《能量流动》PPT课件.ppt

农业生态系统能量流动,第六章,生态系统中的能量输入、传递和散失的过程称为能量流动。能量流动是逐级递减，单向流动的，只有10-20%的能量能够流入下一个营养级，营养级越多，在能量流动中消耗的能量就越多，所以大多数的食物链只有3到4个营养级，一般不超过5级。,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 1.能量（energy），在物理学上指的是物质具有作功的能力。能是物质运动的量度。一般把能分为两种存在形式：潜能和动能。潜能是静态能量，它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。动能则与物体本身的质量、运动速度和相对位置有关，动能是物理学上所主要讨论的能量形式。2形态：日光能、化学能、动能和热能 3度量：卡或千卡（生态学上）、焦耳（农业工程上，为目前国际标准单位）,二、生态系统的能量来源1.太阳能：占 90%以上（山东德州太阳能，给世界的榜样。山东德州是世界上最大的太阳能热水器制造基地，每年向社会提供的太阳能热水器产品超过300万平方米，相当于节约54万吨标煤、减排134.6万吨二氧化碳。）2.自然辅助能：如 地热能、核能、潮汐能等占 1%3.人工辅助能：人畜力、燃料、电力、肥料、农药等。,三、流、库、环的概念及其应用 1.流生态系统中能量和物质不断地被吸收、贮存和转移的运动状态。能量的转移能量流。物质的转化物质流。流量要多，流速要快 增加流量的方法：提能量转化效率、减少消耗 增加流速的方法：缩短周转周期、提高周转速率,2.库能量和物质在运动过程中暂时被吸收和贮存的场所。库要大、库效率要高。（1）植物库：库大-土地利用充分、植物产品多;库效率高-光合效率高（2）动物库：库大-种群多数量大、动物产品多;库效率高-出栏率高，产肉蛋奶多,（3）土壤库：库大-土壤肥力高而稳 库效率高-养分损失少，利用率高 3.环各种库将流连接起来形成的整体。环结构要合理 环流库是相互联系的。库要大、效率高；环结构要合理；流要多且流畅。,四、能量流动的基定律（一）热力学第一定律 又称能量守恒和转化原理，即能量既不能创造又不能消灭，能量的形式是可以转化的。各种形式的能量之间严格的按一定比例由一种形式转变为另一种形式。,（二）热力学第二定律由于总有一部分能量散发为不能再利用的热能，能量从一种形态转变为另一种形态的效率，总不可能是百分之百。,（三）耗散结构理论,普里高津耗散结构理论(Prigogines dissipation structure theory)指开放系统在远离平衡态的非平衡态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。表明：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界环境进行物质、能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态并且还有可能不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。,耗散结构论（Dissipativity Structure Theory）耗散结构论的创始人是比利时物理学家普利高津教授，他是布鲁塞尔学派的首领。1969年他在国际“理论物理与生物学会议”上，发表结构、耗散和生命一文，提出了这一理论，受到各国学者的重视。普利高律由于这一重大贡献，荣获1977年诺贝尔化学奖。耗散结构论是近十几年来发展起来的一门研究非平衡态开放系统的结构和特征的新兴学科。