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第四章 农业生态系统的物流,1物流也和能流一样，是生态系统的基本功能之一。2有机体和生态系统为了生存与发展，除了不断输入能量外，还须不断输入物质，因此物质既是生命活动的物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用。3能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能量流动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而物质流动则是循环的。生态系统中的生产者通过根系从土壤中吸收矿物质和水分，由叶片吸收CO2，以太阳能为动力合成有机物质，然后沿着食物链移动。在每次物质转移中都有物质丢失，但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸收.利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地被利用。,退出,主目录,主菜单,第四章 农业生态系统的物流,41 基本概念和原理 42 几种重要物质的循环 44 物质循环的环境问题 44 农业生态系统养分循环与平衡,退出,主目录,主菜单,41 基本概念和原理,一、生物地球化学循环（Biogechemical cycles）二、物质循环的库（pool)、流（Flow）三、周年率与周转期四、循环效率,退出,主目录,主菜单,4-1-1 生物地球化学循环,一、生物地球化学循环（Biogeochemical cycles）（一）概念：各种化学元素，包括原生质中必不可少的营养物质，在生态系统乃至生物圈里，沿着特定的途径从周围环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学循环。（二）类型：1根据物质循环的范围、路线和周期不同，可分为：,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-1 生物地球化学循环,（1）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，从环境进入有机体内，然后生物以死体、残体、排泄物等形式返回环境，进入五大自然圈的循环。大气圈 水 圈 五大自然圈 土壤圈 岩石圈 生物圈,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-1 生物地球化学循环,特点：时间长、范围广，影响面广，具有全球性质，是闭合性循环。(几百年、几千年、几百万年，甚至上亿年)，如：大气中的CO2通过生物圈的光合和呼吸作用约好400年循环一次。O2通过生物代谢，约2000年循环一次。水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通过生物圈的吸收、排泄、蒸腾，每当200万年才循环一次。至于由岩石土壤圈风化出的矿物元素循环一次则需要更长的时间，甚至要经过几亿年。,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-1 生物地球化学循环,（2）生物小循环：是指环境中元素经生物体吸收，在生命系统中被相继利用，然后经分解者分解成无机态进入环境，再次为生产者吸收利用。特点：在一个系统内进行，范围小、时间短、速度快，是开放式的循环。2根据循环主要是与大气圈，还是与岩石土壤或水圈联系划分（根据物质在五大自然库的库存量的主次、大小和固定的时间长短）,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-1 生物地球化学循环,（1）气体型（Gaseous types）:其贮存库在大气中。元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫于陆地或海洋上，在很短时间内又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大气储存库。对于干扰可相当快地进行自我调节。因此，从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。（2）沉积型（Sedimentary types）其贮存库在地壳里。