第八章 农业生态系统的调控

3.农业生物调控
农业生物调控是在个体、种群和群落各水平上 通过对生物种群遗传特性、栽培技术和饲养方 法的改良，增强生物种群对环境资源的转化效 率，达到调控目的。
个体水平的调控，其主要手段包括品种的选用 和改良，以及有关物种的栽培和饲养方法。如 优良品种的选育，杂种优势的利用，遗传工程 手段，生长期间整枝打顶、疏花疏果、激素喷 施等措施调节生长。
生态系统可以通过多种稳态机制，保持自身的稳 定性，主要是各种正、负反馈机制相互作用的结果。 任何稳态机制的作用都是有一定限度的，良好的稳 态控制决定于系统中生物种类的多样性、能流物流 途径的复杂性。
反馈就是输出变成了决定系统未来功能的输入。
反馈环
输入
系统
输出
环境
反馈通常分为正反馈和负反馈
正反馈是指使系统输出的变动在原方向上被 加速的反馈。
（二）多元重复补偿
多元重复补偿是指在生态系统中，有一个以上的组分 具有完全相同或相近的功能，或者说在网络中处在相 同或相近生态位上的多个组成成分，在外来干扰使其 中一个或两个组分破坏的情况下，另外一个或两个组 分可以在功能上给予补偿，从而相对地保持系统的输 出稳定不变。这种多元重复有时也理解为生态系统结 构上的功能组分冗余现象。
实例：
–森 林 有 一 定 的 采 伐 量 ， 草 原 有 一 定 的 载 畜 量，超过这个限度，就会破坏生态系统的稳 定性。
–农 田 耗 地 作 物 的 复 种 指 数 也 有 一 定 限 度 ， 复种指数过高会导致地力衰竭。
生态容量也是一类生态阈值，指的是某种 物质（通常指有害物质）的最大容纳量，即系 统通过自净作用维持稳定状态的能力。生态容 量的大小，取决于有毒、有害物质的性质以及 生态系统本身的抗毒自净能力。
指在一定时间内，生态系统中生物与环境之 间以及生物与生物之间通过相互制约、相互渗透、 相互影响维持着某种协调状态。 表现为
结构上：生物种类组成，种群数量、食物链营 养结构协调稳定；
功能上：能量流动、物质循环、信息传递畅通 无阻；
系统的输入和输出基本相等，物质储量恒定； 生物种群与环境之间达到高度的相互适应和同 步协调。
在自然生态系统中，顶极群落是群落发展到最 稳定的阶段。这是因为生态系统在发展过程中，由 于生物和环境以及生物各成分之间的相互作用，使 物种组成和数量相对稳定而彼此协调，结构愈趋复 杂而组合更为合理，营养级次达到最高而食物链网 更为多样化和完备而达到的成熟阶段。这时生物系 统与其环境系统之间，以及生物系统内部各种群之 间的关系达到全面协调的相对稳定状态。由于顶极 群落的结构和功能的复杂性和协调性，因而对环境 的效应也最大，从而使环境质量达到最完善和良好 状态。由此可见，一个自然系统发展到顶级群落的 阶段，是标志生态平衡的相对稳定阶段，这使它具 有最大的维持生态平衡的能力。
（1）确定系统组成在数量上的最优比例 。如用线性规划方法求农林牧用地的最
佳比例。
（2）确定系统组成在空间上的最优联系 方式。要求因地制宜、合理布局农林牧
生产，使生态位原理进行立体组合，按 时空二维结构对农业进行多层配置。
（3）确定系统组成在时间上的最优联系 方式。要求因地制宜找出适合地区优先
发展的突破口，统筹安排先后发展项目 。
（二）生态平衡的保护
1．生态平衡的动态性和相对性
自然界的系统总是向稳定状态（动态平 衡）发展，它的组成、结构和能量、物质循 环趋向于长时间地基本上保持一样。然而， 由于它本身内部矛盾以及外界自然的、特别 是人类活动的因素的影响，稳定状态总是很 难达到，而且经常处于动态变化之中、因此， 平衡是相对的，而动态变化是绝对的。
3．生态平衡失调的标志
生态系统的自我调节和补偿能力是 有限的，当外界干预因素超过系统的生 态阈值时，其自动调节能力将明显下降 或消失，引起生态平衡的失调。表现为 生态系统的结构和功能遭受破坏，严重 时甚至导致崩溃。
生态平衡失调的主要标志表现在结 构和功能上。
（1）生态失调结构上的标志
