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农业生态学第一章绪论农业生态学：应用生态学的原理,系统论的观点和方法,把农业生物与其自然和社会环境作为一个整体，研究它们之间的相互联系、协同演变、调节控制和平衡发展规律的学科。
生态学:是研究生物与其环境相互关系的学科。
生态系统:在一定空间内的全部生物与非生物环境相互作用形成的统一体，称为生态系统。
农业生态系统：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，是驯化的生态系统，既受生态规律的制约，也受社会经济规律的制约。
1. 1865年，勒特（Reiter）造了生态学一词2. 1935年，英国植物生态学家坦斯尼（A.G.Tansley）第一次提出了生态系统和生态平衡的概念。
3. 1941年，美国科学家林德曼（R.L.Lindeman）提出了食物链、食物网、生态金字塔理论4. 美国生态学家奥德姆（E.P.Odum）——对遗弃农田的次生演替及生态系统的能流与物流做了大量的研究，写成《生态学基础》5. 1963年，海洋生物学家卡逊（R.Carson）——《寂静的春天》6. F.C.Pielou《数学生态学引论》、R.M.May《理论生态学》——推动生态学向定量化方向发展8. 21世纪五大危机：人口危机、粮食危机、资源危机、环境危机、能源危机（一说为生物危机）第二章农业的基本生态关系1.生境（habitat）：在环境条件的制约下，具有特定生态特性的生物种和生物群落，只能在特定的小区域中生存，这个小区域就称为该生物种或生物群落的生境。
生境也叫栖息地。
2.最小因子定律：（德国化学家李比西）——植物的生长取决于数量最不足的那一种营养物质。
相对稳定状态下E.P.Odum（1973）做了两点补充：①这一定律只有在相对稳定状态下才能运用；②要考虑因子间的相互作用。
谢尔福特耐性定律：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。
E.P.Odum（1973）等对耐性定律作了补充：该定律把最低量因子和最高量因子相结合，任何接近或超过耐性下限或耐性上限的因子都称做限制因子3.生活型：不同植物长期适应相似环境的结果使这些植物在外部形态上和对生境的要求上表现为相同或相似。
农业生态系统中的物质循环农业生态系统是农业生产过程中最重要的一个系统，它是由生物、环境和人工经营组成的有机整体。
在这个系统中，物质循环是非常重要的一个环节。
一个良好的物质循环可以使农业生态系统保持平衡，更有利于农业的生产和发展。
一、农业生态系统中的物质循环1、农业生态系统的物质循环物质循环是指物质在生态系统中的循环，包括物质的摄入、吸收、传递、流失和转化等过程。
在农业生态系统中，物质循环是非常复杂的过程，包括有机物和无机物的循环。
有机物主要来自于生物体的代谢和残体，而无机物则来自于大气、土壤和水。
2、物质循环的意义物质循环可以使农业生态系统保持平衡，更有利于农业的生产和发展。
它能够使养分得以循环利用，减少浪费和污染，保障生物圈的可持续发展。
物质循环不仅对于农业生产的发展有着重要的意义，同时也是保护生态环境和生态平衡的一个重要环节。
二、农业生态系统中的物质循环方式1、农业生态系统中的有机物循环（1）生物体的代谢和残体在农业生态系统中，生物体的代谢和残体都是循环利用的重要来源。
生物体的腐烂后，会分解为有机质，这些有机质可以被微生物分解，然后转换成土壤中的养分物质。
（2）有机肥料和绿肥的利用有机肥料和绿肥也是农业生态系统中有机物循环的主要方式。
有机肥料是由动植物残体、废弃物和泥炭等转化而成的，其对于提高土地的肥力和改善土壤性质都有着重要的作用。
而绿肥则是指在耕作期间，在作物间种植的一些草本植物和豆类作物，可以通过吸收氮气来提高土地的肥力。
2、农业生态系统中的无机物循环（1）地球大气和土壤的物质循环在农业生态系统中，大气中的氧、氮、碳等无机元素可以通过作物、水分、空气和土壤的循环，不断地进行转化和利用。
（2）农业生产中的肥料和农药肥料和农药的使用也对农业生态系统中的无机物循环产生了影响。
大量的农药使用会导致土壤和水源的污染，从而影响物质的循环。
而科学合理的肥料使用可以提高农作物的产量，从而为农业生产做出积极贡献。
