生态系统的能量流.ppt

第四章 生态系统的能量流Chapter 4 Energy flow in the agroecosystem,主 主要介绍生态系统能量流动的基本规律、初级生产的能量转化、次级生产的能量转化、辅助能，论述农业生产持续运转的基本过程。,第一节 能量流动的基本规律,一、能量的基本概念、形态与度量能量（energy）物理学上指物质具有作功的能力。能是物质运动的量度。一般能分为两种形式：潜能和动能。潜能是静态能，是存在于物体内部的化学能量，具有作功的潜在能力，生态系统中有机物质的化学结合能是潜能的一种。动能与物体本身的质量、运动速度和相对位置有关，是物理学上所主要讨论的能量形式。1、形态：日光能（Solar energy)化学能(chemical energy)动能(Kinetic energy)热能(thermal energy)2度量：卡或千卡（生态学上）calory；焦耳（农业工程上）joule,能量流动的基本规律,二、生态系统的能量来源 1.太阳能：占99%以上 2.自然辅助能(natural a uxiliary energy)如地热能、潮汐能、核能等占 1%3.人工辅助能(artificial auxiliary energy)人畜力、燃料、电力、肥料、农药等农业生态景观与农业生态系统的水平结构。,二、生态系统的能量来源,太阳辐射能:所有生态系统最主要能量来源（90%）自然辅助能 地热能、潮汐、风力作用及降雨等 辅助能 工业辅助能：农药、化肥、农机、电力、燃料 薄膜、设施 人工辅助能 生物辅助能：有机肥、生物燃料、种子、种苗、饲料、种畜、种禽,能量流动的基本规律,农业生态系统输入能流的类型,能量流动的基本规律,太阳辐射能 生态系统的主要能量来源（99%）,其作用视波长（为0.15-4u)不同而异，其中：,可见光（占50%)由七色光组成，除绿光外，都是光合作用的有效辐射，是农业生态系统最根本的能源。,红外线（0.76u占43%）主要产生热效应，形成农业生态系统的自然热环境。,紫外线（0.38u占7%实际1%）主要产生消毒灭菌的生物学效应。,表2-1 我国各地区太阳总辐射量,（资料来源：全国气象统计资料）,西北地区处于高值范围，是一项优势资源,能量流动的基本规律,辅助能:指除太阳能外，对农业生态系统所补加的一切其它形式能量的总称。,其占系统总输入能量的比例依农业生产水平而定，如我国目前约为30-60%。其作用主要有三：其一是维持部分农业生物的生命；其二是改善农业生物的生活环境；其三是改变各种生物间的比例关系。,根据来源可将其分为 自然辅助能 人工辅助能,能量流动的基本规律,三、能量流动的基本规律,1、热力学第一定律-能量守恒：,进入农业生态系统的太阳能和辅助能，不会自行消灭，而是以严格的当量比例，由一种形式转换成另一种形式。,E=Q+W。E表示系统内能的变化，Q表示系统吸热或放热，W表示自身做功或系统对外做功。如作物光合作用过程中,每固定1克分子CO2大约要吸收209.3104j的日光能，而光合产物中只有46.9104J的能量以化学潜能的形式被固定下来，其余的162.4X104J的能量则以热量的形式消耗在固定一克分子CO2时所做的功中，在这个过程中，日光能分别被转化为化学潜能与热能形式，但总量仍是209.3X104J，既没被创造，也没有被消灭。,能量流动的基本规律,2、热力学第二定律-能量递减（衰变）定律,自然界的所有自发过程都是能量从集中型转变为分散型的衰变过程，而且是不可逆的，由于总有一些能量转变为不可利用的热能，所以能量的转化都不可能达到100%。,热力学第二定律是描述能量传递方向和转换效率的规律。,自由能是系统中可用于做功的那一部分能量,自由能做功后即衰变为不能利用的无用能，通常是分散的热能。由热力学第二定律可知，世界上一切有序的结构、格局都会自然地趋向于无序，要使系统维持有序状态，只有使系统获得更多的潜能以做功。,能量流动的基本规律,3、普里高津的耗散结构理论 耗散结构指开放系统在远离平衡的非平衡状态下，系统可能出现的一种而、稳定的有序结构。