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1、第四章第四章 生态系统的能量流生态系统的能量流Chapter4Energyflowintheagroecosystem主主主要介绍生态系统能量流动的主要介绍生态系统能量流动的基本规律基本规律、初级初级生产生产的能量转化、的能量转化、次级生产次级生产的能量转化、的能量转化、辅助能辅助能，论述农业生产论述农业生产持续运转持续运转的的基本过程基本过程。第一节第一节能量流动的基本规律能量流动的基本规律一、能量的基本概念、形态与度量一、能量的基本概念、形态与度量o能量能量（energy）物理学上指物质具有作功的能力。能是物质运动的物理学上指物质具有作功的能力。能是物质运动的量度。量度。o一般能分为一般能
2、分为两种两种形式：形式：潜能潜能和和动能动能。o潜能潜能是静态能，是存在于物体内部的化学能量，具有作功的潜在是静态能，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能力，生态系统中有机物质的化学结合能化学结合能是潜能的一种。是潜能的一种。o动能动能与物体本身的质量、运动速度和相对位置有关，是物理学上与物体本身的质量、运动速度和相对位置有关，是物理学上所主要讨论的能量形式。所主要讨论的能量形式。o1、形态：日光能、形态：日光能（Solarenergy)化学能化学能(chemicalenergy)动能动能(Kineticenergy)热能热能(thermalenergy)o2
3、度量：卡或千卡（生态学上）度量：卡或千卡（生态学上）calory；焦耳（农业工程上）；焦耳（农业工程上）joule能量流动的基本规律能量流动的基本规律二、生态系统的能量来源二、生态系统的能量来源o1.太阳能：占太阳能：占99%以上以上o2.自然辅助能自然辅助能(naturalauxiliaryenergy)如地热能、潮汐能、核能如地热能、潮汐能、核能等占等占灌木层灌木层草被层。草被层。5.生态系统的初级生产量随群落的演替而变化生态系统的初级生产量随群落的演替而变化o早期植物生物量很低，初级生产量不高；随演替进行，生物量逐渐增加，生早期植物生物量很低，初级生产量不高；随演替进行，生物量逐渐增加，
4、生产量也提高；森林一般在叶面积指数为产量也提高；森林一般在叶面积指数为4时，净初级生产量最高；系统到达时，净初级生产量最高；系统到达顶极时，生物量接近最大，但净生产量反而降顶极时，生物量接近最大，但净生产量反而降低。低。初级生产的能量转化初级生产的能量转化o全球初级生产量划分为三个等级：全球初级生产量划分为三个等级：o生产量极低区域生产量极低区域。生产量。生产量0-250g/m2.a.大部分海洋和荒漠属于大部分海洋和荒漠属于这类区域。海洋缺少营养物质，荒漠缺水。这类区域。海洋缺少营养物质，荒漠缺水。o中等生产量区域。中等生产量区域。生产量为。许多草地、沿海区域、深湖和一些农生产量为。许多草地、
5、沿海区域、深湖和一些农田。这些地区的生产量居于中等水平。田。这些地区的生产量居于中等水平。o高生产量区域。高生产量区域。生产量大约为。大部分湿地生态系统、河口湾、泉生产量大约为。大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等属于这类区域。这些地区得到了额外的自然能量和营养物质。热带森属于这类区域。这些地区得到了额外的自然能量和营养物质。热带森林仅覆盖地球林仅覆盖地球5%的面积，但生产量几乎占全球总生产量的的面积，但生产量几乎占全球总生产量的28%。有的水域、河口湾、海藻床和珊瑚礁等面积虽仅占
6、有的水域、河口湾、海藻床和珊瑚礁等面积虽仅占0.4%，但其生产，但其生产量达全球的量达全球的2.3%。初级生产的能量转化初级生产的能量转化四、生态系统净初级生产力四、生态系统净初级生产力光合效能：太阳能量进入生态系统的效能。光合效能：太阳能量进入生态系统的效能。n光合效能生产量光合效能生产量/进入系统的太阳能量进入系统的太阳能量100。测定值：。测定值：15。n目前，农业生产中的主体目前，农业生产中的主体作物受制于作物受制于生物本身和环境因素的影响其光能利用生物本身和环境因素的影响其光能利用率不高，全球农作物平均利用率不过为率不高，全球农作物平均利用率不过为1-3%。n全球全球：115109t
