农业生态系统的能量流动
农业生态系统的能量流动
（一）食物链（food chain) 1.定义：生态系统中生物组分通过吃与被吃的关 系彼此连接起来的一个序列，组成一个整体犹 如一条链索一样，这种链索关系被称为食物链。 2.食物链理论 1942年美国生态学家林德曼（Lindeman)提出的， 基本涵义是：生态系统中绿色植物转化固定的 食物通过一系列取食与被取食关系，使生物成 员紧密联系起来的营养序列称为食物链。
第三章 农业生态系统的能量流动
内容提要
• 能量的基本形态与来源； • 食物链与食物网 • 农业生态系统能量流动与转化途径 • 农业生态系统能量转化的的基本原理 • 农业生态系统的能量生产 • 农业生态系统的辅助能 • 农业生产系统的能流与能值分析。
第一节农业生态系统能量流动的途径
一、农业生态系统能量的来源
人 工 辅 助 能
太阳能（主要能量来源占90%以上） 包括地热能、潮汐能、 风能、水能等
自然辅助能 对生态系统中食物链能
量转化与传递起辅助作 用的能量
人类通过各种生产活动投入到农 业生态系统中的人力、畜力、燃 料、电力、机械、化肥、农药等 强化和辅助生态系统中生物对太 阳能的固定、转化与流动的能量
二、食物用转化固定在植物体的化学能；由食物链转化 到动物体和微生物提中的化学能；动植物体被埋藏在地 壳经长期的地质作用所形成的化学能。 （3）热能
是一种广泛见于不同能量作功过程中的能量转化形式。
（二）生态系统的能量来源
农业 生态 系统 能量 来源
生态 系统 能量 来源
第二节能量流动与转化的基本定律
一、热力学第一定律——能量守恒定律 二、热力学第二定律——能量衰变定律 三、熵定律 （一）熵含义（二）熵变化（三）熵定律 四、普里（利）高律的耗散结构理论 （一）耗散结构（二）耗散结构理论 五、生态金字塔 （一）生态金字塔概念（二）生态金字塔类（三）生态 金字塔理论意义 六、林德曼效率定律与生态效率定律 （一）林德曼效率定律及意义（二）生态效率定律
农业生态系统中的能量流动
农业生态系统中的能量流动能量的流动是生态系统存在与发展的动力，一切的生命活动都依赖生物与环境之间的能量流通和转换。
由于生物与生物、生物与环境之间不断进行进行物质循环和能量转换的过程，不但使生物得以维持生存、繁衍与发展．而且也使得生态系统保持平衡与稳定。
在生态系统中．能量流动主要是从初级生产者向次级生产者流动。
能量的流动渠道主要通过’‘食物链”与“食物网”来实现。
在农业生态系统中，能址流动的主要渠道通常有三种形式：在生态系统中．能量流动主要是从初级生产者向次级生产者流动。
能量的流动渠道主要通过’‘食物链”与“食物网”来实现。
在农业生态系统中，能址流动的主要渠道通常有三种形式：( 1 ）捕食食物链从植物到草食动物再到肉食动物所联系的链条，如稻田中的“青草一昆虫一青蛙一蛇一人”。
( 2 ）寄生食物链由大有机体到小有机体进行能址的流动，如’‘人体寄生虫”、“哺乳动物一跳蚤”。
( 3 ）腐生食物链由利川死休的微生物组成，并通过腐烂分解，将有机体还原成无机物的食物链。
在生态系统中食物链不是唯一的，由于某一消费者不只吃一种食物（生物），每种食物（或生物）又被许多生物所食，因此形成相互交错、彼此联系的网状结构，故称食物网。
由于能量从一个营养级（水稻、杂草）到另一个营养级（如昆虫、老以）的流动过程中，有一部分被固定下来形成有机物的化学潜能．而另一部分通过多种途径被消耗，直到最后耗尽为止。
平均每个营养级的能量转化效率为10 % ，这就是著名的“十分之一定律”。
因此，营养级由低级到高级，依据个体数目、生物金与能址的分布，形成了底宽而顶尖的金字塔形，称之为生态金字塔或能量金字塔．即顺着营养级位序列（食物链）向上，能量急剧递减。
在每个营养级中将所有的生物量或活组织连起来，随若营养级的增加，其生物虽随着减少，形成生物量金字塔，这种金字塔在陆地生态系统和浅水生态系统中最为明显。
农业生态学-第6+7章(4节)-能量流动与物质循环
●
基本内容
1.能量的基本形态与来源：能量包括动能
和潜能；生态系统的主要能源是大阳能和 人工辅助能； 2.食物链和食物网：生态系统能量流动的 渠道，具有不同的类型和作用；
3.农业生态系统能量转化与流动途径：
将日光能转化为储存在植物有机物质中的 化学潜能，根据化学潜能去向不同而形成3 种不同的能流路径；
10 25 47
太阳辐射到 达大气层后
到达地球表面 大气或云层反射 云层吸收 臭氧、水蒸气、二氧化碳吸收 尘埃散射
地球上任何地方所接受到的太 阳辐射量因纬度、季节而异。 从世界范围来看，到达地球表 面的太阳辐射能，大部分地区 在418.68—3349.44J／cm2.d . 我国各地年辐射量变化为358—1004.8×109kJ／hm2.
