农业生态与环境保护（第二版）农业生态系统的评价与调控电子课件.ppt

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1、农业生态与环境保护（第二版）农业生态系统的评价与调控电子课件农业推广学汤锦如教授扬州大学农学院2004农业生态与环境保护 第六章 农业生态系统的评价与调控学习目标：学会采用不同的方法来进行农业生态系统的评价；掌握在对农业生态系统评价的基础上采用不同层次和不同方式对其进行调控；掌握农业生态系统人工调控的原理及方法；掌握农业生态工程设计的主要内容及实施的基本步骤。第六章 农业生态系统的评价与调控第一节 农业生态系统的评价第二节 农业生态系统的调控第三节 农业生态工程 第一节 农业生态系统的评价一、能量流的评价 二、信息调控的评价 三、价值流的评价四、功能评价的不足 五、应用较多的评价方法 对农业生

2、态系统进行人工调控之前，必须对这个系统进行详细的系统分析，然后对其做出评价与诊断，最后进行优化设计并实施，以达到人工调控的目的。一、能量流的评价（一）生态效率1.营养级位内：度量一个物种利用食物能的效率，同化能量的有效程度。（1）同化效率生产者效率：同化效率=被植物固定的能量/吸收的光能消费者效率：同化效率=同化量（被吸收的食物量）/摄取量（吃下的食物量）一、能量流的评价（一）生态效率1.营养级位内（1）同化效率（2）生长效率组织生长效率=营养级位n的净生产量/营养级位n的净同化量生态生长效率=营养级位n的净生产量/营养级位n的摄入量一、能量流的评价（一）生态效率1.营养级位内2.营养级位之间

3、：是度量营养级位之间的转化效率和能流通道的大小。（1）林德曼效率：某营养级位对上一个营养级位的能量利用效率。林德曼效率=营养级位n的同化量或摄取量/营养级位n-1的同化量或摄取量一、能量流的评价（一）生态效率1.营养级位内2.营养级位之间（1）林德曼效率（2）生产效率：用不同营养级位的净生产量表示。生态效率=营养级位n的净生产量/营养级位n-1的净生产量（3）消费效率：也称为利用效率。消费效率=在营养级位n上的摄取量/在营养级位n-1上的净生产量一、能量流的评价（二）农业生态系统的生态效率 在农业生产实践中，容易测得并经常被采用的是：1.光能利用率：是指单位面积地面上植物光合作用积累的有机物所

4、含能量与同期照射在同一地面上日光能的比率。光能利用率=hW/S100%式中，h表示物质燃烧热值，kJ/g；W表示干物质增重，g/cm3；S表示干物质增重时间内太阳能总辐射量，kJ/cm3。一、能量流的评价（二）农业生态系统的生态效率1.光能利用率2.平均生长率：是指生育生长期内平均每天的生长速率，即净生产量的增加速率。平均生长率=平均净生产量/全生育期天数一、能量流的评价（二）农业生态系统的生态效率1.光能利用率2.平均生长率3.饲料转化率：是指某类动物的净生产量所含能量与它所消耗食物中所含能量之比。它所反映的是食物能转化为动物净生产量的效率。家畜一般可将摄食中的16%29%的饲料能同化为化学

5、能，33%用于呼吸消耗，31%49%随粪便排出。不同的畜禽，不同的饲料，不同的饲养管理，其转化效率是不同的。一、能量流的评价（二）农业生态系统的生态效率1.光能利用率 2.平均生长率3.饲料转化率4.饲料资源利用率：指某农业生态系统内所有畜禽对饲料的消耗量与系统内第一性生产所产生的饲料总量之比。所反映的是系统内第二性生产者的结构写第一性生产者的结构搭配的合理性。如果第一性生产者所产生的饲料资源大部分是粗纤维秸秆，而第二性生产者主要是食精料的猪和鸡，那么，这样的结构搭配就不足很合理，饲料资源利用率就会比较低。上面简略描述了农业生态系统的四种能量转化效率。现在，我们将其与自然生态系统的能量转化效率

