农业生态系统结构.ppt

第二章 农业生态系统的基本结构,第一节 生态系统结构基本概念 第二节 农业生态系统的生物与环境 第三节农业生态系统的种群 第四节农业生态系统中的生物多样性,农业生态系统研究目的,根据自然生态系统的基本规律，来探讨在人类控制下的农业生态系统的结构和功能，科学地控制它、调节它，使它能充分利用自然资源和社会资源，把自然资源的潜在生产力尽可能多地转化为现实产量，为满足人类对农副产品需要不断的增长。同时还要保护自然资源，使其永续利用。,生态系统结构,生态系统的结构：指生态系统的构成要素（组分）的种类和它们的组合方式，以及这些要素在时间上、空间上的配置和能量、物质在各要素间的转移、循环途径。 或者说，生态系统的结构不仅是指生态系统构成要素的种类与数量，即它们的量比关系，同时还包括这些要素在水平和垂直空间上的分布，在时间上的衔接，以及能量、物质在系统中的流动特点。,生态系统结构与功能,生态系统的结构与系统的功能和生产力有着密切的关系： 结构是系统内部组分相互作用的内在的结合方式， 功能是系统与外部环境相互作用的表现， 结构决定功能，结构不同，系统功能效率也相对的不同。 结构影响功能，功能必须凭结构来完成。 在合理的生态系统中，结构与功能是相互适应的，只有优化的结构，才能使各组分扬长补短，产生最佳的系统整体功能和最高的系统生产力；反之如结构不佳，即使各组分各自性能良好，也难以产生最佳的系统功能，所以应从调节系统结构入手提高系统的功能。,最佳系统结构特征,系统中生物群体与环境资源组合之间相互适应，具有较高的转化环境资源的能力和较高的系统生产力。 系统中多种生物群体之间科学衔接，密切配合，形成一个多层次的结构，使能量和物质在转化循环中得到层层利用，即每种生物的废弃物都由其它种生物来利用，使整个系统成为一个无废弃物的系统。 合理的生态系统的结构有助于能量流动和物质循环的进行，即物质循环的速度快，周期短，非生产性的消耗少，参与循环的多；能量转化过程中的熵值增加缓慢，使整个系统表现出最大的功能效率。 有助于系统稳定性的加强和生态系统的改善。,生物有机肥厂,生物农药,有机肥厂,沼气,废弃物处理,设施园区,养殖园区,加工园区,生活区,仓储物流,饲草种植,泥炭,技术培训,园区管理,市场,市场,市场,市场,药,药,蘑菇渣,药渣,药渣,肥,肥,肥,菌,菌,沼渣,秸秆,废渣,废水,粪便,沼气,粪便,生活废弃物,独贵塔拉现代有机农业产业园物质循环图,木本饲料,商品,商品,商品,商品,商品,商品,商品,农业生态系统与自然生态系统,农业生态系统中的结构与自然生态系统结构有所不同，自然生态系统是由生命系统和环境系统组成且是以生命系统为中心的。生命系统是植物群落、动物群落和微生物群落的综合整体。 农业生态系统是在人为控制下的生态系统，其结构有它一定的特点。,第二节 农业生态系统的生物与环境 环境对生物的影响 生物对环境的适应 生物对环境的影响,环境对生物的影响,最小因子定律(李必西Liebig)： 植物的生长取决于数量最不足的的那一种营养物质 Odum补充： 1、定律只在相对稳定状态适用： 不稳定状态许多因子的量和作用激烈的变动很难确定哪个是限制因子 2、需要考虑因子间的相互作用。 营养物质的互补作用，光照不强时CO2浓度提高可以补充光合作用 谢尔福德耐性定律 ：,环境对生物的影响,最小因子定律： 谢尔福德耐性定律 （谢尓福德） 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）。,环境对生物的影响,谢尔福德耐性定律（Odum补充） 同一种生物对各种生态因子的耐性范围不同。 不同种生物对同一生态因子的耐性范围不同。 对生态因子耐受范围广的生物种分部广，对个别生态因子耐性广的分部不一定广 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 生殖生长期对生态条件要求最严格 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。 