目前这一理论已被应用于自然和社会研究的许多方面，并且取得了,一系列重要成果。耗散一词，原意是指开放系统与外界进行的物质、能量、信息的交换运动。耗散结构论探讨系统从无序转变为有序的条件、相干行为和机制，探讨耗散结构的形成和生长的动力学，研究怎样通过“涨落”的作用使系统有序化以及研究在什么情况下可以有效地运用耗散结构的概念和范畴。,耗散结构在客观世界中是普遍存在的。物理学中的激光就是耗散结构的典型，当外界输入的激发能量较低时，原子象在一般光源中那样独立无规律的发射光子，每个光子的频率和相位不同，整个系统处于无序状态；而当外界输入的激发能量达到某一临界值时，就会突然发出单色性的方向性很强的激光光束，使整个系统成为有序状态。生物和社会系统都是耗散结构，要吸收养料排出废物，不断进行新陈代谢才能生存；一个城市需要输入食品、燃料、日用品或各种原料，要输出产品和排掉废弃物，才能存在下去，保持稳定的高度组织化的有序结构。因此耗散结构论的理论和方法对于自然现象和人类社会、生态系统等等都能适用。,农业生态经济系统是典型的具有耗散结构的开放系统，其特征表现为，它不但有农业生态系统的物质和能量的输入和输出，还有很多作为商品的农副产品的输出和农药，农业生产工具的输入。农业生态经济系统的物质和能量的输入和输出状况，即系统的开放状况，是通过人类有目的的经济活动实现的，这就是说，农业生态经济系统的开放状况，在很大程度上取决于人类经济活动对农业生态经济系统的影响程度。,股市是一个耗散结构：在股市中做买卖本质上就是一种博弈，而且博弈的本质对象只有一个，那就是资金流向。不管是国家政策的变化、公司基本面的变化、主力资金的变化、还是股民估值观念的变化等等，最终落实到市场上就是涨和跌，就是资金流入和流出。股市是是政府、企业、主力、散户和海外热钱间的游戏。股市是涨是跌，取决于这五方力量的方向及大小。,(四)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),（一）食物链 1.定义：生态系统中，来源于植物的食物能通过一系列吃与被吃的关系，把生物紧密的联系起来，形成以食物营养为中心的链索关系即食物链。2.典型的食物链：植物食草动物一级食肉动物二级食肉动物顶级食肉动物,四、食物是农业生态系统的能量载体,食物链的基本类型（四种）（1）捕食食物链，又称为活食或草食食物链 海洋中：浮游植物 浮游动物虾鱼 草原上：草羚羊老虎 农田中：水稻蝗虫青蛙 农业生产中：作物秸秆牛人（2）腐生食物链，又称碎屑或 残渣食物链 农业上用秸秆、粪便生产沼气 棉籽壳、稻草培育蘑菇,（3）寄生食物链 植物型：大豆菟丝子动物型：哺乳动物跳蚤原生动物细菌病毒；马蛔虫（4）混合食物链 稻草牛（牛粪）蚯蚓鸡（鸡粪）猪（猪粪）鱼；稻螟赤眼蜂；菜（温棚）鸡（鸡粪）沼气（沼渣）肥田,3.食物链加环的作用（1）提高农业生态系统的稳定性（2）提高农副产品的利用率 一般农作物只有20%-30%的主产品可供人类直接食用，而70%-80%则为农副产品。如果在其中加入新的食物链环节，这一部分副产品可供其它动物或菌类利用，并制造出更多的次级产品，为人类提供更多的食物，从而提高了农副产品的利用率和经济效益。小麦秸秆、棉籽皮养蘑菇。,（3）提高能量的利用率和转化率 生态系统中，食物链上下一个营养级只能部分地利用上一个营养级所贮存的有机质和能量，而总有一部分未被利用，适当增加新的生物组分则可提高物质和能量的利用率。如农业生产中的一级产品苜蓿，如果直接当肥料施入农田，只能利用其物质，而能量则被白白浪费。如用苜蓿饲养肉牛，能量转换率可达8%，如用作猪饲料，转换率高达20%。,4.食物链加环类型（1）生产环：将非经济产品转化为经济产品。