农业生态系统调节与控制.ppt

第九章 农业生态系统的调控,1 生态系统的稳态与稳态机制2 生态平衡3 农业生态系统的调控,第九章 农业生态系统的调控,1 生态系统的自然调控机制,一、生态系统的自然调控机制类型二、自然生态系统稳态及稳态机制,一、生态系统的自然调控机制类型,(一)随动调控(二)最优调控(三)程序调控(四)稳态调控,(一)随动调控,随动调控 动植物的运动过程能跟踪一些外界目标。向日葵的花跟着太阳转，植物的根向着有肥水的方向伸。,(二)最优调控,是生物在生存环境中达到最佳状态的调控。如：蜜蜂建成的六角形蜂巢，其几何形状是最省材料的，鱼类的流线型结构是减少流体阻力的最优结构，旱生植物具有发达的贮水组织，水生植物具有发达的通气组织。顶极群落的生态位分化,(三)程序调控,生态系统不同的水平层次均形成一种按一定程式来调控发展的的机制.如个体水平上,植物种子到种子的生命史就是一种典型的程序调控,是生物由遗传基因所决定的有序调控,如群落水平上,群落的演替也是一种程序调控.,(四)稳态调控,二、生态系统稳态及稳态机制,（一）稳态（homeostasis）定义：生态系统通过多种内部调节作用阻止变化，保持 自身相对稳定性（即保持平衡）的倾向。自然生态系统是演替系列中最后成熟的阶段，是顶极群落与外界环境取得平衡的，自我维持的稳定系统。自然生态系统在一定时间和相对稳定的条件下，总是向着稳定的方向发展系统的稳定性：系统在遇到生态环境较大变化时，由于系统自身的调节恢复和保持稳定的能力。,（二）、生态阈值,任何生态系统，其内在调节能力是有限的。定义：系统在不降低和破坏自动调节能力的前提下所能忍受 的最大限度的外界压力。外界压力：自然灾害、外界环境因子的强烈变化。人类的获取，改造和破坏实例：森林有一定的采伐量，草原有一定的载畜量，超过这个限度，就会破坏生态系统的稳定性。农田耗地作物的复种指数也有一定限度，复种指数过高会导致地力衰竭。,生态容量,生态系统对有毒有害物质的生态阈值称为生态容量。生态容量：生态系统对某种物质（有毒，有害物质）的最大容 纳量。为了保持生态系统的相对稳定，在调控管理和利用生态系统时必须以生态阈值为标准。生态阈值的大小决定于生态系统的成熟性。,稳态机制：系统内维持生态系统处于相对稳定状态（即稳态）的各种调节作用。稳态机制的类型1.冗余调控：是生物以超过正常需要的功能组分量来完成特定功能的调控方式。如：植物的花粉数量极大地超过受精的数量，植物的叶片数量庞大等。2.反馈调控：通过正负反馈协同作用,（三）、自然系统稳态机制,生态系统的各个水平都有稳态机制。1、生态系统构成要素一级的稳态机制（1）种群的自我调节（种内密度制约）各种群内部都有一定的反馈机制，使种群的密度与个体之间的增长率之间保持一定的关系，稳定在环境容纳量附近。,（三）、自然系统稳态机制,（2）捕食与被捕食关系的调节（种间牵制）在生态系统中的生物处于不同的营养级，连接成食物链和食物网，这种网状的结构通过捕食与被捕食的关系限制平衡各种物种的密度。2、生态系统有机体（个体）水平的稳态机制 生物有机体的主要调节作用是以生物的生理和遗传的调节作用为基础的，这种调节作用称为适应。适应：生物对环境产生的反应，以适应变化的环境，维持 个体的生存，维持个体的生存和种的延续。,（三）、自然系统稳态机制,生物适应环境的方式是多种多样的：生物可通过改变自身的形态结构和生理特性，产生不同的生态型来适应环境。如：光和养分都不足时和仅光照不足时植物的反应。通过生理调节和行为方式来适应环境。如：沙漠的植物和动、植物的休眠和植物的落叶。生物还可通过改变自身的活动规律获得适应和生存。如：植物的光周期现象，动物的迁徙。,（三）、自然系统稳态机制,有些植物还可在逆境中创造小生境而获得生存。如：红树。