第三章 农业生态系统能量流

三、生态金字塔

1.生态金字塔：营养级由低到高，它们的个体数或能 量的分布形成一个塔形结构，就称为生态金字塔。 2.三种基本类型： （1）生物个体数——数目金字塔 （2）每种生物的现存生物量——生物量金字塔 （3）能量——能量金字塔

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§5 农业生态系统的能流
二、 辅助能




辅助能：生态系统中，除了太阳能以外的其它一切 补加能量。 包括 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。 人工辅助能： 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 生态系统中的自然辅助能。
§4 生态系统的能流分析





3.不同生态系统中各类食物链所占比重不同。 (1)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90%以上。 (2)草原生态系统（牧场）：腐生食物链约占70%左右。 (3)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20~30%。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。 4．在任何一生态系统，各类食物链有协同作用。
第三章

农业生态系统的能量流
热力学定律 食物链、食物网 生态系统的能流分析 农业生态系统的能流 农业生态系统的能流分析


§1 §2 §3 §4 §5
§1 热力学定律及应用


一、热力学第一定律（能量守恒定律） △U（系统内能变化）=Q（吸热）-W（对外作功） 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， 也不会消灭。 应用：制定生态系统能量收支平衡表 二、热力学第二定律 1.能量的转换不可能达到百分之百有效。 2.自由能的提高不可能是一个自发过程。 应用：提高能量的转化效率
2. 自然生产力与经济生产力


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 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 统生产力的基础。 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。 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； 最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生 产效率。
（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
念



总初级生产力：（gross productivity） 植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。 净初级生产力：（net productivity） 植物总初级生产力中减去植物呼吸消耗量所剩下的 数量。 总初级生产量：（gross production Pg） 一定时期内植物合成有机物质的总量 ，无速率的 概念。 净初级生产量：（net production Pn） 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。


一、能流路径 二、生态效率 三、生态金字塔
一、能流路径


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，提高能量利用效率。 生态系统中能量是沿着食物链流动的： → Tn-1→Tn → NUn 摄入量In NAn An Rn NPn

三、 熵(entropy)




1.熵(entropy):系统热量除以温度后得到的商。 △S=△Q/T 熵是系统无序性的量度。 2.热力学第二定律 （1）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。 （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。
增益环
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。 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 蛋率。
复合环
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。
提高农业生态系统的稳定性。 提高农副产品的利用率 提高 能量的利用率和转化率
（二）、食物链加环的类型
--生产环 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。
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。 减耗环 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 蜂，防治林场的松毛虫。
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三、生态系统中食物链的基本特点


1.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。 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 生物。 2.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： 藻类水草——草鱼 绿藻——甲壳动物——花鲢 浮游植物——浮游动物——虾——噘鱼 自然生态系统中，食物链营养级的数目是有限的

一、太阳辐射能 二、辅助能
一、 太阳辐射能

是所有生态系统最主要能量来源 可见光：0.4~0.76μ 50% 生理效应 红外线：＞0.76μ 43% 引起热能 紫外线：＜ 0.4μ 7% 引起生物变 性，致死 太阳常数：So=1.94cal/cm2.min 到达地球表面的太阳辐射能强度，因纬度、地 形地貌、坡度坡向、气候因子而不同。 太阳辐射能量到达地球表面的分配示意图
§2 食物链


一、食物链（food chain）和营养级（trophic level）： 1.食物链（food chain）：生态系统成员间，通过 食物营养关系彼此联系起来的序列。 2.营养级（trophic level）：食物链上的每一个食 性级。以符号T来表示，T1表示第一营养级，T2表示 第二营养级，T3……Tn余此类推。一般为4~5级。 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。


（3）寄生食物链（parasite food chain）：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 势。 如：大豆——菟丝子 马——蛔虫——原生动物 红铃虫——金小蜂


（4）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。 如：稻草——牛——蚯蚓——鸡——猪——鱼

二、人工辅助能提高农业生态系统生 产力的原因


1．辅助能的投入，促进农作物对太阳能的吸 收、利用和转化。 2．减少农业生物的非生产能量损耗。 3．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。
三、工业辅助能的使用所带来的一系 列的问题

1．辅助能的效益随着辅助能的增加而降低（报酬递 减律）。 2．能源紧张。


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）： 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 浮游植物。 如：水稻——稻飞虱——青蛙——蛇——老鹰——人 （2）腐生食物链（又称残渣食物链 detritus food chain）：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。 如：秸杆（畜粪）——食用菌 垃圾——蚯蚓（蜗牛）
3.
生产力与生产效率
区别两个概念： 生产效率：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。 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。 系统生产力：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。 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 生物量、经济产品量或总产值。
三、食物网



食物网（ food web) ：在生态系统中，各种食物链 交错起来构成的网状结构。 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：
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。 3.有机体和生态系统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。 光合与同化：引入负熵，保持有序状态 呼吸与作功：排除正熵，排除无序


3 ．化肥农药对农业环境造成污染。
四、农业生态系统的生产力-农业生态系统的能量转化

（一）、农业生态系统生产力的概念 （二）、初级生产力 （三）、次级生产力