1/At表示。（3）生产效率口指上一营养级生产量（Pt+1）与该营养级生产量（Pt）之比，用Pt+1/Pt表示。（4）利用效率口指上一营养级的同化量（At+1）与该营养级的生产量（Pt）之比，用At+1/Pt表示。营养级内部的生态效率口（1）组织增大率指生产量（Pt）与同化量（At）之比，用Pt/At表示。（2）同化效率指消费者同化量（At）与摄食量（Ct）之比，用At/Ct表示。(3)生态增长率指生产量(Pt)与摄食量(Ct)之比，用Pt/Ct表示。§4.3农业生态系统中能量投入与产出口初级生产—指绿色植物进行光合作用所积累能量的过程。初级生产者——指进行光合作用的绿色植物。初级生产力——指初级生产积累能量或物质的速率。农业生态系统的初级生产主要包括农田、草地和林地生产。(1)初级生产力测定的方法直接测定：是测定初级生产者的生物量间接测定：是通过测定初级生产者的代谢活动的情况，再对初级生产力进行进行推算。(2)作物生产力的估算①光合生产力：Y1=f(Q)②光温生产力：Y2=f(Q)f(T)③气候生产力：Y3=f(Q)f(T)f(W)④土地生产力：Y4=f(Q)f(T)f(W)f(S)3提高初级生产力的途径口⑴因地制宜，增加绿色植被覆盖，充分利用太阳能，增加系统的生物量或能通量，增强系统的稳定性；⑵适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因子的制约；⑶改善植物品质特点，选育高光效的抗逆性强的优良品种；⑷加强生态系统内部物质循环，减少养分和水份制约；口⑸改进耕作制度，提高复种指数；合理密植，实行间套种，提高栽培管理技术；⑹调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构；(二)次级生产次级生产—指初级生产以外的有机体的生产，即消费者、分解者利用初级生产的有机物质进行同化作用，表现为自身的生长、繁殖和营养物质的储存。次级生产者——初级生产者以外的异养生物(包括消费者和分解者)。在农业生态系统中次级生产者主要是指畜牧业和渔业生产。2次级生产的能量平衡P=NI+I=NI+A+(R1+R2)+(F+U+G)口式中：P为净初级生产总量；NI为未被次级生产者采食部分；I为被采食部分。R1为体增热消耗，是动物采食后数小时内体内产生的热损耗;R2为维持能，是用于基础代谢的能量损耗；F、U、G分别为固态、液态、气态排泄物；A为次级生产者贮存的能量。次级生产的主要作用：口l转化农副产品，提高利用价值。l生产动物蛋白食品，改善人们食物组成。l促进物质循环，增强生态系统机能。口l种养结合、农牧互促，有助于农业资源的合理利用和农业的可持续发展。l增加就业门路，增加农民收入，并有助于建立种-养-加-贸一体化的农业产业化体系。初级生产与次级生产的关系：v次级生产依赖初级生产。v合理的次级生产促进初级生产。v过度放牧破坏初级生产，使草原退化。提高次级生产力的主要途径：1、调整种植业结构，建立粮-经-饲三元结构。2、培育、改良、推广优良畜禽渔品种。3、将分散经营适度集约化养殖。4、大力开发饲料，进行科学喂养。5、改善次级生产构成：发展草食动物、水产业，发展腐生食物链，利用分解能等。辅助能——除太阳能外，对生态系统输入的其他形式的能量，统称为生态系统的辅助能。能值——某种类别能量转化形成过程所需要的另一种类别能量之量称为该能的能值。§5农业生态系统的功能生物地球化学循环――指各种化学元素和营养物质在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，从生物体再到环境，不断地进行流动和循环，就构成了生物地球化学循环，简称生物地化循环。物质不灭定律物质有两种存在形式：实物物质和场物质。物质不灭定律认为：化学方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的量，即在一般的化学变化过程中，觉察不到物质在量上的增加或减少。1库（1）概念：指在物质循环过程中暂时被固定、贮存的场所。（2）类型：贮存库和交换库贮存库——指容积较大、物质交换活动缓慢的库。交换库——指容积较小，与外界交换活跃的库。2流：指物质在库与库之间的转移运动状态。地质大循环：指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体中，然后生物有机体又以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，开始新的循环。特点：范围大，时间长，是闭合式的循环。生物小循环：指环境中化学元素经生物体吸收在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用，再为生产者吸收、利用特点：时间短，范围小，是开放式的循环生物量与现存量生物量一一指在某一特定观察时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总量。它可以是特指的某种生物的生物量，也可以指全部植物、动物和微生物的生物量。多数人又将生物量称为现存量。生物量又可叫现存量=生产量+减少量生产量是现存量与减少量之和。减少量是指由于被取食、寄生或死亡、脱毛、产茧等损失的量，不包括呼吸损失量。净生产量=总生产量-呼吸量。生态系统内能流与物流的关系1生态系统内，同时存在着能流与物流，它们相伴而行，相辅相成。能流是物流的动力，物流是能流的载体。2物质的循环过程，是物质由简单无机态到复杂有机态再回到简单无机态的再生过程，同时也是系统的能量由生物固定、转化和消散的过程。3物质、能量都遵循守恒的原则。但能量（太阳能）是无限的，物质却是有限的，分布也是很不均匀的。4能流单向流动并且在转化过程中逐渐衰变，有效能的数量逐级减少，最终趋向于全部转化为低效热量，离开生态系统。同时能量只能被利用一次，不能被再利用。物流是往复循环，可以重复利用，在流动的过程中只是改变形态而不会消灭，可以在系统内永恒地循环，不会成为废物。水循环是指水分子从地球表面通过蒸发，进入大气，然后通过雨雪或其它降水形式又回到地球表面的运动过程：蒸发、水汽运输、降水和径流。水循环可分为大循环和小循环二、碳循环1自然界的碳循环n碳循环由绿色植物的光合作用固定大气中的二氧化碳开始的。口n碳循环指植物通过光合作用将CO2转变成有机物，并通过食物链在生态系统中传递，被植物和动物所消耗，最终通过呼吸作用、发酵作用和燃烧又使碳以CO2形式返回大气中，再加入上述循环的全部过程碳的生物小循环的层次或途径n在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环；n大气CO2和植物体之间的个体水平上的循环；n大气CO2—植物一动物一微生物之间的食物链水平上的循环。2农业生态系统中的碳素流动(1)碳素通过作物的光合作用从大气流向作物；(2)碳素自作物流向土壤；(3)碳素沿食物链向家禽家畜和人体流动，然后由人畜粪便及其遗体等重新进入环境；(4