农业生态学国家精品课程(第五章)课件.ppt
2023/3/26,国家级精品资源共享课,1,第五章农业生态系统的物质生产力Chapter 5 Material productivity of agroecosystem,2023/3/26,国家级精品资源共享课,2,一、生产力的概念,二、农业生态系统的初级生产,三、农业生态系统的次级生产,四、初级生产与次级生产的相互关系,五、提高农业生态系统生产力的途径,2023/3/26,国家级精品资源共享课,3,（一）物质生产力的概念 是指农业生态系统以产品形式的生产能力，是任何生态系统基本的数量特征，其大小标志着能量转化效率和物质循环效率的高低，是生态系统功能的具体体现。有两种物质生产力：一是总物质生产量，指包括呼吸和消耗在内的同化总量；二是净物质生产量，指除去呼吸消耗后，以生物有机体组织或贮藏物质的形式体现出的生产量，如植物干物质生产量、产量，动物产品数量等。,一、生产力的概念,2023/3/26,国家级精品资源共享课,4,（二）初级生产和次级生产,1.初级生产(primary production):指生态系统中自养者的生产，包括各种绿色植物、光合细菌等在内的同化太阳能并以有机物形式贮存起来的生产，又称第一性（次）生产。2.次级生产(secondary production):指动物、微生物等异养者的生产，是利用初级生产产物进行物质和能量转化，表现出的生产力，是生态系统的第二性生产。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,5,Global net primary productivity is approximately 120109 tons dry weight per year on land,and 50109 tons per year in the sea.This productivity is very unevenly distributed across the Earth.The most productive systems are found amongst swamp and marshland,estuaries,reefs and cultivated land.Productivity decreases moving away from the equator,indication the importance of temperature and radiation.,Primary production,2023/3/26,国家级精品资源共享课,6,Some of the Producers in the Ecosystem,2023/3/26,国家级精品资源共享课,7,Secondary production,Secondary production is defined as the rate of production of new biomass by heterotrophic organisms.Heterotrophs are organisms,such as animals and fungi,with a requirement for energy-rich organic molecules.Secondary production by heterotrophs is inevitably dependent on primary productivity.Generally,in grazer systems,that part of the trophic structure of a community which depends on the consumption of living plant biomass,secondary productivity is an order of magnitude less than primary production resulting in a pyramidal structure.,2023/3/26,国家级精品资源共享课,8,Some of the Consumers in the Ecosystem,2023/3/26,国家级精品资源共享课,9,1.时间概念的速率表示法:指系统在单位时间、单位面积上初级生产者和次级生产者所生产的有机物质的量。2.输出/输入的表示方法:指系统产出的有机物与输入的物质或资源的比值，简称输出/输入效率，如肥水利用率、资金生产率等。以上两种表示方法是相互补充的。如果只有速率高，可能是高消耗的高速率；如果只有效率高，则可能是低生产水平的高效率。,（三）生产力的表示方法,2023/3/26,国家级精品资源共享课,10,（四）初级生产量的测定方法,直接收获法二氧化碳同化法 黑白瓶法 同位素标记法叶绿素测定法原料消耗测定法,2023/3/26,国家级精品资源共享课,11,Community productivity can be related to the standing crop that produces it by comparing the ratio of productivity(P)to standing crop biomass(B).The resulting P:B ratios(I.e kg produced year-1 kg-1 standing crop)average 0.042 for forests,0.29 for other terrestrial systems,and 17.0 for aquatic communities.An alternative way of looking at P:B ratios would be to define biomass in terms of weight of living tissue,which would reduce these large differences between communities.However,accurate measurement of the proportion of biomass alive is difficult.,Relationship of productivity to biomass,2023/3/26,国家级精品资源共享课,12,地球上初级生产量和食物供应状况,Pianka（1974）和Lieth（1978）综合,二、农业生态系统的初级生产,（一）地球上的初级生产,2023/3/26,国家级精品资源共享课,13,（二）农业生态系统的初级生产1.