1、1农业生态学（An Introduction to Agroecology)王松良 博士 农业生态学农业生态学（AgroecologyAgroecology）【总学分】3【总学时】75学时Teaching group membersEmail:claude.caldwelldal.caMs Shannon KilyanekEmail:skilyanekdal.ca 王松良王松良 农学博士农学博士,教授教授 E-mail:E-mail: Tel:Tel:87645506(0)(0)课程简介 农业生态学是介绍农业生态系统的结构与功能的学科.而农业生态系统则是人参与下的自然与社会系统的共同部分,以农
2、业生产为手段,以食物生产为动力的综合系统.农业生态学综合动植物科学、农业工程技术和土壤科学，提供一个系统的视野。教学目的 了解农业生态系统的组成、特征与问题；了解农业的生态学功能;应用生态学原理实现农业可持续发展机制与技术方向.Making money and respecting the environment!课程特点 本课程学习本课程学习与各自专业课学习有所不同 跨专业、跨学科跨专业、跨学科 要涉足经济学、社会学、农业科学生态学、信息科学 等多个学科 少走很多弯路，提高效率少走很多弯路，提高效率 问题在于：如何看清如何看清“可持续可持续前前沿沿”？教学内容与成绩评估课程大纲Section
3、 I-IntroductionSection II-Components and Processes of Agro-ecosystemsSection III-Ecological Interactions and Anthropocentric ProblemsSection IV-What Now?SectionIIntroduction Scopeandobjectivesofthiscourseandevaluationmethods Whatisagriculture,ecology,ecosystems,agro-ecosystems?Naturalecosystemsvs.Pe
4、ople-centredecosystems.WhatisAgro-ecology?Agriculture:Isthisagoodidea?Makingmoneyandrespectingtheenvironment Communicationskillsandlibraryuse Section II-Components and Processes of Agro-ecosystemsEnergy and matter in the agro-ecosystem Agroclimate,crop diversity and adaptation,accessing resources Cu
5、ltivated soils and living organisms Soils:Natural and managed Soil carbon cycle and the role of soil organisms in the carbon cycle Nutrient cycling in soil Section III-Ecological Interactions and Anthropocentric ProblemsLand preparation Manures and composts Manures:Green and brown Compost-Making and
6、 using it Erosion and soil degradation:Keep your soil covered Sustainable Production systems Domestic livestock systems Vegetable production systems:tropical and temperate Forages for dairy and beef Cereals for flour and meat Potato production Introduction to aquaculture systems Orientation to herbs
7、,aromatic and medicinal crops Greenhouse and nursery production Environmental horticulture and the green industry Section IV-What Now?The efficiency of feeding animals for human food:Food versus feed Energy flow in agro-ecosystems Animal welfare:A good life for animals Pesticides in agriculture and
8、the environment Genetically modified crops:Present and future Integrated pest management Agricultural ecosystems re-visitedAgro-ecologySchedule Monday(8:00-9:30)Introduction to the course;goals,process and evaluation;use of webCt;assignsupermarketexercise if it has not already happened.Tuesday(8:00-
