土壤生態(tài)學(xué)課件第五章農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中能流傳遞特點

1、第五章 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中能流傳遞特點 第一節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投能結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 農(nóng)業(yè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的能量流動特點 第三節(jié) 復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動引言能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能，是地球上一切生命賴以生存的基礎(chǔ)。綠色植物利用太陽能，將環(huán)境中的無機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生命可以直接利用的有機(jī)物質(zhì)，同時將化學(xué)能儲存在有機(jī)物質(zhì)中，并通過食物鏈和食物網(wǎng)，自一個營養(yǎng)級傳遞到另一個營養(yǎng)級，實現(xiàn)能量的流動。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)不同，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的能量傳遞，人工投入占有很大比重，自然歸還的能量居次要地位。第一節(jié) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投能結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是由人控制和管理的生態(tài)系統(tǒng)，其能量流動特征完全不同于自然生態(tài)系統(tǒng)，

2、除太陽能以外，人們通過對生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控和管理不斷地對系統(tǒng)施加一些輔助能量，如人力、畜力、有機(jī)肥等有機(jī)能及化肥、農(nóng)藥、機(jī)械、燃料、電力等化石能量。輔助能量并不參與生產(chǎn)者自身固定化學(xué)潛能的形成，只對生產(chǎn)者固定太陽能起輔助作用，因此他們不可能沿食物鏈逐級傳遞與轉(zhuǎn)換，而是全部以各種形式散失到環(huán)境中去。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最終目的，是通過人類的生產(chǎn)活動，不斷對系統(tǒng)補(bǔ)加能量，借以減少系統(tǒng)用于自我維持所消耗的能量，把更多的太陽能轉(zhuǎn)化為符合人類需要的產(chǎn)品。一、能流結(jié)構(gòu)1、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)：主要依靠系統(tǒng)內(nèi)的生物能為基礎(chǔ)，主要用畜力和手工作業(yè)，以有機(jī)肥和傳統(tǒng)病蟲害防治措施。2、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)：也叫石油農(nóng)業(yè)，主要依靠農(nóng)業(yè)系統(tǒng)以外的工業(yè)能量

3、為基礎(chǔ)，用機(jī)械作業(yè)、化肥取代有機(jī)肥，農(nóng)藥和除草劑大量使用。因此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個基本思想就是最大限度地向農(nóng)業(yè)提供能源，以獲得更高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量；以礦物原料為基礎(chǔ)的工業(yè)能源的大量輸入是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要特征。結(jié)果成本高，對環(huán)境造成影響3、生態(tài)農(nóng)業(yè)：是通過不斷提高太陽能的固定率、利用率和生物能的轉(zhuǎn)化率，加速能流和物流在生態(tài)系統(tǒng)中再循環(huán)過程以取得最大功效，達(dá)到節(jié)省能源、高效生產(chǎn)的目的。二、能流分析 1、折能系數(shù)：在進(jìn)行能流分析時，首先要確定研究對象和系統(tǒng)的邊界，如一個單獨的作物系統(tǒng)、林業(yè)系統(tǒng)、畜牧業(yè)系統(tǒng)、漁業(yè)系統(tǒng)或上述系統(tǒng)中的兩個、三個甚至全部所構(gòu)成的一個完整的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；其次要確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及

4、其相互關(guān)系，并將系統(tǒng)的物質(zhì)流量轉(zhuǎn)換成能流量；最后根據(jù)需要對所得結(jié)果進(jìn)一步分析。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的各種輸入、輸出能量中，除太陽能以能量單位表示外，其他都是用能量單位以外的各種計量單位表示，因此只有將各種不同的輸入和輸出量轉(zhuǎn)換成以能量單位表示的能流量，才能對系統(tǒng)進(jìn)行能量分析。然而目前沒有一套統(tǒng)一適用的物質(zhì)折能系數(shù)。2、能流研究進(jìn)展長期以來，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能流和能量分析研究中所考慮的最重要的是指標(biāo)“產(chǎn)投比”。對有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、穩(wěn)定性、持續(xù)性、多樣性等基本特征分析較少?！吧镂锢碣Y本”和“能量冗余”就是來分析這些方面的（1）“生物物理資本”：指一個生態(tài)系統(tǒng)為產(chǎn)生使其生物圈結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定的那些生物過程而

5、利用太陽能的能力。BC = GPP + PAWF 分別表示生物物理資本、總初級生產(chǎn)力、植物有效水流量。三者都用消耗太陽能的量表示。將BC用生物量除，就得到為維持1kg生物量需耗散的能量（EC）。BC可看作系統(tǒng)復(fù)雜性一個指標(biāo)EC可看作系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，反相關(guān)（2）“能量冗余”生態(tài)系統(tǒng)中能量儲備即為能量冗余，能量冗余使系統(tǒng)在外部能源的供給暫時中斷的情況下，仍能進(jìn)行運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的冗余程度可用冗余度來衡量，冗余過小，系統(tǒng)將難以長期保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)，冗余過大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，但往往造成浪費，加重系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。生態(tài)系統(tǒng)是由一系列營養(yǎng)級組成的能量冗余系統(tǒng)，包括營養(yǎng)級內(nèi)的能量冗余和營養(yǎng)級間的能量冗余。第二節(jié) 農(nóng)業(yè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的能量流動特點一、人工林系統(tǒng)的能量流動森林生態(tài)系統(tǒng)生命活動需要的一切能量都來自太陽能。其中大部分能量是以熱量形式散失掉，只有小部分能量為森林植物截取利用。相對其他人工生態(tài)系統(tǒng)，森林生態(tài)系統(tǒng)的人工輔助能很少，除林木采伐期，有一些人力和機(jī)械投入，其他時期人工投能幾乎為零。人工林生態(tài)系統(tǒng)則通過人工投能，利用不同的林種搭配與不同的空間結(jié)構(gòu)，大大提高系統(tǒng)的光能利用率和能量轉(zhuǎn)化率。二、農(nóng)作物系統(tǒng)的能量流通作物系統(tǒng)區(qū)別自然生態(tài)系統(tǒng)的最大特征就是人類在系統(tǒng)中投入了