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1、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、有秩序的流动。能量的输入、传递、转化、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 生产持续运转的基本过程第一节 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
2、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
3、、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 E=Q+W。E表示系统内能的变化，Q表示系统吸热或放热，W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，
4、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
5、 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 二、初级生产力的潜力估算与分析 光合作用光能自养型（硫化细菌）（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
6、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或CO2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
7、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、菌业生产都属次级生产。 一、次级生产的能量平衡 P=NI+I I=A+(
8、R1+R2)+(F+U+G) P 初级生产总量 Ni 未食用部分 I 食用部分 A 贮存量 R1 体增热 R2 维持能 F 固体排泄物 U 液体排泄物 G 气体排泄物 二、次级生产在农业生态系统中的地位和作用 1.转化农副产品，提高利用价值 2.生产动物蛋白质，改善食物构成。3.促进物质循环，增强生态系统功能。 4.提高经济价值。 三、我国农业生态系统的次级生产 1.生产结构上：我国应由以猪为主的单一结构向禽、蛋、猪、水产多元结构转变。加快发展家禽。 2.次级生产精料转化效率低主要原因是饲料资源高度分散和蛋白质饲料短缺。我国应大力提高饲料转化率，发展高蛋白质饲料。 四、初级生产与次级生产的关系
9、 1.次级生产依赖初级生产。2.合理的次级生产促进初级生产。3.过度放牧破坏初级生产，使草原退化。 五、次级生产的改善途径 1.调整种植业结构，建立粮 - 经 - 饲三元结构 2.培育、改良、推广优良畜禽渔品种 3.将分散经营适度集约化养殖 4.大力开发饲料，进行科学喂养 5.改善次级生产构成：发展草食动物、水产 业，发展腐生食物链，利用分解能等。 第四节 生态系统中的辅助能 一、生态系统的辅助能 潮汐畜力风能煤矿 二、人工辅助能对农业增产的意义 1.辅助能输入的作用是改善不良的生态环境条件，解除环境中一些限制因子的制约，促进农作物对日光能的吸收、利用和转化。 2.总的来说，随着人工辅助能投入
10、的增加，特别是工业辅助能投入量的增加，产量明显提高。 3.工业辅助能投入的增加也带来了能源短缺、环境污染和成本提高等问题。今后应优化辅助能投入，提高辅助能的利用效率。未来农业更多的是应该更多地投入科学技术和信息，替代工业辅助能的直接投入。 三、农业生态系统的能流特征和转化效率 1.自然生态系统与农业生态系统的比较 自然生态系统：主要是自然辅助能。农业生态系统：自然辅助能和人工辅助能能量的大量输入输出。 2.不同类型农业生态系统的比较不同历史发展时期：原始农业（ primitive agriculture) ：辅助能投入少，生产力低 传统农业（ traditional agriculture)
11、：辅助能投入多，生产力相对高 现代农业 (modern agriculture) ：辅助能投入更多，生产力大大提高 、次 级生产的改善第五节 生态系统的能量关系 一、生态系统的能流路径 1.太阳辐射能通过光合作用进入生态系统,成为生态系统能量的主要来源。 2.以植物有机物质形式贮存起来的化学潜能,沿着食物链和食物网流动,驱动生态系统完成物质流动、信息传递等功能。 3.化学潜能贮存在生态系统的生物组分内，或者随着产品等输出，离开生态系统。 4.植物、动物和微生物有机体通过呼吸作用释放热能，并散失。 5.辅助能对以太阳辐射能为始点，以食物链为主线的能量流动起辅助作用。 二、生态效率和生态金字塔 1
12、.生态效率： 即食物链各环节上的能量转化效率 2.生态金字塔是指由于能量每经过一个营养级时被净同化的部分都要大大少于前一个营养级，当营养级由低到高，其个体数目、生物量或所含能量就呈现类似埃及金字塔的塔形分布。3.林德曼的十分之一定律：在自然条件下，每年从任何一个营养级上能收获到的生产量，按能量计只不过是它前一个营养级生产量的十分之一左右。 三、能与人类社会的发展 1.能量是生态系统一切过程的驱动力，能量的开发利用是人类社会发展的必要条件。 2.当今世界经济和农业的发展是以能量消耗的增加为条件的。 六、农业生态系统能流关系的调整方向 1.重视初级生产，扩大绿色植物面积，提高光能利用效率，为稳定环
13、境和扩大能流规模奠定基础。2.调整生物组合，优化农业生态系统结构。3.开发农村新能源，提高生物能的利用效率。4.开发和推广节能降耗技术。5.优化人工辅助能投入，提高能量利用效率。6.大力发展农业科技和信息产业。 途径 office, branch offices (jurisdiction), risk management, marketing management sector through supervision and inspection found problems, should be assigned the investigators are corrected in a
14、timely manner. 27th the fifth chapter penalty under any of the following acts, then the relevant provisions to punish the investigators, according to the Bank. To constitute a crime shall be investigated for criminal responsibility: (A) on the business that are not involved in the investigation, iss
15、ued a survey. (B) customer credit information are not thorough verification. (Iii) to participate in credit customer survey is not in place, customers and data is incomplete, untrue; he knows bear a counterfeited clients issuing credit. (D) does not provide for due diligence of credit business, pre-loan investigation form, concealing facts or providing false information or sh
