农业生态学-生物与环境课件.ppt

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1、农业生态学,Agroecology,第二章 生物与环境,第一节 环境因子的生态效应第二节 生物的生态效应第三节 生物的生态适应性,第一节 环境因子的生态效应,一、环境的概念及其分类 环境的概念 作用于生物个体或群体的外界条件的总和,环境的分类 按环境性质分类：自然环境、半自然环境、社会环境 按环境的主体分类：以人为主体的人类环境、以生物为主体的生物环境 按环境的范围大小分类：宇宙环境、地球环境、区域环境、微环境、内环境,二、生态因子 概念 环境因子中一切影响生物生命活动的因子称为生态因子;生态因子中对生物的生存不可缺少的因子称为生存因子.,生态因子,分类,气候因子 光、温、水、肥,土壤因子 质

2、地、结构、性质,地形因子 地貌、海拔、坡度,生物因子 共生、捕食、寄生,人为因子 人类活动（除草、施 肥）,二、生态因子 生态因子作用特点 综合作用 非等价性 直接作用和间接作用 不可替代性和互补性 阶段性,二、生态因子 生态因子作用特点 综合作用 非等价性 直接作用和间接作用 不可替代性和互补性 阶段性,相互影响、相互制约任何一种因子变化都会不同程度影响其它因子,二、生态因子 生态因子作用特点 综合作用 非等价性 直接作用和间接作用 不可替代性和互补性 阶段性,主导因子：对生物起决定性作 用的生态因子。主导因子可使生物生长发育产生明显变化,二、生态因子 生态因子作用特点 综合作用 非等价性

3、直接作用和间接作用 不可替代性和互补性 阶段性,直接因子 光、温、水、气、间接因子 地形、地势、海拔,二、生态因子 生态因子作用特点 综合作用 非等价性 直接作用和间接作用 不可替代性和互补性 阶段性,不等价，但不可缺 不足，可以一定程度上补偿、调剂,例如：水、氮光、二氧化碳,二、生态因子 生态因子作用特点 综合作用 非等价性 直接作用和间接作用 不可替代性和互补性 阶段性,作物的阶段发育性小麦 春化阶段 感温性 光照阶段 感光性,三、生态因子的生态作用规律 李比希最小因子定律(1840)植物的生长取决于处在最少量状况下的营养物的量,缺钾小麦,木桶理论,三、生态因子的生态作用规律 限制因子定律

4、(Blackman,1905),最低状态,最高状态,生理现象停止,生理现象停止,最适状态,生理现象最大观测值,三、生态因子的生态作用规律 耐受性定律(Shelford,1913)生物对其生存环境的适应有一个生态学最小量和最大量的界限，生物只有处于这两个限度范围之间才能生存。耐受上限和下限之间的范围，称为生态幅。,三、生态因子的生态作用规律 耐受性定律的补充（Odum,1973）（1）生物对各种生态因子的耐性幅度有较大差异，生物可能对一种因子的耐性很广，而对另一种因子的耐性很窄；（2）自然界中，生物并不都一定在最适环境因子范围生活，对所有因子耐受范围都很广的生物，分布也广；,（3）自然界的生物之

5、所以不在某一特定因子的最适范围内生活，其原因是种群的相互作用（如竞争、天敌等）和其它因素妨碍生物利用最适宜的环境；（4）当一个物种的某个生态因子不是处在最适度状态时，另一些生态因子的耐性限度将会下降；（5）繁殖期的个体、种子、胚胎、幼体等的耐受限度一般都要比非繁殖期成体的耐受限度低，此期间环境因子最可能起限制作用，通常是一个临界期。,四、主要生态因子的生态作用（一）光,光对植物的影响,光质,日照时数,光照强度,1.光对植物的影响,380nm,750nm,10-3nm,1 nm,103nm,107nm,1 m,104 m,光质,波长,光,光质,光照强度,日照时数,光质,光照强度 光照强度对植物的

