任务二　农业生物环境认知

一、自然环境

自然环境是生态系统中作用于生物的外界条件的总和。包括生物生存的空间以及维持生命活动的物质和能量。自然环境中一切影响生物生命活动的因子均称为生态因子，如辐射强度、温度、湿度、土壤酸碱度、风力等等。太阳辐射以及地球表面的大气圈、水圈和土壤圈综合影响着这些生态因子。

1.太阳辐射

地球上生命存在的能量主要来自太阳的辐射。

太阳辐射有两种功能：一种是通过热能形式温暖地球，使地球表面的土壤、水体变热，推动着水循环，引起空气和水的流动，为生物生长创造合适的温度条件；另一种功能是通过光能形式被绿色植物吸收，并通过光合作用形成碳水化合物，将能量储存在有机物中。

2.大气圈

大气圈是地球表面包围整个地球的一个气体圈层。大气的主要成分是氮、氧、氢和二氧化碳。大气圈供给生物生存所必需的各种元素，而且在提供保护地面生物的生存条件中起着良好的作用。大气圈不仅防止了地球表面温度的急剧变化和水分的散失，并能防护地面的生物免受外层空间多种宇宙射线的辐射。

3.水圈

水是细胞原生质的组分和光合作用的原料，是各种物质运输的媒介，是生物体内各种生化反应的溶剂。水有较高的汽化热和比热容，可以调节和稳定气温。

4.土壤圈

土壤具有独特的结构和化学性质，是固相、液相、气相共存的三相体系，具有巨大的吸收能力与储藏能力，为生物的生长提供了适宜的条件。土壤不仅是植物生长繁育的基础，而且是物质和能量储存和转化的重要场所。

二、人工环境

农业生态系统是人类干预下的生态系统。广义的人工环境包括所有受人类活动影响的环境，可以分为人工影响的环境和人工建造的环境。

1.人工影响的环境

人工影响的环境是指在原有的自然环境中人为因素促使其发生局部变化的环境。例如，为改变局部地区的气候、控制水土流失、使农作物高产稳产而人工经营的森林、草地、防风林、水保林等；为控制旱涝灾害而兴建的水利工程。这些人工影响的环境在不同程度上仍然依赖于大自然。

2.人工建造的环境

人工建造的环境是指人类根据生物生长发育所需要的外界条件进行模拟或塑造的环境，如无土栽培环境、大棚温室环境、集约化养殖环境等。

三、环境对生物的制约

（一）最小因子定律

德国化学家李比西提出“植物的生长取决于数量最不足的那一种营养物质”，即最小因子定律。最小因子定律的两点补充说明如下。

（1）这一定律只有在相对稳定的状态下才能运用。

（2）要考虑因子间的相互作用。

（二）谢尔福德耐性定律

在生物的生长和繁殖所需要的众多生态因子中，任何一个生态因子在数量上的过多、过少或质量不足，都会成为限制因子。即对具体生物来说，各种生态因子都存在着一个生物学的上限和下限（或称“阈值”），它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐性范围（又称耐性限度）。耐性定律的补充说明如下。

（1）同一种生物对各种生态因子的耐性范围不同。对一个因子耐性范围很广，而对另一因子的耐性范围可能很窄。

（2）不同种生物对同一生态因子的耐性范围不同。对主要生态因子耐性范围广的生物种，其分布也广。仅对个别生态因子耐性范围广的生物，可能受其他生态因子的制约，其分布不一定广。

（3）同一生物在不同的生长发育阶段对生态因子的耐性范围不同。通常在生殖生长期对生态条件的要求最严格，繁殖的个体、种子、卵、胚胎、种苗和幼体的耐性范围一般都比非繁殖期的要窄。例如，在光周期感应期内对光周期要求很严格，在其他发育阶段对光周期没有严格要求。

（4）由于生态因子的相互作用，当某个生态因子不是处在适宜状态时，则生物对其他一些生态因子的耐性范围将会缩小。

（5）同一生物种内的不同品种，长期生活在不同的生态环境条件下，对多个生态因子会形成有差异的耐性范围，即产生生态型的分化。

任何一种生物，对自然环境中的各理化生态因子都有一定的耐性范围，耐性范围越广的生物，适应性越广。据此，可将生物大体划分为广适性生物和窄适性生物。

（三）生活型和生境

1.生活型

由于环境对生物的限制作用，不同种的生物长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下，会发生趋同适应，经过自然选择和人工选择形成具有类似形态、生理和生态特性的物种类群称为生活型。生活型是生物对综合环境条件的长期适应，而在外貌上反映出相似性和一致性的生物类型。