9、9:30)What is agriculture,Ecology,ecosystems and agro-ecology?Communication skills,references and citations;assign paraphraseexercise Wednesday(8:00-9:30)De-brief the supermarketsurvey;Making money and respecting the environment Thursday(9:55-11:25)Debrief paraphraseexercise;Introduction to the NSAC
10、library;libraryassignment;Friday(2:00-3:30)Economicplantsoncampustour Monday(8:00-9:30)De-brief tour;Energy and matter in the agro-ecosystem Tuesday(8:00-9:30)-Agro-climate and crop adaptation;Introduction to soils Wednesday(8:00-9:30)Soilstypesandtextureexercise Thursday(9:55-11:25)De-brief soils e
11、xercise;(listen to Miller soils lecture plus discuss);procedureforcompletingthecoursebydistanceonwebCt.引言引言 “三农三农”难题与农科教育任务难题与农科教育任务现代农科及其教育体系之缺陷现代农科及其教育体系之缺陷农学学科及其教育体系再构农学学科及其教育体系再构 -融合融合农业生态学农业生态学与与乡村生态学乡村生态学之意义之意义结语结语 Todaysfocus:whyAgroecology希腊亚里士多德亚里士多德：哲、美、数、生、医 汉代张衡张衡：天、地、文、史、医 波兰哥白尼哥白尼：数、天、
12、法、医 北宋沈括沈括：天、数、地、医、植、政 意大利达芬奇达芬奇：画、工、地质、物理、空气动力、医、生 明代徐光启徐光启：几、农、政 瑞典诺贝尔诺贝尔：电化、化工、炸药、机、铸铁、生、医、文学。科学家 发明家 企业家 慈善家历史学人：历史学人：“究天人之际，通古今之变究天人之际，通古今之变”周易周易：“观乎天文以察时变，观观乎天文以察时变，观乎人文以化天下乎人文以化天下”信息学信息学至少：精通一门，触类旁通至少：精通一门，触类旁通知识积累有限知识积累有限社会敬重博学多才的人社会敬重博学多才的人教育制度有保证：如孔子教教育制度有保证：如孔子教“六艺六艺”十六七世纪科技革命前，中西方教育基本十六七
13、世纪科技革命前，中西方教育基本上都是文理并重，甚至文科还更重些，博雅上都是文理并重，甚至文科还更重些，博雅（liberaleducation,通识）教育有保证通识）教育有保证.然而然而现代学术：文理分立，学科微分，隔现代学术：文理分立，学科微分，隔行隔山行隔山十六七世纪：科技革命、产业革命，社会分工现代科学分化与教育分科：越分越细，越钻越深；大学分科、分系、分专业，教学资源集中、效率高、优势突出现代自然科学的三个层次：现代自然科学的三个层次：基础科学基础科学技术科学技术科学应用科学应用科学现代自然科学的四大门类现代自然科学的四大门类理：基础科学理：基础科学工：工程科学工：工程科学农：农业科学农
14、：农业科学医：医学科学医：医学科学现代科学的网状结构：现代科学的网状结构：边缘科学边缘科学横断科学横断科学综合科学综合科学文科中，长于政治的未必长于经济文科中，长于政治的未必长于经济 长于经济的未必长于文学长于经济的未必长于文学理科中，理、工、农、医，互不串行理科中，理、工、农、医，互不串行医科中，内、外、妇、儿，各不相同医科中，内、外、妇、儿，各不相同 甚至擅长看眼底病的医生不一定会看眼皮病甚至擅长看眼底病的医生不一定会看眼皮病结果是-Therapeutic intervention！而且政治骚扰政治骚扰：“最是高天寒不测，叹年华虚掷莫须有”社会诱惑社会诱惑：电视、电脑、网络;吃、喝、嫖、赌
15、、抽、坑、蒙、拐、骗、偷而且科学与教育伦为政治的附庸王维洛：科学成为政治的婢女王维洛：科学成为政治的婢女结果更是长江上游大面积的森林遭到砍伐，致使每年数百万吨的表土流失，这也是中下游河道淤积、洪涝频繁发生的主要原因之一 自然科学发展带来资自然科学发展带来资源破坏，生态失衡、源破坏，生态失衡、环境污染环境污染 科学技术发展并没有科学技术发展并没有消除贫富差别和道德消除贫富差别和道德沦丧沦丧 甚至出现了核威胁和甚至出现了核威胁和多种高技术恐怖事件多种高技术恐怖事件 昔日碧波荡漾、商船云集的江南水道，如今却处处堆满生活垃圾。“守着长江没水喝”，在很多地方已成为不争的事实.2006年：福州闽江洪塘大桥
16、附近一个江心洲上的金山寺被洪水包围沿江工业污染，是长江所面临的又一大威胁“三农三农”难题就是诸多问题的焦点难题就是诸多问题的焦点引言引言 “三农三农”难题与农科教育任务难题与农科教育任务现代农科及其教育体系之缺陷现代农科及其教育体系之缺陷农学学科及其教育体系再构农学学科及其教育体系再构 -融合融合农业生态学农业生态学与与乡村生态学乡村生态学之意义之意义结语结语 Todaysfocus:whyAgroecology北京 国家大剧院：世界最大的穹顶建筑温铁军：幸福的城市都是一样的！北京 国家体育场南京 朗诗城市广场：建筑面积约21万平方米，主楼建筑高度为228米，总投资近20亿元.jpe南宁 地王
17、国际：总高度276米。已封顶上海 世茂国际广场：上海浦西第一高楼，总建筑面积14万平方米，主体建筑高达333米武汉 天兴洲长江大桥：世界最大公铁两用桥，下层为可并列行使四列火车的铁道，总投资约110.6亿元人民币长江 黄河温铁军：不幸的农村各有各的不幸！温铁军：不幸的农村各有各的不幸！1.冷暖相依 2.土地之爱 3.城管走后 4.王致中 王致中，17岁，在贵州以背煤为生。一筐煤40公斤，从煤坑向上爬100米，然後再走1000米山路，挣1元人民 5.拾荒者（母亲是这样老去的?6.同在一片天空下，他们的孩子长大后又是一种什么的景象?7.我们终于可以读书了，我们高兴了，爷爷却哭了 强弱对话 2003
