【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 An1（3）生產(chǎn)效率 NPn/NPn12．營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)部（1）同化效率：An/In（2）生態(tài)生長(zhǎng)效率：NPn/In（生產(chǎn)效率）（3）組織生長(zhǎng)效率：NPn/An三、生態(tài)金字塔：營(yíng)養(yǎng)級(jí)由低到高，它們的個(gè)體數(shù)或能量的分布形成一個(gè)塔形結(jié)構(gòu)，就稱(chēng)為生態(tài)金字塔。：（1）生物個(gè)體數(shù)——數(shù)目金字塔（2）每種生物的現(xiàn)存生物量——生物量金字塔（3）能量——能量金字塔35 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能流一、能源生物界的能源，直接、間接地來(lái)源于太陽(yáng)的輻射能。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有大量的人工輔助能輸入，同時(shí)有大量的能量以農(nóng)產(chǎn)品的形式輸出系統(tǒng)外。太陽(yáng)能仍是主要能量來(lái)源，但輔助能所占的比例大大提高了。自然輔助能 太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等輔助能 工業(yè)能：農(nóng)藥、化肥、農(nóng)機(jī)、電力、燃料、薄膜、設(shè)施人工輔助能生物能：勞動(dòng)、畜力、有機(jī)肥、燃料食物能：種子、種苗、飼料、種畜、種禽二、人工輔助能提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的原因1．輔助能的投入，促進(jìn)農(nóng)作物對(duì)太陽(yáng)能的吸收、利用和轉(zhuǎn)化。2．減少農(nóng)業(yè)生物的非生產(chǎn)能量損耗。3．使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一些自然生物過(guò)程可以用人工過(guò)程取代，提高效率。三、工業(yè)輔助能的使用所帶來(lái)的一系列的問(wèn)題1．輔助能的效益隨著輔助能的增加而降低。2．能源緊張。3 ．化肥農(nóng)藥對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境造成污染。167。36 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析一、能流符號(hào)二、能流分析法1．確定研究對(duì)象和系統(tǒng)邊界。2．確定系統(tǒng)的組成成分及相互關(guān)系，繪出能流圖。3．搜集資料，確定各種實(shí)物的流量與輸入輸出量。①直接從有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料中得到。②到實(shí)地進(jìn)行調(diào)查獲取資料。③間接估算，利用他人的成果。4．將各種實(shí)物流量折算成能量，標(biāo)在能流圖上。5．結(jié)果分析。（1）輸入能量的結(jié)構(gòu)分析。（2）產(chǎn)出能量的結(jié)構(gòu)分析。（3）能量輸入密度。（4）能量產(chǎn)出密度。（5）各種能量的轉(zhuǎn)換效率。①人工輔助能效率=總產(chǎn)出能量/人工輔助能投入量②工業(yè)輔助能效率=總產(chǎn)出能/工業(yè)輔助能投入量③各種生態(tài)效率三、 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能流模型進(jìn)入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能流，是沿著以農(nóng)田、草地、林果、水域?yàn)榘l(fā)端的幾條主要食物鏈運(yùn)行的。由于畜禽（魚(yú)）、加工業(yè)及作為消費(fèi)者的人的存在，在這些食物鏈的下游形成了交錯(cuò)復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（一）農(nóng)田亞系統(tǒng)：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主體、輔助能投入重點(diǎn)輸出的能流：人、畜禽、城市、還田（二）畜禽亞系統(tǒng)：（三）林果亞系統(tǒng)：個(gè)體大，生育期長(zhǎng)，強(qiáng)自我維持能力和光能轉(zhuǎn)化，生態(tài)效益（保持水土、改善氣候、穩(wěn)定良好的生態(tài)環(huán)境、為病蟲(chóng)害的天敵活動(dòng)提供保護(hù)），提供多樣化食品、生產(chǎn)資料和生活資料，改善農(nóng)村景觀（四）加工業(yè)亞系統(tǒng)： 第四章 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物流物流也和能流一樣，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。