农业生态与环境保护4之结构和功能

农业生态与环境保护 农业生态系统的结构与功能 本章主要内容层次结构农业生态系统的结构营养结构时空结构能量流动农业生态系统的功能物质循环信息传递价值转换 第一节农业生态系统的结构 复习 系统的结构 构成系统的组分系统组分在时间 空间上的分布组分之间的联系方式和特点 农业生态系统的结构 主要指农业生态系统内的构成要素即农 林 牧 副 渔各业以及各业内部的组成要素之间的配置方式 能量和物质在各成分或组分要素间的转移 循环途径 农业生态系统的结构包括层次结构 营养结构 时空结构 一 层次结构 农业生态系统是一个多层次的复合大系统 它有许多子系统或亚系统组成 根据系统占据的地域范围大小和物种组成来分 可将农业生态系统分成不同的层次结构 国家级农业生态系统不同气候地理区域农业生态系统农 林 牧 副 渔物质与能量转化系统农业 林业 牧业 渔业 内部布局系统种群及其结构系统产量结构系统 二 营养结构 生态系统内 生物与生物之间 或生物与环境之间 通过营养食性关系联接起来的结构 成为营养结构 食物链和食物网是营养结构的基本单元 是物质 能量 信息流通的主要渠道 一 食物链及其类型1 食物链 在生态系统中 生物成员之间或生物与环境之间以食物营养关系彼此联系起来的纽带 称为食物链 食物链上每一个链节称为营养级 举例 草兔子狼第一营养级第二营养级第三营养级 2 食物网 生态系统中实际的食物营养关系是非常复杂的 常常是多种食物链交织在一起 共同构成一个食物链网 简称食物网 如图是一个食物网示意图 请根据图解回答 1 此食物网中有 条食物链 2 其中最短的食物链有 种生物 3 最长的食物链有 种生物 4 处于最高营养级的生物是 答案 1 8条 2 4种 3 7种 4 池边食肉动物 3 类型 按照食物的性质和捕食方式不同 分四类 捕食食物链 活食食物链或草牧链 举例 腐食食物链 碎屑食物链或残渣食物链 举例 寄生食物链 举例 混合食物链 举例 还有一类特殊食物链 动物植物 举例 举例 禾苗田鼠黄鼠狼 有机物 或残体 腐食小动物真菌细菌 大豆菟丝子棉红铃虫金小峰牛牛蝇 青草牛蚯蚓鸡猪鱼 牛粪 鸡粪 猪粪 猪笼草 捕蝇草 瓶子草 4 特点 课本P73 74 1 在同一条食物链中 常包含食性和生活习性极不相同的多种生物 2 在同一生态系统中往往有多条食物链 它们的长短不同 营养级数目不同 3 不同的生态系统所包含的各种类型的食物链的比重不同 4 任何生态系统中的各类食物链总是协同起作用 5 有毒物质在食物链上传递 可形成生物放大作用 生物富集 二 农业生态系统营养结构的特点 P75 1 食物链上各营养级的生物成员是人类按生产目的安排的 2 食物链上的各生物成员的生长发育也受人为控制 3 营养结构简单 食物链简短而且种类较少 4 营养结构对无机物转化为有机物非常充分合理 但其中有机物转化为无机物的过程不及自然生态系统完善 三 时空结构 一 时间结构 根据各种资源的时间节律和农业生物的生长发育规律 从时间上合理搭配各种类型的农业生物 使自然资源和社会资源得到最有效的利用 形成农业生态系统随着时间推移而表现出来的不同结构 这就是农业生态系统的时间结构 二 空间结构 水平结构 平面结构 垂直结构 立体结构 茭白 藕 鱼生物链立体种养 第二节农业生态系统的功能 一 能量流动 一 能量转化规律及其应用1 热力学第一定律 又称能量转化与守恒定律内容 宇宙间的能量可以从一种形式转化为另一种形式 但不能随意创造和消灭 两方面含义 其一 能量存在着不同形态的转化现象 其二 能量在转化过程中服从数量守恒的原则 应用 意义 P80 2 热力学第二定律 也称能量衰变定律或熵定律基本含义是 能量在转化过程中总存在着衰变现象 即总有一部分能量从浓缩的 