6、作一对照，见表。自然生态系统与农业生态系统的能量转化效率 类型 自然生产系统 农业生态系统同营养级内 同化效率 平均生长率，饲料转化率 生长效率营养级之间 林德曼效率 光合效率 生产效率 饲料资源利用率 消费效率 第一节 农业生态系统的评价一、能量流的评价二、信息调控的评价 关于生态系统中信息调控的评价，是当今生态学中的一大难题。对于生态系统中信息是如何流动的，人们的认识还很模糊；关于生态系统是否是一个反馈调控系统，也存在着一定的争议。因此，人们常常用生态系统的稳定性来表示对系统内信息联系与反馈调控的综合评价。这是一种保守的办法，也是一种更适宜的办法。关于生态系统稳定性的多种定义(1)抵抗力和

7、恢复力 稳定性恢复力描述群落在受到外界干扰后回到原来状态的能力；抵抗力描述群落免受外界干扰而维持原状的能力。(2)局域稳定性和全域稳定性 局域稳定性描述群落在经受一小干扰后回到原来状态的能力；全域稳定性描述群落在经受一大干扰后回到原来状态的能力。(3)脆弱性和强壮性 与局域或全域稳定性有关，但其注意点在环境上。能在环境改变不大条件下保持稳定的称脆弱的系统；能在很大环境改变范围中保持稳定的称为强壮的系统。（4）度量抵抗力 最常用的经验方法是估计不同生态系统对同种干扰的相对反应大小。对干扰的反应可用以下方法衡量：a.用系统某一特定特征的变化幅度来衡量；b.用系统达到某一给定的偏离程度所需要的时间来

8、度量；c.用使系统达到某一给定量的变化所要求的干扰强度来描述，也有人建议用系统某些特征的50%的变化所要求的干扰强度来度量抵抗力。在自然条件下，期望干扰后的系统恢复到和原来系统一模一样是不可能的。因而在经验上，弹性通常用干扰后系统恢复到与原系统有50%80%的相似所需要的时间来表示。振幅的度量涉及确定一个域值，超过该值，系统就不能恢复到初始状态。估计振幅的最广泛使用方法是在不同的干扰强度下，观察系统是否能恢复到初始状态。生态学家试图构造生态系统恢复力的描述性或预测性指数。不幸的是，估计任何生物群落的恢复力都是很困难的。因为：某一干扰作用后，生态系统恢复到初始状态涉及很长的时间周期。一般来说，实

9、践上估计弹性和振幅只能在一个较短的时间内进行，而生态系统特征的变化速率通常是非线性的。因此，根据系统早期恢复的特征进行外推也许是不可能的。在估计恢复性时，生态系统的哪些特征应该测量，也没有统一的意见。不同的生态系统特征，如物种数量、生产量、多样性等不一定以同样的速率恢复到平衡点，因而就导致了弹性估计的差异。自然干扰通常是很频繁的，因而，在各次干扰之间通常没有足够的时间容许系统达到一个稳定的平衡状态。在此情况下，要确定平衡状态以表明生态系统的恢复性是不可能的。第一节 农业生态系统的评价一、能量流的评价 二、信息调控的评价三、价值流的评价 价值流是生态经济社会复合生态系统特有的功能，因此，对价值流

10、的评价只有在复合生态系统中才会发生，在自然生态系统中则不会出现这种情形。价值流是复合生态系统中经济功能的表现。因而，对价值流的评价有成熟的经济学方法。例如，在农业生态系统中，常用净产值、人均纯收入、劳动生产率、土地生产率、农产品商品率、产投比等经济学指标来评价系统的价值流功能。在农业生态系统中，最常见的两种评价价值流的方法是投入产出表分析和边际效益分析。第一节 农业生态系统的评价四、功能评价的不足 至今为止，对于生态系统功能的评价指标及方法仍然很不完善，有理论上的缺陷，也有方法上的不足。下面，试着从几个方面来分析功能评价的困境。四、功能评价的不足（一）不同功能评价的困难 对于农业生态复合系统四

11、大功能的评价，在能流、物流、信息流、价值流这四种功能评价中，能流与价值流的数据相对来说较易获得，而且评价指标也比较成熟，而物流和信息流的数据就难以获得，而且评价指标也不成熟。从理论上来说，循环指数对于物质循环效率来说，是一个很好的评价指标，问题是，面对一个复杂的生态系统，这样的数据很难获得。因为循环速率受化学元素自身性质的影响，受动植物生长速率的影响，受有机物质腐烂速率的影响，还受人类活动的影响，所以，人类要真正勾画出一个系统的物质循环速率图是非常困难的。农业生态复合系统的功能评价 功能 能流 物流 信息流 价值流 评价对象 能流效率 物质循环效率 系统稳定性 经济效益 持续性与均衡性 光能利