7、/a（陆地）（陆地）+55109t/a（海洋）（海洋）海洋海洋：河口湾和上游区高，深海低：河口湾和上游区高，深海低陆地陆地（）热带雨林最高，依次为温带常绿林、落叶林热带雨林最高，依次为温带常绿林、落叶林北方针叶林，稀树草原，温带草原，寒北方针叶林，稀树草原，温带草原，寒漠和荒漠。漠和荒漠。沼泽和作物栽培地高。沼泽和作物栽培地高。主要农作物光能利用率比较（主要农作物光能利用率比较（% %）o各种生态系统的生产力的比较o影响生产力的因素影响生产力的因素：o光照、温度、水分（降水）、养分、生长期和生物因子都会影光照、温度、水分（降水）、养分、生长期和生物因子都会影响生态系统的生产力。响生态系统的生产
8、力。o生态系统的结构也会影响生态系统的生产力。生态系统的结构也会影响生态系统的生产力。o通过改善上述的各种生态因子，可以提高生态系统的生产力。通过改善上述的各种生态因子，可以提高生态系统的生产力。o如何提高生态系统的生产力？如何提高生态系统的生产力？o天然条件下：温度的升高，雨量的增多。天然条件下：温度的升高，雨量的增多。o 人工条件下：营造高光合效能的速生树种；树种的合理混交；人工条件下：营造高光合效能的速生树种；树种的合理混交；整地，灌溉，排水，施肥，森林抚育，病虫害防治等。整地，灌溉，排水，施肥，森林抚育，病虫害防治等。o从实质上看，提高生产力的措施实际上是向生态系统增加能从实质上看，提
9、高生产力的措施实际上是向生态系统增加能量的投入。量的投入。初级生产的能量转化初级生产的能量转化o理论生产效率理论生产效率n最大光合作用最大光合作用=最大太阳辐射最大太阳辐射紫外或红外辐射紫外或红外辐射反射反射=40.5%n最大光合效率最大光合效率=最大光合作用最大光合作用非活性吸收非活性吸收不稳定中间产物不稳定中间产物=9%。nLoomis和和Wilian于于1963年介绍的计算结果见年介绍的计算结果见表表10-1o实际生产效率实际生产效率n自然条件下：自然条件下：3%n精心管理农业生态系统：精心管理农业生态系统：68%n肥沃地区：肥沃地区：12%n贫瘠地区：贫瘠地区：0.1%n全球平均：全球
10、平均：0.20.5%表表 精精细细栽培下的栽培下的农农作物在生作物在生长长旺季的光能利用效率旺季的光能利用效率104J/m2dPg/L(%)PN/L(%)PN/L(%)太阳辐射（L）总初级生产（Pg）净初级生产（PN）甘蔗，夏威夷1675128179.57.64.862灌溉玉米，以色列2512169679.56.83.247甜菜，英国1120845760.37.75.472（资料来源：生态学基础）表表根据总太阳能估算初级生产所消耗的能量根据总太阳能估算初级生产所消耗的能量（kj/m2d）能量输入能量丢失百分率总太阳能20900100植物色素不能吸收11286-55.8植物色素吸收9729.64
11、4.2植物表面反射773.3-3.7非活性吸收919.6-4.4光合作用有效能7586.736.1碳水化合物中能量不稳定状态6825.9-32.5总生产率760.83.6呼吸作用255-1.2净生产力505.82.4初级生产的能量转化初级生产的能量转化五、农业发展的新方向五、农业发展的新方向-能源植物能源植物o能源植物能源植物【energyplants】又称又称石油植物石油植物或或生物燃料油植物生物燃料油植物，指具有合成较高还，指具有合成较高还原性烃能力、可产生接近石油成分和可替代石油产品的植物，以及富含油脂的植物。原性烃能力、可产生接近石油成分和可替代石油产品的植物，以及富含油脂的植物。o植
12、物能源可以作为固体燃料，或借助科学方法转换为炭、可燃气或生物原油等。植物能源可以作为固体燃料，或借助科学方法转换为炭、可燃气或生物原油等。o林业能源方面，培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强，在国外已受到重视。中林业能源方面，培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强，在国外已受到重视。中国林业科学研究院试验研究，列出国林业科学研究院试验研究，列出60余种能源植物。余种能源植物。o森林能源的利用森林能源的利用方法有两种方法有两种：通过干馏来提取煤气、焦油和炭；直接进行燃烧，石：通过干馏来提取煤气、焦油和炭；直接进行燃烧，石油植物也是近年来开辟的一个新领域。油植物也是近年来开辟的一个新领域。o美国诺贝