生物适应的结果使生物与环境达到了新的统一，一方面生物可最大限度的利用环境方面的优越条件，良好的生长发育，另一方面生物种可产生各种生态型、亚种和新种，使物种的多样性和遗传基因的异质性得以丰富和发展，这对维持生态系统的稳定性是有重要作用的。,（三）、自然系统稳态机制,3生态系统一级的稳态机制多样化的组成。如果一个生态系统的构成要素的数量丰富，食物链结构复杂，则系统内所包含的正、负反馈机制多，它们使各要素保持平衡的同时，也是生态系统稳态的基础。生态位的分化 使各物种和谐相处，互相补充，避免由于某一种或几种生物的灭绝而对整个生态系统的稳定性造成的影响。次生分泌物的作用 可进行生物种间的信息传递和调节生物种间的关系。,2 生态平衡,一、生态平衡的概念二、生态平衡失调的标志三、生态平衡失调的原因,一、生态平衡的概念,生态平衡(ecological balance)：在一定的时间内，生态系统中生物与环境之间、生物与生物之间以及环境各因子之间，通过相互制约、相互渗透、相互影响而维持的某种协调（稳定）状态。表现为：结构上：生物种类组成，种群数量、食物链营养结构协调稳定；功能上：能量流动、物质循环、信息传递畅通无阻；系统的输入和输出基本相等，物质储量恒定；生物种群与环境之间达到高度的相互适应和同步协调。,生态平衡的概念,可从以下五个方面理解生态平衡的概念：1生态平衡是一种动态的、相对的平衡。生态平衡并非静止不动的，生态平衡应是生物与环境相对协调的动态平衡。2生态平衡的出现是由于生物强大的繁殖力、较窄的适应力和环境资源的有限性三个因素共同作用的结果。三个因素相互作用，使生物与生物、生物与环境之间各自保持一定的状态，达到正反相当，协调吻合。,生态平衡的概念,3理解生态平衡不能离开系统的观点；平衡应是系统的总体概括，表现为总体的特征，而不过分强调某一种生物类型数量的变化或某一局部地区的变化。4生态平衡并不是指自然状态就是平衡，就是我们追求的目标。如果改变自然环境面貌，改变生态系统结构，改变某种物种的自然特征，我们就破坏了平衡。因为农业生态系统就是在改变了自然生态系统而建立的另一种相对的生态平衡。,生态平衡的概念,5生态系统保持生态平衡的调节能力是有一定限度的，超过这一限度，原有的生态平衡就会遭到破坏，并朝着新的平衡发展。生态平衡的事例：50年代苏联生物地理研究实验站对两棵栎树所做的实验。目前全世界鼠害成灾的原因。,二、生态平衡失调的标志,当生态系统受到外界的压力或冲击时，系统的平衡就受到影响。若这种压力超过了生态阈值时，系统的自我调节能力随之降低，以致消失。此时，生态平衡遭到破坏，生态系统趋向衰退，甚至崩溃。生态平衡失调的标志有两个方面：（一）结构方面的标志：一级结构缺损：系统缺损一个或几个组分，标志外界压力具大，系统内变化剧烈，生态平衡严重失调。如：大面积毁林开荒，围湖造田，草原强度开垦 原有生产者消失 各级消费者因缺少栖息地和食物源而消失（或转移）系统崩溃。,生态平衡失调的标志,二级结构变化：系统中某一组分内部结构发生变化。如：生物种类减少，种群数量下降，层状结构发生改变等，引起生态平衡的失调。表现在以下几个方面：植物群落结构简化，甚至退化。如：由于过度放牧，使草原中的优质牧草逐渐减少，由高 草群落退化为矮草群落。消费者种群结构发生相应的变化：草原上鹰、狐狸种群数量减少，啮齿类（鼠）种群增大。草原受鼠害影响而进一步退化。微生物和土壤动物种群结构发生变化。,生态平衡失调的标志,（二）功能方面的标志 生物的生产功能生态系统的功能表现为 生物对环境的调节功能 系统对外界压力的抵御功能生态平衡失调时，系统功能衰退，其基本标志是：能量流动受阻：生产者由于同化面积减少，生产力下 降，进而各级消费者的食物减少，使食物链紊乱。物质循环中断：物流在某一环节中断或输入比例失调，则整个系统改变。,三、生态平衡失调的原因,引起生态平衡失调的原因很多，归纳起来，不外乎两个方面：（一）自然因素：气候的突变，自然灾害。如：台风、海啸、龙卷风、暴雨、干旱、地震、火山、泥石 流、火灾等都带有很强烈的突发性的破坏作用。