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1、 第二章第二章 农业生态系统的生物与环境农业生态系统的生物与环境1生物Organisms环境Environment相互关系Interactions1 1 物质物质 NutrientNutrient2 2 能量能量 EnergyEnergy3 3 信息信息 InformationInformation4 4 依赖与改善依赖与改善 Dependence and amendmentDependence and amendment 生物与环境之间的相互关系Interactions between organisms and environment2环境环境 EnvironmentEnvironment
2、1.1.无机环境无机环境 Inorganic(physical)environmentInorganic(physical)environment 光、温、水、气、土（各种营养元素）光、温、水、气、土（各种营养元素）2.2.有机环境有机环境 Organic(biotic)environmentOrganic(biotic)environment 生物之间互为环境（生物之间互为环境（Competition,predation,Competition,predation,parasitism,cooperationparasitism,cooperation）害虫、病原菌、杂草、天敌害虫、病原菌、
3、杂草、天敌3生物与环境的相互关系Interactions between organisms and environment（1）环境对生物的分布与生长起着限制和制约作用Environment limit and restrict distribution,abundance and growth of organismsLife depends totally on the physical world for energy and materials,and living organisms must tolerate the physical conditions of their su
4、rroundings.Temperature,moisture,salinity(salt),acidity,and other physical factors4（2）生物能适应、影响和改造环境Organisms can adapt,affect and change environment by transpiring water vapor,recycling elements,abetting(help)soil development,precipitating minerals in aquatic(water)environments,and altering terrestri
5、al(land)topography Individuals are the fundamental units of populations,communities,ecosystems and biomes which are discussed later.5 自然环境自然环境是生态系统中作用于生物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。间，以及维持生命活动的物质和能量。6 广广义义的的人人工工环环境境包包括括所所有有受受人人类类活活动动影影响响的的环境，可以分为人工影响的环境和人工建造的环境。环境，可以
6、分为人工影响的环境和人工建造的环境。（一）（一）人工影响的环境人工影响的环境(Influencing environment)(Influencing environment)如：防护林带如：防护林带,水利工程等。水利工程等。（二）（二）人工建造的环境人工建造的环境(Creating environment)(Creating environment)人人工工建建造造的的环环境境是是指指人人类类根根据据生生物物生生长长发发育育所所需要的外界条件进行模拟或塑造的环境。如：需要的外界条件进行模拟或塑造的环境。如：无土栽培环境无土栽培环境(Hydroponics)(Hydroponics)大棚温室环
7、境大棚温室环境(Shed Greenhouse)(Shed Greenhouse)集约化养殖环境集约化养殖环境(Intensive poultry farm)(Intensive poultry farm)7 一、生态因子对生物的影响一、生态因子对生物的影响 二、生物对生态因子的适应二、生物对生态因子的适应8一、生态因子对生物的影响一、生态因子对生物的影响（Restriction）1 1、生物种与个体生态学、生物种与个体生态学 物种物种(species)species)是指一类生物个体的集合，其中的个体是指一类生物个体的集合，其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代之间在
8、自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体。个体。个个体体生生态态学学（anecologyanecology)是是研研究究生生物物个个体体发发育育、系系统统发发育育及其与环境关系的生态学分支。及其与环境关系的生态学分支。9 个体发育（个体发育（individual development)individual development)是指生物个体是指生物个体从出生到死亡的从出生到死亡的生长发育过程生长发育过程。系系统统发发育育(systematic systematic development)development)是是由由个个体体发发育育一一代代接接一一代代在在环环境境作作用用下下
