第三章--农业生态系统能量流.ppt

第三章 农业生态系统的能量流n n1 热力学定律热力学定律n n2 食物链、食物链、食物网食物网n n3 生态系统的能流分析生态系统的能流分析n n4 农业生态系统的能流农业生态系统的能流n n5 农业生态系统的农业生态系统的能流分析能流分析1 1 热力学定律及应用热力学定律及应用n n一、热力学第一定律（能量守恒定律）一、热力学第一定律（能量守恒定律）n n U U（系统内能变化）（系统内能变化）=Q=Q（吸热）（吸热）-W-W（对外作功）（对外作功）n n能量可以在不同介质中传递，也可以在不同形式间转能量可以在不同介质中传递，也可以在不同形式间转换，但在所有这些过程中能量保持恒定，既不能创生，换，但在所有这些过程中能量保持恒定，既不能创生，也不会消灭。也不会消灭。n n应用：制定生态系统能量收支平衡表应用：制定生态系统能量收支平衡表n n二、热力学第二定律二、热力学第二定律n n1.1.能量的转换不可能达到百分之百有效。能量的转换不可能达到百分之百有效。n n2.2.自由能的提高不可能是一个自发过程。自由能的提高不可能是一个自发过程。n n应用：提高能量的转化效率应用：提高能量的转化效率三、三、熵熵(entropy)n n1.1.熵熵(entropy):(entropy):系统热量除以温度后得到的商。系统热量除以温度后得到的商。n nS=S=Q/TQ/Tn n熵是系统无序性的量度。熵是系统无序性的量度。n n2.2.热力学第二定律热力学第二定律n n（1 1）在一个内能不变的封闭系统中，任何自发过程）在一个内能不变的封闭系统中，任何自发过程均朝着熵值增加的方向进行。均朝着熵值增加的方向进行。n n（2 2）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。四、耗散结构理论四、耗散结构理论n n1.1.耗散结构耗散结构(dissipative structure)(dissipative structure)：开放系统在远离平衡态的：开放系统在远离平衡态的非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。(Prigogine)(Prigogine)n n2.2.耗散结构理论：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界耗散结构理论：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界进行物质与能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定进行物质与能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。n n3.3.有机体有机体和和生态系统生态系统都是远离平衡态的开放系统，存在一种都是远离平衡态的开放系统，存在一种连续而有效的能量转换，因而都属于耗散结构。连续而有效的能量转换，因而都属于耗散结构。n n光合与同化：引入负熵，保持有序状态光合与同化：引入负熵，保持有序状态n n呼吸与作功：排除正熵，排除无序呼吸与作功：排除正熵，排除无序2 2 食物链食物链n n一、食物链（一、食物链（一、食物链（一、食物链（food chainfood chain）和营养级（）和营养级（）和营养级（）和营养级（trophic trophic levellevel）：）：）：）：n n1.1.食物链（食物链（食物链（食物链（food chainfood chain）：生态系统成员间，通过）：生态系统成员间，通过）：生态系统成员间，通过）：生态系统成员间，通过食物营养关系彼此联系起来的序列。食物营养关系彼此联系起来的序列。食物营养关系彼此联系起来的序列。食物营养关系彼此联系起来的序列。n n2.2.营养级（营养级（营养级（营养级（trophic leveltrophic level）：食物链上的每一个食）：食物链上的每一个食）：食物链上的每一个食）：食物链上的每一个食性级。以符号性级。以符号性级。以符号性级。以符号T T来表示，来表示，来表示，来表示，T T1 1表示第一营养级，表示第一营养级，表示第一营养级，表示第一营养级，T T2 2表示表示表示表示第二营养级，第二营养级，第二营养级，第二营养级，T T3 3TTn n余此类推。一般为余此类推。一般为余此类推。一般为余此类推。