18、年10月16日10时20分许，代义泉驾驶装载大葱的农用四轮车，行至哈尔滨人才开发交流中心人才市场门前时，与被告人苏秀文同向停靠在道路南侧的牌照为黑AL6666号宝马车左侧倒车镜相刮。我们离农民有多远我们离农民有多远?我们有八亿七千万农民,我们应该想一想，我们的路，应该怎样走，才不会离他们越来越远。三农难题Ruraleconomy:economicpolicystemmingfromlongtermRural-UrbanDividemakestraditionaltheoryof(agricultural)economicsineffectiveforRuralChinaRuralenviron
19、ment:theurgentcontradictbetweenruralpopulationandlandresourceconsolidatestheideologyofNatureandSocietyDualismRuralsociety:hugepopulationburdenanddoubleDualisticsocietiesecologicallyandeconomicallyleadstomulti-pressuresinfood,economyandenvironmentandeducationinterwovenplight 人口爆炸：世界人口增加状况表表1 世界人口增加状况
20、世界人口增加状况 人口爆炸：中国人口增加状况 表表2 中国人口增加状况中国人口增加状况实施计划生育后的中国人口实施计划生育后的中国人口人口爆炸的特点之一人口爆炸的特点之一第三世界人口增长过快 年份 世界总人口 发展中国家 发达国家 1950 25亿 17亿（68）亿（32）1983 46亿 34 亿（74%）12 亿（26%）2000 61亿 48 亿（79%）13 亿（21%）中国现有土地面积居世界第三位，但人均资源却十分有限。人均耕地一点五九亩，仅占世界人均耕地的百分之四十三，不到美国的六分之一，俄罗斯的八分之一，加拿大的十五分之一。中国以不到世界百分之十的耕地，养活了世界近百分之二十二的
21、人口。粮食短缺 表3 单产和耕地面积在增加粮食生产中的贡献（%）年代 14801770 17701850 19141957 19571985单产增长 42 47 2445 119耕地面积扩大 58 53 7655 -19耕地减少世界：沙化2000万hm2,city700万hm2中国：7001000万hm2经济经济自然自然社会社会TripleBottomLineofscience农科教育的任务价值观：让农民溶入资本1.不能忘记中国国情：中国8亿农民，经不起边缘化。（多收了三五斗）要以大部分人的福祗为重。2.农民为市场生产，已被资本卷入现代化、全球化的循环中。但还没有在资本中找到真正适合他们的位置
22、。3.不能一味保护小农。扁平化的自耕农。资本不仅仅是钱。它包括了技术、信息，它改变人的思想方式，改变人的生产方式，它把农民从土地里拉起来，参与到资本的循环里去。对于有特殊文化意义的经济，比如少数民族的游牧经济，精耕细作的梯田，我们是有必要去保护的。但那是因为他们的价值不在农产品，而在文化上。EnvironmentEcosphereSociety-AllHumanActionNestedTripleBottomLineofscienceReligionEducationArtsandCulturePoliticsEconomicsScienceandTechnologyHealthcareCom
23、munication引言引言 “三农三农”难题与农科教育任务难题与农科教育任务现代农科及其教育体系之缺陷现代农科及其教育体系之缺陷农学学科及其教育体系再构农学学科及其教育体系再构 -融合融合农业生态学农业生态学与与乡村生态学乡村生态学之意义之意义结语结语 Todaysfocus:whyAgroecology对农业内涵与功能的重新审视 -“science or practice of cultivating the soil and rearing animals”(Oxford Dictionary)；-“国民经济的基础，是人民生活资料重要来源，是工业原来的重要来源，农产品是国家出口创汇的重要
24、物资”等等。（农学教材）；-“栽培农作物和饲养牲畜的生产事业，包括林业、渔业和农村副业等”。（现代汉语词典）。农业的生态功能 农业本质上依赖太阳辐射、土地、大气和水等来自自然的初级资源的生物学转化食品的过程，应视为实现人类利益与自然平衡的接口（Tivy,1990）。日本、澳大利亚加拿大、欧盟相继提出发挥农业生态的功能，并投入大量资金研究，应用现代工程、生物和信息技术实现农业的多功能（multi-functionality），提出“无害农作（Farming without harming）”的新目标（EurAqua,1998）1999年法国颁布农业指导法提出“多功能农业”突出农业的生态功能，强调
25、农业不仅是一个产业，而且与国土统治、动植物相关、生态化息息相关（姜亦华，2003）对农业技术的反思 从农耕社会建立伊始人类拿起第一把锄头，就给自然无穷的的破坏，使“天苍苍，野茫茫，风吹草地见牛马”绿色草原变成白色沙漠、孕育文明的“母亲河”变成黄河、树木参天的绿色高原变成黄土高原（王松良等，1999）。1962年美国海洋生物学雷彻尔.卡逊的寂静的春天对农业化学杀虫剂对自然生态环境毁灭性的破坏的暴露，引发了全球性环境保护和环境科学的革命 Technologies Domestication Crop(and livestock)domestication largely through the c