经风化作用从陆岩石缓慢释放的某些化合物或元素被植物吸收，参与生命物质的形成并沿食物链运转，然后动植物有机体经微生物的分解作用又将元素返回环境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随流水进入海洋，经沉降，淀积和成岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。这类循环是是缓慢的，倾向于不完全的循环，并且容易被局部干扰所破坏。如P、S、Ca、I、K、Na等循环。,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-2 物质循环的库与流,二、物质循环的库(Pool)、流（Flow）1流(flow)生态系统中的能量和物质不是静止不动的，而是不断地流动着。能量和物质通过食物链形成的转移运动状态，称为流。生态系统中主要的流有物质流、能量流和信息流。农业生态系统要获得高的生产力，就要使系统内的能量和物质的流量大，流速快且畅通无阻。,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-2 物质循环的库与流,2库（pool）生态系统中能量和物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所，称为库。生态系统的各组分都是物质循环的库。农业生态系统中主要有植物库（农作物、蔬菜、果树、林木、牧草等），动物库（畜、禽，虫等）土壤库、大气库和水体库。库存（S）-库在某一时刻所贮存的某一化学元素的数量。物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：贮存库：（Reservoir pool）容积大，活动缓慢 一般为环境库。交换库：（Exchange pool）容积小，与外界进行 物质交换比较活跃，一般为生物成分。,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-2 物质循环的库与流,4库与流的作用及相互关系（1）没有库，环境资源不能被吸收，固定，转化为各种产物。（2）没有流，库与库之间不能联系与沟通，则物质循环阻塞，生物无以维持，生态系统也将瓦解。（3）库的吸收，固定和贮存的能力，不仅决定于生物种群的特性，也决定于循环。（4）农业生态系统中，生物种群所具有的捕获、吸收和转化能量与物质的性能和效率，决定了流的数量和速度，也决定了能量和物质在生物种群之间的分配的定量关系。（5）一个高效的生态系统，必须是库容量大，流动畅通。,退出,主目录,主菜单,返回,4-1-3 周转期与周转率,三、周转率与周转期衡量物质流动效率的指标 输入（FI）1流通率（flow rate）：单位时间 内出入库的物质流量 输出（FO）2周转率：系统达到稳定状态后，流通率（FI或FO）与库存（S）的比例。RFS 3周转期：周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更换一次平均需要的时间。TSF四、循环效率：循环物质占总输入物质的比例 ECFCFI,退出,主目录,主菜单,返回,42 几种重要物质的循环,一、碳循环二、氮循环三、磷循环四、水循环五、硫循环,退出,主目录,主菜单,4-2-1 碳循环,一、碳循环（一）概况1C Cycle是所有养分循环中最简单的一种，但对生命的意义却是十分重要的。C是有机物的基本成分，占干重的49。2C的来源是CO2 0.14为CO2 无机态占大部分 地壳沉积物中地球上总碳量为 261015吨 化石64：煤、石油、碳 有机态 有机残体占42：土壤和 占0.15 水中 生物体成分占4,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-1 碳循环,（二）C Cycle基本过程 C Cycle是从光合作用固定空气中的CO2开始的。1大气库与生物组分之间的循环（1）特点：这是一生物过程 属于气相循环,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-1 碳循环,(2)过程CO2通过绿色植物的光合作用进入生态系统，CO2和水形成CH2O，然后在系统中流动，其流动途径：沿食物链传递：这种过程是最理想的，C一直在生态系统的生物组分中。生物的呼吸作用，使CO2返回到大气。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-1 碳循环,2大气与海洋间的交换（1）特点：这是一自然过程，生物不能控制。海洋溶解的CO2是大气库中CO2的50倍，因而海洋对大气中的CO2具有缓冲机制。（2）过程：3沉积循环：（1）特点：这是一自然过程这种途径C素经化石、石灰岩或油页岩等固态过程，有相当长一段时间离开了气相循环，离开了生物圈，进入了地质大循环。