普里高津的耗散结构理论指出：一个远离平衡态的开放系统，可以通过与外界进行物质、能量的交换，克服无序状态，保持系统稳定，并提高系统的有序性.生态系统是一个具有耗散结构的开放系统，服从热力学第二定律。4、能量流动的特征1、能流是单向流动 2、能流是能量不断递减的过程 3、能量流动的途径和渠道是食物链(food chain)和食物网(food web),能量流动的基本规律,四、能量流动的基本路径,能量流动路径即是指农业生态系统中能量流动的渠道。农业生态系统能量流动的主渠道是食物链和食物网,具体有三条基本流径：,其一是太阳能路径,其二是有机能路径,其三是无机能路径,其一是太阳能路径,热离散或微生物,其二是有机能路径：,热离散或微生物,其三是无机能路径,无机能,做功,热离散,有机能,新生种养生物体,产品输出,呼吸,太阳能,种植植物,养殖动物,产品输出,呼吸,呼吸,能量流动的基本途径,第一条路径（太阳能路径）植物有机体-食草动物-食肉动物-衰老死亡-微生物分解-归还于非生物环境。第二条路径（有机能路径）各营养级中死亡的生物有机体及排泄物进入到腐食食物链,在微生物作用下,被还原为无机物质。有机物质中的能量以热量的形式散发于非生物环境。第三条路径（无机能路径）生物有机体呼吸作用，使存储的化学潜能做功，转化为热能，散发于非生物环境中。以上3条路径是所有生态系统能量流动的共同路径，对于开放的农业生态系统而言，能量流动的路径更为多样。第四条路径：人类从生态系统内取走大量的农畜产品,大量的能量流向系统之外(图62)。这是农业生态系统区别于自然生态系统的一条能流路径。,五、生态系统能量流动的特点,1平衡性 输入生态系统的能量最终都要以热能的形式消散于环境中去，因而进入系统的能量必定与输出的热能在数量上相同，符合热力学第一定律。由于贮存能量是在流动转化过程中实现的，并接近于常量，所以在稳定生态系统中，输入的光合能量和散逸返回环境的能量是相等的，是一个动态平衡过程。,生态系统能量流动的特点,2.不可逆转性 不可逆转包括两方面含义：一是能量流动方向不可逆；二是能量转化形式不可逆。生态系统的能量流动是单向的、非循环的。3.耗损性 生态系统中的能量在流动过程中是不断损耗的。从一个营养级传递到下一个营养级时，能量损耗可以归纳为如下几个方面：（1）未被利用部分。（2）以粪尿形工进入腐食食物链的能量，（3）以呼吸消耗形式直接进入环境中的热量。（4）形成下一级物量后又因各种原因减少的能量。除去这些耗损之外，只有很少一部分能量能传递到下一个营养级。正是因为这种大量的能量耗损，使能量流越来越细，当传递到35个营养级时，已经基本消耗殆尽，食物链也至此中断。,图2-9 能量从一个营养级流向另一个营养级时的损耗,六、能量转化效率,1、营养级之间的能量转化效率：林德曼效率，也称摄食效率。即营养级之间摄食量与之比，用I(n）/I(n-1）表示。同化效率。该营养级同化量与前一营养级化量之比，用A(n)/A(n-1)表示。生产效率。该营养级生产量与前一营养级生产量之比，用Pn/Pn(n-1)表示。利用效率。也称消费效率,即该营养级摄入量与前一营养级净生产量之比,反映了食物链下一级对上一级的采食比例大小。用I(n)/Pn(n-1)或A(n)/Pn(n-1)表示。,能量转化效率,2、营养级内部的能量转化效率 组织生长效率。生产量与同化量之比，用Pn(n-1)/A(n)或Pt/At表示。生态效率。生产量与摄食量之比，用Pn(n)/I（n）或Pt/It表示。同化效率。同化量与摄食量之比，用A(n)/I(n)或At/It表示维持价。生产量与呼吸量之比，用Pn(n)/R(n)或Pt/Rt表示。,七、农业生态系统的能流特点,农业生态系统的能量流同其它生态系统一样，遵守着热力学第一、第二定律，符合食物链和金字塔基本规律。但由于其生物种群的简化和人类的干预，农业生态系统的能量流具有以下特点。农业生态系统以草牧食物链为主 农业生态系统的食物链较短农业生态系统的能量转化效率较高农业生态系统能量转化的开放性较强农业生态系统的能流具有双通道特征。