太 阳 辐 射
约50%的可见光(0.4—0.7μm) 约43%的红外线（>0.76μm） 约7%的紫外线(<0.4μm)。
红橙光 是绿色植物叶绿素最容易吸收的部分，
是光合作用的主要能源。
2.人工辅助能 Artificial Auxiliary Energy
是指人类通过各种生产活动所投入到生态系 统中的人力、畜力、燃料、电力、机械、化 肥、农药、饲料等。 在农业生态系统中，人工辅助能是一种非常 重要的能量来源。 它的投入可以大大强化和辅助生态系统中生 物对太阳光能的固定、转化和流动。
(2)腐食性食物链（Saprophytric Food Chain)， 又称残屑食物链(Detritus Chain)
是指以死亡有机体或排泄物为能量来源， 在微生物或原生动物的参与下，经腐烂、分解 将其还原为无机物并从中取得能量的食物链。 农业上应用的腐食食物链有：“秸秆、粪 便等→沼气”、“棉籽壳、秸秆→蘑菇”等。
农业生态系统的能量流ppt课件
一、次级生产的能量平衡
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猎物种群生产量（886.4g）
未捕获（876.1g）
被捕获（10.3g）
被吃下（7.93g）I 未吃下（2.37g）
同化（7.3g）A
未同化（0.63g）
净次级生产（2.7g）P
呼吸（4.6g）R
47
1.同化量和呼吸量估计生产 量：
P=A-R;
A=C-FU
2.P=Pg+Pr （净生产量为种群中个体的生长和出生之和）
利用工厂饲料、饲料添加剂、良种繁育、环境调节控制等。
经济社会发展和环境差异大的生态系统的辅助能特征与能量效率
1. 一般，随着辅助能的投入的增加，能量的产出水平和农业产量 也相应增加，但辅助能的产投效率不一定增加，甚至出现报酬 递减现象。
2. 投能结构：能量投入中辅助能在总输入能量所占的比例，无机 能和有技能所占的比例，化肥、农药各项投能所占的比例等等。
陆地生态系统类型中，以热带雨林生产力为最高，平 均为2200g/m2.yr。由热带雨林向常绿林、落叶林、 北方针叶林、稀树草原、温带草原、寒漠依次减少。初 级生产量从热带至亚热带、经温带到寒带逐渐降低 。 一般认为，太阳辐射、温度和降水是导致初级生产量随 纬度增大而降低的原因。
28
29
3.海洋中初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低 河口湾由于有大陆河流的辅助输入，它们的净初级生
3. 辅助能的质量及其投入管理水平的高低有关。 60
第五节 生态系统的能量关系
61
生态系统能量流动的一般过程
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63
8% 29.7%
25%
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二、生态金生态效率
70
71
三、生态效率
农业生态系统的能量流动
3.寄生食物链
寄生食物链是以活的动植物有机体为能量来源、以寄生方式生存的食物链。
（二）食物网
在生态系统中，各种生物成员之间的取食与被取食关系，往往不是单一的，多数 情况是交织在一起，一种生物常常以多种食物为生，而同一种食物又往往被多种消费 者取食，于是就形成了生态系统内多条食物链相互交织，相互联结的“网络”。这种 网络被称为食物网。
（二）生态系统的能量来源
地球生态系统的能量90%以上有来自于日光能，另外不足10%是来自于 地热能、潮汐能、风能、水能等。太阳辐射能以电磁波的形式投射到地球。 在太阳辐射中，可见光约占50%，红外线约占43%，紫外线约占7%。可见光 是由7种不同的单色光（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）组成的。除绿光外， 其他均是绿色植物光合作用的生理辐射，其中红橙光是绿色植物叶绿素最容 易吸收的部分，是光合作用的主要能。植物只能将很少一部分生理辐射能转 化为储存在有机物里的化学能。红外线的主要作用是产生热效应，形成生物 生存的热量环境。紫外线则具有较强的组织穿透能力和破坏能力，能提高植 物组织中蛋白质及纤维素含量，还会杀死微生物。 在农业生态系统中，人工辅助能是一项非常重要的能量来源。所谓的人 工辅助能是指人类通过各种生产活动所投入到农业生态系统中的人力、畜力、 燃料、电力、机械、化肥、农药、饲料等。它的投入可以大大强化和辅助生 态系统中生物对太阳光的固定、转化和流动。