这是自然界最大一个库。（2）过程,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-1 碳循环,4人类活动的干预 在空气中，CO20.04，但自第二次工业革命（1850年）后，人类大量砍伐森林、开采化石燃料，从而将几百万年前被光合作用固定的C通过燃烧又释放到大气中。据统计每年燃烧矿石释放到大气中的CO2约5060亿吨，虽然大部分被海洋吸收而缓冲，但仍有14保留在大气中，使大气CO2逐年上升。过去一百年，280mol.mol-1 355 mol.mol-1。由于CO2对红外线有强烈的吸收作用，因此CO2的增加将产生“温室效应”。虽然CO2有利于光合作用增强，但也导致全球近地表温度升高，这对全球的气候，大气环境。降雨等将产生一系列不利于人类的影响。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-1 碳循环,（三）农业生态系统的碳流的问题1养分循环的两种控制：1）生物控制：通过食物链控制2）人为控制：通过食物输入、产品输出等控制2农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制这就面临两个选择：动植物残体的去向（1）肥料：提高地力（以有机物形式返回土壤）,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-1 碳循环,（2）燃料：以CO2形式返回大气土壤有机质数量不足土壤微生物C源不足土壤有机质含量 地力衰退。燃料发展中国家，因人口多耕地少，大量砍伐森林 耕地 沙漠化（Negro）毁林的结果 地力下降、广种薄收因此必须提供辅助能源为生活能源，同时大力控制人口数量解决粮食，耕地问题。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-2 氮循环,二、氮循环（一）概况1N是生物体中Aa、protein、Chl-、DNA、RNA中不可缺少的元素。2N的主要库存是大气主要是气态循环。以N2的单质形式存在。在大气中占79，总贮量约48106亿吨，但不可被植物直接利用，必须通过固N作用。（二）N循环基本过程1固氮作用是气态循环的重要机制,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-2 氮循环,1）生物固N：每年175 106吨 固N生物：根瘤菌 蓝绿藻 农业上利用根瘤菌较多，占全部生物固N的40左右，因此农田中靠包括豆科作物在内的作物轮作来维持土壤的持续肥力是非常重要的，稻田的蓝绿藻对增产亦有明显的作用。固N作用N2 NH4 食物链2）工业固N：45.9106吨（1977年）100106吨（1997年）3）大气固N：通过闪电和宇宙射线固N，7.6106吨。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-2 氮循环,2生态系统中的氮流途径,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-2 氮循环,3人为干预1）干预途径（方式）：农业生产生物固N 工业固N：占有20402）问题地下水污染由于施肥不当，会使蔬菜、饲料中N累积过多或随水流动进入饮用水、地下水中。食物和饮用水中NO3含量过高，在一定程度下生成的亚硝胺是致癌物质。美国明尼苏达州1947年1950年149例儿童获亚铁血红蛋白症，有14例死亡，查明原因是由于饮用的地下水中被硝酸盐污染。而NO4在烹调过程中和消化道中形成NO2，NO2，与血红蛋白给合，使其载氧能力受到损害,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-2 氮循环,水体富养化：A.定义：当水体中的总磷20mg/m3，无机N400mg/m3时，可以认为该水处于富营养化状态(eutrophic water)。B.来源：土壤中的N、P营养元素及生产、生活中的污水C.后果：水体中营养过分丰富，水生藻类繁茂，它们死亡后，在水体中腐烂分解，产生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水质变坏。同时有机质分解时大量消耗水中的溶解O2少于4mg/升时，会造成鱼类和其它水生动物的死亡。大多数江河湖沼中N和P是光合自养生物的主要限制因子，一旦增加这些养分，初级生产大大提高。在某些情况下这是好的，为此有时还有意识地在鱼塘中施肥。