如用秸秆、秕糠等饲养牛、猪等，生产出供人类食用的肉、奶等；在蜜源植物开花之际进行人工放蜂，生产出价值高的经济产品如蜂蜜、蜂乳等，同时由于蜜蜂的授粉作用，可以使农作物和果树提高授粉率，增加产量。（2）增益环：这种食物链的环节，本身转化产品并不能直接为人类需求，而是加大了生产环的效益。如利用猪、鸡粪养殖蚯蚓、蝇蛆，蚯蚓和蝇蛆对人类并无直接利用价值，但它们是鸡、猪等的优质蛋白饲料，提高禽畜的生长量和产蛋率，降低饲料成本，提高效益。,（3）减耗环：捕食性天敌的引入，减少生产消耗，增加系统生产力。（4）复合环：具有两种以上的功能。稻田养鱼、鸭 具有减耗、生产的功能（5）加工环：通过加工增值，有传统加工，多次加工等。木材-家具；玉米-淀粉、玉米油。,食物链加环原则：填补空白生态位，增加产品产出；废物资源化；减少能量丧失；产品多样化；提高生态效益。食物链加环应注意的问题：加环并非越长越好；讲究综合效益。,5食物链解列：食物链解列，即在有毒物质在食物链上富集达到一定程度时，使其与到达人类的食物链中断联系。（1）处理污染土壤：在受污染的土壤上种植非食用的用材林、薪碳林或花卉等，使污染物离开食物链。,（2）污水处理：生物净化，如凤眼莲、浮萍、水 花生、芦苇、宽叶香蒲、水葱、香根草等，可以对多种污染物质、氮、磷等具有较强的吸收净化能力。污染指标：BOD（生物需氧量）、COD(化学需氧量)、氮、磷、重金属等。,6食物链结构举例（1）以养殖业为主：鸡粪喂猪，猪粪养蝇 蛆，蝇蛆作饲料喂鸡，剩余猪、鸡粪回到农田 循环利用。（2）畜禽-沼气食物链结构：以沼气为纽带：如畜-沼-果模式（广西 恭城县和广东梅县等）；北方四位一体庭院能源生态模式：厕所-猪舍-沼气-温室,（3）秸秆多级利用：秸秆-培养食用菌-菌渣作畜禽饲料-养鸡-鸡粪下沼气-沼气渣培养食用菌-废料施于农田（4）以污水自净为中心：辽宁大洼县西安生 态养殖场，三段净化四次利用。猪舍-水葫芦（吸 N）-细绿萍(吸 P、K)-鱼塘-稻 田,营养级：生物在食物链上所处的位置，即食物链上每一个环节称为营养级。,海洋生态系统的食物链,生产者420108吨年,食草动物64108吨年,第1级食肉动物10108吨年,第2级食肉动物1.5108吨年,第3级食肉动物0.22108吨年,捕食,寄生,黄蜂产卵于蛾幼虫体内，将幼虫致死图为黄蜂蛹覆在虫体上，以幼虫内部组织为生,（二）食物网和生态系统的营养结构 1.食物网和营养结构的概念食物网：生态系统中，一种生物常常以多种生物为食，同一生物又常常被多种生物取食，于是食物链交错起 来，多条食物链相互连接、形成的网状结构。营养结构：以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物，紧密连接起来的结构。,北极地区食物网,2.营养结构与生态系统的稳定性 生态系统抵抗外界干扰、自动修复的能力称为生态系统的稳定性。影响稳定性的因素有很多，如生物的适应性、外界干扰的程度营养结构等。营养结构复杂、食物网复杂的生态系统，稳定性强。,（三）农业生态系统的能效和生态金字塔规律 1.能量流动过程中损耗的必然性。（1）由于不可食或不得食（2）消费者密度低或食物选择限制（3）利用后未被同化（4）同 化后呼吸消耗掉（5）变为生产量又被减少。营养级能量传递效率约平均为10%。,2.林德曼效率与生态效率林德曼效率：美国生态学家林德曼20世纪30年代对美国明尼苏达州的Cedar bog湖研究了食物链结构，发现营养级之间的能量转化效率大致为十分之一，其余十分之九由于消费者采食时的选择性浪费，以及呼吸和排泄而被消耗掉，这个发现被人们称为“林德曼效率”或“十分之一定律”，也叫能量利用的百分之十定律。