1、考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 1 陈阜 农业生态学 复习资料 第一章 绪论 一、 名词解释 1、 生态学：生态学是研究生物与其环境相互关系的科学。（ 1866.海格尔） 生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。（ 1971.奥德姆） 2、 农业生态学：是运用生态学的原理及系统论的方法，研究农业生物与其自然和社会环境的相互关系的应用性科学。 3、 农业生态系统 ：是指在人类的积极参与下，利用农业生物和非生物环境之 间以及农业生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效生态机 能，进行能量转化和物质循环，并按
2、照人类社会需要进行物质生产的综合体。 二、知识点 1、 农业生态学的 研究对象 主要 是农业生态系统。即：研究农业生物之间、环境之间以及生物与环境之间的相互关系及其调控途径。利用生态学及系统学的理论与方法对农业系统各组成成分及其相互关系进行研究，以提高其整体效益。农业生态学的 内容包括 农业生态系统的组成 、 结构 、 功能及其调控的原理和技术途径。 2、农业生态系统的组分包括：农业生物部分（农作物、家禽等）、环境部分（自然环境与社会经济环境）。 3、农业生态学的特点： 理论实用性是一门基础性的学科，具有较强的实用性，其研究内容与农业生产紧密结合，研究成果在农业区划、区域综合开发治理、农业资源
3、利用、生态工程建设等方面都有广泛应用。 学科交叉性农业生态学时介于农学与生态学之间的交叉学科，综合性很强。从知识内容和研究对象上涉及到很多学科和内容。且农业生态系统本身就是一个社会 经济 自然复合系统。 研究统一性农业生态学强调适用于不同学科的共同思想和共同语 言，强调适用于生态系统不同组分的通用方法。 宏观层次性农业生态学区别于一般的个体生态学、作物生态学及动物生态学等有明确界限的微观生态学，它的宏观性及伸缩范围很大。 4.农业生态学的任务：运用农业生态学的理论和方法，分析研究农业领域中的生态问题，探讨协调农业生态系统组分结构及其功能，促进农业生产的持续高效发展，是农业生态学的根本任务。 5
4、生态学的发展：以研究生态系统为中心的近代生态学发展阶段 1935 年，英国，坦斯列首次提出“生态系统”的概念。 1942 年，美国，林德曼提出“食物链”和“生态金字塔”理论。 20 世纪 30 年代，贝塔朗菲提出系统论。 20 世纪 40 年代，美国，香农，创立研究系统组分之间各种信息过程的信息论。 20 世纪 60 年代，美国，奥德姆和我国马世俊分别提出“生态工程”。马世俊教授归纳出“整体、协调、再生、循环”的生态工程原理 ，提出以生态控制论为基础，对社会 经济 自然复合生态系统进行调控和优化。 考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-
5、27 一泓秋水作品 2 第二章 农业生态系统 一、 名词解释 1. 系统：系统是指由相互依赖的若干组分结合在一起，能完成特定功能，并朝特定目标发展的有机整体。 2. 生态系统：指在一定的时间和空间范围内，生物与生物之间、生物与非生物环境之间密切联系、相互作用并具有一定结构及完成一定功能的综合体。 或者说是有生物群落与非生物环境相互依存所组成的一个生态学功能单位。 3. 生产者：主要是绿色植物和化能合成细菌等，它们具有固定太阳能，进行光合作用，把无机物转化为有机物，把太阳能转化为化学能，储藏在有机体中。这类以无机物为原料制造有机物的自养者被称为初级生产者。 4. 消费者：指除了微生物以外的异养生
6、物，主要指依赖初级生产者或其他生物为生的各种动物。根据食性不同，又分为：草食性动物、肉食性动物、寄生动物、腐生动物和杂食性动物 5 种类型。 5. 分解者： 分解者又被称为还原者， 主要指以动物残体为生的异养微生物，包括真菌、细菌、放线菌、也包括一些原生动物和腐食性动物 ，如甲虫、蠕虫、白蚂蚁和某些软体动物。 6. 生物圈： 地球上全部生物及其生活区域称为生物圈，一般指从大气圈到水圈大约 20Km 的厚度范围，其中包含了边界大小不同、种类各式各样的生态系统。 7. 物种结构：又称组分结构。是指生态系统中生物组 分由哪些生物种群所组成，以及它们之间的量比关系。 8. 时空结构：生态系统中各生物种
