3. 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展基本理論P(yáng)PT精選文檔

1、1,第三章：農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展基本理論,第一節(jié)：生態(tài)學(xué)理論 第二節(jié)：經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,2,第一節(jié)：生態(tài)學(xué)理論,一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 二、農(nóng)業(yè)生態(tài)物質(zhì)循環(huán) 三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)理論,3,一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),自然生態(tài)系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),4,自然生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),自然生態(tài)系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),5,自然生態(tài)系統(tǒng),地球上主要生態(tài)系統(tǒng)示意圖,6,自然生態(tài)系統(tǒng)功能 能量流動(dòng)。 自然生態(tài)系統(tǒng)能量來(lái)自于太陽(yáng)輻射，能量沿著生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者單向流動(dòng)，是驅(qū)動(dòng)一切生命活動(dòng)的齒輪。 物質(zhì)循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)，主要指生物為維持生命所需要的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，沿著食物鏈在不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物之間傳遞，最終歸還給環(huán)境。 信息傳遞。物理信息、化

2、學(xué)信息、營(yíng)養(yǎng)信息、生物遺傳信息在生物與環(huán)境之間的傳遞,7,典型陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),消費(fèi)者 （動(dòng)物,生產(chǎn)者 （植物,分解者 （微生物,能量流,物質(zhì)流,氣候,物理環(huán)境對(duì) 有機(jī)體影響,有機(jī)體對(duì)物理環(huán)境影響,生物群落,物理環(huán)境,生態(tài)系統(tǒng),8,土壤,植物（即出生產(chǎn),太陽(yáng)能 降水,食草動(dòng)物,食肉動(dòng)物,大型食肉動(dòng)物,能量損失,分解還原者,太陽(yáng)能 降水,土壤,植物（作物、雜草,人類(lèi),動(dòng)物、家禽 害蟲(chóng),肥料,排灌水,耕作,農(nóng)藥,育種,飼養(yǎng),農(nóng)業(yè)技術(shù)系統(tǒng),農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),農(nóng)業(yè)生物系統(tǒng),環(huán)境系統(tǒng),農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),9,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)基本功能,能量流。 除了自然生態(tài)系統(tǒng)的太陽(yáng)能通過(guò)食物鏈傳遞以外，人類(lèi)還利用煤炭、石油、天然氣、

3、風(fēng)力、水力、人力、畜力為動(dòng)力形成農(nóng)機(jī)、農(nóng)藥、化肥、灌溉、栽培、加工運(yùn)輸?shù)刃问健?物質(zhì)流。 天然和人工合成化合物在生物系統(tǒng)中的流轉(zhuǎn),信息流。 不但保留了自然生態(tài)系統(tǒng)信息流以外，還利用社會(huì)信息網(wǎng)絡(luò)（電視、電話(huà)、廣播、互聯(lián)網(wǎng)、報(bào)刊等）高效傳遞信息。 價(jià)值流。 由于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量和信息流動(dòng)的加入是依賴(lài)于人類(lèi)活動(dòng)的，加入人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)后就產(chǎn)生了價(jià)值,10,二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)理論,物質(zhì)循環(huán)基本概念和類(lèi)型 物資循環(huán)中的庫(kù)與流 物質(zhì)流動(dòng)特征 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能流域物流的關(guān)系 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán),11,物質(zhì)循環(huán)的基本概念和類(lèi)型,概念：地球上的各種化學(xué)元素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在自然動(dòng)力和生命動(dòng)力的作用下，在不同層次

4、的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，乃至整個(gè)生物權(quán)，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體，再?gòu)纳矬w到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動(dòng)和循環(huán)，構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)。那些對(duì)生命活動(dòng)必不可少的各種元素和無(wú)機(jī)物的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán),12,地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán),地質(zhì)大循環(huán)是指物質(zhì)或元素經(jīng)生物體的吸收與作用，從環(huán)境進(jìn)入生物有機(jī)體內(nèi)，生物有機(jī)體在以死體、殘?bào)w或排泄物形成物質(zhì)或元素返回環(huán)境，進(jìn)入大氣、水、巖石、土壤和生物五大自然圈層的循環(huán)。時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣，是一種閉合時(shí)循環(huán)。 生物小循環(huán)是指環(huán)境中的元素經(jīng)生物體吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被多次利用，然后經(jīng)過(guò)分解者的作用，再為生產(chǎn)者吸收、利用。生物小循環(huán)時(shí)間短、范圍小，是開(kāi)放式的循環(huán),13,碳循環(huán)模型示

