农业生态与环境保护.ppt

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1、农业生态与环境保护,1,农业生态学：运用生态学和系统论的原理和方法，把农业生物与其自然和社会环境作为一个整体，研究其中的相互联系、协同演变、调节控制和持续发展规律的科学。农业环境保护：研究人类活动对农业环境质量和农业生态系统的影响规律及其保护和改善的科学。,第一章 绪 论,第一节 当前面临的农业生态环境问题,一、生态破坏（一）主要环境问题 1、资源匮乏 2、生物多样性减少 3、环境污染严重 4、全球气候变化 5、臭氧层的破坏（二）农业环境问题 1、水土流失 2、土地沙漠化 3、土壤盐碱化,二、环境污染（一）水体污染 1、水体污染源 2、水体的主要污染物 3、主要水体污染物对农作物的危害（二）大

2、气污染 1、大气污染源 2、主要大气污染物 3、大气污染对农作物的危害 4、酸沉降的危害 5、对天气和气候的影响（三）土壤污染 1、土壤污染的特点 2、土壤污染源及主要污染物 3、土壤污染物对农作物的危害,三、农业环境科学的研究任务（一）环境科学及其研究的对象和任务（二）农业环境科学及其主要研究任务,生态学：研究生物与其环境相互关系的科学,1.农业生态概述,生物（种类、数量、生物量、生活史、空间分布）,非生物（营养物质、水的质量和分布）,环境因素（温度、光、土壤）,能量流动 物质循环,调节,影响,6,第二节 农业生态与环境保护的研究内容和任务,生态学的萌芽时期（16世纪以前）国内：公元前120

3、0年。公元前100年，确立24节气。国外：Aristotle（384322，B.C.），陆栖和水栖；肉食、草食、杂食、特殊食性。TheopHrastus（370285，B.C.），植物与环境关系区分树木类型、动物对环境的影响。生态学的建立时期（17世纪19世纪末）动物生理生态学，将积温引入植物生态学，人口学19世纪，达尔文的物种起源生态学诞生,生态学的产生与发展,7,生态学的巩固时期（20世纪初20世纪50年代）动物生态学开始研究种群研究，统计学引入生态学。植物生态学出现了各种学派现代生态学时期（20世纪60年代以后）研究领域的扩大：地理学、经济学、农学、医学、环境保护、城乡建设研究层次：宏观

4、到微观研究手段：传统到计算机研究范围：自然现象到复合系统（自然-经济-社会）,8,理论生态学,应用生态学,生物个体与环境关系 生物类群 生物栖息地,农业生态学环境生态学恢复生态学污染生态学自然资源生态学野生动物管理学城市生态学经济生态学古 生态学人类生态学,生态学的分支,9,农业生态学的内容,农业生态学的特点与应用,10,农业生态学的特点基础综合性农业生产的基础、高度复杂的综合体系应用交叉性涉及学科广泛研究统一性强调不同学科的共同思想和语言宏观层次性小（农田、农户）大（地区、国家、世界）,11,人类环境环境：与某一中心事物相关的周围事物的结合。环境保护：人类生存，繁衍所必需的相应环境或物体的综

5、合体的保护。环境质量：人群生存和繁衍、社会经济发展的适宜程度。农业环境：狭义-以农业环境为中心的周围事物的总和。（大气、水体、土地、光、热等）广义-与农业相关的部分环境,2.环境保护概述,人类的环境与环境问题,自然环境,物质,能量,自然现象,空气水岩石、土壤动植物、微生物,阳光引力地磁力,地壳稳定性,大气力量,水环境,水土演变等,地质构造地震、火山活动海啸,人工环境,综合生产力,政治体制,文化与地方因素,技术进步,人工构筑物,社会行为,宗教信仰,12,环境问题全球环境问题：全球气候变暖、臭氧层破坏、酸雨蔓延、生物多样性减少、土地退化、人工合成化学物质种类及数量增加,环境问题,自然灾害：地震、海