7、群在空间上的配置和在时间上的分布，构成了生态系统形态上的特征。大多数自然生态系统的形态结构都具有水平空间上的镶嵌性、垂直空间上的成层性和时间分布上的发展演替特征。 9. 营养结构：生态系统中由生产者、消费者、分解者三大功能类群以食物营养关系所组成的食物链、食物网是生态系统的营养结构。它是生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要路径。 10. 能量流动：能量是生命的动力。生态系统的能量来自太阳辐射，能量沿着生产者消费者分解者单向流动，是驱 动一切生命活动的齿轮。 11. 物质循环：物质是生命活动的基础。生态系统中的物质，主要指生物为维持生命所需的各种营养元素，它们沿着食物链在不同营养级生物之
8、间传递，最终归还环境，并可被多次重复吸收利用，构成物质循环。 12. 信息传递：在生态系统中，生物与环境产生的物理信息、化学信息、营养信息和行为信息在生物之间、生物与环境之间的传递，把生态系统的各组分联系成一个整体，具有调节系统稳定性的功能。 二、知识点 1.生物种群 是构成生态系统的基本单位， 不同的物种（或类群）以及他们之间不同的量比关系 ，构成了生态系统的基本特征。 2.系统的基本特征： 系统的有序性。 系统均有序，杂乱无章不成系统。 包括两个方面： a.系统的边界。系统无论大小均有边界。 边界是区分系统及其环境的依据。系统边界有的比较明确，有的比较含糊。系统的边界有可能是自然形成的，也
9、可能是人为划分的。 b.系统的层次。系统无论简繁均具有分层现象。 即任何系统，它既是由某些要素（或子系统）组成的，同时又是组成更大系统的一个要素（或子系统），在宏观和微观方面都可以逐层分解，从而表现出鲜明的层次关系。 系统的整体性。主要表现在组成系统的各要素之间要有一定的量比关系和空间位置排列考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 3 关系， 为了完成某一特定的功能，各要素必须分工合作，相互耦联，这是系统实现能量、物质、信息和价值等转化与循环功能的“目的性”要求。 系统功能的整合性。系统的整合性是指系统的整体功能大雨各
10、组分功能之和的特性，有叫系统的整合效应。 3.生态系统的组成： 非生物部分： a.非生物环境：能源 太阳能、其他能源 气候 光照、温度、降水、风等 基质和介质 岩石、土壤、水、空气等 b.物质代谢原料： CO2、 H2O、 O2、 N2 等 无机盐（矿物质原料） 腐殖质、脂肪、蛋白质、碳水化合物等 生物部分： a.生产者 绿色植物、光合细菌、化能细菌等 b.消费者：食草动物 一级消费者 一级食肉动物 二级消费者 二级食肉动物 三级消费者 杂食动物 杂食消费者 腐食消费者、其他消费者 c.分解者（还原者） 微生物（细菌、真菌等） 4.生态系统的结构： 物种结构（组分结构）、时空结构、营养结构。
11、5.生态系统的功能： 能量流动、物质循环、信息传递。 6.生态系统的类型：根据环境特性划分： 海洋生态系统、森林生态系统、草原生态系统。 根据人类干预程度划分： 自然生态系统、人工生态系统、半自然生态系统 。 7.农业生态系统是半自然生态系统的典型代表。 8.农业生态系统的组成： 生物组分占主要地位的生物是经过人工训化的农业生物，包括各种大田作物、果树、蔬菜、家禽、养殖水产类、林木等，也包括农田杂草、病、虫等有害生物。最重要的调节者和主体消费者 人类。 环境组分自然环境组分：水体、土壤、气体、辐射等 人工环境组分：生产、加工、储藏设备和生活设施等 9农业生态系统的基本结构： 组分结构：指农、林
12、、牧、渔、副（加工）各业之间的量比关系，以 及各业内部的物种组成及量比关系。 时空结构：空间结构分为水平结构和垂直结构。 水平结构：指一定区域内，各种农业生物类群在水平空间上的组合与分布，亦指由农田、人工草地、人工林、池塘等类型的景观单元所组成的农业景观结构。 垂直结构：指农业生物类群在同一土地单元内，垂直空间上的组合与分布。 时间结构：指农业生物类群在时间上的分布与发展演替。 10.农业生态系统的功能：通过生物与环境的有序结构，具有对能量、物质、信息、价值进行转换的功能，形成与之相应的能量流、物质流、信息流和价值流。 11.农业生态系统与自然生态系统的区别： 生物构成不同环境条件不同结构与功