但必须避免水体富养化,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-2 氮循环,破坏臭O3层反硝化作用产生的N2O进入大气后会破坏臭O3层N2OO32NOO2NOO3NO2O2若臭O3层玻坏5，进入地球的紫外线会增加10，结果会使皮肤癌的发病率大为提高。据推测，在今后几年内农业使用的氮肥约有16成为N2O进入大气。2000年，臭O3层密度减少2，在南极、北极均发现臭O3层空洞。作物偏N 谷类作物，块根块茎作物 偏N营养生长过度 经济系数低 对病虫害抗性下降,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-3 磷循环,三、磷循环（一）特点：典型的沉积循环，以不活跃的地壳作为主要贮存库，是一种不完的循环，其时间尺度地质时间，因而从人类的观点看，进入了沉积循环的磷就作为是损失掉了，因此这部分磷在短期内对生物无效。（二）过程 从循环的过程看，在循环过程中P总是有损失的，为增加P循环的封闭性，必须尽量减少陆生生态系统的损失。如让P经常贮存在有机体中则不易流失，贮存在土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉。如图所示 NEXT,退出,主目录,主菜单,返回,return,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-3 磷循环,（三）人类干预1大量开采磷矿，加剧了P的损失，以后会造成资源枯竭。现地壳中磷约含纯磷约198亿吨，按现在的消费率计算可持续用1750年，若考虑到P的消费率增长是人口增长的2.76倍，则90年内将耗尽。2农田生态系统中P的亏损途径：水土流失 农产品输出3污染（1）营养富集 西、北欧美大量施用P肥和含P的合成洗涤水体富养化水质恶化渔业资源减少（2）放射性物质污染 磷矿石中含放射性的铀、钍等物质，经常施P使土壤放射性物质增加，影响作物生长和产品质量。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,四、水循环（一）概况水是生物圈中最丰富的化合物，以固、液、气三相存在。地球的海洋、冰帽、冰川、湖泊、河流、土壤和大气中共含有15亿Km3的水。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,其中：海洋液态咸水：97 34：固态水。在两极的冰帽和冰川中 淡水（4）90：地下水 14：陆地中水 10：土壤水分，淡水湖泊、河流 及大气含水量因而可供植物根系利用的水比例很小。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,（二）水循环1三个基本环节：降水（P）、蒸发（E）、径流（R），这三个基本环节相连构成了水循环。水在生物圈的循环可以看作是从水域开始，再回到水域而终止。1）水域中的水受太阳辐射而蒸发（E）进入大气2）大气中的水汽随气压变化而流动，并聚集为云4）云以雨、雪、雾、等形式降落到地球表面4）到达地表面的水，一部分直接形成地表面径流进入江河，汇入海洋。一部分渗入土壤内部：大部分通过地下径流而进入海洋，接近土壤部分为植物吸收,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,5）植物吸收的水分，大部分用于蒸腾散失到大气中，只有小部分为光合作用同化形成有机质进入生态系统，再经过生命的呼吸与排泄进入环境。内因：其相变P和E水循环 外因：水的重力梯度（R）和太阳辐射,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,全球上水分循环有两种途径：通过相变和大气环流形成蒸发和降雨 通过热力学梯度与势能梯度的作用以洋流和径流的方式运动,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,2水循环是生物地球化学循环的基础 水的溶解性使它在物质循环中起到载体的作用，任何生物地球化学循环都有水的参与。元素的迁移、流动和积累都离不开水。从宏观看：从陆地到海洋的径流每年携带4.6109T物质，造成 严重的水土流失。从微观看：根系吸收矿物质也需水的携带 因此，水循环是生态系统中最基本的物质循环，水分是养分循环的重要动力。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,（三）影响区域水分平衡的因素降雨量P径流量R蒸发量E植被截留量水分平衡公式：PERW0 输入：降水P，人工灌溉 输出：蒸发E，径流R,4-2-4 水循环,1降雨量P：受地形、太阳辐射，大气环流等因素影响，可在当地气象站（台）获得有关降雨的资料。