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森林生态系统（Forest Ecosystem）：

是以乔木为主体的生物群落（包括植物
、动物和微生物）及其非生物环境(光、热 、水、气
、土壤等)综合组成的生态系统 。是生物与环境、生物与生物之间进行物质交换 、能量流动的自然生态科学
。

组成:

分热带雨林
、亚热带常绿阔叶林和寒温带针

叶林等生态系统。是陆地上生物总量最高的生态系统，对陆地生态环境有决定性的影响

内容:

森林生态系统分布在湿润或较湿润的地区 ，其主要特点是动物种类繁多
，群落的结构复杂，种群的密度和群落的结构能够长期处于稳定的状态 。

森林中的植物以乔木为主 ，也有少量灌木和草本植物
。森林中还有种类繁多的动物。森林中的动物由于在树上容易找到丰富的食物和栖息产所
，因而营树栖和攀缘生活的种类特别多，如犀鸟、避役 、树蛙
、松鼠、貂 、蜂猴
、眼镜猴和长臂猿等 。

森林不仅能够为人类提供大量的木材和都中林副业产品 ，而且在维持生物圈的稳定、改善生态环境等方面起着重要的作用
。例如，森林植物通过光合作用
，每天都消耗大量的二氧化碳，释放出大量的氧 ，这对于维持大气中二氧化碳和氧含量的平衡具有重要意义。又如
，在降雨时，乔木层 、灌木层和草本植物层都能够截留一部分雨水 ，大大减缓雨水对地面的冲刷
，最大限度地减少地表径流 。枯枝落叶层就像一层厚厚的海绵，能够大量地吸收和贮存雨水。因此 ，森林在涵养水源
、保持水土方面起着重要作用
，有“绿色水库 ”之称
。

优势和特点:

在地球陆地上，森林生态系统是最大的生态系统。与陆地其他生态系统相比 ，森林生态系统有着最复杂的组成
，最完整的结构，能量转换和物质循环最旺盛 ，因而生物生产力最高，生态效应最强 。具体地说
，它具有以下的一些特点和优势
。

（1）森林占据空间大，林木寿命延续时间长。森林在占据空间方面的优势表现在3个方面 ，一是水平分布面积广
，中国北起大兴安岭，南到南海诸岛 ，东起台湾省
，西到喜马拉雅山，在广阔的国土上都有森林分布 ，森林占有广大的空间 。二是森林垂直分布高度
，一般可以达到终年积雪的下限，在低纬度地区分布可以高达4200～4300米
。三是森林群落高度高于其它植物群落。生长稳定的森林 ，森林群落高度一般在30米左右
，热带雨林和环境优越的针叶林，其高度可达70～80术 。有些单株树木 ，高度甚至可以达100多米
。而草原群落高度一般只有20～200厘米，农田群落高度多数在50～100厘米之间。相比之下可以看到
，森林有最大的利用空间的能力 。

森林的主要组成是树木，树木生长期长 ，有些树种的寿命很长
。在中国
，千年古树，屡见不鲜。据资料记载 ，苹果树能活到100～200年；梨树能活300年；核桃树能活300～400年；榆树能活500年；桦树能活600年；樟树、栎树能活800年；松 、柏树的寿命可超过1000年 。树木生长期长
，从收获的角度看，好像不如农作物的贡献大。但从生态的角度看 ，却能够长期地起到覆盖地面、改善环境的作用
。正因为森林生态系统在空间和时间上具有这样的优势
，所以森林对环境的影响面大，持续期长 ，防护作用强大
，效益显著。

（2）森林是物种宝库，生物生产量高 。森林分布广 ，垂直上下4000多米
。在这样广大的森林环境里，繁生着众多的森林植物种类和动物种类。有关资料说明
，地球陆地植物有90％以上存在于森林中，或起源于森林；森林中的动物种类和数量 ，也远远大于其他陆地生态系统 。而且森林植物种类越多
，结构越多样化，发育越充分 ，动物的种类和数量也就越多
。多层林
、混交林内的动物种类和数量
，比单纯林要多得多；成熟林比中、幼林又多。研究资料表明，在海拔高度基本相同的山地森林中 ，混交林比单纯林的鸟类种类要多70～100％；成熟林中的鸟类种类要比幼林多1倍以上
，其数量却要多4～6倍 。

在森林分布地区的土壤中，也有着极为丰富的动物和微生物
。主要的生物种类有：藻类 、细菌
、真菌、放线菌 、原生动物
、线形虫、环节动物 、节足动物
、哺乳动物等。据统计 ，1平方米表土中
，有数百万个细菌和真菌，数千只线形虫 。在稍深的土层中 ，1立方米土体就有蚯蚓数百条以至上千条
。

森林有很高的生产力，加之森林生长期长
，又经过多年的积累，它的生物量比其它任何生态系统都高。因此 ，森林除了是丰富的物种宝库
，还是最大的能量和物质的贮存库 。

（3）森林是可以更新的资源，繁殖能力强。老龄林可以通过自然繁殖进行天然更新 ，或者通过人工造林进行人工更新
。森林只要不受人为或自然灾害的破坏
，在林下和林缘不断生长幼龄林木，形成下一代新林 ，并且能够世代延续演替下去
，不断扩展。在合理采伐的森林迹地和宜林荒山荒地上，通过人工播种造林或植苗造林 ，可以使原有森林恢复
，生长成新的森林 。

森林的多种树木，繁殖更新能力很强 ，而且繁殖的方式随着树种的不同而有多种多样
。有用种子繁殖的，叫有性繁殖；有用根茎繁殖的
，叫无性繁殖。树木种子还长成各种形态和具备多种有利于它的传播繁殖的功能，如有的种子带翅 ，有的外披绒毛
，甚至还有被称之为“胎生
”的 。种子或幼体依靠自然力传播的方式有：风播、重力播 、水播和鸟兽传播等
。

小粒种子主要靠风播。如马尾松
、黄山松、云杉等树种的种子，可以借助于风力传播到距离母株100～300米远的范围 。生翅或带毛的柳树 、桦木等树种的种于 ，可飞散到1～2公里的地方
。因此
，这些树种往往能在远离原森林或母树的荒山荒地繁殖成林。

大粒种子或果实，多半依靠自身的重力传播 ，例如麻栎、板栗
、银杏等大树周围
，往往有成群的幼树生长 。但是，如果母树生长在坡地上 ，重力作用也能使种子滚到10～30米以外
。

种子随水飘浮扩散的树种有柳、枫杨 、椰子
、红树等
，但红树的不同点是：先在母体上萌发生“根”（下胚轴），而后再随水飘到浅滩 ，所以能立即扎根生长。随水飘流最远的椰子可以在数千里外的海滩上安身 。

有些树种的种子和果实是被鸟兽啄食、搬运而得到传播的。如红松种子常常作为松鼠贮备的食物遗留在土中而在远处繁殖起来；有些果树的果实和桑椹等，经过鸟兽啄食以后将种子丢弃
，或种子随排泄物落地，而散播到别处
。

无性繁殖的树种很多 ，杨树可用茎干繁殖；杉木 、桦树等的根颈部能萌芽更新；泡桐的根可再发新苗；竹类的地下鞭茎冬春发苗成竹。[编辑本段]森林生态系统的格局与过程

生态系统是典型的复杂系统
，森林生态系统更是一个复杂的巨系统 。森林生态系统具有丰富的物种多样性
、结构多样性、食物链 、食物网以及功能过程多样性等，形成了分化
、分层、分支和交汇的复杂的网络特征
。认识和揭示复杂的森林生态系统的自组织 、稳定性
、动态演替与演化、生物多样性的发生与维持机制 、多功能协调机制以及森林生态系统的经营管理与调控 ，需要以对生态过程、机制及其与格局的关系的深入研究为基础
，生态系统的格局和过程一直是研究的重点，是了解森林生态系统这一复杂的巨系统的根本 ，不仅需要长期的实验生态学方法
，更需要借助复杂性科学的理论与方法。