同一生物种内的不同品种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。,生物对环境的适应影响,动物的保护色、警戒色与拟态,A 树皮纺织娘(Bark katydid) B 枭蝶(Owl butterfly) C 枯叶蝶 (Leaflike insect(Anaea) D 捕食花螳螂 (Predatory flower mantis) E 蛙鱼(Frog fish),A,B,D,E,C,适应的两大类型,趋同适应规律不同种类的生物由于生活在相同的环境中，受到某个主导因子的长期作用，产生相同或相似的适应方式，这些生物种通常可成为某一环境条件下的生活型(Life form) 趋异适应规律同一种生物长期生活在不同环境中，产生了不同的适应方式，而形成多种多样的生态类型，即生态型（Ecotype）,植物生态型分类,根据主导生态因子类型的不同将植物分为三个生态形 气候生态型：长期适应不同光周期、气温、降雨等气候因子而形成的各种生态型。 土壤生态型：长期在不同的土壤水份、温度和肥力等自然和栽培条件的作用下分化而形成土壤生态型。 生物生态型：在生物因子作用下形成是生态型,植物生态型分类,根据主导生态因子类型的不同将植物分为三个生态形,生物对生态环境的影响,生物不是简单地、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，或对环境资源和环境治理造成不良影响,涵养水源，保持水土 调节气候，增加雨量 防风固沙，保护农田 净化空气，防治污染 降低噪音，美化大地 提供燃料，增加肥源,改善水质 过滤泥沙 减缓水流 水体富营养化,改良土壤 涵养水份 保持水土 固定风沙 影响景观效果,影响土壤费力 影响水土保持 影响农田小气候 净化环境 影响景观,生物对生态环境的影响,农田生物的生态效应 1、对土壤肥力的影响： 是土壤有机质和养分的主要来源，是土壤肥力的主要调节者。养地的主要措施是在复种中安排养地作物，施行水旱轮作或适用有机肥。春花生与晚稻连作，收花生后土壤中速效N增加22.2,速效P增加5.4倍，速效K增加3.8倍。玉米间作大豆也有类似效益。 2、对水土保持的影响 山区梯田种植农作物后有良好的水土保持效益。梯田对山地地表径流有重要蓄纳和缓冲作用。沿等高线种植香根草，形成生物坝在热带亚热带国家大力推广,生物对生态环境的影响,农田生物的生态效应 3、对农田小气候的影响 保持合理密度，可显著改善农田小气候。水稻和旱作物垄作，有利于改善作物群体内特别是根际小气候 4、对环境的净化作物 农田土壤微生物净化能力强，目前对农田环境的主要污染是城镇污水和农药化肥。1hm2干燥土壤中微生物的分解净化能力，相当于1个400m3的活性炭净化站曝气池的处理水平。,农业生态系统的种群（自学）,一、种群结构 1、种群的大小和密度；2、种群的年龄结构与性比 3、种群的出生率和死亡率；4、种群的内禀增长率与环境容纳 5、种群的空间分布和阿利氏原则 二、种群的动态 1、生命表和生命曲线；2、种群的增长型 三、种群间的相互作用 1、负竞争关系；2、正相互作用 3、次生代谢产物在种间关系中的作用（化感作用等）,农业生态系统的种群（自学）,四、种群的生化史对策 R对策，K对策 五、种群的调节 1、密度调节；2、非密度调节 3、农业有害生物种群的综合防治,病害四面体 (disease pyramid),植物,病原物,环境,人,自然生态系统,农业生态系统,病害三角 (disease triangle),“人为病虫草害”农田生态系统特点,生物进化和遗传育种 进化论、生态平衡、历史 现代化栽培管理 集约化、化学化、机械化、商品化 商贸、旅游、科技活动 传带寄主和/或病原物 人类认识自然的程度,作物,病原物,病害,害虫,作物-有害生物系统,草,鼠,有害生物管理系统,生防 化防 物理 检疫,作物管理系统,品种 土壤 灌溉 施肥 栽培 资金 心理,农业生态系统,地理 气象 轮作 布局 引种 菌源 市场,作物-有害生物系统层次,虫害,植物病虫草害流行因素分析,感病寄主植物 品种抗病性 大面积集中栽培 具有致病性的病原物 毒性小种 数量巨大 有利发病的环境条件 温度 湿度（结露）,这些因素相互配合（时间、空间）决定了病害流行强度和广度。