,八、生态金字塔（ecological pyramid）,1、概念：把每个营养级有机体的数量、能量或生物量，按营养级的顺序依次排列，绘制成图，所得到的图形就称为生态金字塔。2、分类：生物量金字塔(pyramid of biomass)以各营养级的生物量为基础构建的生态金字塔，一般为正三角形。数量金字塔(pyramid of numbers)以各营养级的生物个体数量为基础构建的生态金字塔，有时为正三角形，有时为倒三角形，有时不能确切的体现各营养级的能量变化关系。能量金字塔(energy pyramid)以各营养级所流通的能量为基础构建的生态金字塔，为正三角形。能量金字塔最能够确切的表示各营养级能量的变化。,第二节 初级生产的能量转化,一、几个基本概念二、初级生产中的能量平衡关系三、全球初级生产量概况及分布特点四、生态系统净初级生产力与能量效率五、农业发展的新方向-能源植物六、初级生产力的潜力估算与分析七、提高农业初级生产力的途径,1、初级生产量(primary production)生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收、固定太阳能，由无机物合成、转化成复杂的有机物，绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，也称第一性生产。2、淨初級生产量(net primary production)初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物自己呼吸消耗，剩下的可用于植物的生长和生殖的这部分生产量。3、总初級生产量(gross primary production)：GP=NP+R4、初級生产力(primary productivity)：植物群落在一定空间一定时间内生产有机物质积累的速率称为初級生产率(productivity rate)或初級生产力(productivity)。5、生物量:某一时刻调查的单位面积上积存的有机物质(kg/m2)。以鲜重(fresh weight,FW)或干重(dry weight，DW)表示。6、现存量:绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝落叶掉落后，剩下的存活部分。SC=GP-R-H-D,一、几个基本概念,一、基本名词解释,（一）与生物量有关的概念：生物量（biomass）任一时间某一地方某一种群、营养级或某一生态系统有机物质的总重量。一般以干重表示(kg/hm2、g/m2)。现存量（standing crop）单位面积上所测得的生物体的总重量。一般将现存量看成生物量的同义词。（二）与生产力有关的概念：生产力(productivity)：指单位时间单位面积的生产量，即生产的速率。总第一性生产力：也称为总初级生产力，指单位时间和单位面积内绿色植物通过光合作用所制造的有机物的总量（包括植物呼吸消耗掉的部分）。净第一性生产力：也称为净初级生产力，指绿色植物除去呼吸消耗之后的有机物的积累速率。地球上绝大多数的生物的能量来源于生态系统的净生产力。,初级生产的能量转化,二、初级生产中的能量平衡关系（一）初级生产：自养生物利用无机环境中的能量进行同化作用，在生态系统中首次把环境的能量转化成有机体化学能，并贮存起来的过程。初级生产者包括绿色植物和化能合成细菌等。总初级生产量=净初级生产量+呼吸消耗的能量 GP=NP+R（J/m2a）或（g/m2a）考虑到更高营养级的取食或死亡而减少，则有 dB/dt=NP-R-H-D 式中：dB/dt某一时期内生物量的变化 H、D分别为高营养级的取食量和死亡损失量,初级生产的能量转化,三、全球初级生产量概况及分布特点 1.陆地比水域的初级生产量大。陆地生态系统约占地球表面1/3，而初级生产量约占全球的2/3。主要是占海洋面积最大的大洋区域营养物质缺乏，生产力低，平均仅125g/m2.a，有“海洋荒漠之称”。2.陆地初级生产量随纬度增加逐渐降低陆地生态系统类型中，以热带雨林生产力最高，平均2200g/m2.a。