森林生态系统的组成与结构的多样性及其变化，涉及从个体
、种群、群落 、生态系统
、景观、区域等不同的时空尺度 ，其中交织着相当复杂的生态学过程 。在不同的时间和空间尺度上的格局与过程不同
，即在单一尺度上的观测结果只能反映该观测尺度上的格局与过程，定义具体的生态系统应该依赖于时空尺度及相对应的过程速率 ，在一个尺度上得到的结果，应用于另一个尺度上时
，往往是不合适的
。森林资源与环境的保护 、管理与可持续经营问题主要发生在大
、中尺度上，因此必须遵循格局－过程－尺度的理论模式 ，将以往比较熟知的小尺度格局与过程与所要研究的中、大尺度的格局与过程建立联系
，实现不同时空尺度的信息推绎与转换。因此，进入20世纪90年代以来 ，生态学研究已从面向结构 、功能和生物生产力转变到更加注重过程
、格局和尺度相关性 。

1 相关概念

1.1 格局

在生态学中
，格局一词早期多用于种群生态学，主要是对种群分布格局的描述 ，如聚集分布、随机分布 、离散分布
、均匀分布等
。随着景观生态学的诞生与发展
，格局一词在景观生态学中被广泛应用。景观生态学中的格局是指空间格局，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置 ，不同类型的缀块可在空间上呈聚集分布 、随机分布、均匀分布等 。对于森林生态系统而言
，除水平格局之外，还包括垂直格局 ，即植物体的垂直配置
。格局在生态系统中的生物学组织层次上已被广泛应用，但对生态系统中的环境部分
，其格局的描述及研究尚涉及很少，事实上各环境因子在时空上的配置 ，对生态过程同样有很大影响。

1.2 过程

“生态系统行为 ”
、“生态系统功能
”、“生态系统过程”是相同的术语
，为了避免同拟人论的含义相混淆，一般不使用“生态系统功能 ”这个词 ，多采用“生态系统过程”的说法 。与格局不同
，过程强调事件或现象的发生 、发展的动态特征。生态学过程包括生物过程与非生物过程，生物过程包括：种群动态
、种子或生物体的传播、捕食者-猎物相互作用 、群落演替
、干扰传播等等；非生物过程包括：水循环、物质循环 、能量流动
、干扰等等
。

1.3 尺度

尺度是指研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位 ，同时又可指某一现象或者过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。前者是从研究的角度来定义的
，而后者则是根据所研究的过程或现象的特征来定义的 。尺度包括空间尺度和时间尺度
。在生态学组织层次上还有组织尺度，如：个体、种群 、群落
、生态系统、景观等。尺度常常用粒度和幅度来表达 。景观的空间粒度指最小可辨识单元所代表的特征；时间粒度指某一现象或事件发生的（或取样的）频率或时间间隔
。幅度是指研究对象在空间或时间上持续的范围或长度。具体地说 ，所研究区域的总面积决定该研究的空间幅度；而研究项目持续多久
，则取决于其时间长度 。与尺度相关的另一个重要概念是尺度推绎，尺度推绎是指把某一尺度上获得的信息和知识扩展到其它尺度上 ，或者通过在多尺度上的研究而探讨生态学结构和功能跨尺度特征的过程，尺度推绎也就是跨尺度信息转换
，包括上推和下推
。

2 森林生态系统的格局

2.1 生物格局

物种多样性的空间分布格局是物种多样性的自然属性，主要分两大类：一是自然界中的基本且具体的形式 ，如面积 、纬度和栖息地等；另一类是特殊抽象的形式
，如干扰、生产率
、活跃地点等。

面积对物种多样性的影响显而易见 。“假如样地面积更大，就会发现更多的物种
”这一假说已经得到广泛的证实 ，体现了物种存活数目与所占据面积之间的密切关系
。面积对物种多样性的影响涉及面很广
，但物种-面积曲线和大陆与岛屿上不同物种多样性模式，一直是物种多样性空间格局研究的热点。纬度梯度、海拔梯度 、栖息地及小生境与物种多样性分布格局 ，一直以来也倍受关注 。除上述具体的表现形式外
，干扰
、生产率、活跃地点等与物种多样性的关系，作为物种多样性空间格局的特殊变化形式 ，也是研究的热点。非生物的或生物的干扰
，对物种多样性分布有很大影响，干扰并非只能削弱物种多样性 ，小规模的中等程度频率干扰，可能大大丰富物种多样性
，这一现象已在许多地区得到了证实
。总的初级生产率与物种多样性分布密切相关，早期生态学家一直认为 ，生产率越高越能提高物种多样性
，但研究表明，生产率高不一定代表高的多样性 ，相反
，不断增长的生产率可能会降低物种的多样性。

不同生物类群在森林中的分布格局，如树木 、灌木及草本植物等的分布 ，都会影响到系统的生物及非生物过程
，种群分布格局是系统水平格局研究的经典内容，相对于种群而言 ，其它方面的研究如不同种群或不同生物类群间分布格局的相互关系及其影响等
，研究尚少 。

2.2 环境格局

环境因子在大的尺度上随纬度
、海拔、地形 、地貌等会有很大差异
。大尺度的环境要素控制森林的区域分布，形成了区域性的森林植被类型；中小尺度的环境变化影响森林结构组成 ，进一步影响系统中物种的分布格局。大尺度环境要素与森林分布格局的关系是经典的生态学研究内容，研究工作也非常深泛 。而系统水平上微生境的格局
，近年来也受到关注，特别是林隙
、边缘效应等研究的深入 ，使森林中微生境的差异及格局方面的研究向较微观方向发展
，事实上，森林内部微环境的差异对系统生态过程的影响是不容忽视的
。

2.3 景观格局

随着景观生态学的诞生与发展 ，为生物的格局研究提供了新的理念与方法
，大大促进了生物格局方面的研究。景观生态学中的斑块、廊道 、破碎化等概念，都与生物格局密切相关 。

斑块大小对生物多样性的影响是源自环境异质性和多样性
。基于MacArthur和Wilson在1967年所创立的岛屿生物地理学（island

biogeograhpy）理论所建立的斑块大小与斑块中物种数目间的关系 ，不仅揭示了种－面积关系
，而且从动态方面阐述了物种丰富度与面积及隔离程度之间的关系。斑块形状同样重要，斑块形状的重要生态学特征是景观边界的边缘效应 ，它通过影响斑块间的物质和能量交换而影响斑块内的物种多样性 。一般说来
，许多典型物种被限制在边缘环境或者内部环境之中，导致斑块的边缘部分有不同于斑块内部的物种组成和丰富度
。传统观点认为 ，边缘效应提高了生物多样性。但也有研究认为创造林缘增加物种丰富度的做法，只是暂时增加了适于边缘生境的物种多样性
，边缘物种的增加会导致其它物质的绝灭 。因此，林缘作为保护生物生境的价值受到质疑 ，有时甚至是“生态陷阱”。

廊道是联系斑块的桥梁和纽带
，具有通道和屏障功能的双重特性
。廊道影响着斑块间的连接度，因此在很大程度上决定了斑块间物种
、物质和能量的交流。对于生物而言 ，廊道主要起到五种作用：通道(conduit)、隔离带(barrier) 、源(source)、汇(sink)和栖息地(habitat) 。廊道的有效性依赖于许多因素
，包括廊道内生境结构
、廊道的宽度和长度、目标种的生物习性等
。只有正确设计和运用廊道，才能在破碎化景观中进行有效的物种保护。

景观破碎化的生态影响是焦点 ，特别是景观破碎化对异质种群动态的影响 。景观破碎化（landscape

fragmentation）是指一个大面积连续的生境在干扰下被分割成很多面积较小的斑块
，斑块之间被与过去性质不同的斑块所隔离，残存的斑块可以看作“生境的岛屿 ”
。景观破碎化既可定义为一种过程：即栖息地不断变成碎片的过程；也可理解为一种格局：即破碎化过程的结果。显然 ，两种不同角度的理解生态上差异很大 。景观破碎化缩小了某一类型生境的总面积和每一斑块的面积
，影响到种群的大小和灭绝速率；在不连续的片断中，残留面积的再分配影响物种散布和迁移的速率
。Levins在1969年首次提出了异质种群(Meta-population)的概念 ，并给出一个预测异质种群动态的模型。异质种群是指斑块生境中一组同种局部种群（local

population）的集合体 。这些小的局部种群在空间上存在隔离，彼此间通过个体扩散而相互联系
，各局部种群不断的灭绝又不断的迁入重建，当迁入重建率大于灭绝率时 ，这种斑块状分布的种群就能长期生存
。异质种群理论的内容丰富
，为景观破碎化对生物多样性的影响研究提供了有力工具。