不同地区降雨不同：我国台湾地省的火烧寮1964年9月1011日降雨1245mm，为世界最大一次降雨量苏丹的沃地哈发49年来总降雨才0.5mm智利的依奇立14年来完全没有降雨,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,2径流量R（陆地水体）：与当地植被覆盖率有关，可实测或据经验公式推算3蒸发量E：为植物蒸腾耗水与裸露地面和水体蒸发散失水分的总和4植被截留量,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-4 水循环,（四）森林调节水分循环的重要作用1丰茂的森林可截留夏季降水量的2040（草地为514）2树冠有强大的蒸腾作用：比同纬度的海洋蒸发的水分多503林区比无林、少林区降水量多404在坡地，森林可减轻对土壤的侵蚀作用：林地内地表径流比无林地少10。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-5 硫循环,五、硫循环硫是半胱氨酸，蛋氨酸的组分，在protein分子中二硫键有助于形成立体结构。S还是辅酶如硫铵素，辅酶COA的组分。S在自然界含量并不多。1特点：既属于气体型又属于沉积型（1）长时间的沉积相：束缚在有机、无机沉积物中的硫通过风化、分解而释放，以盐溶液形式进入生态系统。,退出,主目录,主菜单,返回,Return,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-5 硫循环,2）气态循环的重要机制是降雨：缺O2条件为 大气中有机物中的硫 H2S SO2 硫细菌还原 氧气 为水气吸收SO2 稀酸 降水 大地生态系统,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-5 硫循环,2人类干预1）燃烧煤和石油每年向大气输送147106吨SO2。大气SO20.5 mol.mol-1就会危害农作物。如：1952年12月伦敦的毒雾事件，几天内死亡4000人，以后几天陆续死亡上万人，就是由于煤烟中的CO、CO2、SO2和大量粉尘经久不散造成的。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-5 硫循环,2）SO2的增加造成了酸雨 通常大气CO2溶解于雨水使正常降雨的PH值为5.7左右；然而由于空气中SO2和氮化物的溶解，改变了降水的性质。当降雨的PH5.5时称为“酸雨”。酸雨会直接灼烧植物，改变水土的PH值，对初级生产及其次级产生影响。酸雨被称为空中“死神”，它使土壤、河湖酸化，动植物受害，鱼类死亡。挪威和瑞典2400个湖泊，因酸雨鱼类死亡了110。加拿大约5万湖泊全部没鱼，称为“水沙漠”，我国西北、四川、广东、上海都记录了酸雨现象。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2-5 硫循环,酸雨确是空中“死神”，它有三大罪状：1污染水域，杀死水生动物2加速土壤营养物质的淋溶流失（Ca、Mg、K），土壤肥力下降并延缓植物的生长。使本来固定在土壤中的有毒金属如Al、Cu、镉等溶解出来为植物吸收。瑞典、美国、巴西的森林枯萎。3腐蚀建筑物雅典古神庙已被腐蚀得面目全非北京故宫的汉白玉石雕已有几百年历史。1952年拍摄的照片来看，浮雕的花纹还十分清晰，但今天已模糊不清了。,退出,主目录,主菜单,返回,4-2 几种重要物质的循环,以C、N、P、S、H2O为例的物质循环清楚地表明，各种物质在全球范围内以及在生态系统中的循环、流动，越来越多地受到人类活动的干预。干预的结果是加速了物质参与生物圈的过程。这对人类生产、生活是有利的；但另一方面，由此而产生的各种环境问题也必须予以重视。,43 物质循环的环境问题,一、有毒物质在食物链上的浓集二、环境污染的危害,退出,主目录,主菜单,4-3-1 有毒物质在食物链上的浓集,一、有毒物质在食物链上的浓集各种有毒有害物质一旦进入到生态系统，便立即参与物质循环。在循环过程中性质稳定、易被生物体吸收的毒物质沿着食物链在有机体内不断富积、浓缩。这就是在污染情况下，造成有机体的大量死亡的原因。食物链的浓集作用（生物学放大作用）：有毒物质在沿食物链传递时，愈是上面的营养级，生物体内有毒物质的残留浓度愈高。,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-1 有毒物质在食物链上的浓集,如DDT在生态系统中的富集作用（海中为0.00005ppm）。