由热带雨林向常绿林、落叶林、北方针叶林、稀树草原、温带草原、寒漠依次减少。初级生产量从热带至亚热带、经温带到寒带逐渐降低。一般认为，太阳辐射、温度和降水是导致初级生产量随纬度增大而降低的原因。,初级生产的能量转化,3.海洋初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低。河口湾由于有大陆河流的辅助能输入，净初级生产力平均为1500 g/m2.yr，产量较高。但是所占的面积不大。4.水体和陆地生态系统的生产量垂直变化如森林不同层次生产量的排序为：乔木层灌木层草被层。5.生态系统的初级生产量随群落的演替而变化早期植物生物量很低，初级生产量不高；随演替进行，生物量逐渐增加，生产量也提高；森林一般在叶面积指数为4时，净初级生产量最高；系统到达顶极时，生物量接近最大，但净生产量反而降低。,初级生产的能量转化,全球初级生产量划分为三个等级：生产量极低区域。生产量0-250g/m2.a.大部分海洋和荒漠属于这类区域。海洋缺少营养物质，荒漠缺水。中等生产量区域。生产量为250-2000g/m2.a。许多草地、沿海区域、深湖和一些农田。这些地区的生产量居于中等水平。高生产量区域。生产量大约为2000-3500g/m2.a。大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等属于这类区域。这些地区得到了额外的自然能量和营养物质。热带森林仅覆盖地球5%的面积，但生产量几乎占全球总生产量的28%。有的水域、河口湾、海藻床和珊瑚礁等面积虽仅占0.4%，但其生产量达全球的2.3%。,初级生产的能量转化,四、生态系统净初级生产力 光合效能：太阳能量进入生态系统的效能。光合效能生产量/进入系统的太阳能量 100。测定值：15。目前，农业生产中的主体作物受制于生物本身和环境因素的影响其光能利用率不高，全球农作物平均利用率不过为1-3%。全球：115109t/a（陆地）+55 109t/a（海洋）海洋：河口湾和上游区高，深海低陆地（0-3500g/m2.a）热带雨林最高，依次为温带常绿林、落叶林北方针叶林，稀树草原，温带草原，寒漠和荒漠。沼泽和作物栽培地高。,主要农作物光能利用率比较（%）,各种生态系统的生产力的比较影响生产力的因素：光照、温度、水分（降水）、养分、生长期和生物因子都会影响生态系统的生产力。生态系统的结构也会影响生态系统的生产力。通过改善上述的各种生态因子，可以提高生态系统的生产力。如何提高生态系统的生产力？天然条件下：温度的升高，雨量的增多。人工条件下：营造高光合效能的速生树种；树种的合理混交；整地，灌溉，排水，施肥，森林抚育，病虫害防治等。从实质上看，提高生产力的措施实际上是向生态系统增加能量的投入。,初级生产的能量转化,理论生产效率最大光合作用=最大太阳辐射紫外或红外辐射反射=40.5%最大光合效率=最大光合作用非活性吸收不稳定中间产物=9%。Loomis和Wilian 于1963年介绍的计算结果见表10-1实际生产效率自然条件下：3%精心管理农业生态系统：68%肥沃地区：12%贫瘠地区：0.1%全球平均：0.20.5%,表 精细栽培下的农作物在生长旺季的光能利用效率,（资料来源：生态学基础）,表 根据总太阳能估算初级生产所消耗的能量（kj/m2d）,初级生产的能量转化,五、农业发展的新方向-能源植物能源植物【energy plants】又称石油植物或生物燃料油植物，指具有合成较高还原性烃能力、可产生接近石油成分和可替代石油产品的植物，以及富含油脂的植物。植物能源可以作为固体燃料，或借助科学方法转换为炭、可燃气或生物原油等。林业能源方面，培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强，在国外已受到重视。中国林业科学研究院试验研究，列出60余种能源植物。森林能源的利用方法有两种：通过干馏来提取煤气、焦油和炭；直接进行燃烧，石油植物也是近年来开辟的一个新领域。