较有序的形态 变为稀释的不能利用的形态 例如 呼吸 运动消耗的热能 排泄物 分泌物 未被取食的部分等 生态系统中能量流动的一般过程 呼吸作用消耗 散发出了能量 生产者 初级消费者 次级消费者 三级消费者 分解者 要点 起点 始于生产者固定的太阳能 即流经生态系统的总能量 来源 同化自上一营养级 去路 自身呼吸消耗 热能散失 自身生长发育 繁殖等 分解者利用 被下一营养级同化 未被利用 渠道 以食物链为渠道 沿着各个营养级依次流动 终点 以呼吸热的形式散失 1 能源太阳能 生态系统的主要能源辅助能自然辅助能人工辅助能工业辅助能直接工业辅助能间接工业辅助能生物辅助能 二 能源 能流和能量转化效率 2 能量流动 单向流动 3 能量转化效率和十分之一定律 林德曼定律 1 能量转化效率 在生态系统中 某一营养级所固定的能量与前一营养级所持有的能量之比 称为能量转化效率 1 为什么转化效率不是100 2 为什么食物链营养级一般只有4 5级 思考 能量从一个营养级到另一个营养级的损耗 上一营养级的产品 可利用食物 不可食 采食量 未被食 同化量 排泄量 生产量 呼吸消耗量 产品 A B B A 10 2 十分之一定律 林德曼定律 P83 林德曼定律 即 十分之一定律 又叫 百分之十定律 指在一个生态系统中 从绿色植物开始的能量流动过程中 后一营养级获得的能量约为前一营养级能量的10 其余90 的能量因呼吸作用或分解作用而以热能的形式散失 3 农业生态系统中的能量转化效率 在农业生态系统中 由于受到较好的人为控制 前一营养级的食物能可能进入多条食物链 由多种生物利用并生产多种产品 从而减少食物选择浪费 同时 大量人工辅助能的投入和人为干预 使农业生态系统中的农业生物对食物的能量转化效率明显高 4 生态金字塔 基层 底层 是生产者 简化的金字塔 概念 在生态系统中 由于能量每经过一个营养级时被同化的部分要大大少于前一营养级 当营养级由高到低 其生物个体数目 生物量和所含能量都呈现出一种塔形分布 即生态金字塔 生态金字塔类型 数量金字塔 个体数目的比例关系 生物量金字塔 用干重表示生物现存重量的比例关系 能量金字塔 单位时间内的能量现存量 比较三种金字塔 只有能量金字塔最为合理 金字塔的顶端 被建议控制摄取以预防各种文明病的发生 能提供充足的蛋白质 但过量摄取对健康却有危害 建议应适量而不过量的摄取 获取充足的维生素 矿物质及膳食纤维 每日热量的主要来源 食物金字塔 又称食物金字塔 营养级金字塔 生物量金字塔 根据组成食物链的各个营养级的层次和能量传递的 十分之一定律 把生态系统中的各个营养级的能量数值绘制成一个塔 塔基为生产者 往上为较少的初级消费者 植食动物 再往上为更少的次级消费者 一级食肉动物 再往上为更少的三级消费者 二级食肉动物 塔顶是数量最少的顶级消费者 能量金字塔形象地说明了生态系统中能量传递的规律 能量金字塔 由此说明了什么 你认为该怎么做 三 农业生态系统的生物生产 生态系统的生产力 单位时间内 单位面积上生产的有机物质的多少 衡量进入生态系统的能流大小最常用的概念 几个概念 衡量指标 总生产量和净生产量 初级生产 指绿色植物和光合细菌把太阳辐射能转化为化学能 把无机物质转化为有机物质的生产 自养生物的生产 次级生产 指系统中各种动物和微生物直接或间接地利用初级生产的产品进行的物质生产 异养生物的生产 举例 各种养殖 各种农副产品的加工及沼气等 次级生产在农业生态系统中的作用 1 生产动物蛋白食品 改善人们的食物组成 2 转化农副产品 促进物质循环 提高利用价值 3 促进物质循环 增强农业生态系统的机能 4 提高农产品的经济价值 增加农业生产的经济效益 5 种养结合 农牧互助 有助于农业资源的合理利用和农业的可持续发展 