第五章农业生态系统的生产力解析
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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。 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。用 系统的总生物量和经济产量、农业总产值、纯 收入表示。 返回 包括：系统生物的自然生产力和经济生产力 主目录
全球不同生态系统的净初级生产力
Estimated annual net primary productivity of major biomes & aquatic life zones, expressed as kilocalories per square meter per year.
地球生物圈主要生态系统的初级生产力
1000-2000
250-1000
0-250
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NET PRIMARY PRODUCTIVITY
Average net primary productivity in grams of organic material per square meter per year of some terrestrial and aquatic ecosystems
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§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
可以看出：各种作物的光能的利用率还很低。 全国耕地的平均光能利用率为 0.4%，一般作物的平均生长率 （CGR）为6～8 g/m2.d，略高于世界平均水平； 高产田块的光能利用率在 2%左右； 光能利用率的理论值为 6.05%； 因此，我国农作物的增产潜力是相当大的。 据王宏广等采用联合国粮农组织提出的作物生产潜力估算方法的 估算结果：我国粮食的土地生产潜力为9000亿公斤，而目前我国 的粮食总产为5000亿公斤左右。 因而采取各种措施，提高农业生态系统的初级生产力还有很 大潜力。
这种生产力在地球上的分布很不均匀。最富有生产力的系统出 现在沼泽、湿地、河口湾、珊瑚礁和耕地。距离赤道越远，生 产力越低；这表明温度与辐射对初级生产很重要。
§7-2-2 地球生物圈主要生态系统 的初级生产力 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。 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。 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。
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§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
三、同种作物不同品种的生产力比较 黄土高原沟壑区小麦品种演替及产量水平： 品种 种植年限 平均产量（kg/hm2） 五枝麦 1963～1966 1506 钱交麦 1965～1970 3111 702 1973～1985 3583.5 7211-4 1978～1991 3840.5 长武131 1984～1995 4425
§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
二、不同作物初级生产力的比较
不同种类的作物光合能力是有很大差异的，根据植物的 生化途径不同分为C3、C4以及CAM景天科类植物： C3植物 光饱和点低，光呼吸明显，光消耗大；例如：水 稻、小麦等； C4植物 光饱和点高，光呼吸消耗小，例如：玉米、高粱、 甘蔗等； CAM植物 主要是景天科类的植物，植株肉质多浆，储水 组织发达，耐旱性强，常见的主要有兰花、仙 人掌、百合，菠萝等。
This productivity is very unevenly distributed across the Earth. The most productive systems are found amongst swamp and marshland, estuaries, reefs and cultivated land. Productivity decreases moving away from the equator, indicating the importance of temperature and radiation.
§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
农业生态系统主要包括农田、草原和林地生产，其初级生产量 低于森林，接近草原，在250-1000g/m2.a之间。 一、我国与世界农用地初级生产力的比较（见表1） 森林比世界平均低10%左右，且我国森林覆盖率低，约占国土 面积的13.8%，仅是世界森林覆盖率的一半； 草原面积约占国土面积的40%，但生产力水平很低，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10%左右。（ 见表2 ）
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。
§7－2
初级生产力
§7－2
初级生产力
§7－2
初级生产力
§7－2
一、概 念
初级生产力
二、地球生物圈主要生态系统的初级生产力 三、农业生态系统的初级生产力
四、提高农业生态系统初级生产力的途径
§7-2-1
概
念
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
§7-2-2 地球生物圈主要生态系统 的初级生产力
据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生产量为： 总初级生产量：172×109 吨 森林： 82 ×109 吨 海洋： 55 ×109 吨 温带草原： 5.4 ×109 吨 热带稀树草原： 10.5 ×109 吨 其余： 7.74 ×109 吨（包括湖泊、荒原和沙漠等） 由于人类的干预，地球的初级生产力是呈现不断下降的趋 势。
§7-2-1
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。
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§7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径