一般为4545级。级。级。级。n n食食食食物物物物链链链链是是是是生生生生态态态态系系系系统统统统内内内内生生生生物物物物与与与与生生生生物物物物之之之之间间间间相相相相互互互互联联联联系系系系的的的的一一一一种种种种主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。二、食物链的种类n n按性质不同分为四类：按性质不同分为四类：按性质不同分为四类：按性质不同分为四类：n n（1 1）捕食食物链（又称草牧食物链）捕食食物链（又称草牧食物链）捕食食物链（又称草牧食物链）捕食食物链（又称草牧食物链 gazing food chaingazing food chain）：）：）：）：是由植物到草食动物，再到肉食动物，直接消耗活有机体或是由植物到草食动物，再到肉食动物，直接消耗活有机体或是由植物到草食动物，再到肉食动物，直接消耗活有机体或是由植物到草食动物，再到肉食动物，直接消耗活有机体或其部分的食物链。在陆地上起始于绿色植物，在水中起始于其部分的食物链。在陆地上起始于绿色植物，在水中起始于其部分的食物链。在陆地上起始于绿色植物，在水中起始于其部分的食物链。在陆地上起始于绿色植物，在水中起始于浮游植物。浮游植物。浮游植物。浮游植物。n n如：如：如：如：水稻水稻水稻水稻稻飞虱稻飞虱稻飞虱稻飞虱青蛙青蛙青蛙青蛙蛇蛇蛇蛇老鹰老鹰老鹰老鹰人人人人n n（2 2）腐生食物链（又称）腐生食物链（又称）腐生食物链（又称）腐生食物链（又称残渣食物链残渣食物链残渣食物链残渣食物链 detritus food detritus food chainchain）：由多种微生物构成，是以死有机体为营养源，通）：由多种微生物构成，是以死有机体为营养源，通）：由多种微生物构成，是以死有机体为营养源，通）：由多种微生物构成，是以死有机体为营养源，通过腐烂、分解，将有机物还原为无机物质的食物。过腐烂、分解，将有机物还原为无机物质的食物。过腐烂、分解，将有机物还原为无机物质的食物。过腐烂、分解，将有机物还原为无机物质的食物。n n如：如：如：如：秸杆（畜粪）秸杆（畜粪）秸杆（畜粪）秸杆（畜粪）食用菌食用菌食用菌食用菌 垃圾垃圾垃圾垃圾蚯蚓（蜗牛）蚯蚓（蜗牛）蚯蚓（蜗牛）蚯蚓（蜗牛）n n（3 3）寄生食物链（）寄生食物链（）寄生食物链（）寄生食物链（parasite food chainparasite food chain）：以寄生的）：以寄生的）：以寄生的）：以寄生的方式取食活着生物有机体。食物链成员有自大到小的趋方式取食活着生物有机体。食物链成员有自大到小的趋方式取食活着生物有机体。食物链成员有自大到小的趋方式取食活着生物有机体。食物链成员有自大到小的趋势。势。势。势。n n如：如：如：如：大豆大豆大豆大豆菟丝子菟丝子菟丝子菟丝子 马马马马蛔虫蛔虫蛔虫蛔虫原生动物原生动物原生动物原生动物n n 红铃虫红铃虫红铃虫红铃虫金小蜂金小蜂金小蜂金小蜂n n（4 4）混合食物链：构成食物链的各营养级中，既有活）混合食物链：构成食物链的各营养级中，既有活）混合食物链：构成食物链的各营养级中，既有活）混合食物链：构成食物链的各营养级中，既有活食生物成员，也有腐食生物成员。食生物成员，也有腐食生物成员。食生物成员，也有腐食生物成员。食生物成员，也有腐食生物成员。n n如：如：如：如：稻草稻草稻草稻草牛牛牛牛蚯蚓蚯蚓蚯蚓蚯蚓鸡鸡鸡鸡猪猪猪猪鱼鱼鱼鱼 returnreturn三、生态系统中食物链的基本特点三、生态系统中食物链的基本特点n n1.1.在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极不在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极不在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极不在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极不相同的多种生物。相同的多种生物。相同的多种生物。相同的多种生物。n n 一条食物链中包含的多种生物，可以使光合产物得到充一条食物链中包含的多种生物，可以使光合产物得到充一条食物链中包含的多种生物，可以使光合产物得到充一条食物链中包含的多种生物，可以使光合产物得到充分利用（分级利用光合产物），在有限的空间中养活众多分利用（分级利用光合产物），在有限的空间中养活众多分利用（分级利用光合产物），在有限的空间中养活众多分利用（分级利用光合产物），在有限的空间中养活众多生物。