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1、农业问题,农产品供应短缺 农业基础脆弱，后劲不足 占用劳动力多而生产力低，需用固定资产多而利用率低，生产周期长而周转慢，产品价格低而盈利少，因而积累低而自力发展能力较差。,1什么是生态学？,生态学是研究生物与自然环境彼此之间以及生物与其周围环境之间关系的科学。 生态学的系统可以小到生物个体，大到整个生物圈； 生态学家从不同的角度研究自然； 植物、动物和微生物在生态学系统中起着不同的作用； 栖息地定义生物在自然中的位置，生态位定义其功能地位； 一切生态学系统都有特定的时间和空间尺度； 生态学系统服从物理学和生物学一般原理； 生态学家通过观察和实验研究自然界； 人类是生物圈中重要的组成部分； 人类
2、对自然界的影响已经上升为生态学研究的焦点。,2.1生态学的研究对象,分子（molecular） 个体（individual） 种群（population） 群落（community） 生态系统（ecosystem） 景观（landscape） 生物圈（biosphere）,经典生态学 研究的内容,近代生态学 研究的内容,近代生态学 研究的内容,2.2生态学的分支学科,按组织层次（Levels of organization）划分： 个体生态学(Individual ecology): 研究重点是个体对生物和非生物环境的适应（adaptation）。 种群生态学(Population ecolo
3、gy): 多度(abundance)和种群动态（population dynamics）。 群落生态学(Community ecology): 决定群落组成和结构的生态过程（Ecological processes）。 生态系统生态学(Ecosystem ecology): 能流（Energy flow）、食物网（Food web）和营养循环（Nutrient cycling）。,3生态学的发展,生态学的萌芽时期（公元16世纪以前） 经典生态学时期 生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪） 生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代） 现代生态学时期（20世纪60年代至今）,生态学的萌芽
4、时期,以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点。,生态学的建立时期,欧洲文艺复兴时期开始，欧洲科学探索活动再度兴起，崇尚科学调查与科学实验。 一些生态学的理论开始形成，生态学达到一呼即出的境地。 1866年Heackel 提出Ecology一词，并首次明确生态学的定义。,生态学的巩固时期,这一时期是生态学理论形成、生物种群和群落由定性向定量描述、生态学实验方法发展的辉煌时期。形成几个著名的生态学派（四大学派）。 北欧学派：由瑞典乌普萨拉（Uppsala）大学的R. Sernauder创建。以注重群落分析为特点。 法瑞学派：代表人为J. Braun-Blanquet. 把植物群
5、落生态学称为“植物社会学”，用特征种和区别种划分群落类型，建立严密的植被等级分类系统。常被称为植被区系学派。1953年后，与北欧学派合流，被称为西欧学派或大陆学派。 英美学派：代表人为F.E.Clements 和A.G.Transley,以研究植物群落演替和创建顶极群落著名。 前苏联学派：注重建群种和优势种，重视植被生态、植被地理与植被制图工作。,现代生态学时期,研究层次上向宏观和微观两极发展：生态学的研究层次已囊括了分子、基因、个体直到整个生物圈。 研究手段的更新：自计电子仪、同位素示踪、稳定性同位素、“3S”（全球定位系统（GPS）、遥感（RS）与地理信息系统（GIS）、生态建模，系统论引
6、入生态学。 研究范围的拓展：结合人类活动对生态过程的影响,从纯自然现象研究扩展到自然-经济-社会复合系统的研究.,4生态学研究的方法,科学思维的逻辑结构 方法的重要性 生态学研究的基本方法,科学思维的逻辑结构,观察和描述 假设或解释 检验 模型：模型是对现实系统的结构与功能的物理或抽象的描述。 生态模型：描述和预测生态系统行为。,方法的重要性,变量观测：如何取样、样本大小、变量选择、精确水平 实验设计：对比组、控制组 统计分析：简单统计分析、多元统计分析,生态学研究的基本方法,野外研究：优点：直接观察，获得自然状态下的资料; 缺点：不易重复。 实验研究：优点：条件控制严格，对结果的分析比较可靠
7、，重复性强，是分析因果关系的一种有用的补充手段； 缺点：实验条件往往与野外自然状态下的条件有区别。 数学模型研究：优点：高度抽象，可研究真实情况下不能解决的问题；缺点：与客观实际距离甚远，若应用不当，易产生错误。,5生态学发展趋势,由中观水平向宏观和微观两个方向、两个深度发展,6当前面临的生态问题,（一）国际 1.全球变化（ global change) ：温室效应 greenhouse effect 主要的温室气体： CO2 、 CH4、N2O 、氟利昂 （是含氟、氯烃化合物的总称）等 2.环境破坏问题：水土流失、沙漠化、盐碱化 后果：对人体健康、植物、生物化学循环等都有明显影响。 3. 生
8、物多样性锐减 (reduction of biodiversity)遗传多样性 genetic biodiversity 物种多样性 species biodiversity 生态系统多样性 ecosystem biodiversity,（二）国内面临的环境问题,1. 土地环境退化：水土流失 (soil and water erosion)沙漠化 (desertification) 、盐碱化 (salinization) 2. 植被破坏：森林、草地、城市绿地等 3. 环境污染：工业三废、农业污染、城市垃圾等 (赤潮及其危害情况),第二节 农业生态学产生和发展,一、农业生态学的产生及发展,1.