9、，为为适适应应环环境境而而发发生生变变异异（种种的分化），并在选择作用下的的分化），并在选择作用下的物种进化过程物种进化过程。10 生物种的性状差异来源于两个方面，即生物种的性状差异来源于两个方面，即基因型与基因型与表现型表现型。基基因因型型是是生生物物种种的的遗遗传传本本质质，即即生生物物性性状状表表现所必须具备的内在因素（现所必须具备的内在因素（可遗传变异可遗传变异）。）。表表现现型型是是生生物物种种与与环环境境结结合合后后实实际际表表现现出出的可见性状（的可见性状（非遗传变异非遗传变异）。112 2、生态因子的概念与类型、生态因子的概念与类型 环环境境因因子子(environmental
10、 environmental factor)factor)是是指指构构成成环环境境的的各要素。各要素。生态因子生态因子(ecological factor)ecological factor)是环境因子中一切是环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子。影响的因子。12 生态因子的类型：生态因子的类型：（1 1）气候因子（）气候因子（climatic factors)climatic factors)（2 2）土壤因子（）土壤因子（edaphicedaphic factors)factors)（3 3）地形因子（）地
11、形因子（topographic factors)topographic factors)（4 4）生物因子）生物因子（biotic factors)biotic factors)（5 5）人为因子）人为因子（anthropogenic factors)anthropogenic factors)133 3、生态因子的作用规律、生态因子的作用规律 （1 1）最小因子定律）最小因子定律(law of minimum factor)law of minimum factor)最小因子定律是最小因子定律是18401840年德国化学家李比希年德国化学家李比希(Baron Baron Justus Jus
12、tus LiebigLiebig)提出，他认为：作物的产量往往取决于提出，他认为：作物的产量往往取决于最小量矿质营养元素的供应状况。最小量矿质营养元素的供应状况。即所谓的即所谓的“木桶木桶”理论。理论。14E.P.E.P.OdumOdum（19731973）对最小因子作了两点补充：对最小因子作了两点补充：（1 1）这这一一定定律律只只有有在在相相对对稳稳定定状状态态下下才才能能运运用用。在在不不稳稳定定状状态态下下，许许多多因因子子的的量量和和作作用用处处于于激激烈烈的的变变动动中中，很难确定哪个单因子是限制因子。很难确定哪个单因子是限制因子。（2 2）要考虑因子间的相互作用。）要考虑因子间的
13、相互作用。15 （2 2）耐性定律）耐性定律(law of tolerance)law of tolerance)在在生生物物的的生生长长和和繁繁殖殖所所需需要要的的众众多多生生态态因因子子中中，任任何何一一个个生生态态因因子子在在数数量量上上的的过过多多过过少少或或质质量量不不足足，都都会会成成为限制因子。为限制因子。耐性定律是耐性定律是19131913年美国生态学家谢尓福德年美国生态学家谢尓福德(V.E.V.E.ShelfordShelford)提出，他认为：生物对其生存环境的适应有一个生态学最小量提出，他认为：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。和最大量的界限。即所谓
14、的即所谓的“耐性范围耐性范围”。16耐性范围的变化：耐性范围的变化：耐耐性性的的差差异异同同种种生生物物对对不不同同的的生生态态因因子子的的耐耐性性限限度度不同；不同生物对同一生态因子的耐性限度也不相同。不同；不同生物对同一生态因子的耐性限度也不相同。自然进化下耐性的变化自然进化下耐性的变化一些分布范围窄的生物，一些分布范围窄的生物，对极端环境条件具有极强的适应能力，却丧失了在其他对极端环境条件具有极强的适应能力，却丧失了在其他环境下的生存的能力。（高山雪莲）环境下的生存的能力。（高山雪莲）耐性的人为改变耐性的人为改变通过人为驯化的方法，可以改通过人为驯化的方法，可以改变生物的耐性范围。（抗病
15、育种可扩大作物对病害的耐变生物的耐性范围。（抗病育种可扩大作物对病害的耐性范围）性范围）17（3 3）生态因子的综合作用）生态因子的综合作用 生生态态因因子子的的交交互互作作用用不不同同的的生生态态因因子子之之间间的的相相互互联系、相互促进和相互制约等关系。（联系、相互促进和相互制约等关系。（N N、P P、K K三要素）三要素）生生态态因因子子的的主主次次作作用用诸诸多多生生态态因因子子中中，有有主主导导因因子子，也有次要因子。（光合作用：光强（也有次要因子。（光合作用：光强（主主），），COCO2 2（次次）生生态态因因子子的的阶阶段段作作用用生生物物生生长长发发育育不不同同阶阶段段对对生
16、态因子的需求不同。（营养生长与生殖生长）生态因子的需求不同。（营养生长与生殖生长）184 4、生活型（、生活型（life formlife form）和生境（和生境（habitathabitat）（1 1）生活型生活型 由由于于环环境境对对生生物物的的限限制制作作用用，不不同同种种的的生生物物长长期期生生存存在在相相同同的的自自然然生生态态条条件件和和人人为为培培育育条条件件下下，会会发发生生趋趋同同适适应应，经经过过自自然然选选择择和和人人工工选选择择形形成成具具有有类类似似形形态态、生生理理和和生生态态特特性性的的物物种种类类群群称称为为生生活活型。型。生生活活型型是是生生物物对对综综合合
