第十章 农田生态系统

（三）氮循环 1．氮循环的途径 存在：氮为生命代谢元素；占大气78.09％，固氮 菌生物固氮，闪电等大气固氮，火山爆发时岩浆固 氮，工业固氮生产硝酸盐，氨气等； 途径：土壤（硝酸盐）－植物吸收（氨基酸）－蛋 白质－动物蛋白； 动植物残体、排泄物－微生物分解（CO2、H2O、 NH3）－再利用； 2．氮循环的环境问题.
3．农田生态系统的空间结构：包括了生物 的配置与环境组分相互安排与搭配，因而 形成了所谓的平面结构与垂直结构。 4．农田生态系统的营养结构：是指农田生 态系统中的多种农田生物营养关系所联结 成的多种链状和网状结构，主要是指食物 链结构和食物网结构。
北极地区食物网
§10.2 农田生态系统的能量流动
§10.1 农田生态系统的起源和结构
一、农业的起源与农田生态系统的发展 原始农业——传统农业——现代农业
二、农田生态系统的基本结构
（一）农田生态系统结构，是指农田生态系统的 构成要素以及这些要素在时间、空间上的配置和 物质、能量在各要素间的转移、循环途径。
（二）农田生态系统的基本结构 1．农田生物种群结构：即农业生物（植物、 动物、微生物）的组成结构及各种农田生物 物种结构。 2．农田生态系统的时间结构：是指在生态 区域与特定的环境下，各种生物种群生长发 育及生物量的积累与当地自然资源协调、吻 合状况，它是自然界中生物进化同环境协调 一致的结果。
§10.3 农田生态系统的物质循 环
一、农田生态系统中的生命与元素
§10.3 农田生态系统的物质循 环
二、物质循环的原理及基本概念
（一）物质循环基本原理 1．物质不灭定律 2．质能守恒定律
二、物质循环的原理及基本概念
（二）物质循环的几个基本概念 生物地球化学循环 环境－生物体－环境；生态系 统内部化学元素的交换；
（二）热力学第二定律——能量衰变定律或能量 逸散定律
是表达能量传递方向和转换效率的规律；物 体自由能的提高不可能是一个自发的过程；任何 产生自由能贮备的能量转换不可能达到百分之百 有效。
（三）普利高津的耗散结构理论 所谓耗散结构，是指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。
地球化学循环（地质大循环） 环境－生物有机体 －死体、残体、排泄物－环境－五大圈；生态系统 之间的养分循环，全球性的大循环；
生物化学循环（生物小循环）环境－生物吸收－环 境；养分在生物体内的再分配；
§10.3 农田生态系统的物质循 环；
一、农田生态系统的能源
生态系统中能量存在的形式：辐射能，化学能， 机械能，电能，生物能； （一）太阳辐射能 （二）辅助能（自然：潮汐作用、风力作用、蒸 腾作用；人工：施肥、灌溉；）
生态系统的能流
能流特征
• 逐级减少 • 单方向性
能流路径
生态金字塔
能量金字塔
类型
能量
数量金字塔
能 量
流失
生物量金字塔
普利高津耗散结构理论表明：一个远离平衡 状态的开放系统，通过与外界环境进行物质、能 量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状 态并且还有可能不断提高系统的有序性，使系统 的熵减少。
三、农田生态系统的光能利用率 四、农田生态系统的人工辅助能及能量效率
五、提高作物产量的途径
（一）提高光合能力 选择高光合效率的品种，栽 培措施，增加空气中二氧化碳浓度； （二）增加光合面积 合理密植、改变株型、间作 套种； （三）延长光合时间 提高复种指数、延长生育期、 人工光照； （四）减少有机物质消耗 减少呼吸消耗； （五）提高经济系数 同化产物尽可能多转向收获 器官； （六）适当增加投入 改善环境。
（四）磷循环 1．磷循环的途径
磷是生命信息元素；典型的沉积循环，地壳为 主要的贮存库；
岩石风化（磷酸盐）、农用磷肥－植物吸收－ 食物链（粪便、残体），枯枝落叶－土壤微生物分 解－磷酸盐（再利用）；称为生物小循环；
植物吸收前一部分进入地质大循环－动植物遗 体陆地表层磷矿化，受冲蚀进入江河，汇入海洋； 2．磷循环的环境问题
•可循环利用 •质能守恒
类型
•气体型循环 •沉积型循环
水循环
（二）碳循环
存在：大气CO2，生物圈（有机碳），岩石圈（有 机碳、化石燃料、碳酸盐），海洋（HCO3－）；
途径：光合、呼吸作用之间细胞水平上的循环； 大气CO2和植物体之间个体水平上的循环； 大气CO2－植物－动物－微生物之间的食物链水平 上的循环；
物质循环的流 物质在库与库之间的转移运行。 循环效率（EC）＝ 循环物质（FC）/输入物质 （FI）；
生物浓缩 蓄积元素（化合物），浓度大于环境； 生物积累 新陈代谢 浓缩系数不断增加； 生物放大 随着营养级高浓度增大；
§10.3 农田生态系统的物质循 环
二、物质循环的原理及基本概念
（三）生物地球化学循环的类型 1．气相型 贮存库为大气和海洋，CO2、N2、O2，全
第十章 农田生态系统
§10.1 农田生态系统的起源和结构 §10.2 农田生态系统的能量流动 §10.3 农田生态系统的物质循环 §10.4 农田生态系统的信息传递与调控
§10.1 农田生态系统的起源和结构
生物群落与其生存环境之间，以及生 物种群相互之间密切联系、相互作用，通 过物质循环、能量流动和信息传递，成为 占据一定空间、具有一定结构、执行一定 功能的动态平衡整体，称为生态系统。
球性影响；
2．沉积型 矿物元素贮存在地壳；
§10.3 农田生态系统的物质循环
三、农业生态系统中和几种重要循环的概述
（一）水循环 水是生命基本元素，组分、介质、底物；
海洋－蒸发（水汽）－降水（一部分直接 入河流；一部分入土壤（大部分地下径流入海； 小部分植物吸收蒸腾作用所用；）
生态系统物质循环
特点
能量金字塔
二、能量流动遵循的热力学定律
（一）热力学第一定律――能量守恒与转化定律 （二）热力学第二定律——能量衰变定律或能量 逸散定律 （三）普利高津的耗散结构理论
二、能量流动遵循的热力学定律
（一）热力学第一定律――能量守恒与转化定律 能量既不能创生，也不会消灭，只能按严格的比 例由一种形式转化为另一种形式。