13、能不同稳定机制不同生产力特点不同农业生态系统的开放程度高于自然生态系统。能流特征不同。养分循环特点不同。服从规律不同。 10 运行的“目标”不同。 13. 构成一个系统必须具备的三个条件： 考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 4 有两个以上的构成要素各要素之间必须具有某种联系各要素必须以整体的形式完成特定 的功能。 第三 章 生物种群 一、名词解释 1.种群：种群是指在一定时间内占据特定空间的同一物种 (或有机体 )的集合体。一个物种通常可以包含许多种群。 2.出生率： 出生率是种群增加固有能力的表述，是指种群在以
14、生产、孵化、分裂或出芽等方式下，产生新个体的能力，是种群内个体数量增长的重要因素，常用单位时间内产生新个体的数量来表示。 3.死亡率： 死亡率是出生率的反义词，他描述了种群个体的死亡情况，是种群内个体衰减的数量，用 D 表示。 4.年龄结构： 指某一种群中，具有不同年龄级的个体生物数目与种群个体总数的比例。 5.迁移 :知识点（三） - 2 - （ 2） 6.扩散： 知识点（三） - 2 - （ 2） 7.密度调节： 是指通过密度因子对种群大小的调节过程。 8.生态对策： 生物朝不同的方向进化的“对策”称为生态对策。 9.互利共生： 是指两个物种长期共同生活在一起， 彼此相互依赖，相互依存，并
15、能直接进行物质交流的一种相互关系。 10.偏利共生： 指种间相互作用仅对一方有利，对另一方无影响。 11.原始协作： 指两种群相互协作，双方获利，但协作是松散的，分离后，双方仍能独立生存。 12.竞争： 包括种间竞争和种内竞争，有直接干涉型和资源利用型两种竞争形式。 13.捕食： 广义的捕食是指高一营养级动物取食或伤害低一营养级的动物和植物的种间关系。狭义的捕食是指动物捕食食草动物。 14.寄生： 寄生与捕食作用相似，寄生物以寄主身体为定居空间，靠吸取寄主的营养而生活。 15.化感作用： 指由植物体分泌的化学物质对自身或其他种群发生影响的现象，植物的这种分泌物叫做化感作用物质。 是植物界种间竞
16、争的一种表现形式。 二、知识点 （一）种群的概念与特征 1.种群的概念： 种群是物种存在的基本形式，同时又是组成生物群落的基本单位。任何一个种群在自然界都不能孤立的存在，而是与其他物种的种群一起形成群落。 2.种群的基本特征：指各类生物种群在正常的生长发育条件下所具有的共同特征。包括：种群的空间分布特征、种群的数量特征、种群的遗传和邻接效应 4 个方面。 （ 1） 种群的空间分布：均匀 分布 型、随机 分布 型、成群 分布 型。 成群分布型又包括成群随机型和成群均匀型。 均匀分布型：也叫规则分布，即种群内各个体在空间上呈等距离分布。 在统计判定中，每个样地上个体数目相对稳定且等于平均数，而统计
17、方差等 于零。 模型为二项分布。 P（ n） =e- m mn/n! n 是样点中个体出现的数目， m 是每个样方中某种群的个体平均数。 随机分布型：即种群内个体在空间的位置不受其他个体的影响（即相互独立）；同时每个个体在任一空间分布的概率是相等的，即统计方差等于平均数。模型为泊松分布。 成群分布型：即种群内个体的分布既不随机，也不均匀，而是形成密集的斑块。这种分考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 5 布在自然界是最常见的。其各样点的统计方差大于平均数。模型二项分布。 (2)种群的数量特征：种群大小和密度、出生率和
18、死亡率、种群年龄和性别结构。 一个种群全体数目的多少叫种群大小。单位面积内某个生物种的个体总数叫种群密度。 种群密度分为： 粗密度： 指单位空间内的生物个体数（或生物量）； 生态密度：指单位栖息空间内的生物个体数（或生物量）。 a.出生率：分为最大出生率（绝对出生率、生理出生率）和实际出生率（生态出生率）。 最大出生率是个生物学常数，是理想条件下产生新个体的理论值。 绝对出生率（ B） = N/ t 相对出生率（ B） = N N 是种群在 t 时间内出生的个数； N0为初始种群大小。 b.死亡率是出生率的反义词。死亡率分为最低死亡率和实际死亡率或生态死亡率。最低死亡率是指个体由于生理寿命所决