6、生长发育、植物细胞的增长和分化、体积的增大、干物质积累和重量的增加均有直接影响。光强在地球表面及群落内部的分布是不均匀的，植物长期适应一定光照强度便形成了不同的光强生态类型 阳性植物 阴性植物 耐阴植物,阳性植物,阳性植物,阴性植物,耐阴植物,日照长度 光 周 期：一天中白天和黑夜的相对长度 光周期现象：植物对光周期的反应 长日照植物 短日照植物 中日照植物 日中性植物,长日照植物 日照时间超过一定数值才能进行生殖诱导并 开花的植物,短日照植物 日照时间短于一定数值才能进行生殖诱导并 开花的植物,中日照植物 日昼夜长度接近才能进行生殖诱导并开花的植物,日中性植物 开花不受日照长度影响的植物,四

7、、主要生态因子的生态作用（一）光 2.光对动物的影响 光质 紫外线 360nm 开始有杀菌作用 340-240nm 细菌、真菌、线虫的卵和病毒停止活动 200-300 mm 杀伤力最强,四、主要生态因子的生态作用（一）光 2.光对动物的影响 光照度 蛙卵、鱼卵在光照条件下孵化快,四、主要生态因子的生态作用（一）光 2.光对动物的影响 光周期 长日照动物,四、主要生态因子的生态作用（一）光 2.光对动物的影响 光周期 短日照动物,三基点温度 生物的每一个生命过程均有三个基点温度，即最适温度、最低温度和最高温度。在最适温度下，生物生长发育迅速而良好，在最低和最高温度下停止生长发育，如果温度继续降低

8、或升高，就发生不同程度的危害直到致死。,四、主要生态因子的生态作用(二）温度,主要农作物不同阶段对温度的要求（）,积温的概念 植物需要达到一定的温度之上，才能开始生长发育；同时植物需要有一定的温度总量，才能完成其生命周期。植物整个生育期或某一发育阶段内高于一定温度度数以上的昼夜温度总和，称为某作物或作物某发育阶段的积温。,各类作物所需的积温(10),积温的分类积温有活动积温与有效积温两种。生物学最低温度（生物学零度）：作物有效生长的温度下限。活动温度：生育期内高于生物学最低温度的温度。有效温度：活动温度生物学最低温度 活动积温：全生育期或某一发育时期活动温度之和。有效积温：全生育期或某一发育时

9、期有效温度之和。K=(T-T0)N 某作物出苗稻播种期平均温度为180C，历经7天，假设生物学零度为100C，则该作物出苗期间的有效积温为 K=（18-10）*7=560C,积温的应用 1.根据积温多少可确定某作物在某地能否正常成熟，为引种和品种推广提供了依据。2.为确定各地种植制度提供依据，并可用积温做为指标之一，划出区界，做出区划。3.在杂交育种、制种工作中，利用积温来推算适宜播种期，以达到父母本花期相遇。,积温的应用4.预测农作物的生长阶段 5.农业害虫预报：得知某一种害虫完成其生长世代所需的积温，结合特定地区的温度数据，预测害虫在该地区的发生代数，生长发育阶段等。,受害与致死温度温度高

10、到或低到一定程度，将引起植物的受害甚至死亡。植物因低温受害或致死，又常分为冷害与冻害两种情况。植物遇到0以上的低温而受害叫冷害。冻结温度以下的低温危害则称为冻害。热害，即过高温度之危害，一般比冷害、冻害较少遇到。,二、温度,二、温度,节律性变温 蝗虫在变温下的平均发育温度比恒温下快38.6%；昼夜温差大果实品质好；植物的物候期；小麦的春化。,水的生理生态作用 首先，水是原生质的重要成分。原生质的含水量一般在80以上；如果含水量减少，原生质便由溶胶变为凝胶，生命活动大为减缓。其次，水是一些代谢过程的原料，如水是光合作用的原料，呼吸作用中的许多反应也需要水分的参加。,（三）水分,第三，水是各种生理