6、啸、干旱、洪涝、台风和虫灾等,干扰：噪声、振动、电磁辐射,技术进步,污染：大气、水体、土壤、生物放射性物质,社会行为：森林破坏、草原退化、水热平衡失调、荒漠化、土地盐碱化、水土流失、生物多样性破坏,13,（一）应用领域 1、农业评价 2、农业区划和农业产业结构调整 3、农业资源的合理利用和保护 4、农业生态系统的设计、调控与优化 5、农业环境保护,农业生态与环境保护的研究内容与任务,14,（二）任务（三）研究方法 1、从物质与能量的转换上研究农业生态系统的组分之间内在作用规律。2、以结构化的科学知识和系统分析的思想，研究农业生产的系统过程。3、探讨并把握“生态-技术-经济”复合系统的相互作用关

7、系，促进农业发展。4、通过分析、建立途径，设计区域农业的发展方案。5、重点探讨农业生态七个方面内容。,生态系统：一定时间和空间范围内，生物之间、生物与环境之间密切联系、相互作用，具有一定结构、执行一定功能的综合体。由生物群落与非生物环境相互依存所组成的一个生态学功能单位。,1.生态系统,16,生态系统的组成非生物组分：太阳辐射，大气，水，土壤，有机物质生物组分：生产者、消费者、分解者,17,生态系统中的环境、生产者、消费者、分解者构成生态系统的组成要素。生产者：自养生物（初级生产）；绿色植物和光合作用的细菌。消费者：大型异养生物（次级生产）；动物。分解者：小型异养生物（次级生产）；细菌、真菌、

8、放线菌。,18,生态系统的类型环境性质划分：陆地生态系统淡水生态系统海洋生态系统,陆地生态系统,19,人类干预程度划分：自然生态系统人工生态系统半自然生态系统,20,农业生态系统：人类的积极参与下，利用农业生物与环境之间以及农业生物种群之间的相互关系，通过合理的生态结构和高效的生态机能，进行能量转化和物质循环，并按人类社会需要进行物质生产的综合体。农业生态受自然的制约，还受人类活动的制约。受自然生态规律的制约，还受社会经济规律的支配。,2.农业生态系统,21,农业生态系统的组成生物组分：人类驯化的农业生物为主。非生物组分：自然环境，人工改造的环境。,表 1.农业生物的种类,22,农业生态系统的

9、特点,农业生态系统与自然生态系统的比较 农业生态系统的生物构成不同于自然生态系统 农业生态系统的环境条件不同于自然生态系统 农业生态系统的结构与功能不同于自然生态系统 农业生态系统的稳定机制不同于自然生态系统 农业生态系统的生产力特点不同于自然生态系统 农业生态系统的开放程度高于自然生态系统 农业生态系统的能流特征不同于自然生态系统 农业生态系统的养分循环特点不同于自然生态系统 农业生态系统服从的规律不同于自然生态系统 农业生态系统运行的目标不同于自然生态系统,农业生态系统自身的特点生物的构成上，农业生态系统中最重要的生物种类是经人工驯化培育的农用作物，以及与之有关联的生物。农业生态系统的环境

10、更多地受到人类的调控、改造。农业生态系统中的自然调节稳定机制被削弱，代之更多的人类调节控制。农业生态系统的结构比自然生态系统简单，便于人类管理，简化了能量和物质流通途径使得系统趋向更加开放。农业生态系统的生产力常比同一区内的自然生态系统高。其原因为品种改良、环境改善、较低的呼吸消耗。农业生态系统由于受到人类活动的影响，不仅服从自然规律，还服从社会经济规律。农业生态系统的目标是使农业生产在有限自然与社会制约下，最大限度满足人类的生存、致富和持续发展的需要。,24,第三章农业生态系统的生物与环境,1、种群的概念 同一时期内，占据一定空间，具有相似的形态、生理和生态特征，并能相互交配繁殖后代的同种生

11、物个体的集合群 种群的基本特征 空间分布、数量、遗传特性,种群的增长规律 种群的几何级数增长 Nt=N0 xt（N0为种群的起始数量，为每年的增长率，t为时间，Nt为t年后的种群的数量），种群的指数增长,种群间的相互作用（一）负相互作用 1、竞争 2、捕食与寄生 3、偏害作用（二）正相互作用 1、偏利共生 2、原始协作 3、互利共生,在热带地区，兰花通常以树干作支撑,鱼以海葵作庇护的场所,偏 利 共生,种群的调节 密度制约：1、种内调节 行为调节、生理调节、遗传调节 2、种间牵制 捕食、寄生、种间竞争等 非密度制约：气候、土壤、无机营养物及污染物等非生物因子,种内调节,种间牵制,无机环境,农业