（二）人为因素：1、人类对自然资源的不合理开发利用是引起生态失调的主 要原因；如：大面积的毁灭性的砍伐森林，草原过度放牧、农田土壤 的重用轻养等，造成水土流失、土壤贫瘠，水源枯竭，气 候破坏。,生态系统对胁迫的适应,生态平衡失调的原因,人类对自然资源的开发利用，还缺乏科学的预见性，常不能预测生态系统变化的结果，因而住住采用盲目的，掠夺式的原始开发办法。高山陡坡毁森开荒，采伐森林剃光头，垦殖草原变农田，填湖造田等，都会造成水土流失，土壤贫瘠，水源枯竭，候变坏等恶果。特别是巨大的生产者 植被遭到破坏，所引起的后果是不堪设想的。,生态平衡失调的原因,由于水土流失农田土壤变得贫瘠，甚至岩石裸露或被沙淤废，使江河泥沙含量增加，河床升高，水库淤塞，落河田增多；严重者甚至造成河水泛滥。如图 例如：我国西北黄土高原，在古代曾是茂密的森林和肥沃的草原，经过封建社会几百年的盲目地砍伐，森林、草原面积逐渐减少，生态平衡遭到破坏，昔日郁郁葱葱的森林，如今已变成黄沙漫漫的荒原。又如：由于长江上游的森林遭到破坏，使长江水含沙量日益增加，媒体呼吁：“若再继续下去，长江可能变成第二条黄河”。,生态平衡失调的原因,2、人类对自然环境的污染；1、随着工业、农业的发展，大量有害有毒物质排放出来进入生态系统，形成环境污染。这些污染物质参与生态系统的物质循环，将深刻地动摇生态系统平衡的基础，甚至使生态系统毁 灭。例如：污染物进入水体，将出现水体富养化现象。农药所引起的环境污染，也导致了自然生态系统的破坏，它首先污染生产者，然后顺着食物链逐级向前传递，以致整个有机界都受到农药的污染。,生态平衡失调的原因,2、环境污染对生态系统的破坏，结果可分为两种：近期效应：在污染物大剂量作用下，生态系统立即崩 溃。远期效应：经一段时间甚至几代人之后才显现出来。它常常不为人所重视，但危害性是无法估 算的，甚至是无法扭转的。如：工业上大量燃烧化石燃料，增加了CO2在大气中的浓 度，形成“温室效应”，导致地球表面温度升高。,生态平衡失调的原因,3、污染物可通过各种途径来破坏生态系统的平衡。改变生态系统中的种类组成和数量关系，造成结构的深刻变化。改变各个库的库存大小及输入输出比例，造成功能上的变动。导致信息传递的破坏，使系统失去平衡。,生态平衡失调的原因,3、不合理的农业生产技术也可引起生态失调。如：内陆地区不合理的农田灌溉技术（只灌不排，大水漫灌）将地下水位上升，土地大面积盐碱化，造成农业生产水平下降。不合理的病虫害防治技术，可能造成病虫害猖獗，农产品含毒等，都是破坏生态平衡。,生态平衡失调的原因,注意：在引起生态失调的两种因素中，人为因素是引起生态失 衡的主要因素，常常是人为因素导致自然因素的强化。人类是生态系 统中最活跃、最积极的因素。人类的生产活动愈来愈强烈地干扰着自然生态系统的平衡。恩格斯说：“对于人类战胜自然的每一次胜利，自然界都报复了我们”。因此，人类征服自然的任何措施，都必须全面地、综合地研究生态系统的平衡，不能只满足于当前的胜利，而要慎重地考虑到未来的世界，它的远距离的、长时期的后果。,生态失衡的实例分析,1、北美科罗拉多州的喀巴高原，原为印第安人的鹿场，1906年有4000只鹿，草场生态系统处于相对平衡状态。人们为了发展养鹿业，大量捕杀吃鹿的豹、狼、野狗等食肉动物。由于鹿的天敌被捕杀过多，导致鹿的种群急剧扩展，到1923年增加到100 000只。鹿群过大，饲草不足，牧草以及灌木等都被啃光，超过了生态阈值。草场荒芜，难于恢复，鹿因饲草不足而饿死的数量远远超过了被天敌捕杀的数量，造成生态平衡失调,中国自然生态七大失衡,、水土流失面积大于治理面积。风蚀和水蚀达万平方公理，占国土面积的。、北方沙漠化面积万平方公里，占国土面积的%。每年新增平方公里。、南方石漠化面积万平方公里，每年新增多亩。、草原退化、碱化、沙化每年新增面积多万亩。