农业生态学2.ppt
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1、 第二章 农业生态系统的结构基本生物结 构 第一节 农业生态系统中的生物与环境 一、自然环境 自然环境是生态系统中作用于生物的外界条件的总和 。包括生物生存的空间,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,如辐射强度、温度、湿度、土壤酸碱度、风力等 等。 、 太阳辐射 ()主要功能:一是为地球提供热量;二是为植物提供 光能进行光合作用。 ()光对植物的生态作用是由光照强度、日照长度、光 谱成分的作用构成。 植物对光强适应的生态类型:阳性植物、阴性植 物和耐阴植物。 植物对日长适应的生态类型:长日照植物、短日 照植物、中日照植物、中间型植物和不敏感植
2、物 光谱普成分对植物的产量和品质有的影响 2、大气圈。大气圈是地球表面包围整个地球的一 个气体圈层。 生物大多出现在地表 5070m以下的气层中, 离地表面 1km外的大气中就很少有生物了。 大气圈的主要生态作用: ()供给生物生存所必须的碳、氢、氧、氮等 元素; ()防止地球表面温度的急剧变化和水分的散 失; ()防护地面生物免受外层空间多种宇宙射线 的辐射。 水圈。围绕地球表面的各种类型的水所覆盖 的部分统称水圈。 水的主要生态作用: ()为水生生物提供生存环境; ()避免地球温度和生物温度的剧烈变化; ()是生物吸收养分的媒介; ()影响生物分布。 土壤圈。 它是覆盖在陆地表面及海洋和淡
3、水的底层,形成 地球表面很薄的疏松层。 主要生态作用: ()固定植物,并为植物提供营养和水分; ()为土壤动物和微生物提供生存空间。 二、人工环境 (一) 人工影响的环境。在原有的自然环境中,人的因 素促使其发生局部变化的环境.如放牧的草地、砍伐的森 林、排放污水的河流等。 (二)人工改造的环境。既保持有自然环境的特 点,有受人类活动的严重影响。如人工经营森林、 农田、鱼塘等。 (三)人工建造的环境。是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、大棚温室、集约化养殖。 三 环境对生物的制约 (一)最小因子定律和木桶原理 德国化学家李比西1840年提出“植物的生长取
4、决于数量 最不足的那一种营养物质”,即最小因子定律。 广义:生物的生长取决与数量最不足的那种生态因子 。 最小因子的影响主要表现在两个方面: ()本身不足会限制作物的生长; ()限制其他处于良好状态的因子发挥效应。 应用这个定律应注意: ()只有在相对稳定状态下才能运用; ()要注意因子间的相互作用。 木桶原理:水的容量取决于最短那根木块。 (二) 谢尔福德耐性定律 耐性定律: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,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),超过这个范 围,就会对生物产生不良影响。 高 应用这个定律应注意: ()同一种生物对不同
5、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)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)同种生物不同种群长期生活在不同的生态环境 条件下,耐性范围会发生变化,即产生生态型的分化 。 ()任何一种生物,对自然环境中生态因子都有一 定的耐性范围,耐性范围越广的生物,适应性越广。 (三)生活型和生境 l、生活型。不同种生物长期生存在相同的自然生态 条件,发生趋同适应,而在外貌上反映出相似性和一 致性的生物类型。 理解时注意: (1)不同种; (2)相同
6、环境; (3)趋同适应; (4)外貌相似。 动物分为水生动物、两栖动物、陆生地面动物、陆生 地下动物和飞行动物等生活型。 植物分成五类生活型: (1)高位芽植物;(2)地上芽植物;(3)地面芽 植物;(4)地下芽植物;(5)一年生植物。 .高位芽植物 .地上芽植物 .地面芽植物 .地下芽植物 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( 0.25-2m )四类,即大 、中、小、矮高位芽。 地上芽植物 这类植物
7、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。 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。 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。 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。 2、生境。适宜具有特定生态特性的生物种和生物群落 ,生活的区域。 四、生物对自然环境的适应 (一) 生态型 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