浮游植物鱼河鸥银鸥 0.04ppm 1.24 18.5 75.5,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-2 环境污染的危害,二、环境污染的危害随着工农业的发展，人类将大量对工农业生产有利，但具有毒性的化学物质挖掘出来，进入了生物圈。（1）各种杀虫剂、除草剂、农药、化肥等（2）矿山开发、原子反应堆试验、核电站的建立（3）工业“三废”等污染大气、水体和土壤，破坏生态平衡，严重者甚至造成公害,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-2 环境污染的危害,（一）大气污染污染源：铅烟、粉尘、SO2、CO2、氮氧化合物、氟化物和各种有机物。其中：1）SO2五毒之首，形成酸雨；致癌作用。2）漂浮在大气中的粉尘，会使太阳光照强度削弱，并和CO、CO2等毒气体形成毒雾，影响人畜健康。3）氮氧化合物来自含N有机物燃烧，硝酸和氮肥的生产及交通车辆排放的废气。主要是NO，其毒性并不大，但进入大气后 NONO2，毒性提高五倍。NO、NO2还与CO等受太阳辐射发生还原作用形成光化学烟雾，对动植物造成伤害。4）HF、CO：包头钢铁厂排放大量F2和NO2气体曾使88,000头牲畜死亡。,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-2 环境污染的危害,（二）水污染1汞、镉、铅、铬、砷重金属的污染人称“五毒”，毒性：汞镉特点：在水体中不能被微生物分解，危害较大2水体富养化：见前,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-2 环境污染的危害,3热污染和油污染1）工业冷却用水回流，使水温提高，直接危及水生生物的存活，同时打乱生态系统中的食物链关系。2）海上石油开采、运输及油船事故发生，使海水受到污染。不仅影响海中生物生长，且阻碍海水蒸发，削弱海水调温和吸收CO2的作用。我国三十条主要河流和湖泊，从松花江到珠江都受到不同程度的污染。还有氰化物污染，0.1g的氰化物可使人致死；在水CN含量0.40.5mg/升时，可使鱼类致死，但氰化物在水体中自净作用较强。,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-2 环境污染的危害,（三）土壤污染污染源：厂矿废水废渣的直接污染 大气污染物的沉降和随雨水进入土壤 农业生产中施用化肥、农药、除草剂污染污染后果：土壤变得板结，贫瘠、盐碱化，农产品含毒，危及人畜健康。1化肥1）一此有毒物质如酚、氟、重金属带入农田、植物因过量摄入而减产2）施N不当会污染地下水和饮用水，NO2过高产生致癌物质；反硝化作用的N2O破坏臭氧层,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-2 环境污染的危害,2农药：有机氯杀虫剂 化学性质稳定、不易分含铅、砷、汞的农药 解残留时间长，时土壤一些特异性的除草剂 污染严重（1）污染环境：土壤、大气、水体（2）农产品残毒性量高，影响人畜健康：广州蔬菜中毒（3）不合理的化学控制，使益虫减少，主要害虫再次猖獗，次要害虫上升为主要害虫；农田中用药量增大，浓度增高，但防治效果反而下降。形成恶性循环。,退出,主目录,主菜单,返回,4-3-2 环境污染的危害,原因：天敌以害虫为食，居食物链的上端，广谱性杀虫剂在天敌体内富集浓缩，产生毒害作用更大施用农药虽杀死害虫，但并不消灭食物源；而对天敌来说，由于害虫被杀死，同时也消灭了天敌的食物源任何药物都不能将害虫灭绝，一旦害虫开始活动，即可得到食物，迅速繁殖，但天敌因受食物限制而失去作用。所以不合理使用农药对天敌的伤害胜过对害虫的杀伤作用。由于害虫体内有解毒酶系统，只要“微调”就可以产生对其它农药的抗性，使药效降低，危害加甚。1962年美国作家R长逊就在寂静的春天一书中告诫人们：“化学控制等于搬起石头砸自己的脚”。主张防治害虫采取新的策略。,退出,主目录,主菜单,返回,44 农业生态系统养分循环与平衡,一、农业生态系统养分的输入、输出与平衡二、调节农田养分循环的途径,退出,主目录,主菜单,4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡,一、农业生态系统养分的输入、输出与平衡（一）循环的特点非闭合的生态系统。1产品大部分作为商品输出系统，系统内的养分随之离开系统。输出产品越多，被带走的养分也越多。2向系统内归还各种有机质和施入大量的化学肥料，方能维持系统的养分相对平衡。有大量养分随产品离开系统，又必须通过人类生产活动输入养分才能维持平衡，这正是农业生态系统与自然生态系统的区别。