12、生物种群及病虫草害控制 农业生物种群的分类：农业目标生物、有益生物、有害生物、中间生物 农业目标生物的基本特征：1、种群密度大，种群内个体分布均匀 2、个体间差异小，基因型单一 3、人工选育，种群进化快 4、个体繁殖性能受到严格的认为控制 5、种群波动大 生物防治病虫草害（病虫害、杂草）,下列各项属于种群的有.、一片农田中的全部水稻、一片森林中的全部蕨类、一口池塘中全部鱼、一片森林中的全部蛇 E、一个农民种的全部水稻 F、一窝蚂蚁 G、一片草原上全部老鼠 H、一口池塘中全部青蛙和蝌蚪,AEFH,讨论：种群间相互关系在农业生产中应用,1.建立人工混交林，林粮间作，农作物间套种 2稻田养鱼、养萍，

13、稻鱼、稻萍混作 3蜜蜂与虫媒授粉作物的互利作用 4生物防治病虫害及杂草（1）生物防治病虫害（2）生物防治杂草,第二节生物群落,生活在这些地方的各种动物、植物和微生物，组成了它们的生物群落。,生物群落的概念生物群落指生活在一定的自然区域内,相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和要点：、一定的自然区域，包含这里的各种生物。、区内各种生物之间具有直接或间接关系。,种群和群落区别,在一定环境中的一群同种生物个体称为种群。,在一个特定的环境区域内生存的多种不同的种群便组成为群落.,只要有生物的地方就不会只有一种，多种多样的生物生活在一起就构成了生物群落。,生物群落的基本特征,1.具有一定的种类组成

14、每个群落都是有一定的植物、动物和微生物种群组成的。群落的物种组成是区分不同群落的首要特征。一个群落中物种的多少和每个种群的数量，是度量群落多样性的基础。,2.具有一定的外貌,包括水平结构、垂直结构和时相,水平结构：在水平方向上由于地形的起伏、光照的明暗、湿度的高低等环境因素影响，不同生物分布于不同地段的现象。,荔枝、木棉、榕树等只能生长于温暖湿润的南方；马尾松等适应性强的植物南方北方都可生长；红松等喜凉怕热植物只能生长于东北较为寒冷的地方；雪莲等生长于终年积雪的雪峰之上。,根系发达、茎杆粗壮的木本和草本植物在阳光充足的区域生长；某些喜阴的植物只能生长于它们的阴蔽之下；而极喜阴的苔藓等则只能生长

15、于小草下形成地被层。,补充：水平结构：水平方向上的分区现象,地形起伏、光线明暗、温度高低,垂直结构：在垂直方向上的明显的分层现象即不同生物占据不同高度。在森林生物群落中，高大的乔木总是处于群落最高层，它下面有灌木层、草本层、地被层，还有地下生物。动物则鹰、松鼠等处于顶层，麻雀处于中层，鼠和兔等在地面，蚯蚓、蝼蛄等在地下。,垂直结构：在垂直方向上的明显的分层现象即不同生物占据不同高度。,池塘生物群落中，荷花、芦苇等将茎叶高高地挺出水面；睡莲、满江红、浮萍等浮于水面；金鱼藻等则生长于水底。鲢鱼在水体浅层、鲩鱼在中层、青鱼、虾、蚌等在水底，泥鳅、鳝鱼等则在水底淤泥中生活。,群落的时相：由于自然环境因

16、素如光照、温度、湿度等都有一定的时间节律，使群落的外貌表现出一定的周期性变化。3.群落有一定的营养结构和代谢方式以食物链形式构成群落的营养结构。以生产者消费者分解者形成群落物质的代谢方式,种群构成简单水平结构较复杂垂直结构层次较少群落的年周期变化明显营养结构简单,二、农业生物群落的特点,第三节 生物与环境的关系,一、环境因子的生态作用（一）光的生态作用（二）温度的生态作用（三）水的生态作用（四）大气的生态作用（五）土壤的生态作用,（一）光的生态作用,1、光质的生态作用 光质：太阳辐射能的光谱组成 不同的光普对动植物生长的影响 2、光照强度的生态作用 光照强度：单位时间内太阳辐射的多少 影响植物