有機(jī)體和生態(tài)系統(tǒng)為了生存與發(fā)展，除了不斷輸入能量外，還須不斷輸入物質(zhì)，因此物質(zhì)既是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是能量的載體，起著雙重作用。能量和物質(zhì)是同時(shí)沿著食物鏈流動(dòng)和傳遞的。但能量流動(dòng)是單方向的，是一個(gè)不斷耗散的過(guò)程；而物質(zhì)流動(dòng)則是循環(huán)的。生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者通過(guò)根系從土壤中吸收礦物質(zhì)和水分，由葉片吸收CO2，以太陽(yáng)能為動(dòng)力合成有機(jī)物質(zhì)，然后沿著食物鏈移動(dòng)。在每次物質(zhì)轉(zhuǎn)移中都有物質(zhì)丟失，但丟失的部分都將回到環(huán)境。因此物質(zhì)是可以循環(huán)的，并且是周而復(fù)始地被利用。 第一節(jié) 基本概念和原理一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemical cycles）概念：各種化學(xué)元素，包括原生質(zhì)中必不可少的元素，在生態(tài)系統(tǒng)乃至生物圈里沿著特定的途徑，從周?chē)h(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)，這些不同的循環(huán)途徑就構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)。（二） 類(lèi)型：根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍、路線和周期不同，可分為：地質(zhì)大循環(huán)：物質(zhì)和元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入有機(jī)體內(nèi)，然后生物以死體、殘?bào)w、排泄形式將物質(zhì)或元素返回環(huán)境，進(jìn)入五大自然圈的循環(huán)。 大氣圈區(qū) 水 圈 五大自然圈 土壤圈 巖石圈 生物圈特點(diǎn)：時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣，是閉合性循環(huán)，具有全球性質(zhì)。 (幾百年、幾千年、幾百萬(wàn)年，甚至上億年)如，①。打氣中的CO2通過(guò)生物圈的光合和呼吸作用約好300年循環(huán)一次。②O2通過(guò)生物代謝，約2000年循環(huán)一次。③水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通過(guò)生物圈的吸收、排泄、 蒸騰每當(dāng)200萬(wàn)年才循環(huán)一次。④至于由巖石土壤圈風(fēng)化出的礦物元素循環(huán)一次則需要更長(zhǎng)的時(shí)間。甚至要經(jīng)過(guò)幾億年。（2）。生物小循環(huán)： 是指環(huán)境中元素經(jīng)生物體吸收，在生命系統(tǒng)中相繼利用，然后經(jīng)分解者分解成無(wú)機(jī) 態(tài)進(jìn)入環(huán)境，再為生產(chǎn)者吸收利用。特點(diǎn)：在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)、范圍小、時(shí)間短，是開(kāi)放的循環(huán)。根據(jù)循環(huán)主要是與打氣循環(huán)，還是與巖石土壤或水圈聯(lián)系劃分（根據(jù)物質(zhì)在五大自然庫(kù)的庫(kù)存量的主次、大小和固定的時(shí)間長(zhǎng)短） （1）氣體型（Gaseous types）: 其貯存庫(kù)在大氣中。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式，通過(guò)打氣進(jìn)行擴(kuò) 散，彌漫于陸地或海洋上，在很短時(shí)間內(nèi)又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大氣儲(chǔ)存庫(kù)。對(duì)于干擾可相當(dāng)快地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。因此，從全球意義上看，這類(lèi)循環(huán)是比較完全的循環(huán)。沉積型（Sedimentary types）其貯存庫(kù)在地殼里。經(jīng)風(fēng)化作用從陸巖石緩慢釋放的某些化合物或元素被植物吸收，參與生命物質(zhì)的形成并沿食物鏈運(yùn)轉(zhuǎn)，然后動(dòng)植物有機(jī)體經(jīng)微生物的分解作用又將元素返回環(huán)境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉積物狀態(tài)隨流水進(jìn)入海洋，經(jīng)沉降，淀積和成巖作用變成巖石，當(dāng)巖石被抬升并遭受風(fēng)化作用時(shí)，該循環(huán)才算完成。