12、用率 周转率 生产力的变异系数 产投比 评价指标 平均生长率 循环指数 系统惯性和弹性 净产值 饲料转化率 基尼系数 劳动生产率 饲料资源利用率 土地生产率 农产品商品率 人均纯收入数据的可获得性 至于信息流，我们面临的困难更大，最主要的原因是我们在理论上对信息流的本质以及过程了解很少。由于这种机理方面的研究积累不够，限制了我们对生态系统信息流的认识，从而也限制了我们在评价方法上的突破，在没有办法的情况下，我们姑且以生态系统的稳定性作为一个侧面来反映生态系统信息流的功能，然而，即使如此简化，退求其次，我们在评价生态系统的稳定性时，仍然困难重重，最主要的问题仍然是数据难以获得。对于自然生态系统来

13、说，尤其如此。数据所需时间长是一个问题，时空尺度的难以把握是另一个问题。例如，系统的抵抗力可以用如下3种方法来表示：1.系统某一特征的变化幅度；2.系统到达某一给定的偏离程度所需要的时间；3.系统到达某一给定量的变化所需要的干扰强度。对于一个可控的实验系统来说，这些数据是可获得的，但对于一个有着千百万年进化历史，而且仍然处于进化过程中的自然生态系统来说，这些数据就难以获得了，系统偏离所需要的时间是很难确定的。我们很难确定系统的初始状态，因而也就难以确定系统的“偏离”所花费的时间。再说，这个时间可能很短，如几个月、几年、几十年，但也可能很长，需要几百年、几千年甚至更长。由于时间的尺度难以把握，那

14、么我们对系统特征变化幅度的尺度也难以把握。在一个小的时间尺度内，系统也许是变化的。但在一个大的时间尺度内，系也许是平稳的，那些“振幅”只不过是在平稳状态下的正常“变化”。至于系统到达某一给定量的变化所需要的干扰强度，在自然状态下，更是难以测得，只有在实验状态下才有可能。四、功能评价的不足1.不同功能评价的困难2.综合不同功能的困难 自然生态系统有能流、物流、信息流三大功能，农业生态复合系统有能流、物流、信息流、价值流四大功能。在评价过程中，如何将这些功能综合起来，是我们所面临的最大团难。迄今为止，不论是国内还是国际上，尚无解决这一困难的真正有效的办法。由于没有理想的方法将不同类型的指标综合起来

15、，作为一个权宜之计，只好将不同的指标赋予不同的权重，然后再相加。权重是人们对各指标相对重要性的一种主观判断，并无客观标准。所以，不同的人，对同一指标的权重赋值是不同的。如果我们将所有指标的权重总数设为1，然后，根据各指标的相对重要性分别赋值，这个值必须大于零而小于1。确定指标权重的方法如下：1.经验估算法。指不说明定权的理由和根据而直接给出权重的一类方法。特征是无任何说明而直接定权。2.意义推求法。讲明定权时考虑问题的具体依据、根据的意义等再直接给出权重的方法。3.公式计算。有确定的定权公式（函数形式），自变量含义明确。例如：污染物的权重可用其浓度超标值求得，依据是超标值越大权重越大。其归一化

16、的权重计算公式为：Ai=(ci/si)/（ci/si）式中：Ai表示某污染物的权重；ci表示第i种污染物实测值；si表示第i种污染物标准允许值。4.调查统计法。通过发送调查表，征询有关专家和人员的意见，然后进行统计综合而定权的方法。特征是有调查、征询意见的过程。专家评判调查法、层次分析法均属此类。5.序列综合法。通过比较评价因子（指标）的某些性质分别排序，再根据其综合序列值推求权重的方法。特征是根据指标调查数据的结构特点进行，有排序过程且根据顺序值定权。6.因子分析法。通过因子分析（或主成分分析）方法求取权重。特征是用高等数学的主成分分析或因子分析法，通过对数据库结构（矩阵）的线性代数变换求取

17、其因子贡献。7.回归系数法。是指在评价系统总体水平与评价指标之间建立多元回归方程，然后将评价指标的回归系数标准化处理后作为其权重的方法。第一节 农业生态系统的评价五、应用较多的评价方法 1.专家评判调查法 又称特尔斐法，它是通过匿名征求专家意见的方法得到指标的权重。五、应用较多的评价方法 1.专家评判调查法（1）评价小组确定的指标权重发给每个专家，要求专家根据个人意见提出新的指标，并简要陈述其理由。评价小组根据专家意见汇总、合并同类指标权重，形成一增选改进的指标权重全集。（2）将改进的指标权重全集发给专家，由专家对所有指标权重再一次进行评判，由评价小组进行汇总，并进行下述处理工作。a.计算专家