17、繁殖：阳生植物、阴生植物、耐阴植物 影响动物生长 3、光照时间的生态作用 植物的光周期特性类型：长日照植物、短日照植物、中日照植物、中间型植物 光照时间对动物的繁殖影响：长日照、短日照、中间型,（二）温度的生态作用,温周期现象：植物对温度有节奏的昼夜变化的反应 主要表现：影响种子萌发、植物生长、开花结实、果实品质 植物对温度的要求不同分类：耐寒植物、半耐寒植物、喜温植物、耐热植物 高温对动物的影响：细胞渗透压、化学组成的变化。,（三）水的生态作用,1、水是生物生长发育的重要条件2、水对动植物数量和分布有重要影响3、水对生物分类的作用,（四）大气的生态作用,空气的主要成分是氧气、氮气、二氧化碳，

18、二氧化碳和氧气对生物具有十分重要的作用。,（五）土壤的生态作用,1、土壤自然体的生态作用 土壤是许多生物栖息的场所 土壤是生物进化的过度环境 土壤是植物生长的基质的营养库 土壤是污染物转化的重要场所,2、土壤化学物质的生态作用 土壤pH值的生态作用 土壤有机质的生态作用 土壤矿质元素的生态作用 耐脊型、耐肥型、喜肥型3、土壤物理性质及其生态作用 土壤温度、土壤水分、土壤空气,二、生物对自然环境的影响及生态适应,（一）森林的生态效应（二）草原的生态效应（三）农田的生态效应（四）淡水水域的生态效应（五）生物对自然环境的生态适应,（五）生物对自然环境的生态适应,1、生活型：动物生活型：水生动物、两栖

19、动物、陆生地面动物、陆生地下动物、飞行动物等 植物生活型：浮游植物、土壤微生物、内生植物、一年生植物、水生植物、地下芽植物、地面芽植物、地上芽植物、高位芽植物、树上的附生植物2、生态型：植物生态型：气候生态型、土壤生态型、生物生态型 动物生态型,第四章 农业生态系统的综合结构,生态系统的结构是指生态系统组分在空间、时间上的配置及组分间的能物流顺序关系。生态系统的结构是功能的基础，只有合理的结构才能产生高效的功能。,水域结构,农田结构,荒漠结构,一生态系统的结构 生态系统的结构就包括生物组分的物种结构（多物种配置）、空间结构（多层次配置）、时间结构（时序排列）、食物链结构（物质多级循环），以及这

20、些生物组分与环境组分构成的格局。物种结构：生物物种是生态系统物质生产的主体。不同生物种类的组成与数量关系的格局构成生态系统的物种结构。时间结构：指在生态区域内各生物种群生活周期在时间分配上形成的格局。空间结构：空间结构是指生物群落在空间上的垂直分布和水平格局变化，构成空间三维结构格局。,生态系统的物种结构,水平结构：指在一定的生态区域内，各种生物种群所占面积比例、镶嵌形式、聚集方式等水平分布特征。,垂直结构：指生物种群在垂直方向上的分布格局。在地上、地下和水域都可形成不同的垂直结构。营养结构：指生态系统中生物间构成的食物链与食物网结构。食物网是是生态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要途径

21、。,食物链（网）结构,合理农业生态系统结构的标志,生物适应环境 生物与生物之间相互配合组分之间量比关系协调 有利于农业生产的可持续发展 有较高的生产力和经济效益,第一节 农业生态系统的水平结构,农业生态系统的水平结构,一、不同自然环境条件对农业生态系统水平结构的影响,(一)温度和湿度引起的水平结构 我国的种植业与环境的温度的关系密切，从北到南，不同气候类型条件下适宜种植的农作物和耕作制度存在较大的差异。,我国耕地复种指数也与不同地区环境的温度、湿度有明显的关系，从东到西，降雨逐渐减少，使得复种指数也呈下降趋势。,在非洲游牧和半游牧系统，主要动物种类与环境降雨量关系十分密切。,农业区位对农业生态