a、一级结构缺损。生态系统的一级结构是 指组成系统的一级成分，如生产者、消费者 和分解者等。一级结构缺损是生态系统缺损 一个或几个组分，使平衡状态遭到破坏或崩 溃。 如：大面积毁林开荒，围湖造田，草原强度 开垦 原有生产者消失 各级消费者因缺 少栖息地和食物源而消失（或转移） 系 统崩溃。
生态系统中的反馈控制和多元重复往往同时存在， 使系统的稳定性得以有效地保持下去。这些自然调控 相对人为调控来说，往往更为经济、可靠和有效，对 保护生态环境更为有利。
生
态
1
系 统
反馈机制
保
2
持
稳
定
1A
的 两
1B
多元重复
种 机
1C
制
二、人工调控机制
人工调控是指农业生态系统在自然 调控的基础上，受人工的调节与控制，
负反馈是指系统输出的变动在原方向上减速 的反馈。
在自然生态
系统中，生物常 利用正反馈机制 接近“目标”， 如生命延续、群 落演替、生态位 占据等，而负反 馈则被用来使系 统在“目标”附 近获得必要的稳 定。
数 量
时间
种群逻辑斯谛增长
一、自然调控机制
农业生态系统的自然调控机制是从自然生 态系统中继承下来的生物与生物、生物与环 境之间存在的反馈调控、多元重复补偿稳态 调控机制。如光温对作物生长发育的调节作 用；昼夜节律对家畜家禽行为的调节作用； 林木的自疏现象；功能组分冗余现象；反馈 现象等多种自我调节机制。
包括对土壤、气候、水分、有利有害物 种等因素的调节，其主要目的是改变不 利的环境条件，或者削弱不良环境因子 对生物种群的危害程度。
调节土壤环境，可通过物理、化学和生物 等方法进行。传统的犁、耙、耘、起畦，以至 排灌、建造梯田等同于物理方法，它们改善耕 层结构，协调水、肥、气、热的矛盾。化肥、 除草剂和土壤改良剂的使用，能够改善土壤中 营养元素的平衡状况，属于化学方法。而施用 有机肥、种植绿肥、放养红萍、繁殖蚯蚓等措 施属于生物方法，它们既能改善土壤的物理性 状，又能改善士壤中营养元素的平衡状况，有 利于提高土壤肥力。
人工调节遵循农业生态系统的自然属性， 利用一定的农业技术和生产资料加强系 统输入，改变农业生态环境，改变农业 生态系统的组成成分和结构，以达到提 高农业生产、加强系统输出的目的。农 业生态系统的调控途径可分为经营者的 直接调控和社会间接调控两种。
（一）经营者的直接调控
1.生境调控
生境调控就是利用农业技术措施改善农 业生物的生态环境，达到调控目的。它
调节气候环境，表现在区域气候环境的 改善上，可通过大规模绿化和农田林网建设， 人工降雨、人工驱雹、烟雾防霜等措施来得 以实现。局部气候环境的改善，可通过建立 人工气候室和温室、动物棚舍、薄膜覆盖、 塑料大棚、地膜覆盖，施用地面增温剂等方 法实现。
调节水分的方法很多；如修水库，打机 井，建水闸，田间灌排、喷灌、滴灌、施用 叶面抗蒸腾剂等方法都可以直接改善水分供 应状况。通过土壤耕作，增施有机肥料，改 良土壤结构，也可以增强土壤的保水能力。
•生态系统的稳态 •自然调控机制 •人工调控机制 •生态平衡
•生态系统重建
生态系统的稳态
生态系统与其组成成分（种群或有机体）具有 自我保持和自我调控，使自身内部保持稳定的能力， 这种能力称为稳态（homeostasis）。
稳态是控制论术语，在这里用来表示生态系统 抵抗各种干扰和维持内部的稳定状态的能力。
生态系统自我调节的能力决定于生态阈 值。阈值的大小决定于生态系统的成熟性， 系统越成熟，表示它的种类组成越多，营养 结构越复杂，因而稳定性越大，则对外界的 压力或冲击的抵抗力越大，即阈值高。相反， 一个简单的系统，则阈值低。
正由于生态系统在阈值以下具有一定的 调节能力，因此我们强调生态平衡在自然资 源利用上，是要求合理地利用资源，其开发 量必须在生态阈值以下，以保证其能永续生 产和使用。
4.系统结构调控
农业生态系统的结构调控是利用综合技术 与管理措施，协调农业内部各产业生产间的关 系，确定合理的农、林、牧、渔比例和配置， 用不同种群合理组装，建成新的复合群体，使 系统各组成成分间的结构与机能更加协调，系 统的能量流动、物质循环更趋合理。在充分利 用和积极保护资源的基础上，获得最高系统生 产力，发挥最大的综合效益。从系统构成上讲， 结构调控主要包括以下三个方面：