13、尔奖获得者卡尔教授，早在美国诺贝尔奖获得者卡尔教授，早在1984年年就开发出首个人工石油植物，得到每就开发出首个人工石油植物，得到每公顷公顷120-140桶原油。美国现已种植石油植物达桶原油。美国现已种植石油植物达几百万亩之多几百万亩之多，英国也开发了，英国也开发了150万亩，而瑞士更制订计划利用植物石油取代全国半数石油消耗量。万亩，而瑞士更制订计划利用植物石油取代全国半数石油消耗量。o我国也不乏石油植物，如海南的汕楠树，还有桉树，都能高产石油。经科学家鉴定我国也不乏石油植物，如海南的汕楠树，还有桉树，都能高产石油。经科学家鉴定有生产价值的能源植物，生长在亚太地区的，就有有生产价值的能源植物，
14、生长在亚太地区的，就有10多种草本植物，多种草本植物，18种灌木，种灌木，23种乔木和种乔木和18种灌木。种灌木。初级生产的能量转化初级生产的能量转化o能源植物主要包括三类：能源植物主要包括三类：o富含类似石油成分的能源植物富含类似石油成分的能源植物是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用率高，目前已发现并受到专家赏识的有续随子、绿玉树、橡胶树和西蒙德木等。率高，目前已发现并受到专家赏识的有续随子、绿玉树、橡胶树和西蒙德木等。o富含碳水化合物的能源植物富含碳水化合物的能源植物利用这些植物所得到的最终产品是乙醇，如木些植物所得到的最终产品是乙醇，如木薯、甜菜、
15、甘蔗等。薯、甜菜、甘蔗等。o富含油脂的能源植物富含油脂的能源植物既是人类食物的重要组成部分，也是工业用途广泛的既是人类食物的重要组成部分，也是工业用途广泛的原料，世界上富含油脂的植物达万种以上，我国有近千种，其中有的含油率很原料，世界上富含油脂的植物达万种以上，我国有近千种，其中有的含油率很高。如木姜子的种子含油率达高。如木姜子的种子含油率达66.4%，产油植物大体有三类，产油植物大体有三类:一是大戟科植一是大戟科植物；二是豆科植物，苦配巴是其中一种。美国加利福尼亚大学化学博士卡尔文物；二是豆科植物，苦配巴是其中一种。美国加利福尼亚大学化学博士卡尔文在巴西发现，在苦配巴树干上钻个孔，就能流出油
16、来，每个洞流油在巴西发现，在苦配巴树干上钻个孔，就能流出油来，每个洞流油3小时，能小时，能得油得油10升升20升。这种油可以直接在柴油机上使用。据估计，升。这种油可以直接在柴油机上使用。据估计，1公顷苦配巴公顷苦配巴植物每年可产油植物每年可产油50桶。三是其他木本植物，如油棕树、南洋油桐树、澳大利桶。三是其他木本植物，如油棕树、南洋油桐树、澳大利亚阔叶木棉等。亚阔叶木棉等。初级生产的能量转化初级生产的能量转化六、初级生产力的潜力估算与分析六、初级生产力的潜力估算与分析（一）作物初级生产力估算的意义（一）作物初级生产力估算的意义o1、提供作物理论产量。在一定气候、土壤和农业技术水平下作物、提供作
17、物理论产量。在一定气候、土壤和农业技术水平下作物可达到的生产能力，预示农业发展前景；可达到的生产能力，预示农业发展前景；o2、为国家或地区制定农业发展规划，确定投资方向及制定农业政、为国家或地区制定农业发展规划，确定投资方向及制定农业政策提供依据；策提供依据；o3、是估算土地人口承载能力的基础；、是估算土地人口承载能力的基础；4、揭示作物生育规律、产量形成与环境条件相互作用机制，是定、揭示作物生育规律、产量形成与环境条件相互作用机制，是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。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）测定方法（二）测定方法o收获量测定法
18、收获量测定法n定期收获植被，烘干至恒重，测定干物质的热量（定期收获植被，烘干至恒重，测定干物质的热量（J/m2a）o氧气测定法氧气测定法n初始瓶：净初级生产量初始瓶：净初级生产量n黑黑瓶：呼吸量瓶：呼吸量n白白瓶：总初级生产量瓶：总初级生产量oCO2测定法测定法n黑罩或无光条件下：黑罩或无光条件下：CO2的增加量（呼吸作用）的增加量（呼吸作用）n白罩：白罩：CO2的减少量（光合作用）的减少量（光合作用）o放射性标记物测定法放射性标记物测定法n将将14C以碳酸盐（以碳酸盐（14CO2-3）的形式放入含有浮游植物的水瓶中培养，）的形式放入含有浮游植物的水瓶中培养，一定时间后测定放射活性，确定光合作