19、定的“老年”状况，也是一个生物学常数。 绝对死亡率（ D） = N/ t 相对死亡率（ D） = N N 是种群在 t 时间内死亡的个数； N0为初始种群大小。 c.种群数量的变化取决于出生率与死亡率的对比关系。单位时间内出生率与死亡率之差为增长率，也就是单位时间内种群数量增加的百分率。 换句话说，种群的数量大小是由增长率来调节的。 a.种群的年龄结构分为 :增长型、稳定型、衰退型。 种群的年龄组分为：幼龄组、中龄组、老龄组。 b.性比：种群中雄性和雌性个体数目的比例。也称为性比结构，通常分为雌、雄和两性 3中类型。大多数动物的性比比较固定，但有少数动物，尤其是低等动物中不同生长发育时期性比有
20、所变化。受精卵的性比大致为 50:50,这称为第一性比。自幼体出生到个体性成熟，期间的性比称为第二性比。以后还有充分成熟的个体性比。 c.迁入和迁出也是种群变动的两个主要因子，它描述各地方种群之间进行基因交流的生态过程。 （ 3） 种群的遗传特征：种群通常是由相同的基因型组成的，但在繁殖过程中，可能出现遗传物质的重组和基因突变，再经过自然选择，可能使种群产生进化或适应能力的变化。 （ 4） 邻接效应：当种群密度增加时，在邻接的个体之间所出现的相互影响，称为邻接效应。 （二）种群的增长模型 1.种群增长三种典型模型：几何级数增长、指数型 （ J） 增长、逻辑斯蒂（ S）增长。 2.几何级数增长：
21、指种群在无限的环境中生长，不受食物、空间等条件的限制，种群的寿命只有 1 年，且 1 年只有 1 个繁殖季节，同时种群无年龄结构，彼此隔离的一种增长方式。 例：假设 有一个理想种群，开始时有 10 个个体，且每个个体一年繁殖 1 次，每次产生 2 个后代，则到第二代时，种群的个体将上升为 20 个，以后每年增加 1 倍，依次为 40， 80,160这种现象可用如下公式表示： Nt=Nt-1或者 Nt=N0 t N0 为初始种群大小， Nt 为时间 t 是的种群大小，是种群的周期增长率。 3.种群的指数增长 （ J 增长） ：在无限条件下，除了种群的离散增长外，有些生物可以连续进行繁殖，没有特定
22、的繁殖期，在这种情况下，种群的增长表现为指数形式。其数学模型可以用以下微分方程表示： dN/dt=r N 其解为 Nt=N0 ert 考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 6 N 为种群数量， r 为瞬时增长率 ，在理论上被称为内禀增长率。 补充知识：农业生态学骆世明。 36 页 内禀增长率：在没有任何环境因素（食物、领地和其他生物 ）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，记作 rm 。有人把内禀增长率叫做生物潜能或生殖潜能。种群的内禀增长率与观测到的种群实际增长率之差可以看做环境阻力的
23、度量。 环境阻力：就是妨碍种群内禀增长率实现的环境限制因素的总和。 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（或最大密度），称为系统对该种群的环境容纳量。常用 K 表示。 4.种群的逻辑斯蒂（ S）增长：在实际环境下，由于环境（食物、空间、其他资源）对种群增长的限制作用 （环境阻力） 是逐渐增加的，故增长曲线呈现“ S”型，也称 S 型增长。数学模型用logistic 方程描述： dN/dt=r N（ K-N） /K N 为种群数量， K 为环境容量， t 表示时间， dN/dt 表示种群变化率， r 表示瞬时增长率。 即某一环境所能维持的种群数量，在曲线中表示
24、为渐近线。 当 N 由 0 增加到 K 时，（ 1-N/K）则有 1 变化到 0，即随种群数量 N 的增长，种群的指数增长（ r,N） 实现的程度逐渐变小，知道 N=K 时，增长为 0。故当（ K-N） 0 时，种群增长；（ K-N）=0 时，种群停止增长；（ K-N） ，苔藓、蕨类、真、匍匐、攀援、直立一年生植物。 水生植物（漂浮、固着 、生根水生植物） 地下芽植物（菌根地下芽植物；包括 、气生菌 ；寄生的地下芽植物 和真地下芽植物。） 地面芽植物（叶状体地面植物，生根地面植物等） 地上芽植物（匍匐苔藓地上芽植物；地衣、肉叶地上芽植物；半灌木地上芽植物等） 高位芽植物（矮高位芽植物 ；大高位
