農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)國家課程(第五章)課件

第五章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)生產(chǎn)力Chapter5Materialproductivityofagroecosystem

12/12/20221國家級精品資源共享課第五章12/11/20221國家級精品資源共享課一、生產(chǎn)力的概念二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)四、初級生產(chǎn)與次級生產(chǎn)的相互關(guān)系五、提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的途徑12/12/20222國家級精品資源共享課一、生產(chǎn)力的概念二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的（一）物質(zhì)生產(chǎn)力的概念是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以產(chǎn)品形式的生產(chǎn)能力，是任何生態(tài)系統(tǒng)基本的數(shù)量特征，其大小標(biāo)志著能量轉(zhuǎn)化效率和物質(zhì)循環(huán)效率的高低，是生態(tài)系統(tǒng)功能的具體體現(xiàn)。

有兩種物質(zhì)生產(chǎn)力：一是總物質(zhì)生產(chǎn)量，指包括呼吸和消耗在內(nèi)的同化總量；二是凈物質(zhì)生產(chǎn)量，指除去呼吸消耗后，以生物有機(jī)體組織或貯藏物質(zhì)的形式體現(xiàn)出的生產(chǎn)量，如植物干物質(zhì)生產(chǎn)量、產(chǎn)量，動物產(chǎn)品數(shù)量等。一、生產(chǎn)力的概念12/12/20223國家級精品資源共享課（一）物質(zhì)生產(chǎn)力的概念一、生產(chǎn)力的概念12/11/20223（二）初級生產(chǎn)和次級生產(chǎn)1.初級生產(chǎn)(primaryproduction):指生態(tài)系統(tǒng)中自養(yǎng)者的生產(chǎn)，包括各種綠色植物、光合細(xì)菌等在內(nèi)的同化太陽能并以有機(jī)物形式貯存起來的生產(chǎn)，又稱第一性（次）生產(chǎn)。2.次級生產(chǎn)(secondaryproduction):指動物、微生物等異養(yǎng)者的生產(chǎn)，是利用初級生產(chǎn)產(chǎn)物進(jìn)行物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)出的生產(chǎn)力，是生態(tài)系統(tǒng)的第二性生產(chǎn)。12/12/20224國家級精品資源共享課（二）初級生產(chǎn)和次級生產(chǎn)1.初級生產(chǎn)(primaryproGlobalnetprimaryproductivityisapproximately120×109tonsdryweightperyearonland,and50×109tonsperyearinthesea.ThisproductivityisveryunevenlydistributedacrosstheEarth.Themostproductivesystemsarefoundamongstswampandmarshland,estuaries,reefsandcultivatedland.Productivitydecreasesmovingawayfromtheequator,indicationtheimportanceoftemperatureandradiation.Primaryproduction12/12/20225國家級精品資源共享課GlobalnetprimaryprodSomeoftheProducersintheEcosystem12/12/20226國家級精品資源共享課SomeoftheProducersintheESecondaryproductionSecondaryproductionisdefinedastherateofproductionofnewbiomassbyheterotrophicorganisms.Heterotrophsareorganisms,suchasanimalsandfungi,witharequirementforenergy-richorganicmolecules.Secondaryproductionbyheterotrophsisinevitablydependentonprimaryproductivity.Generally,ingrazersystems,thatpartofthetrophicstructureofacommunitywhichdependsontheconsumptionoflivingplantbiomass,secondaryproductivityisanorderofmagnitudelessthanprimaryproductionresultinginapyramidalstructure.12/12/20227國家級精品資源共享課SecondaryproductionSeconSomeoftheConsumersintheEcosystem12/12/20228國家級精品資源共享課SomeoftheConsumersintheE1.時間概念的速率表示法:指系統(tǒng)在單位時間、單位面積上初級生產(chǎn)者和次級生產(chǎn)者所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)的量。2.輸出/輸入的表示方法:指系統(tǒng)產(chǎn)出的有機(jī)物與輸入的物質(zhì)或資源的比值，簡稱輸出/輸入效率，如肥水利用率、資金生產(chǎn)率等。

以上兩種表示方法是相互補(bǔ)充的。如果只有速率高，可能是高消耗的高速率；如果只有效率高，則可能是低生產(chǎn)水平的高效率。（三）生產(chǎn)力的表示方法12/12/20229國家級精品資源共享課1.時間概念的速率表示法:指系統(tǒng)在單位時間、單位面積上初級生（四）初級生產(chǎn)量的測定方法

