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《农业生态学》课程笔记第一章绪论一、农业生态学的概念与内涵1. 定义：农业生态学是研究农业生态系统结构、功能、过程及其调控与管理的一门学科，它涉及生物学、生态学、土壤学、气象学、植物保护学等多个领域。
2. 内涵：- 农业生态系统：指在一定区域内，由农业生物群体与其环境相互作用、相互依存而形成的统一整体。
- 农业生态学的研究对象：不仅包括农业生产的生物要素，如农作物、畜禽、渔业等，还包括非生物要素，如土壤、气候、水、肥料等。
- 农业生态学的研究目标：旨在实现农业生产的高效、持续、稳定和生态平衡。
二、农业生态学的发展历程1. 传统农业阶段：- 特点：以人力和畜力为主，依赖自然条件，农业生产技术水平较低。
- 代表性技术：轮作、休耕、有机肥料使用等。
2. 现代农业阶段：- 特点：大量使用化肥、农药、农业机械等，追求产量最大化。
- 问题：资源过度消耗、环境污染、生态破坏等。
3. 可持续农业阶段：- 特点：强调农业与生态环境的协调发展，实现农业可持续发展。
- 目标：提高农业生产效率，保护生态环境，保障食物安全。
三、农业生态学的研究方法与技术1. 观察法：- 实地调查：对农业生态系统的组成、结构和功能进行直接观察。
- 长期定位观测：对农业生态系统的动态变化进行长期跟踪。
2. 实验法：- 田间试验：通过设置不同处理，研究农业生态系统的响应机制。
- 模拟实验：在受控条件下，模拟农业生态过程，探讨其内在规律。
3. 数学模型法：- 建模方法：系统动力学模型、线性规划模型、非线性模型等。
- 应用：预测农业生态系统的变化趋势，优化农业生产结构。
4. 信息技术：- 遥感技术：获取农业生态系统的空间分布信息。
- GIS：分析农业生态系统的空间格局和时空变化。
- GPS：定位农业生态系统的具体位置。
5. 系统分析法：- 系统理论：分析农业生态系统的整体性和层次性。
- 系统工程：设计和管理农业生态系统，提高其整体功能。
四、农业生态学的研究内容1. 农业生态系统的结构：- 生物种群：研究种群的数量、分布、动态和遗传多样性。
农业生态系统物质循环与能量流动研究农业生态系统是位于自然界中的一个巨大系统，包括土壤、植物、动物等多种生物组成。
在这个系统中，物质的循环和能量的流动是至关重要的，直接影响着生态系统的稳定性和发展。
本文将探讨农业生态系统中物质循环与能量流动的研究，以期从不同角度全面理解这一复杂而精密的系统。
一、物质循环农业生态系统中的物质循环是指营养元素在生态系统内不断循环利用的过程。
首先，农田中的植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，同时通过吸收土壤中的营养元素满足自身生长所需。
然后，植物死亡后将有机物质释放到土壤中，通过微生物的分解作用将有机物质转化为无机物质，如氮、磷、钾等。
最后，这些无机物质再次被植物吸收利用，实现了物质的循环利用。
二、能量流动能量流动则是指在农业生态系统内，能量从生产者到消费者再到分解者的传递和转化过程。
在农田中，太阳能是最主要的能源，通过光合作用被植物转化为化学能，再通过植物被其他生物消费吸收，最终被分解者转化为热能释放到环境中。
这一过程中，能量不断流动和转化，维持着整个生态系统的平衡。
三、物质循环与能量流动的联系物质循环和能量流动是密不可分的，二者相互作用共同维持着农业生态系统的稳定运行。
物质循环为能量流动提供了必要的物质基础，而能量流动则驱动着物质循环的进行。
只有二者良好协调配合，农业生态系统才能发挥最大的效益。
四、物质循环与能量流动的影响物质循环和能量流动的畅通与否直接影响着农业生态系统的生态效果和生产效率。