26、ontrol of seed shattering,selection and breeding.Farmingsystems Such as terracing,agro-forestry,multi-cropping system,etc.Watermanagement Highly-efficient irrigation and water management technologies involving canals,tanks,and terraces,etc.Watermechanization Chinese invented hydraulic engineering an
27、d water wheels that increased yields and allowed the cropping of new land and the irrigation of old land.New products New products Plants species and crop cultivars were spread worldly and exploited in multi-functions,such as Chinese medical plant,each period of collection led to massive food produc
28、tion increases.NewGenetics The rediscovery of Mendels Laws in 1900 led to an explosion in plant breeding in Europe and North America including the development of hybrid maize.In time these advances also led to the recent biotechnological revolution in agriculture.Externalinputs The theories of von L
29、iebig on plant nutrition spun off the use of chemical fertilizers in agriculture.The commercialization of 2,4-D in 1945 symbolized a new era of pesticide inputs as the way to control pests.Together these two inputs reinforce the Man conquers Nature era of agricultural research.GreenRevolution The de
30、velopment of dwarf wheat,corn and rice in south-east Asia capable of withstanding lodging even with heavy fertilizer inputs,yield increase in great extent.WhatNext?More high-technologies-more commercial-More energy input-natural degradation-Farmer poverty-food security&safety-less sustainability.Ide
31、ology：Five points of wrong Agriculture Wrong beginningsWrong beginningsWrong goals Wrong goals Wrong focusWrong focusWrong time-frameWrong time-frameWrong genderWrong genderWrongbeginnings Green Revolution:there is a general feeling that despite an important increase in the productivity of some impo
32、rtant crops,greater yields and other negative effects could have been avoided if the emphasis had been placed upon the development of livelihood system strategies;Wronggoals The understandable desire to increase grain yield blinded the system to other needs and led scientists to equate yield with nu
33、trition;short-term gains with long-term stability;and yield improvement over farm improvement.Wrongfocus Emphasizing plant genetics over almost everything else,dubbing“wild”species incorrectly for food security.The broader picture of livelihood systems,soil management,landscape,biodiversity are lost