,以后的大量研究表明，“十分之一定律”较适合水域生态系统，而陆地生态系统消费者的能量转化效率比水域生态系统的小。（同一营养级内，野生动物对食物的转化率大大低于人工饲养动物）,林德曼效率只是揭示了营养级之间的能量转化效率，此后的研究表明能量转化效率不仅反映在营养级之间，还反映在营养级内部，因为发生在营养级之内的大量能量耗损，也是影响能量转化效率的重要方面。能量转化效率在生态学上又被称为生态效率，是指能量通过各营养级时的转化效率，即食物链不同位置上能量流的比例关系,一个生态系统的营养级越多，消耗的能量就越多，人类可利用的能量就越少。第一,营养级越多，消耗的能量就越多.这半句话是对的,因为,能量在流动的过程中是逐级递减.第二,人类可利用的能量就越少.是错的,因为生态系统的营养级越多表明这个生态系统越完善,也就是越大.因此,(1)越大的生态系统能固定的能量也就越大,消耗的多产生的更多(2)因为物种越多，所以能量可以以更多的不同的形式存在,(比如说不同的糖,蛋白,脂类和其它一些有机物)这样也更利于人类利用。,3.生态金字塔规律,生态金字塔：由于能量每经过一个营养级时被净同化的部分都要大大少于前一营养级，当营养级由低到高，其生物个体数目、生物量、所含能量一般都呈现出下大上小的塔形分布，称为生态金字塔。,能量金字塔,能量,能量流失,从生态金字塔关系，可以看出：人吃粮食时，处在生态金字塔下部，与草食动物属于同一营养级；人吃肉时，处在生态金字塔中上部，属于食肉动物的位置。根据林德曼的“十分之一”定律，营养级越高，能量损失越大。从这个意义上老说，人以初级生产的产物-粮食、蔬菜、水果为食，食物链最短，比较经济。所以说，人口迅速发展，必然导致人以素食为主的趋势。而人类要生活得好需要增加第二性产品，发展畜牧业，所以从食物链方面考虑，我国畜牧业应在草食动物上寻找出路。,类型 数量金字塔：表示食物链各营养级上生物个体数量之间的比例关系。（倒置）生物量金字塔：表示食物链各营养级上生物体现存量（总干重）之间的比例关系。能量金字塔：一般用单位时间里单位面积上的能流量或生产力表示的比例关系。,4.农业生态系统的辅助能利用率。又称为能量产投比，是指农业生态系统产出的生物能与人工辅助能的比值。,第三节 农业生态系统的能量生产,（一）、初级生产中的能量平衡关系 1.初级生产：是指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。其中绿色植物光合作用固定太阳能生产有机物的过程，是最主要的初级生产，是生态系统能量流动的基础。初级生产者包括绿色植物和化能合成细菌等2.净初级生产量=总初级生产量-呼吸量,（二）初级生产力的潜力估算与分析 1.作物生产力估算的重要意义在于：（1）提供作物的理论产量，定量表达在一定的气候、土壤和农业技术水平下作物可能达到的生产能力，预示农业的发展前景；（2）为国家或地区制定农业发展规划，确定投资方向及有关农业政策的依据；（3）是估算土地人口承载能力的基础；(大西北能养活多少人)(4)是揭示作物生育规律、产量形成与环境条件相互作用的机制，对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。,中国的粮食储备中国用世界上7%的耕地养育着世界上20%的人口。粮食储备，大国必须厚实全球粮食生产地区不平衡，粮食储备也是“贫富不均”。印度正在吃粮仓不够的亏，最近几年有两三亿人挨饿，但又有数千万吨粮食因露天存放不当而霉烂；巴西人沾了储备充足的光，当别的国家食品价格上涨五六成时，巴西涨幅只有20%；为粮食储备投入过巨资的美国，冷战后放弃战略眼光，现在的库存小麦“还不够每个美国人吃一小块饼干”。