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第二章农业的基本生态关系
Chapter agroecosystem___Basicbiotic structure
由生物构成的种群和群落,既是生态系统的重要组分,、种群和群落水平研究生物之间 、生物与环境之间的相互关系及其作用规律,是生态学研究的基础和核心,也是农业生态系统调节控制和系统生产力提高的理论基础。
 
 
 
 
 
第一节 农业生态系统的生物与环境
第二节种群
第三节农业生态系统的群落
第四节农业生态系统中的生物多样
第一节 个体生态学关系
一。自然环境
,以及维持生命活动的物质和能量。自然环境中一切影响生物生命活动的因子均称为生态因子(ecologicalfactor),如辐射强度、温度、湿度、土壤酸碱度、、水圈和图圈综合影响着这些生态因子。
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(一)太阳辐射
地球上生命存在的能量主要依靠来自太阳的辐射。
太阳辐射有两种功能:ﻫ一种是通过热能形式温暖地球,使地球表面的土壤、水体变热,推动着水循环,引起空气和水的流动,为生物生长创造合适的温度条件;ﻫ另一种功能是通过光能形式被绿色植物吸收,并通过光合作用形成碳水化合物,将能量贮存在有机物中。
 
二)大气圈
大气圈是地球表面包围整个地球的一个气体圈层。ﻫ大气的主要成分是氮、氧、氢和二氧化碳
大气圈供给生物生存所必须的各种元素,而且在提供保护地面生物的生存条件中起着良好的作用。大气圈不仅防止了地球表面温度的急剧变化和水分的散失,并能防护地面的生物免受外层空间多种宇宙射线的辐射。
(三)水圈
水是细胞原生质的组分和光合作用的原料,是各种物质运输的媒介,是生物体内各种生化反应的溶剂;水有较高的汽化热和比热,可以调节和稳定气温。
(四)土壤圈
土壤具有独特的结构和化学性质,是固相、液相、气相共存的三相体系,具有巨大的吸收能力与贮藏能力,为生物的生长提供了适宜的条件。土壤不仅是植物生长繁育的基础,而且是物质和能量的贮存和转化的重要场所。

农业生态系统是人类干预下的生态系统。广义的人工环境包括所有受人类活动影响的环境,可以分为人工影响的环境和人工建造的环境。
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(一)人工影响的环境
在原有的自然环境中,,为改变局部地区的气候,控制水土流失,使农作物高产稳产,而人工经营的森林、草地、防风林、水保林等。。
 
(二)人工建造的环境
人工建造的环境是指人类根据生物生长发育所需要的外界条件进行模拟或塑造的环境如无土栽培环境、大棚温室环境、集约化养殖环境等。
第一节农业生态系统的生物与环境
 
一。自然环境

三。环境对生物的制约
(一)最小因子定律
德国化学家李比西(JustusLiebig)提出“植物的生长取决于数量最不足的的那一种营养物质",(1973)对最小因子作了两点补充。
(1)这一定律只有在相对稳定状态下才能运用.
( 2)要考虑因子间的相互作用。
(二)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。即对具体生物来说,各种生态因子都存在着一个生物学的上限和下限(或称“阀值”),它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐性范围(又称耐性限度)。
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E. (1973)等对耐性定律作了如下补充:
(1)同一种生物对各种生态因子的耐性范围不同,对一个因子耐性范围很广,而对另一因子的耐性范围可能很窄。
(2)不同种生物对同一生态因子的耐性范围不同。对主要生态因子耐性范围广的生物种,其分布也广。仅对个别生态因子耐性范围广的生物,可能受其它生态因子的制约,其分布不一定广。
(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,通常在生殖生长期对生态条件的要求最严格,繁殖的个体、种子、卵、胚胎、,在光周期感应期内对光周期要求很严格,在其它发育阶段对光周期没有严格要求.
( 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,则生物对其它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.
任何一种生物,对自然环境中的各理化生态因子都有一定的耐性范围,耐性范围越广的生物,适应性越广。据此,可将生物大体划分为广适性生物和窄适性生物。
(三)生活型(lifeform)和生境(habitat)