3 森林生态系统的生态过程

3.1 碳循环过程

全球气候变化与森林生态系统一直是国内外全球变化研究的热点领域，内容主要涉及气候变化对森林群落和树种的空间分布影响 、组成结构的变化
、林木的生理生态响应和生物生产力的变化、森林的碳汇作用和碳平衡等 。

大气CO2浓度升高的直接作用和气候变化的间接作用表现在两个方面。一般认为 ，CO2浓度上升对植物起着“施肥效应
”作用
。因为在植物的光合作用过程中
，CO2作为植物生长所必须的资源，其浓度的增加有利于植物光合作用的增强 ，从而促进植物和生态系统的生长和发育。目前
，大部分在人工控制环境下的模拟实验结果也表明，CO2浓度上升将使植物生长的速度加快 ，从而对植物生长和生物量的增加起着促进作用
，增益变幅为10-70%，尤其是对C3类植物 ，其增加的程度可能更大 。但是，CO2浓度升高对植物的影响根据其所在的生物群区 、光合作用和生长方式的不同而存在着较大的差异
。一般认为
，CO2浓度升高对森林生长和生物量的增加在短期内能起到促进作用，但是不能保证其长期持续地增加。

森林生产力是评价森林生长状况和森林生态系统功能的主要指标之一 。大气中CO2浓度上升及由此而引起的气候变化将影响森林的生产力
。由于生产力与气候（水热因子）间存在着一定的关系 ，因此人们常用气候模型（如Miami模型等）估算大尺度生产力。对于未来气候变化对生产力的影响也常利用GCM模型对未来气候情景进行预测
，再根据预测结果估算生产力，最后与当前气候情形下所模拟的结果相比较 。基于全球变化的预测情景 ，中国森林生产力将有所增加
，增加的幅度因地区而异，变化在12％~35％
。由于不同的GCM模型对未来气候模拟预测的结果不同 ，因此对生产力变化的预测也表现出一定的差异。此外
，气候变化对森林生产力影响的预测目前仅仅考虑气候与生产力的线性平衡关系，而没有考虑其它自然和人为因素的影响；在预测过程中假定森林植被的分布不随气候的变化而发生改变；预测中所选用的气候因子是其年平均值 ，而没有考虑其季节变化和森林的适应性变化 。所以
，预测的结果并不能准确地反映出未来的实际情况
。

关于森林在陆地碳汇中所起的作用，至今没有形成一致的观点。北美的实测和模型研究表明 ，北半球中高纬度森林植被是一个重要的汇，它在减小碳收支不平衡中起着关键作用 。然而
，根据加拿大
、美国、欧洲 、俄罗斯和中国的森林清查数据计算结果表明，北半球森林对碳的净吸收量有限 ，20世纪90年代初期年吸收量为0.6-0.7Pg
，其中80%以上发生在温带地区，且受林火
、弃耕和造林的影响 ，寒带地区的生长则被火和其它干扰抵消了；与大气碳量变化相比较
，森林以外可能存在有其它重要的陆地碳汇。

方精云等利用 1949年至 1998年间 7次森林资源清查资料，结合使用森林生物量实测资料 ，采用改良的生物量换算因子法
，推算了我国

50年来森林碳库和平均碳密度的变化，分析了中国森林植被的CO2源汇功能
。结果表明 ，70年代中期以前
，中国森林碳库和碳密度年均减少约0.024Pg；之后呈增加趋势，在最近的20多年中 ，森林碳库年平均增加0.022Pg。这种增加主要由人工造林增加所致，自20世纪70年代中期以来
，人工造林累计吸收固定0.45

Pg的碳 。另外，气温上升和CO2 浓度施肥效应也可能是促进森林生长增加固碳能力的重要原因
。

目前 ，国际上普遍采用微气象技术测定方法开展森林植被的CO2通量观测或称涡动相关法研究森林的大空间尺度碳平衡规律。国际上已经建立的CO2通量观测网络站点有100多个
，分别隶属于欧洲通量网（EUROFLUX）、美洲通量网（AmeriFlux） 、加拿大北方森林通量网（BOREALS）
、地中海通量网（MedeFlux）、澳洲通量网（Oznet）和亚洲通量观测网（ASIAFLUX） 。从全年的CO2通量观测结果分析，无论是北方森林 、温带森林还是热带森林均表现为碳汇 ，但是碳汇强度大小受森林类型、气候环境变化
、自然与人为干扰的影响
。我国于2001底开始构建了CO2通量观测网
，其中大部分是开展森林生态系统CO2通量观测研究。

全球变化相关的森林研究的未来发展趋势：加强森林土壤碳储量、土壤有机碳组分与周转 、土壤呼吸及碳释放动态变化规律研究；土地利用变化对森林碳储量
、组分、动态和残留的影响以及不同土地利用方式下碳的源 、汇分析评价；开展不同经营措施和管理方法对森林碳储量
、碳平衡过程与变化规律的研究 。

3.2 森林生态系统养分循环过程

在生态系统中，养分的数量并非是固定不变的 ，因为生态系统在不断地获得养分
，同时也在不断地输出养分
。森林生态系统的养分在系统内部和系统之间不断进行着交换。每年都有一定的养分随降雨、降雪和灰尘进入到生态系统中 。森林中的大量叶片有助于养分的吸取，岩石的化学风化也能增加生态系统的养分数量
。活的植物体能够产生酸 ，而死的植物体的分解过程中也能产生酸
，这些酸性物质能溶解土壤的小石子以及下层的岩石。当岩石被溶化时，各种各样的养分元素得到了释放并有可能被植物吸收 。这些酸性物质在土壤的形成过程中起到了关键的作用。山体上坡的雨水通过土壤渗漏也可以为下坡的生态系统带来养分
。多种微生物依靠自身或与固氮植物结合可获取空气中的游离氮（这种氮不能被植物直接吸收利用） ，并把它转化成有机氮为植物所利用。

一般地说，在一个充满活力的森林生态系统中
，地球化学物质的输出量小于输入量，生态系统随时间而积聚养分 。当生态系统受到火灾 、虫害
、病害、风害或采伐等干扰后 ，其形势发生了逆向变化
，地球化学物质的输出量大大超过了其输入量，减少了生态系统内的养分积累 ，但这种情况往往只能持续一 、两年
，因为干扰后其再生植被可重建生态系统保存和积累养分的能力
。当然，如果再生植被的生长受到抑制 ，那么养分丢失的时间和数量将进一步加剧。如果森林在足够长的时间内未受干扰
，使得树木
、小型植物及土壤中的有机物质停止了积累，养分贮存也随之结束 ，那么此时地球化学物质的输入量与输出量达到了一个平衡 。在老龄林中
，不存在有机物质的净积累，因此它与幼龄林及生长旺盛的森林相比贮存的地球化学物质要少
。地球化学物质的输出与输入平衡在维持生态系统长期持续稳定方面起到了很重要的作用。

3.3 森林水文过程

森林水文学 ，包括森林植被对水量和水分循环的影响及其环境效应，以及对土壤侵蚀、水质和小气候的影响 。

森林能否增加降水量
，是森林水文学领域长期争论的焦点问题之一
。迄今为止，关于森林与降水量的关系存在着截然相反的观点和结果。一种观点认为森林对垂直降水无明显影响 ，而另一种观点认为森林可以增加降水量 。森林植被对流域产水量的影响
，也存在着同样的争论
。这些争议的存在引起了对森林植被特征与水文关系机制研究的重视。国内外已有较多的冠层水文影响研究 。森林地被物的水文作用正逐渐得到重视，除拦截降水和消除侵蚀动能外 ，还能增加糙率 、阻延流速、减少径流与冲刷量
，今后需要深入开展地被物对产流和汇流过程的调控机制研究。根系层土壤是形成森林植被水文功能的核心地带，根系层水文过程是森林植被水文功能形成机制的关键 ，也是国内外研究的前沿问题
。