這類(lèi)循環(huán)是緩慢的，傾向于不完全的循環(huán)，并且容易被局部擾所破壞。如P、S、Ca、I、K、Na等循環(huán)。二、物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)、流（Flow）流生態(tài)系統(tǒng)中的能量和物質(zhì)不是靜止不動(dòng)的，而是不斷地流動(dòng)著。能量和物質(zhì)通過(guò)食物鏈形成的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱(chēng)為流。生態(tài)系統(tǒng)中兩個(gè)主要的流是物質(zhì)流積能量流。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要獲得高的生產(chǎn)力，就要使系統(tǒng)內(nèi)的能量和物質(zhì)的流量多，且暢通無(wú)阻。庫(kù)（pool）生態(tài)系統(tǒng)中能量和物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被暫時(shí)固定，貯存的場(chǎng)所，稱(chēng)為庫(kù)。生態(tài)系統(tǒng)的各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中主要有植物庫(kù)（農(nóng)作物、蔬菜、果樹(shù)、林木、牧草等），動(dòng)物庫(kù)（畜、禽，蟲(chóng)等）和土壤庫(kù)，大氣庫(kù)、水體庫(kù)。庫(kù)存――庫(kù)在某一時(shí)刻所貯存的某一化學(xué)元素的數(shù)量。（S）物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)在生物地球化學(xué)循環(huán)可分為兩大類(lèi)： 貯存庫(kù)：（Reservoir pool）容積大，活動(dòng)緩慢，一般為環(huán)境庫(kù)。 交換庫(kù)：（Exchange pool）容積小，與外界進(jìn)行物質(zhì)交換比較活躍，一般為生物 成分。庫(kù)與流的關(guān)系沒(méi)有庫(kù)，環(huán)境資源不能被吸收，固定，轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)物。沒(méi)有流，庫(kù)與流之間不能聯(lián)系與溝通，則物質(zhì)循環(huán)阻塞，生物無(wú)以維持，生態(tài)系統(tǒng)也將瓦解。庫(kù)的吸收，固定和貯存的能力，不僅決定于生物種群的特性也決定于循環(huán)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，生物種群所具有的捕獲、吸收和轉(zhuǎn)化能量與物質(zhì)的性能和效率，決定了流的數(shù)量各速度，也決定了能量和物質(zhì)在生物種群之間的分配的定量關(guān)系。三、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期――衡量物質(zhì)流動(dòng)效率的指標(biāo) 輸入（FI）流通率：（flow rate）單位時(shí)間內(nèi)出入庫(kù)的物質(zhì)流量 輸出（FO）周轉(zhuǎn)率：系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，流通率與庫(kù)存（S）的比例。 R＝F／S周轉(zhuǎn)期：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該庫(kù)的全部物質(zhì)全鄣更換平均需要的時(shí)間。 T＝S／F四、循環(huán)效率：循環(huán)物質(zhì)占總輸入物質(zhì)的比例 EC＝FC／FI幾個(gè)重要物質(zhì)的循環(huán)碳循環(huán)概況1．C Cycle是所有養(yǎng)分循環(huán)中最簡(jiǎn)單的一種，但對(duì)生命的意義卻是十分重要的。C是有機(jī)物的基本成分，占干重的49％。C的來(lái)源是CO2 ％為CO2 無(wú)機(jī)態(tài)占大部分 地殼沉積物中地球上總碳量為 26＊1015噸 化石64％：煤、石油、泥碳 有機(jī)態(tài) 有機(jī)殘?bào)w占32％：土壤和水中 ％ 生物體成分占4％（二）C Cycle基本過(guò)程 C Cycle是從光合作用固定空氣中的CO2開(kāi)始的。大氣庫(kù)與生物組分之間的循環(huán)特點(diǎn)：①這是一生物過(guò)程 ②屬于氣相循環(huán)過(guò)程CO2通過(guò)綠色植物的光合作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，CO2和水形成CH2O，然后在系統(tǒng)中流動(dòng)，其流動(dòng)途徑：沿食物鏈傳遞：這種過(guò)程是最理想的，C一直在生態(tài)系統(tǒng)的生物組分中。生物的呼吸作用，使CO2返回到大氣。大氣與海洋間的交換特點(diǎn)：①這是一自然過(guò)程，生物不能控制 ②海洋溶解的CO2是大氣庫(kù)中CO2的50倍，因而海洋對(duì)大氣中的[CO2] 具有緩沖機(jī)制。