生物。生物。生物。n n2.2.在同一生态系统中，可能有多条食物链，它们长短不一，在同一生态系统中，可能有多条食物链，它们长短不一，在同一生态系统中，可能有多条食物链，它们长短不一，在同一生态系统中，可能有多条食物链，它们长短不一，营养级数目不等。如一个鱼塘生态系统中：营养级数目不等。如一个鱼塘生态系统中：营养级数目不等。如一个鱼塘生态系统中：营养级数目不等。如一个鱼塘生态系统中：n n藻类水草藻类水草藻类水草藻类水草草鱼草鱼草鱼草鱼 绿藻绿藻绿藻绿藻甲壳动物甲壳动物甲壳动物甲壳动物花鲢花鲢花鲢花鲢n n浮游植物浮游植物浮游植物浮游植物浮游动物浮游动物浮游动物浮游动物虾虾虾虾噘鱼噘鱼噘鱼噘鱼n n自然生态系统中，食物链营养级的数目是有限的自然生态系统中，食物链营养级的数目是有限的自然生态系统中，食物链营养级的数目是有限的自然生态系统中，食物链营养级的数目是有限的n n3.3.不同生态系统中各类食物链所占比重不同。不同生态系统中各类食物链所占比重不同。不同生态系统中各类食物链所占比重不同。不同生态系统中各类食物链所占比重不同。n n(1)(1)森林生态系统：腐生食物链比重最大，约占系统中生森林生态系统：腐生食物链比重最大，约占系统中生森林生态系统：腐生食物链比重最大，约占系统中生森林生态系统：腐生食物链比重最大，约占系统中生产者所生产的有机物质的产者所生产的有机物质的产者所生产的有机物质的产者所生产的有机物质的90%90%以上。以上。以上。以上。n n(2)(2)草原生态系统（牧场）：腐生食物链约占草原生态系统（牧场）：腐生食物链约占草原生态系统（牧场）：腐生食物链约占草原生态系统（牧场）：腐生食物链约占70%70%左右。左右。左右。左右。n n(3)(3)农田生态系统：植物生产的有机质大部分作为产品，农田生态系统：植物生产的有机质大部分作为产品，农田生态系统：植物生产的有机质大部分作为产品，农田生态系统：植物生产的有机质大部分作为产品，留给腐生食物链的仅占净初级生产的留给腐生食物链的仅占净初级生产的留给腐生食物链的仅占净初级生产的留给腐生食物链的仅占净初级生产的2030%2030%。如果不。如果不。如果不。如果不通过粪肥、秸杆还田等途径向系统补充有机质，则系统中通过粪肥、秸杆还田等途径向系统补充有机质，则系统中通过粪肥、秸杆还田等途径向系统补充有机质，则系统中通过粪肥、秸杆还田等途径向系统补充有机质，则系统中腐生食物链上的生物群落将会因为缺少食物能而衰退，引腐生食物链上的生物群落将会因为缺少食物能而衰退，引腐生食物链上的生物群落将会因为缺少食物能而衰退，引腐生食物链上的生物群落将会因为缺少食物能而衰退，引起土壤肥力的下降。起土壤肥力的下降。起土壤肥力的下降。起土壤肥力的下降。n n4 4在任何一生态系统，各类食物链有协同作用。在任何一生态系统，各类食物链有协同作用。在任何一生态系统，各类食物链有协同作用。在任何一生态系统，各类食物链有协同作用。三、食物网三、食物网n n食食食食物物物物网网网网（food food web)web)：在在在在生生生生态态态态系系系系统统统统中中中中，各各各各种种种种食食食食物物物物链链链链交错起来构成的网状结构。交错起来构成的网状结构。交错起来构成的网状结构。交错起来构成的网状结构。n n食食食食物物物物网网网网本本本本质质质质上上上上是是是是生生生生态态态态系系系系统统统统中中中中有有有有机机机机体体体体之之之之间间间间一一一一系系系系列列列列反反反反复复复复的的的的吃与被吃的相互关系。吃与被吃的相互关系。吃与被吃的相互关系。吃与被吃的相互关系。n n营营营营养养养养结结结结构构构构：以以以以营营营营养养养养为为为为纽纽纽纽带带带带，把把把把生生生生物物物物与与与与生生生生物物物物、生生生生物物物物与与与与环环环环境紧密联系起来的结构。境紧密联系起来的结构。境紧密联系起来的结构。境紧密联系起来的结构。四、农业生态系统食物链加环四、农业生态系统食物链加环（一）食物链加环的作用 在原有食物链中通过加入新的链环，延长在原有食物链中通过加入新的链环，延长或完善食物链组合，改变农业生态系统的结构，或完善食物链组合，改变农业生态系统的结构，具有很好的效益。其作用表现在：具有很好的效益。其作用表现在：提高农业生态系统的稳定性。提高农业生态系统的稳定性。