直接收獲法二氧化碳同化法黑白瓶法同位素標(biāo)記法葉綠素測定法原料消耗測定法12/12/202210國家級精品資源共享課（四）初級生產(chǎn)量的測定方法直接收獲法12/11/20221Communityproductivitycanberelatedtothestandingcropthatproducesitbycomparingtheratioofproductivity(P)tostandingcropbiomass(B).TheresultingP:Bratios(I.ekgproducedyear-1kg-1standingcrop)average0.042forforests,0.29forotherterrestrialsystems,and17.0foraquaticcommunities.AnalternativewayoflookingatP:Bratioswouldbetodefinebiomassintermsofweightoflivingtissue,whichwouldreducetheselargedifferencesbetweencommunities.However,accuratemeasurementoftheproportionofbiomassaliveisdifficult.Relationshipofproductivitytobiomass12/12/202211國家級精品資源共享課Communityproductivitycanbe地球上初級生產(chǎn)量和食物供應(yīng)狀況項目面積106km2凈初級生產(chǎn)量g·m-2·a-1初級生產(chǎn)總量109T·a-1太陽能利用率%植物提供食物量1012千卡·a-1動物提供食物量1012千卡·a-1全球510320333162.61700.114200.061153.2陸地149720773107.31150.2542001094海洋36115315355.3550.050.0659.2Pianka（1974）和Lieth（1978）綜合二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)（一）地球上的初級生產(chǎn)12/12/202212國家級精品資源共享課地球上初級生產(chǎn)量和食物供應(yīng)狀況項目面積凈初級初級生產(chǎn)太陽能植（二）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)1.最大理論生產(chǎn)力的估算太陽總輻射500cal·cm-2·d-1可見光（400~700nm）44.7%500×44.7%=222cal·cm-2·d-1總量子（每cal相當(dāng)于8.64微埃，反射率6%~12%（8.3%），非活性吸收損失10%）222×8.64=4320微?！m-2·d-1反射—360微?！m-2·d-1非活性吸收損失—432微?！m-2·d-1有效吸收的量子總量3528微?！m-2·d-1產(chǎn)生的碳水化合物量（還原1微克分子CO2需10量子或微埃）353微克分子·cm-2·d-1呼吸損失1/3（33%）—116微克分子·cm-2·d-1碳水化合物凈生產(chǎn)237微克分子·cm-2·d-1=2.37克分子·m-2·d-1=2.37×30克/克分子·m-2·d-1=71g·m-2·d-1碳水化合物是干重的92%，無機(jī)成分8%，則71×100/92=77gDW·m-2·d-1

12/12/202213國家級精品資源共享課（二）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)太陽總輻射500cal·cm-22.不同國家的作物生產(chǎn)力4~31T·a-1·hm-24~9T·a-1·hm-2C4作物1.1~8.5g·m-2·d-1C3作物1.1~2.5g·m-2·d-1全國平均產(chǎn)量138~190T·a-1·hm-284~113T·a-1·hm-2C4作物38~52g·m-2·d-1C3作物23~31g·m-2·d-1實測最大值223T·a-1·hm-261g·m-2·d-1理論最大值理論最大值大于實測最大值大于平均值（1）美國（1976，華盛頓）12/12/202214國家級精品資源共享課2.不同國家的作物生產(chǎn)力4~31T·a-1·hm-2C4（2）中國

光能利用率的理論值5~6%，初級生產(chǎn)的最大值60~66g·m-2·d-1，作物高產(chǎn)記錄的生育期平均生長率10~29g·m-2·d-1，光能利用率1~2.3%，不同作物差別較大。作物玉米高粱春小麥水稻甘薯冬小麥生長率g·m-2·d-127~302214~1612~1310光能利用率%1.9~1.71.1由于品種、水肥條件、管理技術(shù)限制，作物生育期間的平均生長率6~8g·m-2·d-1，光能利用率僅1%12/12/202215國家級精品資源共享課（2）中國作物玉米高粱春小麥水稻甘薯冬小麥生長率27（3）世界1975年，村田吉男匯總最高產(chǎn)量的作物生育期間的光能利用率CGR(g·m-2·d-1)，多年生牧草（新敘利亞草和紫狼尾草）26~28，C4作物（甘蔗、玉米、高粱）20，水稻、甜菜14，甘薯、大豆、大麥8，三葉草、鴨茅6。

甜菜光合效率僅30mgCO2.dm-2.h-1，但LAI4以上的天數(shù)達(dá)80d。玉米、水稻的光合效率40mgCO2.dm-2.h-1以上。CGR高的作物有兩種類型，一是高光合性能的作物，二是較大葉面積持續(xù)時間長的作物。12/12/202216國家級精品資源共享課（3）世界12/11/202216國家級精品資源共享課3.提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的途徑⑴生物與環(huán)境相適應(yīng)⑵協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各組成部分之間關(guān)系⑶建立良好的群體結(jié)構(gòu)⑷重視生物資源的開發(fā)利用⑸適量的輔助能投入12/12/202217國家級精品資源共享課3.提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的途徑12/11/202217三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)（一）定義次級生產(chǎn)是指初級生產(chǎn)的部分產(chǎn)品，經(jīng)過異養(yǎng)生物的采食和同化，合成肉、奶、蛋、皮和毛等動物性產(chǎn)品。次級生產(chǎn)力（secondaryproductivity）：在單位時間內(nèi)，各種異養(yǎng)生物直接或間接消費綠色植物，制造或形成產(chǎn)品的數(shù)量。12/12/202218國家級精品資源共享課三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)（一）定義次級生產(chǎn)力（second（二）次級生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

