实验二-农业生态系统的能流分析

实验二农业生态系统的能流分析

一、目的意义

1．学会农业生态系统投入能结构和产出能效率分析和计算，分析各种能量流之间的关系；

2．从能量角度评价系统的基本情况，为改善系统投入能结构和建立新的农业生态系统提供依据；

3．了解常用的能流分析方法：统计分析法、输入—输出法和过程分析法等。

二、实验性质和学时

1. 实验性质：必修

2. 实验学时：3学时

三、方法和步骤

1．确定研究对象和系统的边界

根据研究目的不同，农业生态系统的研究对象可以是单独的一个农田系统、林木系统、畜禽系统或鱼塘系统。也可以是一个由作物、畜禽、林木、桑园、茶园、果园、鱼塘等亚系统构成的完整的农业生态系统。系统的边界可以是国家、省、地、县、乡、村的自然疆界（道路、田埂、沟渠、河流、分水岭等），或者是占有的田地、山场和边界，进入边界的能量和物质统称为输入，移出边界的物质和能量称为输出。

2．确定系统的组成成分及相互关系

(1)明确系统的生产者、消费者和分解者

农业生态系统的生产者包括各种大田作物、蔬菜、桑树、果树、竹木、水草、野草等。消费者包括牛、羊、猪、兔、鸡、鸭、鹅、蚕、蜂、鱼类等，分解者主要是存在于土壤、有机肥、塘泥、河泥中的微小生物，以及可用于食物生产的食用菌类等。在划分组分（即亚系统）时，根据研究工作的要求，可粗可细。例如，生产者组分可以把性质相近的并在一起，如农作物、林果木和草类分别划分为三个组分。

(2)在组分确立后，分别确定各亚系统的输入和输出项目

对于生产者亚系统的输入，包括太阳辐射能和燃油、电力、农业机械、化肥、农药、除草剂等各种工业辅助能以及人畜力、秸秆、有机肥料等可再生生物能；输出则包括主要目的产品—粮食和收获的秸杆等。

对于畜牧业亚系统来说，输入部分有饲料、饲草、畜牧机械、管理畜牧的人工、畜舍和棚圈等建筑物形式的能量输入部分；其输出部分则有肉、奶、蛋、皮、毛等畜产品以及畜力和粪便等。在各亚系统中，有对系统外部的输出，也有其它系统的输出。例如，作物亚系统的粮食和秸秆输出，通常可作为畜牧亚系统的饲料输入。畜牧业系统的畜力和粪便输出，可做为作物亚系统的动力和肥料输入。3．搜集资料，确定各种实物的流量或输入、输出量

(1)详细测定和记录(试验)；(2)统计资料；(3)实地调查，抽样调查；(4)间接估算(如畜禽饲料、粪便、人粪尿、秸秆等的数量)

4．将各种不同质的实物流量转换为能流量

系统的实物流量计量单位各不相同，只有将它们转换为统一的计量单位—能量之后，才能进行比较分析。各种实物的折能系数除实测外，在实践中多数是依据不同学者的研究结果，制定折能系数表，以便于根据不同类型的能量折算标准进行换算。

5．绘出能流图*

将农业生态系统各亚系统输入、输出及其相互流动的能量确定后，即可绘制能流图。目前应用最普遍的是著名的生态家Odum（1967、1972）的能流符号图（课本）。

用这些符号按能量流动过程编绘出设计区的能流图，就可以比较直观地看出设计区能量流动合理与否。

6．对所得的结果进行分析

通过所计算的结果和综合能流图，进一步对农业生态系统进行综合分析。分析一般包括以下几个方面：

(1) 确定该系统总能量输入水平及各种输入能量占总输入能量的比例

总能量输入是指从所研究的系统或亚系统外输入到该系统或亚系统中的各能量流的总和，通常为太阳能以外的各种辅助能的总量。各种能量输入占总能量

输入的比例，说明一个农业生态系统的能量输入结构，由此可进一步分析各种能量投入与产出关系。

(2)确定总能量输出及各种能量输出所占的比例

总能量输出，是指输出到系统或亚系统以外的各种产物所含的能量总和。总能量输出的大小表示系统的生产力水平和开放程度。各种能量输出占总能量输出的比例，主要是指各亚系统输出能量占总输出能量的比例以及各种主要产品、副产品所含能量占总输出能量的比例。

(3)确定各种形式的能量输出与输入比

通常用各种形式的能量输出与输入比说明一个农业生态系统的能量转换效率和特征。作物亚系统常用的几个输出与输入比值是：

A、太阳能转化率= 总生物能量/太阳辐射能输入；

B、系统的能量转化效率= 输出的总生物能量/输入总能量，若此比值小于1，说明该系统所消耗的能量超过了所产生的生物能量；

C、工业能量的利用效率= 总产出能/ 输入总工业能，此比值越大，说明工业能源的利用效果越好；

D、系统的劳动生产率= 总产出能量/输入总劳力；

E、饲料的转化效率= 输出的畜产品总能量/输入饲料总能量

(4)与其它系统的能量分析结果进行比较

将某一个农业生态系统的能量分析结果与其他同类系统的分析结果进行比较，有利于说明所研究系统特征。在进行比较时，要注意两者之间的可比性。四、实习资料

黄土高原某地张家山村年降水量660mm，除川道外的农田无灌溉条件，长期以来种植小麦、玉米为主，生产结构单一，加之山区缺乏燃料砍树毁草现象较为严重，生产水平低而不稳。2001某科技项目选择农户20个，进行生态农业模式示范。示范涉及土地面积200亩，奶牛20头，猪94头，人口89人。生态农业示范包含的具体要素是：户均8m3的沼气池一个、一头奶牛、4—5头猪、一个温室大棚（0.8亩/个，20个共占地20亩），1.0亩青贮玉米，1.0亩辣椒、1.5亩苹果园，2.5亩小麦田，1亩草地（旱地）、2亩林地。2001年起在大棚栽植矮化油桃，果园种植三叶草，旱地种草栽树。由于引入沼气系统，强化了农牧结合，

加强了物质循环，不断培肥地力，提高了自然资源的转化效率，农产品品质持续提高，取得了较好的经济、生态和社会效益。

一、张家山农业生产条件

二、张家山农业生产水平

第一性生产投入能表

第一性生产产出能表