二、食物链与食物网
生态系统中能量的流动是借助于食物链和食物网实现的。因此，食物链和食物网 便是生态系统中能量流动的渠道。
（一）食物链
食物链指生态系统中生物组分通过吃与被吃的关系彼此联系起来的一个序列，组 成一个整体，就像是一条链索一样。这种链索关系就被称为食物链。
美国生态学家林德曼1942年在研究湖内生物种群能量流动规律时，受中国谚语 “大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃污泥”的启发，提出了著名的食物链理论。 在自然界中，一个完整和发育完全成熟的生态系统常具有这样一条典型的食物链: 植物 ——食草动物——一级食肉动物——二级食肉动物——顶级食肉动物。 食物链上能量和物质被暂时储存和停留的位置，也即每一种生物所处的位置（环 节）称为营养级。在上诉食物链中，植物称为第一营养级，食草动物称为第二营养级， 一级食肉动物称为第三营养级，二级食肉动物称为第四营养级，顶级食肉动物称为第 五营养级。 食物链在生物界是普遍存在的。在不同生态系统中均可以按食物链的发端和生物 成员取食的方式归纳为捕食食物链、腐食食物链、寄生食物链3种类型。
农业生态学3农业生态系统能流
同化量 A
生产量P
现存量改变 ΔB
十分之一定律 生态系统中，能量在食物链上流动，上一营养级大 约只能固定下一营养级能量的10%，这种规律称之 为十分之一定律。
3.生态系统能流
生态系统水平的 能量流动和食物 链水平的能量流 动有何区别？生 态系统的结构和 能量高效利用有 何关系？
(1)草牧食物链
从绿色植物开始，从小到大，从弱到强，弱肉 强食，存在明显的捕食关系和血淋淋的斗争，所以 又叫捕食食物链。
捕食中以活有机体为食，所以也叫活食食物链。
水稻-稻飞虱-青蛙-蛇-鹰
(2)腐食食物链
食物链成员与 死的有机体为食 ，通过腐烂分解 ，由腐生成员构 成的食物链
动物尸体-蝇-真菌-细菌
2.能量的形式及转化
太阳辐射能
热能
热能
动能
植物呼吸 动物呼吸 动物运动
势能
有机物化学能
有机物化学能 动物登高
有机物
光合
取食
动物取食 化学能
作用
动物发光
动物放电
光能
动物发声
电能
声能
生态系统中的能量形式及转换
3.生态系统的能源
太阳能
辅助能
自然辅助能 人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
太阳能
除太阳辐射能以外， 其它进入系统的任何形式 的能量。
农业生态学3农业生态系统能流
第三章 农业生态系统的功能—能流
一、能量流动的基本原理 二、能量流动过程 三、能流模型及能流分析 四、能流与生态系统生产力
一、 能量流动的基本原理
1.能量的概念
力学定义能量是：物体做功能力的量度。 物体对外界作了功，物体的能量要减少；反过来， 若外界对物体作了功，物体的能量就要增加。如某 些动物搬运食物，则动物对外界作了功，体内的化 学能减少。 生态系统中各组分的存在、变化及其发展，都与 能量息息相关，遵循一定的能量变化规律。
第六章 农业生态系统的能量流2013
（三）普里高津的耗散结构理论
（dissipative structure）
一个远离平衡态的开放系统，通过与外界 环境所进行的物质、能量的不断交换，就 能克服无序状态，维持稳定状态。（ I.
Prigogine，1967 ）
四、能量流动的特征
1 ．能流是单向流动
2 ．能流是能量不断递减的过程
被生物体固定储存提供给下 一营养级的能量叫有效能。
10 次级消费者 (鱼类)
100
1,000
初级消费者 (浮游动物)
10,000 每个营养级的
可利用能力 (千卡)
生产者
热量
分解者
热量
热量
热量 热量
三、农业生态系统能量流动特点
1．能量流动途径为“双通道”。
辅助能
太阳能 初级生产者 各级消费者 分解者
产出输出
2．能量传递效率提高，农业增产明显。
z全球绿色植物光能利用率平均为0.1% z耕地农作物平均为0.4%，高产田为1.2-1.5%。 z畜业转化效率及产量也提高。
固定的 同化的
吃进的
收获的
可利用的
食源 不可利用的 未收获的 吃剩的 粪便
呼吸
3. 能量流动的途径和渠道是
食物链 (food chain) 食物网 (food web)
2
2013/4/11
食物链 (food chain)
指生态系统中生物组分通过吃与被吃的关系，彼此连 接起来的一个序列，组成一个整体，就像一条链索一 样，这种链索关系就，称为食物链.