11、生化反应和运输物质的介质。第四，水分能使植株保持固有的姿态。当植株细胞中含有足够的水分时，才能使植株枝叶挺立。第五，水具有特殊的理化性质。例如，水有很高的汽化热和比热，又有较高的导热性，有利于植株散发热量和保持体温；水又有很大的表面张力，对于吸附和物质的运输有很重要的意义。,干旱是目前农业生产遇到的最大问题；世界范围内，85%左右耕地依靠自然降水从事农业生产；在各种环境胁迫中，干旱对农作物产量影响最大；在我国北方旱区，作物生产潜力由于干旱的影响衰减了60%-70%；随着全球气候变暖，干旱发生日益频繁，范围扩大；我国旱区分布：北方旱区；南方季节性旱区。,(三)干旱,虽然一些地区有一定灌溉条件，但

12、随着工业、城镇化发展以及水资源日益短缺，农业用水越来越困难。水资源存在大量浪费。节水、旱作农业技术已经成为发展北方农业的必需。,水分过多对农作物产生的不利影响。水分过多 缺氧,（三）涝害,植物对水分的生态适应、水生植物 沉水植物 植物整株都沉没在水下,黑藻,狐尾藻,金鱼藻,植物对水分的生态适应、水生植物 漂浮植物 叶漂浮在水面上，根沉在水下，不与土壤发生直接关系,满江红,凤眼莲（水葫芦）,浮萍,植物对水分的生态适应、水生植物 浮叶植物 叶漂浮在水面上，根扎于泥土,荷花,睡莲,藕,植物对水分的生态适应、水生植物 挺水植物 茎叶下部分浸于水中，上部分暴露 于空气中，根扎于泥土,芦苇,香蒲,水葱,植

13、物对水分的生态适应、陆生植物 湿生植物,水稻,泽泻,灯芯草,植物对水分的生态适应、陆生植物 中生植物 多数植物和杂草等。,水稻,植物对水分的生态适应、陆生植物 中生植物 多数植物和杂草等。,黍,稷,植物对水分的生态适应、陆生植物 旱生植物,石竹,刺叶,沙拐枣,植物对水分的生态适应、陆生植物 旱生植物,仙人掌（球）,石莲花（景天科）,植物对水分的生态适应水分临界期生育前期和后期需水较少，中期因生长旺盛，需水较多。植物一生中对水分最敏感的时期，称为水分临界期。在水分临界期内，若遇干旱或水分不足，对植物的生长发育影响最大。,主要作物的需水临界期,水 稻 孕穗 开花小 麦 孕穗 抽穗玉 米 开花 乳熟

14、油 菜 薹花期甘 薯 发根分枝结薯期 棉 花 开花结铃期豆类、花生 开花期黍稷类 抽穗 灌浆,动物对水分的生态适应 水分获得途径 食物、体表吸收、代谢水 水分丧失途径 蒸发失水、排泄、分泌失水,陆生动物的水平衡调节机制,失水的主要途径：皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水补充水的主要途径：食物、代谢水、饮水保水机制减小皮肤的透水性减少身体的表面蒸发减少呼吸失水减少排泄失水利用代谢水生态类型喜湿耐旱,（四）土壤,土壤的生态学意义 为土壤生物提供栖息场所 微生物、线虫、蚯蚓、软体动物等,土壤的生态学意义 是生物进化的过度环境；土壤是一种处于水体和地表之间的介质，内含充足水分和空气，许多种类的生物依靠土壤作

15、为过度而实现了从水生向陆生的进化过程。,土壤的生态学意义植物生长的生存基质和营养库；水分、矿质元素生活空间,土壤的生态学意义 是生物代谢产物、生物有机体、生物或工业污染物转化的重要基质 消化有机物 分解污染物 净化有毒物质,土壤的物理性质及其对生物的影响,土壤温度 滞后性土壤水分 吸着水 通过分子引力牢牢地吸附在土粒的表面，不能移动，也不能溶解盐类，在干旱条件下仍能存在。吸着水不能为作物所吸收，是无效水。,毛管水 存在于土粒间的孔隙中，受毛管引力和表面张力而保持在毛管孔隙中的水。毛细管水可以移动，容易蒸发，可供植株利用，为有效水。重力水 在重力的作用下，可以向下渗漏的水。重力水容易被作物利用，