19、用固定的碳量。一定时间后测定放射活性，确定光合作用固定的碳量。o叶绿素测定法叶绿素测定法n对自然水过滤，用丙酮提取，分光光度计测定对自然水过滤，用丙酮提取，分光光度计测定o新技术新技术n彩色红外影象，辐射计，彩色红外影象，辐射计，SPOT卫星等遥感器卫星等遥感器初级生产的能量转化初级生产的能量转化七、提高农业初级生产力的途径七、提高农业初级生产力的途径o1、因地制宜，增加绿色植被覆盖，充分利用太阳辐射能，增加系、因地制宜，增加绿色植被覆盖，充分利用太阳辐射能，增加系统的生物量通量或能通量，增强系统稳定性。统的生物量通量或能通量，增强系统稳定性。o2、适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓
20、限制因子制、适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因子制约。约。o3、改善植物品质特点，选育高光效、抗逆性强的优良品种。、改善植物品质特点，选育高光效、抗逆性强的优良品种。o4、加强生态系统内部物质循环，减少养份水分制约。、加强生态系统内部物质循环，减少养份水分制约。o5、改进耕作制度、改进耕作制度,提高复种指数提高复种指数,合理密植合理密植,实行间套种实行间套种,提高栽培提高栽培管理技术。管理技术。o6、调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。、调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。第三节第三节次级生产的能量转化次级生产的能量转化o次级生产次级生产:消费者
21、利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成自身的物质，称为次级生产，亦称第二性生产。作用形成自身的物质，称为次级生产，亦称第二性生产。o次级生产者次级生产者:大农业中的畜牧水产业和虫、菌业生产都属次级生大农业中的畜牧水产业和虫、菌业生产都属次级生产。产。次级生产的能量转化次级生产的能量转化一、次级生产的能量平衡一、次级生产的能量平衡oP=NI+II=A+(R1+R2)+(F+U+G)oP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作用二、次级生产在农业生态系
22、统中的作用 （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、三、次级生产量的生产过程次级生产量的生产过程未捕获（）未捕获（）猎物种群生产量（）猎物种群生产量（）被捕获（）被捕获（）被吃下（）被吃下（）I未吃下（）未吃下（）未同化（）未同化（）同化（）同化（）A净次级生产（）净次级生产（）P呼吸（）呼吸（）R四、次级生产的生态效率四、次级生产的生态效率o1.消费效率：食草动物对植物净生产量的利用。o（1）植物种群增长率高，世代短，更新快，被利用的百分比高；o（2）草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量；o（3
23、）浮游动物利用的净初级生产量比例最高。o2.同化效率o草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高；o3.生长效率o肉食动物的净生长率低于草食动物。o不同动物类群有不同的生长效率。o4.林德曼效率次级生产中的能量收支次级生产中的能量收支oC=A+FUoC：动物从外界摄食的能量：动物从外界摄食的能量oA：被同化能量：被同化能量oFU：排泄物：排泄物oA=P+RoP：净次级生产量：净次级生产量oR：呼吸能量：呼吸能量次级生产的生态效率次级生产的生态效率次级生产量的测定o1.同化量和呼吸量估计生产量：同化量和呼吸量估计生产量：P=A-R;A=C-FUo2.P=Pg+Pr（净生产量为种群中个体的生长和出生之和