,植物病虫草害防治的目的,目的：保证农作物高产、稳产和优质 用最小的投资，获得最大的经济效益，把病害造成的损失控制在经济允许的水平以下 经济损害水平（economic injury level）: 造成经济损失的最低发病数量 经济阈值（ economic threshold）：应采取防治措施时的发病数量，此时防治可防止发病数量超过经济损害水平，防治费用不高于因病害减轻所获得的收益。,植物病虫草害防治的方针,我国：预防为主，综合防治；病害管理（ disease management）；综合防治的含义 国际：有害生物综合治理 IPM (integrated pest management) IDM (integrated disease management) EBPM（ecologically based pest management）,植物病虫害防治原则,病虫害防治原则：预防为主，综合防治； 利用农业栽培、采取选育抗病品种、物理防治、化学防治、生物防治等多种措施、手段、方法,进行行之有效的预防及防治,把病害控制在经济危害水平以下，获得综合效益（经济、社会，生态和环境保护），保持生态的良性循环 对象和方法： 植物：选用抗病虫品种、间作、轮作、多种品种混播 病菌（虫体）：物理防治、化学防治、生物防治控制病菌(虫) 环境条件：控制温度、湿度、土壤、光照等条件创造不利于病虫生长的环境条件，,Control is the ultimate if not the primary objective of the plant pathologist.(Otis C. Maloy 1993) 一个合格的植物病理学工作者，不是建议喷药而是建议不喷药或少喷药。（方中达，1998）,杂草管理技术育秧 做秧床，备土。将土过筛（5mm），堆置，覆盖杀草籽或和使杂草早出苗。再清除。 播种、覆土。所覆土要细而匀，可用深于耕层的土，以减少杂草发生。 杂草严重时采用人工拔除。,水稻的草害管理,杂草管理技术种子处理 种子处理前过筛或选种机，去除种子中带有的杂草种子 杂草管理技术插秧前处理 插秧前采用促杂草萌发方法处理一个月，之后春旋稻田，去除已萌发的杂草 杂草管理技术稻田水处理 在渠道水入田口，用纱布或密网做成过滤装置（孔径为0.1 mm(150目)的网袋），防治外来种子进入稻田内。,杂草管理技术施肥要求 施用的有机肥要经过高温沤制，以杀灭农肥中的病原菌、寄生虫卵、杂草种子等有害物质。,杂草管理技术水稻生长季杂草管理 稻田养鸭 麻鸭数量：10只/亩 放鸭入田时间。机插后15天，此时鸭龄为20天左右。鸭子入大田前1-2天进行鸭瘟、禽流感疫苗接种。 鸭舍建立。建简易鸭舍，30亩建1鸭舍，地面高与田埂平。舍长10m，宽1.5m，可容纳300只鸭子。四角用立柱，上架2根横梁，高度1.2米左右，上盖石棉瓦或塑料布，四周围网，地上铺干燥谷壳、碎草。准备一些食盘。 鸭舍建于稻田埂上，初始时可让小鸭在舍周围稻田适应几天时间。 稻田要围栏。可用尼龙网，网眼小于等于2厘米2厘米，网高70厘米，3-4米立一根桩，将网固定在桩上。,除草效果：75-90%，并兼有防治病虫害作用。,杂草管理技术水稻生长季杂草管理 稻糠除草 方法：秧田中秧苗返青后，每亩地均匀撒施70kg,保持35cm水层7天以上。 除草效果：65-80%。 注意事项：可能会增加水藻的发生,杂草管理技术水稻生长季杂草管理 稻田养鱼 稻田田埂：要加高到50厘米、加固，并要夯实，做到不裂，不漏，大雨冲不垮，鱼不外逃。 搭棚遮荫，避暑降温。七、八月份，气候炎热，稻田水浅，昼夜水温变化幅度较大，因此在稻田养鱼的鱼溜上要用树枝或草席搭一个凉棚，起遮荫降温的作用。 每亩放草鱼苗500尾 国家稻田养鱼技术规范 除草效果：75-85%，并兼有防治病虫害作用。,杂草管理技术人工除草 在种植期间，如果草害达到影响稻田生长的状态，要进行人工除草。 