蒸散一般是森林生态系统的最大水分支出
，蒸散研究目前已进入水分能态学和SPAC或SVAT阶段。森林蒸发散受树种
、林龄、海拔 、降水量等生物和非生物因子的共同作用 。随纬度降低，降水量增加 ，森林的实际蒸散值呈现略有增加的趋势
，但相对蒸散率（蒸发散占同期降水量之比）随降水量的增加而减少，其变化在40~90%之间
。

森林对水质的影响在欧美研究较多 ，主要包括两个方面：一是森林本身对天然降水中某些化学成分的吸收和溶滤作用，使天然降水中化学成分的组成和含量发生变化；二是森林变化对河流水质的影响。20世纪70~80年代
，酸雨成为影响河流水质和森林生态系统健康的主要环境问题 。为了定量评价大气污染对森林生态系统物质循环的影响，森林水质研究受到了广泛的重视
。随着点源和非点源污染引起水质退化成为影响社会经济可持续发展的重大环境问题 ，建立不同时间和空间尺度上化学物质运动的模拟模型
，成为当前评价森林水质影响研究的主要任务，当然需要首先合理布设水化学剖面来确定化学物质循环的路径。

80年代以来 ，地理要素的空间异质性对水文过程的影响逐渐得到重视
，并开展了以此为基础的分布式水文模型的研究 。现有的分布式水文模型主要有短时间尺度模型（ANSWERS）和长时间尺度模型（RHESSys
、FLATWOODS、Ythan等）两大类型
。这些模型的模拟结果表明，预测值与观测值吻合较好。分布式模型考虑了空间异质性 ，但是没有对空间异质性本身的内在规律进行探讨
，在实际操作中存在着主观性 。基本空间单元的大小是研究中首先解决的问题，然而 ，研究者多根据研究区域的大小和资料的空间分辨率来确定其大小
，这就给模拟结果带来了不准确性
。目前，随着3S技术的发展 ，分布式模型正逐步成为流域和水资源管理的重要手段。在此基础上，分布式水文模型有望解决森林水文学中长期面临的尺度转换问题 。

森林生态水文学未来研究的重点：需要突出森林植被作为水文景观的动态要素
，将森林植被的结构 、生长过程
、物候的季相变化（植被冠层叶面积指数和植被根系生长动态）耦合到分布式生态水文模型中，全面客观地阐明森林植被与水分相互作用以及参与流域水文调节过程与机制；在森林大流域水文过程研究方面 ，从流域集总式水文模型向分布式水文模型研究发展
，同时强调森林植被的生态水文过程与自然地质水文过程有机结合，既考虑森林植被参与的生态水文过程又考虑流域内的时空异质性变化和水文的物理传输过程 ，藉以更有效地预测和评价流域内的自然、人为因素对水文过程的影响
，从而科学指导森林植被的建设和可持续经营。

衡量数据库性能的重要指标

森林生态系统恢复力稳定性

森林生态系统恢复力稳定性，森林生态系统的稳定性和恢复性和人们的生活是息息相关的 ，当森林生态系统遭到破坏人们的生活也会被破坏
。下面了解森林生态系统恢复力稳定性

恢复力稳定性是指生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力。河流被严重污染后
，导致水生生物大量死亡，使河流生态系统的结构和功能遭到破坏 。如果停止污染物的排放 ，河流生态系统通过自身的净化作用
，还会恢复到接近原来的状态
。这说明河流生态系统具有恢复自身相对稳定状态的能力。

决定因素

以往认为，抵抗力稳定性与恢复力稳定性是相关的 ，抵抗力稳定性高的生态系统，其恢复力稳定性低 。也就是说
，抵抗力稳定性和恢复力稳定性一般呈相反的关系
。但是，这一看法并不完全合理。例如 ，热带雨林大都具有很强的抵抗力稳定性
，因为它们的物种组成十分丰富，结构比较复杂；

然而 ，在热带雨林受到一定强度的破坏后
，也能较快地恢复 。相反，对于极地苔原（冻原） ，由于其物种组分单一 、结构简单
，它的抵抗力稳定性很低，在遭到过度放牧
、火灾等干扰后 ，恢复的时间也十分漫长
。因此
，直接将抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较，可能这种分析本身就不合适。如果要对一个生态系统的两个方面进行说明 ，则必须强调它们所处的环境条件 。环境条件好，生态系统的抵抗力稳定性较高
，反之亦然
。

稳定性介绍

再比如，一片草地上发生火灾后 ，第二年就又长出茂密的草本植物
，动物的种类和数量也能很快恢复。对一个生态系统来说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性之间往往存在着相反的关系 。

抵抗力稳定性较高的生态系统 ，恢复力稳定性就较低
，反之亦然。例如，森林生态系统的抵抗力稳定性比草原生态系统的高 ，但是
，它的恢复力稳定性要比草原生态系统低得多
。热带雨林一旦遭到严重破坏(如滥砍滥伐)，要想再恢复原状就非常困难了。

森林生态系统的主要特征表现在哪里？

森林是以乔木为主体 ，具有一定面积和密度的植物群落
，是陆地生态系统的主干 。森林群落与其环境，所形成的一定结构、功能和自我调控能力的.自然综合体就是森林生态系统
。森林生态系统是陆地生态系统中面积最大 、最重要的自然生态系统。

据专家估测 ，历史上森林生态系统的面积曾达到76亿公顷，覆盖着世界陆地面积的2/3
，覆盖率为60% 。在人类大规模砍伐之前，世界森林约为60亿公顷 ，占陆地面积的45.8%
。至1985年
，森林面积下降到41.47亿公顷，占陆地面积的31.7%。至今 ，森林生态系统仍为地球上分布最广泛的生态系统 。

第一
，物种繁多
、结构复杂，森林是陆地上巨大的基因库
。世界上所有森林生态系统保持着最高的物种多样性 ，是世界上最丰富的生物资源和基因库。仅热带雨林生态系统就约有200~400万种物种 。中国被子植物有329科3172属
，30000多种；

裸子植物计有10科36属197种，合计我国种子植物有339科 ，3208属
，30197种，中在森林或森林区域中分布的含200种以上的植物种有30科 ，1793属，17370多种
，是中国森林区系的优势种
。

此外，苔藓植物约2200种 ，蕨类植物约2600种。特有种约有15000~18000种
，其中种子植物有7个科，243特有属 。森林生态系统具有多层次 ，有的多至7~8个。一般分为乔木层、灌木层 、草本层和地面层等四个基本层次
。有的层次明显
，层与群纵横交织，显示系统复杂性。以森林或森林环境为生的动物和微生物种类更加庞大 ，全球物种最丰富的昆虫(约100万种)
，大都在森林生态系统中分布 。

第二，森林生态系统类型多样
。森林生态系统在全球各地都有分布 ，森林植被在气候条件和地形地貌的共同作用和影响下
，既有明显的纬向水平分布带，又有山地垂直分布带。在我国云南省 ，从南到北依次出现热带北缘雨林、季节雨林
、南亚热带季风常绿阔叶林、思茅松林 、中亚热带和北亚热带半湿性常绿阔叶林
、云南松林和温性针叶林等 。

森林生态系统类型复杂，形成多种独特的生态环境
。高大乔木宽大的树冠
，能保持温度均匀，变化缓慢。在密集林冠内 ，树干洞穴、树根隧洞等
，都是动物栖息场所和理想的避难所 。

许多鸟类在林中作巢，森林生态系统的安逸环境 ，有利于鸟类的育雏和繁衍后代
。森林有多种多样的种子 、果实
、花粉、枝叶以及各种幼嫩组织等
，都是林区哺乳动物和昆虫的食物。离开了森林食物或森林环境，森林生物多样性就难以保存 。

第三 ，森林生态系统稳定性高
。森林丰富的生物多样性造成生态系统高的稳定性。森林生态系统经历了漫长的发展历史
，形成了物种丰富 、群落结构复杂
、各类生物群落与环境相协调、群落中各个成分之间 、以及与其环境之间相互依存和制约，从而保持着系统的稳态 。

森林生态系统具有很高的自调控能力 ，能自行调节和维持系统的稳定结构与功能
，保持着系统结构复杂
、生物量大的属性。森林系统内部的能量、物质和物种的流动途径通畅，系统的生产潜力得到充分发挥 ，对外界的依赖程度很小
。