2013/4/11
农业生态学
Agroecology
陈源泉
中国农业大学循环农业研究中心 电话：62731163 Email:rardc@
第三章农业生态系统能量流
食物链是生态系统内生物与生物之间相互联系的一 种主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。
二、食物链的种类
按性质不同分为四类： （1）捕食食物链（又称草牧食物链 gazing food chain）：
食物网本质上是生态系统中有机体之间一系列反复 的吃与被吃的相互关系。
营养结构：以营养为纽带，把生物与生物、生物与 环境紧密联系起来的结构。
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 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：
均朝着熵值增加的方向进行。 （2）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。
四、耗散结构理论
1.耗散结构(dissipative structure)：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。 (Prigogine)
2.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 状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。
R 呼吸
枯死、采食
总生产量Pg 量B
净生产量 Pn
现存
2、 地球生物圈主要生态系统初级生产力
据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生 产量为：（单位：×109吨）
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 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。
第四章农业生态系统的能量流动
第四章农业生态系统的能量流动、本章学习目标：重点掌握：农业生态系统能流调控途径；能量分析方法一般掌握：林德曼效率；农业生态系统能量的来源与流动途径；初级生产与次级生产的关系；人工辅助能对农业生产的影响识记：食物链与食物网、辅助能、生态金字塔的概念二、本章主要内容一）农业生态系统能量的来源1. 生态系统能量的基本形式在生态系统中，能量有三种表现形式，即日光能、生物化学能和热能。
2. 生态系统的能量来源地球生态系统的能量90% 以上有来自于日光能，另外不足10% 是来自于地热能、潮汐能、风能、水能等。
太阳辐射能以电滋波的形式投射到地球。
来自太阳的能量是生态、经济和社会系统的基础动力，经过绿色植物的光合作用，太阳能被转化为有机态的化学能，贮存于植物体内．这些贮存的化学能随绿色植物进入食物链，在流经食物链各环节的过程中，生物质被动物和微生物消化和分解，贮存的化学能经过不同的转化过程最终以热能的形式散发到大气中——这就是自然生态系统的能流过程。
农业生态系统能量来源一部分与自然生态系统一样来自日光能，各种农业生物生长需要依靠太阳光完成光合作用，转化日光能为贮存于生物质中的化学能。
但是，农业生态系统还要另一项重要的能量来源，那就是人工辅助能。
人工辅助能：指人类通过各种生产活动所投入到农业生态系统中的人力、畜力、燃料、电力、机械、化肥、农药、饲料等。
食物链：指生态系统中生物组分通过吃与被吃的关系彼此连接起来的一个序列，组成个整体，就像一条链索一样，这种链索关系就被称为食物链。
在自然界，一个完整和发育成熟的生态系统常具有这样一条典型的食物链：植物-—食草动物—一级食肉动物——二级食肉动物——顶级食肉动物。
营养级：食物链上能量和物质被暂时贮存和停留的位置，也即每一种生物所处的位置（环节）称为营养级。
食物链在不同生态系统中均可以按食物链的发端和生物成员取食的方式归纳为三种类型：1）捕食食物链：亦称为草牧食物链，这种食物链起始于植物，经过食草动物，再到食肉动物这样一条以活有机体为能量来源的食物链类型。
农业生态学第四章--能量流动
A 贮存量 R1 体增热 R2 维持能
F 固体排泄物
U 液体排泄物
G 气体排泄物
ห้องสมุดไป่ตู้三节 次级生产的能量转化
二、次级生产在农业生态系统中的地位和作用 1．转化农副产品，提高利用价值 2．生产动物蛋白质，改善食物构成。 3．促进物质循环，增强生态系统功能。 4. 提高经济价值。
第三节 次级生产的能量转化
第一节 能量流动的基本规律
三、能量流动的基本定律 1． 热力学第一定律（能量守恒定律） The first law of thermodynamics(the law of conservation of energy): When energy is converted from one form into another, energy is neither gained nor lost. Q=ΔE+W Q 吸热 ΔE 内能（潜能） W 做功 用于生态系统：绿色植物同化的太阳能=贮存在植物体内的化学潜能+植 物呼吸消耗的热能