,有关全球或各国粮食储备能维持多久的说法，这几年层出不穷。粮农组织去年12月公布的一份资料显示，全球谷物库存只能维持8-12个星期。而英国卫报2007年11月曾报道说，全球粮食库存只有57天。“能吃几天”并不是衡量一个国家粮食储备的唯一标准。储备粮质量好、数量够，在国家需要时能用得上、调得出是对粮食储备的综合要求。,俄罗斯为保障本国灾后有粮，断然停止谷物出口二战后，全球已发生7次粮荒，每当粮食危机的阴影拉长，粮食储备就成了各国比较家底厚薄的一个重要指标。中国农业问题专家李国祥在接受环球时报记者采访时强调，尽管人类农业生产水平越来越发达，但大宗粮食生产还是“靠天吃饭”，所以各国都不敢怠慢粮食储备，目前，中国的粮食储备已超过国际通行标准一大半。,印度吃了储库不够的亏 有11亿人口、占世界1/10可耕地的印度曾是一个粮食自给自足的国家，但近年来却成了全球饥饿人口最多的国家。印度媒体报道说，印度政府已经连续3年无力维持小麦、大米、豆类和糖等商品额外的战略缓冲储备，失去了规范国内市场零售价格、进行及时有效干预的能力。,农业专家介绍，根据储藏条件，一般稻谷储存2年，小麦3年，都能保证较好的品质。在寸土寸金的日本，很难找到中国那样动辄占地二三十万平方米的粮库，但日本的存储技术比较先进。位于大阪附近的茨木国家粮库，是关西地区重要的灾害救济粮中心，管理人员都是公务员。仓库主体是两座三层高的超大型平顶建筑，外刷白漆，顶棚上写着“安心、美味”的文字。该粮库总计只存了2万吨大米，但采取先进的低温保存技术，内部温度一般为5-15、湿度控制在70%左右，这样米的水分基本不会被消耗，即使储存两三年也不会变质。,朱镕基视察粮库被骗1988年5月22日，时任国务院总理的朱镕基到安徽省南陵县峨岭粮站视察。在这里，他高兴地与在场的人握手问候，但被握手问候的没有一个是这个粮站的职工，假站长俞水华按照预先为他编写好的台词回答总理的提问。朱镕基关切地问：“你们敞开收购了吗？”俞水华字正腔圆地回答：“敞开收购了！”朱镕基十分满意地点着头问：“你去年收了多少粮食？”俞水华“满怀豪情”地撒开了弥天大谎：“去年收购吨，而过去一年都在吨左右。”朱镕基又问：“你这个粮站收一个乡还是几个乡的粮食呀？”“一个乡。”这时朱镕基若有所思地提出了一串问题：“这个乡有多少亩田？亩产一般是多少？总产量又有多少？”俞水华不假思索地答道：“全乡亩田，一年产量万吨。”当时朱镕基十分高兴。可后来，地方官员“狗咬狗”中披露了真相，朱镕基看的粮库其实是空的，除去其中的六号仓尚储有部分粮食外，其余号仓基本无粮。为制造假繁荣，为使总理看到粮满仓，当地用天时间，从三里、烟墩、工山、陈桥等地突击调运了吨粮食，前后余人参与，仅运输费就花掉了十几万元。,2.初级生产力测定的方法：主要分为直接测定和间接测定直接测定是测定初级生产者的生物量间接测定是通过测定初级生产者的代谢活动的情况，如测定 O或CO2的浓度变化等再对初级生产力进行推（估）算。使用光合作用测定仪测定和利用遥感（卫星）技术间接测定则是比较先进的方法。,(三)、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，增强系统的稳定性。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的制约。（目前我国大面积粮食产量，只有气候产量的3060%，土地、水和生物资源状况都有待于进一步改善。）,3、改善植物品质特点，选育高光效的抗逆性强的优良品种。中国农业在上世纪50年代，主要是从国内外引进大量动植物特别是作物品种，然后进行驯化和筛选适合当地的优良品种，特别是在小麦、水稻、棉花等作物方面，取得了很好的效果。