如果物质循环受阻，会导致养分的累积和泄漏，造成生态环境恶化；如果能量流动不畅，会导致生态系统内各个群落之间的失去平衡，从而影响到整个系统的稳定。
五、保护物质循环的重要性保护物质循环是维护农业生态系统健康的基础。
种植根系多样、有机质充足、微生物种类丰富的作物，能够增加土壤养分的储备和循环利用率，减少养分流失；采取循环农业的模式，通过合理的轮作、耕作等措施，促进养分在系统内的良好循环，提高养分利用率。
在农业生态系统的神奇世界中，太阳在光照光照下能量时占据中心位置。
植物们和小太阳厨师一样，通过光合作用来工作他们的魔法，并将这种能量转化为美味的葡萄糖，充满了化学能量。
在烹饪趣味的游戏中，食草动物沿着并盛宴在能源包装的植物上，但乐趣并没有停止！能源之旅在传递给更高层次的用户的同时继续发展，形成了一连串的能源交流食物网。
然而，一路走来，由于呼吸和新陈代谢，所有的兴奋度都有一定的热量损失。
这就像一个充满活力的热土豆游戏，导致一个金字塔形的能量流动，使这个充满活力的生态系统与生命相呼应！
一些植物储存的能量被人类用于耕作。
我们种植作物来制造食物，当我们吃这些作物时，我们得到了储存在植物里的能量。
我们还利用能量来耕耕，收获，以及把作物移到周围。
但我们要小心，因为我们的农耕活动可能会破坏能源在环境中的自然流动，比如砍伐森林，只种植一种作物，以及使用杀虫剂和肥料等化学物质。
随着太阳辐射的接收，农业生态系统内的能量流动，随后通过光合作用过程被植物转化为化学能量。
然后通过摄取植物和其他生物，在生态系统内通过各种营养水平转移这种能量，从而形成复杂的食物网。
然而，必须承认，人类的农业努力具有影响生态系统内自然能源流动的潜力，强调采取可持续做法以维护农业生态系统能源流动的平衡至关重要。
第四章农业生态系统的能量流动、本章学习目标：重点掌握：农业生态系统能流调控途径；能量分析方法一般掌握：林德曼效率；农业生态系统能量的来源与流动途径；初级生产与次级生产的关系；人工辅助能对农业生产的影响识记：食物链与食物网、辅助能、生态金字塔的概念二、本章主要内容一）农业生态系统能量的来源1. 生态系统能量的基本形式在生态系统中，能量有三种表现形式，即日光能、生物化学能和热能。
2. 生态系统的能量来源地球生态系统的能量90% 以上有来自于日光能，另外不足10% 是来自于地热能、潮汐能、风能、水能等。
太阳辐射能以电滋波的形式投射到地球。
来自太阳的能量是生态、经济和社会系统的基础动力，经过绿色植物的光合作用，太阳能被转化为有机态的化学能，贮存于植物体内．这些贮存的化学能随绿色植物进入食物链，在流经食物链各环节的过程中，生物质被动物和微生物消化和分解，贮存的化学能经过不同的转化过程最终以热能的形式散发到大气中——这就是自然生态系统的能流过程。
农业生态系统能量来源一部分与自然生态系统一样来自日光能，各种农业生物生长需要依靠太阳光完成光合作用，转化日光能为贮存于生物质中的化学能。
但是，农业生态系统还要另一项重要的能量来源，那就是人工辅助能。
人工辅助能：指人类通过各种生产活动所投入到农业生态系统中的人力、畜力、燃料、电力、机械、化肥、农药、饲料等。
食物链：指生态系统中生物组分通过吃与被吃的关系彼此连接起来的一个序列，组成个整体，就像一条链索一样，这种链索关系就被称为食物链。
在自然界，一个完整和发育成熟的生态系统常具有这样一条典型的食物链：植物-—食草动物—一级食肉动物——二级食肉动物——顶级食肉动物。
营养级：食物链上能量和物质被暂时贮存和停留的位置，也即每一种生物所处的位置（环节）称为营养级。
食物链在不同生态系统中均可以按食物链的发端和生物成员取食的方式归纳为三种类型：1）捕食食物链：亦称为草牧食物链，这种食物链起始于植物，经过食草动物，再到食肉动物这样一条以活有机体为能量来源的食物链类型。