9、土壤学、气象学、栽培学等通常是从某一侧面研究生 物与环境之间的关系。 2. 上世纪60 年代开始的 “ 污染、资源、能源、粮食、人口 ” 等五大生态危机的根源是对生态系统缺乏整体认识。人们 逐步认识到从生态系统水平认识农业的重要性。 3. 从 上世纪70 年代开始，以生态系统为核心的农业生态学逐步 建立起来。 1976 年在荷兰召开国际农业生态会议 1972 年日本小田桂三郎发表农田生态学 1978 年 G.W.Cox 发表农业生态学一书，农业生态学 开始建立起来1987 年马世骏出版农业生态工程,二、农业的发展推动农业生态学的发展,1. 人类和生物的增长受资源与环境的约束，地球资源有限，而人
10、口不断增加，对物质的需求也不断增加。 2. 人类社会的发展经历四个阶段 （1）旧石器以前的原始时代：人类完全依赖自然，生产力 极低 （2）人类开始改造自然时代：人类开始改造自然和利用更 多的自然资源 前面这两个时代人类认为大自然主宰一切，于是人们信奉上帝、神等神秘的力量操纵自然。 （3）经济大发展的工业化时代：人类利用各种现代 手段强烈干预自然，掠夺式开发使用资源，致 使资源枯竭、环境破坏。这时人们认为人类可 以主宰一切。 （4）后工业化时代：这时人类主张与大自然协调相处，发展经济的同时也自觉进行生态建设，利用资源与保护和增殖资源相结合。,三、中国的农业发展与农业生态学,1古代很早就有朴素的思
11、想：用地养地、基 塘系统养分循环、生物防治等 2. 70 年代末期提出生态农业（ Ecological agriculture) 是对农业生态学的很好实践。 50 个生态农业试点县，到100 个，已有7个获联合国全球500佳称号。 北京留民营村、浙江萧山山一村、辽宁大洼县西安生态养殖场、江苏泰县河横村、安徽 颖上小张庄、浙江瑾县上李家村、浙江奉化县腾头村等,第三节 农业生态系统的概念,一、系统 (system) 二、生态系统 (Ecosystem) 三、农业生态系统 (agroecosystem),一、系统 (system),1.定义 系统论的创始人是奥地利的贝塔朗菲（ L. V. Berta
12、lanffy ）。 系统是由相互作用和相互依赖的若干个组 成部分结合而成的、具有特定功能的整体。 系统必须具备的三个条件：由二个以上的组分组成；组分之间有密切的联系；以整体 方式完成一定的功能。 2.系统的结构特点： A系统都有边界。 B系统具有层次性。即系统由若干个子系统 组成，系统本身也是更大系统的子系统。C构成系统的组分间有一定的量比关系。D系统的组分在空间上有一定的排列位置关系。 3. 系统的功能特点和系统研究的基本途径 （ 1 ）系统功能的整合性：即整体大于部分之和。通常形象地称 “ 1+12 ” （ 2 ）系统研究的基本途径有： “ 黑箱 ”：只了解系统的转换特性，了解系统的输出对
13、系统的输入的响应规律，而不揭示引起这种特性或响应规律的系统内部原因。 “ 白箱 ”：着重了解系统内部结构和功能对系统的行为和表现作出解释。 “ 灰箱 ”：实际研究中常采用。即在重点层次、组分和关系上用白箱的方法，其它用黑箱方法。,二、生态系统 (Ecosystem),1 生态系统的定义 生态系统是在一定的空间内的全部生物和非生物环境相互作用形成的统一体。 景观区 (landscape)是由地理、生物和人类活动结果所综合组成的空间和视觉的整体。 景观生态学 (Landscape ecology) 不仅在 “ 垂直 ”方向研究特定地点上的生物和环境的相互关系，而且在 “水平 ”方向研究异质区域间的