24、）（净生产量为种群中个体的生长和出生之和）Pr：生殖后代的生产量：生殖后代的生产量Pg：个体增重：个体增重次级生产的生态效率次级生产的生态效率次级生产的能量转化次级生产的能量转化几种动物产品的饲料能量利用效率几种动物产品的饲料能量利用效率（% %）次级生产的能量转化次级生产的能量转化五、我国农业生态系统的次级生产五、我国农业生态系统的次级生产1、生产结构上：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。六、初级生产与次级生产的关系六、初级生产与次级生产的关系1、
25、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。次级生产的能量转化次级生产的能量转化o七、次级生产的改善途径七、次级生产的改善途径o1.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。第四节第四节生态系统中的辅助能生态系统中的辅助能一、生态系统的辅助能：一、生态系统的辅助能：除太阳能外，对农业生态系统所补加的除太阳能外，对农业生态系统所补加的一切其它形式能量的总称。一切其它形式能量的总称。o辅助能
26、辅助能（cultural energy），是人类为防止农业生态系统向自然生态系统演变，提高农业产力，减少消耗而人为向系统加入的一部分能量，其投入量的多少、组成比例完全由人控制。o根据辅助能的来源将其分为自然辅助能、人工辅助能自然辅助能、人工辅助能o人工辅助能包括：人工辅助能包括：o生物辅助能生物辅助能（biological energy）包括人力、畜力、生物燃料、种子和有机肥料中的化学潜能；o工业辅助能工业辅助能（industrical eneryt），亦称化石能、商业能，包括以煤、石油、天然气等形式投入的直接工业辅助能和以化肥、农药、农业机械、机具、农用塑料形式投入的间接工业辅助能o自然能包
27、括风能、水能、地热能和潮汐能等o根据辅助能的性质可将其分为有机能和无机能有机能和无机能生态系统中的辅助能生态系统中的辅助能二、人工辅助能对农业增产的意义二、人工辅助能对农业增产的意义o1.改善不良生态环境条件，解除环境中一些限制因子制约，促进改善不良生态环境条件，解除环境中一些限制因子制约，促进农作物对日光能的吸收、利用和转化。农作物对日光能的吸收、利用和转化。o2.随着人工辅助能投入的增加，特别是工业辅助能投入量的增加，随着人工辅助能投入的增加，特别是工业辅助能投入量的增加，产量明显提高。产量明显提高。o3.工业辅助能投入的增加带来了能源短缺、环境污染和成本提高工业辅助能投入的增加带来了能源
28、短缺、环境污染和成本提高等问题。应优化辅助能投入，提高辅助能的利用效率。未来农业等问题。应优化辅助能投入，提高辅助能的利用效率。未来农业是更多地投入科学技术和信息，替代工业辅助能的直接投入是更多地投入科学技术和信息，替代工业辅助能的直接投入。表表 不同不同类类型型农业农业生生产产力及耕地承力及耕地承载载力力农业类农业类型型生生产产力力百公百公顷顷耕地上养活人数耕地上养活人数农农村村城市城市合合计计农农村人口村人口（%）原始原始农业农业8.3610420020100%传统农业传统农业1.021042103524585.7现现代代农业农业4.181046094010006.0(资料来源1971)世
29、界各地商世界各地商业业能投入与谷物能投入与谷物产产出量（出量（FAO1972）项项目目发发展展中中国国家家非非洲洲远远东东近近东东拉拉丁丁美美洲洲计计划划经经济济国国家家亚亚洲洲东东欧欧苏苏联联发发达达国国家家北北美美西西欧欧大大洋洋洲洲其其它它世世界界商商业业能投入能投入（109Jha-1）2.20.81.73.84.25.92.49.324.820.220.227.019.47.9（kgha-1）122382913281335144017741815168231003451316397626311821注：1卡焦耳，1焦耳卡（资料来源：刘巽浩。1982）全国以及典型地区全国以及典型地区辅辅