中的作用和地位1.提供動力2.轉(zhuǎn)化農(nóng)副產(chǎn)品，提高利用價值3.提供蛋白質(zhì)產(chǎn)品，改善人們的食物構(gòu)成4.促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)能5.提高經(jīng)濟(jì)效益12/12/202219國家級精品資源共享課（二）次級生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

中的作用和地位1.提供全國動物產(chǎn)品的產(chǎn)量1999萬噸肉類產(chǎn)量5949.0水產(chǎn)品4122.4豬牛羊肉4762.3海水產(chǎn)品2471.9奶類806.9淡水產(chǎn)品1650.5羊毛羊絨32.5禽蛋2134.712/12/202220國家級精品資源共享課全國動物產(chǎn)品的產(chǎn)量1999萬噸肉類產(chǎn)量5949.01985年禽蛋、1990年肉類產(chǎn)量躍居世界第一位。1997年人均畜產(chǎn)品占有水平為：肉類41.9kg，超過世界平均水平；蛋17.3kg，超過發(fā)達(dá)國家平均水平。

2008年我國奶類人均消費量23kg。而世界乳品年人均消費乳品水平約為100kg。我國乳品消費的一個最大特點，是乳品消費主要集中在城鎮(zhèn)居民，農(nóng)村居民的乳品消費量非常少。在農(nóng)村居民中，牧區(qū)和農(nóng)區(qū)又有很大差異。牧區(qū)由于消費習(xí)慣的影響，人均消費量較高，而農(nóng)區(qū)農(nóng)民消費人均1kg。12/12/202221國家級精品資源共享課1985年禽蛋、1990年肉類產(chǎn)量躍居世界第一位。1（三）次級生產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)化效率

1.飼養(yǎng)家畜的能量轉(zhuǎn)化效率高于自然生態(tài)系統(tǒng)2.不同畜禽種類和品種差別較大3.不同飼養(yǎng)方式能量轉(zhuǎn)化效率不同4.不同的飼養(yǎng)配比能量轉(zhuǎn)化效率不同5.科學(xué)飼養(yǎng)方法能量轉(zhuǎn)化效率高12/12/202222國家級精品資源共享課（三）次級生產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)化效率1.飼養(yǎng)家畜的能量轉(zhuǎn)化效率高于Bearscatchsalmoninriverandconsumetheminforest;onaverage,halfthecarcassisnoteaten.12/12/202223國家級精品資源共享課Bearscatchsalmoninrive（四）提高次級生產(chǎn)力的途徑1.改善次級生產(chǎn)者的構(gòu)成，使初級產(chǎn)品得到多次轉(zhuǎn)化⑴發(fā)展食草動物⑵充分利用水面等非耕地，開發(fā)非耕地生產(chǎn)能力⑶充分利用腐生食物鏈進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)⑷有效利用分解能2.協(xié)調(diào)飼養(yǎng)量和飼料量的關(guān)系，提高轉(zhuǎn)化效率3.選擇和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料4.科學(xué)的飼養(yǎng)技術(shù)5.控制家畜的非生產(chǎn)性消耗12/12/202224國家級精品資源共享課（四）提高次級生產(chǎn)力的途徑1.改善次級生產(chǎn)者的構(gòu)成，使初級產(chǎn)秸稈利用方式與能量和N素利用率利用方式能量利用率%N素利用率%沼氣30~4090~98燃燒5~100常規(guī)漚制—70~85