14、相互影响，把特定地点上的同质区域称为景观元素。 2 生态系统的基本组分 生态系统在结构上包括两大组分：环境组分和生物组分。 环境组分包括四方面：辐射 (Radiation) 、 气体 (air) 、水 (water) 、土体 (soil) 。 生物组分包括生产者 (producer) 、大型消费者 (consumer) 和小型消费者 ( 分解者 decomposer) 。,3. 生态系统区别于一般系统的特点： （ 1 ）组分上包括生物，生物群落是生态系统的核心。 （ 2 ）空间上有明显的地域性。 （ 3 ）具有明显的时间特征，具有从简单到复杂，从低级到高级的发展演变规律 （ 4 ）系统的各组分
15、间处于动态的平衡中。各生态系统都是程度不同的开放系统，不断地从外界输入能量和物质，经过转换变为输出，从而维持系统的有序性。 4. 主要的生态系统类型 (1). 根据环境的性质生态系统可划分为： 陆地生态系统 (Terrestrial ecosystem)分为： a.森林生态系统b.草原生态系统c.农田生态系统 淡水生态系统 (Freshwater ecosystem) 海洋生态系统 (Ocean ecosystem) 。 (2). 根据受人类干扰的程度可划分为： a.自然生态系统b.人工驯化的生态系统c.人工生态系统。,三、农业生态系统 (agroecosystem),1 农业生态系统的定义
16、农业生态系统是农业生物与环境之间的能量和物质联 系建立起来的功能整体。 农业生态系统是驯化的生态系统，既受生态规律的制 约，也受经济规律的制约。 2 农业生态系统的基本组分 生物组分：农业生物如农作物、家畜、家禽、家鱼、 家蚕等，以及与这些生物有密切联系的病虫害、杂草等。其中的大型消费者也包括人。 环境组分：受到人类的不同程度的调节和影响。而有些环境如温室、禽舍等完全是人工环境。 3 农业生态系统的基本结构 组分结构 (component structure) 、时空结构 (Spatio-temporal structure)、营养结构 (trophic structure),4 农业生态系统
17、的基本功能 能量流 (energy flow) ：农业生态系统除输入太阳能外，还输入人工辅助能。 物质流 (matter flow) ：各种化学元素在生态系统中被生物吸收并传递，在生物与环境之间以及生物与生物之间形成连续的物质流。 信息流 (information flow) ：农业生态系统通过信源 的信息产生，信道的信息传输和信宿的信息接受形成 信息流。 价值流 (catipal flow) ：价值可以在农业生态系统中被转换成不同的形式，并可以在不同组分间转移。,5. 农业生态系统与自然生态系统的区别,第四节 农业生态学的研究对象与内容,一、农业生态学的研究对象 （一）农业生态学的研究对象主
18、要是 农业生态系统。 （二）农业生态学的研究重点不是注重于系统的组成成分，而是诸多组分间的关系，把每一个组分看作因素，从能量、物质、信息、资金上（着重从能量和物质上）研究它们之间的相互联系、耦合、转化、反馈等。,二、农业生态学的内容,1.农业生态系统的结构 2.农业生态系统的功能 3.农业生态系统在特定的自然和社会条件的综 合影响下的地域分布特点和规律 4.在不同的自然和社会条件下，各农业生态系 统的发展演变规律 5.农业生态系统的调节控制规律和方法农业生态系统的设计和生态农业建设,三、研究方法,1基本研究方法 （ 1 ）熟悉研究对象 （ 2 ）研究数据的收集及分析整理 农业生态系统研究涉及各组分的结构功能、投入产出，收据收集需要第一手数据，也需要集第二手数据。 （ 3 ）研究策略：多学科协作；多系统大跨度比较；选择适当的研究单元及研究层次 农业生态学研究中也运用常见的实验设计方法如正交设计、回归设计、均匀设计，及常见的数理统计方法如方差分析、回归分析等。由于农业生态学研究常涉及系统问题，因此以数学和计算机为主要工具的系统分析方法已经成为农业生态研究中最具特色的研究方法。系统分析方法包括对农业生态系统的运动模拟、关系分析、类型划分、效益评价、优化设计、发展预测等。 2传统方法：气象、土壤 3现代方法：宏观方法： GIS 、 RS 、 GPS、 计算机方法,