提高农副产品的利用率提高农副产品的利用率 提高提高 能量的利用率和转化率能量的利用率和转化率（二）、食物链加环的类型（二）、食物链加环的类型 -生产环生产环 在食物链中加入能够把非经济产品转化为人在食物链中加入能够把非经济产品转化为人们直接利用的经济产品的环节，称为生产环。们直接利用的经济产品的环节，称为生产环。如：牛、羊等可把秸杆、糠麸、菜叶、杂草等转化为肉、如：牛、羊等可把秸杆、糠麸、菜叶、杂草等转化为肉、皮、奶、蛋等，蜜蜂可将花粉转化为蜂蜜、蜂王浆等。皮、奶、蛋等，蜜蜂可将花粉转化为蜂蜜、蜂王浆等。减耗环减耗环 这类环节的引入可减少生产消耗。这类环节的引入可减少生产消耗。如：引入天敌，可减轻病害危害，吉林省人工放养寄生如：引入天敌，可减轻病害危害，吉林省人工放养寄生蜂，防治林场的松毛虫。蜂，防治林场的松毛虫。增益环增益环 这类环节虽不提供人类直接消费的产品，但可扩这类环节虽不提供人类直接消费的产品，但可扩大生产环节的增产效果。大生产环节的增产效果。如：利用粪渣等有机废弃物养殖蚯蚓和蝇蛆，可作为如：利用粪渣等有机废弃物养殖蚯蚓和蝇蛆，可作为禽畜的蛋白饲料，可提高家禽的生长量和家禽的产禽畜的蛋白饲料，可提高家禽的生长量和家禽的产蛋率。蛋率。复合环复合环 兼具两种以上的功能环节。兼具两种以上的功能环节。如：稻田养鱼、鸭，即有减耗的作用（鱼鸭以水稻害如：稻田养鱼、鸭，即有减耗的作用（鱼鸭以水稻害虫为食，减轻虫害危害，鱼、鸭粪肥又可肥田），虫为食，减轻虫害危害，鱼、鸭粪肥又可肥田），又可生产鱼、蛋产品。又可生产鱼、蛋产品。五、五、食物链的解列食物链的解列食物链的解列：食物链的解列：实质就是利用农业生态系统进行污水处理。使现实质就是利用农业生态系统进行污水处理。使现代工业产生的有毒有害物质在食物链上富集到一定程代工业产生的有毒有害物质在食物链上富集到一定程度时与人类的食物链中断联系。度时与人类的食物链中断联系。n n处理污染土壤处理污染土壤 可种植非食用的木材、麻类、花卉等使污染物离可种植非食用的木材、麻类、花卉等使污染物离开食物链。开食物链。n n污水处理污水处理 如：水生植物凤眼莲（又名水葫芦）、浮萍等对各种污如：水生植物凤眼莲（又名水葫芦）、浮萍等对各种污染物以及水体富养化的染物以及水体富养化的N N、P P等具有较强的吸收净化能等具有较强的吸收净化能力。力。食物链原理应用举例食物链原理应用举例n n作物秸杆的处理一般有两种途径：一种是直接焚烧，这部分养分流出农业生态系一种是直接焚烧，这部分养分流出农业生态系统，不仅造成农业生态系统的土壤养分状况的不断统，不仅造成农业生态系统的土壤养分状况的不断的下降，而且还会造成环境污染。的下降，而且还会造成环境污染。另一种是用于饲养牲畜，粪肥还田，相比这种另一种是用于饲养牲畜，粪肥还田，相比这种途径就会合理的多，在农业生产实践中利用的也比途径就会合理的多，在农业生产实践中利用的也比较广泛。较广泛。n n秸杆多级利用技术 结构结构如图如图 3 生态系统中的能源n n一、一、太阳辐射能太阳辐射能n n二、二、辅助能辅助能 一、太阳辐射能n n是所有生态系统最主要能量来源是所有生态系统最主要能量来源是所有生态系统最主要能量来源是所有生态系统最主要能量来源n n可见光：可见光：可见光：可见光：0.40.760.40.76 50%50%生理效应生理效应生理效应生理效应n n红外线：红外线：红外线：红外线：0.760.76 43%43%43%43%引起热能引起热能引起热能引起热能n n紫紫紫紫外外外外线线线线：0.40.4 7%7%7%7%引引引引起起起起生生生生物物物物变变变变性性性性，致死致死致死致死n n太阳常数：太阳常数：太阳常数：太阳常数：So=1.94cal/cmSo=1.94cal/cmSo=1.94cal/cmSo=1.94cal/cm2 2 2 2.min.min.min.minn n到到到到达达达达地地地地球球球球表表表表面面面面的的的的太太太太阳阳阳阳辐辐辐辐射射射射能能能能强强强强度度度度，因因因因纬纬纬纬度度度度、地地地地形地貌、坡度坡向、气候因子而不同。形地貌、坡度坡向、气候因子而不同。形地貌、坡度坡向、气候因子而不同。形地貌、坡度坡向、气候因子而不同。n n太阳辐射能量到达地球表面的分配太阳辐射能量到达地球表面的分配太阳辐射能量到达地球表面的分配太阳辐射能量到达地球表面的分配示意图示意图示意图示意图 二、辅助能n n辅助能：生态系统中，除了太阳能以外的其它一切补辅助能：生态系统中，除了太阳能以外的其它一切补辅助能：生态系统中，除了太阳能以外的其它一切补辅助能：生态系统中，除了太阳能以外的其它一切补加能量。