3．改进耕作制度，提高复种指数，合理密植，实行间作套种， 提高栽培管理技术。 4．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。 人类对自然资源的不合理利用土地等资源，已造成严重的 土壤侵蚀，生产力水平下降等问题。 能量和物质投入不足是目前全世界包括我国在内的大多数 地区生产力不高的最直接的原因。因此，应创造条件，增 加投入，同时也应注意合理的投入，提高转化效率。
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§7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径
1．选用高光效作物类型或品种。 是最简捷有效的途径。 2 ．根 据 环 境 条 件 合理配置各种农业植物 ，增加绿色植物 覆盖面积。 宜林则林，宜农则农，宜草则草，消灭裸地，绿化荒山、 荒地，以期最大限度的利用环境资源，将其转化为现实生 产力， 并维护资源的永续利用，实现初级生产力长久、稳 定提高。 从前，不注重因地适宜，盲目的围湖造田，只能造成 环境退化。
等级 2000-3000 生态系统 面积（×106hm2） 沼泽湿地 2 热带雨林 17 热带季雨林 7.5 温带森林 12 温带落叶林 7 河 口 1.4 稀树草原 15 农田 14 温带草原 9 远洋 332 苔原和高山草甸 8 沙漠灌林 18 岩石、冰川和沙丘 24 Pn（ g/m.a2） 2500 2000 1500 1300 1200 1800 800 644 500 127 144 71 3.3
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§7-1-3 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。
C3植物： 水稻、甜菜：12～16 g/m2.d 甘薯、大豆、大麦：8 g/m2.d
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§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
世界与我国所报道的一些高产田块的CGR和光能利用率如下： 作 物 CGR(g/m2/天) 光能利用率 （%） 玉米、高梁 27～30 1.9～2.3 春小麦、水稻 14～20 1.4 冬小麦 10 1.1 甘薯 12 ～14 0.94～1.71
第七章 农业生态系统的生产力
第七章 农业生态系统的生产力
§7－1 农业生态系统生产力的概念 §7－2 初级生产力 §7－3 次级生产力
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§7－1 农业生态系统生产力的概念
一、农业生态系统的生产力 二、自然生产力与经济生产力 三、生产力与生产效率
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§7-1-1 农业生态系统的生产力
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中国与世界主要作物单产比较表
作物 谷物 水稻 玉米 小麦 油料作物 纤维作物 水果 高产国产量 （kg/hm2） 5671 6249 3556 世界单位面积 中国单位面积产 产量（kg/hm2） 量（kg/hm2） 2958.6 4811.4 3750 4416 4332.9 3453 2617 2707 462.6 407.9 435 409 9018 5288
中国与世界农用土地初级生产力的比较
林地 草原 农田
世 界 面积 单位面积产量 （亿亩） （103kcal/mu.a） 630 3905 1200 991 225 2088 2055 2005
中 面积 （亿亩） 22 55 20 97
国 单位面积产量 （103kcal/mu.a） 3500 146 3200 1847
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§7-1-2 自然生产力与经济生产力
农业生物的自然生产力：
指农业生物自身的童话效率和积累能力。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； 其次表现为经济产品量的价值量的大小； 返回 最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生产效率。
Global Primary production 全球的初级生产
Global net primary productivity is approximately 120×109 tons dry weight per year on land, and 50~60×109 tons per year in the sea.全球 陆地净初级生产力大约为120×10 9 t / a干物质，而海洋的大约 为50~60 ×10 9 t / a干物质。
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§7-2-3 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（crop grow rate）表示。
平均生长率（CGR）：植物全生育期内平均每天单位面积的净 生产量，单位是 g/m2.d。 日本的本田吉男（1976年）利用平均作物生长率（CGR）比较 各种植物的初级生产力，得到以下结果： 多年生牧草最高，新叙利亚草和紫狼尾草达26～28 g/m2..d 甘蔗、高梁、玉米等C4植物为19 ～23 g/m2..d
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§7-2-2 地球生物圈主要生态系统 的初级生产力
地球上各生态系统的净初级生产力约在0—3500 g/m2.a范围内，可分为4个等级：
①2000 – 3500 g/m2.a 高生产力地区，包括 热带雨 林、 沼泽湿地 ，河流岸边的湿地生态系统，也 包括农业集约栽培的甘蔗等高产田。 ② 1000 – 2000 g/m2.a 包括世界大部分的森林、湖 泊，沼泽地，部分生产力高的农耕地。 ③ 250 – 1000 g/m2.a 包括干燥的疏林灌木、大部分 的草地、大部分的农耕地。 ④ 0 – 250 g/m2.a 包括海洋、荒漠、冰川、两极冻 原等，生产力水平极低。
全球不同生态系统的净初级生产力
Estimated annual net primary productivity of major biomes & aquatic life zones, expressed as kilocalories per square meter per year.
