农业生态学：5信息流与价值流

1、6.1能量流动的基本原理 6.2能量流动渠道 6.3能量流动过程 6.4能流模型及能流分析 6.5统生产力,第一节信息流 一、信息的概念 二、生态系统的信息传递 三、农业生态系统中的自然信息流 四、 农业生态系统中人工信息流 第二节价值流 一、资金流 二、农业生产过程的经济外部性 三、生态系统服务价值评估,第五章 农业生态系统中的信息流和价值流,通常是指包含在情报、信号、消息、指令、数据、图象等传播形式中新的知识内容 。如阳光、河水。 生态系统中，信息就是能引起生物生理、生化和行为变化的信号。,1.信息（Information）,第一节信息流,一、信息的概念,流水带来两种不同的信息,温度的变化

2、带来了生物的四季变化,2.信息的属性,信息来源于物质，与能量亦有密切关系。但信息既不是物质本身，也不是能量。正因为信息是事物运动的状态以及状态变化的方式而不是事物本身，它可以离开该事物母体，而载荷于别的事物介质而得以散布。,3. 信息的类型,物理信息 化学信息 行为信息 营养信息,物理信息,生态系统中以物理过程为传递形式的信息称为物理信息，生态系统中的各种光、颜色、声、热、电、磁等都是物理信息,光信息,色,声,形,2.化学信息,信息素：生态系统中由生物产生的次生代谢产物参与化学传递信息，协调各种功能，这种传递信息的化学物质通称为信息素。 次生代谢产物：它们是在生态进化压力下产生的，非生命活动所

3、必需的物质。已知结构的这类物质约30000种，主要是生物碱、萜类、黄酮类、非蛋白质有毒氨基酸，以及各种苷类、芳香族化合物等,化学信息在生态系统各层次的作用,在个体内：通过激素或神经体液系统协调各器官的活动。 在种群内部：通过种内信息素（又称外激素）协调个体之间的活动，以调节动物的发育、繁殖、行为，并可提供某些情报贮存在记忆中。 在群落内部：通过种间信息素（又称异种外激素）调节种群之间的活动。,3.行为信息,许多植物的异常表现和动物异常行动传递了某种信息，可通称为行为信息。蜜蜂发现蜜源时，就有舞蹈动作的表现，以“告诉”其它蜜蜂去采蜜。蜂舞有各种形态和动作，来表示蜜源的远近和方向，如蜜源较近时，作

4、圆舞姿态，蜜源较远时，作摆尾舞等。其他工蜂则以触觉来感觉舞蹈的步伐，得到正确飞翔方向的信息。,C G Cao,4.营养信息,在生态系统中环境中的食物及营养状况会引起生物的生理、生化及行为的变化，如食物短缺会引起生物迁徙；植物叶色是草食动物取食的信息；被捕食者的体重、肥廋、数量是捕食者取食的依据。因此，营养信息是指环境中的食物及营养状况。 食物链就是一个生物的营养信息系统，各种生物通过营养信息关系联系成一个互相依存和相互制约的整体。食物链中的各级生物要求一定的比例关系。,营养信息,在畜牧业生产上，应根据营养信息规律注意饲养畜禽的数量与饲料量相适应，保持一定的平衡关系，也就是说饲养数量要根据饲料提

5、供的信息而定。例如猪的饲料主要是靠粮食，粮食生产情况就是发展养猪生产的信息。因此，要使养猪业保持稳定发展，就必须重视饲料生产和调剂。在草原牧区，草原的载畜量必须根据牧草的生长量而定，使牲畜数量与牧草产量相适应。如果不顾牧草提供的营养信息，超载过牧，就必定会因牧草饲料不足而使牲畜生长不良和引起草原退化。,C G Cao,1.生态系统的信息特点,信息种类多，信息储存量大。 生态系统信息的多样性。 信息通讯的复杂性,二、生态系统的信息传递,2.生态系统信息流模型,2. 生态系统信息流的环节,信息的产生。 信息的获取。 信息的传递。 信息的处理。 信息的再生。 信息的施效。,C G Cao,3. 信息