第五章农业生态系统的物质循环一、本章学习目标：重点掌握：农业生态系统养分循环特点及其平衡途径；农业生态系统物质循环造成的环境问题与防治对策一般掌握：农业生态系统养分循环的一般模式；主要物质的生物地化循环特点；农业生态系统物质流分析方法识记：生物地球化学循环、气相型循环与沉积型循环、地质大循环与生物小循环、物质循环的库与流的概念二、本章主要内容生物地球化学循环：各种化学元素和营养物质在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，从生物体再到环境，不断地进行流动和循环，就构成了生物地球化学循环，简称生物地化循环。
构成生物有机体的元素：（1）能量元素；（2）大量营养元素；（3）微量营养元素生物地球化学循环的基本类型1．生物地球化学循环依据其循环的范围和周期，可分为地质大循环和生物小循环。
（1）地质大循环：指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈层的循环。
五大自然圈层是指大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈。
地质大循环具有范围大，周期长，影响面广等特点。
地质大循环几乎没有物质的输出与输入，是闭合式的循环。
（2）生物小循环：指环境中元素经生物体吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用，回到环境后，再为生产者吸收、利用的循环过程。
生物小循环具有范围小、时间短、速度快等特点，是开放式的循环。
2．生物地球化学循环依据其循环物质的主要贮藏库分类，可分为气相型循环和沉积型循环。
（1）气相型循环：其储存库在大气圈或水圈（海洋）中，即元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较迅速。
（2）沉积型循环：许多矿物元素其储存库在地壳里，经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。
《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。
第五章农业生态系统的物质循环Chapter 5 Nutrient Cycle in Agroecosystem物质循环指生态系统的一切物质，包括有机物、无机物、化学元素和水（作为介质）在生物与环境不同组分间的频繁转移和循环流动。
▪第一节农业生态系统物流的一般特点▪第二节水循环▪第三节碳流动▪第四节氮流动▪第五节磷流动▪第六节钾流动▪第七节硫流动▪第八节农业生态系统的养分循环▪第九节污染物对农业生态系统的影响及其利用第一节生态系统物流的一般特点•一、生命活动中的营养元素1. 基本元素： >1% ： C 、 O 、 H 、 N 、 K2. 大量元素： 0.1-1%: Ca 、 Mg 、 P 、 S 、 Cl 、 Fe 、 Cu3. 微量元素： <0.1% : Al 、 B 、 Br 、 F 、 I 、 Mn 、 Mo 、 Si 、 Zn 等•二、物质循环的库与流1. 库：物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所。
（ 1 ）贮存库 (storing sink) ：容积较大，交换慢，一般为环境库。
如土壤库、大气库、水体库等（ 2 ）交换库 (exchange sink) ：容积小，交换快，一般为生物库。
如植物库、动物库等。
2. 流：物质在库与库之间的转移运动状态。
生态系统中的能流、物流、信息流使生态系统中各组分联系起来。
•三、物质循环的特征物质循环在生态系统中是时刻进行的，并与能量流动紧密结合在一起，它们把各个组分有机地结合在一起，共同构成及其复杂的能量流动与物质循环网络系统，从而维持了生态系统的存在。
物质循环是双向流动，而能量流动则是单向的，是不可逆的。
1 . 生物量 (biomass) 与现存量生物量：某一时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总量。
生物量又可叫现存量 = 生产量 + 减少量。
净生产量 = 总生产量 - 呼吸量。
2. 周转率 (turnover ratio,R) 与周转期 (Turnover time,T)R=FI/S=FO/SFI 流入量 FO 流出量 S 库存量 T=1/R 物质更换所需要的时间。
物质在运动过程中，周转率越高，周转期就越短。
3. 循环效率（ Efficiency of cycle, EC ）：EC=FC/FI FC 循环物质 , FI 总输入物质•四、物质循环的类型1. 物质循环的概念生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其它生物重复利用，最后再归还于环境。