6 增加就业门路 增加农民收入 并有助于建立种 养 加 贸一体化的农业产业体系 P87 88 生态系统的物质循环也是顺着生态系统的营养结构即食物链和食物网这个主渠道进行循环流动的 前面讲的能量流动与物质循环是不同的 能量在流经生态系统各个营养级时 是逐级递减 单向不循环的 而物质循环是在生态系统的生物群落与无机环境之间可以反复出现 是循环流动的 那么 生态系统中物质到底是怎样循环的呢 生态系统的物质循环 1 物质循环的概念 是指组成生物体的C H O N P S等基本元素在生态系统的生物群落与无机环境之间反复循环运动叫生态系统的物质循环 生物圈是地球上最大的生态系统 其中的物质循环带有全球性 这种物质循环又叫生物地球化学循环 气相型 沉积型 生态系统的物质循环反复出现 循环流动 不会消失 生物可反复利用 2 几种主要物质的循环 水循环 水是组成生物体的重要成分 约占体重的60 95 体内进行一切生化反应都离不开水 地球上水通过蒸发 降雨 植物的蒸腾 吸收等过程反复循环 氮循环 氮是组成蛋白质和核酸的主要成分 氮占大气成分的79 必须经过生物固氮作用 硝化作用 反硝化作用等才能在生物群落与无机环境间反复循环 硝酸盐 氨 氨氧化 固氮菌 同化作用 蛋白质 空气中氮气 反硝化 碳循环 碳元素约占生物体干重的49 碳是有机化合物的 骨架 没有碳就没有生命 碳在无机环境与生物群落之间是以CO2的形式进行循环的 碳是地球上储量最丰富的元素之一 它广泛地分布于大气 海洋 地壳沉积岩和生物体中 并随地球的运动循环不止 同时碳又是有机化合物的基本成分 是构成生命体的基本元素 碳循环还与生命活动紧密相联 亿万年来 在地球的生物圈和大气圈中 碳通过生命的新陈代谢 往复循环 生生不息 碳的作用 糖 脂肪 蛋白质 核酸都是构成生物体的基本物质 在它们的分子中都含有碳元素 碳元素大约占生物体干重的49 是有机化合物的 骨架 没有碳就没有生命 碳在无机自然环境中存在的形式即以CO2和碳酸盐 石灰岩 珊瑚礁 的形式存在 碳的循环过程 开采 碳的循环形式 碳在无机环境与生物群落间是以CO2的形式进行循环的 大气中的CO2进入生物群落 主要依赖于绿色植物的光合作用 使CO2中的 C 变成为有机物中的 C 再通过食物链进入动物和其他生物体中 因此从 C 的循环可见绿色植物是生态系统的基石 除此之外 还有化能合成作用的微生物也能把CO2合成为有机物 还有一部分生物遗体没有被分解者分解 转变成为地下的石油和煤 这部分 C 暂时脱离循环 一经开采运到地面燃烧 仍可产生CO2再返回碳循环 绿色植物的光合作用碳进入生物群落碳出入生物把CO2合成有机物群落的途径动植物的呼吸作用碳出生物群落微生物的分解作用燃烧 特点 1 碳循环的形式 2 碳在自然界中的存在形式 3 碳在生物体内的存在形式 4 碳进入生物体的途径 5 碳在生物体之间传递途径 6 碳进入大气的途径 CO2 CO2和碳酸盐 含碳有机物 绿色植物的光合作用 食物链 生物的呼吸作用 分解者的分解作用 化石燃料的燃烧 磷循环 植物生长必需的营养元素之一 植物根系从土壤中吸收磷素进入植物体内形成有机化合物 含磷有机物沿两条支路循环 一条沿食物链传递 最终以粪便 残体方式归还土壤 另一条以枯枝落叶 秸秆直接归还土壤 经微生物分解 再供植物吸收利用 生产者吸收 可溶性磷酸盐 海鸟粪及其他含磷海产品 含磷矿物 随水流失海底沉积 微生物分解 消费者转化 开采 物质循环的主要特点 物质循环是带有全球性的 生物群落和无机环境之间的物质可以反复出现反复利用 周而复始进行循环 不会消失 能量流动和物质循环的因果关系生态系统的存在是靠物质循环和能量流动来维持的 