34、 from the view and undermined from the start.Wrongtime-frame The specialization strategy focusing on single commodities and identifiable problems encourages quick fix technical solutions from agro-sciences for the short term,undermining in many cases the sustainability in the long term.Wronggender A
35、lmost everyone else began assuming that men and farmers were synonymous.For twenty years they have preached to(partially)the wrong gender.Now,recognizing the central role of women in food production,the-male-dominated research system is still slow to adjust its strategy.-inequality for people inside
36、 agroecosystem 学科Disciplines(majors)in Chinese Agronomy college Crop cultivationPlant genetics and breeding Plant protection(pesticide)Soil sciencesPlant nutrition(agrochemistry,fertilizer)Plant biotechnology(GMO).the Five Blind Men Guessing an the Five Blind Men Guessing an ElephantElephantbedturni
37、pdustpanpillarrope“Farmerhaveproblemsanduniversityhavedepartments”(Lieblein&Francis,2002)BecausecoursearegenerallydesignedtocovertheinformationinspecificportionofestablisheddisciplinesEach suffers from the same handicap(each in a specific discipline),and each approaches a different part of the Eleph
38、ant(specialization).“We live in era of specialists”(Riches,2002),being good at so called“Therapeutic intervention”,but a tiny error makes a magnitude differences”(Chinese idiom).Such teaching and research threatens the realization of Sustainable Agriculture(MacRae et al.,1989;Ison,1990)Deforestation
39、 for expanding crop landAnimal farm in chinaoh！dont eat this,it is poisonous!Total synthetic fertilizer input in agriculture(1105t)CdPbHgAspesticidePAHNO2-.妈咪，我要吃！哇！好吃！嗨！有毒别吃！吃了你会变成 食品从作物的栽培、收获、储存、加工、运输、销售、食品从作物的栽培、收获、储存、加工、运输、销售、烹调直至使用，经过的环节多烹调直至使用，经过的环节多，周期长，在此过程中周期长，在此过程中有害于人体健康的有害于人体健康的 化学毒物和病菌都
40、有可能污染食品化学毒物和病菌都有可能污染食品我是谁？祸！祸！祸！砷镉汞怎么办！还是打！是躲？NO！快报告市长！紧急报告敬爱的市长及各部门领导：我，一个二中补习班的学生，怀着无比崇高的责任感向大家报告一个生死攸关的问题，食物污染正毒害着我们，请救救我们吧！防治餐桌污染刻不容缓 报告者：1亿祖国的花朵谁来救救我们吧？引言引言 “三农三农”难题与农科教育任务难题与农科教育任务现代农科及其教育体系之缺陷现代农科及其教育体系之缺陷农学学科及其教育体系再构农学学科及其教育体系再构 -融合融合农业生态学农业生态学与与乡村生态学乡村生态学之意义之意义结语结语 Todaysfocus:whyAgroecolog
41、yNew AGRICULTURE The science,art,politics and sociology of changing sunlight into happy,healthy people（CD Caldwell,1996）“农业是把太阳光转变成人们幸福、健康生活的科学、艺术、政治学和社会学”.Systematic thinking=Multi-dimensional thinkingFrom Rickerl&Francis,2004AgroecosystemmodelManagement SubsystemHeterotrophic subsystem(Animals)Dec
42、omposing subsystem(microorganism)Autotrophic subsystem(Plants)InnovatingAllocatingOperating purposeimpactsNatural perturbations Socio-economicperturbations Cultural forces Evolutionary forcesA model of farming as a managed cybernetic ecosystem(adapted from Bawden et al.,1984&1998)Multi-dimensional t