不同動物消化能力不同，應(yīng)根據(jù)飼料種類安排畜禽種類。反芻動物瘤胃可容納食物60~70%，在消化道可停留7~8d，使食物得到充分消化。小麥殼喂牛，消化率可達(dá)39%，喂豬僅10%。麥秸喂牛消化率42%，喂馬19%，豬不消化。12/12/202225國家級精品資源共享課秸稈利用方式與能量和N素利用率利用方式能量利用率%N素利用率我國的畜牧業(yè)受制于糧食生產(chǎn)，精飼料與蛋白質(zhì)飼料缺乏。1/4~1/5的糧食用作飼料（美國為80%）。植物生產(chǎn)中，糧棉油和綠肥中蛋白質(zhì)/糧食占11.6%（美國為25.7%），其中糧食蛋白質(zhì)/糧食占9.6%。飼料中蛋白質(zhì)/精料為9.4%。我國主要牧區(qū)提供的肉類僅是四川省的1/5，是全國肉類總產(chǎn)的1/20。主要是牧區(qū)第一生產(chǎn)力低造成。我國33億畝可利用草原，每畝草原年產(chǎn)干草僅33斤，全年干草僅5000萬噸，不足全國主要農(nóng)區(qū)秸稈產(chǎn)量的1/10。因此，全國的畜牧業(yè)重點在農(nóng)區(qū)，而不是在牧區(qū)。12/12/202226國家級精品資源共享課我國的畜牧業(yè)受制于糧食生產(chǎn)，精飼料與蛋白質(zhì)飼蠅蛆的引入飼料雞雞糞豬豬糞蠅蛆1.解決了雞飼料中蛋白質(zhì)不足的問題。干蛆中蛋白質(zhì)含量59~93%，脂肪12.6%。2.減少了環(huán)境污染。雞糞用半乳酸發(fā)酵，既脫臭又解決了豬的飼料12/12/202227國家級精品資源共享課蠅蛆的引入飼料雞雞糞豬豬糞蠅蛆1.解決了雞飼料中蛋白質(zhì)不足的蚯蚓的引入飼料家畜糞便脫臭蚯蚓蚯蚓是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料，農(nóng)田中放養(yǎng)蚯蚓，使土壤疏松，蓄水保墑，促進(jìn)土壤微生物活動使小麥玉米棉花增產(chǎn)11~18%，蔬菜增產(chǎn)35~50%。一畝蚯蚓可產(chǎn)鮮蚯蚓4000~5000kg，鮮蚯蚓粗蛋白含量15~17%，干蚯蚓含粗蛋白62~75%。12/12/202228國家級精品資源共享課蚯蚓的引入飼料家畜糞便脫臭蚯蚓蚯蚓是優(yōu)質(zhì)蛋白四、初級生產(chǎn)與次級生產(chǎn)的相互關(guān)系（一）次級生產(chǎn)對初級生產(chǎn)的依存關(guān)系（二）次級生產(chǎn)對初級生產(chǎn)的促進(jìn)作用合理的次級生產(chǎn)可以促進(jìn)初級生產(chǎn)（三）不合理放牧對草原初級生產(chǎn)的影響不合理放牧指草原載畜量超過或大大低于其承載量，對初級生產(chǎn)都會產(chǎn)生不良的影響12/12/202229國家級精品資源共享課四、初級生產(chǎn)與次級生產(chǎn)的（一）次級生產(chǎn)對初級生產(chǎn)的依存關(guān)系1五、提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的途徑

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是個生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—技術(shù)復(fù)合系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的形成是自然、經(jīng)濟(jì)和社會因素綜合作用的結(jié)果，包括一系列相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的復(fù)雜因素。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的提高，實質(zhì)上是對整個系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制，以達(dá)到最優(yōu)的目的，而不是某一級生產(chǎn)力單純在數(shù)量上的增加，也不是系統(tǒng)內(nèi)農(nóng)業(yè)生物學(xué)產(chǎn)量的簡單增加。它是根據(jù)投入與產(chǎn)出，在協(xié)調(diào)社會效益與生態(tài)效益的基礎(chǔ)上謀求最佳的經(jīng)濟(jì)效益。12/12/202230國家級精品資源共享課五、提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是個生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—技術(shù)1.自然資源條件

2.社會經(jīng)濟(jì)條件3.農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)水平4.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（一）影響我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的因素12/12/202231國家級精品資源共享課1.自然資源條件（一）影響我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的因素12增加輔助能投入可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)能、提高初級生產(chǎn)力。提高輔助能利用效率是降低初級生產(chǎn)成本提高凈生產(chǎn)力的關(guān)鍵之一。主要途徑是適量投入、合理配比，謀求最佳經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力；注意工業(yè)輔助能投入的物質(zhì)配比。避免工業(yè)輔助能對環(huán)境資源、土壤性狀的破壞，是充分利用輔助能增加初級生產(chǎn)力的重要方面。（二）增加人工輔助能量、提高初級生產(chǎn)力12/12/202232國家級精品資源共享課增加輔助能投入可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)能、提高初級生在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中引進(jìn)某些新物種，可以使整個系統(tǒng)的功能發(fā)生變化。1.引進(jìn)新物種，增強(qiáng)系統(tǒng)功能（1）擴(kuò)大生產(chǎn)，提高效益。（2）消除或防治污染。（3）增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。（三）引進(jìn)新物種，開發(fā)生態(tài)位，實行多樣化生產(chǎn)2.開發(fā)生態(tài)位，提高系統(tǒng)生產(chǎn)力12/12/202233國家級精品資源共享課在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中引進(jìn)某些新物種，可以使整（五）控制生態(tài)和經(jīng)濟(jì)平衡

生態(tài)平衡指在一定時間內(nèi)，生物與環(huán)境、生物與生物之間相互適應(yīng)所維持著的一種協(xié)調(diào)狀態(tài)。經(jīng)濟(jì)平衡有四方面的內(nèi)容：第一，生產(chǎn)周期內(nèi)投入產(chǎn)出的平衡。第二，生產(chǎn)與社會需求的平衡。第三，經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展。第四，控制生產(chǎn)規(guī)模。