、工业三废污染局部改善，总体恶化；二氧化碳排放量居世界第二、酸雨面积扩大、水污染严重。由年代末的%上升到目前的%以上。、水资源浪费，约%的农业用水利用率仅%。、耕地每年净流失多万亩。生态赤字比财政赤字更可怕。,植物净水图,3 农业生态系统的调控,一、农业生态系统调控的生态学原理二、农业生态系统的调控机制三、农业生态系统的调控,一、农业生态系统调控的生态学原理,一、系统的整体效应原理二、生物和环境协调发展的生态平衡原理三、生态系统的结构决定功能的原理四、限制因子原理。,二、农业生态系统的调控机制,农业生态系统的调控机制包括三个层次：自然调控（第一层次）构成要素一级的调控个体水平的调控生态系统一级的调控人工直接调控（第二层次）环境改造农业生物调控结构调控输入输出调控社会间接调控（第三层次）,（一）自然调控,是农业生态系统从自然生态系统继承而来。自然调控通过农业生态系统内生物与生物、生物与环境的相互作用，以及生物本身的遗传、生理、生化机制来实现，是农业生态系统的第一层调控。自然调控包括个体、种群和系统三个水平的调控机制。,（二）人工直接调控,由直接操作农业生态系统的农民和经营者充当调控中心，是农业生态系统的第二层次的调控。包括：1、环境改造 目的：改善生态环境，满足生物生长发育的需要。（1）调节气候因子 对光、热等气候因子的调控在大范围是有限的，但人类一直在不断强化调控手段。如：植树种草、防治水土流失；塑料大棚、地膜覆盖、局部改变近地和土壤的温、湿度；人工降雨、人工驱云、烟雾和泡沫防霜等均可在一定程度上控制不利气候因子的影响。,人工直接调控,（2）土壤环境调节 机械措施 如：传统的耕、耙、起垄作畦等可改善土 壤物理性状，协调三相比例。化学措施 如：施用化肥、土壤改良剂、保水剂、除草 剂等改良土壤理化性质。生物措施 施用有机肥，轮作豆科作物、绿肥，秸杆 还田等以丰富土壤N素和有机质。（3）水分调节 兴修水利、根治河患、实行喷灌、滴灌等方法改善农田水分状况。,人工直接调控,2农业生物的调控：个体水平的调节：生物种类的选用；品种的选育（良种选育、杂种优势利用、遗传工程方法的运用等）。种群水平的调节：确定各种农业生物种群数量和种群密度；包括：播种密度，牲畜放养密度、鱼群捕捞强度等。如：草原严重过牧，造成“夏肥、冬瘦、春死亡”的现 象应引以为戒。,人工直接调控,种群水平的调节：确定适合的群体结构形成对资源的有效利用；如：进行合理的作物间、混、套作，实行动物混合 放牧，营造混交林。种群的季节搭配。如：作物熟制的安排即前后茬的安排，鱼群的分期 放养等。,人工直接调控,3农业生态系统的结构调控：结构决定功能，通过对农业生态系统的结构的调控，可以改善系统中能量和物质的流动与分配，增强系统的机能。大农业：调节农、林、牧、副、渔、工各业的比例。亚系统：调整各业内部比例。如：种植业的作物布 局、种植制度，养殖业的各物种的比例，粗加工、精细加工以及加工种类的比例 等。,人工直接调控,4系统输入输出的调控：调控输入可改变系统的机能，然后改变输出。调控输出可通过反馈机制影响环境和输入，从而影响系统本身。增加系统的物质、能量投入，确定合理的投入比例，是输入符合系统的运行规律。增大有效输出的数量和多样性。减少非目标性输出。,（三）社会间接调控,经营者在计划和实施直接调控时，除了考虑系统的自然状况外，还必须考虑各种社会如：市场、交通、科技信息等。其中价格对农民决策起着决定性影响。利用社会因素对生态系统进行调控包括：财政系统：政府预算，税收制度等。金融系统：货币发行，银行利率，贷款方向等。工交系统：影响到生态系统的输入数量和种类，也影响产品的流通。,社会间接调控,通讯系统：影响到农民是否能及时准确的获得市场状况、天气预报、科技知识等。行政系统：政策导向，所有制形式、生产体制等。法制系统：与农业有关的法规。科教系统：影响到生产者的科学文化素质、及农业科技 水平的推广和应用情况。,