加能量。加能量。加能量。n n包括包括包括包括n n自然能：如沿海河口潮汐的作用，风力的作用以及降自然能：如沿海河口潮汐的作用，风力的作用以及降自然能：如沿海河口潮汐的作用，风力的作用以及降自然能：如沿海河口潮汐的作用，风力的作用以及降雨和蒸发的作用等。雨和蒸发的作用等。雨和蒸发的作用等。雨和蒸发的作用等。n n人工辅助能：人工辅助能：人工辅助能：人工辅助能：n n对农业生态系统，辅助能主要构成是人们从事农业生对农业生态系统，辅助能主要构成是人们从事农业生对农业生态系统，辅助能主要构成是人们从事农业生对农业生态系统，辅助能主要构成是人们从事农业生产各项活动中投入的能量，当然，也继承了自然生态产各项活动中投入的能量，当然，也继承了自然生态产各项活动中投入的能量，当然，也继承了自然生态产各项活动中投入的能量，当然，也继承了自然生态系统中的自然辅助能。系统中的自然辅助能。系统中的自然辅助能。系统中的自然辅助能。4 生态系统的能流分析n n一、一、能流路径能流路径n n二、二、生态效率生态效率n n三、三、生态金字塔生态金字塔一、能流路径一、能流路径n n研究生态系统中能量流动，在于了解一个系统的能量输研究生态系统中能量流动，在于了解一个系统的能量输研究生态系统中能量流动，在于了解一个系统的能量输研究生态系统中能量流动，在于了解一个系统的能量输入、贮存以及作功之间的相互关系，从而减少能量损耗，入、贮存以及作功之间的相互关系，从而减少能量损耗，入、贮存以及作功之间的相互关系，从而减少能量损耗，入、贮存以及作功之间的相互关系，从而减少能量损耗，提高能量利用效率。提高能量利用效率。提高能量利用效率。提高能量利用效率。n n生态系统中能量是沿着食物链流动的：生态系统中能量是沿着食物链流动的：生态系统中能量是沿着食物链流动的：生态系统中能量是沿着食物链流动的：T Tn-1n-1T Tn n n n NUn NAn Rn NUn NAn Rnn nNPNPn-1n-1 摄入量摄入量摄入量摄入量In An NPnIn An NPnIn An NPnIn An NPnn n注注注注：NPNPNPNP：净生产量：净生产量：净生产量：净生产量 A A A A：同化量：同化量：同化量：同化量n n NuNuNuNu：未同化量：未同化量：未同化量：未同化量 NANANANA：未同化量：未同化量：未同化量：未同化量二、生态效率n n生态效率：能量通过各营养级的转化效率。生态效率：能量通过各营养级的转化效率。生态效率：能量通过各营养级的转化效率。生态效率：能量通过各营养级的转化效率。n n1 1 1 1营养级之间（营养级之间（营养级之间（营养级之间（T T T Tn-1n-1n-1n-1TTTTn n n n）n n（1 1）摄入效率摄入效率摄入效率摄入效率 I I I In n n n/I/I/I/In-1n-1n-1n-1n n（2 2）同化效率同化效率同化效率同化效率 A A A An n n n/A/A/A/An-1n-1n-1n-1n n（3 3）生产效率生产效率生产效率生产效率 NPNPNPNPn n n n/NP/NP/NP/NPn-1n-1n-1n-1n n2 2营养级内部营养级内部营养级内部营养级内部n n（1 1）同化效率：同化效率：同化效率：同化效率：A A A An n n n/I/I/I/In n n nn n（2 2）生态生长效率：生态生长效率：生态生长效率：生态生长效率：NPNPNPNPn n n n/I/I/I/In n n n（生产效率）（生产效率）（生产效率）（生产效率）n n（3 3 3 3）组织生长效率：）组织生长效率：）组织生长效率：）组织生长效率：NPNPNPNPn n n n/A/A/A/An n n n三、生态金字塔n n1.1.1.1.生生生生态态态态金金金金字字字字塔塔塔塔：营营营营养养养养级级级级由由由由低低低低到到到到高高高高，它它它它们们们们的的的的个个个个体体体体数数数数或或或或能能能能量的分布形成一个塔形结构，就称为生态金字塔。量的分布形成一个塔形结构，就称为生态金字塔。量的分布形成一个塔形结构，就称为生态金字塔。量的分布形成一个塔形结构，就称为生态金字塔。n n2.2.2.2.