（四）因地制宜，發(fā)展次級生產(chǎn)12/12/202234國家級精品資源共享課（五）控制生態(tài)和經(jīng)濟(jì)平衡（四）因地制宜，發(fā)展次級生產(chǎn)12綜上所述，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的控制是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從生物產(chǎn)量到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，從個別生產(chǎn)力到系統(tǒng)生產(chǎn)力，各項控制和調(diào)節(jié)措施緊密聯(lián)系，互相制約。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中要綜合分析，全面調(diào)控，才能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的最優(yōu)化。12/12/202235國家級精品資源共享課綜上所述，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的控制是一項復(fù)雜Agroecology:Thescienceofapplyingecologicalconceptsandprinciplestothedesignandmanagementofsustainableagroecosystems.Agroecosystem:Anagriculturalsystemunderstoodasanecosystem.Allelopathy:Aninterferenceinteractioninwhichaplantreleasesintotheenvironmentacompoundthatinhibitsorstimulatesthegrowthordevelopmentofotherplants.Climax:Inclassicalecologicaltheory,theendpointofthesuccessionalprocess;today,wereferinsteadtothestageofmaturityreachedwhensuccessionaldevelopmentshiftstodynamicchangearoundanequilibriumpoint.12/12/202236國家級精品資源共享課Agroecology:ThescienceofapCommunity:Alltheorganismslivingtogetherinaparticularlocation.Competition:Aninteractioninwhichtwoorganismsremovefromtheenvironmentalimitedresourcethatbothrequire,andbothorganismsareharmedintheprocess.Competitioncanoccurbetweenmembersofthesamespeciesandbetweenmembersofdifferentspecies.Consumer:Anorganismthatingestsotherorganisms(ortheirpartsorproducts)toobtainitsfoodenergy.Culturalenergyinputs:Formsofenergyusedinagriculturalproductionthatcomefromsourcescontrolledorprovidedbyhumans.12/12/202237國家級精品資源共享課Community:AlltheorganismslTHEEND12/12/202238國家級精品資源共享課THEEND12/11/202238國家級精品資源共享課第五章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)生產(chǎn)力Chapter5Materialproductivityofagroecosystem

12/12/202239國家級精品資源共享課第五章12/11/20221國家級精品資源共享課一、生產(chǎn)力的概念二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)四、初級生產(chǎn)與次級生產(chǎn)的相互關(guān)系五、提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的途徑12/12/202240國家級精品資源共享課一、生產(chǎn)力的概念二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的（一）物質(zhì)生產(chǎn)力的概念是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以產(chǎn)品形式的生產(chǎn)能力，是任何生態(tài)系統(tǒng)基本的數(shù)量特征，其大小標(biāo)志著能量轉(zhuǎn)化效率和物質(zhì)循環(huán)效率的高低，是生態(tài)系統(tǒng)功能的具體體現(xiàn)。

有兩種物質(zhì)生產(chǎn)力：一是總物質(zhì)生產(chǎn)量，指包括呼吸和消耗在內(nèi)的同化總量；二是凈物質(zhì)生產(chǎn)量，指除去呼吸消耗后，以生物有機(jī)體組織或貯藏物質(zhì)的形式體現(xiàn)出的生產(chǎn)量，如植物干物質(zhì)生產(chǎn)量、產(chǎn)量，動物產(chǎn)品數(shù)量等。一、生產(chǎn)力的概念12/12/202241國家級精品資源共享課（一）物質(zhì)生產(chǎn)力的概念一、生產(chǎn)力的概念12/11/20223（二）初級生產(chǎn)和次級生產(chǎn)1.初級生產(chǎn)(primaryproduction):指生態(tài)系統(tǒng)中自養(yǎng)者的生產(chǎn)，包括各種綠色植物、光合細(xì)菌等在內(nèi)的同化太陽能并以有機(jī)物形式貯存起來的生產(chǎn)，又稱第一性（次）生產(chǎn)。2.次級生產(chǎn)(secondaryproduction):指動物、微生物等異養(yǎng)者的生產(chǎn)，是利用初級生產(chǎn)產(chǎn)物進(jìn)行物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)出的生產(chǎn)力，是生態(tài)系統(tǒng)的第二性生產(chǎn)。12/12/202242國家級精品資源共享課（二）初級生產(chǎn)和次級生產(chǎn)1.初級生產(chǎn)(primaryproGlobalnetprimaryproductivityisapproximately120×109tonsdryweightperyearonland,and50×109tonsperyearinthesea.ThisproductivityisveryunevenlydistributedacrosstheEarth.Themostproductivesystemsarefoundamongstswampandmarshland,estuaries,reefsandcultivatedland.Productivitydecreasesmovingawayfromtheequator,indicationtheimportanceoftemperatureandradiation.Primaryproduction12/12/202243國家級精品資源共享課GlobalnetprimaryprodSomeoftheProducersintheEcosystem12/12/202244國家級精品資源共享課SomeoftheProducersintheESecondaryproductionSecondaryproductionisdefinedastherateofproductionofnewbiomassbyheterotrophicorganisms.Heterotrophsareorganisms,suchasanimalsandfungi,witharequirementforenergy-richorganicmolecules.Secondaryproductionbyheterotrophsisinevitablydependentonprimaryproductivity.Generally,ingrazersystems,thatpartofthetrophicstructureofacommunitywhichdependsontheconsumptionoflivingplantbiomass,secondaryproductivityisanorderofmagnitudelessthanprimaryproductionresultinginapyramidalstructure.12/12/202245國家級精品資源共享課SecondaryproductionSeconSomeoftheConsumersintheEcosystem12/12/202246國家級精品資源共享課SomeoftheConsumersintheE1.時間概念的速率表示法:指系統(tǒng)在單位時間、單位面積上初級生產(chǎn)者和次級生產(chǎn)者所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)的量。2.輸出/輸入的表示方法:指系統(tǒng)產(chǎn)出的有機(jī)物與輸入的物質(zhì)或資源的比值，簡稱輸出/輸入效率，如肥水利用率、資金生產(chǎn)率等。