22、系统水平结构的影响,自然条件差异为农作物与牲畜结构安排的重要因素。,（1）自然区位,南方的荔枝分布在北纬18-30。,随着经济的高速发展，交通、运输、贮藏、保鲜、加工能力的增强，销售网络的健全，使得运费迅速下降，自然资源条件对农业的生产结构格局影响能力上升，也使得农业不同地块与中心城镇的相对位置对农业布局与安排不再是唯一的影响因素。这样逐步在有利的自然环境条件下，按市场需求形成规模效应的专业化生产区域。,（2）生态经济区位,专业化生产实例,美国的蔬菜生产原来主要集中在城市郊区，后来由于冷藏车、高速公路的出现，使得全国新鲜蔬菜生产的14集中于远离大城市的东南部气候温暖的区域形成专业生产区。以此同

23、时，美国还形成了玉米带、棉花带、小麦带、牛奶带等这样一些大规模的，主要与自然条件相适应的专业化生产区域。广东省高州市、化州市，远离大城市，但由于其所处热带亚热带区域，自然环境条件优越，分别形成了全国著名的水果和冬季北运蔬菜基地。,社会经济条件对农业生态结构的影响,（一）人口密度梯度:人口密度对农业生态系统结构的影响是综合的。人口密度增加使人均资源量减少，劳动力资源增加，对基本农产品的需求上升。这样，必然使农业向劳动密集型转化。（二）城乡经济梯度:农业生态系统受城镇的影响，离城镇远近不同的地方生态系统有显著差异。,美国玉米带农业区域差异示意图,第二节农业生态系统的垂直结构,自然地理位置与农业生态

24、系统的垂直结构 1、流域位置与垂直结构 从一个流域环境的上游到下游，海拔高度、水土环境等存在较大的差异，从而对作物的种植结构和产量产生很大影响。,海河流域种植结构,2 地形变化与垂直结构大尺度的地形变化 由海拔高度的较大差异所引起 小尺度的地形变化 主要是在丘陵和低海拔地区,川滇高原随海拔变化的农业生态系统的结构,四川省米易县农业综合开发示意图,广东省潮州市官塘区秋溪乡农业生产分布,一、农林牧副渔综合发展结构：农林牧副渔综合发展结构就是通常所说的大农业，包括种植业、林业、畜牧业、水产养殖业和农副产品加工及乡镇企业等农业的所有产业。（一）农林牧副渔多业结合的必要性 合理的农业生态系统内部农、林、

25、牧、副、渔各业应当保持适当的比例、合理的布局，使得各业内部能流、物流畅通，各业之间相互促进，使系统整体功能协调，既有高的生产力和商品率，又能改善环境、增殖资源。,（二）系统内农林牧副渔之间的关系（1）供求关系:饲料鱼肥料，原料与资金等（2）连锁关系：一业发展，多业兴旺（3）限制关系：资源利用上的争夺；不平衡发展的制约,山东某县根据当地条件发展以林果为主，林粮牧结合，牧工商一体化的多种经营全面发展的生态农业模式，形成以林促农，以农促牧，以牧促农林的农业生态良性循环系统，取得了明显的经济效益和社会效益。,例：,（一）农田立体模式,农作物间作、混作和套作稻田养鱼稻鸭鱼 稻萍鱼 农田种菇,麦/玉/豆,

26、“薯/玉/豆”,花生/大豆,大豆与茶树间种,稻田养鱼,农田种菇,（二）水体立体模式,鱼的分层放养 鱼牧结构（鱼+畜禽模式）鱼蚌混养、鱼鸭（猪、鸡、鹅等）混养。基塘系统（桑基鱼塘、蔗基鱼塘、果基鱼塘、花基鱼塘、杂基鱼塘）,水体立体养殖,基塘系统,珠江三角洲的桑基鱼塘,（三）养殖业立体模式,分层立体养殖：节约棚圈材料和综合利用废气物，如新疆米泉县种猪场，上层笼养鸡，中层养猪，下层养鱼。混养 林鱼鸭立体结构,池杉鱼鸭型生态林业模式,池杉鱼鸭型生态林业模式,（四）农林立体模式,农林业系统的概念 农林业系统指在同一土地单元内将农作物生产与林业和畜牧业生产同时或交替地结合起来，使得土地总生产力得以提高的持