18、的集中意见，其公式为：Mj=Cy/mjMj表示j指标的算术平均值；mj表示参加指标打分的专家人数；Cy表示i专家对于指标的打分。b.计算专家意见的协调程度，这可以由变异系数Vj反映：Vj=Sj/MjVj表示j指标的变异系数,Vj越小，j指标的专家意见协调程度越高;Mj表示j指标的算术平均值；Sj表示j指标标准差。通过对所有特选指标权重按得分排序，并考察其变异系数，选取得分最高（得分率0.7以上）、变异系数不很大的（一般小于0.5）几个指示权重作为人选指标权重。若专家意见比较集中，可一次选取所需指示权重，否则可删去所选的几个指标权重和得分率最低的几个指标权重，将余下的指标权重继续提供专家选择、打

19、分，以此类推，直到选取指标权重为止。五、应用较多的评价方法 1.专家评判调查法2.层次分析法 层次分析法(AHP)是美国著名数学家TLSaaty于20世纪70年代提出的。这种方法把复杂的问题分解为各个组成因素，按一定支配关系分组形成有序的递阶层次结构。通过两两比较的方式，确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人们的判断，给出决策因素重要性的总排列。这种方法的主要优点：1.思路简单明了，使决策者对复杂问题的判断决策过程数字化、系统化、模型化，且不需要高深数学工具和复杂的运算手段，便于接受；2.不仅能进行定量分析，还可以进行定性分析，从而把决策过程中的定性与定量因素有机地结合起来，在定量数据较少时

20、也能对问题的本质、包含的因素及内在关系分析清楚；3.适于多目标、多层次复杂问题的系统分析判断。第二节 农业生态系统的调控一、农业生态系统的调控目的二、农业生态系统的调控层次三、自然调控的机制及类型四、人工调控机制 对农业生态系统进行综合评价，是为了更好地调控和管理农业生态系统。农业生态系统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。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

21、统的属性。因此，它不可避免地既受自然因素的调节与控制，又受人工因素的调节与控制。一、农业生态系统的调控目的1.提高系统的生产力和生产效率 农业生产系统的生产力是指某一现实系统在一定时间内一定面积上生产的农产品的多少。理所当然，任何经营者都希望获得更多农产品，可见系统产出的农产品多是系统优良的重要特征之一。但是，只考虑系统输出的多少而不考虑系统的输入也是不行的，农业生产同样要考虑成本的高低，这就需要用另一个指标生产效率来衡量。所谓生产效率，是指系统各种形式的输出与输入之比，如能量产投比、资金产投比等。通过对系统的生产力和生产效率的测量，可以对不同类型、不同等级的农业生态系统当前的生产性能做出评价

22、和比较。对农业生态系统采用的任何调控措施，不仅要提高系统的生产力，使系统产出更多的农产品并获得较高的产值，而且要注意提高系统的生产效率，使一定的资源或资金的投入获得尽可能多的产出。因此，提高系统的生产力和生产效率是农业生态系统调控的最终目的。一、农业生态系统的调控目的1.提高系统的生产力和生产效率2.维持系统的持续稳定发展 农业生态系统的稳定性就是指系统在遭受外界干扰时，仍能保持其稳定平衡状态，维持其特定功能的特性。稳定性差的系统，在遭受外界干扰时，其生产力将产生较大波动，可见稳定性实际上反映了系统的变异性。在一个时间序列中，生产力的变异程度越小，表明系统的稳定性越好。农业生态系统的持续性是指

23、系统长久维持较高生产能力的特性。持续性良好的系统，其生产力应该是不断提高的，至少保持原有生产力水平不降低，可见持续性反应了生产力发展变化趋势。不同的生态系统，其稳定性和持续性有着不同的表现，通常系统的结构越合理，系统的自我调节机制越丰富，抵抗外界干扰的能力越强，稳定性和持续性表现越好。人为的调控措施就是要维持农业系统的稳定持续发展。系统的生产力不但不应随时间的推移和环境的变化产生较大的波动，而且还要呈一定的提高。也就是说，对农业生产系统采取的任何调控措施，都应产生积极的效应，要维持农业系统的高产、稳产和持续增产。二、农业生态系统的调控层次（三个层次）第一层次:自然调控 是从自然生态系统的调控机

