第四章 农业生态系统的能量流

第四章农业生态系统的能量流

第四章农业生态系统的能量流

Chapter 4 Energy flow in the agroecosystem

任何生命过程无不自始至终贯穿着能量、物质和信息的有组织、有做功，是

生态系统最重要的功能；农业生态系统的能量流动，是体现农业生

第一节能量流动的基本规律

•一、能量的基本概念,形态与度量

能量（ energy），在物理学上指的是物质具有作功的能力。能是物质运动的量度。

一般把能分为两种存在形式：潜能和动能。

潜能是静态能量，它是存在于物体内部的化学能量，具有作功的潜在能力，生态系统中有机物质的化学结合能是潜能的一种。

动能则与物体本身的质量、运动速度和相对位置有关，动能是物理学上所主要讨论的能量形式。

1．形态：日光能（ Solar energy) 化学能(chemical energy) 动能 (Kinetic energy) 热能 (thermal energy)

2．度量卡或千卡（生态学上） calory 焦耳（农业工程上，为目前国际标准单位） joule

•二、生态系统的能量来源

1.太阳能：占 99% 以上

2.自然辅助能 (natural a uxiliary energy ) ：如地热能、潮汐能、核能等占 <1%

3. 人工辅助能 (artificial auxiliary energy) ：人畜力、燃料、电力、肥料、农药等农业生态景观与农业生态系统的水平结构

•三、能量流动的基定律

（一）热力学第一定律认为：一个系统的任何状态的变化，都伴随着吸热、放热和做功，而系统的总能量并不增加或减少，它是守恒的。

即Δ E=ΔQ+ΔW。ΔE表示系统内能的变化，ΔQ 表示系统吸热或放热，ΔW表示自身做功或系统对外做功。

实际上，能量的当量转换关系不限于热、功和内能之间，各种形式的能量都有当量转换关系。在生态系统中，太阳的辐射能，大部分通过地面、水面、生物表面等反射、散射和蒸发蒸腾耗能而离开生态系统；只有小部分通过绿色植物的光合作用转化为有机物质中的化学潜能。

（二）热力学第二定律认为：由于总有一部分能量散发为不能再利用的热能，能量从一种形态转变为另一种形态的效率，总不可能是百分之百。

自由能是系统中可用于做功的那一部分能量。自由能做功后即衰变为不能利用的无用能，通常是分散的热能。

由热力学第二定律可知，世界上一切有序的结构、格局、安排都会自然地趋向于无序。要使系统维持有序状态，只有使系统获得更多的潜能以做功。

（三）普里高津的耗散结构理论

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。生态系统为一个具有耗散结构的开放系统，服从热力学第二定律。

•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、初级生产中的能量平衡关系

（一）初级生产：是指自养生物利用无机环境中的能量进行同化作用，在生态系统中首次把环境的能量转化成有机体化学能，并贮存起来的过程。

其中绿色植物光合作用固定太阳能生产有机物的过程，是最主要的初级生产，是生态系统能量流动的基础。

初级生产者包括绿色植物

和化能合成细菌等

(二) 净初级生产量 = 总

初级生产量 - 呼吸量

光合作用光能自养型（硫化•二、初级生产力的潜力

估算与分析

（一）作物生产力估算的重要意义在于：

1.提供作物的理论产量，定量表达在一定的气

候、土壤和农业技术水平下作物可能达到的生产

能力，预示农业的发展前景；

2.为国家或地区制定农业发展规划，确定投资方

向及有关农业政策的依据；

3.是估算土地人口承载能力的基础；

4.是揭示作物生育规律、产量形成与环境条件相

互作用的机制，对定量分析资源利用程度、生产潜力、产量限制因素等的有效的手段。

（二）初级生产力测定的方法：主要分为直接测定和间接测定

直接测定是测定初级生产者的生物量

间接测定是通过测定初级生产者的代谢活动的

情况，如测定 O

２或CO

2

的浓度变化等再对初级生

产力进行推（估）算。

使用光合作用测定仪测定和利用遥感（卫星）技术间接测定则是比较先进的方法。

•三、提高农业初级生产力的途径

1、因地制宜，增加绿色植被覆盖，充分利用太阳辐射能，增加系统的生物量通量或能通量，增强系统的稳定性。

2、适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因子的制约。

3、改善植物品质特点，选育高光效的抗逆性强的优良品种。

4、加强生态系统内部物质循环，减少养份水分制约。

5、改进耕作制度,提高复种指数,合理密植,实行间套种,提高栽培管理技术。

6、调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。

第三节次级生产的能量转化

次级生产:是指

异养生物的生

产,也就是生态

系统消费者、分

解者利用初级

生产量进行的

同化、生长发

育、繁殖后代的

过程。

次级生产者:大

农业中的畜牧

水产业和虫、菌

业生产都属次