27、续性土地经营系统。农林业系统的特征：复合性、系统性、集约性。,农林业模式举例,桐粮间作 胶茶间作枣粮间作 林药间作,立体种植,林花间作,林农间作,林草间作,林药间作,胶-茶间作生态农业模式,桉树-菠萝间作生态农业模式,第三节农业生态系统的营养结构,一、生态系统的营养结构 食物链及其类型 食物链的特点 食物网,食物链 指生物与生物之间，或生物与环境之间，通过营养关系所联系联结成链状序列。营养级 指生物在食物链上所处的位置，食物链上的每一个环节就称为一个营养级。,水生生物的食物链,生态系统中能量沿食物链的流动,食物链的类型,捕食食物链 腐食食物链 寄生食物链混合食物链,捕食食物链,草牧食物链，从绿

28、色植物开始，再到草食动物，肉食动物，食物链成员有自小到大，从弱到强的趋势，这与捕食能力有关。如：青草兔子狐狸老虎。,腐食食物链,又叫碎屑食物链，主要以死的动植物有机体或生物排泄物为食物，通过腐烂、分解，将有机物质分解为无机物质的食物链。如：植物残体蚯蚓鸡；植物残体真菌。,寄生食物链,以寄生的方式取食活的有机体而构成的食物链如：大豆大豆兔丝子；牛蚊子蜘蛛，马马蛔虫。混合食物链 构成食物链的各环节中，既有活食性生物，又有腐食性生物,食物链的特点,同一食物链中，常因食性和生活习性不相同而有多种生物，如动物、植物、微生物。同一生态系统中往往有多条食物链，它们长短不同，营养级数目不同。不同的生态系统所包

29、含的各种类型的食物链的比重不同。任何生态系统中的各类食物链总是协同作用。,食物网,概念 食物链之间交错纵横，彼此相连，构成一种网状结构，这就是食物网。食物网的本质 是生态系统中有机体之间一系列反复地吃与被吃的相互关系，这种现象在自然界中极为普遍，它不仅维持着生态系统的相对平衡，并推动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力。,森林生态系统食物网,简化的草原生态系统食物网,农药通过食物网对生态系统的影响,二、农业生态系统的营养结构,农业生态系统的食物链上各营养级的生物成员是人类安生产目的安排的。农业生态系统的食物链上各生物成员的生长发育也受到人为控制。农业生态系统的营养结构简单，食物链简短而且种类

30、较小。农业生态系统的营养结构对无机物利用非常充分合理，但是其中有机物转化为无机物的过程不及自然生态系统完善。,第四节农业生态系统的时间结构,一、农业生态系统的时间结构 在生态系统内合理安排各种生物种群，使它们的生长发育及生物量积累时间错落有序，充分利用当地自然资源的一种时序结构。二、在农业生产中，农业生物群落时间结构的类型有间作、套作、混作、轮作、轮养、套养等。,(一)作物套作(relaycropping),1 小麦套玉米：华北地区，小麦收获前15-20 天套下去 2 麦-棉-绿肥间套作：南北方粮棉种植区均普遍。3 作物与蔬菜套种：小麦-菠菜-番茄-大白菜四种四收结构 4.果农间套作：幼龄果园

31、间套作一年生作物，以短养长,(二)轮作(rotation)、轮养,1 作物的轮作：如湖南的豆稻轮作；太湖流域的粮食作物-绿肥作物轮作；东北玉米轮作大豆2 稻鱼轮作：种一季稻，养一季鱼。如广东肇庆 3 动物的轮养、套养。如鱼的轮养，同时放足不同大小规格鱼种-分期分批捕捞；同一规格鱼种多次放养，多次收 获；动物的轮牧：牛-马或羊,水旱轮作,(三)农业生产模式的演替,新开垦土地：耐瘦瘠作物（牧草、绿肥、木薯等-中产作物-玉米、小麦-蔬菜 美国的中央谷地：放牧草场-大田谷场-经济作物-蔬菜-水果-花卉园艺 食品生产：传统食品-无公害食品-绿色食品-有机食品生产等,第五章农业生态系统的能量流,能量：所有