三种基本类型：三种基本类型：三种基本类型：三种基本类型：n n（1 1 1 1）生物个体数）生物个体数）生物个体数）生物个体数数目金字塔数目金字塔数目金字塔数目金字塔n n（2 2 2 2）每种生物的现存生物量）每种生物的现存生物量）每种生物的现存生物量）每种生物的现存生物量生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔生物量金字塔n n（3 3 3 3）能量）能量）能量）能量能量金字塔能量金字塔能量金字塔能量金字塔returnreturnreturnreturnreturnreturn5 农业生态系统的能流n n一、一、能源能源n n二、二、人工辅助能提高农业生态系统生产人工辅助能提高农业生态系统生产力的原因力的原因n n三、三、工业辅助能的使用所带来的一系列工业辅助能的使用所带来的一系列的问题的问题n n四、农业生态系统的能量转化四、农业生态系统的能量转化一、能源n n生物界的能源，直接、间接地来源于太阳的辐射能。生物界的能源，直接、间接地来源于太阳的辐射能。生物界的能源，直接、间接地来源于太阳的辐射能。生物界的能源，直接、间接地来源于太阳的辐射能。n n农农农农业业业业生生生生态态态态系系系系统统统统有有有有大大大大量量量量的的的的人人人人工工工工辅辅辅辅助助助助能能能能输输输输入入入入，同同同同时时时时有有有有大大大大量量量量的的的的能能能能量量量量以以以以农农农农产产产产品品品品的的的的形形形形式式式式输输输输出出出出系系系系统统统统外外外外。太太太太阳阳阳阳能能能能仍仍仍仍是是是是主主主主要要要要能能能能量量量量来来来来源源源源，但但但但辅辅辅辅助助助助能能能能所所所所占占占占的的的的比比比比例例例例大大大大大大大大提提提提高高高高了。了。了。了。n n 自然辅助能自然辅助能自然辅助能自然辅助能n n辅助能辅助能辅助能辅助能 工业能：农药、化肥、农机、电力、工业能：农药、化肥、农机、电力、工业能：农药、化肥、农机、电力、工业能：农药、化肥、农机、电力、n n 燃料、薄膜、设施燃料、薄膜、设施燃料、薄膜、设施燃料、薄膜、设施n n 人工辅助能人工辅助能人工辅助能人工辅助能 生物能：劳动、畜力、有机肥、燃料生物能：劳动、畜力、有机肥、燃料生物能：劳动、畜力、有机肥、燃料生物能：劳动、畜力、有机肥、燃料n n 食物能：种子、种苗、饲料、食物能：种子、种苗、饲料、食物能：种子、种苗、饲料、食物能：种子、种苗、饲料、n n 种畜、种禽种畜、种禽种畜、种禽种畜、种禽二、人工辅助能提高农业生态系统生产力的原因n n1 1辅助能的投入，促进农作物对太阳能的吸辅助能的投入，促进农作物对太阳能的吸辅助能的投入，促进农作物对太阳能的吸辅助能的投入，促进农作物对太阳能的吸收、利用和转化。收、利用和转化。收、利用和转化。收、利用和转化。n n2 2减少农业生物的非生产能量损耗。减少农业生物的非生产能量损耗。减少农业生物的非生产能量损耗。减少农业生物的非生产能量损耗。n n3 3使农业生产中的一些自然生物过程可以用使农业生产中的一些自然生物过程可以用使农业生产中的一些自然生物过程可以用使农业生产中的一些自然生物过程可以用人工过程取代，提高效率。人工过程取代，提高效率。人工过程取代，提高效率。人工过程取代，提高效率。三、工业辅助能的使用所带来的一系列的问题n n1 1辅助能的效益随着辅助能的增加而降低（报酬递辅助能的效益随着辅助能的增加而降低（报酬递辅助能的效益随着辅助能的增加而降低（报酬递辅助能的效益随着辅助能的增加而降低（报酬递减律）。减律）。减律）。减律）。n n2 2能源紧张。能源紧张。能源紧张。能源紧张。n n3 3 化肥农药对农业环境造成污染。化肥农药对农业环境造成污染。化肥农药对农业环境造成污染。化肥农药对农业环境造成污染。四、四、农业生态系统的生产力-农业生态系统的能量转化农业生态系统的能量转化n n（一）、农业生态系统生产力的概念n n（二）、初级生产力n n（三）、次级生产力（一）农业生态系统的生产力概念1.1.农业生态系统的生产力：农业生态系统的生产力：是指农业生态系统中物质循环和能量转化是指农业生态系统中物质循环和能量转化的效率，是系统中最基本功的数量特征。它的的效率，是系统中最基本功的数量特征。它的大小体现了系统功能的好坏。大小体现了系统功能的好坏。指在单位时间（通常是一年）、空间（通指在单位时间（通常是一年）、空间（通常指面积）所产生的物质、能量或价值的多少。常指面积）所产生的物质、能量或价值的多少。用系统的总生物量和经济产量、农业总产值、用系统的总生物量和经济产量、农业总产值、纯收入表示。纯收入表示。包括：系统生物的自然生产力和经济生产力包括：系统生物的自然生产力和经济生产力2.