24、制中继承下来的非中心式调控机制。这个层次的调控是通过生物与环境、生物与生物以及环境因子之间的相互作用，生物的生理、生化或遗传等机制来实现的。自然调控层次是基础，它每时每刻都在进行着，但有时表现得相当缓慢，一个调整周期需要很长的时间。如生态自然恢复有时需要几年、几十年甚至是更长的时间。二、农业生态系统的调控层次（三个层次）第一层次:自然调控第二层次:人工直接调控 它是利用了农民或农业生态系统的经营者作为调控中心的典型的中心式调控机制，主要通过采用各种农业技术来实现。由于人工直接调控速度快、幅度大、效果明显被广泛地用于农业生产的各个领域和环节，为农业的增产增收发挥着巨大的作用，但是，也常常因为过度

25、依赖这个层次的调控，忽视自然调控而造成生态平衡失调，这一点应该引起足够的重视。二、农业生态系统的调控层次（三个层次）第一层次:自然调控第二层次:人工直接调控第三层次:社会间接调控 农业生态系统的经营者或农民在生产或经营活动中不可避免地要受到经济、法律、财政、金融、交通、市场、贸易、科技、教育、通讯等各种社会因素的影响，经营者在社会因素影响下所采取的行动或进行的决策，实际就是对农业生态系统实施了间接调控。例如，近几年来我国农村政策的不断调整，就是对农业生态系统的间接调控。三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制 按照控制论观点，任何一个自然过程都是一种信息转换的过程。有转换性能的结构是转换器

26、，对转换器进行调节的部件称为调节器，控制调节器的人或者物为调节者。如一个农场是一个转换器，能够把自然资源与社会资源转换成农产品，农场的水利设备、机器工具、劳动力资源等是调节器，农场的管理者是控制者。这个就是称为中心式调控。人工中心式调控系统：信息专用通道、信息集中处理、控制指令根据目标和实际的差距制定和传输。自然界在亿万年的历程中，形成了十分精巧的自我调节和控制能力，自然生态系统中各种生物通过相互联系使整个群落自发地向顶级方向发展，生物本能的巧妙调控使个体对外界条件做出适当的反应，如植物的光合作用自动通节和水分平衡过程的自动通节都很迅速，昆虫的激素、食物链关系、共生关系等构成了自然生态系统自我

27、调节的一部分。自然生态系统这种没有形成一个控制中枢机构的调控称为非中心式调控，执行这类调控方式的机制称为非中心式调控器。植物叶片是光能的基本转换器，同时它与根系的吸收能力和根茎的运输能力相联系，调控着光合作用，叶片与根茎一起构成了调控光能转换器的非中心式调控器。非中心式调控结构：没有固定信息通道、没有信息处理和传输中心的分散信息网，尽管没有明确的系统预定目标、但是仍被调控得协调、和谐、有效。农业生态系统是人类驯化自然生态系统的产物，同时具有中心式调控和非中心式调控结构。如系统中的动物、土壤、植物等组分存在非中心式调控机制；人们在农业生态系统中附加的设施则构成系统的中心调节器，农业生产的计划制定

28、者、组织者等是系统的中心控制者。农业生态系统的调控机制：非中心式+中心式第三层次的调控社会环境的间接调节 在自然生态系统中的调控是通过非中心式调控机制来实现的。生物与生物之间、生物与环境之间存在着反馈调控、多元重复补偿稳态调控机制，以保持生态系统的稳定性。生态系统保持稳定的两种机制1 12 2反馈机制1A 1A1B 1B1C 1C多元重复三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制1.反馈机制 所谓反馈是指当生态系统中某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分的过程。反馈有两种类型，即负反馈和正反馈。最初某种成分发生变化，减

29、弱或抑制该成分发生变化的反馈叫负反馈。负反馈的作用是能够使生态系统达到和保持平衡或稳态，反馈的结果是减弱或抑制最初那种成分所发生的变化。最初某种成分发生变化增加或增强该成分发生变化的反馈叫正反馈。正反馈的作用常常使生态系统远离平衡或稳态，反馈的结果是增加或增强最初那种成分所发生的变化。猎 物种群增长 捕食者种群增长+群落或系统在不同的时期或者在演替过程中，正、负反馈作用的表现结果不同。例如，在资源充足的情况下，种群数量的增加是种群数量进一步增加的原因，因为种群数量越大，繁殖速度越快，系统整体上表现为正反馈的结果；随着种群数量迅速增长达到一定程度时，开始受到资源和空间的限制，种群数量虽继续增加，