5、意圖,大 氣,土壤 巖石,江河 海洋,陸地 動(dòng)物,陸地 植物,水生 動(dòng)物,水生 植物,流入,流出,同化,同化,工業(yè),廢水,淋溶,流入,廢渣,廢水,沉淀,風(fēng)化,14,地質(zhì)大循環(huán)過(guò)程示意圖,玄武巖（熔巖,玄武巖（侵入巖,溶漿,變成巖,地表巖石,沉積巖,土壤、沉淀物,風(fēng)化腐 蝕過(guò)程,侵蝕埋存固體化,溶化 過(guò)程,溶漿升起,抬升暴露,15,生物小循環(huán)示意圖,消費(fèi)者,食物基礎(chǔ),可利用的 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),腐屑,儲(chǔ)存,分解者,16,氣象型循環(huán)和沉積型循環(huán),氣象型循環(huán) 儲(chǔ)藏在大氣圈和水圈中的元素通過(guò)大氣進(jìn)行彌漫，很短時(shí)間內(nèi)被植物物所利用，然后生物在轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放的物質(zhì)再經(jīng)過(guò)大氣和降雨回到大海和大氣。 沉積型循環(huán) 儲(chǔ)藏

6、在地下的元素經(jīng)過(guò)風(fēng)化或者開(kāi)采冶煉釋放出來(lái)為植物吸收，參與生命物質(zhì)的形成。沿著食物鏈轉(zhuǎn)移分解釋放，一部分被植物吸收，大部分以溶液或沉積物狀態(tài)隨流水進(jìn)入江河，匯入大海，經(jīng)過(guò)沉降，淀積變成巖石,17,物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)與流,庫(kù)：物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被暫時(shí)固定、儲(chǔ)存的場(chǎng)所稱(chēng)為庫(kù)?？煞譃橹参飵?kù)、動(dòng)物庫(kù)、大氣庫(kù)、土壤庫(kù)、水體庫(kù)。 流：物質(zhì)在庫(kù)與庫(kù)之間轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)成為流。系統(tǒng)中的能流、物流、信息流是生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)組分聯(lián)系起來(lái)，并使系統(tǒng)與外界環(huán)境聯(lián)系起來(lái)。 意義：沒(méi)有庫(kù)，環(huán)境資源不能被吸收，固定和轉(zhuǎn)化。沒(méi)有流，庫(kù)與庫(kù)之間不能聯(lián)系，溝通，物質(zhì)循環(huán)就可能短路，生命無(wú)法維持，生態(tài)系統(tǒng)必將瓦解,18,物流的特征,生物量與現(xiàn)存量

7、在某一特定的觀察時(shí)刻，單位面積或體積內(nèi)積存的有機(jī)物質(zhì)總量稱(chēng)為生物量。又稱(chēng)為現(xiàn)存量。生產(chǎn)量是現(xiàn)存量與減少量之和。要提高現(xiàn)存量，關(guān)鍵是要增加生產(chǎn)量和降低減小量 周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期 周轉(zhuǎn)率是指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一組分中的物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)所流出或流入的量站庫(kù)存總量的份額。周轉(zhuǎn)期是周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該物質(zhì)全部更換需要的時(shí)間。 循環(huán)效率 循環(huán)物質(zhì)站在那個(gè)輸入物質(zhì)的比例稱(chēng)為循環(huán)效率。循環(huán)效率越高，表明有機(jī)體機(jī)能越強(qiáng),19,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能流與物流的關(guān)系,能流失單向流動(dòng)，并且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中逐漸衰變，有效能的數(shù)量逐級(jí)減少，最終趨向全部轉(zhuǎn)化為低效熱能，離開(kāi)生態(tài)系統(tǒng)。某些能流可以反饋一次。 物流是往復(fù)循環(huán)，不只能被利用一

8、次，而是重復(fù)利用，物流在流動(dòng)過(guò)程中只會(huì)改變形態(tài)而不會(huì)消滅，可以在系統(tǒng)內(nèi)永恒地循環(huán)。 人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)可以干預(yù)和調(diào)節(jié)，但是忽視了生態(tài)系統(tǒng)固有的自我調(diào)節(jié)能力，就有可能有意的服反饋機(jī)制削弱或破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)展失控而產(chǎn)生惡果,20,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán),生物地化循環(huán) 養(yǎng)分循環(huán)與平衡 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境問(wèn)題,21,生物地化循環(huán),碳循環(huán)。 碳是生命有機(jī)體的基礎(chǔ)物質(zhì)。陸地上的植物通過(guò)光合作用，把CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，轉(zhuǎn)移到土壤，被細(xì)菌分解后為植物所吸收，成為生物體。剩余的碳排放到大氣中。 水循環(huán)。 水是生物體的主要組成部分，在生物體中占到70%。水溶解各種物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充進(jìn)生物體中。海洋被蒸發(fā)