最大理论生产力的估算,2023/3/26,国家级精品资源共享课,14,2.不同国家的作物生产力,2023/3/26,国家级精品资源共享课,15,（2）中国 光能利用率的理论值56%，初级生产的最大值6066 gm-2d-1，作物高产记录的生育期平均生长率1029 gm-2d-1，光能利用率12.3%，不同作物差别较大。,由于品种、水肥条件、管理技术限制，作物生育期间的平均生长率68gm-2d-1，光能利用率仅1%,2023/3/26,国家级精品资源共享课,16,（3）世界 1975年，村田吉男汇总最高产量的作物生育期间的光能利用率CGR(gm-2d-1)，多年生牧草（新叙利亚草和紫狼尾草）2628，C4作物（甘蔗、玉米、高粱）20，水稻、甜菜14，甘薯、大豆、大麦8，三叶草、鸭茅6。甜菜光合效率仅30mgCO2.dm-2.h-1，但LAI4以上的天数达80d。玉米、水稻的光合效率40mgCO2.dm-2.h-1以上。CGR高的作物有两种类型，一是高光合性能的作物，二是较大叶面积持续时间长的作物。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,17,3.提高农业生态系统初级生产力的途径生物与环境相适应协调系统中各组成部分之间关系建立良好的群体结构重视生物资源的开发利用适量的辅助能投入,2023/3/26,国家级精品资源共享课,18,三、农业生态系统的次级生产,（一）定义次级生产是指初级生产的部分产品，经过异养生物的采食和同化，合成肉、奶、蛋、皮和毛等动物性产品。,次级生产力（secondary productivity）：在单位时间内，各种异养生物直接或间接消费绿色植物，制造或形成产品的数量。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,19,（二）次级生产在农业生态系统中的作用和地位,1.提供动力2.转化农副产品，提高利用价值3.提供蛋白质产品，改善人们的食物构成4.促进农业生态系统的物质循环，增强生态系统的机能5.提高经济效益,2023/3/26,国家级精品资源共享课,20,全国动物产品的产量 1999 万吨,2023/3/26,国家级精品资源共享课,21,1985年禽蛋、1990年肉类产量跃居世界第一位。1997年人均畜产品占有水平为：肉类41.9kg，超过世界平均水平；蛋17.3kg，超过发达国家平均水平。2008年我国奶类人均消费量23kg。而世界乳品年人均消费乳品水平约为100kg。我国乳品消费的一个最大特点，是乳品消费主要集中在城镇居民，农村居民的乳品消费量非常少。在农村居民中，牧区和农区又有很大差异。牧区由于消费习惯的影响，人均消费量较高，而农区农民消费人均1kg。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,22,（三）次级生产的能量转化效率,1.饲养家畜的能量转化效率高于自然生态系统2.不同畜禽种类和品种差别较大3.不同饲养方式能量转化效率不同4.不同的饲养配比能量转化效率不同5.科学饲养方法能量转化效率高,2023/3/26,国家级精品资源共享课,23,Bears catch salmon in river and consume them in forest;on average,half the carcass is not eaten.,2023/3/26,国家级精品资源共享课,24,（四）提高次级生产力的途径,1.改善次级生产者的构成，使初级产品得到多次转化发展食草动物充分利用水面等非耕地，开发非耕地生产能力充分利用腐生食物链进行物质生产有效利用分解能2.协调饲养量和饲料量的关系，提高转化效率3.选择和生产优质饲料4.科学的饲养技术5.控制家畜的非生产性消耗,2023/3/26,国家级精品资源共享课,25,秸秆利用方式与能量和N素利用率,不同动物消化能力不同，应根据饲料种类安排畜禽种类。反刍动物瘤胃可容纳食物6070%，在消化道可停留78d，使食物得到充分消化。小麦壳喂牛，消化率可达39%，喂猪仅10%。麦秸喂牛消化率42%，喂马19%，猪不消化。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,26,我国的畜牧业受制于粮食生产，精饲料与蛋白质饲料缺乏。1/41/5的粮食用作饲料（美国为80%）。植物生产中，粮棉油和绿肥中蛋白质/粮食占11.6%（美国为25.7%），其中粮食蛋白质/粮食占9.6%。饲料中蛋白质/精料为9.4%。,我国主要牧区提供的肉类仅是四川省的1/5，是全国肉类总产的1/20。主要是牧区第一生产力低造成。我国33亿亩可利用草原，每亩草原年产干草仅33斤，全年干草仅5000万吨，不足全国主要农区秸秆产量的1/10。因此，全国的畜牧业重点在农区，而不是在牧区。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,27,1.解决了鸡饲料中蛋白质不足的问题。干蛆中蛋白质含量5993%，脂肪12.6%。2.减少了环境污染。