生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物键和食物网的渠道实现的 二者相互伴随进行 又相辅相承 密不可分的统一整体 但是 能量流动和物质循环又有本质上的区别 能量流经生态系统各个营养级时是逐级递减 而且运动是单向的 不是循环的 最终在环境中消失 物质循环是带有全球性的 在生物群落与无机环境间物质可以反复出现 反复利用 循环运动 不会消失 能量流动和物质循环的相互关系 能量流动 物质循环 形式特点范围联系 主要以有机物形式单向流动逐级递减生态系统的各营养级 组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境间反复循环反复循环维持生态平衡全球生物圈 能量流动和物质循环二者相互伴随 相辅相承 是不可分割的统一整体 识图作答 课堂练习 的生理过程及 产生CO2的方式 1 写出 的生理过程及 产生CO2的方式 2 碳在无机环境与生物群落之间以 形式进行循环 3 碳循环中最简单的循环途径是在 和大气之间的循环 光合作用 呼吸作用 微生物分解作用 呼吸作用 燃烧 CO2 绿色植物 农业生态系统的养分循环 农业生态系统的养分循环包括4个养分贮存库 即农业植物库 农业动物库 土壤库和人类库 养分在这些贮存库之间的转移都有一定的路径 养分循环的一般模式 农业植物库 农业动物库 土壤库 植物产品作饲料 饲草的放牧 根茬残落物 种子 从土壤吸收 种子和苗木 从大气吸收 厩肥的氨 饲料 垫草 产品携出 厩肥 粪尿 厩肥 产品携出 副产品携出 厩肥 垫草 灌溉 干湿沉积 生物固氮 肥料 反硝化作用 氨挥发 尘土 流失 淋溶 微生物分解 生态系统的信息传递 什么是信息 一般将可以传播的消息 情报 指令 数据与信号等称作信息 information 信源 信息产生 信道 信息传输 信宿 信息接收 一 生态系统中信息的种类 物理信息生态系统中的光 声 温度 湿度 磁力等通过物理过程传递的信息 化学信息生物产生一些可以传递信息的化学物质 如植物的生物碱 有机酸 性外激素等 行为信息动物的特殊行为 向同种或异种生物传递特定的信息 营养信息食物和养分的供给状况也是一种信息 P108一 海豚的回声定位与声纳 物理信息 蝙蝠的回声定位 鸣叫 物理信息 蛇的热感受器与导弹 红外线感受器 物理信息 鸟迁徙行为中对方向的判断 太阳 物理信息 鸽子喙部发现感应磁场器官识途靠地磁导航 物理信息 光与植物间的信息 菊花开花与光的关系 物理信息 植物的颜色 形状 花对于动物来说是 物理信息 花香 化学信息 求偶行为 发光萤火虫发出的萤光是一种求偶信号 以此与异性取得联系 但这种信号往往被第三者 狼蛛非法利用 结果双双被捕 成了爱情的牺牲品 行为信息 求偶行为 鸣叫以嘹亮的鸣声呼唤配偶的动物较多 其中有些只是简单的鸣叫 如蝉类 有些鸟类则伴有炫耀歌喉或滔滔不绝地 表白 这种方式也容易暴露目标 往往酿成爱情悲剧 极乐鸟求偶炫耀 行为信息 求偶行为 炫耀这种行为多见于水鸟 如雄鸭子经常在雌鸭面前脉脉含情 不时用喙梳理羽毛 并涂擦脂肪 使羽毛平伏光洁 以炫耀自己的美丽姿态 有些鸟则只梳理色彩鲜明或者色彩别致的地方 最进步的是鸳鸯 它只象征性地用喙触碰一下翅翼上一根特别大的橙色羽毛 鹑鸡类雄性凭着花丽的外表 雄健的气魄 常在雌性面前展翅 度步 开屏等 以炫耀自己的健美 有些鸣禽则以歌舞的方式进行炫耀 从而取得配偶 行为信息 行为信息 蜜蜂跳舞 引诱 信息素 这是最安全的求偶密码 多见于昆虫 雄蛾的触角可以 嗅 到十一公里外雌蛾发出气味 性外激素 化学信息 化学信息 猫 狗肛门腺分泌物使粪便尿液等具有特殊气味 作为领地记号 水葫芦根部的分泌物可以明显地抑制藻类的生长 水葫芦 化学信息 化学信息 1 下列各项属于生态系统物理信息的是 