16、但很快流失。重力水存在使土温降低，土壤通气不良，并影响微生物活动。土壤空气,土壤的物理性质及其对生物的影响,土壤质地和结构,土壤中粗细土粒数的组合状况不同，就形成了不同的土壤质地。生产上土壤可分为以下3种类型：砂土：含砂85以上，粘粒15以下的土壤称为砂土，砂土大孔隙多，土壤疏松、容易耕作、肥料分解快、保水保肥力差，有机质、全氮、全磷较少。,粘土：含粘土粒45以上。土质粘重，不便于耕作，空气不易流通，不利于作物根系发育，水分缺乏时地面易龟裂。但蓄水保肥力强，肥力较高。壤土：是土壤结构中最好的土壤。一般壤土有机质含量约l3左右，保水保肥能力较强，耐旱耐涝，土壤孔隙适中，具有良好的通气透水性能，易

17、耕易种。适种作物范围广，产量高而稳。,土壤的化学性质及其对生物的影响,土壤矿质元素,萝卜缺N的植株老叶发黄,缺N老叶发黄枯死，新叶色淡,生长矮小，根系细长，分蘖减少。,小麦地块由于施肥不匀造成的缺氮现象,缺钾症状老叶首先表现症状，叶尖叶缘枯，缺绿斑点，叶色黄、茎秆柔弱易倒伏等。,油菜开花结实延迟,土壤的化学性质及其对生物的影响,土壤有机质,土壤有机质的来源和转化动植物、微生物的残体和有机肥料是土壤有机质的基本来源。有机质的转化主要有两个方向，一是分解，又称矿化过程，即有机质在微生物或动物的作用下转化为简单的矿质化合物，这是释放养分的过程，放出能为植物吸收的养分。二是分解合成，又称腐殖化过程，有

18、机质矿化过程中微生物将中间产物合成腐殖质，将养分暂时贮藏，以后陆续分解供植物利用。,土壤有机质的作用 作物营养物质的主要来源 作物碳素营养的来源之一 提高土壤保水保肥能力 促进和改善土壤的结构 提高土壤温度,土壤的化学性质及其对生物的影响,土壤酸碱度（pH）（大多数植物 5.5-8.5）a.过酸或过碱都不利于植物生长（耐受性法则）b.pH影响土壤微生物活动 固氮菌在pH4.5-5时失去固氮能力 十字花科肿根病害常发生在酸性土壤中，马铃薯疮痂病好发于碱性土壤。,土壤的化学性质及其对生物的影响,土壤酸碱度（pH）,土壤的化学性质及其对生物的影响,植物养分有效性与pH,喜钙植物：蜈蚣草(pteris

19、 rittata)喜酸植物：茶树盐生植物：南方碱蓬沙生植物：骆驼刺,植物对土壤因子的适应,第二节 生物的生态效应,森林的生态效应,森林是陆地生态系统的主体，世界森林面积约为40亿公顷，覆盖率约为30%，森林可以固定大量的碳，对于生态系统有着重要的平衡和调控作用。我国的森林覆盖率约为20%,森林的生态效应,1.涵养水源，保持水土 每公顷森林植被含水总量可达200 400 t，1000hm2森林涵蓄的水量相当于一个30万m3的水库“绿色水库”据专家评估，我国森林生态系统年涵养水源的量约为4947.66亿m3，固土量70.35亿吨。,森林的生态效应,2.调节气候，增加雨量 夏季森林上空500m范围内

20、气温降低3.4；有林地区一般比无林地区降水量多17.4%；森林上空相对湿度比无林区高12-25%。,森林的生态效应,2.调节气候，增加雨量森林具有明显的调节气候作用，高温季节可以降温，寒冷季节可以增温。根据国内外资料显示，一个国家或地区森林覆盖率达到30以上，且分布均匀，能够减少大的自然灾害的发生。芬兰、瑞典、日本等国家数十年没有发生较大规模农业自然灾害，与其森林覆盖率高不无关系，其覆盖率分别为74、64和68。,森林的生态效应,3.防风固沙，保护农田。森林的枝叶可以挡风，根系可以固沙，因此，可以防止农田被风蚀沙压和防止或减轻庄稼倒伏。我国“三北”地区的防护林体系建设，对于防止风沙内侵，保护和