自然生产力与经济生产力n n农业生物的自然生产力：农业生物的自然生产力：指农业生物自身的同化效率和积累能力。农指农业生物自身的同化效率和积累能力。农业生物在一定时间空间内的能量、物质的积业生物在一定时间空间内的能量、物质的积累量，形成总的生物学产量。是农业生态系累量，形成总的生物学产量。是农业生态系统生产力的基础。统生产力的基础。n n农业生物经济生产力农业生物经济生产力指各种农业外生物提供经济产量的能力。指各种农业外生物提供经济产量的能力。首先表现为经济产品量的高低；首先表现为经济产品量的高低；表现为经济产品量的价值量的大小；表现为经济产品量的价值量的大小；最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生产效率。产效率。3.生产力与生产效率区别两个概念：区别两个概念：生产效率：生产效率：单位时间和空间内，投入农业生态系统的物单位时间和空间内，投入农业生态系统的物质能量和价值的转化效率。质能量和价值的转化效率。即：生产效率（产投比）产出量投入量即：生产效率（产投比）产出量投入量如：劳动生产率、价值转化率、物质利用率等。如：劳动生产率、价值转化率、物质利用率等。系统生产力：系统生产力：农业生态系统在单位时间（通常为一年），农业生态系统在单位时间（通常为一年），空间（通常指面积）所产出的物质、能量或价值的多少。空间（通常指面积）所产出的物质、能量或价值的多少。可以看出，生产力的概念包含生产效率的含义。但通可以看出，生产力的概念包含生产效率的含义。但通常所讲到的系统生产力主要指前两点所述的含义，指总的常所讲到的系统生产力主要指前两点所述的含义，指总的生物量、经济产品量或总产值。生物量、经济产品量或总产值。（二）、初级生产力1、概 念2、地球生物圈主要生态系统的初级生产力3、农业生态系统的初级生产力4、提高农业生态系统初级生产力的途径1、概概 念念n n总初级生产力：总初级生产力：（gross productivitygross productivity）植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。n n净初级生产力：净初级生产力：（net productivitynet productivity）植物总初级生产力中减去植物呼吸消耗量所剩下的植物总初级生产力中减去植物呼吸消耗量所剩下的数量。数量。n n总初级生产量：总初级生产量：（gross production Pggross production Pg）一定时期内植物合成有机物质的总量一定时期内植物合成有机物质的总量 ，无速率的，无速率的概念。概念。n n净初级生产量：净初级生产量：（net production Pnnet production Pn）总初级生产量中减去呼吸消耗量的剩余量。即一段总初级生产量中减去呼吸消耗量的剩余量。即一段时间内，以植物组织形式表现出来的干物质量。时间内，以植物组织形式表现出来的干物质量。n n现存量：（stand crop）某一特定时刻，单位面积地段内有机体的数量。与生物量（Biomass）是同义语。R 呼吸 枯死、采食 总生产量Pg 净生产量 Pn 现存量B 2、地球生物圈主要生态系统初级生产力 据据H.WhittakerH.Whittaker（19751975）计算，地球的初级生）计算，地球的初级生产量为：（单位：产量为：（单位：10109 9吨）吨）总初级生产量：总初级生产量：17210172109 9 吨吨 森林：森林：82 1082 109 9 吨吨 海洋：海洋：55 1055 109 9 吨吨 温带草原：温带草原：5.4 105.4 109 9 吨吨热带稀树草原：热带稀树草原：10.5 1010.5 109 9 吨吨 其余：其余：7.74 107.74 109 9 吨（包括湖泊、荒原和沙漠等）吨（包括湖泊、荒原和沙漠等）由由于于人人类类的的干干预预，地地球球的的初初级级生生产产力力是是呈呈现现不断下降的趋势。不断下降的趋势。n n地球上不同的生态系统生产力有着极显著的差异，主要受光照、温度、水分和养分等生态因子的制约。n n越接近赤道、潮湿陆地区域，其初级生产力越高。从寒带到温带、从温带到亚热带，初级生产力会成倍增加。n n最高产生态系统（2000g/m2.a）集中在水陆交接地带附近，所占面积很小。