8、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。 理解时注意: (1)同种生物; (2)不同环境; (3)趋异适应; (4)内外不同 冬性小麦 春性小麦 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: (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。 (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土壤生态型。 (3)生物生态型。主要在生物因子的作用下形成的生态 型。 根据资源不同,可以分成若干单一的资源 生态位。如 空间生态位:物种生长或活动的空
9、间范围。 时间生态位:物种生长或活动的时间范围。 营养生态位:物种营养需求或取食物范围。 每个物种对空间、时间、营养温光水气等 资源潜在需求情况和实际占用情况不同, 这与当时资源实际出现情况(如气象因素 )、现存最小量资源的影响(最小因子定 律)、种间竞争(如仙人掌)等有关。 (二) 生态位 、 概念。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。 简言:生态位就是生物在空间、食物以及环境条 件等资源谱中的位置。 2、类型 (1)基础生态位:某物种能生存的最大空间,或所 需要的最大资源范围。 (2)实际生态位:某物种实际占据的空间或获取的 资源范围。 五、生物对自然环境的影响
10、(一) 森林的生态效应 1、涵养水源,保持水土。据我国科学家测定,每公顷 森林土壤能蓄水641-678T。与裸地相比,森林可减少土壤 侵蚀量95%以上。 2、调节气候,增加雨量。林区年均温比空 旷地低 l-2,空气湿度高出1520。 3、防风固沙,保护农田。一条配置合理的林带, 在迎风面l3倍树高的范围内和背风面1520倍树 高的范围内,风速可以降低4050。盘根交错 的树木根系可以保护土壤,防止土壤的风蚀和水蚀 。 4、净化空气,防治污染。林区对二氧化硫的吸收量比 无林区大510倍。据测算,1hm2森林可以吸附粉尘 30t 以上,一般林带对降尘的阻滞率可达25左右。 5、减低噪音,美化大地。
11、一条30m宽的林带, 可以降低噪音大约6-8db,没有树木的街道,其 噪音要比两旁栽满树木的街道大5倍以上。 6、为野生动物提供栖息场所,维护生物多样性。 如果毁林速度加倍,物种损失将增加2-2.5倍。 据科学家测定,一棵正常生长50年的树,对人类贡献的生 态价值为19.6万美元。其中: 产生氧气的价值是3.12万美元; 吸收有毒气体防止大气污染的价值是6.5万美元; 防止土地侵蚀、增加肥力的价值是0.312万美元; 涵养水源调节气候的价值是3.75万美元; 为鸟类等动物提供栖息繁衍场所的价值是3.25万美元; 生产蛋白质价值是0.25万美元。 这里还不包括木材本身的价值。 (二) 农田生物的
12、生态效应 1、对土壤肥力的影响; 2、对水土保持的影响; 3、对农田小气候的影响; 4、对净化环境的作用; 大豆田 农田生物的生态效益大小受人为因素影响很大。 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。 一、种群结构 (一) 种群的大小和密度 种群大小是指一定面积或容积内某个种群的个体总数。 种群密度是指单位面积或容积内某个种群的个体总数。 粗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)。 最适密度,种群增长处于最佳状态的密度。 饱和密度,环境所能允许的最大密度。 最低密度,能够保持种群生
13、存的密度。 (二)种群的年龄结构和性比 、 龄级比和年龄结构。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,称龄级比。 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。 2、性比。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。 一般以雌性个体为100,雄性个体的相应比数。 2004年,我国零岁婴儿的性比121.2:100; 2005年我国人口性比例在119.86:100。 2007年,中国男性比女性多3700万(其中初于婚期的男性 比女性多1800万)。 2008年我国人口性比为120.56. 预计到2
14、020年,20-45岁的男性比女性多3000万。 (三) 种群的出生率和死亡率 . 出生率 种群产生新个体的数量占种群个体总数的比率。 最大出产力:不受外界条件限制时种群产生新个 体的理论最大值。 生态出生力:在一定的环境条件下种群产生新个 体的能力。 2、死亡率 死亡的个体数占开始时种群的个体数的比率。 生理死亡率:种群在最适条件下,个体都活到了生理寿命 才死亡,这个死亡率为生理死亡率。 生态死亡率:在一定的环境条件下的死亡率。 (四) 种群的内禀增长率与环境容纳量 1、内禀增长率 在没有任何环境因素限制的条件下,由种群内 在因素决定的最大增殖速度称为种群的内禀增长 率(rm)。又称生殖潜能
15、。 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。 2、环境容纳量 在一个生态系统中有限的环境条件下种群所能达到的 稳定的最大数量,称为系统对该种群对的环境容纳量 (K)。 环境容纳量取决于两方面: (1)环境条件,光、温、水、养分等因子或食物、 空间等资源; (2)遗传特性,食性、行为、适应能力等. (五) 种群的空间分布和阿利氏原则 1、种群的分布的基本类型: (1)随机分布;(2)均匀分布的;(3)聚集分布。 2、阿利氏群聚原则 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。 3 种群聚集分布的生态意义 (1) 改变微气候和小生境条件,提高种群存活率;(孤 树易被