鸡粪用半乳酸发酵，既脱臭又解决了猪的饲料,2023/3/26,国家级精品资源共享课,28,蚯蚓是优质蛋白质饲料，农田中放养蚯蚓，使土壤疏松，蓄水保墒，促进土壤微生物活动使小麦玉米棉花增产1118%，蔬菜增产3550%。一亩蚯蚓可产鲜蚯蚓40005000kg，鲜蚯蚓粗蛋白含量1517%，干蚯蚓含粗蛋白6275%。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,29,四、初级生产与次级生产的 相互关系,（一）次级生产对初级生产的依存关系（二）次级生产对初级生产的促进作用 合理的次级生产可以促进初级生产（三）不合理放牧对草原初级生产的影响 不合理放牧指草原载畜量超过或大大低于其承载量，对初级生产都会产生不良的影响,2023/3/26,国家级精品资源共享课,30,五、提高农业生态系统 生产力的途径,农业生态系统是个生态经济技术复合系统。农业生态系统生产力的形成是自然、经济和社会因素综合作用的结果，包括一系列相互联系、相互作用、相互制约的复杂因素。农业生态系统生产力的提高，实质上是对整个系统调节控制，以达到最优的目的，而不是某一级生产力单纯在数量上的增加，也不是系统内农业生物学产量的简单增加。它是根据投入与产出，在协调社会效益与生态效益的基础上谋求最佳的经济效益。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,31,1.自然资源条件 2.社会经济条件3.农业科学技术水平4.农业生态系统的结构,（一）影响我国农业生态系统生产力的因素,2023/3/26,国家级精品资源共享课,32,增加辅助能投入可以改善农业生态系统的机能、提高初级生产力。提高辅助能利用效率是降低初级生产成本提高净生产力的关键之一。主要途径是适量投入、合理配比，谋求最佳经济生产力；注意工业辅助能投入的物质配比。避免工业辅助能对环境资源、土壤性状的破坏，是充分利用辅助能增加初级生产力的重要方面。,（二）增加人工辅助能量、提高初级生产力,2023/3/26,国家级精品资源共享课,33,在现有农业生态系统中引进某些新物种，可以使整个系统的功能发生变化。1.引进新物种，增强系统功能（1）扩大生产，提高效益。（2）消除或防治污染。（3）增加系统稳定性。,（三）引进新物种，开发生态位，实行多样化生产,2.开发生态位，提高系统生产力,2023/3/26,国家级精品资源共享课,34,（五）控制生态和经济平衡 生态平衡指在一定时间内，生物与环境、生物与生物之间相互适应所维持着的一种协调状态。经济平衡有四方面的内容：第一，生产周期内投入产出的平衡。第二，生产与社会需求的平衡。第三，经济均衡发展。第四，控制生产规模。,（四）因地制宜，发展次级生产,2023/3/26,国家级精品资源共享课,35,综上所述，农业生态系统生产力的控制是一项复杂的系统工程，从生物产量到经济产量，从个别生产力到系统生产力，各项控制和调节措施紧密联系，互相制约。在农业生产过程中要综合分析，全面调控，才能实现农业生态系统生产力的最优化。,2023/3/26,国家级精品资源共享课,36,Agroecology:The science of applying ecological concepts and principles to the design and management of sustainable agroecosystems.Agroecosystem:An agricultural system understood as an ecosystem.Allelopathy:An interference interaction in which a plant releases into the environment a compound that inhibits or stimulates the growth or development of other plants.Climax:In classical ecological theory,the end point of the successional process;today,we refer instead to the stage of maturity reached when successional development shifts to dynamic change around an equilibrium point.,2023/3/26,国家级精品资源共享课,37,Community:All the organisms living together in a particular location.Competition:An interaction in which two organisms remove from the environment a limited resource that both require,and both organisms are harmed in the process.Competition can occur between members of the same species and between members of different species.Consumer:An organism that ingests other organisms(or their parts or products)to obtain its food energy.Cultural energy inputs:Forms of energy used in agricultural production that come from sources controlled or provided by humans.,2023/3/26,国家级精品资源共享课,38,THE END,