30、助能投入的助能投入的组组成成（1979） 单单位：位：106Jha-1地区地区投入能投入能无机能有机能投入能总量农用机械燃油农田用电化肥农药共计劳力畜力种子有机肥共计全国全国数量数量1645329317638026147288101106331880290604959464322%2.55.12.712.522.912.616.52.845.277.1100.0上海上海数量数量104581158347263443361200172112185120004241173807135007%7.78.63.525.545.312.81.68.931.454.7100.0安徽安徽数量数量2100210
31、0197267511292813908113624800337096377976702%2.72.72.68.816.818.114.86.344.083.2100.0六安地区六安地区数量数量1678336565779221362211202108452400250024944963071%2.75.31.012.621.617.817.23.839.678.4100.0河南省河南省数量数量12182436750322176251745102082400178253520542830%2.85.71.87.517.811.123.85.641.782.2100.0甘甘肃肃省省数量数量61512
32、313211177334444515742240094922208.25427%2.44.91.34.613.217.522.69.437.286.8100.0定西地区定西地区数量数量%生态系统中的辅助能生态系统中的辅助能三、农业生态系统的能流特征和转化效率三、农业生态系统的能流特征和转化效率o1.自然生态系统与农业生态系统的比较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。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。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。o2.不同类型农业生态系统的比较（不同历史发展时期）不同
33、类型农业生态系统的比较（不同历史发展时期）原始农业原始农业（primitiveagriculture)辅助能投入少，生产力低辅助能投入少，生产力低传统农业传统农业（traditionalagriculture)辅助能投入多，生产力相对高辅助能投入多，生产力相对高现代农业现代农业(modernagriculture)辅助能投入更多，生产力大大提高辅助能投入更多，生产力大大提高、次级生产的改善途径。次级生产的改善途径。四、能量转化效率四、能量转化效率 转化效率通常是指输出产品与输入资源之间的比例关系。农业生态系统的能量转化效率可能有两种含义，即日光能的转化效率与人工投入辅助能的转化效率。前者通常被
34、称为光能利用率，后者则被称做能量比或能效率。 五、作物系统和畜牧系统的耗能量和能效率五、作物系统和畜牧系统的耗能量和能效率 不同的作物系统和畜牧系统，其人工辅助投能的耗能量和能效率有很大的差异，这是由作物或家畜（家禽）的生态适应性、资源条件和生产技术水平所决定的。降低其耗能量，提高能效率，是农业生态系统设计与管理的重要任务，这对于工业能投入来说尤为重要。 Pimentel等对美国 80年代初期作物和畜牧系统的能量分析得出：玉米、高梁、燕麦、大麦、大豆、小麦等六种主要粮豆作物，每公顷平均投入工业能530万千卡，每产1 公斤粮豆耗工业能1200 千卡，每公斤粮豆蛋白质耗工业能11400千卡。 生态
35、系统中的辅助能生态系统中的辅助能生态系统中的辅助能生态系统中的辅助能o六、农业生态系统中尚待研究的能流问题六、农业生态系统中尚待研究的能流问题o1.辅助能投入结构的优化辅助能投入结构的优化各种投能的数量比例，即有机能、无机能以各种投能的数量比例，即有机能、无机能以及有、无机能内部各抽能量投入效果，确定投入是否合理。及有、无机能内部各抽能量投入效果，确定投入是否合理。o2.能量投入的报酬最高点，适应区和临界值能量投入的报酬最高点，适应区和临界值报酬最高点指单位投能所获报酬最高点指单位投能所获得产出最高时的能量投入量，得产出最高时的能量投入量，能量投入增加，但产出已不再增加的能量投能量投入增加，但