森林植物从环境中吸收其所需的营养物质，一部分保存在机体内进行新陈代谢活动
，另一部分形成凋谢的枯枝落叶，将其所积累的营养元素归还给环境。通过元素循环 ，森林生态系统内大部分营养元素不仅收支平衡
，还大量积累某些元素，如碳 、氮等元素来自大气 ，通过森林强大的光合作用
，不断储藏在森林活生物量或森林土壤中 。

第四，森林生产力高、现存量大
。森林具有巨大的林冠 ，伸张在林地上空
，似一顶屏障，使空气流动变小 ，微环境也变小。森林生态系统是地球上生产力最高
，现存量最大的生态系统，是生物圈的能量基地 。

据统计 ，每公顷森林年生产干物质是12.9吨，而农田是6.5吨
，草原是6.3吨
。森林生态系统不仅单位面积的生物量最高，而且生物量约16.8亿吨 ，占陆地生态系统总量18.52亿吨的90%左右。

森林生态系统是森林生物与环境之间
、森林生物之间相互作用
，并产生能量转换和物质循环的统一体系 。可分为天然林生态系统和人工林生态系统
。与陆地生态系统相比有以下特征： 生物种类丰富，层次结构较多 ，食物链较复杂
，光合生产率较高，所以生物生产能力也较高。在陆地生态系统中具有调节气候、涵养水源 、保持水土
、防风固沙等方面的功能 。

内容

森林生态系统分布在湿润或较湿润的地区 ，其主要特点是动物种类繁多
，群落的结构复杂，种群的密度和群落的结构能够长期处于稳定的状态
。

森林中的植物以乔木为主 ，也有少量灌木和草本植物。森林中还有种类繁多的动物 。森林中的动物由于在树上容易找到丰富的食物和栖息产所
，因而营树栖和攀缘生活的种类特别多，如犀鸟、避役 、树蛙
、松鼠、貂 、蜂猴
、眼镜猴和长臂猿等。

森林不仅能够为人类提供大量的木材和都中林副业产品 ，而且在维持生物圈的稳定、改善生态环境等方面起着重要的作用
。例如，森林植物通过光合作用
，每天都消耗大量的二氧化碳，释放出大量的氧 ，这对于维持大气中二氧化碳和氧含量的平衡具有重要意义。

又如
，在降雨时，乔木层 、灌木层和草本植物层都能够截留一部分雨水 ，大大减缓雨水对地面的冲刷
，最大限度地减少地表径流 。枯枝落叶层就像一层厚厚的海绵，能够大量地吸收和贮存雨水
。因此 ，森林在涵养水源
、保持水土方面起着重要作用
，有“绿色水库”之称。

组成

地球上森林生态系统的主要类型有四种，即热带雨林、亚热带常绿阔叶林 、温带落叶阔叶林和北方针叶林 。是陆地上生物总量最高的生态系统 ，对陆地生态环境有决定性的影响
。

第一产业与环境保护

具体来说
，本文包括以下内容:

事务

查询性能

用户和查询冲突

容量

配置

NoSQL 数据库

事务

事务可以观察真实用户的行为：能够在应用交互时捕获实时性能。众所周知，测量事务的性能包括获取整个事务的响应时间和组成事务的各个部分的响应时间 。通常我们可以用这些响应时间与满足事务需求的基线对比 ，来确定当前事务是否处于正常状态
。

如果你只想衡量应用的某个方面，那么可以评估事务的行为。所以
，尽管容器指标能够提供更丰富的信息，并且帮助你决定何时对当前环境进行自动测量 ，但你的事务就足以确定应用性能 。无需向应用程序服务器获取 CPU 的使用情况
，你更应该关心用户是否完成了事务，以及该事务是否得到了优化
。

补充一个小知识点 ，事务是由入口点决定的
，通过该入口点可以启动事务与应用进行交互。

一旦定义了事务，会在整个应用生态系统中对其性能进行测量 ，并将每个事务与基线进行比对 。例如
，我们可能会决定当事务的响应时间与基线相比，一旦慢于平均响应时间的两个标准差是否就应该判定为异常 ，如图1所示。

用于评估事务的基线与正在进行的事务活动在时间上是一致的
，但事务会由每个事务执行来完善
。例如，当你选定一个基线 ，在当前事务结束之后，将事务与平均响应时间按每天的小时数和每周的天数进行对比
，所有在那段时间内执行的事务都将会被纳入下周的基线中。通过这种机制，应用程序可以随时间而变化 ，而无需每次都重建原始基线；你可以将其看作是一个随时间移动的窗口 。

总之
，事务最能反映用户体验的测量方法，所以也是衡量性能状况最重要的指标
。

查询性能?

最容易检测到查询性能是否正常的指标就是查询本身。由查询引起的问题可能会导致时间太长而无法识别所需数据或返回数据 。所以不妨在查询中排查以下问题
。

1. 选择过多冗余数据

编写查询语句来返回适当的数据是远远不够的 ，很可能你的查询语句会返回太多列
，从而导致选择行和检索数据变得异常缓慢。所以，最好是列出所需的列 ，而不是直接用 SELECT* 。当需要在特定字段中查询时
，该计划可能会确定一个覆盖索引从而加快结果返回
。覆盖索引通常会包含查询中使用的所有字段。这意味着数据库可以仅从索引中产生结果，而不需要通过底层表来构建 。

另外 ，列出结果中所需的列不仅可以减少传输的数据
，还能进一步提高性能
。

2. 表之间的低效联接

联接会导致数据库将多组数据带到内存中进行比较，这会产生多个数据库读取和大量 CPU。根据表的索引 ，联接还可能需要扫描两个表的所有行 。如果写不好两个大型表之间的联接，就需要对每个表进行完整扫描
，这样的计算量将会非常大。其他会拖慢联接的因素包括联接列之间存在不同的数据类型、需要转换或加入包含 LIKE 的条件，这样就会阻止使用索引
。另外 ，还需注意避免使用全外联接；在恰当的时候使用内部联接只返回所需数据。

3. 索引过多或过少

如果查询优化没有可用的索引时
，数据库会重新扫描表来产生查询结果，这个过程会生成大量的磁盘输入/输出（I/O） 。适当的索引可以减少排序结果的需要
。虽然非唯一值的索引在生成结果时 ，不能像唯一索引那样方便。如果键越大
，索引也会变大，并通过它们创建更多的磁盘 I/O 。大多数索引是为了提高数据检索的性能 ，但也需要明白索引本身也会影响数据的插入和更新
，因为所有相关联的指标都必须更新
。

4. 太多的SQL导致争用解析资源

任何 SQL 查询在执行之前都必须被解析，在生成执行计划之前需要对语法和权限进行检查。由于解析非常耗时 ，数据库会保存已解析的 SQL 来重复利用
，从而减少解析的耗时 。因为 WHERE 语句不同，所以使用文本值的查询语句不能被共享
。这将导致每个查询都会被解析并添加到共享池中 ，由于池的空间有限，一些已保存的查询会被舍弃。当这些查询再次出现时
，则需要重新解析 。

用户和查询冲突?

数据库支持多用户，但多用户活动也可能造成冲突
。

1. 由慢查询导致的页/行锁定

为了确保查询产生精确的结果 ，数据库必须锁定表以防止在运行读取查询时再发生其他的插入和更新行为。如果报告或查询相当缓慢
，需要修改值的用户可能需要等待至更新完成 。锁提示能帮助数据库使用最小破坏性的锁。从事务数据库中分离报表也是一种可靠的解决方法
。

2. 事务锁和死锁

当两个事务被阻塞时会出现死锁，因为每一个都需要使用被另一个占用的资源。当出现一个普通锁时 ，事务会被阻塞直到资源被释放 。但却没有解决死锁的方案
。数据库会监控死锁并选择终止其中一个事务
，释放资源并允许该事务继续进行，而另一个事务则回滚。

3. 批处理操作造成资源争夺

批处理过程通常会执行批量操作 ，如大量的数据加载或生成复杂的分析报告 。这些操作是资源密集型的
，但可能影响在线用户的访问应用的性能
。针对此问题最好的解决办法是确保批处理在系统使用率较低时运行，比如晚上 ，或用单独的数据库进行事务处理和分析报告。

容量?