21、发展“三北”地区农业与牧业，将发生很大作用。,森林的生态效应,4.美化环境，防治污染 1 hm2阔叶林树木每天大约能吸收CO21000 kg，放出氧气730 kg；树冠吸尘每年每公顷可达3070吨；森林植物还可以吸收有毒气体；某些树种的分泌物具有杀菌作用。据测定，森林每立方米空气中的细菌数目为55个，公园为1000个，而城市林荫道为58万个，热闹的百货大楼为4000万个。,森林的生态效应,5.降低噪声，美化景观噪音在60分贝以上就影响人的工作，95100分贝影响听力。深入森林100 m噪音可降低32分贝，250 m可降低40分贝，40 m宽的林带可降低噪音1015分贝。,森林的生态效应,6.提

22、供燃料，增加饲料和肥源 合理的使用林木作为生活能源，减少了农作物秸秆的用量，使得更多的秸秆用于还田，提高土壤有机质含量。7.天然的生物多样性宝库 热带雨林面积约占全球面积的7%，拥有全世界50-90%的已知植物种类，物种数为世界总量的一半以上。,草原的生态效应,以各种天然牧草和人工牧草及草食动物为主要生物的草原、草山，对生态环境具有良好的作用。特别是多年生豆科牧草，有明显改良土壤的作用，能增加土壤中的养分含量和有机质积累。牧草还能增加植被覆盖，保持水土，涵养水源。在降水较多地区，牧草地保土力为农田的300-800倍，保水力为作物地的1000倍。,农业生物的生态效应,对土壤肥和的影响 作物根茬、

23、枯枝落叶等残体、根系分泌物、固氮菌等对土壤养分状况、有机质含量均有一定影响。对水土保持的影响 山区的梯田和坡地种植作物，对该地水土保持有一定作用，合理的作物种植，对减少地表径流，防止水土流失均有良好作用。对农田小气候的影响 土壤微生物具有较强的净化环境的作用,第三节 生物的生态适应性,生态适应及生物进化 生态适应：生物为了适应环境的变化，从形态、生理、生化等方面作出有利于生存的改变；,趋同适应：不同种类的生物，生存在相同或相似的环境条件下，常形成相同或相似的适应方式和途径，称为趋同适应。,趋异适应：一群亲缘关系相近的生物有机体，由于分布地区的间隔，长期接受不同环境条件下的综合影响，不同个体群之

24、间所产生的相应的生态变异。生活在不同环境条件下，因而形成了不同的适应方式和途径，称为趋异适应。,生态型同种生物的不同个体或群体，长期生存在不同的自然生态条件或认为培育条件下，发生趋异适应，并经自然选择或人工选择而分化形成的生态、形态和生理特性不同的基因型类群。,生活型不同种的生物，由于长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下，发生趋同适应，并经自然选择和人工选择而形成的，具有类似的形态、生理和生态特性的物种类群。,槐树（乔木）,胡枝子（灌木）,葛藤（藤本）,大豆（草本）,生活型,生境与生态位生境 生物生长的具体地段的综合环境；生态位 一个生态系统中，每一个生物都有其特定的位置，有特殊的功能

25、和作用。生物在生态系统中的功能和地位称为生态位。,生境与生态位生态位是从物种的观点定义的，指物种在群落中所处的地位、功能和环境关系的特性，而生境是指物种生活的环境类型的特性，例如地理位置、海拔高度、水湿条件等。物种的生态位受生境所限制。,生态位的概念包含3层意思：物种在特定生物群落中的时间和空间位置及其功能关系；物种在环境变化梯度(湿度、温度、土壤等)中的位置；物种与群落中其他种群的关系（种间关系）。,生态位理论阐明：第一，在同一生境中，不存在两个生态位完全相同的物种；第二，同一生境中，不同或相似物种必然进行某种空间、时间、营养或年龄等生态位的分化和分离；第三，同一生境中，只有生态位上差异较大的物种，竞争才较缓和。,生态位的应用 1.生态位分离有利于更有效利用资源（各物种应当尽量在分布、时间、生理方面有适当的差别）2.在引种的过程中应当尽量避免生态位重叠，防止激烈种内竞争的发生，占领空闲的生态位，有效利用资源。,本 章 完,