43、hinking is prerequisite of Agroecology Source:Ray Ison,2005 我强烈认为，经济秩序整顿后，中国下一步应树立科学发展观！（设计台词）王松良NEWSCIENCEFORNEWAGRICULTUREFrom Rickerl&Francis,2004What would happen if there was no soil?Look-Off,North Mountain,Annapolis Valley,Nova Scotia,from Dr.Gordon.R.Brewster,NSAC(Brewster,1994)”Humans have b
44、een students of ecology as long as we have existed as a species”生态学：第五次思想 变革和科技革命思想：重新认识人在自然中的地位认识：人类具有恢复自己的生存环 境的智力和能力出路：利用现代科学技术，并协调 社会力量The Elementary Knowledge of Ecology 1.1.生态学的定义生态学的定义Ecology=Okologie+Oikos（希腊文),其中：Oikos:house hold,home,place to live Logos:course/subject 1865年，莱特（Reiter）合并两个希
45、腊字，Oikos（房屋、住所），logos（研究、学科），构成生态学（Oikologie）-ecology，提出“生态学”术语。Haeckel(1866)The comprehensive science of the relationship of the organisms to the environment.生态学是研究生物及环境间相互关系的科学。Eugene Odum(1963)defined ecology as the study of the structure and function of nature.Townsend,et.al.(2000)The scientific
46、 study of the distribution and abundance of organisms and the interactions that determine distribution and abundance.Pattern vs Process/MechanismGalaxiesSolar systemEarthEcosystemsCommunitiesPopulationsOrganismsOrgansTissuesCellsMoleculesAtomsScaleEcosystem ecologyCommunity ecologyPopulation ecology
47、Behavioral ecologyCELLBIOLOGYECOLOGYPHYSIOLOGYBIOCHEMISTRYThe organizational levels of ecology 生态学的基本术语1.生态学 2.生境3.生态因子4.生态适应(图1)5.种群动态(图5-2)6.种间关系7.生物地球化学循环-物质循环8.生态位(niche)Gause(1934):As a result of competition,two similar species scarcely ever occupy similar niches,but displace each other in such
48、 a manner that each takes possession of certain peculiar kinds of food and modes of life in which it has an advantage over its competitor.图1 生物种的耐受性限度图解 种间关系互利共生（mutualism)：。偏利共生（commensalism)原始协作（protocooperation)竞争(competition)捕食(predation)寄生(parasitism)偏害(amensalism)生物多样性 演替 生态系统 指在一定空间内生物与非生物成分，
49、通过物质循环和能量流动而相互作用，相互依存而形成的一个生态学功能单位.1935年,英国生态学家A.G.Tansly在Ecology杂志上发表文章，首先提出这个概念，“只有我们从根本上只有我们从根本上认识有机体不能与它们的环境分开，而与它们的环境形认识有机体不能与它们的环境分开，而与它们的环境形成一个自然生态系统，它们才会引起我们的重视成一个自然生态系统，它们才会引起我们的重视”。“更基本的概念是.完整的系统(物理学上所谓的系统)，它不仅包括生物复合体，而且还包括人们称为环境的全部物理因素的复合体.。这种系统是地球表面的自然界的基本单位。Ecosystem A living community,
50、all the factors in its non-living environment and the interactions among these biotic and abiotic factors Ecology deals with the observation and analysis of systems of living organisms,and how they interact with their environment生态系统在生物科学中的位置生态域细胞组织器官器官系统有机体种群群落生态系统生物圈地球行星太阳系宇宙分子原子=+生态系统生态系统=生物群落（生命