美国诺贝尔奖获得者卡尔教授，早在1984年就开发出首个人工石油植物，得到每公顷120-140桶原油。美国现已种植石油植物达几百万亩之多，英国也开发了150万亩，而瑞士更制订计划利用植物石油取代全国半数石油消耗量。我国也不乏石油植物，如海南的汕楠树，还有桉树，都能高产石油。经科学家鉴定有生产价值的能源植物，生长在亚太地区的，就有10多种草本植物，18种灌木，23种乔木和18种灌木。,初级生产的能量转化,能源植物主要包括三类：富含类似石油成分的能源植物 是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用率高，目前已发现并受到专家赏识的有续随子、绿玉树、橡胶树和西蒙德木等。富含碳水化合物的能源植物利用这些植物所得到的最终产品是乙醇，如木薯、甜菜、甘蔗等。富含油脂的能源植物 既是人类食物的重要组成部分，也是工业用途广泛的原料，世界上富含油脂的植物达万种以上，我国有近千种，其中有的含油率很高。如木姜子的种子含油率达66.4%，产油植物大体有三类:一是大戟科植物；二是豆科植物，苦配巴是其中一种。美国加利福尼亚大学化学博士卡尔文在巴西发现，在苦配巴树干上钻个孔，就能流出油来，每个洞流油3小时，能得油10升20升。这种油可以直接在柴油机上使用。据估计，1公顷苦配巴植物每年可产油50桶。三是其他木本植物，如油棕树、南洋油桐树、澳大利亚阔叶木棉等。,初级生产的能量转化,六、初级生产力的潜力估算与分析（一）作物初级生产力估算的意义1、提供作物理论产量。在一定气候、土壤和农业技术水平下作物可达到的生产能力，预示农业发展前景；2、为国家或地区制定农业发展规划，确定投资方向及制定农业政策提供依据；3、是估算土地人口承载能力的基础；4、揭示作物生育规律、产量形成与环境条件相互作用机制，是定量分析资源利用程度、生产潜力、产量限制因素等的有效的手段。,（二）测定方法,收获量测定法定期收获植被，烘干至恒重，测定干物质的热量（J/m2a）氧气测定法初始瓶：净初级生产量黑 瓶：呼吸量白 瓶：总初级生产量CO2测定法黑罩或无光条件下：CO2的增加量（呼吸作用）白罩：CO 2的减少量（光合作用）放射性标记物测定法将14C以碳酸盐（14C O2-3）的形式放入含有浮游植物的水瓶中培养，一定时间后测定放射活性，确定光合作用固定的碳量。叶绿素测定法对自然水过滤，用丙酮提取，分光光度计测定新技术彩色红外影象，辐射计，SPOT 卫星等遥感器,初级生产的能量转化,七、提高农业初级生产力的途径 1、因地制宜，增加绿色植被覆盖，充分利用太阳辐射能，增加系统的生物量通量或能通量，增强系统稳定性。2、适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因子制约。3、改善植物品质特点，选育高光效、抗逆性强的优良品种。4、加强生态系统内部物质循环，减少养份水分制约。5、改进耕作制度,提高复种指数,合理密植,实行间套种,提高栽培管理技术。6、调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。,第三节 次级生产的能量转化,次级生产:消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成自身的物质，称为次级生产，亦称第二性生产。次级生产者:大农业中的畜牧水产业和虫、菌业生产都属次级生产。,次级生产的能量转化,一、次级生产的能量平衡 P=NI+I I=A+(R1+R2)+(F+U+G)P 初级生产总量 Ni 未食用部分 I 食用部分 A 贮存量 R1 体增热 R2 维持能 F 固体排泄物 U 液体排泄物 G 气体排泄物二、次级生产在农业生态系统中的作用（1）转化农副产品，提高利用价值（2）生产动物蛋白质，改善食物构成。（3）促进物质循环，增强生态系统功能。（4）提高经济价值。,三、次级生产量的生产过程,未捕获（876.1g）,猎物种群生产量（886.4g）,被捕获（10.3g）,被吃下（7.93g）I,未吃下（2.37g）,未同化（0.63g）,同化（7.3g）A,净次级生产（2.7g）P,呼吸（4.6g）R,四、次级生产的生态效率,1.