2）腐食食物链：亦称残屑食物链，是指以死亡有机体或生物排泄物为能量来源，在微生物或原生动物参与下，经腐烂、分解将其还原为无机物并从中取得能量的食物链类型。
3）寄生食物链：是以活的动植物有机体为能量来源、以寄生方式生存的食物链。
混合食物链：在农业生态系统中，为了充分合理的利用能量与物质， 人类常有目的的将 食物链组合到一块， 形成了既有活食性生物， 又有腐生性生物，甚至还有寄生性生物的混合 食物链。
食物网：在生态系统中，各种生物成员之间的取食与被取食关系, 数情况是交织在一起，一种生物常常以多种食物为生，而同一食物又往往被多种消费者取食, 于是就形成了生态系统内多条食物链相互交织，互相联结的“网络”，这种网络被称为“食物网”（如下图）。
现存量和所含能量一般呈现出基部宽， 顶部尖的立体金字塔形， 用数量表示的称为数量金字 塔，用生物量表示的称为生物量金字塔，用能量表示的称为能量金字塔（如下图）。
往往不是单一的，多 一个简化的草原生态系统食物网生态金字塔：是生态学研究中用以反映食物链各营养级之间生物个体数量、生物量和能 量比例关系的一个图解模型。
由于能量沿食物链传递过程中的衰减现象， 使得每一个营养级 被净同化的部分都要大大地少于前一营养级。
因此，当营养级由低到高，其个体数目， 生物 f i傷A'生态金字塔林德曼效率：美国生态学家林德曼对食物链进行研究时发现营养级之间的能量转化效率平均大致为十分之一，其余十分之九由于消费者采食时的选择浪费，以及呼吸排泄等被消耗了，这个发现被人们称为林德曼效率或十分之一定律。
农业生态系统能量流动途径1.第一条路径（主路径）：植物有机体被一级消费者（食草动物）取食消化，称为二级生产者，二级生产者又被称为二级消费者（食肉动物）所取食消化，称为三级生产者，还有四、五级生产者等。
能量沿食物链各营养级流动。
每一营养级都将上一级转化而来的部分能量固定在本营养级的生物有机体中，但最终随着生物体的衰老死亡，经微生物分解全部能量逸散归还于非生物环境。
2 .第二条路径：在各个营养级中都有一部分死亡的生物有机体，以及排泄物或残留体进入到腐食食物链，在分解者（微生物）的作用下，这些复杂的有机化合物被还原为简单的C02、H20和无机物质。
有机物质中的能量以热量的形式消散于非生物环境。
3 .第三条路径：无论那一级生物有机体在其生命代谢过程中都要进行呼吸作用，在这个过程中生物有机体中存贮的化学潜能做功，维持了生物的代谢，并驱动了生态系统中物质流动和信息传递，生物化学潜能也转化为热能，消散于非生物环境中。
4.以上三条路径是所有生态系统能量流动的共同路径, 对于开放的农业生态系统而言,能量流动的路径也更为多样。
从能量来源上讲，除了太阳辐射能之外，还有大量的辅助能量的投入，人工辅助能的投入并不能直接转化为生物有机体内的化学潜能, 大多数在做功之后以热能的形式散失，它们的作用是强化、扩大、提高生态系统能量流动的速率和转化率，间接地促进了生态系统的能量流动与转化。
从能量的输入来看，随着人类从农业生态系统内取走大量的农畜产品，大量的能量与物质流向系统之外，形成了一股强大的输出能流，这是农业生态系统区别于自然生态系统的一条能流路径，也称为第四条能流路径。
农业生态系统的生产力初级生产：主要是指绿色植物通过光合作用固定太阳光能并转化为贮存在植物有机体中的化学潜能的过程，这是生态系统能量流动的基础。
因此，绿色植物（还包括一些化能合成细菌）被称为初级生产者。
次级生产：指消费者、还原者利用初级生产量进行的同化、生长、发育和繁殖后代的过程，这些利用初级生产量实现了能量再一次贮存和积累的异养生物被称为次级生产者。