9、，輸入內(nèi)陸遇冷凝下降到陸地形成徑流，再流入大海。 氮、磷、鉀循環(huán)。氮磷鉀是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。通過(guò)太陽(yáng)輻射、生物分解等各種方法把大氣中的氮磷鉀轉(zhuǎn)移到土壤中，再通過(guò)水溶解被植物吸收,22,養(yǎng)分循環(huán)與平衡,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)輸出農(nóng)產(chǎn)品到市場(chǎng)，再?gòu)氖袌?chǎng)返回煤炭、石油、種子、化肥等物質(zhì)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)是一個(gè)開(kāi)放性的循環(huán)系統(tǒng)，如果輸出大于輸入，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)就會(huì)退化，如果輸出物質(zhì)小于輸入，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)才能改善。 有機(jī)質(zhì)是各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的載體。有機(jī)質(zhì)來(lái)源于作物殘?bào)w和牲畜糞便。必須增加系統(tǒng)中的有機(jī)質(zhì)。燃燒作物秸稈是一種浪費(fèi)。沼氣、秸稈還田是增加有機(jī)體及營(yíng)養(yǎng)平衡的重要措施。 就地加工，提高物質(zhì)的歸還率。

10、 不同的農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)作物的營(yíng)養(yǎng)需求和歸還率不同，因此要建立合理的輪作制度，提高營(yíng)養(yǎng)成分的效能,23,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境問(wèn)題,化肥、農(nóng)藥中除氮磷鉀有用元素外，還有大量的鉻、汞、鉛、硼等毒性物質(zhì)。這些物質(zhì)被植物吸收后對(duì)植物生長(zhǎng)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量是有害的。 化肥、農(nóng)藥施用過(guò)量會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，產(chǎn)生藻類(lèi)植物，光合作用后消耗水體中的氧，引起農(nóng)作物缺氧而死亡。 化肥農(nóng)藥施用過(guò)量，會(huì)通過(guò)反硝化作用把NOx物質(zhì)排放到大氣，造成溫室氣體的增加,24,三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng),農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量的來(lái)源 食物鏈與食物網(wǎng) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的路徑 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的基本定律,25,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量來(lái)源,日

11、光能 日光能是太陽(yáng)放射出來(lái)的廣譜電磁波組成。日光能進(jìn)入大氣層后，大部分轉(zhuǎn)化為熱能，溫暖了地球。少部分被綠色植物吸收，參與到生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化與流動(dòng) 生物化學(xué)能 生物化學(xué)能是儲(chǔ)存在有機(jī)化合物中的一種潛在的能量。生物化學(xué)能一部分來(lái)自于日光能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化固定在植物中的化學(xué)能，另一部分來(lái)自食物鏈轉(zhuǎn)化導(dǎo)致物體和微生物體中的化學(xué)能。 熱能 熱能是一種廣泛見(jiàn)于不同能量做功過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化形式。最終所有的能量都散逸在環(huán)境中,26,食物鏈與食物網(wǎng),捕食食物鏈 海洋：浮游植物浮游動(dòng)物蝦魚(yú)；草原：綠草羚羊老虎； 農(nóng)田：水稻蝗蟲(chóng)青蛙；農(nóng)業(yè)：作物秸稈牛人 腐食食物鏈 死亡有機(jī)體或生物排泄物為能量來(lái)源，在微生物參與下