消费效率：食草动物对植物净生产量的利用。（1）植物种群增长率高，世代短，更新快，被利用的百分比高；（2）草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量；（3）浮游动物利用的净初级生产量比例最高。2.同化效率草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高；3.生长效率肉食动物的净生长率低于草食动物。不同动物类群有不同的生长效率。4.林德曼效率,次级生产中的能量收支,C=A+FUC：动物从外界摄食的能量A：被同化能量FU：排泄物A=P+RP：净次级生产量R：呼吸能量,次级生产的生态效率,次级生产量的测定,1.同化量和呼吸量估计生产量：P=A-R;A=C-FU2.P=Pg+Pr（净生产量为种群中个体的生长和出生之和）Pr：生殖后代的生产量 Pg：个体增重,次级生产的生态效率,次级生产的能量转化,几种动物产品的饲料能量利用效率（%）,次级生产的能量转化,五、我国农业生态系统的次级生产 1、生产结构上：由以猪为主的单一结构向禽、蛋、猪、水产多元结构转变，加快发展家禽。2、次级生产精料转化效率低主要原因是饲料资源高度分散和蛋白质饲料短缺。我国应大力提高饲料转化率，发展高蛋白质饲料。六、初级生产与次级生产的关系 1、次级生产依赖初级生产。2、合理的次级生产促进初级生产。3、过度放牧破坏初级生产，使草原退化。,次级生产的能量转化,七、次级生产的改善途径 1.调整种植业结构，建立粮-经-饲三元结构 2.培育、改良、推广优良畜禽渔品种 3.将分散经营适度集约化养殖 4.大力开发饲料，进行科学喂养 5.改善次级生产构成：发展草食动物、水产 业，发展腐生食物链，利用分解能等。,第四节 生态系统中的辅助能,一、生态系统的辅助能：除太阳能外，对农业生态系统所补加的一切其它形式能量的总称。,辅助能（cultural energy），是人类为防止农业生态系统向自然生态系统演变，提高农业产力，减少消耗而人为向系统加入的一部分能量，其投入量的多少、组成比例完全由人控制。根据辅助能的来源将其分为自然辅助能、人工辅助能 人工辅助能包括：生物辅助能（biological energy）包括人力、畜力、生物燃料、种子和有机肥料中的化学潜能；工业辅助能（industrical eneryt），亦称化石能、商业能，包括以煤、石油、天然气等形式投入的直接工业辅助能和以化肥、农药、农业机械、机具、农用塑料形式投入的间接工业辅助能自然能包括风能、水能、地热能和潮汐能等 根据辅助能的性质可将其分为有机能和无机能,生态系统中的辅助能,二、人工辅助能对农业增产的意义 1.改善不良生态环境条件，解除环境中一些限制因子制约，促进农作物对日光能的吸收、利用和转化。2.随着人工辅助能投入的增加，特别是工业辅助能投入量的增加，产量明显提高。3.工业辅助能投入的增加带来了能源短缺、环境污染和成本提高等问题。应优化辅助能投入，提高辅助能的利用效率。未来农业是更多地投入科学技术和信息，替代工业辅助能的直接投入。,表 不同类型农业生产力及耕地承载力,(资料来源 1971),世界各地商业能投入与谷物产出量（FAO1972）,注：1卡=4.1816焦耳，1焦耳=0.259卡（资料来源：刘巽浩。1982）,全国以及典型地区辅助能投入的组成（1979）单位：106Jha-1,生态系统中的辅助能,三、农业生态系统的能流特征和转化效率 1.自然生态系统与农业生态系统的比较 自然生态系统：主要是自然辅助能。农业生态系统：自然辅助能和人工辅助能，能量的大量输入输出。2.不同类型农业生态系统的比较（不同历史发展时期）原始农业（primitive agriculture)辅助能投入少，生产力低 传统农业（traditional agriculture)辅助能投入多，生产力相对高 现代农业(modern agriculture)辅助能投入更多，生产力大大提高、次级生产的改善途径。