30、但增长速度逐渐降低，系统整体上表现为负反馈的结果，种群数量稳定地接近环境容量。正反馈往往使系统产生急剧变化甚至发生演替。负反馈往往使系统趋于稳定或平衡。生态系统具有多种反馈机制，它能在不同的层次结构上行使调节机能。在个体水平上的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。在种群水平上捕食者与被捕食者就存在着反馈调节机制，被捕食者数量增加捕食者数量会相应增加，捕食者数量的增加会使被捕食者数量减少；被捕食者数量减少，又导致了捕食者数量相应减少。在群落水平上由于受空间资源环境最大容纳量的制约，群落的数量及其对比关系也受到反馈机制的调节。在系统水平上，交错的群落关系，生态位的分化，严格的

31、食物链量比关系等都受着反馈机制的调节。系统组分越多，相互关系越复杂，则系统所包含的正负反馈机制也越多，自我调节能力越强，系统的稳定性也越大。由于生态系统具有负反馈的自我调节机制，所以在通常情况下，生态系统会保持自身的生态平衡。生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况，它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定。生态平衡是一种动态平衡，因为能量流动和物质循环总在不间断地进行，生物个体也在不断地进行更新。在自然条件下，生态系统总是朝着种类多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到使生态系统达到成熟的最稳定状态为止。当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它能够自我调节

32、和维持自己的正常功能，并能在很大程度上克服和消除外来的干扰，保持自身的稳定性。有人把生态系统比喻为弹簧，它能忍受一定的外来压力，压力一旦解除就又恢复原初的稳定状态，这实质上就是生态系统的反馈调节。但是，生态系统的这种自我调节功能是有一定限度的，系统在不降低和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。外界压力包括环境因素、自然灾害等自然因素和人为因素，如火山爆发、地震、泥石流、雷击火烧、人类修建大型工程、排放有毒物质、喷洒大量农药、人为引入或消灭某些生物等超过一定限度的时候，生态系统自我调节功能本身就会受到损害，从而引起生态失调，甚至导致发生生态危机。生态危机

33、是指由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁到人类的生存。生态平衡失调的初期往往不容易被人类所觉察，如果一旦发展到出现生态危机，就很难在短期内恢复平衡。为了正确处理人和自然的关系，我们必须认识到整个人类赖以生存的自然界和生物圈是一个高度复杂的具有自我调节功能的生态系统，保持这个生态系统结构和功能的稳定是人类生存和发展的基础。因此，人类的活动除了要讲究经济效益和社会效益外，还必须特别注意生态效益和生态后果，以便在改造自然的同时能基本保持生物圈的稳定和平衡。三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制1.反馈机制 2.多元重复补偿 多元重复补偿是指在生态系统中，有两个

34、或两个以的组分具有相同或相近的功能，或者是处在相同或相近生态位上的多个组成成分，当外来干扰使其中一个或多个组分受到破坏的情况下，另外的一个或几个组分可以在功能上予以补偿，从而保持系统的相对稳定。自然生态系统中功能组分冗余很常见，如一株植物有许多叶片，一片叶有多层叶肉细胞，一个叶肉细胞有多个叶绿体。这种功能组分冗余使得生态系统遇到干扰后，仍能维持正常的能量和物质转换功能。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。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

35、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。三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制（二）自然调控的类型 成熟的生态系统组分复杂，生物具有多样性，整体上表现为和谐、协调、稳定。系统的长期发展，依靠各种自然调控机制，表现出很强的稳定性和抵抗外界干扰的能力。三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制（二）自然调控的类型1.程序调控：生物个体的发育、生物群落的演替都明显地表现出程序调控的特征。植物从种子的萌发到开花结实，动物从卵、胎出生到发育、成熟、繁殖、死亡，昆虫的变态等过程都是按一定的先后顺序来进行的，不会颠倒。群落的演替过程在