第四章 农业生态系统的能量流动 Chapter 4 Energy Flow in Agroecosystem
第一节 能量流动的基本规律 The Basic Law of Energy Flow
第二节 初级生产的能量转化 Energy Flow on the level of primary production
efficiencies)
第一节 能量流动的基本规律
四、能量流动的特征 1．能流是单向流动 2．能流是能量不断递减的过程 3. 能量流动的途径和渠道是食物链(food chain)和食物网 (food web)
第二节 初级生产的能量转化
一、初级生产的能量平衡 1. 初级生产（primary production)：
农业生态系统的功能
第二节 农业生态系统的物质循环
物质循环：指生态系统的一切物质在生物与环境 不同组分之间的频繁转移和循环流动。包括有机物、 无机物、化学元素和水（作为介质） 生物地球化学循环：各种化学元素和营养物质， 在不同层次、不同大小的生态系统内，乃至整个生物 圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体 到环境，不断地进行流动和循环，就构成了生物地球 化学循环，简称生物地化循环 。 而那些生命必需元素和无机化合的移动，则称之 为养分循环。 养分循环一词被更多地称做矿质养分循环或矿质 循环，而不用于碳、氧、水等这样一些生命必需的、 非矿质的元素成分或化合物的循环。
（２）气相型循环： 贮存库：大气圈或水圈，以气体的方式 参与循环，循环迅速、完全。 代表物质： C 、 O 、 N 、 F （ 3 ）沉积型循环： 贮存库：岩石圈和土壤圈，循环缓慢、 周期长，不完全 代表物质： S 、 P 、 Ca 、 Na 、 Mg 、 Fe 、 Cu 、 Si 过程：岩石、土壤→风化 → 植物利用、 沉积 → 回到环境 → 风 化、重新利用
（四）次级生产在农业生态系统中的地位 和作用 1.转化农副产品，提高利用价值 2.生产动物蛋白质，改善食物构成。 3.促进物质循环，增强生态系统功能。 4.提高经济价值。 （五）初级生产与次级生产的关系 1.次级生产依赖初级生产。 2.合理的次级生产促进初级生产。 3.过度放牧破坏初级生产，使草原退 化。
3、氮循环 氮的循环与碳的循环大体相似，但很多环节 上都有特定的微生物参加
4、人类活动对氮循环的影响 (1) 含氮有机物燃烧产生 NOx 污染大气温室气体 (2)过度耕种使土壤氮素肥力下降 (3) 工业固氮抑制生物固氮，造成氮素局部富积和 氮循环 失调（水体富营养化） (4) 不合理施肥造成氮素流失污染地下水、蔬菜硝 酸盐中毒 5、农田氮素控制的途径 (1) 改进氮肥施用技术：分次施肥、氮肥深施等 (2) 平衡施肥和测土施肥 (3) 采用硝化抑制剂 (4) 合理灌溉 (5) 做好水土保持工作
《农业生态学》课程笔记 (3)
《农业生态学》课程笔记第一章绪论一、农业生态学的概念与内涵1. 定义：农业生态学是研究农业生态系统结构、功能、过程及其调控与管理的一门学科，它涉及生物学、生态学、土壤学、气象学、植物保护学等多个领域。
2. 内涵：- 农业生态系统：指在一定区域内，由农业生物群体与其环境相互作用、相互依存而形成的统一整体。
- 农业生态学的研究对象：不仅包括农业生产的生物要素，如农作物、畜禽、渔业等，还包括非生物要素，如土壤、气候、水、肥料等。
- 农业生态学的研究目标：旨在实现农业生产的高效、持续、稳定和生态平衡。
二、农业生态学的发展历程1. 传统农业阶段：- 特点：以人力和畜力为主，依赖自然条件，农业生产技术水平较低。
- 代表性技术：轮作、休耕、有机肥料使用等。
2. 现代农业阶段：- 特点：大量使用化肥、农药、农业机械等，追求产量最大化。
- 问题：资源过度消耗、环境污染、生态破坏等。
3. 可持续农业阶段：- 特点：强调农业与生态环境的协调发展，实现农业可持续发展。
- 目标：提高农业生产效率，保护生态环境，保障食物安全。
三、农业生态学的研究方法与技术1. 观察法：- 实地调查：对农业生态系统的组成、结构和功能进行直接观察。
- 长期定位观测：对农业生态系统的动态变化进行长期跟踪。
2. 实验法：- 田间试验：通过设置不同处理，研究农业生态系统的响应机制。
- 模拟实验：在受控条件下，模拟农业生态过程，探讨其内在规律。
3. 数学模型法：- 建模方法：系统动力学模型、线性规划模型、非线性模型等。
- 应用：预测农业生态系统的变化趋势，优化农业生产结构。
4. 信息技术：- 遥感技术：获取农业生态系统的空间分布信息。
- GIS：分析农业生态系统的空间格局和时空变化。
- GPS：定位农业生态系统的具体位置。
5. 系统分析法：- 系统理论：分析农业生态系统的整体性和层次性。
- 系统工程：设计和管理农业生态系统，提高其整体功能。
四、农业生态学的研究内容1. 农业生态系统的结构：- 生物种群：研究种群的数量、分布、动态和遗传多样性。
农业生态系统物质循环与能量流动研究