25、芽植物 ；肉茎高位芽植物；草本高位芽植物；攀援藤本高位芽植物。） 10 树上附生植物 不同的气候生态区域，生活型的类别组成是不同的。 热带：高位芽植物为主，乔木和灌木占大多数，附生植物也多； 沙漠和草原地区：一年生植物比例最大； 温带和北极地区：地面芽植物比例最大。 （三）生境和生态位 生境是从生物生存的小区域方面来考虑生物与环境相互关系的概念。 考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 20 常把生态位分为 3 种类型： 基础生态位 指一种生物当不受其他生物竞争限制时所能占据的最大生态位。 现实生 态位 指有生物限制情
26、况下（亦即在生态位重叠情况下 ） ，一种生物所占据的较小生态 位（出现生态位分离）。 空间生态位 指生态系统中未被占据的位置，这种空缺可能为后来（入侵 ） 的生物物种所利用， 亦即资源利用潜力所在。 居住在同一生境的生物，它们的生态位总是相互分离的，或者说在一个群落中许多生物的共生，必然是各得其所地处在不同的生态位上，共同组成一个有一定结构的生物群落整体。 一个生态系统物种组成越复杂，其占据的生态位 越多，对资源的利用就越充分。生态位的分析，可以为生态系统优化设计提供信息。 生态位理论在农业生态系统设计时应该注意的问题？ 答：生态位理论在农业生产和应用中应注意，在进行农业生态位系统设计时，种植
27、或养殖物种的组成在分布、形态、生理、营养、年龄、时间、高度等方面，应有适当的差别，使之分别占据不同的生态位，以减少或减缓生物种间的竞争。 第六章 农业生态系统的能量流动 一、名词解释 1、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，组成一个整体，就像一条链锁一样，这种链锁关系就被称为食物链。 2、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，往往不是单一的，多数情况是交织在一起的，一种生物常常以多种食物为主，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”。 3、人工辅助能：指人类通过
28、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。它的投入可 以大大强化和辅助生态系统中生物对太阳光能的固定、转化和流动。 4、初级生产：主要是指绿色植物通过光合作用固定太阳能并转化为存储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（还应包括一些化能合成细菌）被称为初级生产者。 5、次级生产：是指消费者、还原者利用初级生产的有机物质进行的同化作用，表现为自身的生长、发育、繁殖和营养物质的储存。这些利用初级生产量实现能量再一次存储和积累的异养生物被称为次级生产者。 6、生态效率：见知识点第二节（五） 7、生态金字塔：是生态学研究中
29、用以反映食 物链各营养级之间生物的个体数量、生物量、和能量比例关系的一个图解模型。 8、熵：见知识点第二节（三） 9、能值：一种流动或储存的能量中所包含的另一种类别能量的数量，称为该能量的能值。 二、知识点 第一节 农业生态系统能量流动的途径 （一）农业生态系统能量来源 1、生态系统能量的基本形态 能量作为一种做功的动力，根据是否做功，可划分为动能和潜能。 考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 21 生态系统中，能量的 3 种表现形式：日光能、生物化学能和热能。 日光能是由太阳放射出来的光谱电磁波所组成，当其未到达地
30、表面时，可视为是一种潜能，到达物体表面后即开 始做功而成为动能。 生物化学能是储存在有机化合物中的一种潜在能量。 热能是一种广泛见于不同做功过程中的能量转化形式。 2、生态系统的能量来源 地球生态系统的能量 90%以上来自于日光能，另外不足 10%是来自于地热能、潮汐能、风能、水能等。 大气层外太阳辐射能为： 8.1J/cm2 min 太阳辐射中约 50%的可见光（ 0.4-0.7 m），约 43%的红外线（ 0.76 m）和约 7%的紫外线（ 0.4 m）。红橙光是绿色植物叶绿素最容易吸收的部分，是光合作用的主要能源。红外线主要作用是产生热效应，形成生物生存的热量环境；紫外线则具有较强的组织