36、物种川的营养关系、化学关系上也明显地表现出程序性。程序调控三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制（二）自然调控的类型1.程序调控 2.随动调控 动植物的运动过程能跟踪一些外界的目标。随外界目标的变化而调整自身的行为。向日葵的花随着太阳转动；植物的根伸向肥水充足的方向；蝙蝠靠超声波跟踪捕捉昆虫等，这些都是典型的生物个体所表现出的随动调控过程。三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制（二）自然调控的类型1.程序调控 2.随动调控 3.最优调控 生态系统经历了长期的进化，优胜劣汰，形成的很多结构和功能都是最优的或接近最优的。六角形的蜂巢是最节省材料的；鱼类的流线形鱼体是降低流体阻力最理想的

37、体形等，都是最优调控的结果。三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制（二）自然调控的类型1.程序调控 2.随动调控 3.最优调控4.稳态调控：自然生态系统形成了一种发展过程趋于稳定、受到干扰维持稳定、受到破坏自动修复的稳定性调控机能，这就是稳态调控。这种稳态主要靠系统组织层次、系统的功能组分冗余及系统的反馈作用来获得。稳态调控机制植株个体三、自然调控的机制及类型（一）自然调控的机制（二）自然调控的类型（三）自然调控机制的应用 农业生态系统在很大程度上采用了自然生态系统的自然调控机制，并且近几年来自然调控机制的应用越来越得到人们的认可和提倡，如现在国内外正在尝试和发展的生态农业、自然农业、有

38、机农业、生物农业、生物动力学农业等，都在技术上加大了自然调控机制的运用。实际上，农业生态系统是一个靠人工调节和自然调节并存，两种调节相互补充开放的系统，调节对农业生态系统的生产和经营起到了积极的推动作用。但是，由于人们过多或过分地依赖人工调节，而忽视了自然调节这个基础调节手段，虽然在短时间内取得了一定的经济效益，但同时严重的破坏了生态环境效益。在农业生产上人们大量、过量地使用化肥，造成了土壤结构和功能的破坏，板结，持水、持肥性能下降；过量的化肥流失到环境中，造成水体的富营养化等一系列环境问题；同时长时间大量使用化肥，对土壤中的微生物也造成一定的影响，导致致病微生物病害的爆发。在植物保护上，大量

39、使用化学农药，在杀死害虫和病源微生物的同时也杀死了天敌和有益微生物，致使病虫害连年持续爆发，这样又不得不连续大量使用农药，形成了恶性循环。毁林造田、退草耕作造成了土地的沙漠化。激素的使用给食品安全带来了严重隐患，影响了人们的身体健康。大量触目惊心的实例发人深省，使人们不得不将调节方式的重点调回到自然调控的方式上来。在传统继承和保留自然调节的基础上，加大了自然调控技术的开发和应用。通过光照、温度、水分、土壤、空气、声音等生态因子对动植物的影响进行自然调控，增加系统的生物多样性。利用系统功能组分冗余、反馈等机制调节农业生产。充分利用随动调控、程序调控、优化调控、稳定调控，往往投入少，成本低，既保证

40、了农业生产经营的经济效益，又避免了资源浪费和环境污染，带来了生态效益和社会效益。自然调节的具体应用体现在各种农业技术措施上，在土壤中多施有机肥料和生物肥料，以促进生态系统的物质循环和能量的流动；在植物保护上多采用生物农药、引进天敌、调节环境因子等措施，有些是事半功倍的长效机制，又避免了环境污染，增加了食品的安全性。在畜禽等的动物养殖上也广泛采用了自然调控方式，除传统上应用的自然调节措施外，还有当前在全国范围内推广的自然生态养猪法、畜禽的自然散养等。在提高了经济效益的同时，其产品也受到了社会的普遍好评，带来了生态和社会效益。第二节 农业生态系统的调控四、人工调控机制 是指农业生态系统在自然调控的

41、基础上，受人工的调节与控制。人工调控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，达到提高农业生产，加强系统输出的目的。人工直接调控方式四、人工调控机制（一）直接调控1.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。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，以及排灌、建造梯田等属于物理方法，改善耕层结构，防调水、肥、气、热的矛盾；化肥、除草剂和

42、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，既能改善土壤的物理性状，又能改善土壤中营养元素的平衡状况，有利于提高土壤肥力。调节气候环境，表现在区域气候环境的改善，可通过大规模绿化和农田林网建没，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。调节水分的方法也很多，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