农业生态系统物质循环与能量流动研究农业生态系统是位于自然界中的一个巨大系统，包括土壤、植物、动物等多种生物组成。
在这个系统中，物质的循环和能量的流动是至关重要的，直接影响着生态系统的稳定性和发展。
本文将探讨农业生态系统中物质循环与能量流动的研究，以期从不同角度全面理解这一复杂而精密的系统。
一、物质循环农业生态系统中的物质循环是指营养元素在生态系统内不断循环利用的过程。
首先，农田中的植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，同时通过吸收土壤中的营养元素满足自身生长所需。
然后，植物死亡后将有机物质释放到土壤中，通过微生物的分解作用将有机物质转化为无机物质，如氮、磷、钾等。
最后，这些无机物质再次被植物吸收利用，实现了物质的循环利用。
二、能量流动能量流动则是指在农业生态系统内，能量从生产者到消费者再到分解者的传递和转化过程。
在农田中，太阳能是最主要的能源，通过光合作用被植物转化为化学能，再通过植物被其他生物消费吸收，最终被分解者转化为热能释放到环境中。
这一过程中，能量不断流动和转化，维持着整个生态系统的平衡。
三、物质循环与能量流动的联系物质循环和能量流动是密不可分的，二者相互作用共同维持着农业生态系统的稳定运行。
物质循环为能量流动提供了必要的物质基础，而能量流动则驱动着物质循环的进行。
只有二者良好协调配合，农业生态系统才能发挥最大的效益。
四、物质循环与能量流动的影响物质循环和能量流动的畅通与否直接影响着农业生态系统的生态效果和生产效率。
如果物质循环受阻，会导致养分的累积和泄漏，造成生态环境恶化；如果能量流动不畅，会导致生态系统内各个群落之间的失去平衡，从而影响到整个系统的稳定。
五、保护物质循环的重要性保护物质循环是维护农业生态系统健康的基础。
种植根系多样、有机质充足、微生物种类丰富的作物，能够增加土壤养分的储备和循环利用率，减少养分流失；采取循环农业的模式，通过合理的轮作、耕作等措施，促进养分在系统内的良好循环，提高养分利用率。
第4章 农业生态系统的能量流动
生态系统的能量流动
光合作用是生态系统的能量之源
光
CO2 ＋ H2O 叶绿素 （CH2O）＋ O2பைடு நூலகம்
食物种群 ＝
动物得到的 ＝ 动物未得到的
被 更 高 营养
次级生产量＝ 级取食
被同化的 ＝
未被取食
动物吃进的 ＝
呼吸代谢
未同化的
动物未吃进的
生态系统中的能量形式及转换
第一节 初级生产中的能量流动
一、能量流动与转化的基本定律及其应用 二、初级生产中的能量流动
就 可能有成千上万个昆虫为生，又可能有数只鸟以这些昆 虫为生。这样如用数量表示就是一个两头小中间大的畸 形金字塔。
用生物量金字塔表示海洋中“浮游植物一浮游动物 一底栖动物“的食物链营养关系时，由于浮游植物的个 体小，它们以快速的代谢和较高的周转率达到较大的输 出，但生物现存量却较少。用生物量金字塔表示的就是 一个倒置的金字塔。但如果用能量金字塔表示食物链的 营养关系，则不受生物个体大小及代谢速度不同的影 响，可较准确地说明能量传递的效率和系统的功能特点。
生态金字塔理论对提高能量利用与转化效率、调控 营养结构、保持生态系统的稳定性具有重要的指导意义。 食物链长，塔的层次多，能量消耗多、储存少，系统不 稳定。食物链短，塔的层次少基部宽，能量储存多，系 统稳定，但食物链过短，塔的基部过宽时，则能量利用 率太低、浪费大。对于农业生态系统，不仅要求系统稳 定，还要求其转化效率要高，才能获得较多的生物产 品，以提高系统生产力。另外，食物链与生态金字塔理 论，对指导合理建立农业生态系统结构，保持适宜的人 地比例，农牧比例，草场载畜量以及人类食物构成上均 有重要指导作用。
热力学第一定律认为：能量可以在不同的介质中被 传递，在不同的形式中被转化，但数量上既不能被创 造，也不能被消灭，即能量在转化过程中是守恒的。在 热功转换过程中可用下列公式表示：
简述农业生态系统的能量流动过程
在农业生态系统的神奇世界中，太阳在光照光照下能量时占据中心位置。
植物们和小太阳厨师一样，通过光合作用来工作他们的魔法，并将这种能量转化为美味的葡萄糖，充满了化学能量。
在烹饪趣味的游戏中，食草动物沿着并盛宴在能源包装的植物上，但乐趣并没有停止！能源之旅在传递给更高层次的用户的同时继续发展，形成了一连串的能源交流食物网。
然而，一路走来，由于呼吸和新陈代谢，所有的兴奋度都有一定的热量损失。
这就像一个充满活力的热土豆游戏，导致一个金字塔形的能量流动，使这个充满活力的生态系统与生命相呼应！
一些植物储存的能量被人类用于耕作。
我们种植作物来制造食物，当我们吃这些作物时，我们得到了储存在植物里的能量。
我们还利用能量来耕耕，收获，以及把作物移到周围。
但我们要小心，因为我们的农耕活动可能会破坏能源在环境中的自然流动，比如砍伐森林，只种植一种作物，以及使用杀虫剂和肥料等化学物质。
随着太阳辐射的接收，农业生态系统内的能量流动，随后通过光合作用过程被植物转化为化学能量。
然后通过摄取植物和其他生物，在生态系统内通过各种营养水平转移这种能量，从而形成复杂的食物网。
然而，必须承认，人类的农业努力具有影响生态系统内自然能源流动的潜力，强调采取可持续做法以维护农业生态系统能源流动的平衡至关重要。