16、大风折断) (2)有利于分工合作,相互作用(蜜蜂蚂蚁等); (3)减少个体被天敌捕食的机率; (3)有利于抵抗外敌; (4)种内竞争加剧.(缺点) 二、种群的动态 (一) 生命表和生命曲线 1、生命表。是可用来综合评定、预测种群各年龄组的 比例、死亡、存活和寿命等情况一种表格。 动态生命表:根据对同年出生的所有个体进行存活数 目动态监测的资料而编制的生命表为动态生命表,也称 特定年龄生命表或水平生命表。动态生命表中的个体经 历了同样的环境条件。 静态生命表:根据某一特定时间种群不同个体的年龄 结构所作的生命表为静态生命表,也称特定时间生命表 或垂直生命表。它假定种群不同个体所经历的环境是相 同
17、。 2、存活曲现。存活曲线是反映种群在每个年龄级生存的 数目的曲线。存活曲线通常分为3种基本类型 : A()型:凸型的存活钱。 B()型:呈对角线的存活曲线。 C ()型:凹型的存活曲线。 (二)种群增长型 1. 指数增长 ( J 型增长) 种群在无食物和生存空间限制的条件下呈指数式增长, 种群个体的平均 增长率不随时间变化。 2. 逻辑斯谛增长 ( S 型增长) 在自然条件下,环境、资源条件总是有限的,当种群数量 达到一定量 时,增长速度开始下降,种群数量越多,竞 争越剧烈,增长速度也越 小,直到种群数量达到环境容 纳量(K)并维持下去。增长呈S型 此即生态学中著名的Logistic方程(
18、Logistic equation)。 模型的生物学含义:与指数模型相比,新增 项(1NK)的含义是每增加 1个个体, 就产生 1K的抑制影响,或者说,每一个体 利用了 1K的“空间”,N个个体利用了N K的“空间”,而可供种群继续增长的“剩余空 间”只有(lNK)。 3、指数增长与逻辑斯谛增长的比较 三、 三、种群间的相互作用 (一)负相互作用 、 竞争。 (1)定义。广义的竞争是指两个生物争夺同 一对象而产生的对抗作用。 资源利用型竞争:主要是由于共同利用有限 资源而产生的种群间的竞争。 直接干涉型竞争:通过武力来获取资源的竞 争。如动物间的格斗属于直接干涉型。 。 大草履虫和双小核草履虫
19、一起混合培养时,双小核草 履虫在竞争中获胜(图);双小核草履虫和袋状草履虫 一起培养时,两种共存。 2、竞争排斥原理(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。种间竞争的结果: (1)一方取得优势,而另一方受到抑制甚至被 消灭; (2)两个物种占据不同的空间(地理上的分隔) 、吃不同的食物(食性上的特化)或其他生态习性 上的分隔(如活动时间分隔),这些统称生态分离 (生态位分化),两个物种都可存在,形成一种共 存的平衡局面。 2、 捕食。 (1)定义。捕食是指一个物种的成员取食另一个物种成 员的现象。狭义的捕食仅指动物吃动物;而广义的捕食则 包括植食、拟寄生和同种相残。
20、 芋螺在捕食鱼类鱼类 鳄鳄蜥正在捕食青蛙 螳螂捕食 巨形蜘蛛捕食 (2)捕食的生态作用: A、捕食是一个主要的选择压力,在一定程度上提 高了被捕食种群的质量; B、捕食是影响群落结构的重要过程(据研究,禾 谷类牧草如果不放牧,草群生长能力、竞争能力降 低,逐渐被其他植物所取代)。 C、捕食可以限制种群的分布和数量。 例如:吹绵介壳虫对美国加州柑桔种植业曾造成严 重危害,各种农药都无法防治,但在引进澳洲瓢虫作 为吹绵介壳虫原产地的捕食性天敌后,2年内就控制 了它的危害,这是以捕食性天敌对害虫作生物防治而 取得成功的经典实例。 再如:为了控制荆豆的危害,新西兰曾引进一种梨 象,其结果是,虽然梨象成
21、了当地数量最多的一种昆 虫,每年消耗95的荆豆种子,但由于荆豆种子数量 比种群繁衍所需多,所以其减少并没有对种群个体数 量产生影响。 寄生 寄生物从宿主的体液、组织或已消化物质中获取营养,通常对宿 主有一定的危害,这种关系称为寄生。 菟丝子 拟寄生:是一种介于寄生和捕食之间的种间关系,一般杀死寄主( 如寄生蜂与棉铃虫)。 超寄生:在寄生物上寄生。 大多数寄生都有选择性。多数寄生植物只限于寄生在一定的植物科 、属中,即寄生具有专一性,这类寄生植物为专性寄生植物。 (二)正相互作用 。附生(偏利作用)。两个物种生活在一起,一方利用另一方 身体的一部分作为定居空间,但对后者基本没有不利的影响,没有
22、直接的营养关系,这种关系称为附生。 吸附在鲨鱼腹上的鱼 鲫鱼附着在鲨鱼腹面 兰花和蕨类与榕树的附生 棕榈上腐生蕨类植物 附生蕨类植物 附生鸟巢蕨 2、原始合作。原始合作,即两种生物在一起,彼 此各有所得,但二者之间不存在依赖关系。 作物间作 农田养鸭 3、 互利共生。两种生物必须生活在一起,分开 后两个种都不能生活,这种对双方相互有利的关系 称为共生,也称互利共生。 菌根(豆科植物与根瘤菌) 地衣(藻类与真菌) (三) 植物分泌物的作用 化感作用(allelopathy)或他感作用,指植物(包括微 生物)通过向周围环境中释放化学物质影响邻近植物生长 发育的现象。 化感途径 :淋溶、挥发、根分泌
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