对植物生活型的分类应用最广的是丹麦植物学家 C.Raunkiaer 的生活型分类系统。他认为地球上的各个地区，冬季和旱季是植物生活中最严酷的临界期。他以温度、湿度、水分作为指示生活型的基本要素，以植物度过生活不利时期对恶劣条件的适应方式为基础，具体以休眠芽或复苏芽所处的高低和保护方式为依据建立了生活型系统（图3-1）。

（1）高位芽植物　这类植物的芽和顶端嫩枝位于离地面较高处的枝条上，如乔木、灌木和一些生长在热带潮湿气候条件下的草本等。它们之中根据体型的高矮又可分为大型（30m以上）、中型（8～30m）、小型（2～8m）以及矮小型（0.25～2m ）四类，即大、中、小、矮高位芽，然后又根据植物是常绿还是落叶以及是否具有芽鳞这两类特征，进一步划分为十五个亚类。

（2）地上芽植物　这类植物的芽或顶端嫩枝位于地表或接近地表处，一般都不高出土表20～30cm ，因此它们受土表的残落物所保护，在地表积雪地区也受积雪的保护。

（3）地面芽植物　这类植物在不利季节，植物体地上部分死亡，只有被土壤和残落物保护的地下部分仍然活着，并在地面处有芽。

（4）地下芽植物　这类植物度过恶劣环境的芽埋在土表以下或位于水体中。

（5）一年生植物　一年生植物只能在良好季节中生长，在恶劣的气候条件下它们以种子形式度过不良季节。

2.生境

在环境条件的制约下，具有特定生态特性的生物种和生物群落，只能在特定的小区域中生存，这个小区域就称为该生物种或生物群落的生境。生境也称栖息地。

四、生物对自然环境的适应

（一）生态型

同种生物的不同个体群长期生存在不同的自然生态条件和人为培育条件下，发生趋异适应，并经自然选择和人工选择而分化形成生态、形态和生理特性不同的可以遗传的类群，称为生态型。

根据形成生态型的主导生态因子类型的不同，可以把植物生态型划分为气候生态型、土壤生态型和生物生态型三种。

1.气候生态型

长期适应不同的光周期、气温和降水等气候因子而形成的各种生态型。例如，水稻的早、中、晚稻属于不同的光照生态型；籼稻、粳稻是不同的温度生态型。

2.土壤生态型

长期在不同的土壤水分、温度和肥力等自然和栽培条件的作用下分化而形成。例如，水稻和陆稻是主要由于土壤水分条件的不同而分化形成的土壤生态型。

3.生物生态型

是指主要在生物因子的作用下形成的生态型。例如，各种作物对病、虫、草具有不同抗性的品种群。

（二）生态位

生态位可表述为：生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置。即用某一生物的每一个生态因子为一维，以生物对生态因子的综合适应性为指标构成的超几何空间。

物种对环境的潜在综合适应范围称为基础生态位。而实际占据的生态位称实际生态位。实际生态位比基础生态位要小。

五、生物对自然环境的影响

生物不只是简单地、被动地接受环境的种种影响，同时也对其生存环境产生多方面的影响，或者不同程度地改善环境条件，使环境变得更有利于生物生存，或者对环境资源和环境质量造成不良影响。

1.森林的生态效应

主要包括涵养水源，保持水土；调节气候，增加雨量；防风固沙，保护农田；净化空气，防治污染；减低噪音，美化大地；提供燃料，增加肥源。

2.淡水水域生物的生态作用

淡水水域生物的主要生态作用是，浮游植物能吸收水中各种矿质养分，保持水体一定的洁净程度，增加水体的溶氧量，对水质理化特性的变化起主导作用，同时形成水域生态系统的初级生产力。

3.草地生物的生态效应

牧草特别是豆科牧草，能改良土壤。牧草还能增加植被覆盖度，涵养水分，保持水土，固定流沙。

4.农田生物的生态效应

主要包括对土壤肥力的影响、对水土保持的影响、对农田小气候的影响、对净化环境的作用。