31、穿透能力和破坏能力，能调高植物组织中蛋白质及纤维素的含量，还会杀死微生物。 人工辅助能是一种非常重要的能源。 （二）食物链和食物网 食物链 1、营养级：食物链上能量和物质被暂时储存和停留的位置，也即每一种生物所处的位置（环节）称为营养级。 自然界中，很少能看到超过 5 级的食物链。 5 级食物链：植物食草动物一级食肉动物二级食肉动物三级食肉动物顶级食肉动物 2、在不同的生态系统中均可以按食物链的始端和生物成员取食的方式归纳为 3 种食物链类型： 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，再到势头动物这样一条以活的有机体为能量来源的食物链类型。（例：水稻蝗虫青蛙 ） 腐食
32、食物链：亦称为残屑食物链，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。（例：在农业上用秸秆、粪便产生沼气，用棉籽壳、稻草培育蘑菇等都是腐食食物链的作用。） 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。（大豆菟丝子；哺乳动物跳骚原生动物细菌病毒；马蛔虫）。 农业生态系统中，为了充分合理利用能量与物质，人类常将各种食物链组合到一起，组成混合食物链。例：稻草牛（牛粪）蚯蚓鸡（鸡粪）猪（猪粪）鱼。 食物网 食物网使生态系统中各种食物组合直接或间接地联系了起来，食物种类越多，食性越复杂，形成的生态系统
33、也越复杂。一个具有复杂食物网的生态系统，往往稳定性越强，易于保持平衡。当某一食物链发生障碍时，其他食物链可以进行调节和补偿。 （三）农业生态系统的能流途径 生态系统的能量流动始于初级生产者（绿色食物）对太阳辐射能的捕获，通过光和作用将日光能转化为储存在植物有机物质中的化学潜能，这些被暂时储存起来的化学潜能由于后来去向不同形成了生态系统能流的不同路径。 所有生态系统能量流动的共同路径： 1、第一条路径（主路径） ：植物有机体分别被一级、二级、三四级消费者等取食消化，各级消费者分别称为二级、三级、四五级生产者。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
34、体中，但最终随着生物体的衰老死亡，经微考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 22 生物分解将全部能量散逸归还于 非生物环境。 2、第二条路径 ：各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 CO2、 H2O 和其他无机物质。有机物质中的能量以热量的形式散发于非生物环境。 3、第三条路径 ：无论哪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储的化学潜能做功，维持了生命的代谢，并驱动了生态系统中物质
35、流动和信息传递，生物化学潜能也转化为热能，散发于非生物环境中。 开放的农业生态系统，能量流动路径更为多样。从 能量来源来看，除了太阳能外，还有大量的人工辅助能的投入。（ 人工辅助能的投入并不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。 ）从能量的输出来看，随着人类从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，也称为第四条能留路径。 农业生态系统能量流动路径示意图： 第二节 能量流动与
36、转化的基本定律 农业生态系统能量转化的实质就是人类利用植物的生物学特性，固定、转化太阳辐射能为植物产品和畜产品中化学潜能的生物学过程。在转化过程中，能量不断地消耗与输出，使能量逐级减少，其转化遵循热力学定律与熵定律。 （一）热力学第一定律 能量守恒定律 Q= U + W 系统吸收的能量 =系统内能的变化 +系统对外所作的功 （二）热力学第二定律 能量衰变定律 自然界的所有自发过程都是能量从集中型变为分散型的衰变过程，而且是不 可逆的过程。由于总有一些能量在转化过程中要变为不可利用的热能，所以任何能量的转化都不可能达到 100%的考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c co