32、生命运动的基本动力，生态系统作为以生命系统为主要组分的特殊系统，无时无刻不在进行着能量的输入和转化。生态系统的能量来源 1.太阳能：占 99%以上 2.自然辅助能(natural auxiliary 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,能量来源,热力学第一定律 Q=U+W U：系统内能量的变化Q：系统内吸收的热量或放出的热量W：系统对外所做的功能量在转化过程中是守恒的。例如：植物通过光合作用固定1摩尔的CO2，需要209.3104J的日光能。209.3104J=46.710

33、4J+162.4104J,第一节能量流动与转化的基本定律及其应用,热力学第二定律（熵定律）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，是不可逆的过程。,熵与耗散结构熵：系统从温度为绝对零度无分子运动的最大有序状态向含热状态变化过程中每一度（温度变化）的热量（变化）。熵变化=热量变化与绝对温度之比温度为绝对零度是熵值为0。熵是对热力学体系中不可利用的热能的度量。一切自发过程总是向熵值增加的方向进行。耗散结构是系统在非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。一个远离平衡态的开放系统，可以通过与外界不断地进行能量与物质输入，保持高度的有序性和稳定性。,生态金字塔生态金字塔：反映

34、食物链和各营养级之间生物个体数量、生物量、能量比例关系的图解模式。三类生态金字塔中，能量金字塔能最好的反映营养级之间的比例关系。,数量金字塔（数量/m2),生物量金字塔（kg/m2),能量金字塔（KJ/(m2a),126,生态金字塔理论对提高能量利用与转化效率、调控营养结构、保持生态系统的稳定性具有重要的指导意义。,林德曼效应与生态效率定律美国生态学家林德曼（R.L.Lindeman）1942年提出。林德曼效率（十分之一效率）：营养级之间的能量转化率平均为1/10，其余9/10由于消费者采食时的选择浪费，以及呼吸排泄等被消耗了。,食源,可利用的,收获的,吃进的,同化的,固定的,生长,繁殖,不可

35、利用的,未收的,吃剩的,粪便,呼吸,营养级之间,营养级内部,127,农业生态系统中生命活动的能量大部分来自太阳能，绿色植物通过光合作用合成有机物，有机物贮藏的能量通过食物链和食物网，从一个营养级传递到另一个营养级，实现能量转化和流动。,139,生态系统能量的基本形态能量根据是否做功划分为动能（做功的能量）和潜能（未做功有潜在做功能力）。农业生态系统的能量形式日光能：太阳放射的广谱电磁波生物化学能：储存在有机化合物的潜在能量。热能：能量转化的一种形式。,1.农业生态系统能量流动的途径,140,农业生态系统的能量来源太阳能：生物圈的所有生物潜能，都是直接或间接地来自于太阳辐射能。辅助能：除太阳能外

36、，对生态系统所补充的一切形式的能量。辅助能不能直接转换为生物的化学能，但可以促进太阳能的转化，光合产物的形成、物质循环、生物的生长发育起着辅助的作用。辅助能根据来源和性质分为生物辅助能和工业辅助能。,农业生态系统的能量来源太阳能：生物圈的所有生物潜能，都是直接或间接地来自于太阳辐射能。辅助能：除太阳能外，对生态系统所补充的一切形式的能量。辅助能不能直接转换为生物的化学能，但可以促进太阳能的转化，光合产物的形成、物质循环、生物的生长发育起着辅助的作用。辅助能根据来源和性质分为生物辅助能和工业辅助能。,141,农业生态系统能量流动的渠道生态系统的能量流动渠道是食物链和食物网。食物链：生态系统中生物