2. 生物地球化学循环化学元素在生物圈内从环境 - 生物 - 生物 - 环境的流动和循环。
包括：（ 1 ）地质大循环：在五大自然圈进行循环。
时间长，范围广，闭合式（ 2 ）生物小循环：在生态系统水平上。
时间短、范围小、开放式。
3. 物质循环的类型根据物质的贮存库可分为：（ 1 ）水循环贮存库：水圈，属液相型循环（ 2 ）气相型循环贮存库：大气圈或水圈，以气体的方式参与循环，循环迅速、完全代表物质： C 、 O 、 N 、 F（ 3 ）沉积型循环贮存库：岩石圈和土壤圈，循环缓慢、周期长，不完全代表物质： S 、 P 、 Ca 、 Na 、 Mg 、 Fe 、 Cu 、 Si过程：岩石、土壤 --- 风化 --- 植物利用、沉积 ---- 回到环境 ---- 风化、重新利用4. 农业生态系统物质循环：农业生态系统是在人类生产活动的干预下，农业生物群体与其周围的自然和社会经济因素彼此联系、相互作用而共同建立起的固定、转化太阳能和其它营养物质，获取一系列农副产品的经过人工驯化的生态系统。
第二节水循环（ water cycle)•一、水循环过程水是原生质的主要组成成分，是生命活动和生物化学过程赖以进行的介质，水又是调节环境温度的冷却剂水循环是生物地球化学循环中最重要的循环。
水循环主要由四大过程组成：蒸发、水汽运输、降水和径流。
水循环过程水域、冰雪融化 ---- 大气层 ---- 降雨过程：蒸发 ---- 水汽输送 ---- 降水 ----- 径流全球水循环是由陆地的、海洋的、区域的或局部的许多循环组成的。
水循环的水平衡方程为：P=E+T+ΔS+ΔG+ P为降水，E为蒸发，T为蒸腾，ΔS为土壤水分变化，ΔG为地下水变化，R为地表径流。
•二、农田生态系统的水分平衡输入项：降水 (Rain, R) 、灌溉 (Irrigation, I) 、地下水上升 (underground water up)输出项：蒸发蒸腾 (Evaporation and transpiration, ET ）、渗漏 (Percolation, P) 、侧漏 (S) 、排水(Drainage, D)以及农田持水 (Occupying water) 。
•三、水分流、养分流与能流的关系（一）水循环由日光能驱动：太阳能使冰雪融化，液态水变为气态水进入大气。
太阳辐射所引起的大气环流导致水汽的移动及水汽受冷凝结致雨，从而在海洋、大气、陆地、地表水和地下水之间形成循环流动。
（二）生命必需的元素除碳、氧、氮外，多种营养元素是通过水进入生态系统的。
其中数量最大的离子形态养分是 Ca2+，Na+，K+，NO3-，PO43-，SO42-和CO32-。
（三）植物吸收养分必须在水分作为介质，在能量的驱动下才能完成。
第二节水循环（ water cycle)•一、水循环过程•二、农田生态系统的水分平衡•三、水分流、养分流与能流的关系•四、人类活动对水循环的影响1. 植被破坏：水土流失、河流洪涝或干枯2. 兴建大型水利工程：改变流域的水平衡，造沼泽化和干旱化正面效应：防洪、发电、航运、灌溉负效应：改变流域水平衡，局部地下水位升降游河床下切；改变生物的栖息环境等。
三峡大坝4. 过度开采地下水：造成水位下降、河流3. 围湖造田：地表水蓄水、调洪能力降低，易造成地区性干旱（如湿地的减少）第二节水循环（ water cycle)•一、水循环的过程•二、农业生态系统的水分平衡•三、水分流、养分流与能流的关系•四、人类活动对水循环的影响•五、我国水资源开发利用方面存在的问题（一）现有水利设施不能适应农业和现代化建设的需要。
（二）现有水利工程及田间渠系配套等遗留问题比较多。
（三）水体污染日趋严重。
（四）地下水的超采严重（如在北方旱区、一些大中城市中），形成地下水位下降和地下水漏斗以及地面下沉现象。
•六、农业生态系统的水分管理（一）植树造林，发挥“绿色水库”作用，扩大土壤的水分库容。
（二）加强农田水利基本建设，提高水分利用率（三）改变耕作制度与管理方式，发展节水农业（四）防治水体污染（五）加强全流域的水资源保护与统一调度第三节碳循环（ Carbon cycle) •一、碳的贮存库（ stored sink)1. 大气圈（ CO2）2. 生物圈（有机分子）3. 土壤 ( 有机质）4. 岩石圈（化石燃料和沉积岩）5. 水圈（溶解 CO2和碳酸钙）•二、碳循环过程1. 细胞水平上光合作用和呼吸作用2. 个体水平上大气 CO2和植物之间3. 生态系统水平上大气 CO2--- 植物 --- 动物 --- 微生物4. 地质大循环•三、农业生态系统中的碳素流动农业生态系统中碳素流动包括以下几个过程：（1）碳素通过作物的光合作用从大气流向作物。