以上兩種表示方法是相互補(bǔ)充的。如果只有速率高，可能是高消耗的高速率；如果只有效率高，則可能是低生產(chǎn)水平的高效率。（三）生產(chǎn)力的表示方法12/12/202247國家級精品資源共享課1.時間概念的速率表示法:指系統(tǒng)在單位時間、單位面積上初級生（四）初級生產(chǎn)量的測定方法

直接收獲法二氧化碳同化法黑白瓶法同位素標(biāo)記法葉綠素測定法原料消耗測定法12/12/202248國家級精品資源共享課（四）初級生產(chǎn)量的測定方法直接收獲法12/11/20221Communityproductivitycanberelatedtothestandingcropthatproducesitbycomparingtheratioofproductivity(P)tostandingcropbiomass(B).TheresultingP:Bratios(I.ekgproducedyear-1kg-1standingcrop)average0.042forforests,0.29forotherterrestrialsystems,and17.0foraquaticcommunities.AnalternativewayoflookingatP:Bratioswouldbetodefinebiomassintermsofweightoflivingtissue,whichwouldreducetheselargedifferencesbetweencommunities.However,accuratemeasurementoftheproportionofbiomassaliveisdifficult.Relationshipofproductivitytobiomass12/12/202249國家級精品資源共享課Communityproductivitycanbe地球上初級生產(chǎn)量和食物供應(yīng)狀況項目面積106km2凈初級生產(chǎn)量g·m-2·a-1初級生產(chǎn)總量109T·a-1太陽能利用率%植物提供食物量1012千卡·a-1動物提供食物量1012千卡·a-1全球510320333162.61700.114200.061153.2陸地149720773107.31150.2542001094海洋36115315355.3550.050.0659.2Pianka（1974）和Lieth（1978）綜合二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)（一）地球上的初級生產(chǎn)12/12/202250國家級精品資源共享課地球上初級生產(chǎn)量和食物供應(yīng)狀況項目面積凈初級初級生產(chǎn)太陽能植（二）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)1.最大理論生產(chǎn)力的估算太陽總輻射500cal·cm-2·d-1可見光（400~700nm）44.7%500×44.7%=222cal·cm-2·d-1總量子（每cal相當(dāng)于8.64微埃，反射率6%~12%（8.3%），非活性吸收損失10%）222×8.64=4320微?！m-2·d-1反射—360微?！m-2·d-1非活性吸收損失—432微埃·cm-2·d-1有效吸收的量子總量3528微?！m-2·d-1產(chǎn)生的碳水化合物量（還原1微克分子CO2需10量子或微埃）353微克分子·cm-2·d-1呼吸損失1/3（33%）—116微克分子·cm-2·d-1碳水化合物凈生產(chǎn)237微克分子·cm-2·d-1=2.37克分子·m-2·d-1=2.37×30克/克分子·m-2·d-1=71g·m-2·d-1碳水化合物是干重的92%，無機(jī)成分8%，則71×100/92=77gDW·m-2·d-1

12/12/202251國家級精品資源共享課（二）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)太陽總輻射500cal·cm-22.不同國家的作物生產(chǎn)力4~31T·a-1·hm-24~9T·a-1·hm-2C4作物1.1~8.5g·m-2·d-1C3作物1.1~2.5g·m-2·d-1全國平均產(chǎn)量138~190T·a-1·hm-284~113T·a-1·hm-2C4作物38~52g·m-2·d-1C3作物23~31g·m-2·d-1實測最大值223T·a-1·hm-261g·m-2·d-1理論最大值理論最大值大于實測最大值大于平均值（1）美國（1976，華盛頓）12/12/202252國家級精品資源共享課2.不同國家的作物生產(chǎn)力4~31T·a-1·hm-2C4（2）中國