农业生态系统能量流
能量的定义和重要性
能量是指物体具有的做工的能力，是生命活动的驱动力。在农业生态系统中， 能量是维持作物生长、农业生产和生物体生命活动的关键要素。
农业生态系统中的能量流
太阳能和光合作用
太阳能是农业生态系统的能源 来源，通过光合作用将太阳能 转化为植物和其他生物可利用 的化学能。
食物链和食物网
能量在农业生态系统中通过食 物链和食物网的形式传递。植 物通过光合作用储存能量，然 后被食草动物摄食，再被食肉 动物捕食。
能量损耗与能量转化
能量在农业生态系统中存在着 损耗和转化。能量损耗主要来 自生物代谢和热能散失，能量 转化则是生物体之间的能量传 递和转换。
能量流对农业生态系统的影响
增加农作物产量
通过合理管理能量流动，可以提高农作物的生长速度和产量。
维持生物多样性
良好的能量流动有助于维持农业生态系统中的生物多样性，进而促进生态平衡。
科技创新
利用先进的农业科技，如精准施肥、遥感监测 等，优化能量利用和农作物产量。
结论
能量流对农业生态系统至关重要。合理管理能量流动，既能提高农作物产量，维持生物多样性，减少能量损耗， 还可以推动农业的可持续发展。
农业生态系统能量流
农业生态系统是一个复杂的生态系统，其中能量起着关键的作用。了解农业 生态系统中的能量流是理解生命在农业系统中的运作方式的重要一步。
农业生态系统概述
农业生态系统是指由农田、农作物、农畜产品以及其他生物和非生性和农作物产量。
减少能量损耗
合理的能量管理可以降低能量损耗，提高能量利用效率，实现可持续农业。
优化能量流的策略
合理灌溉
通过科学合理地进行灌溉，避免水资源浪费， 从而提高能量利用效率。
农业生态系统能量转化
就一般生态系统而言，能量流动主要以绿色植物转化固定太阳能为贮 存在其有机体内的化学潜能，然后沿着食物链不同营养级流动，被进一步 转化为其他的有机体化学潜能以及伴随着的热能散失。由于生态系统中往 往存在由多条食物链交错构成的复杂食物网营养关系，捕食食物链、腐生 食物链，甚至寄生食物链同时存在。因此，生态系统的能量流动是沿着长 短不一的多条路径同时进行的 。
农业生态系统的初级生产主要包括农田、草地和林 地等的生产。
根据热力学第一定律，生态系统初级生产过程中的能量 平衡关系可表示为：
Q+q =α(Q+q) + 为太阳直射辐射量； q为太阳散射辐射量； α为辐射反射率； S为下垫面长波辐射和大气 长波辐射之和；
生态金字塔
第二节 农业生态系统能量流动的途径 与转化效率
一、农业生态系统能量流动的途径
二、农业生态系统的能量转化
三、农业生态系统的能量转化效率
四、农业生态系统人工辅助能的投入与转化效率
五、农业生态系统人工辅助能的合理投入与能流 方向的调控
一、农业生态系统能量流动的途径
1. 生态系统的能量流动途径
一、农业生态系统能量流动的途径
基本路径：
1. 有机物质内的化学能，沿着牧食食物链，通过取食关系被下一营养 级生物摄入体内，被转化为不同类型的生物质化学能。
2. 在能量转化过程中，每一营养级均有一部分生物质能以遗体、残体 及排泄物等形式直接进入腐生食物链，被分解或者降解。
3. 通过呼吸作用以热的形式释放到环境中。
农业生态系统还需要投入大量的人工辅助能量（artificial auxiliary energy），以提高食物链能量转化效率和系统的生产 力，满足人类的需要。
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我国不同地区能量产投比
400 200 0 低产田
投入无机能
中产田
产出能量 能量产投比
投入能量
投能结构与产投比关系示意
目前我国多 数地区有机能与 无机能比例为 1.35至8.83之间。
投能结构（有 机能/无机能）与 产投比（能量转 化效率）之间呈 二次函数关系。
Y=0.5324+0.5767X-0.059X
• 我国生物质能资源原料多样量大，包括能源植物、 作物秸秆、人畜粪便等。 • 农作物秸秆是数量最大的农业废弃物，每公顷耕地 年产量可达9-10吨。 • 地球上光合作用产生的生物质约1500亿吨/年，可作 为人类食物或动物饲料占其中1/4，每年产生的废物 （包括收获和加工过程中的）约135亿吨。
自然辅助能
辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
能量分类的作用和意义
• 生物辅助能一般是农业系统内部能量的再利用，表 示归还率，是有限的；封闭形式的投入。 • 工业辅助能表示对该系统能量的补充。开放形式的 投入。(资源量、形式、成本、环境影响不同）
–生物辅助能/工业辅助能，称人工辅助能的组成 (投能结 构) –产出生物能/投入人工辅助能，称人工辅助能的能效
2007年江苏省化肥施用量与施用强度区域差异
常 州 市 无 锡 市 苏 州 市 镇 江 市 南 京 市 扬 州 市 泰 州 市 南 通 连 市 云 港 市 宿 迁 市 淮 安 市 盐 城 市 徐 州 市
化肥施用强度 (kg/ha)
化肥施用量
化肥施用强度
化肥施用量 (万t)
1400 1200 1000 800
再生能源的开发利用