6、传递模型,(1)信 源。它产生要传输的信号，通常是某一生物主体或环境要素。 (2)发送器官。它把要传递的信息变换成适合于信道上传输的信号。一般由编码器按照信道类型进行编码。对生物主体来说，常是生物的一些器官，如；声带、发光体、翅、口、鼻、腿、腹膜、腺体等。 (3)信 道。这是连接发送端与接收端的信息媒介。传递的信号通过此媒介从一个有机体到另一个有机体；从这一种群到另一种群；从一个群落进入另一个群落。空气、水域、导线和光纤维等都是一些典型的信道。 (4)接收器(官)。执行与发送器官（或机械）相反的功能，把通过信道后的信号接收，或再加以变换成能被接收者所理解的消息或信号。如眼、耳、鼻、毛发、皮肤、

7、触角等感觉器官。 (5)信宿(收信者)。信宿即为收到信息者，是信息传递的目的地。,绿色植物,光,预取食,观察思考安全否,神经思维,口腔感觉 味道刺激,选择取食,眼看、鼻闻,化学信息 营养信息,化学信息,光信息 化学信息,化学信息 接触信息,化学信息 营养信息,化学信息,草食动物取食的信息流过程,信息传递实例取食,1 环境与动植物的信息关系 ： 如 日照时间长短 - 植物生殖发育信号 月亮和恒星的位置 - 候鸟飞行方向的信号 地球的磁场和重力 - 植物生长方向的信号 阳光与植物-水分、根系和叶片的激素调控,三、农业生态系统中的自然信息,红光（R)和远红光（FR）处理对莴苣种子萌发率（%）的影响,

8、2 .植物与植物间的信息 如植物产生的次生代谢物质（化感作用）。 植物通过挥发、根系分泌、雨水淋溶、和残体分解等途径释放化感作用物质，对周围植物的生长和结构分布进行主动调节。 化感物质作用的对象不仅仅是其他植物，有时甚至是同种植物。而化感作用的结果不仅包括有害的，也包括一些相互促进的效果。因此，又有人把化感作用称之为植物的相生相克。,同种植物、甚至不同种植物之间可以通过空气或者地下部进行“对话”,番茄不同植株之间有(A,D)或者没有(B,C)菌根相连,然后 A, B,C 处理接种番茄早疫病菌 (Alternaria solani）并套上塑料袋（避免空气中发生信号传递）,POD,PPO,chit

9、inase,glucanse,PAL,LOX,在有菌根菌丝相连的受体植株中6种抗性相关酶在供体植株受到番茄早疫病入侵后活性增加,过氧化物酶,多酚氧化物酶,苯丙氨酸解氨酶,脂氧合酶,几丁质酶,葡聚糖酶,受体植株的6种抗性相关基因的表达水平均上升,苯丙氨酸解氨酶基因,丙二烯氧化物环化酶基因,脂氧合酶基因,葡聚糖酶基因,几丁质酶基因,病程相关蛋白1,2 .植物与植物间的信息 自毒现象 在种植过紫花苜蓿的土地上生长的第2代苜蓿, 由于自毒往往生长不良, 老植株的残落物产生的可溶性物质还会抑制种子萌发。 由于大豆自毒作用造成的连茬减产, 幅度可达15% 25。其他有自毒现象的种类还有: 绿豆、高粱、向日

10、葵、茶树等。,他毒现象,桉树可产生挥发性物质蒎烯、桉树脑及水溶性化感物如酚类、没食子酸、绿豆酸等, 与某些树种或作物混作时难以共生, 一些桉树林下植被稀少。 如其与荔枝间作3 年之后, 荔枝大量死亡。 桉树还可以抑制松树、新银合欢、马占相思等生长。,3 植物与动物间的信息 ： 如 玉米受螟虫袭击时释放吲哚和萜烯类物质吸引天敌,1.模仿自然信息 ：如利用人工光源或暗室控制植物的花期，利用人工合成昆虫信息素进行害虫预测预报和诱捕虫、利用灯光诱杀害虫等。 2.人工采集和生成的信息 如农民根据作物的长势长相判断栽培措施；利用气象卫星进行天气预报，提取次生代谢物合成生物农药等。 3.社会信息 ：如人类利

