第二章 农业生态系统

第二章农业生态系统

本章提要

一、概念与术语

系统（system）、生态系统（ecosystem）、生产者（producer）、消费者（consumer）、分解者（decomposer）、生物圈（biosphere）、农业生态系统（agroecosystem）、组分结构（components structure）、垂直结构（vertical structure）、水平结构（horizontal structure）、时间结构（temporal structure）、营养结构（trophic structure）、能量流动（energy flow）、物质循环（nutrient cycle）、信息传递（information transfer）、信息流（information flow）、价值流（value flow）。

二、基本内容

1.系统的基本特征：系统结构的有序性、整体性、功能的整合性；

2.生态系统的组成：生物组分和非生物组分；

3.生态系统的结构：物种结构、时空结构、营养结构；

4.生态系统的功能：能量流动、物质循环、信息传递；

5.生态系统的类型：按环境特征划分和按人工干预程度划分的各类生态系统；

6.农业生态系统的组成：生物组分（农业生物：农作物、果树、蔬菜、家畜、家禽、水产养殖类、林木等）和环境组分（自然环境组分和人工环境组分）；

7.农业生态系统的结构：组分结构、时空结构、营养结构；

8.农业生态系统的功能：能量流、物质流、信息流、价值流。

三、重要问题

农业生态系统与自然生态系统在生物构成、环境条件、结构组成与功能、稳定机制、开放程度、生产力、能流特征、养分循环特点及系统服从规律、运行目标等方面的主要区别。

农业生态学的研究对象主要是农业生态系统（agroecosystem〉。农业生态系统是人类为满足社会需要，在一定边界内通过人类干预，利用生物与生物、生物与环境之间的能量和物质联系建立起来的功能整体，客观上是以系统形式存在的。从系统的角度研究和分析农业生态问题，可以更深入和全面地了解农业生产体系的特点与规律，并可进一步调节控制农业生产及对资源环境的有效利用。

第一节生态系统概述

一、系统的概念与基本特征

（一）系统的概念

系统（system）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。一个系统的组成，必须满足如下3个条件：第一，系统必须具备两个以上的构成要素；第二，各要素之间必须具有某种联系；第三，各要素必须以整体的形式完成特定的功能。系统是客观世界事物存在的普遍形式，可以说万事万物皆系统。例如：一台计算机是一个系统，一个生物是一个系统，一个企业是一个系统，一个部门、一个经济协作区、一个社会组织也都是一个系统。系统有大有小，大到一个国家甚至于整个地球和宇宙，小到一个细胞或分子、原子。

（二）系统的基本特征

1.系统结构的有序性凡是系统都是有序的，杂乱无章的要素组合在一起构不成系统。系统结构

的有序性具体表现在系统的边界和系统的层次两个方面：

（1）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，而有些比较含糊。系统的边界可能是自然形成的，也可能是人为划分的。例如：一只动物的皮毛构成了这一动物个体系统的自然边界，而对于土体系统而言，明确地划分它的边界，则显得有些困难，其上界是与大气的交接面，其下界则往往是根据研究目的而人为确定为犁底层、根系下界或母岩表面等。明确系统的边界是为了便于研究边界内的事物。系统边界确定的原则是把研究分析问题的重要部分和对研究问题有重大影响的部分作为系统组成部分，非重要部分中与研究问题有关但又无重大影响的部分划为系统环境。

（2）系统的层次。系统无论繁简均具有分层现象。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），在宏观方向上可以逐层综合，在微观方向可以逐层分解，从而表现出鲜明的层次关系。这可用农业系统的层次结构图来说明（图2.1）。

图2.1农业生态系统的层次结构划分（仿Conway，1987）

2.系统的整体性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数量比例关系和空间位置排列关系，为了完成系统某一特定功能，各要素必须分工协作，相互藕联，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。

3.系统功能的整合性系统的整合性是指系统的整体功能大于各组成部分功能之和的特性，又叫系统的整合效应。一般而言，系统的整体功能不等于各组成要素功能的简单相加和堆积，而是一种集合效应，既有各要素的具体功能，又有各要素间交互作用产生的新功能。

二、生态系统的概念

生态系统（ecosystem）是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，或者说是由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。

1935年，英国生态学家A.G.Tansley在长期研究植物群落的基础上，总结了前人的研究成果，首次提出了生态系统的概念。他认为，“生态系统的基本概念是物理学上使用的系统整体，这个系统不

仅包括有机复合体，而且还包括构成环境的各种自然因素的复合体”。后来又进一步提出“我们不能将生物与它们所处的特定环境分开，生物与环境形成一个自然体系，这一体系是地球表面上的基本单位，它们有多种多样的规模”。至20世纪40年代，美国生态学家R.L.Lindman通过对生态营养结构的研究，提出了食物链概念，进一步奠定了生态系统的理论基础。到了20世纪50年代，美国生态学家E.p.Odum建立了比较完整的生态系统的概念和体系，指出：“生态系统是指由环境和占据该环境并联系在一起的生命有机体所构成的动态整体”。20世纪60年代末的“国际生物学研究规划”（IBP）使生态系统得到进一步发展。强调生态系统的结构与功能之间的相互联系和相互作用，以及自动调节机制，成为目前大家普遍接受的生态系统分析理论。1983年E.P.Odum以及1987年我国生态学工作者骆世明等又分别对生态系统的概念作了深一步的论述，完善了生态系统的内涵。

三、生态系统的组成

生态系统种类多样，其组成成分也很繁杂，但从这些组分的性质可以分为两类，即生物组分和非生物组分。其中的生物组分是指生态系统中的动物、植物、微|生物等；非生物组分是指生命以外的环境部分，包括大气、水、土壤及一些有机物质（图2.2）。

（一）生物组分

根据各生物组分在生态系统中对物质循环和能量转化所起的作用以及它们取得营养方式的不同，又将其细分为生产者、消费者和分解者三大功能类群。

1.生产者（producers）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的功能，能把从环境中摄取的无机物质合成为有机物质一一碳水化合物、脂肪和蛋白质等，同时将吸收的太阳能转化为生物化学能，储藏在有机物中。这种首次将能量和物质输入生态系统的同化过程被称为初级生产（primary production），这类以简单无机物为原料制造有机物的自养者被称为初级生产者〈primary producers），在生态系统的构成中起主导作用，直接影响到生态系统的存在与发展。

2.消费者（consumers）是指除了微生物以外的异养生物，主要指依赖初级生产者或其他生物为生的各种动物。根据食性的不同，又分为草食性动物、肉食性动物、寄生动物、腐生动物和杂食动物5种类型。

3.分解者（decomposers）主要是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。分解者又被称为还原者，