37、pyright2010-10-27 一泓秋水作品 23 有效。 生态系统的能量流动时单向的和不可逆的。 （三）熵与耗散结构 熵：是从热力学第二定律抽象出来的一个概念，也 是一个对系统无序程度进行度量的热力学函数 。其含义是系统从温度为绝对零度无分子运动的最大有序状态向含热状态变化过程中每一度（温度变化）的热量（变化），即熵的变化就是热量变化与绝对温度之比，在温度处于绝对零度时熵值为零。 可见，熵实际上是对热力学体系中不可利用飞热能的度量。 热力学第二定律也称为熵定律 ，因为能量总是从集中形式趋向分散，这个过程不可逆，熵定律也可以表述为：一切自发过程总是向熵值增加的方向进行。 从熵定律可以看出，
38、在自发过程中，熵值不断增加，孤立系统的不平衡态随着时间的推移，最终会趋向平衡态 熵最大状态，使系统从有序走向无序。系统要保持有序状态，就必须从外界吸取负熵。 耗散结构：在远离平衡的非平衡状态下，通过利用外界环境的物质、能量等不断地交换，使趋向无序和混乱态的系统变为有序和稳定的状态就叫耗散结构。 生态系统本身就是一种远离平衡态的热力学系统，具有发达的耗散结构，通过系统不断的能量和物 质的输入，保持高度的有序性和稳定性。 （四）生态金字塔 有数量金字塔、生物量金字塔、能量金字塔。 能较好的反映营养级之间比例关系的是能量金字塔。数量和生物量金字塔在描述一些非常规形式食物链中个别营养级的比例关系时，可
39、能会出现生态金字塔倒置或畸形的现象。 生态金字塔对提高能量利用和转化效率、调控营养结构、保持生态系统的稳定性具有指导意义。食物链长，塔的层次多，能量消耗多、储存少，系统不稳定。食物链短，塔的层次少基部宽，能量储存多，系统稳定，但食物链过短，基部过宽，能量利用率太低，浪费大。 农业生态系统不仅要求 系统稳定，而且要求其能量转化率要高。 （五）林德曼效率与生态效率定律 林德曼效率（十分之一定律）：营养级之间的能量转化效率平均大致为 1/10，其余 9/10 由于消费者采食时的选择浪费，以及呼吸排泄等被消耗了。 此后，进一步证实众多生态系统的林德曼效率是 10%-20%。 能量转化效率不仅反映在营养
40、级之间，还反映在营养级内部，因为发生在营养级之内的大量能量耗损，也是影响能量转化效率的重要方面。能量转化效率在生态学上又称为生态效率，因此，这一定律也被称为生态效率定律。 按照能量在营养级内外的转化关系，可将生态系统的 生态效率定律分为两类： 1、营养级之间的生态效率定律 摄食效率（林德曼效率）：该营养级与上一营养级（ In-1）摄食量之比，即 In/ In-1。 同化效率 :该营养级同化量（ An） 与上一营养级（ An-1）同化量之比，即 An / An-1。 生产效率：生产量（ NPn） （ NPn-1），即 NPn / NPn-1。 利用效率：生产量（ NPn） 的同化量（ An-1）
41、之比，即 NPn / An-1。 2、营养级内部的生态效率定律： 组织生长效率：生产量（ NPn） 与同化量（ An） 之比，即 NPn /。 生态生长效率：生产量（ NPn） 与摄食量（ In）之比，即 NPn / In。 同化效率：同化量（ An） 与摄食量（ In）之比，即 An/ In。 维持价：生产量（ NPn） 与呼吸量（ Rn）之比，即 NPn / Rn。 考研资料 农 业 生 态 学 陈阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 24 第三节 农业生态系统的能量生产 （一）初级生产 1、初级生产的能量转化 初级生产也称为第一性生产，主要是
42、指绿色植物进行光和作用积累能量的过程。 6CO2+12H2O+太阳辐射能 C6H12O6+6H2O+O2 植物 1 摩尔的 C6H12O6就能以化学能的形式固定 2821KJ 的太阳能。 在单位时间内、单位面积上初级生产积累的能量或者干物质的量称为初级生产力（量），或称为第一生产力（量）。 净初级生产力是指除去呼吸消耗以后绿色植物真实积累下来的能量或干物质总量，即 Pn=Pg-R 总初级生产力（ Pg） 是指包括呼吸消耗（ R）在内的光合作用总速率， Pg=Pn+ R C3植物光饱和点低，光呼吸明显，光呼吸约消耗了一半的化合产物，初级生产力低。 C4高，不明显，只占光合作用的 2%-5%，初级