并不是所有的数据库性能问题都是数据库问题 。有些问题也是硬件不合适造成的
。

1. CPU 不足或 CPU 速度太慢

更多 CPU 可以分担服务器负载
，进一步提高性能。数据库的性能不仅是数据库的原因，还受到服务器上运行其他进程的影响 。因此 ，对数据库负载及使用进行审查也是必不可少的
。由于 CPU 的利用率时时在变，在低使用率
、平均使用率和峰值使用率的时间段分别检查该指标可以更好地评估增加额外的 CPU 资源是否有益。

2. IOPS 不足的慢磁盘

磁盘性能通常以每秒输入/输出操作（IOPS）来计 。结合 I/O 大小
，该指标可以衡量每秒的磁盘吞吐量是多少兆。同时，吞吐量也受磁盘的延迟影响 ，比如需要多久才能完成请求
，这些指标主要是针对磁盘存储技术而言
。传统的硬盘驱动器（HDD）有一个旋转磁盘，通常比固态硬盘（SSD）或闪存更慢。直到近期 ，SSD 虽然仍比 HDD 贵
，但成本已经降了下来，所以在市场上也更具竞争力 。

3. 全部或错误配置的磁盘

众所周知 ，数据库会被大量磁盘访问
，所以不正确配置的磁盘可能带来严重的性能缺陷
。磁盘应该适当分区，将系统数据目录和用户数据日志分开。高度活跃的表应该区分以避免争用 ，通过在不同磁盘上存放数据库和索引增加并行放置
，但不要将操作系统和数据库交换空间放置在同一磁盘上 。

4. 内存不足

有限或不恰当的物理内存分配会影响数据库性能
。通常我们认为可用的内存更多，性能就越好。监控分页和交换,在多个非繁忙磁盘中建立多页面空间 ，进一步确保分页空间分配足够满足数据库要求；每个数据库供应商也可以在这个问题上提供指导 。

5. 网速慢

网络速度会影响到如何快速检索数据并返回给终端用户或调用过程
。使用宽带连接到远程数据库。在某些情况下，选择 TCP/IP 协议而不是命名管道可显著提高数据库性能 。

配置

每个数据库都需设置大量的配置项
。通常情况下
，默认值可能不足以满足数据库所需的性能。所以，检查所有的参数设置 ，包括以下问题 。

1. 缓冲区缓存太小

通过将数据存储在内核内存
，缓冲区缓存可以进一步提高性能同时减少磁盘 I/O。当缓存太小时，缓存中的数据会更频繁地刷新
。如果它再次被请求 ，就必须从磁盘重读。除了磁盘读取缓慢之外
，还给 I/O 设备增添了负担从而成为瓶颈 。除了给缓冲区缓存分配足够的空间，调优 SQL 查询可以帮助其更有效地利用缓冲区缓存
。

2. 没有查询缓存

查询缓存会存储数据库查询和结果集。当执行相同的查询时 ，数据会在缓存中被迅速检索
，而不需要再次执行查询 。数据会更新失效结果，所以查询缓存是唯一有效的静态数据
。但在某些情况下 ，查询缓存却可能成为性能瓶颈。比如当锁定为更新时
，巨大的缓存可能导致争用冲突 。

3. 磁盘上临时表创建导致的 I/O 争用

在执行特定的查询操作时，数据库需要创建临时表 ，如执行一个 GROUP BY 子句
。如果可能，在内存中创建临时表。但是
，在某些情况下，在内存中创建临时表并不可行 ，比如当数据包含 BLOB 或 TEXT 对象时 。在这些情况下
，会在磁盘上创建临时表
。大量的磁盘 I / O 都需要创建临时表、填充记录 、从表中选择所需数据并在查询完成后舍弃。为了避免影响性能，临时数据库应该从主数据库中分离出来 。重写查询还可以通过创建派生表来减少对临时表的需求。使用派生表直接从另一个 SELECT 语句的结果中选择 ，允许将数据加到内存中而不是当前磁盘上
。

NoSQL 数据库

NoSQL 的优势在于它处理大数据的能力非常迅速。但是在实际使用中
，也应该综合参考 NoSQL 的缺点，从而决定是否适合你的用例场景 。这就是为什么NoSQL通常被理解为 「不仅仅是 SQL」 ，说明了 NoSQL 并不总是正确的解决方案
，也没必要完全取代 SQL，以下分别列举出五大主要原因
。

1. 挑剔事务

难以保持 NoSQL 条目的一致性。当访问结构化数据时 ，它并不能完全确保同一时间对不同表的更改都生效 。如果某个过程发生崩溃
，表可能会不一致
。一致事务的典型代表是复式记账法。相应的信贷必须平衡每个借方，反之亦然 。如果双方数据不一致则不能输入
。NoSQL 则可能无法保证「收支平衡」。

2. 复杂数据库

NoSQL 的支持者往往以高效代码
、简单性和 NoSQL 的速度为傲 。当数据库任务很简单时 ，所有这些因素都是优势
。但当数据库变得复杂，NoSQL 会开始分解。此时
，SQL 则比 NoSQL 更好地处理复杂需求，因为 SQL 已经成熟 ，有符合行业标准的接口 。而每个 NoSQL 设置都有一个唯一的接口。

3. 一致联接

当执行 SQL 的联接时
，由于系统必须从不同的表中提取数据进行键对齐，所以有一个巨大的开销
。而 NoSQL 似乎是一个空想 ，因为缺乏联接功能。所有的数据都在同一个表的一个地方 。当检索数据时
，它会同时提取所有的键值对
。问题在于这会创建同一数据的多个副本。这些副本也必须更新，而这种情况下 ，NoSQL 没有功能来确保更新 。

4. Schema设计的灵活性

由于 NoSQL 不需要 schema
，所以在某些情况下也是独一无二的
。在以前的数据库模型中，程序员必须考虑所有需要的列能够扩展 ，能够适应每行的数据条目。在 NoSQL 下
，条目可以有多种字符串或者完全没有 。这种灵活性允许程序员迅速增加数据
。但是，也可能存在问题 ，比如当有多个团体在同一项目上工作时，或者新的开发团队接手一个项目时。开发人员能够自由地修改数据库
，也可能会不断实现各种各样的密钥对 。

5. 资源密集型

NoSQL 数据库通常比关系数据库更加资源密集
。他们需要更多的 CPU 储备和 RAM 分配。出于这个原因，大多数共享主机公司都不提供 NoSQL 。你必须注册一个 VPS 或运行自己的专用服务器。另一方面 ，SQL 主要是在服务器上运行
。初期的工作都很顺利
，但随着数据库需求的增加，硬件必须扩大。单个大型服务器比多个小型服务器昂贵得多 ，价格呈指数增长 。所以在这种企业计算场景下
，使用 NoSQL 更为划算，例如那些由谷歌和 Facebook 使用的服务器
。

农业生态系统与农业环境保护

一、农业生态系统概念

1 、农业生态系统

农业生态系统 ，是指在一定地域内
，人类利用农业生物与环境之间以及生物种群之间相互作用建立的，并按照人类的社会经济需求进行物质生产的有机整体。它介于自然生态系统与人工生态系统之间 ，是一种被人驯化了的半人工生态系统 。人类是农业生态系统的重要组成部分
，又是系统的调控者
。农业生态系统中的生物除了人之外，主要是经过人工驯化的农用作物
、林果木、畜禽 、鱼类和农用微生物等 ，还有与这些农用生物有密切关系的杂草
、害虫和病原菌。各种不同的农业生物群体与一定的地理气候、土壤环境相联系，在社会经济技术条件下
，形成各种不同组合形式，不同发展阶段农业生态系统类型 。

2 、农业生态系统的基本组分

（1）生物组分：农业生态系统的生物与自然生态系统一样 ，可以分成以绿色植物为主的生产者
，以动物为主要的大型消费者和以微生物为主的还原者（分解者）
。然而在农业生态系统中占据主要地位的生物是经过人工驯化的农用生物，如农作物
、家畜、家禽 、家鱼、家蚕等 ，以及与这些农用生物种类和数量密切的生物类型
，最重要的大型消费者是人类。

（2）环境组分： 农业生态系统的环境组分包括自然环境和人工环境组分 。自然环境组分是从自然生态系统继承下来的，但已受到人类不同程度的调控和影响；人工环境组分包括各种生产
、加工、贮存设备和生活设施等 ，它通常以间接的方式对农业生物发生影响
。