（2）碳素自作物流向土壤。
（3）碳素沿食物链向家禽家畜和人体流动，然后由人畜粪便及其遗体等重新进入环境。
（4）土壤向大气排放CO2。
（5）土壤向大气排放CH4。
（6）人为施入土壤中的碳量，主要包括有机肥和化肥（尿素）中的碳量。
（7）作物收获移出农业生态系统的碳量。
•四、人类活动对碳循环的干扰及全球变化对农业生产的可能影响（一）全球变化是指由于人类活动排放温室气体而产生温室效应导致全球气候变暖、降水量增加、海平面上升，并由此而产生一系列生态和环境变化的总称。
（二）人类活动对大气中二氧化碳浓度的影响自从人类出现以来，一系列与碳元素有关的经济活动不断加入到碳循环过程中来，这其中最主要的活动是燃烧矿物燃料和砍伐森林。
前者的影响是大大加快了岩石圈中有机碳的消耗和二氧化碳的排放，后者则减弱了生物圈同化二氧化碳的能力，其最终结果是打破碳循环原有的平衡，使大气中二氧化碳浓度增加。
Concentration of CO2Global CO2 increase（三）人类活动对大气中甲烷浓度的影响甲烷俗称沼气，其浓度在温室气体中占第二位。
其增长与世界人口的增长有非常大的相关。
甲烷的主要源地是沼泽、稻田及牲畜反刍。
（四）温室效应大气中的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氯氟碳（ CFCs）、水蒸气等可以使短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收长波辐射，因此，这些气体有类似温室的作用，故称上述气体为“温室气体”，由此产生的效应称为温室效应。
第四节氮循环（ Nitrogen cycle)•一、氮的贮存库（ stored sink)1. 岩石圈 93.8% nitrogen in lithosphere 参与循环很少2. 大气圈 6.2% molecule in atmosphere 为 N 循环的主要贮存库•二、氮素的输入和输出1. 输入：生物固氮，工业固氮，高能固氮：闪电、宇宙射线、损石、火山爆发生物固氮：主要有共生固氮作用，自生固氮作用和联合固氮作用三种类型，其中，共生固氮作用贡献最大。
2. 输出：燃烧，挥发反硝化，渗漏•三、氮循环氮的循环与碳的循环大体相似，但很多环节上都有特定的微生物参加•三、人类活动对氮循环的影响1. 含氮有机物燃烧产生 NOx 污染大气温室气体2. 过度耕种使土壤氮素肥力下降3. 工业固氮抑制生物固氮，造成氮素局部富积和氮循环失调（水体富营养化）4. 不合理施肥造成氮素流失污染地下水、蔬菜硝酸盐中毒•四、农田氮素控制的途径1. 改进氮肥施用技术分次施肥、氮肥深施、缓效肥等2. 平衡施肥和测土施肥3. 采用硝化抑制剂4. 合理灌溉5. 做好水土保持工作第五节磷循环（ Phosphorous cycle)•一、磷的贮存库及循环过程1. 岩石土壤圈主要是地壳2. 磷循环过程生物小循环和地质大循环•二、农业生态系统磷的循环1. 磷的输入施肥作物残体大气沉降灌溉2. 磷的输出作物收获土壤侵蚀及淋失渗漏•三、人类活动对磷循环的影响1. 磷矿开采与消耗2. 磷肥的施用与流失3. 生活废水、工业污水排放导致富营养化、赤潮（红潮） eutrophication 、 red tide赤潮（红潮）第六节钾循环（ Potassium cycle ）•一、土壤生态系统中的平衡输入：动植物残体施肥输出：作物收获流失渗漏•二、农业生态系统的钾素利用和管理1. 作物秸秆回田、施用草木灰2. 施用有机肥和种养绿肥不成土壤钾素3. 合理耕作促使难溶钾有效化4. 合理施用钾肥第七节硫循环（ Sulfur cycle ）•一、农业生态系统中硫的平衡1. 输入土壤矿物风化大气硫沉降施用含硫肥料灌溉2. 输出作物收获流失气态挥发•二、人类活动对硫平衡的影响1. SO2 气体大量排放燃煤、燃油、燃气、矿治、农业活动2. 酸雨及其危害 pH <5.6 对植物、土壤、水体、湖泊、建筑物等产生负面影响一棵受酸雨腐蚀的树酸雨的危害第八节农业生态系统的养分循环•一、养分循环特点1 ．有较高的养分输入率和输出率2 ．系统内部养分的库存量较低，但流量大，周转快3 ．养分保持能力弱，流失率较高4. 养分供求同步机制较弱•二、养分循环的一般模式1.农业生态系统的养分循环主要在土壤、植物、畜禽和人这四个养分库之间进行，同时，每个库都与外系统保持多条输入与输出流。