A 信息素B 有机酸C 孔雀开屏D 温度2 生物能接受光的信息并产生相应的行为 下列生命现象主要与光照变化有关的是 菊的秋季开花 动物的换毛 鹿的繁殖 飞蛾扑火 青蛙的冬眠A B C D D A 3 生态系统的信息传递不可能发生在 A 细胞与细胞之间B 种群内部个体与个体之间C 种群与种群之间D 生物与无机环境之间4 信息传递是生态系统的重要功能之一 下列现象中 与物理信息传递相关的是A 候鸟南飞B 豪猪遇敌竖起体刺C 花香引蝶D 警犬嗅寻毒品 A A 二 信息传递在生态系统中的作用 1 生命活动的 离不开信息的作用 2 生物种群的 离不开信息的传递 3 调节生物的 维持生态系统的稳定 4 信息在生态系统中还有很多未揭示的作用 正常进行 繁衍 种间关系 三 信息传递在农业生产中的应用 提高农产品或畜产品的产量 对有害动物进行控制 提高农产品或畜产品的产量对有害动物进行控制 1 利用人工合成各种化学信息素 吸引传粉昆虫 提高果树的传粉效率和结实率 2 利用光信息调节 调控生物的生长和发育 如使菊花在夏季开花 改变某些动物的繁殖时间 3 延长光照时间 提高产蛋率 4 用一定频率的声波处理蔬菜 谷物的种子 提高发芽率 1 利用昆虫的趋光性 进行诱杀 消灭害虫 2 利用音响设备发出的声信号 诱捕或驱赶动物 3 利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物 4 利用人工性外激素 扰乱某些动物的雌雄交配 生态系统中信息流的人工调控 光信息的人工调控化学信息的人工调控声音信息的人工调控 相关资料 在苹果园里放置一个电子仪器 产生与蜜蜂跳圆圈舞或摆尾舞相同的频率或声音 当蜜蜂感受到电子仪器发出的信息后 就会受到诱惑 飞到苹果园去采蜜 这就有助于苹果更好的传粉 从而提高产量 您见过这种诱鱼剂吗 如果把它撒在石头上 鱼会去 咬 石头 而对旁边香喷喷的饵料不屑一顾 诱鱼原理 鱼类的嗅觉是远距离侦察器 它们对淡 海水生态系统中的 营养物循环 过程所释放出的营养物质极为敏感 本产品 投其所好 入水即散 从而达到 召之即来 来此咬钩 的目的 信息素是直接作用于鱼儿的大脑 启动鱼儿进食的欲望 这与鱼儿喜欢什么食物没有任何关系 释放过量人工合成的性引诱剂 使雄虫无法辨认雌虫的方位 或者使它的气味感受器变得不适应或疲劳 不再对雌虫有反应 从而干扰害虫的正常交尾活动 达到消灭害虫的目的 挂在大棚上的就是性信息素诱捕器 小竹竿上 大棚架边 挂着一个个像吊瓶一样的东西 不管是白天黑夜 时不时有深褐色虫子飞来 掉入 吊瓶 下面的塑料袋中 不一会儿就呜呼哀哉 昨天 深受斜纹夜蛾 甜菜夜蛾之苦的慈溪天元镇菜农劳建州看到眼前景象就乐了 一天下来 每个这样的装置能捉虫100多只 不仅省了农药 人工钱 还保证了蔬菜质量 吊瓶 学名叫性信息素诱捕器 是一种高科技产品 今年才在我市大面积推广 农科专家介绍 将人工合成雌性害虫性成熟后释放出来的信息素制成引诱剂放在诱捕器中 吸引雄性害虫前来求偶 自投 温柔陷阱 从而使害虫雌雄失调 达到抑制虫害的目的 和许多其他的昆虫一样 当雌性蟑螂想要交配的时候 它会放射出一种信息素吸引异性 雄性蟑螂很快就会追随这种信息素所带有的香味而来 科研人员将信息素从蟑螂的标本中净化提炼出来 根据化学分析结果生产出一种人工合成的蟑螂信息素来引诱雄性蟑螂 然后将它们一起杀灭 有了这种蟑螂专用香水 无论蟑螂躲在那个犄角旮旯 都要心甘情愿地跑出来接受命运 生态系统的信息传递 生态系统中信息的种类 信息传递在农业生产中的应用 物理信息 行为信息 化学信息 调节生物的种间关系 保证生命活动的正常进行 维持生物种群的繁衍 维持生态系统的稳定 提高农产品或畜产品的产量 对有害动物进行控制