光能利用率的理論值5~6%，初級生產(chǎn)的最大值60~66g·m-2·d-1，作物高產(chǎn)記錄的生育期平均生長率10~29g·m-2·d-1，光能利用率1~2.3%，不同作物差別較大。作物玉米高粱春小麥水稻甘薯冬小麥生長率g·m-2·d-127~302214~1612~1310光能利用率%1.9~1.71.1由于品種、水肥條件、管理技術(shù)限制，作物生育期間的平均生長率6~8g·m-2·d-1，光能利用率僅1%12/12/202253國家級精品資源共享課（2）中國作物玉米高粱春小麥水稻甘薯冬小麥生長率27（3）世界1975年，村田吉男匯總最高產(chǎn)量的作物生育期間的光能利用率CGR(g·m-2·d-1)，多年生牧草（新敘利亞草和紫狼尾草）26~28，C4作物（甘蔗、玉米、高粱）20，水稻、甜菜14，甘薯、大豆、大麥8，三葉草、鴨茅6。

甜菜光合效率僅30mgCO2.dm-2.h-1，但LAI4以上的天數(shù)達(dá)80d。玉米、水稻的光合效率40mgCO2.dm-2.h-1以上。CGR高的作物有兩種類型，一是高光合性能的作物，二是較大葉面積持續(xù)時間長的作物。12/12/202254國家級精品資源共享課（3）世界12/11/202216國家級精品資源共享課3.提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的途徑⑴生物與環(huán)境相適應(yīng)⑵協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各組成部分之間關(guān)系⑶建立良好的群體結(jié)構(gòu)⑷重視生物資源的開發(fā)利用⑸適量的輔助能投入12/12/202255國家級精品資源共享課3.提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的途徑12/11/202217三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)（一）定義次級生產(chǎn)是指初級生產(chǎn)的部分產(chǎn)品，經(jīng)過異養(yǎng)生物的采食和同化，合成肉、奶、蛋、皮和毛等動物性產(chǎn)品。次級生產(chǎn)力（secondaryproductivity）：在單位時間內(nèi)，各種異養(yǎng)生物直接或間接消費綠色植物，制造或形成產(chǎn)品的數(shù)量。12/12/202256國家級精品資源共享課三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)（一）定義次級生產(chǎn)力（second（二）次級生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

中的作用和地位1.提供動力2.轉(zhuǎn)化農(nóng)副產(chǎn)品，提高利用價值3.提供蛋白質(zhì)產(chǎn)品，改善人們的食物構(gòu)成4.促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)能5.提高經(jīng)濟(jì)效益12/12/202257國家級精品資源共享課（二）次級生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

中的作用和地位1.提供全國動物產(chǎn)品的產(chǎn)量1999萬噸肉類產(chǎn)量5949.0水產(chǎn)品4122.4豬牛羊肉4762.3海水產(chǎn)品2471.9奶類806.9淡水產(chǎn)品1650.5羊毛羊絨32.5禽蛋2134.712/12/202258國家級精品資源共享課全國動物產(chǎn)品的產(chǎn)量1999萬噸肉類產(chǎn)量5949.01985年禽蛋、1990年肉類產(chǎn)量躍居世界第一位。1997年人均畜產(chǎn)品占有水平為：肉類41.9kg，超過世界平均水平；蛋17.3kg，超過發(fā)達(dá)國家平均水平。

2008年我國奶類人均消費量23kg。而世界乳品年人均消費乳品水平約為100kg。我國乳品消費的一個最大特點，是乳品消費主要集中在城鎮(zhèn)居民，農(nóng)村居民的乳品消費量非常少。在農(nóng)村居民中，牧區(qū)和農(nóng)區(qū)又有很大差異。牧區(qū)由于消費習(xí)慣的影響，人均消費量較高，而農(nóng)區(qū)農(nóng)民消費人均1kg。12/12/202259國家級精品資源共享課1985年禽蛋、1990年肉類產(chǎn)量躍居世界第一位。1（三）次級生產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)化效率

1.飼養(yǎng)家畜的能量轉(zhuǎn)化效率高于自然生態(tài)系統(tǒng)2.不同畜禽種類和品種差別較大3.不同飼養(yǎng)方式能量轉(zhuǎn)化效率不同4.不同的飼養(yǎng)配比能量轉(zhuǎn)化效率不同5.科學(xué)飼養(yǎng)方法能量轉(zhuǎn)化效率高12/12/202260國家級精品資源共享課（三）次級生產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)化效率1.飼養(yǎng)家畜的能量轉(zhuǎn)化效率高于Bearscatchsalmoninriverandconsumetheminforest;onaverage,halfthecarcassisnoteaten.12/12/202261國家級精品資源共享課Bearscatchsalmoninrive（四）提高次級生產(chǎn)力的途徑1.改善次級生產(chǎn)者的構(gòu)成，使初級產(chǎn)品得到多次轉(zhuǎn)化⑴發(fā)展食草動物⑵充分利用水面等非耕地，開發(fā)非耕地生產(chǎn)能力⑶充分利用腐生食物鏈進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)⑷有效利用分解能2.協(xié)調(diào)飼養(yǎng)量和飼料量的關(guān)系，提高轉(zhuǎn)化效率3.選擇和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料4.科學(xué)的飼養(yǎng)技術(shù)5.控制家畜的非生產(chǎn)性消耗12/12/202262國家級精品資源共享課（四）提高次級生產(chǎn)力的途徑1.改善次級生產(chǎn)者的構(gòu)成，使初級產(chǎn)秸稈利用方式與能量和N素利用率利用方式能量利用率%N素利用率%沼氣30~4090~98燃燒5~100常規(guī)漚制—70~85