• • • • • • • • 自然界存无限的能源资源。 太阳能 水能 风能 地热能 海洋能 核能 氢能
• 生物质能：主要是植物或其被动物转化的排泄物等 生物有机质储存的能量。 • 生物质能是重要的可再生能源，且洁净环保，可以 减少化石能源消耗带来的温室效应。 • 目前发展中的生物质能开发利用技术主要有： • （1）通过热化学转换技术将固体物质转换成可燃性 气体、焦油等 • （2）通过生物化学转换技术将生物质转换成沼气、 酒精等 • （3）通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度 固体燃料等。
产 投 比
3.06
6.78
有机能/无机能
• 高辅助能投入“石油农业”的困境
• • • • • • • 过渡依赖化石燃料 食品安全问题 大气污染 水质恶化 土壤退化 生物多样性减少 服务功能削弱 不低碳 不安全 不环保 不环保 不生态 不生态 不生态
化肥施用量 (折纯量)(万t)
350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 化肥施用量 化肥施用强度
农 业 生 态 系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统 能 量 来 源
太阳能
人们在生产活动中地投入的 各种形式的能量。 主要是为了改善生产条件、 加快产品流通、提高生产力，如农 田耕作、灌溉、施肥、防治病虫害、 农业生物的育种以及产品的收获、 贮藏、运输、加工等。
自然辅助能
辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
农 业 生 态 系 统 能 量 来 源
结构 功能
• 生态系统的功能：能量流动、物质循环、价值 转化、信息传递。 • 能量流动和物质循环是生态系统的基本功能， 是地球上生命赖以生存和发展的基础。
第四章 农业生态系统的功能 ——能量流动
一、能量流动的基本原理
1.能量的基本概念
力学定义能量是：物体做功能力的量度。 物体对外界作了功，物体的能量要减少； 反过来，若外界对物体作了功，物体的能量就 要增加。如某些动物搬运食物，则动物对外界 作了功，体内的化学能减少。
生态系统中各组分的存在、变化及其发展， 都与能量息息相关，遵循一定的能量变化规律。
(1)辐射能：以辐射的形式发射、传播或接受的 能量。 (2)化学能：化合物中具有的能量， (3)机械能：运动着的物质所含有的能量。 (4)电能：电子沿导体流动时产生的能量。 (5)热能：同温度相联系的一个状态函数。
热能 植物呼吸 太阳辐射能 有机物化学能 光合 作用 取食
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
620 640 660 680 700 720 740
江苏省化肥施用量及化肥施用强度
化肥施用强度 (kg/ha)
80 70 60 50 40 30 20 10 0
600 400 200 0
太阳能
来自生物有机体或有机 物的能量。如人力、畜力的 做功，有机肥、种子、种苗 的化学潜能。 自然辅助能
辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
农 业 生 态 系 统 能 量 来 源
太阳能
来自工业生产中的各种形式 的能量。包括石油、煤、天然气、 电等形式直接投入的和化肥、农 药、农膜、机械等等形式间接投 入的能量。
• 单位面积单位时间内人工辅助能投入量，称为人工 辅助能投入水平 • 人工辅助能的组成、能效和投入水平是农业生态系 统现代化、集约化程度的重要指标，也直接影响着 农业生态系统的功能。
• 不同地区的经济社会发展水平和资源环境条件存在 差异，因而农业生态系统的人工辅助能投入水平和 投入结构不同。 • 一般来说随着辅助能的投入增加，能量产出水平和 农业产量增加，但过多会出现报酬递减现象。 • 在农业发展过程中，无机能投入量及所占比例有逐 步增加的趋势。 • 生态系统能力转换利用效率和能量产出的高低，还 与辅助能的质量及其投入管理水平的高低有关，还 有农业生物种类和品种有关。
太阳能
除太阳辐射能以外， 其它进入系统的任何形 式的能量。
自然辅助能
辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
农 业 生 态 系 统 能 量 来 源
太阳能
在自然过程中产生的除太 阳辐射能以外的其它形式的能 量，如沿海和河口湾的潮汐作 用、风能、水势能、降水及蒸 发作用等。
自然辅助能
辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
热能
动物呼吸
动能 势能
动物运动 有机物化学能 动物登高 动物取食
有机物 化学能
动物发光 光能 动物放电 动物发声 电能 声能
生态系统中的能量形式及转换
2.农业生态系统能量的来源与分类
农 业 生 态 系 统 能 量 来 源
太阳能
自然辅助能
辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
农 业 生 态 系 统 能 量 来 源