11、用广播、电视、邮电、出版物等进行信息的传递等。,四、农业生态系统中的人工信息流,第二节 价值流,一、资金流 二、农业生产过程的经济外部性 三、生态系统服务价值评估,资金流 资金流（又称价值流）:在农业生态系统中输入含一定劳动的社会资源，经过劳动生产，成为新的产品输出，新产品含有更高的价值，并在销售之后得到实现，这就形成了资金流。 农业生态系统的资金流:在现实生活中，社会资源的输入要用一定的资金按价格购买，产品的输出也按价格换回一定的资金，这样就形成了农业生态系统的资金流。,一、资金流,（一）经济的外部性问题： 经济的外部性问题即经济核算中忽略了在系统外部的，由全社会和全球承受的成本和收益。经济

12、的外部性可分为成本的外部性（成本外摊），和收益的外部性（收益外泄）。 1、成本外摊是指生产系统在生产的过程中，消耗了自然资源成本和利用了自然环境成本，但没有在系统的成本核算中得到反映的现象。 2、收益外泄是指系统在生产过程中增殖了自然资源，改善了自然环境，但没有在系统的经济核算中得到反映的现象。 3、时间关联的外部性：一种外部性是和时间有关的外部性问题。如前人植树，后人乘凉,二、农业生产过程的经济外部性,一个简单的例子,在大片稻田中有一间砖瓦厂。烧砖瓦排出的废气对周围的农田产生污染影响。 设砖瓦厂的年利润为10万元，污染稻田面积1000亩，每亩稻田的常年收入为1000元，总收入为100万，受污

13、染每亩平均减收60元，即总损失为6万元，这就是砖瓦厂的全部经济外部性。 如果从全社会的经济收益考虑，10万-6万 =4万，砖瓦厂还是应当办，但工厂应当还农民6万元，作为补偿。 如何把6万元还给农民呢？,1、在行政上，明确资源的所有权和使用权，划定保护区； 2、通过 资源与环境的法规建设 ，禁止有害环境的行为； 3、通过教育提高全民的环境和生态意识； 4、采用必要的经济手段。通过征收排污费，对破坏环境的罚款，对公用资源的使用实行征税，补贴保护资源和保护环境的工作，奖励对生态环境改善作出贡献的个人和单位。,（二）经济的外部性的 解决途径,三、生态系统服务价值评估,生态系统服务功能 生态系统与生态过

14、程所形成及所维持的人类赖以生存的环境条件与效用(Daily 1997) 生态系统服务功能是人类从生态系统中获得的利益 Ecosystem services are the benefits people obtain from ecosystems (MA, 2003) MA Conceptual Framework, 2003 提供产品：Provisioning services 调节功能：Regulating services 文化服务功能：Cultural services 生命支持功能：supporting services,生态系统服务功能研究的意义 生态系统服务功能是人类文明的基础

15、 ； 现代技术不能替代生态系统服务功能 ； 人类活动已对生态系统服务功能造成损害，并是当前全球性生态环境危机的根源之一 ； 生态系统服务功能评价是将人类对自然与生态系统的认识成果应用于经济决策的桥梁 ； 生态保护、生态恢复、生态系统管理的基础,自1990年代以来，生态系统服务功能研究成为国际上生态学研究前沿领域,生态系统生产总值核算,经济指标：GDP（国内生产总值）。一个国家或地区的经济中所生产出的全部最终产品和劳务的价值。GDP是世界各国普遍采纳用来衡量国民经济发展水平。,中国共产党十八大提出的生态文明建设重点领域：加强生态文明制度建设，建立面向生态文明的束缚机制,要把资源消耗、环境损害、生

16、态效益纳入经济社会发展评价体系，建立体现生态文明要求目标体系、考核办法、奖惩机制。 深化资源性产品价格和税费改革，建立反映市场供求和资源稀缺程度、体现生态价值和代际补偿的资源有偿使用制度和生态补偿制度。 健全生态环境保护责任追究制度和环境损害赔偿制度。,生态系统生产总值(Gross Ecosystem Product, GEP) 是指一定区域在一定时间内生态系统的生产和服务及其价值总和，是生态系统为人类福祉提供的产品和服务及其经济价值总量，一般以一年为核算时间单元。,GEP, GDP 与 绿色 GDP GEP：生态系统提供的最终产品与服务 GDP：经济系统提供的最终产品与服务 绿色GDP，GDP 扣除资