12、，經(jīng)腐爛分解還原為無(wú)機(jī)物并從中取得能量的食物。秸稈糞便生產(chǎn)沼氣和肥料；棉籽殼、稻草培育蘑菇。 寄生食物鏈 以活的動(dòng)植物有機(jī)體為能量來(lái)源，以寄生方式生存的食物鏈 哺乳動(dòng)物跳蚤原生動(dòng)物細(xì)菌病毒；馬蛔蟲(chóng),27,食物鏈與食物網(wǎng),食物網(wǎng)的概念：在生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物之間的取食與被取食關(guān)系互相交織在一起，一種生物常常以多種食物為主，而同一種食物又往往被多種消費(fèi)者取食。于是就形成了多條食物鏈相互交織，互相聯(lián)結(jié)成食物網(wǎng)。 特點(diǎn)：食物網(wǎng)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于食物鏈，因?yàn)楫?dāng)一種食物短缺時(shí)，其他食物鏈可以進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)償。 作用：農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，作物，林木、牧草、禽畜、魚(yú)蝦等生物如能保持較多種類(lèi)和品種，就能增加農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)

13、定性,28,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的路徑,日光能,綠色植物,人工輔助能,微生物,食肉動(dòng)物,食草動(dòng)物,呼吸消耗 第三條路徑,第一條路徑,第二條路徑,第四條路徑,排泄物死亡體,排泄物死亡體,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)路徑示意圖,29,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的基本定律,熱力學(xué)第一定律能量守恒定律 熱力學(xué)第二定律能量衰變定律 熵（entropy)與耗散結(jié)構(gòu) 生態(tài)金字塔定律 林德曼效率 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量生產(chǎn) 輔助能量,30,熱力學(xué)第一定律能量守恒定律,熱力學(xué)第一定律認(rèn)為：能量可以在不同的介質(zhì)中被傳遞，在不同的形式中被轉(zhuǎn)化，但數(shù)量上既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅。 Q=U+W Q-系統(tǒng)吸收的能量； U-系統(tǒng)內(nèi)能的變化

14、 W- 系統(tǒng)對(duì)外所做的功 日光能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能與熱能，在食物鏈中又被轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、熱能,31,熱力學(xué)第二定律能量衰變定律,自然界所有的自發(fā)過(guò)程都是能量從際中轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑿退プ冞^(guò)程，而且是不可逆的過(guò)程。由于總有一些能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中要變?yōu)椴豢衫玫臒崮?，所以任何能量的轉(zhuǎn)化都不可能達(dá)到100%。 生態(tài)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化始于太陽(yáng)輻射的一些列能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，只有少量的能量轉(zhuǎn)化為在職物體活動(dòng)物體的化學(xué)潛能，大部分已熱能的形似消耗在維持動(dòng)植物生命活動(dòng)或微生物的分解過(guò)程中。這些散發(fā)的能量是一種毫無(wú)利用價(jià)值的能量形式，因此，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是不可逆的,32,熵（entropy)與耗散結(jié)構(gòu),系統(tǒng)從絕對(duì)零度無(wú)分子運(yùn)動(dòng)的最大

15、有序狀態(tài)向含熱狀態(tài)變化過(guò)程中每一度（溫度變化）的熱量（變化），即熵變化就是熱量變化與絕對(duì)溫度之比，在溫度處于絕對(duì)零度時(shí)熵值為零。一切自發(fā)過(guò)程總是向熵值增加的方向進(jìn)行。 在自發(fā)過(guò)程中，熵值不斷增加，孤立系統(tǒng)的不平衡態(tài)隨著時(shí)間的推移，最終會(huì)趨向平衡態(tài)熵最大狀態(tài)，使系統(tǒng)從有序走向無(wú)序。系統(tǒng)要保持有序狀態(tài)，必須從外界吸取負(fù)熵。 意義：生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng)，可以通過(guò)外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的不斷交換，輸入太陽(yáng)能和輔助能，增加系統(tǒng)的負(fù)熵，使系統(tǒng)保持有序的狀態(tài)和一定的穩(wěn)定性,33,生態(tài)金字塔定律,生態(tài)金字塔原理 由于能量沿食物鏈傳遞過(guò)程中的衰減規(guī)律，使得每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)被凈同化的部分都要大大少于前一級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)及由低到高，其個(gè)體數(shù)目、生物現(xiàn)存量和所含能量一般呈出基部寬，頂部尖的立體金字塔。一般由數(shù)量金字塔，生物量金字塔，能量金字塔三種。 生態(tài)金字塔理論意義 食物鏈長(zhǎng)，塔的層次多，能量消耗多，儲(chǔ)存少，系統(tǒng)不穩(wěn)定。反之，食物鏈短，塔的層次低，能量消耗小，儲(chǔ)存量大，系統(tǒng)穩(wěn)定。但是食物鏈過(guò)短，能量利用率低，浪費(fèi)大,34,林德曼效率,美國(guó)生態(tài)學(xué)家林