地球生物圈主要生态系统的初级生产力
1000-2000
250-1000
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NET PRIMARY PRODUCTIVITY
Average net primary productivity in grams of organic material per square meter per year of some terrestrial and aquatic ecosystems
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§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
可以看出：各种作物的光能的利用率还很低。 全国耕地的平均光能利用率为 0.4%，一般作物的平均生长率 （CGR）为6～8 g/m2.d，略高于世界平均水平； 高产田块的光能利用率在 2%左右； 光能利用率的理论值为 6.05%； 因此，我国农作物的增产潜力是相当大的。 据王宏广等采用联合国粮农组织提出的作物生产潜力估算方法的 估算结果：我国粮食的土地生产潜力为9000亿公斤，而目前我国 的粮食总产为5000亿公斤左右。 因而采取各种措施，提高农业生态系统的初级生产力还有很 大潜力。
这种生产力在地球上的分布很不均匀。最富有生产力的系统出 现在沼泽、湿地、河口湾、珊瑚礁和耕地。距离赤道越远，生 产力越低；这表明温度与辐射对初级生产很重要。
§7-2-2 地球生物圈主要生态系统 的初级生产力 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。 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。 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。
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三、同种作物不同品种的生产力比较 黄土高原沟壑区小麦品种演替及产量水平： 品种 种植年限 平均产量（kg/hm2） 五枝麦 1963～1966 1506 钱交麦 1965～1970 3111 702 1973～1985 3583.5 7211-4 1978～1991 3840.5 长武131 1984～1995 4425
§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
二、不同作物初级生产力的比较
不同种类的作物光合能力是有很大差异的，根据植物的 生化途径不同分为C3、C4以及CAM景天科类植物： C3植物 光饱和点低，光呼吸明显，光消耗大；例如：水 稻、小麦等； C4植物 光饱和点高，光呼吸消耗小，例如：玉米、高粱、 甘蔗等； CAM植物 主要是景天科类的植物，植株肉质多浆，储水 组织发达，耐旱性强，常见的主要有兰花、仙 人掌、百合，菠萝等。
This productivity is very unevenly distributed across the Earth. The most productive systems are found amongst swamp and marshland, estuaries, reefs and cultivated land. Productivity decreases moving away from the equator, indicating the importance of temperature and radiation.
§7-2-3 农业生态系统的初级生产力
农业生态系统主要包括农田、草原和林地生产，其初级生产量 低于森林，接近草原，在250-1000g/m2.a之间。 一、我国与世界农用地初级生产力的比较（见表1） 森林比世界平均低10%左右，且我国森林覆盖率低，约占国土 面积的13.8%，仅是世界森林覆盖率的一半； 草原面积约占国土面积的40%，但生产力水平很低，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10%左右。（ 见表2 ）
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。
§7－2
初级生产力
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初级生产力
§7－2
初级生产力
§7－2
一、概 念
初级生产力
二、地球生物圈主要生态系统的初级生产力 三、农业生态系统的初级生产力
四、提高农业生态系统初级生产力的途径
§7-2-1
概
念
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
§7-2-2 地球生物圈主要生态系统 的初级生产力
据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生产量为： 总初级生产量：172×109 吨 森林： 82 ×109 吨 海洋： 55 ×109 吨 温带草原： 5.4 ×109 吨 热带稀树草原： 10.5 ×109 吨 其余： 7.74 ×109 吨（包括湖泊、荒原和沙漠等） 由于人类的干预，地球的初级生产力是呈现不断下降的趋 势。
§7-2-1
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。
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§7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径