,四、能量转化效率 转化效率通常是指输出产品与输入资源之间的比例关系。农业生态系统的能量转化效率可能有两种含义，即日光能的转化效率与人工投入辅助能的转化效率。前者通常被称为光能利用率，后者则被称做能量比或能效率。五、作物系统和畜牧系统的耗能量和能效率 不同的作物系统和畜牧系统，其人工辅助投能的耗能量和能效率有很大的差异，这是由作物或家畜（家禽）的生态适应性、资源条件和生产技术水平所决定的。降低其耗能量，提高能效率，是农业生态系统设计与管理的重要任务，这对于工业能投入来说尤为重要。Pimentel等对美国 80年代初期作物和畜牧系统的能量分析得出：玉米、高梁、燕麦、大麦、大豆、小麦等六种主要粮豆作物，每公顷平均投入工业能530万千卡，每产1 公斤粮豆耗工业能1200 千卡，每公斤粮豆蛋白质耗工业能11400千卡。,生态系统中的辅助能,生态系统中的辅助能,六、农业生态系统中尚待研究的能流问题1.辅助能投入结构的优化 各种投能的数量比例，即有机能、无机能以及有、无机能内部各抽能量投入效果，确定投入是否合理。2.能量投入的报酬最高点，适应区和临界值 报酬最高点指单位投能所获得产出最高时的能量投入量，能量投入增加，但产出已不再增加的能量投入量叫能量投入临界值。能量投入的适宜区是考虑能量投放效果、效率及其它综合因素的基础上而确定能量投入值的区间。3.高投入高产出与高投入低效益问题 农业生态系统的能量投入与产出效益，目前国内有两种截然不同的看法，一种是高投入会出现低产出，主要依据是随单位面积能量投入量增加，能量产投比下降，出现高产穷县的现象，主张控制投入，提高能量置换效率；另一种是高投入会出现高产出，主要依据是随单位面积投能量的增加，单位面积产量也增加，能流规模扩大，实际效益增加。主张走高投入、高产出的农业路子。国内外高投入、高产出、高效益的实例应该借鉴。这一基本趋势也符合世界农业发展的总趋势。我国农业应走哪一条道路，也应深入研究。,七、提高能量转化效率的途径 农业生态系统能流调节的最终目标，是以较少的人工辅助能投入获得较高的有用能产出。(1)调整生物结构。根据当地资源条件、生产技术、市场需求变化，农林牧群落结构，合理选择和搭配高产高效的品种。(2)优化投入组合。农业生物的生长发育和高产优质需要多种生态因素和投入资源配合，其中某些处于最低量的因素和资源的数量变化对产出水平和转化效率影响最大。(3)改善资源的基础状况。土地质量、水资源和生物资源状况对农业生态系统的能量转化能力和辅助能的效率有很大影响。(4)采用节能农业技术。减少耗能作业，用可再生资源代替某些工业能投入，节约不可再生资源，这是当代技术进步的一个方向。,生态系统中的辅助能,一、能流符号,主菜单,退出,返回,主目录,第五节 生态系统的能流分析,二、能流分析法 1确定研究对象和系统边界。2确定系统的组成成分及相互关系，绘出能流图。3搜集资料，确定各种实物的流量与输入输出量。4将各种实物流量折算成能量(课本附件)，标在能流图上。5结果分析（能值分析）。（1）输入能量结构分析,（2）产出能量结构分析。（3）输入能量密度分析。（4）产出能量密度分析。（5）各种能量的转换效率。人工辅助能效率=总产出能量/人工辅助能投入量 工业辅助能效率=总产出能/工业辅助能投入量 各种生态效率,主菜单,退出,返回,主目录,农业生态系统的能流分析,农业生态系统的能流分析,三、农业生态系统能流关系的调整方向 1.重视初级生产，扩大绿色植物面积，提高光能利用效率，为稳定环境和扩大能流规模奠定基础。2.调整生物组合，优化农业生态系统结构。选育和配置高产优质的生物种类和品种,建立合理的农林牧渔生物结构。3.开发农村新能源，提高生物能利用效率。如发展薪炭林,兴办小水电,利用风能、太阳能、地热能等。4.开发和推广节能降耗技术。如开发普及节柴灶，节能炉具，节水灌溉，立体种植，推广少耕、免耕，5.优化人工辅助能投入，提高能量利用效率。改进化肥施用技术，减少水土流失等。6.大力发展农业科技和信息产业。,同学们再见,