第八章
农业生态系统的调控
农业生态系统是一个人工管理的生
态系统，既有自然生态系统的属性，又 有人工管理系统的属性。它一方面从自 然界继承了自我调节能力，保持一定的 稳定性；另一方面它在很大程度上受人 类各种技术手段的调节。充分认识农业 生态系统的调控机制及调控途径，有助 于建立高效、稳定、整体功能良好的农 业生态系统，有助于利用和保护农业资 源，提高系统生产力。
b、二级结构受损。二级结构指生态系统 中各组分及其特征，如生物种类、种群 数量及群落层次结构等。
表现在以下几个方面： ① 植物群落结构简化，甚至退化。 如：由于过度放牧，使草原中的优质牧草逐渐减 少，由高 草群落退化为矮草群落。 ② 消费者种群结构发生相应的变化：
2.生态系统对生态平衡的调节能力
生态系统具有一种内部的自动调节的能 力，以保持自己的稳定性。这种调节能力有 赖于成分的多样性和能量流动，以及物质循 环途径的复杂性。
一般在成分多样、能量流动和物质循环途 径复杂的生态系统中，较易保持稳定，当系 统的一部分发生障碍时，就可被其它部分调 节所补偿。相反成分单纯、结构简单的生态 系统，内部调节的能力就小。对剧烈的生态 变化比较脆弱。
种群水平的调控，主要是建立合理的群体结构 和采取相应的栽培技术，调节作物种植密度、 牧畜放养密度、水域捕捞强度、森林砍伐强度 等，从而协调种群内个体与个体、个体与种群 之间的关系，控制种群的动态变化，保持种群 的最大繁荣和持续利用。
群落水平的调控，是调控农业生物群落的垂直 结构、平面结构、时间结构和食物链结构，以 及作物复种方式、动物混养方式、林木混交方 式等，建立合理的群落结构，以实现对资源的 最佳利用。
（一）反馈机制
农业生态系统具有多种正负反馈机制， 能在不同的层次结构上行使功能控制。
1．在个体水平上，通过正负反馈，使得 个体与环境、个体与群体之间保持一定 的协调关系。
2．种群之间，捕食者与被捕食者之间的 数量调节也是一种反馈机制。
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猎物 种群增长
+
捕食者 种群增长
3．在群落水平上，一方面生物种群间 通过相互作用，调节彼此间种群数量 和对比关系，同时又受到共同的最大 环境容纳量的制约。
（二）社会的间接调控
是指农业生态系统的外部因素，包括财经 金融、公交通讯、科技文献、政法管理等通过 经营者对生态系统产生调节作用的有关社会机 制。
1．财贸金融系统的间接调控 2．工交通讯系统的间接调控 3．科技文教系统的间接调控 4．政法管理系统的间接调控
三、生态平衡
（一）生态平衡(ecological equilibrium)
打破旧的平衡，建立新的平衡，是生态系 统发展变化的一般规律。因此，也需要正确看 待这一问题，并不是所有的生态平衡被打破都 是坏事，尤其在农业生态系统中，人类总是不 断在利用和改造自然，从低级平衡走向高级平 衡。但必需注意到打破旧平衡后，要尽快建立 新的平衡，否则就可能发生一系列不易预测的 变化，并往往导致很难预料的后果。
4．在系统水平上，交错的群落关系、 生态位的分化、严格的食物链量比关 系等等，都对系统的稳态机制起积极 作用。
生态系统的反馈调节机制及其作用是有 一定限度的。系统在不降低和不破坏其自动 调节能力的前提下所能忍受的最大限度的外 界压力（临界值），称为生态阈值。外界压 力包括自然灾害、不利环境因素的影响等自 然力，也包括人力的获取、改造和破坏。
2.输入输出调控
农业生态系统的输入包括肥料、饲料、农
药、种子、机械、燃料、电力等农业生产资料；
输出包括各种农业产品。输入调控包括输入的
辅助能和物质的种类、数量和投入结构的比例。
输出调控包括调控系统的贮备能力，使输出更
有计划；或对系统内的产品加工，改变产品输 出形式，使生产加工相结合，产品得到更充分 的利用，并可提高产品的经济值；同时，控制 非目标性输出，如防止因径流、下渗造成的营 养元素的流失。