43、，也可以增强土壤的保水能力。四、人工调控机制（一）直接调控1.生境调控2.输入输出调控 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：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：调控系统的储备能力，使输出更有计划；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价值；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。辅助能输入的调节：1.增加能量投入，扩大能量流动 农业生态系统是一个开放的系统，要求大量输出农产品，那么就必须增加能量投入，以维持系统系统正常运转。2.优化

44、投能结构 主要是指投入能量的种类是否恰当，其数量比例是否合理。如投入的化肥多少以及化肥中N、P、K以及微量元素的比例。通过对农业生态系统进行能量分析，可以了解系统的投能结构状况，并提出优化投能结构的具体措施，以提高系统的投能效益。3.改进投能技术 如对农作物施肥、防治病虫害时，施用方法和施用时期不当，效果就很差；适口性差的畜禽饲料，要经过适当的加工处理，避免造成浪费。产品输出调控：农产品输出量要考虑农业生态系统的持续性和稳定性，不能只顾眼前利益而过度输出。输出调控包括调控系统的贮备能力，使输出更有计划。1.用地与养地相结合，及时补给养分；2.草原的啃食量应低于生产；3.森林采伐量小于生产量；4

45、.鱼的捕捞要切忌捕幼龄个体和壮年个体。或者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价值。非产品形态的输出调控：农业生态系统的输出中，有一部分并不是随农产品输出的，如因径流、下渗造成的营养元素的流失；土壤的反硝化作用和氨的挥发造成N素营养的损失；有害生物的危害导致产量降低；水土流失带走农田养分；非生产性生物的存在造成营养和食物资源的浪费等，都属于非产品形态的输出。对于农业生态系统各种非产品形态的输出，应该针对其特点，尽量采取措施，控制和减少输出量，以减少系统能量和物质的浪费。（一）直接调控1.生境调控 2.输入输出调控3.农业生物调控 农业

46、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。（一）直接调控3.农业生物调控(1)个体水平的调控 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。如优良品种的开发、杂种优势利用、遗传的手段、生长期间整枝打顶、疏花疏果、激素喷施等措施调节生长。采用各种方法如杂种优势的利用、遗传工程等手段，不断的为农业生产提供新的优良品种。如农作物生长中整枝打顶、疏花疏果、激素喷施等措施调节生长。农业动物生产中使用饲料添加剂、限制个体生殖功能等，都能影响个体的生长发育，使之朝人类需要的方向发展。（一）直接调控3.农

47、业生物调控(1)个体水平的调控(2)种群水平的调控 主要是建立合理的群体结构和相应的栽培技术，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，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。农业生物种群的调控1.种群密度的调控 对于生物种群密度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。农业植物的播种移栽密度、畜禽养殖密度和鱼类放养密度的确定，都属于种群密度的人为调节

48、。合理的种群密度要求与环境资源的供应量及人为可能的外部补给量相结合，既要保证个体顺利生长发育，又要保证种群表现较高的丰产性能，提高群体产量。随着个体发育进程的推进，个体所需要占用的生活空间和资源数量逐步增加，如何协调整个生产周期的种群密度与资源供应，也成为农业生物种群密度调节的主要内容。如在农作物、蔬菜生产中，采用育苗移栽、营养钵育苗等方法，既有利于加强幼苗期管理，又能够通过土地利用率。养殖业生产中普遍采用分期分批管理技术，提高资源利用率农业生物种群的调控1.种群密度的调控2.繁殖的控制 合理的种群繁殖速度是保证下一个生产周期种群密度的前提。一般来说，繁殖的新个体数应略高于下一个生产周期所需要

49、的个体数，这样既可保证生产正常进行，又能减少繁殖过多而造成的浪费。任何农业生物都有一个合理的繁殖体系要有合理的繁殖体系，如农作物种子生产与大田生产配套；畜禽渔业要通过合理的亲本数和性别比来保证适宜的繁殖速度。（一）直接调控3.农业生物调控(1)个体水平的调控(2)种群水平的调控(3)群落水平的调控 是调控农业生物群落的垂直结构、水平结构、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。1.建立充分利用空间和资源的立体生产系统2.有害生物的综合防治3.非生产性有益生物的保护利用（一）直接调控1.生境调控 2.输入输出调控 3.农业

50、生物调控4.系统结构调控 利用综合技术与管理措施，防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3个方面：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。确定系统组成在空间上的最优组合方式。要求园地制宜合理布局农林敉生产，按生态位原理进行立体组合，按时空三维结构对农业进行多层配置。确定系统组成在时间上的最优组合方式。要求因地制宜找