第三章农业生态系统能量流

[教学难点]
生态学效率、农业生态系统营养结构的优化设计、能流模型的设计。
[教学方法]
课堂教学，以能流路径为主线，分析生态系统的功能行为。
[教学内容]
第三章 农业生态系统的能量流
§1 §2 §3 §4 §5
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 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
– 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。
– 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。
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。
第三章 农业生态系统的能量流
[教学目的]
掌握生态系统中能量流路径、功能等有关概念，掌握提高农业生态系统 能量转化效率的途径和方法。
[教学重点]
能源的类型及其功能地位。生态系统能量流动的主要路径，能量在生态 系统中传递的损耗途径，生态系统能量转化效率、生态金字塔等的基本 概念，食物链加环原理及应用。生态系统中初级生产、次级生产的概念 及关系。提高生态系统初、次级生产力的基本途径。人工辅助能在生态 系统中的作用。
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
§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。
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：
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。
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）：
(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。
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。
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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：
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）
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
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。
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
任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。
– 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。
（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