次级生产是初级生产以外的有机体的生产，即消费者、分解者利用初级生产的有机物质进行同化作用，表现为自身的生长、繁殖和营养物质的储存。
农业生态系统的辅助能辅助能：除太阳辐射能之外，生态系统接收的其它形式的能量统称为辅助能，包括自然辅助能与人工辅助能，投入到农业生态系统的主要是人工辅助能。
根据辅助能的来源，可将辅助能划分为自然辅助能和人工辅助能。
自然辅助能的形式有风力作用、沿海和河口的潮汐作用、水体的流动作用、降水和蒸发作用。
人工辅助能包括生物辅助能和工业辅助能两类。
人工辅助能的投入是农业生态系统与自然生态系统的最重要的区别。
能量产投比：是衡量能量效率的主要指标，它的涵义是投入一个单位能量所能产出的单位能量数。
过度依赖人工辅助能带来的负面问题：过量和不合理施用的化肥、农药带来了面源污染、硝酸盐污染、农药残留问题越来越突出；难以降解地膜的大量使用影响土壤质量；农业与其他水用户争夺十分有限的水资源使得水资源愈发紧缺。
同时，人工辅助能多数消耗的是化石能源，随着国际能源的紧张，农业用燃油以及制造化肥、农机、农药等耗能的价格，必将不断上涨，从而增加生产成本。
农业生态系统的能量分析与调控一）农业生态系统的能量分析步骤1．确定系统的边界2．确定系统的组成成分及其相互关系3．确定各组分之间的实物能量流动或输入输出量。
4．将实物量换算为能量。
5．绘制能流图。
6、能流分析分析指标与方法：1）输入能量的结构分析2）能量结构分析3）能量转化效率分析4）综合分析及评价二）农业生态能流的调控途径农业生态系统能流调控的途径应围绕“扩源、强库、截流、减耗”四个方面来做文章。
1．扩源初级生产所固定的太阳光能是生态系统的基础能流来源。
扩大绿色植被面积，提高对太阳光能的捕获量。
将尽可能多的太阳光能固定转化为初级生产者体内的化学潜能，为扩大生强化库的转化效率，以保证有较大的生物能产出 ,具体可以从两个方面考虑：一是从生物体本身对能量的储存能力和转化效率考虑； 二是从外界生存环境对生物的影响考虑， 加强辅助 能的投入， 为生物的生长发育创造一个良好的环境， 从而提高了对太阳光能的利用效率和对 生物化学能的转化效率。
3．截流野生杂草和牲畜粪便等副产品， 将其中的生物能通过农牧结合、 多级利用、 沼气发酵等方法 尽可能地用于生态系统内的转化。
4．减耗降低消耗， 节约能源， 减少能源的无谓损失， 发展节能、 节水、 节地、 降耗的现代农业。
如开发普及节柴灶， 节能炉具、 节水灌溉、 立体种植， 推广少耕、 免耕， 改进化肥施用技术， 减少水土流失等等。
本章小结能量是生态系统赖以存在和发展的基础， 本章在介绍了与能量相关的几个重要生态学概念和原理的基础上， 介绍了农业生态系统的能量来源和流动途径。
重点介绍了农业生态系统 的初级生产及次级生产以及人工辅助能在提高农业系统生产力的作用； 的基本步骤和方法，总结了农业生态系统能量利用效率提高的调控途径。
三、本章思考题1. 次级生产在农业生态系统中的地位和作用。
2. 人工辅助能对农业增产的意义是什么？3. 提高能量转化效率的途径是什么？ 态系统能流规模奠定基础。
包括发展立体种植，提高复种指数，合理轮作， 组建农村复合系 统，乔、灌、草结合绿化荒山、荒坡等措施都是扩大生态系统基础能源的有效方法。
2．强库 生态系统中能流和物质被暂时固定与贮存的地方称为库。
从能流贮存角度讲主要是指植 物库和动物库， 这也是农业生态系统物质生产力的具体体现者。
强库是指加强库的储存能和 通过各种渠道将能量尽量的截留在农业生态系统之内， 扩大流通量， 提高农业资源的利 用效率，减少对化石辅助能的过分依赖。
主要途径有：（ 1）开发新能源，如发展薪炭林， 兴办小水电，利用风能、太阳能、地热能等。
2）提高生物能利用率，充分利用作物秸秆、最后介绍了能量分析。