杂草管理技术系统防治杂草 在田边、地中杂草种子成熟前用割草机割除杂草，防止杂草种子形成和扩散。,病虫害管理技术耕作措施防治病虫害方法 插秧前提前57天灌水，并打捞漂浮的稻草和纹枯病病菌核，减少越冬病菌量。 每亩放2030块粘虫板，防治稻飞虱； 频振式杀虫灯（或黑光灯）：1015亩一个，诱杀稻水象甲、二化螟、稻纵卷叶螟、稻飞虱 清除田间、沟渠杂草，减少虫害栖息场所。 与大豆、花生等豆科作物轮作，或在田埂上间作,农业生态系统中的生物多样性,一、生物多样性的概念 二、生物多样性的价值 三、农业生态系统中的生物多样性 四、生物多样性的研究方法,一、生物多样性的概念,生物多样性是生物及其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 生态系统多样性： 物种多样性： 遗传多样性：,生态系统多样性,生态系统多样性：是指生物及某一生态系统内生境、生物群落和生态过程的多样化，也称生态多样性。包含： （1）生态系统组成（生物群落和无机环境）的多样性 （2）生态系统类型的多样性； （3）生态系统结构和功能的多样性。 （4）景观多样性：由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样性或变异性（）,物种的多样性,物种水平的生物多样性，是从分类学、系统学和生物地理学角度研究一定区域内物种的状况。 研究内容：物种多样性的现状（威胁现状） 物种多样性的形成、演化及维持机制等 地球上物种估计500万3000万种；也有说为200万1亿间 已经定名或描述的物种也不清楚：140万或170万,遗传的多样性,定义：是指种内基因的变化，包括种内显著不同的种群间和同一种群间的遗产变异，也成为基因的多样性。 意义：种内的多样性影响一个物种与其他物种及其环境相互作用方式，同时也是一个物种对人为干扰进行成功反应的决定因素，种内遗传变异决定其进化的潜势。 内容：染色体多态性、蛋白多态性和DNA多态性,生物多样性的价值,1.为人类提供了基本食物，是人类食物的根本和不可替代的来源（现实和潜在）。8万陆生植物，150种食品，20种提供90食物来源，70来自小麦、水稻、玉米。作物与家畜品种改良，需要抗生强的野生种或野生近源种杂交。 2.人类药物和衣着的主要来源。需要不断在生物中筛选药物的有效成份.在25万种显花植物中，仅对5000种潜在药物学属性的做过研究。 3.物多样性是维护自然生态平衡的基础。 4.生物多样性是遗传育种的基因源泉。,生物多样性研究热点,1.生物多样性的调查、编目及信息系统建立； 2、人类活动对生物多样性的影响； 3、生物多样性和生态系统的功能； 4、生物多样性的长期动态监测； 5、物种濒危机制及保护对策研究； 6、栽培植物与家养动物及其野生近源的遗传多样性研究； 7、多样性保护技术与对策。,遗传多样性研究方法,蛋白质标记系统：同功酶 DNA标记系统： 按基因组属性化分：细胞核DNA标记（nuclear DNA） 线粒体DNA标记（mitochondrial DNA, 即mtDNA） 叶绿体DNA标记（chloroplast DNA, 即cpDNA） 按功能和组成特点划分：编码区（coding region） 非编码区（non-coding region） 微卫星DNA（microsatellite DNA） 小卫星DNA（minisatellite DNA）等 按拷贝数量划分：单拷贝核DNA标记（single copy nuclear DNA，scnDNA） 核糖体DNA标记（ribosomal DNA，即rDNA） 按标记获得方法：DNA杂交方法 RFLP PCR方法：RAPD 、SCAP 、STS 、小卫星DNA等 PCR与酶切相结合：AFLP 、CAPS,Genetic diversity anddisease control in rice NATURE. 2000.406 :718-722 Youyong Zhu et al.,遗传相似性,研究意义,