n n地地球球上上各各生生态态系系统统的的净净初初级级生生产产力力约约在在003500 g/m3500 g/m2 2.a.a范围内，可分为范围内，可分为4 4个等级：个等级：2000 2000 3500 3500 g/mg/m2 2.a.a 高高生生产产力力地地区区，包包括括 热热带带雨雨林林、沼沼泽泽湿湿地地 ，河河流流岸岸边边的的湿湿地地生生态态系系统统，也也包包括括农农业业集约栽培的甘蔗等高产田。集约栽培的甘蔗等高产田。1000 1000 2000 2000 g/mg/m2 2.a.a 包包括括世世界界大大部部分分的的森森林林、湖湖泊泊，沼泽地，部分生产力高的农耕地。沼泽地，部分生产力高的农耕地。250 250 1000 1000 g/mg/m2 2.a.a 包包括括干干燥燥的的疏疏林林灌灌木木、大大部部分分的草地、大部分的农耕地。的草地、大部分的农耕地。0 0 250 250 g/mg/m2 2.a.a 包包括括海海洋洋、荒荒漠漠、冰冰川川、两两极极冻冻原原等，生产力水平极低。等，生产力水平极低。退出退出主菜单主菜单主目录主目录返回返回退出退出主菜单主菜单主目录主目录返回返回退出退出主菜单主菜单主目录主目录返回返回退出退出主菜单主菜单主目录主目录返回返回3、农业生态系统的初级生产力 农业生态系统主要包括农田、草原和林农业生态系统主要包括农田、草原和林地生产，其初级生产量低于森林，接近草原，地生产，其初级生产量低于森林，接近草原，在在250-1000g/m250-1000g/m2 2.a.a之间。之间。（1 1）、我国与世界农用地初级生产力的比较）、我国与世界农用地初级生产力的比较（见表见表1 1）森林比世界平均低森林比世界平均低10%10%左右，且我国森林覆盖率左右，且我国森林覆盖率低，约占国土面积的低，约占国土面积的13.8%13.8%，仅是世界森林覆盖率，仅是世界森林覆盖率的一半；的一半；草原面积约占国土面积的草原面积约占国土面积的40%40%，但生产力水平很，但生产力水平很低，仅为世界平均水平的七分之一；低，仅为世界平均水平的七分之一；农田单位面积产量高出世界平均水平农田单位面积产量高出世界平均水平10%10%左右。左右。（见表见表2 2）中国与世界农用土地初级生产力的比较 中国与世界主要作物单产比较表 3、农业生态系统的初级生产力（2）、不同作物初级生产力的比较 不不同同种种类类的的作作物物光光合合能能力力是是有有很很大大差差异异的的，根根据据植植物物的的生生化化途途径径不不同同分分为为C C3 3、C C4 4以以及及CAMCAM景景天科类植物：天科类植物：C C3 3植植物物 光光饱饱和和点点低低，光光呼呼吸吸明明显显，光光消消耗耗大大；例例如如：水稻、小麦等；水稻、小麦等；C C4 4植植物物 光光饱饱和和点点高高，光光呼呼吸吸消消耗耗小小，例例如如：玉玉米米、高高粱、甘蔗等；粱、甘蔗等；CAMCAM植植物物 主主要要是是景景天天科科类类的的植植物物，植植株株肉肉质质多多浆浆，储储水水组组织织发发达达，耐耐旱旱性性强强，常常见见的的主主要要有有兰兰花花、仙仙人人掌掌、百合，菠萝等。百合，菠萝等。3、农业生态系统的初级生产力 作物的生产力常用作物的平均生长率（作物的生产力常用作物的平均生长率（crop crop grow rategrow rate）表示。）表示。平均生长率（平均生长率（CGRCGR）：植物全生育期内平均每天单植物全生育期内平均每天单位面积的净位面积的净 生产量，单位是生产量，单位是 g/mg/m2 2.d.d。n n日本的本田吉男（日本的本田吉男（19761976年）利用平均作物生长年）利用平均作物生长率（率（CGRCGR）比较各种植物的初级生产力，得到以）比较各种植物的初级生产力，得到以下结果：下结果：多年生牧草最高，新叙利亚草和紫狼尾草达多年生牧草最高，新叙利亚草和紫狼尾草达26262828 g/mg/m2.2.d.d 甘蔗、高梁、玉米等甘蔗、高梁、玉米等C C4 4植物为植物为19 19 2323 g/m g/m2.2.d.d C C3 3植物：植物：水稻、甜菜：水稻、甜菜：121216 g/m16 g/m2 2.d.d，甘薯、大，甘薯、大豆、大麦：豆、大麦：8 g/m8 g/m2 2.d.d3、农业生态系统的初级生产力n n世世界界与与我我国国所所报报道道的的一一些些高高产产田田块块的的CGRCGR和和光光能利用率如下：能利用率如下：作物作物 CGR(g/mCGR(g/m2 2/天天)光能利用率光能利用率 （%）玉米、高梁玉米、高梁 27273030 1.9 1.92.32.3 春小麦、水稻春小麦、水