因为这样最快和最省钱，见效快，效益在相当长时间能够稳定发挥，同时还为以后的品种改良打下了良好的种质(基因)资源基础。实践证明，利用地理远缘的品种进行杂交，更容易出现表现优良，具有多种综合优良性状和新性状，产生更大的生产和社会及经济效益，极大地促进和加快了中国农作物和动植物品种资源的改良。,基因武器1、美国蜜蜂神秘失踪2、酵母菌变异传播裂谷热3、杀伤力比核弹大几十倍4、人来会面临巨大灾难,超级水稻被誉为水稻的“第三次革命”。我国自1996年启动“中国超级稻研究计划”。1998年8月，袁隆平向时任国务院总理的朱镕基提出选育超级杂交水稻的研究课题。朱镕基闻讯后非常高兴，当即划拨1000万元予以支持。2006年末，针对我国人增地减的严峻形势和超级杂交稻取得的重大进展，他又提出了“运用超级杂交稻的技术成果，用3亩地产出4亩地的粮食，大幅度提高现有水稻单产和总产，提高农民种粮经济效益。“中国超级稻育种”项目，计划分三期进行。以长江流域中稻为例，第一期目标是育成大面积示范片亩产700公斤的水稻品种，这一目标于2000年实现;第二期目标是育成大面积示范片亩产800公斤的水稻品种，这一目标于2004年实现。而第三期大面积亩产900公斤的目标原计划在2010年实现，从目前情况看，这一目标要提前在湖南实现了。,4、加强生态系统内部物质循环，减少养份水分制约。中国有句古话，有收无收在于水，收多收少在于肥。水是农业生产的第一限制因子。建国初期，毛泽东主席就讲“水利是农业的命脉”。没有水的旱地农业是低产而且不稳产的生产状况，只有发展水利灌溉，才能使低产旱地变成旱涝保收的高产田，保证粮食持续稳定高产。当时因为没有很好的经济实力，主要是利用低成本的简单实用技术土法上马，利用丰富的人力资源，发动人民战争，利用人力手工进行水利建设，修建了许多大型水利工程，发展灌溉农业是中国的特色。例如，在太行山修建的红旗渠，就是极端困难条件下，利用简单设备形成的大型水利工程，成为人类水利史上的壮举，是不少非洲领导和来华客人的“必修课”，令非洲国家受到鼓舞的是中国人民艰苦奋斗白手起家的自强精神，也为非洲等工业不发达国家发展水利事业提供了样板。中国经过近20年的努力，到上世纪70年代中国的灌溉面积就达50%。这为中国农业发展中国粮食生产发挥了很大的关键作用。,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。,基辛格：“如果你控制了石油，你就控制了所有的国家；如果你控制了粮食，你就控制了所有的人。2010-06-01 15:52:12.0 美国前国务卿亨利基辛格这句大实话惊出中国一身冷汗。中国是人口大国，粮食安全是中国重中之重 中国已经成为美国农产品出口的最大市场，其中，美国大豆功不可没。而在进口大豆的低价冲击下，国产大豆压榨企业再现停工。种种迹象表明，美国已对中国发起了没有硝烟的粮食战争。在对中国大豆的绝对垄断后，美国又转向了下一个目标玉米出口。,去年以来，美国出口中国的玉米逐渐攀升。仅今年4月至5月末，中国已经买入15船美国玉米，目的是补充国内紧缺的库存。此外，中国还进口了11.5万吨转基因玉米。包括新希望集团在内的中国企业，近期和美国粮食出口商签订了购买转基因玉米的合同，总量为8船。中国的玉米需求瞬间拉升了美国玉米价格，中国在国际大宗商品市场的巨大影响力再一次凸显。,难怪美国彭博新闻社在一篇评论中称，在石油、铁矿石、铜、煤炭等资源类商品之后，玉米也许正在迎来它的“中国时刻”。然而，让我们担忧的是，现在美国的大豆、玉米充斥中国市场，这对中国粮食安全构成很大威协。“民以食为天，食以粮为源”。虽然目前中国基本解决了吃饭问题，但粮食供需平衡的压力将长期存在，粮食问题仍不容乐观。