任务一　植物生长生态环境概述

一、农业生态系统的概念

（一）系统

1.定义

系统是由相互作用和相互依赖的若干个组成部分结合而成的具有特定功能的整体。系统必须具备的三个条件是：由两个以上的组分组成；组分之间有密切的联系；以整体方式完成一定的功能。

2.系统的结构特点

系统都有边界；系统具有层次性，即系统由若干个子系统组成，系统本身也是更大系统的子系统；构成系统的组分间有一定的量比关系；系统的组分在空间上有一定的排列位置关系。

3.系统的功能特点和系统研究的基本途径

（1）系统功能的整合性　即整体大于部分之和，通常形象地称 “ 1+1>2”。

（2）系统研究的基本途径

①“黑箱”　只了解系统的转换特性，了解系统输出对系统输入的响应规律，而不揭示引起这种特性或响应规律的系统内部原因。

②“白箱”　着重了解系统内部结构和功能，对系统的行为和表现做出解释。

③“灰箱”　实际研究中常采用。即在重点层次、组分和关系上用白箱的方法，其他用黑箱方法。

（二）生态系统

1.生态系统的定义

生态系统是在一定的空间内的全部生物和非生物环境相互作用形成的统一体。生态学不仅在 “垂直” 方向研究特定地点上的生物和环境的相互关系，而且在 “水平” 方向研究异质区域间的相互影响，把特定地点上的同质区域称为景观元素。

2.生态系统的基本组分

生态系统在结构上包括两大组分：环境组分和生物组分。环境组分包括辐射、气体、水、土体四方面。生物组分包括生产者、大型消费者和小型消费者 （分解者） 。

3.生态系统区别于一般系统的特点

（1）组分上包括生物，生物群落是生态系统的核心。

（2）空间上有明显的地域性。

（3）具有明显的时间特征，具有从简单到复杂、从低级到高级的发展演变规律。

（4）系统的各组分间处于动态的平衡中。各生态系统都是程度不同的开放系统，不断地从外界输入能量和物质，经过转换输出，从而维持系统的有序性。

4.主要的生态系统类型

（1）根据环境的性质分　可分为森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统、淡水生态系统 、海洋生态系统。

（2）根据受人类干扰的程度分　可分为自然生态系统、人工驯化的生态系统、人工生态系统。

（三）农业生态系统

1.农业生态系统的定义

农业生态系统是农业生物与环境之间的能量和物质联系建立起来的功能整体。农业生态系统是驯化的生态系统，既受生态规律的制约，也受经济规律的制约。

2.农业生态系统的基本组分

（1）生物组分　农业生物如农作物、家畜、家禽、家鱼、家蚕等，以及与这些生物有密切联系的病虫害、杂草等。其中的大型消费者也包括人。

（2）环境组分　受到人类不同程度的调节和影响。而有些环境如温室、禽舍等完全是人工环境。

3.农业生态系统的基本结构

农业生态系统的基本结构包括组分结构、时空结构、营养结构。

4.农业生态系统的基本功能

（1）能量流　农业生态系统除输入太阳能外，还输入人工辅助能。

（2）物质流　各种化学元素在生态系统中被生物吸收并传递，在生物与环境之间以及生物与生物之间形成连续的物质流。

（3）信息流　农业生态系统通过信源的信息产生、信道的信息传输和信宿的信息接收形成信息流。

（4）价值流　价值可以在农业生态系统中被转换成不同的形式，并可以在不同组分间转移。

二、植物与其他生物的关系

在自然界中，罕见以孤立的个体长期存在的生物，看到的往往是在一定的区域中生长着同种植物个体群，它们或构成明显的单优势群体，或与其他植物群体混生。因此，植物不仅与非生物因子有着密切关系，而且与其周围生长的同种植物（种内）和不同种植物（种间）也同样有着千丝万缕的联系。除此之外，在植物所生长的区域内一定还生存有相应的动物和微生物。通常将一定空间里同种个体的集合称为种群，而将种群个体间的关系称为种内关系，如个体间的授粉、繁殖关系、竞争等；将同一生境中不同种群间的关系称为种间关系。需要说明的是，无论是种内关系还是种间关系，都不要在脱离一定的环境条件下来讨论。

（一）种内关系

种群是一个客观的生态生物学单位，是具有自己独立的特征、结构和机能的整体。故在讨论种内关系时，不能忽略种群的属性。以下仅从种群的分布格局、种内繁殖与增长、种内竞争、种内化感作用等方面说明种间关系。

1.种群的分布格局

每个种群中的个体空间分布方式或配置特点称为种群的分布格局，它与该种群内、外条件及物种特性有关。种群的分布格局一般分为群聚型、随机型和均匀型等3种类型。

2.种内繁殖与增长

植物的个体本身可以进行繁殖，包括营养繁殖、无性生殖和自花授粉繁殖以及同株异花授粉繁殖。

植物种群内个体与个体间的杂交在高等植物中更为常见。各个个体基因型的相对稳定是种群繁殖的基础，但个体间的基因型并不完全相同，同时其生长又受环境条件的影响，各自的表现型常常有些差异。因而，种群个体内在的生存和繁殖差异（变异）使得那些能比较好地适应环境的个体产生更多的后代，并在自然选择中保留下来，结果使种群更适应于环境。