由于环境对生物的限制作用,不同种的生物长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下,会发生趋同适应,经过自然选择和人工选择形成具有类似形态、生理和生态特性的物种类群称为 生活型。生活型是生物对综合环境条件的长期适应,而在外貌上反映出相似性和一致性的生物类型 。
。他认为地球上的各个地区,冬季和旱季是植物生活中最严酷的临界期。他以温度、湿度、水分作为指示生活型的基本要素,以植物度过生活不利时期对恶劣条件的适应方式为基础,具体以休眠芽或复苏芽所处的高低和保护方式为依据建立了生活型系统()。
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图2。1Raunkiaer 生活型图解(引自C。Raunkiaer,1934) 2-3。地上芽植物 -9。地下芽植物
( 1)高位芽植物
这类植物的芽和顶端嫩枝是位于离地面较高处的枝条上,如乔木、灌木和一些生长在热带潮湿气候条件下的草本等。它们之中根据体型的高矮又可分为大型(30m 以上),中型(8—30m),小型(2-8m)以及矮小型( -2m)四类,即大、中、小、矮高位芽,然后又根据植物是常绿还是落叶,以及是否具有芽鳞这两类特征,进一步划分为十五个亚类.
 
2 )地上芽植物
这类植物的芽或顶端嫩枝位于地表或接近地表处,一般都不高出土表20-30cm,因此它们受土表的残落物所保护,在地表积雪地区也受积雪的保护。
(3)地面芽植物
这类植物在不利季节,植物体地上部分死亡,只有被土壤和残落物保护的地下部分仍然活着,并在地面处有芽。
(4)地下芽植物
这类植物度过恶劣环境的芽埋在土表以下,或位于水体中。
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(5 )一年生植物
一年生植物只能在良好季节中生长,在恶劣的气候条件下,它们以种子形式度过不良季节。

在环境条件的制约下,具有特定生态特性的生物种和生物群落,只能在特定的小区域中生存,这个小区 域就称为该生物种或生物群落的 生境。生境也称栖息地
第一节 农业生态系统的生物与环境
 

二。人工环境

四。生物对自然环境的适应
(一)生态型(ecotype)
同种生物的不同个体群,长期生存在不同的自然生态条件和人为培育条件下,发生趋异适应,并经自然选择和人工选择而分化形成的生态、形态、和生理特性不同的可以遗传的类群,称为生态型。
根据形成生态型的主导生态因子类型的不同,可以把植物生态型划分为气候生态型、土壤生态型和生物生态型三种.
1、气候生态型:长期适应不同的光周期、气温和降水等气候因子而形成的各种生态型。例如,水稻的早、中、晚稻属于不同的光照生态型;籼稻、粳稻是不同的温度生态型.
2、土壤生态型:长期在不同的土壤水分、温度和肥力等自然和栽培条件的作用下分化而形成。例如,水稻和陆稻主要由于土壤水分条件的不同而分化形成的土壤生态型。
3、生物生态型:是指主要在生物因子的作用下形成的生态型。例如,各种作物对病、虫、草具有不同抗性的品种群.
(二)生态位(niche)
生态位 可表述为:生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置。即用某一生物的每一个生态因子为一维(Xi),以生物对生态因子的综合适应性(y)为指标构成的超几何空间。
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物种对环境的潜在综合适应范围,称为基础生态位。而实际占据的生态位称实际生态位。实际生态位比基础生态位要小。

生物不只是简单地、被动地接受环境的种种影响,同时也对其生存环境产生多方面的影响,或者不同程度地改善环境条件,使环境变得更有利于生物生存,或者对环境资源和环境质量造成不良影晌。
(一)森林的生态效应
,保持水土。
2。调节气候,增加雨量。
,保护农田。
4。净化空气,防治污染.
5。减低噪音,美化大地。
,增加肥源。
(二)淡水水域生物的生态作用
淡水水域生物的主要生态作用是,浮游植物能吸收水中各种矿质养分,保持水体一定的洁净程度,增加水体的溶氧量,对水质理化特性的变化起主导作用,同时形成水域生态系统的初级生产力。
(三)草地生物的生态效应
牧草特别是豆科牧草,能改良土壤。牧草还能增加植被覆盖度,涵养水分,保持水土,固定流沙。
(四)农田生物的生态效应
1。对土壤肥力的影晌。
。
。