過(guò)程：沉積循環(huán)：（1）特點(diǎn)：①這是一自然過(guò)程――這兩種途徑經(jīng)化石，石灰?guī)r或油頁(yè)巖等固態(tài)過(guò)程。 C素有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間離開(kāi)了氣相循環(huán)，離開(kāi)了生物圈，進(jìn)入了地質(zhì) 大循環(huán)。 ②這是自然界最大一個(gè)庫(kù) （2）過(guò)程人類(lèi)活動(dòng)的干預(yù)在空氣中，[CO2]≈％，但自第二次工業(yè)革命（1850年）后，人類(lèi)大量砍伐森林和開(kāi)采化石燃料，從而將幾百萬(wàn)年前被光合作用固定的C通過(guò)燃燒又釋放到大氣中。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年燃燒礦石釋放到大氣中的CO2約50－60億噸，雖然大部分被海洋吸收而緩沖，但仍有1／3保留在大氣中，使大氣[CO2]逐年上升。過(guò)去一百年，290ppm → 345ppm ， 2000年 → 375－400ppm。由于CO2對(duì)紅外線有強(qiáng)烈的吸收作用，因此CO2的增加將產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。雖然[CO2]↑有利于光合作用增強(qiáng)，但也導(dǎo)致全球近地表溫度升高，這對(duì)全球的氣候，大氣環(huán)境。降雨……等將產(chǎn)生一系列不利于人類(lèi)的影響。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問(wèn)題養(yǎng)分循環(huán)的兩種控制：生物控制：通過(guò)食物鏈控制人為控制：通過(guò)食物輸入，產(chǎn)品輸出等控制農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)要求促進(jìn)和保護(hù)生物控制這就面臨兩個(gè)選擇：動(dòng)植物殘?bào)w的去向肥料：提高地力（以有機(jī)物形式返回土壤）燃料：以CO2形式返回大氣→土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量不足 ↓ 土壤有機(jī)質(zhì)含量↓←土壤微生物C源不足 ↓ 地力衰退 燃料發(fā)展中國(guó)家，因人口多耕地少，大量砍伐森林 耕地 沙漠化（Negro）毀林的結(jié)果 地力下降 廣種薄收因此必須提供輔助能源為生活能源，同時(shí)大力控制人口數(shù)量解決糧食，耕地問(wèn)題。氮循環(huán)概況N是生物體中Aa、protein 、Chio、DNA、RNA中不可缺少的元素。N的主要庫(kù)存是大氣――主要是氣態(tài)循環(huán)。以N2的單質(zhì)形式存在。在大氣中占79％，總貯量約38＊106億噸，但不可被植物直接利用，必須通過(guò)固N(yùn)作用。 N循環(huán)基本過(guò)程固氮作用是氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制生物固N(yùn)：每年175＊106噸 ①固N(yùn)生物：根瘤菌 藍(lán)綠藻農(nóng)業(yè)上利用根瘤菌較多，占全部生物固N(yùn)的40％左右，因此農(nóng)田中靠包括豆科作物在內(nèi)的作物輪作來(lái)維持土壤的持續(xù)肥力是非常重要的，稻田的藍(lán)綠藻對(duì)增產(chǎn)亦有明顯的作用。 固N(yùn)作用②N2 NH4＋ 食物鏈工業(yè)固N(yùn)：＊106噸（1977年）→100＊106噸（1997年）大氣固N(yùn)：通過(guò)閃電和宇宙射線固N(yùn)，＊106噸。生態(tài)系統(tǒng)中的氮流途徑（如圖）人為干預(yù)干預(yù)途徑（方式）：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生物固N(yùn) 工業(yè)固N(yùn)：占有20－30％問(wèn)題地下水污染由于施肥不當(dāng)，會(huì)使蔬菜，飼料中累積過(guò)多或隨水流動(dòng)進(jìn)入飲水、地下水中。食物和飲用水中NO3－含量過(guò)高，在一定程度下生成的亞硝胺是致癌物質(zhì)。美國(guó)明尼蘇達(dá)州1947年－1950年139例兒童獲亞鐵血紅蛋白癥，有14例死亡，查明原因是由于飲用的地下水中被硝酸鹽污染。而NO3－在烹調(diào)過(guò)程中和消化道中形成NO2－，NO2－，與血紅蛋白給合，使其載氧能力受到損害水體富養(yǎng)化：土壤中的N、P營(yíng)養(yǎng)元素及生產(chǎn)、生活中的污水大多數(shù)江河湖沼中N和P是光合自養(yǎng)生物的主要限制因子，一旦增加這些養(yǎng)分，初級(jí)生產(chǎn)大大提高。在某些情況下這是好的，為此有時(shí)還有意識(shí)地在魚(yú)塘中施肥。當(dāng)水體中的總磷＞20mg/m3，無(wú)機(jī)N＞300mg/m3時(shí)，可以認(rèn)為該水處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。水體