3 、农业生态系统的基本结构

（1）环境和物种结构：在不同区域
，农业生态系统由比例不同的各种地貌类型构成，山水
、田地面积差异很大 ，相应的生物种类及其数量关系也不同。人们不但可以通过修水库、挖鱼塘 、筑坝围田等方式改变系统的环境结构
，还可以通过引种和选育方式调整农业的物种结构 。

（2）空间结构：空间结构包括水平结构和垂直结构两个方面。

农业生态系统的水平结构，是指农业生物种群在空间的水平变化
。这是因为环境组分可因地理位置原因形成纬向或经向的水平渐变结构 ，也可因社会原因形成同心圆式的水平结构，农业生物组分也随之形成相应的条带状或同心圆式的水平分布。其他非地带性因子的作用会使生物形成种类镶嵌分布 。生物个体间会形成均匀分布
、团块分布和随机分布的各种水平结构格局
。

垂直结构又称立体结构
，是指生物在空间的垂直分布上所发生的变化，即生物的成层分布现象。环境因子可因山地高度、土层和水层深度变化形成垂直渐变结构 ，不同的垂直环境中有不同的生物类型或数量 。如果环境条件好
，生物种类复杂，则系统的垂直结构也复杂 ，反之
，环境条件恶劣，生物种类简单 ，垂直结构也简单
。

在生物群落中
，不同物种可配置不同形式的立体结构。正是由于农业生态系统垂直结构，才保证了农业生物更充分地利用空间和环境资源 ，并取得了显著的生态效益和环境效益 。

（3）时间结构：环境因子随着地球自转和分转而产生时间变化
，形成光 、热
、水、湿等因子的年节律和日节律，生物组分也形成了与之相适应的节律 ，表现出不同的时相
。所以在安排农业生物品种的种养季节时，必须充分考虑到这些时间节律。同时这些时间上的差异
，也是适时实施农艺措施的重要依据 。

（4）营养结构：不同生物间以营养关系为纽带，把生物组分和环境组分相互紧密地 、错综复杂地联结起来的结构 ，称为营养结构
。每一个农业生态系统都有其特殊的
、复杂的营养结构关系
，能量流动和物质循环都必须在营养结构的基础上进行。一般农业生态系统中的多种生物按营养关系顺序从植物到草食动物再到肉食动物排列 。人类可根据农业生物的遗传、生理 、解剖和生态特性，通过营养关系 ，将农业生物成员联结成多种链状和网状营养结构。

二、农业生态系统的经济特征

农业生态系统是人工生态系统
，与自然生态系统一样，不仅具有地域范围
、生物群落与自然环境相统一 ，生物环境组分之间的能量及物质交换等自然特征
。同时
，农业生态系统还具有经济特征。

1、农业生态系统是人类投入各种农业资源进行农业生产的产物

农业生态系统是人类为一定生产目的而进行经济活动的产物 。人类为了维持生活，在一定环境条件下 ，投入各种资源进行植物栽培和禽畜饲养
，以取得必须的食物，这样就形成农业生态系统
。它是人类为着一定的经济目的而创造的。这种经济目的以需要和可能为基础 ，有了经济目的，就根据当地的具体资源条件
，按照自然规律和经济规律进行资源组合，决定采用最有利的农业技术和经济措施 ，建立合理的模式
，并按计划执行，经过一定时期 ，最终将建成一个按人类设计而实现的农业生态系统 。

农业生态系统在人类投入各种农业自然资源而形成后
，并非一劳永逸，而必需不断努力 ，不断进行调控和管理
，并投入资源才能继续存在
。农业生态系统的一个突出特点是生物的自然再生产与人类有目的的经济再生产交织在一起。

在农业生态系统内，必定有一种或几种植物或动物是主要劳动对象 ，这些动植物生长 、发育
、乃至成熟达到可供人类消费之时
，便完成经济生产过程 。在这一过程中，人类投入各种农业资源
。如果人类要取得第二次收获 ，就必须再投入各种资源，才能进行经济再生产。从生态学的观点来看
，就是人类必须对农业生态系统继续进行控制，系统的能量转化和物质循环才能保持下去 。

2、农业生态系统的功能由人类经济活动所决定

农业生态系统的功能 ，是指能量转化和物质循环的效率
。投入农业资源越少
，产出的产品数量越多 、质量越好，则其转化效率越高 ，农业生态系统的功能就越好。因此
，农业生态系统功能的好坏，是人类干预和调控的结果 。这种对系统的干预
、调控和管理 ，实际上是投入农业资源的经济活动。各种资源投入的数量、时间和方式的合理程度
，直接影响到农业生态系统的功能
。农业生态系统是由环境 、植物
、动物和微生物四个基本要素构成，人类对系统的控制及改善功能的活动也是针对这四方面进行。

（1）对环境的干预：自然环境诸要素中 ，人类对光和热的性质和强度尚不能加以改造 。为了增加能量转化的效率
，只有设法改良品种以提高农作物的光合作用性能，或提高作物的耐寒或耐热能力 ，以适应这一地区的光热条件
。人类对环境的干预主要表现在：合理利用光热条件，控制利用水资源
，营造防护林带（防风、防沙），植树造林（改良小气候）。

（2）对植物的干预：在生态系统中 ，植物是生产者 。但在同一系统中的不同植物种类
，对人类有不同的经济价值，因而对农业生态系统的功能产生不同的影响
。例如各种农作物 、杂草和野生植物在生态系统中都能进行光合作用 ，起着生产者的功能。但是农作物可以给人类提供各种植物性农产品
，而杂草和野生植物则是人类进行作物栽培的障碍 。人类除保护农作物和促进其生长发育外，还通过选育种改良其经济性状 ，使其更符合人类的要求
，产生更大的经济价值
。人类对植物的干预主要表现在：改良作物品种，改善耕作制度 ，合理安排作物布局
，防治病虫害，根外施肥。

（3）对动物的干预：动物在生态系统中是消费者 。同植物一样 ，在系统中的不同动物种类对人类有不同的经济价值，因而对农业生态系统的功能有不同的影响
。各种家禽家畜
、害虫、有害的细菌 、寄生虫及有害兽类在生态系统中都是一级、二级或三级消费者
，但是家禽家畜可以给人类提供畜禽产品，而其他有害动物则是作物和家禽家畜的危害者。所以人类把家禽家畜作为劳动对象 ，采取各种措施使其正常生长发育
，并改良家禽家畜的经济性状，为增加产蛋
、产奶 ，提高屠宰率
，提高饲料消化率等等，以创造更大的经济效用 。而对有害的动物 ，则设法加以控制和消灭。人类对动物的干预主要表现在：改良禽畜品种
，改善饲养环境，合理饲料配方 ，控制配种时间
，防疫治病等
。

（4）对微生物的干预：微生物在生态系统中是分解者。土壤中的细菌和真菌使植物残体、动物排泄物和尸体分解，其分解物重新回到物质循环系统 ，这是再循环运动的物质基础，也是进行经济再生产的重要条件 。人类对微生物的干预是通过改善环境的透气性 、调节土壤温度和增加有机质等措施
，使其有利于微生物的活动和繁殖，促进分解作用 ，以提供植物所必需的养分
。人类对微生物的干预主要表现在：合理耕作
，合理施肥，秸杆回田 ，水土保持
，合理排灌等。

农业生态系统基本成分的物质循环关系模型

上述无生命成分（无机环境）
、生产者（绿色植物）、消费者（动物）和分解者（微生物）四个营养单元，也即四种成分 ，在能量获得方式和在物质环境中各以独特的作用
，相互影响 、相互依存，并通过复杂的营养关系紧密结合为一个整体 ，成为自然界的基本功能单元 。它们之间的关系可用图4－3 的模式表示
。

可见
，农业只有通过一定的系统结构，结合当地资源的特点 ，研究最适当的结构体系和转化控制技术系统，才能求得最佳的转化效率。

3
、农业生态系统的价值流

能量转化与物质循环是农业生态系统最重要的特征
，是研究农业生态系统的核心问题 。

能量和物质在生态系统中的运动叫做流，称为能量流与物质流
。在能量流和物质流的运动过程中 ，植物通过光合作用合成有机物
，并固定和贮存起来，使植物得以生长、发育和繁殖。植物这种固定和贮存的运动环节 ，在生态学中称为植物库 。同样
，动物以植物为食料，把植物的能量和物质吸收 、固定并贮存在动物体中 ，称为动物库
。植物和动物残体和排泄物回到土壤接受微生物的分解
，成为植物可吸收的养分，称为土壤库。植物库
、动物库和土壤库与能量流及物质流是互相依存的 ，在运动中相互联系
，构成生态系统的特征 。