43、生产力高。 地球上各自然生态系统的净初级生产量在 3-2200g/m2 a，热带雨林最高。全世界耕地的平均净初级生产力为 650 g/m2 a，低于陆地生态系统的平均值 773 g/m2 a。因此，人类要想获得更多的初级生产量，不能只限定在耕地上，森林、草地、沼泽、水域等生态系统也是能流的主要来源。 2、农业生态系统的初级生产力 农业生态系统的初级生产力包括农田、草地和林地。粮食作物占农田初级生产力的 78%。 （二）次级生产 初级生产者以外的异样生物（包括消费者和分解者）称为次级生产者。 1、次级生产的能量平衡 消化能：次级生产者采食的初级产品中的能量减去粪能。 代谢能：从消化能中减去尿能和
44、气体能。 热增耗：动物在进食过程中要消耗能量，这部分能量以热的形式排出体外，叫做热增耗。 净能：从代谢能中扣除热增耗，叫做净能。 净能首先满足动物的维持需要，余下的部分才用于增重、产奶、产蛋等生产，即转化为次级产品。其能量转化的平衡可用公式表示如下： P = NI + I I = A + (R1 + R2) + (F + U + G) P 为初级生产总量； NI 为 未被食用的部分； I 为被食用的部分。 A 为储存能； R1为热增耗； R2为维持能； F 为固态排泄量； U 为液态排泄量； G 为气态排泄量。 2、次级生产的能量转化效率 营养级之间能量利用效率（或消费效率） 首先是初级生产量
45、被食草动物吃掉的比率。热带雨林 7%，温带落叶林 5%，草地 10%。以后的各营养级大约可摄取前一营养级净生产量的 20%-25%，其余的 75%-80%则进入了腐蚀食物链。 营养级之内的生长效率 恒温动物的生长率较低。农业生产中如何利用变温动物低耗能特性，提高能量的转化效率，已成为未来人类食品开发 的一个方向。家畜、家禽能量利用效率明显高于自然生态系统， 16-29%的能量转化为体质能。养殖业中料肉比可以从另一侧面反映出不同种类畜禽的能量利用效率。根据不同畜禽及水生动物的能量转化效率选择适宜的养殖对象是提高次级生产力的重要方面。 第四节 农业生态系统的辅助能 考研资料 农 业 生 态 学 陈
46、阜主编中国农业大学出版社 c copyright2010-10-27 一泓秋水作品 25 除太阳辐射能之外，生态系统接收的其他形式的能量统称为辅助能，包括自然辅助能和人工辅助能。投入到农业生态系统的主要是人工辅助能。 人工辅助能包括生物辅助能和工业辅助能。 （一）人工辅助能的投入对 农业生产的影响 1、现代农业人工辅助能投入的特点：以机械化、良种化和化学化为主要形式。 2、辅助能在农业生态系统中的作用： 人工辅助能投入到农业生态系统之后，并不能转化为生物体内的化学能，而是通过促进生物种群对太阳光的能的吸收、固定及转化效率，扩大生态系统的能流通量，提高系统的生产力。 （二）人工辅助能的投入产出率
47、 随着辅助能投入的增加，生物能的产出水平和农业生产量也相应的增加，但产投比不一定增加，甚至出现下降的趋势，即出现报酬递减现象。 （三）生态系统的能流分析 能流分析是对生态系统能量流动、转化、散失过程的描述，一般多采用的是模型图解法。奥多姆创立了一套能量符号语言。用于描述复杂的能流过程。这套能量符号语言，能醒目绘制出生态系统的能流图，具有定量化，规范化和符号统一的特点。具体使用步骤为： 确定系统的边界确定系统的组成成分及其相互关系确定各组分之间的实物能量流动或输入输出量将实物量换算为能量绘制能流图能流分析 （四）生态系统能值分析 1、能值分析的概念与原理 Odum 在 20 世纪 80 年代末创
48、立的，从能量分析到能值分析，是生态学能量研究理论和方法的一个重大飞跃。能 量分析主要计算系统能量的产投比，而能值分析不但分析系统内各组分之间的能值流，而且还分析系统内外的能值交流。 太阳是最原始的能源形势，故实际应用中以太阳能值为统一标准来衡量不同类别的能量。 任何资源、商品或劳务形成过程中都直接或间接地利用太阳能的量，即为其具有的太阳能值。 能值的作用：以能值为基准，可以将生态系统中不同种类、不可比较的能量转换成同一标准，来进行衡量、比较和分析。从中评价其在系统中的地位和作用。 2、能值分析的方法步骤 3、能值分析应用实例 4、主要能值指标分析 净能值产出率大于 1 表示该地农业可以作为一种能值来源，但不是主要能治来源。净能值产出率高的原因是农业投入的购买能值较低，无偿利用环境资源能值很高。 宏观经济价值 反映某一产品的实际价值，包括凝结在产品中的人类劳动和环境资源的价值。 环境承载力 指经济投入能值加上不可更新资源能值与可更新资源能值的比率。 环境承载力 = （经济投入能值 + 不可更新资源能值） /可更新资源能值 100% （五）农业生态系统 能流的调控途径 在现代社会中，农业生态系