37、组分通过吃和被吃的关系彼此连接起来的一个序列。食物链的类型捕食食物链：植物-食草动物-食肉动物，以活的有机体为能量来源的食物链。腐食食物链：以死亡的有机体或生物排泄物为能量来源，在微生物或原生动物的参与下，经腐烂、分解其还原为无机物并从中取得能量的食物链。寄生食物链：活的动植物有机体为能量来源，以寄生方式生存的食物链。混合食物链：有目的的将食物链组合为一块，充分利用能量和物质。特殊食物链：能捕食动物的植物。,营养级：食物链上能量和物质被暂时储存和停留的位置,142,食物网在生态系统中，各种生物成员之间的取食与被取食关系，多数情况是交织在一起的，一种生物常常以多种食物为食，而同一食物又往往被多种

38、消费者取食，于是形成了生态系统内多条食物链相互交织彼此联结的网络，这种食物网络成为食物网。,食物网的意义：生态系统中的生物成分之间产生直接和间接的联系。食物网的生物种类越多，对生态系统的稳定性和持续性具有重要意义。生态系统中有机体之间一系列吃与被吃的关系，可以维持生态系统的平衡，推动生物进化。,143,农业生态系统能量流动的途径,植物（初级生产者）,食草动物（二级生产者）,食肉动物（三级生产者）,五级生产者,分解者,呼吸消耗,农畜产品,日光能,人工辅助能,第 4 途径,第 2 途径,第 3 途径,第 1 途径,144,3.农业生态系统的能量生产,生态效率定律初级生产：光合作物或化能合成细菌进行

39、光合作用积累能量的过程。6CO2+12H2O+太阳能 C6H12O6+6H2O+6O2植物每产生1摩尔分子有机物能固定2812KJ的太阳能。初级生产力（初级生产率）：单位时间内、单位面积上初级生产者生产的干物质或积累的能量。单位为：g/m2a 或 KJ/m2a 或 t/hm2a总初级生产力=净初级生产力（量）+植物呼吸消耗量植物种类不同、品种不同、生态环境不同，初级生产力有很大差别。农业生态系统总初级生产力=粮食作物（78%）+经济作物（含蔬菜）（17%）+其他作物（青饲料，绿肥等）（5%）,145,人工辅助能对初级生产能量转化的效应决定农业生产的发展水平有利于促进农田养分平衡提高农业生态系统

40、的初级生产力提高农业生态系统的劳动生产率,146,采食能量,初级产品,粪能,消化能,次级生产初级生产者以外的有机体的生产，即消费者、分解者利用初级生产的有机物质进行同化作用，表现为自身的生长、繁殖和营养物质的储存。次级生产的能量平衡与能量转化效率,尿能、气体能,代谢能,热增耗,净能,初级生产,次级生产,维持生命,次级产品,能量平衡公式：P=NI+I I=A+(R1+R2)+(F+U+G)P：净初级生产总量NI：未被食用部分I：被食用部分A：储存能R1：热增耗R2：维持能F：固态排泄量U：液态排泄量G：气态排泄量能量转化效率=（被转化为次级产品储存能/次级生产取食食物）100%,147,次级生产

41、在农业生态系统中的作用转化农副产品，提高利用价值。-农业生产中初级产品作为粮食和工业原料的仅占30%，大部分不能被人类直接利用。生产动物蛋白质，改善人们的膳食结构。促进物质循环，增强生态系统的机能。-动物是联系植物和微生物的纽带，植物产品经动物过腹还田，微生物分解快，利用效率高。提高农副产品的经济价值，增加农业生产的经济效益。,148,149,提高次级生产力的途径发展草食动物，充分利用富含纤维素的有机物质。-草食动物消耗系统发达，能够充分利用作为秸秆、干草、树叶等有机物质，提高农业生态系统的能量转化和利用效率。发展水生生物，提高能量利用效率。-水生动物多为冷血动物，身体增热和维持能量需要少，比陆生动物能量转化率高2倍，同时鱼类繁殖率高，水域环境受外界干扰少，比较稳定。利用腐生食物链，增加能量利用途径。可利用农业废弃物发展养殖事业，将农业废弃物中的化学能转化为高蛋白质食品和饲料。沼气生产是利用厌氧微生物发酵有机废弃物生产能源，是一种典型的节能技术。农优化饲料喂量与配比，提高转化效率,150,151,152,153,154,155,156,