人类利用农业生态系统中流和库的循环运动，生产各种植物和动物性农产品 ，这是从事农业生产的目的。从经济的观点来看，这些农产品都是物质财富
，都是有使用价值的
。所以在农业生态系统中伴随着能量流与物质流的运动还有价值流。

价值流是以价值形式体现能量转化和物质循环的生态系统运动，它是农业生态系统中的重要经济特征 。农业生态系统的能量转化和物质循环的经济成果是创造使用价值 ，这正是农业生产投入各种农业资源取得植物性和动物性产品的过程
。价值流与能量流及物质流是互相交织、同步进行的。价值流就是能量转化和物质循环过程中以潜在使用价值与实在使用价值的形式交替转化而成的 。所谓潜在使用价值
，就是农业生态系统中尚未能供人类直接消费的各种组成成分，包括生物部分的种苗 、种子和微生物 ，以及非生物部分的光
、热、水 、气和土壤养分等
。在未经植物光合作用合成有机物之前
，人类是不能利用这些成分来满足生活需要的（某些种苗、种子在性质上可供人类消费，但在经济上不可取）。但没有这些成分 ，绿色植物也无从合成有机物 。所以
，农业生态系统这些组成成分具有潜在使用价值的性质
。随着植物的光合作用不断吸收
、转化、固定 、贮存和积累环境中的能量和物质，潜在使用价值也不断同步增长和变化。及至植物发展到“可供人类使用的形态 ” ，也就是成为可供人类食用的植物性农产品
，潜在使用价值就变成可满足人类需要的实在使用价值 。至于动物性农产品，则是在农业生态系统中 ，家禽家畜利用植物性的潜在使用价值（人类不能直接消费的秸杆
、杂草等）和使用价值（人类可以食用的谷物等）作饲料，从一种已形成的潜在使用价值及使用价值
，转化为另一种形式的使用价值
。人类消费这些植物性或动物性的使用价值之后，其残渣及排泄物又成为潜在使用价值。这就是价值流的全部过程 ，也是能量和物质转换的过程 。

同能量和物质可以固定和贮存于植物和动物体内而成为植物库和动物库一样
，潜在使用价值和使用价值也贮存于植物库和动物库之中，也就是说可供人类消费的农产品 ，只能从植物库和动物库中取出来。因此
，要获得高产，就要使植物库和动物库贮存尽可能多的使用价值
。而要达到此目的 ，又必须提高农业生态系统的能量转化和物质循环的效率。

4、农业生态系统的能量与物质的输出和输入是商品交换所造成的

由于各地的资源条件不同
，经济 、社会和政治情况各异，随着社会发展 ，造成生产上的地区分工 。各地都根据各自的条件
，生产成本最低，产量最高 ，质量最好的产品，这是任何市场经济必须遵循的经济规律
。既有生产上的分工
，就必须有商品交换。现代农业生产的产品有相当一部分不是在当地使用，即不是在生产这些产品的农场或生产单位消费 ，而是作为商品运销到其它地方 。经济越发展的国家和地区
，农产品的商品率就越高
。在经济发达国家的农场，其产品几乎全部都商品化 ，而且销售市场不限于本国
，国际农产品贸易额与日俱增。

农业生态系统是在一定地域范围内建立起来的 。即使它的范围很大，也不能避免农产品作为商品流出系统之外
。所以在现实商品交换的社会里 ，农产品广泛和频繁地在各地进行交换。而农产品是在农业生态系统内由能量转化和物质循环而生产出来的
，农产品本身贮存有一定数量的能量和物质，农产品作为商品流出本农业生态系统外 ，也就是将一定数量的能量和物质输出系统之外 。农产品外流越多
，能量与物质输出就越多
。在进行经济再生产时，如果不从系统外输入相应数量的能量和物质 ，农业生态系统就会失去平衡，能量转化和物质循环的功能就受到影响。这种情况在自然生态系统中是不会发生的
，但在以商品生产为主的农业生态系统中则是必然的现象 。所以输入适当数量的能量和物质，以保持农业生态系统的平衡 ，是人类对系统的控制和管理的重要措施。

输入能量和物质最常用的方法是：对土壤施用各种有机和无机肥料
，使土壤库中的养分保持收支平衡；对植物施用农药，以防治病虫害 ，使农作物正常生长发育；对田地施用除莠剂
，以抑制和消灭杂草，保证农作物的生长不受妨碍；输入各种饲料 ，以保证家禽家畜有足够食料
，特别是以禽畜饲养
、养鱼或饲养其他动物为主的生产单位，输入商品饲料是不可避免的；对动物使用各种预防或治疗疾病药物；尽量满足生产过程中运输、抽水 、喷药及农田基本建设等工作所必需的石化能源或电力；在整个生产过程各项工作都进行活劳动投入
。

至于输入能量与物质的数量
、种类、时间 、方法等如何才能合理 ，即既不能浪费
，又不能影响农业生态系统的功能，则必须借助农业科学技术和农业技术经济知识 ，按具体情况作出决定。

（三）应用农业生态系统理论合理利用农业资源

1
、应用生物与环境相统一的原理，处理农业资源改造与适应的关系

人类建立农业生态系统和继续维持它的存在
，都需要投入各种农业资源，有些农业资源可以不需要改造便可投入农业生产 ，阳光、降水 、土壤等 。有些自然条件如太阳辐射、温度
、风速等人类仍未能加以大范围改造
，但有些农业资源如土地资源、水资源 、生物资源等人类可在某种程度上加以改造，使其对农业生产发挥更大的作用
。这种改造自然资源的活动 ，就是对生态系统的调控和干预
，使生态系统中的环境与生物群落更为协调，以提高整个系统的功能。但是 ，人类对生态环境的改造要考虑技术上的可行性
，经济上的可能性，生态上的合理性 ，所以能改造就改造
，不能改造就千方百计地适应，这是一条生态经济原则 ，这一原则的主导方面是改造 。

2
、应用能量转化与物质循环理论，处理农业资源利用与保护的关系

农业资源可以更新
，但是利用不当即遭破坏
。利用资源是为了生产，使农业生态系统得以正常运转；保护资源是为了继续更好地利用 ，使农业生态系统的功能越来越高。从生态学的观点来看
，资源利用与保护结合是关系到农业生态系统的存在与发展的问题 。从经济学的观点来看，则是当前利益与长远利益相结合的问题
。

怎样应用能量与物质转换原理将资源利用与保护相结合呢？①利用农业资源只是利用这潜在的生产能力 ，这种潜在生产能力就是资源所蕴藏的能量或物质；②利用资源必须考虑保持其更新能力
，使其在农业生态系统中可以继续不断地起作用；③资源利用与保护必须全面考虑，不能顾此失彼。

3、应用流和库的理论 ，处理农业资源利用与农业生产的关系

①农业生态系统中的流和库是伴随着能量转换与物质循环而产生的；②尽可能增加植物库的积累；③尽可能增加动物库的积累；④尽可能提高农作物和家禽家畜的经济性状 。

4 、应用生态食物链理论
，处理农业资源与耕作制度的关系

能量和物质被绿色植物吸收利用转化为有机物，便成为草食动物的食料 ，而草食性动物又是其他肉食性动物的食料
，形成生态食物链的关系
。

农业生态系统食物链的每一个环节，都贮存着能量和物质 ，亦即具有满足人类需要的使用价值，食物链每增加一个环节
，就增加一种使用价值。因此，在组织生产过程中 ，尽可能增加农业生态系统的食物链环节
，便可多次增值，创造更多的使用价值 。但是 ，增加食物链的环节
，人类不能随心所欲，而应根据资源条件和农业生态系统的具体情况及人类需要来进行

截取一些 ，自己写才是最好的！！！

关于“森林生态系统包括地球上的全部()以及他们所生活的环境中的全部()
”这个话题的介绍
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