人口不断增长，耕地逐年减少，中国人均粮食占有量刚达到400公斤，仅为发达国家的1/3至1/4。而随着经济社会的发展，国民食物的多样化，都需要更多的粮食作后盾。,对此，2008年11月，国家有关部门出台了国家粮食安全中长期规划纲要（2008-2020年），并提出“使粮食自给率稳定在95以上”这样一个基准指标。不过，中国粮食尚有5%不能自给，或做不到自给。正是这5%的粮食缺口，为美国对中国发起没有硝烟的粮食战争创造了条件。要知道，应对粮食战争没有别的武器，武器就是粮食。,(二)次级生产的能量转化,次级生产:是指异养生物的生产,也就是生态系统消费者、分解者利用初级生产量进行的同化、生长发育、繁殖后代的过程。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。1、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,2、次级生产在农业生态系统中的地位和作用(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)我国农业生态系统的次级生产 1.生产结构上：我国应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。,(四)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。,五、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。,高端牛肉：随着经济的快速发展，人们的生活质量得到了很大的提升，因此催生了牛肉尤其是高档牛肉的需求，高档牛肉的价格甚至可以和海参媲美。高档肉牛产业实现了畜产业高附加值的产业链，使一向处于低谷的肉牛产业成为畜牧行业的热点。何谓“高端牛肉”呢？高端牛肉，就是指用特定牛种、特定技术、特定加工生产出来的。一般1头高档牛能出45%的高档肉，15%的最高档肉。,毕业于山东畜牧兽医学校的贾星辰，从1979年开始就从事黄牛改良，到现在算起来已与牛打了30多年交道。1992年，在一次全省畜牧会上，他获知高端牛肉价格不菲，回到平度后，就在肉牛品种选育、饲养、屠宰加工上下足了功夫，并到澳大利亚、新西兰对国外肉牛培育、饲养等环节进行学习考察。之后，他选用鲁西黄牛做母本，利用法国西门塔尔牛作为配种，饲养的全是杂交一代，不仅出肉率高而且肉质好。“吃饱了也得让它们锻炼，这样才能更好地提升肉质。”贾星辰说。在占地30亩的养殖基地，几百头肉牛全部进行围栏散养，在这里饲养两年至两年半才进行屠宰。,1、一头牛一天饮食费达30元 2、牛肉分成30多个不同部位销售：每头肉牛可分割成30多个不同的部位，进行3-7天的排酸处理后再进行销售，一头牛所产生的价值五、六万元。其中神秘的“雪花”牛肉脂肪是均匀地分布在肌肉中，形成大理石样花纹，如同雪花一般。3、建立直供模式进入高端市场,第四节 生态系统中的辅助能,一、生态系统的辅助能,二、人工辅助能对农业增产的意义 1.辅助能输入的作用是改善不良的生态环境条件，解除环境中一些限制因子的制约，促进农作物对日光能的吸收、利用和转化。2.总的来说，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也带来了能源短缺、环境污染和成本提高等问题。今后应优化辅助能投入，提高辅助能的利用效率。未来农业更多的是应该更多地投入科学技术和信息，替代工业辅助能的直接投入。,人工辅助能提高农业生态系统生产力的原因1辅助能的投入，促进农作物对太阳能的吸收、利用和转化。2减少农业生物的非生产能量损耗。