不同動物消化能力不同，應(yīng)根據(jù)飼料種類安排畜禽種類。反芻動物瘤胃可容納食物60~70%，在消化道可停留7~8d，使食物得到充分消化。小麥殼喂牛，消化率可達(dá)39%，喂豬僅10%。麥秸喂牛消化率42%，喂馬19%，豬不消化。12/12/202263國家級精品資源共享課秸稈利用方式與能量和N素利用率利用方式能量利用率%N素利用率我國的畜牧業(yè)受制于糧食生產(chǎn)，精飼料與蛋白質(zhì)飼料缺乏。1/4~1/5的糧食用作飼料（美國為80%）。植物生產(chǎn)中，糧棉油和綠肥中蛋白質(zhì)/糧食占11.6%（美國為25.7%），其中糧食蛋白質(zhì)/糧食占9.6%。飼料中蛋白質(zhì)/精料為9.4%。我國主要牧區(qū)提供的肉類僅是四川省的1/5，是全國肉類總產(chǎn)的1/20。主要是牧區(qū)第一生產(chǎn)力低造成。我國33億畝可利用草原，每畝草原年產(chǎn)干草僅33斤，全年干草僅5000萬噸，不足全國主要農(nóng)區(qū)秸稈產(chǎn)量的1/10。因此，全國的畜牧業(yè)重點在農(nóng)區(qū)，而不是在牧區(qū)。12/12/202264國家級精品資源共享課我國的畜牧業(yè)受制于糧食生產(chǎn)，精飼料與蛋白質(zhì)飼蠅蛆的引入飼料雞雞糞豬豬糞蠅蛆1.解決了雞飼料中蛋白質(zhì)不足的問題。干蛆中蛋白質(zhì)含量59~93%，脂肪12.6%。2.減少了環(huán)境污染。雞糞用半乳酸發(fā)酵，既脫臭又解決了豬的飼料12/12/202265國家級精品資源共享課蠅蛆的引入飼料雞雞糞豬豬糞蠅蛆1.解決了雞飼料中蛋白質(zhì)不足的蚯蚓的引入飼料家畜糞便脫臭蚯蚓蚯蚓是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料，農(nóng)田中放養(yǎng)蚯蚓，使土壤疏松，蓄水保墑，促進(jìn)土壤微生物活動使小麥玉米棉花增產(chǎn)11~18%，蔬菜增產(chǎn)35~50%。一畝蚯蚓可產(chǎn)鮮蚯蚓4000~5000kg，鮮蚯蚓粗蛋白含量15~17%，干蚯蚓含粗蛋白62~75%。12/12/202266國家級精品資源共享課蚯蚓的引入飼料家畜糞便脫臭蚯蚓蚯蚓是優(yōu)質(zhì)蛋白四、初級生產(chǎn)與次級生產(chǎn)的相互關(guān)系（一）次級生產(chǎn)對初級生產(chǎn)的依存關(guān)系（二）次級生產(chǎn)對初級生產(chǎn)的促進(jìn)作用合理的次級生產(chǎn)可以促進(jìn)初級生產(chǎn)（三）不合理放牧對草原初級生產(chǎn)的影響不合理放牧指草原載畜量超過或大大低于其承載量，對初級生產(chǎn)都會產(chǎn)生不良的影響12/12/202267國家級精品資源共享課四、初級生產(chǎn)與次級生產(chǎn)的（一）次級生產(chǎn)對初級生產(chǎn)的依存關(guān)系1五、提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的途徑

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是個生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—技術(shù)復(fù)合系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的形成是自然、經(jīng)濟(jì)和社會因素綜合作用的結(jié)果，包括一系列相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的復(fù)雜因素。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的提高，實質(zhì)上是對整個系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制，以達(dá)到最優(yōu)的目的，而不是某一級生產(chǎn)力單純在數(shù)量上的增加，也不是系統(tǒng)內(nèi)農(nóng)業(yè)生物學(xué)產(chǎn)量的簡單增加。它是根據(jù)投入與產(chǎn)出，在協(xié)調(diào)社會效益與生態(tài)效益的基礎(chǔ)上謀求最佳的經(jīng)濟(jì)效益。12/12/202268國家級精品資源共享課五、提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是個生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—技術(shù)1.自然資源條件

2.社會經(jīng)濟(jì)條件3.農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)水平4.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（一）影響我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的因素12/12/202269國家級精品資源共享課1.自然資源條件（一）影響我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的因素12增加輔助能投入可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)能、提高初級生產(chǎn)力。提高輔助能利用效率是降低初級生產(chǎn)成本提高凈生產(chǎn)力的關(guān)鍵之一。主要途徑是適量投入、合理配比，謀求最佳經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力；注意工業(yè)輔助能投入的物質(zhì)配比。避免工業(yè)輔助能