36、产出已不再增加的能量投入量叫能量投入临界值。入量叫能量投入临界值。能量投入的适宜区是考虑能量投放效果、效率及能量投入的适宜区是考虑能量投放效果、效率及其它综合因素的基础上而确定能量投入值的区间。其它综合因素的基础上而确定能量投入值的区间。o3.高投入高产出与高投入低效益问题高投入高产出与高投入低效益问题农业生态系统的能量投入与产出效农业生态系统的能量投入与产出效益，目前国内有益，目前国内有两种截然不同的看法两种截然不同的看法，一种是高投入会出现低产出，主要，一种是高投入会出现低产出，主要依据是随单位面积能量投入量增加，能量产投比下降，出现高产穷县的现依据是随单位面积能量投入量增加，能量产投比下
37、降，出现高产穷县的现象，象，主张控制投入，提高能量置换效率主张控制投入，提高能量置换效率；另一种是高投入会出现高产出，；另一种是高投入会出现高产出，主要依据是随单位面积投能量的增加，单位面积产量也增加，能流规模扩主要依据是随单位面积投能量的增加，单位面积产量也增加，能流规模扩大，实际效益增加。大，实际效益增加。主张走高投入、高产出的农业路子。主张走高投入、高产出的农业路子。国内外高投入、国内外高投入、高产出、高效益的实例应该借鉴。这一基本趋势也符合世界农业发展的总高产出、高效益的实例应该借鉴。这一基本趋势也符合世界农业发展的总趋势。我国农业应走哪一条道路，也应深入研究。趋势。我国农业应走哪一条
38、道路，也应深入研究。七、提高能量转化效率的途径七、提高能量转化效率的途径农业生态系统能流调节的最终目标，是以较少的人工辅助能投入获得较高的有用能产出。 (1)调整生物结构。根据当地资源条件、生产技术、市场需求变化，农林牧群落结构，合理选择和搭配高产高效的品种。 (2)优化投入组合。农业生物的生长发育和高产优质需要多种生态因素和投入资源配合，其中某些处于最低量的因素和资源的数量变化对产出水平和转化效率影响最大。 (3)改善资源的基础状况。土地质量、水资源和生物资源状况对农业生态系统的能量转化能力和辅助能的效率有很大影响。 (4)采用节能农业技术。减少耗能作业，用可再生资源代替某些工业能投入，节约
39、不可再生资源，这是当代技术进步的一个方向。 生态系统中的辅助能生态系统中的辅助能一、能流符号一、能流符号主菜单主菜单退出退出返回返回主目录主目录第五节第五节 生态系统的能流分析生态系统的能流分析二、能流分析法二、能流分析法1确定研究对象和系统边界。确定研究对象和系统边界。2确定系统的组成成分及相互关系，绘出能流图。确定系统的组成成分及相互关系，绘出能流图。3搜集资料，确定各种实物的流量与输入输出量。搜集资料，确定各种实物的流量与输入输出量。4将各种实物流量折算成能量将各种实物流量折算成能量(课本附件课本附件)，标在能流图上。，标在能流图上。5结果分析（能值分析）。结果分析（能值分析）。（1）输
40、入能量结构分析）输入能量结构分析,（2）产出能量结构分析。）产出能量结构分析。（3）输入能量密度分析。）输入能量密度分析。（4）产出能量密度分析。）产出能量密度分析。（5）各种能量的转换效率。）各种能量的转换效率。人工辅助能效率人工辅助能效率=总产出能量总产出能量/人工辅助能投入量人工辅助能投入量工业辅助能效率工业辅助能效率=总产出能总产出能/工业辅助能投入量工业辅助能投入量各种生态效率各种生态效率主菜单主菜单退出退出返回返回主目录主目录农业生态系统的能流分析农业生态系统的能流分析农业生态系统的能流分析农业生态系统的能流分析三、农业生态系统能流关系的调整方向三、农业生态系统能流关系的调整方向o
41、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，为稳定环境和扩大能流规模奠定基础。定环境和扩大能流规模奠定基础。o2.调整生物组合，优化农业生态系统结构。调整生物组合，优化农业生态系统结构。选育和配置高产优质的生物种类和品种,建立合理的农林牧渔生物结构。o3.开发农村新能源，提高生物能利用效率。开发农村新能源，提高生物能利用效率。如发展薪炭林,兴办小水电,利用风能、太阳能、地热能等。o4.开发和推广节能降耗技术。开发和推广节能降耗技术。如开发普及节柴灶，节能炉具，节水灌溉，立体种植，推广少耕、免耕，o5.优化人工辅助能投入，提高能量利用效率。优化人工辅助能投入，提高能量利用效率。改进化肥施用技术，减少水土流失等。 o6.大力发展农业科技和信息产业。大力发展农业科技和信息产业。