在某一个空间内的种群，其个体数量的多少一方面取决于种群本身的生物学和生态学特性，另一方面又与环境的容量密切相关。种群的数量是指一定面积或容积中某个种群的个体数目。如果用单位面积或容积的个体数目来表示种群的大小，则为种群密度。在一定的空间里，种群的个体数量取决于种群出生率（繁殖率）、死亡率、迁入和迁出数量等参数。假定有一个资源充足的环境，植物种群的增长将随着时间的推移而呈现几何增长（也称指数增长）。事实上，自然界中的种群总是在一个有限的空间中生长的，随着种群数量的增加，对有限空间资源（如光照、养分、空间）的种内竞争也将增加，种群的增长速率将降低。当种群个体的数目增加到接近于环境所能容纳的最大值即环境负荷量时，种群将不再增长而达到“饱和”状态。这种受环境负荷量限制的种群增长称为逻辑斯蒂增长，种群增长曲线呈“S” 形。

3.种内竞争

在自然界中，一株植物必须占据一定的空间才能获得阳光、雨水、营养物质等必要的生存条件，因此，在有限的生境中，随着个体的增长或数量的增多，该种植物所占据的空间越来越多，对资源的需求就越大，竞争就越激烈，这也将导致对每个个体的影响加大，可能加大死亡率和降低出生率。由此可以看出，种内竞争是与密度相关的。

植物是构件生物，因此其生长的可塑性很大。如同种植物在某个生境中生长得枝繁叶茂，而在另一个生境中枝叶稀疏。研究人员由此也发现了最终产量恒定法则和自疏现象。

（1）最终产量恒定法则　是指在相同条件和一定空间内，当种群密度达到一定值之后，再增加种群密度，其最终产量基本恒定。

（2）自疏现象　是指在一定空间内，随着植物生长或密度不断增加而导致种群密度下降的现象。

4.种内化感作用

在农业生产中，有些作物是不易连作的，如果连作会发现后茬作物生长受限、产量降低。造成这种现象的原因往往是同种作物所残留的物质（如根系分泌物、枯枝落叶根系降解后产生的化学物质）抑制了下茬作物的生长。这就是植物间的化感作用。

（二）种间关系

从理论上看，两个物种之间相互作用的基本形式有无作用、正作用和负作用三种类型。几个种间关系的类型如下。

1.竞争

竞争是指同种或异种的两个或两个以上的个体生长于同一生境中，利用共同的有限资源，从而发生对环境资源争夺而产生的相互抑制作用。

两个种越相似，它们的生态需求重叠的就越多，竞争也就越激烈，这一现象被称为高斯假说，现也称为竞争排斥原理，即在一个稳定的环境中，竞争相同资源的两个种不能无限期共存，其中一个最终会成为优势种。

2.共生

共生可以划分为两类：互惠共生和附生。互惠共生是指所有有利于共生双方的相互作用，如菌根、根瘤、地衣等。偏利共生，也称附生，是指两个种之间的关系只对一方有利而对另一方无利害的共生。偏害共生是植物在相互作用中一方受到抑制，而另一方不受影响。

3.寄生

是指某一物种的个体依靠另一物种个体的营养生活的现象。寄生于其他植物上并从中获得营养的植物称寄生植物，如菟丝子。有些植物为半寄生植物，如槲寄生。而有些寄生植物为全寄生植物，如大花草。

4.种间化感作用

化感作用即生活的或腐败的植物通过向环境释放化学物质而产生促进或抑制其他植物生长的效应。植物一般通过地上部分茎叶挥发、淋溶和根系分泌物以及植物残株的分解等途径向环境中释放化学物质，从而影响周围植物（受体植物）的生长和发育，它在森林更新、植被演替以及农业生产中具有重要的意义。

植物所产生的化感物质能明显影响种间关系。化感作用的研究对农林业生产具有很大意义。

（三）植物与动物和微生物之间的关系

植物与动物之间的关系表现在多方面。包括植物为动物提供直接或间接的食物来源，为动物提供栖息地；动物传粉、传播种子或果实、控制群落生长；为微生物提供食物，与微生物共生等诸多方面。

植物为草食性动物提供了食物来源，也间接地为肉食性动物提供了食物。动物在一定程度上维持着植物群落的生长和稳定性，如大熊猫取食幼竹叶茎和笋，使竹子的生长高度受到控制，也控制了竹子的种群密度。

植物的时空分布也决定了动物活动和生存的空间。植物群落不仅为动物提供了栖息地，而且还提供了躲避天敌捕食的场所。

动物也为植物生存和发展提供了帮助，如传粉、果实和种子传播。没有相应的动物，植物的生存将会受到威胁，植物的扩散将会受到一定程度的抑制。一些植物甚至以动物作为营养的来源之一，如猪笼草。

微生物作为自然界中的分解者，无处不在。但它的分布同样具有与植物相关的时空性，还可与植物形成共生关系，如根瘤。

无论植物与动物、植物与微生物间的关系如何，这些关系的形成都是它们之间长期适应、进化的结果，有些甚至是协同进化的结果，如蜂鸟传粉。