第二节种群
种群是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,或者说一个种群就是在某一特定时间中占据某一特定空间的同种生物的集合体。
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(一)种群的大小和密度
,某个鱼塘中草鱼的总数。
种群密度是指单位面积或容积内某个种群的个体总数。如每公顷水稻的株数。
种群的密度可以分为粗密度(crudedensity)和生态密度(ecologicaldensity).
粗密度(又称天然密度)是指单位空间某个种的实际个体数量(或生物量)
生态密度是指单位栖息空间某个种群的个体数量(或生物量)。
(二)种群的年龄结构和性比
龄级比:若一个种群中的不同个体具有不同的年龄,则可按一定的年龄分组,统计各个年龄组个体数占种群总个体数的比率。
种群的年龄结构是指各个年龄级的个体数在种群中的分布情况,它是种群的一个重要特征,既影响出生率,又影响死亡率。
年龄锥体:自下而上地按龄级由小到大的顺序将各龄级个体数或百分比用图形表示()。
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(1)增长型种群:其年龄结构呈典型的金字塔形,种群中有大量的幼体和极少的老年个体,种群的出生率大于死亡率。
(2)稳定型种群:每一龄级的个体死亡数接近于进入该龄级的新个体数,种群数量相对稳定.
(3)衰退型种群:种群中幼体比例很小,而老年个体比例较大,出生率小于死亡率。种群趋于衰退甚至消失.
性比(sexratio )是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。
性比是种群结构的一个要素,它反映了种群产生后代的潜力。
(三)种群的出生率( natality)和死亡率(mortality)
:种群产生新个体的能力。
最大出生力(潜在出生力):不受任何生态因子限制,种群处于理想状态时产生新个体的最大能力。反映了该生物的特性。
实际出生力(生态出生力):种群在一定的环境条件下,产生新个体的能力。反映了环境对该种群的影响.
:单位时间内种群死亡的个体数。
最低死亡率:种群处于理想状态时的死亡率。
实际死亡率:,不仅受环境条件的影响,而且受种群大小和年龄组成的影响。
(四)种群的内禀增长率与环境容纳量
内禀增长率:在没有任何环境因素(食物、领地和其它生物)限制的条件下,由种群内在因素决定的稳定 (bioticpotential )或生殖潜能(reproductive potential)。
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种群的内禀增长率与观测到的种群实际增长率之差可以看作环境阻力的度量(Odum ,1971)。
环境阻力:就是防碍种群内禀增长率实现的环境限制因素的总和。
(五)种群的空间分布和阿利氏原则
由于自然环境(栖境)的多样性,以及种内种间个体之间的竞争,每一个种群都呈现特定的分布形式。种群的分布有三种基本类型:
(1)随机的(random);ﻫ(2)均匀的(uniform);
(3)成丛的(clumped)(或聚集的)
第二节种群
一。种群结构

(一)生命表(life table)和生命曲线(survivorshipcurve)
生命表 又称寿命表或死亡率表,它可用来综合评定种群各年龄组的死亡率和寿命,预测某一年龄组的个体能活多少年,还可以看出不同年龄组的个体比例情况。只要掌握了种群各年龄组的个体数目(nx)和各年龄组的死亡个体数(dx)后,就可编制生命表.
依据取得nx和dx方法的不同,生命表可以分为 动态生命表和静态生命表。
动态生命表的nx和dx是通过追踪观测同一时期出生的种群随着时间变化得到的,适用于寿命较短的物种。
静态生命表是通过观测某一时段种群所有不同年龄组的个体状况获得 nx和dx,适用于寿命较长的物种。现以康内尔(Conell,1970)对藤壶(Balanus glandula)的调查资料为例,说明动态生命表的编制方法()。
年龄(年)ﻫx
 
各年龄开始存活数nx
各年龄死亡个体数dx
各年龄开始存活分数lx
各年龄死亡qx
各年龄期平均存活数Lx
各年龄期及其以上存活的年总数Tx
平均寿命期望值ex
0ﻫ1
2
3ﻫ4ﻫ5
6ﻫ7ﻫ8
9
142
62ﻫ34
20
15。5

0
80
28ﻫ14




2ﻫ-
1。000
0。437
0。
0。
0。
0
0。563
0。452
0。412
。290ﻫ0。409

0。—
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224
122
74ﻫ47ﻫ29。25
16

0
。97

2。35ﻫ1。89
1。45
1。-