,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡,不同农业生态系统其封闭程度不同：1古代原始农业：人、畜的食物、饲料 人、畜排泄物、褥草：归还农田特点：生产力低，0.2人分顷 自给自足，养分循环封闭程度高，基本维持自我平衡2传统农业初级产品：90在系统内消费人畜禽的劳力，粪便：反馈输入农田特点：生产力高，8.4人，大牲畜，4猪，2羊，14只禽兔公顷 封闭程度低于原始农业，但基本属于自给性的,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡,3现代农业大量产品：流入市场肥料、种子、农药、食品等生产资料和生活物质：返回系统，特点：开放程度大，生产力和商品率高，供养人口多 缺乏自我维持平衡的能力，要靠大量投投入物质才能弥补因输出产品带走的养分，维持系统的平衡。,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡,（二）农田养分的输入与输出 施用化肥、有机肥输入 降水和灌溉水 就氮素而言还有大气的生物固氮 收获物的养分输出 淋失渗漏到活动层下及侧向渗透到系统输出 水平边界外（29.9）流失：地表径流和侵蚀作用 N还有反硝化及NH4的挥发,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡,（三）农业生态系统的养分平衡1农业生态系统的养分平衡 2，说明效率低 12，平衡 实际上还有些难以输入输出量 估计的输出 1，养分入不敷出，消耗地力，即使短期内可以维持产量；长此 以往必将降低系统稳定性。2农田土壤有机质和养分盈亏（1）由于人们长期驯化和选育，作物经济系数和收获率一般较高，因而自然归还率较低。,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡,2）作物秸杆作为收获物被移走后，除少部分作饲料、肥料外，大部分用作燃料烧掉，使秸杆中所含大量有机质不能还田。全国年产秸杆4.576亿吨，用作燃料4.486亿吨，占74西北黄土高原区尤为突出。由于生产水平低，经济落后，不仅烧秸杆，还烧草根和畜粪。而燃烧秸杆和畜粪的热值利用率极低（仅10 or so），且会造成结合态氮的大量挥发损失。致使养分输出的多，参加循环的少，系统的物质收支不平衡。,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡,据研究，对一年生植物，消耗超过净生产的4050时，就会降低系统抵御自然灾害的能力，即系统失去稳定性。目前我国不少农区大约有60以上的物质被移出系统，使农业生态中的腐生食物链受到严重影响有机质含量土壤肥力抗旱力减弱农作物产量不高。东北地区：粮食商品率较高，土壤中N、K、P各种营养物质严重亏损。平均每公顷农田缺N：9.9kg K：4.2kg P：14.64kg南方平原稻区由于施肥水平较高，加上有传统种绿肥的习惯，土壤中养分平衡状况稍好：N较有盈余，而P、K则有亏缺。,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-2 调节农田养分循环的途径,二、调节农田养分循环的途径（一）合理搭配种植归还率高的作物：如花生、大豆、绿肥、油菜。1总归还自然归还：根茬、落花、落叶等有机质理论归还：可以归还但一定归还的养分 如荚壳、茎杆2从有机质及营养元素的理论总归还率来看，冬绿肥为含归还作物，油菜为少取多还作物，水稻为半取半还作物4对各种作物产品的处理方法不同，也关系着有机物质和养分归还率的高低。（1）花生、大豆、油菜：不仅自然归还率高，而且经济产品输出的是CH化合物；返回的油饼和茎叶中所含的N、P、K等可保留在生态系统中。（2）棉花的棉籽油和纤维亦为CH化合物。,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-2 调节农田养分循环的途径,（二）实行合理轮作在种植制度中安排绿肥或绿肥主作间套作，组成合理的轮作体系统，有利于维持农田土壤养分平衡，恢复或提高地力，从而增产增收。（三）建立良性循环体系实行农、林、牧结合，发展沼气解决农村能源问题，增加粪肥，扩大物质循环。,退出,主目录,主菜单,返回,4-4-2 调节农田养分循环的途径,（四）区域性养分富集1通过野草青割沤肥将非耕地营养物质转入耕地。2通过牲畜放牧以粪便转入耕地。4利用池塘、沟渠放养水花生、水浮莲、水葫芦等水生植物富集水体中养分，作为牲畜饲料，将粪便转入耕地。（五）农产品就地加工，提高物质归还率（六）城粪下乡，尽量返还农田（七）从系统外科学地输入补给，合理施用N、P、K肥,退出,主目录,主菜单,返回,