土壤生态学课件-第五章-农田生态系统中能流传递特点1

第五章农田生态系统中能流传递特点•第一节农业生态系统投能结构•第二节农业土壤生态系统的能量流动特点•第三节复合农业生态系统的能量流动引言•能量转化和物质循环是生态系统的基本功能，是地球上一切生命赖以生存的基础。•绿色植物利用太阳能，将环境中的无机物质转化为生命可以直接利用的有机物质，同时将化学能储存在有机物质中，并通过食物链和食物网，自一个营养级传递到另一个营养级，实现能量的流动。•农业生态系统与自然生态系统不同，农业生态系统中的能量传递，人工投入占有很大比重，自然归还的能量居次要地位。第一节农业生态系统投能结构•农业生态系统是由人控制和管理的生态系统，其能量流动特征完全不同于自然生态系统，除太阳能以外，人们通过对生态系统的调控和管理不断地对系统施加一些辅助能量，如人力、畜力、有机肥等有机能及化肥、农药、机械、燃料、电力等化石能量。•辅助能量并不参与生产者自身固定化学潜能的形成，只对生产者固定太阳能起辅助作用，因此他们不可能沿食物链逐级传递与转换，而是全部以各种形式散失到环境中去。•农业生产的最终目的，是通过人类的生产活动，不断对系统补加能量，借以减少系统用于自我维持所消耗的能量，把更多的太阳能转化为符合人类需要的产品。一、能流结构•1、传统农业：主要依靠系统内的生物能为基础，主要用畜力和手工作业，以有机肥和传统病虫害防治措施。•2、现代农业：也叫石油农业，主要依靠农业系统以外的工业能量为基础，用机械作业、化肥取代有机肥，农药和除草剂大量使用。因此，现代农业的一个基本思想就是最大限度地向农业提供能源，以获得更高的农业产量；以矿物原料为基础的工业能源的大量输入是现代农业生态系统的重要特征。结果成本高，对环境造成影响•3、生态农业：是通过不断提高太阳能的固定率、利用率和生物能的转化率，加速能流和物流在生态系统中再循环过程以取得最大功效，达到节省能源、高效生产的目的。二、能流分析•1、折能系数：•在进行能流分析时，首先要确定研究对象和系统的边界，如一个单独的作物系统、林业系统、畜牧业系统、渔业系统或上述系统中的两个、三个甚至全部所构成的一个完整的农业生态系统；•其次要确定系统的结构组成及其相互关系，并将系统的物质流量转换成能流量；•最后根据需要对所得结果进一步分析。•农业生态系统的各种输入、输出能量中，除太阳能以能量单位表示外，其他都是用能量单位以外的各种计量单位表示，因此只有将各种不同的输入和输出量转换成以能量单位表示的能流量，才能对系统进行能量分析。•然而目前没有一套统一适用的物质折能系数。2、能流研究进展•长期以来，农业生态系统能流和能量分析研究中所考虑的最重要的是指标“产投比”。•对有关生态系统的复杂性、稳定性、持续性、多样性等基本特征分析较少。“生物物理资本”和“能量冗余”就是来分析这些方面的•（1）“生物物理资本”：指一个生态系统为产生使其生物圈结构和功能稳定的那些生物过程而利用太阳能的能力。•BC=GPP+PAWF分别表示生物物理资本、总初级生产力、植物有效水流量。三者都用消耗太阳能的量表示。将BC用生物量除，就得到为维持1kg生物量需耗散的能量（EC）。•BC可看作系统复杂性一个指标•EC可看作系统稳定性指标，反相关•（2）“能量冗余”•生态系统中能量储备即为能量冗余，能量冗余使系统在外部能源的供给暂时中断的情况下，仍能进行运转。•系统的冗余程度可用冗余度来衡量，冗余过小，系统将难以长期保持在相对稳定的状态，冗余过大，系统的稳定性增强，但往往造成浪费，加重系统负担。•生态系统是由一系列营养级组成的能量冗余系统，包括营养级内的能量冗余和营养级间的能量冗余。第二节农业土壤生态系统的能量流动特点•一、人工林系统的能量流动•森林生态系统生命活动需要的一切能量都来自太阳能。其中大部分能量是以热量形式散失掉，只有小部分能量为森林植物截取利用。•相对其他人工生态系统，森林生态系统的人工辅助能很少，除林木采伐期，有一些人力和机械投入，其他时期人工投能几乎为零。•人工林生态系统则通过人工投能，利用不同的林种搭配与不同的空间结构，大大提高系统的光能利用率和能量转化率。二、农作物系统的能量流通•作物系统区别自然生态系统的最大特征就是人类在系统中投入了各种形式的辅助能，以调整和提高生态系统的生产效率。•作物系统能量流动一方面决定于作物系统本身，另一方面取决于人工辅助能的输入水平。而后者又与地区差异有关。•1、东北平原作物系统的能流特征