3．改进耕作制度，提高复种指数，合理密植，实行间作套种， 提高栽培管理技术。 4．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。 人类对自然资源的不合理利用土地等资源，已造成严重的 土壤侵蚀，生产力水平下降等问题。 能量和物质投入不足是目前全世界包括我国在内的大多数 地区生产力不高的最直接的原因。因此，应创造条件，增 加投入，同时也应注意合理的投入，提高转化效率。
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§7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径
1．选用高光效作物类型或品种。 是最简捷有效的途径。 2 ．根 据 环 境 条 件 合理配置各种农业植物 ，增加绿色植物 覆盖面积。 宜林则林，宜农则农，宜草则草，消灭裸地，绿化荒山、 荒地，以期最大限度的利用环境资源，将其转化为现实生 产力， 并维护资源的永续利用，实现初级生产力长久、稳 定提高。 从前，不注重因地适宜，盲目的围湖造田，只能造成 环境退化。
等级 2000-3000 生态系统 面积（×106hm2） 沼泽湿地 2 热带雨林 17 热带季雨林 7.5 温带森林 12 温带落叶林 7 河 口 1.4 稀树草原 15 农田 14 温带草原 9 远洋 332 苔原和高山草甸 8 沙漠灌林 18 岩石、冰川和沙丘 24 Pn（ g/m.a2） 2500 2000 1500 1300 1200 1800 800 644 500 127 144 71 3.3
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§7-1-3 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。
C3植物： 水稻、甜菜：12～16 g/m2.d 甘薯、大豆、大麦：8 g/m2.d
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世界与我国所报道的一些高产田块的CGR和光能利用率如下： 作 物 CGR(g/m2/天) 光能利用率 （%） 玉米、高梁 27～30 1.9～2.3 春小麦、水稻 14～20 1.4 冬小麦 10 1.1 甘薯 12 ～14 0.94～1.71
第七章 农业生态系统的生产力
第七章 农业生态系统的生产力
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§7－1 农业生态系统生产力的概念
一、农业生态系统的生产力 二、自然生产力与经济生产力 三、生产力与生产效率
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中国与世界主要作物单产比较表
作物 谷物 水稻 玉米 小麦 油料作物 纤维作物 水果 高产国产量 （kg/hm2） 5671 6249 3556 世界单位面积 中国单位面积产 产量（kg/hm2） 量（kg/hm2） 2958.6 4811.4 3750 4416 4332.9 3453 2617 2707 462.6 407.9 435 409 9018 5288
中国与世界农用土地初级生产力的比较
林地 草原 农田
世 界 面积 单位面积产量 （亿亩） （103kcal/mu.a） 630 3905 1200 991 225 2088 2055 2005
中 面积 （亿亩） 22 55 20 97
国 单位面积产量 （103kcal/mu.a） 3500 146 3200 1847
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§7-1-2 自然生产力与经济生产力
农业生物的自然生产力：
指农业生物自身的童话效率和积累能力。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； 其次表现为经济产品量的价值量的大小； 返回 最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生产效率。
Global Primary production 全球的初级生产
Global net primary productivity is approximately 120×109 tons dry weight per year on land, and 50~60×109 tons per year in the sea.全球 陆地净初级生产力大约为120×10 9 t / a干物质，而海洋的大约 为50~60 ×10 9 t / a干物质。
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作物的生产力常用作物的平均生长率（crop grow rate）表示。
平均生长率（CGR）：植物全生育期内平均每天单位面积的净 生产量，单位是 g/m2.d。 日本的本田吉男（1976年）利用平均作物生长率（CGR）比较 各种植物的初级生产力，得到以下结果： 多年生牧草最高，新叙利亚草和紫狼尾草达26～28 g/m2..d 甘蔗、高梁、玉米等C4植物为19 ～23 g/m2..d
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§7-2-2 地球生物圈主要生态系统 的初级生产力
地球上各生态系统的净初级生产力约在0—3500 g/m2.a范围内，可分为4个等级：
①2000 – 3500 g/m2.a 高生产力地区，包括 热带雨 林、 沼泽湿地 ，河流岸边的湿地生态系统，也 包括农业集约栽培的甘蔗等高产田。 ② 1000 – 2000 g/m2.a 包括世界大部分的森林、湖 泊，沼泽地，部分生产力高的农耕地。 ③ 250 – 1000 g/m2.a 包括干燥的疏林灌木、大部分 的草地、大部分的农耕地。 ④ 0 – 250 g/m2.a 包括海洋、荒漠、冰川、两极冻 原等，生产力水平极低。