17、环环境境条条件件的的长长期期适适应应，而而在外貌上反映出相似性和一致性的生物类型。在外貌上反映出相似性和一致性的生物类型。19 丹麦植物学家丹麦植物学家C.C.RaunkiaerRaunkiaer的生活型分类系统的生活型分类系统 （1 1）高位芽植物）高位芽植物 这这类类植植物物的的芽芽和和顶顶端端嫩嫩枝枝是是位位于于离离地地面面较较高高处处的的枝枝条条上上，如如乔乔木木、灌灌木木和和一一些些生生长长在在热热带带潮潮湿湿气候条件下的草本等。气候条件下的草本等。（2 2）地上芽植物）地上芽植物 这这类类植植物物的的芽芽或或顶顶端端嫩嫩枝枝位位于于地地表表或或接接近近地地表表处处，一一般般都都不不
18、高高出出土土表表20-30cm20-30cm，因因此此它它们们受受土土表的残落物所保护，在地表积雪地区也受积雪的保护。表的残落物所保护，在地表积雪地区也受积雪的保护。20 （3 3）地面芽植物）地面芽植物 这类植物在不利季节，植物体地上部分死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，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。并在地面处有芽。（4 4）地下芽植物）地下芽植物 这类植物度过恶劣环境的芽埋在土表以下，这类植物度过恶劣环境的芽埋在土表以下，或位于水体中。或位于水体中。（5 5）一年生植物）一年生植物 一年生植物只能在良好季节中
19、生长，在恶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。劣的气候条件下，它们以种子形式度过不良季节。21 （2 2）生境）生境 HabitatHabitat 在环境条件的制约下，具有特定生态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。生境也称栖息地。种或生物群落的生境。生境也称栖息地。22二、生物对生态因子的适应二、生物对生态因子的适应（Adaptation)Adaptation)1 1、生态型（、生态型（ec
20、otypeecotype）同同种种生生物物的的不不同同个个体体群群，长长期期生生存存在在不不同同的的自自然然生生态态条条件件和和人人为为培培育育条条件件下下，发发生生趋趋异异适适应应，并并经经自自然然选选择择和和人人工工选选择择而而分分化化形形成成的的生生态态、形形态态和和生生理理特特性性不不同同的的可可以以遗遗传传的的类类群群，称称为为生生态态型。型。Yellow,brown,black and white menYellow,brown,black and white men23 生态型是种内适应于不同生态条件或区域的遗传类生态型是种内适应于不同生态条件或区域的遗传类群，是由生态因子对一个
21、物种种群内许多基因型选择的群，是由生态因子对一个物种种群内许多基因型选择的种内产物，在分类学上它是种以下的分类单位。分布区种内产物，在分类学上它是种以下的分类单位。分布区域和分布季节越广的生物种，生态型越多。生态型越单域和分布季节越广的生物种，生态型越多。生态型越单一的生物种，适应性越窄。一的生物种，适应性越窄。Ecotype is a unit within Ecotype is a unit within a species(different genotypes)a species(different genotypes)24 根据形成生态型的主导生态因子类型的不同，可以把根据形成生态型
22、的主导生态因子类型的不同，可以把植物生态型划分为三种：植物生态型划分为三种：Ecotype can be divided into three groupsEcotype can be divided into three groups 气候生态型气候生态型 土壤生态型土壤生态型 生物生态型生物生态型25（1 1）气候生态型）气候生态型 Climatic ecotypeClimatic ecotype 长期适应不同的光周期、气温和降水等气候因子而形成的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。例如，水稻的早、中、晚稻属于不同的光照生态各种生态型。例如，水稻的早、中、晚稻属于
23、不同的光照生态型；型；籼稻、粳稻籼稻、粳稻（2 2）土壤生态型）土壤生态型 EdaphicEdaphic ecotype ecotype 长长期期在在不不同同的的土土壤壤水水分分、温温度度和和肥肥力力等等自自然然和和栽栽培培条条件件的的作作用用下下分分化化而而形形成成土土壤壤生生态态型型。例例如如，水水稻稻和和陆陆稻稻主主要要由由于于土土壤水分条件的不同而分化形成的土壤生态型。壤水分条件的不同而分化形成的土壤生态型。（3 3）生物生态型）生物生态型 Biotic ecotypeBiotic ecotype 生生物物生生态态型型是是指指主主要要在在生生物物因因子子的的作作用用下下形形成成的的生生
24、态态型型。例例如如，各各种种作作物物对对病病、虫虫、草草具具有有不不同同抗抗性性的的品品种种群群，是是作作物物长期与病、虫、草协同进化过程中分化形成的生物生态型。长期与病、虫、草协同进化过程中分化形成的生物生态型。26 2、生态位（生态位（nicheniche）生态位可表述为：生物完成其正常生活周期所生态位可表述为：生物完成其正常生活周期所表现的对适应的特定生态因子综合位置。即用某一表现的对适应的特定生态因子综合位置。即用某一生物的每一个生态因子为一维（生物的每一个生态因子为一维（X Xi i），），以生物对生态以生物对生态因子的综合适应性（因子的综合适应性（y y）为指标构成的多维超几何空为指标构成的多维超几何空间。间。多维超体积生态位多维超体积生态位(multidimensional hyperspace)(multidimensional hyperspace)27