农业生态系统的能量流动..

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
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
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
• 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。
• 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。
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
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。
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
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
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
农 业 生 态 系 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
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
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辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
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。