3使农业生产中的一些自然生物过程可以用人工过程取代，提高效率。人工辅助能的投入与产出一般来说，随着辅助能投入的增加，生物能的产出水平和农业产量也相应增加，但产投比不一定增加，甚至会出现下降的趋势，即报酬递减现象。,三、农业生态系统的能流调控 1.扩源:扩大绿色植被面积，提高对太阳光能的捕获量，如立体种植、提高复种指数，合理轮作等。2.强库：加强库的储存能力和强化库的转化效率，以保证有较大的生物能产出，一是从生物体本身对能量的储存能力和转化效率考虑，如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结构；二是从外界生存环境对生物的影响考虑，加强辅助能的投入，为生物的生长发育创造良好的环境，从而提高了对太阳能的利用效率和对生物能的转化效率；,3.截流：通过各种渠道将能量尽量地截留在农业生态系统之内，扩大流通量，提高农业资源的利益效率，减少对化石辅助能的过分依赖，主要途径有：（1）开发新能源，如发展薪炭林，利用风能、太阳能等。（2）提高生物能利用率，充分利用作物秸秆、野生杂草和牲畜粪便等副产品，将其中的生物能通过农牧结合、多级利用、沼气发酵等方法尽可能地用于生态系统内的转化。,4.减耗：降低消耗，节约能源，减少能源的无谓损失，发展节能、节水、节地、降耗的现代农业。如开发普及节能炉具、节水灌溉、立体种植等。,四、生态系统的能流分析,1.确定系统的边界：根据研究目的，确定系统边界，即研究对象的范围。2.确定系统的组成成分及其相互关系：明确所研究系统有哪些成分组成及其它们在系统中的作用。3.确定各项输入和输出的数量 4.将各种流量转换成能流量 5.绘出能流图 6.对所得结果进行分析（1）输入能量的结构分析（2）能量结构分析（3）能量转化效率分析（4）综合分析及评价 7.从能量的角度对所研究的系统进行综合评价,五、生态系统能值分析（能值分析的概念与原理）能值分析是美国著名生态学家奥德姆在20世纪80年代末创立的能量分析理论与方法。从能量分析到能值分析，是生态学能量研究理论和方法的一个重大飞跃，能量分析主要计算系统能量的产投比，而能值分析不但分析系统内各组分之间的能流值，而且还分析系统内外的能值交流。能值是一种流动或储存的能量中所包含的另一种类别能量的数量，称为该能量的能值。太阳能是最原始的能源形式，故实际应用中以太阳能值为统一标准来衡量不同类别的能量。,任何资源、商品或劳务在形成过程中都直接或间接地利用太阳能的量，即为其具有的太阳能值。以能值为基准，可以衡量和比较生态系统中不同等级能量的真实价值与贡献，能值分析把生态系统或生态经济系统中不同种类、不可比较的能量换成用同一标准的能值来衡量和分析，从中评价其在系统中的作用和地位。,（二）能值分析的方法与步骤1.资料收集：收集相关的自然环境、地理和社会经济各种资料数据，整理分类及处理。2.能量系统图的绘制3.编制各种能值分析表4.构建系统的能值综合结构图5.建立能值指标体系：如人均能值量、环境承载力6.系统模拟7.系统的发展评价和策略分析：为制定正确可行的系统管理措施和经济发展策略提供科学依据。,（三)主要能值指标分析1.净能值产出率2.宏观经济价值：反应某一产品的实际价值，包括凝结在产品中的人类劳动和环境资源的价值3.环境承载力：经济投入能值加上不可更新资源能值与可更新资源能值的比率。,作业：一、简答题1、何谓生态金字塔？生态金字塔理论在农业上有何作用？2、什么是初级生产和次级生产？如何提高初级、次级生产力？3、何谓辅助能？其在农业生态系统中的作用是什么？4、何谓生态效率？5、食物链加环的原则、类型、作用及应注意的问题。6、农业生态系统的能流途径有哪些？二、论述题举例说明农业生态系统能流的调控途径。,