第四章 农业生态系统的能量流.doc

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1、第四章农业生态系统的能量流Chapter4Energyflowintheagroecosystem任何生命过程无不自始至终贯穿着能量、物质和信息的有组织、有秩序的流动。能量的输入、传递、转化、做功，是生态系统最重要的功能；农业生态系统的能量流动，是体现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），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

2、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。1．形态：日光能（Solarenergy)化学能(chemicalenergy)动能(Kineticenergy)热能(thermalenergy)2．度量卡或千卡（生态学上）calory焦耳（农业工程上，为目前国际标准单位）joule·二、生态系统的能量来源1.太阳能：占99%以上2.自然辅助能(naturalauxiliaryenergy)：如地热能、潮汐能、核能等占<1%3.人工辅助能(artificialauxiliaryenergy)：人畜力、燃料

3、、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·三、能量流动的基定律（一）热力学第一定律认为：一个系统的任何状态的变化，都伴随着吸热、放热和做功，而系统的总能量并不增加或减少，它是守恒的。即ΔE=ΔQ+ΔW。ΔE表示系统内能的变化，ΔQ表示系统吸热或放热，ΔW表示自身做功或系统对外做功。实际上，能量的当量转换关系不限于热、功和内能之间，各种形式的能量都有当量转换关系。在生态系统中，太阳的辐射能，大部分通过地面、水面、生物表面等反射、散射和蒸发蒸腾耗能而离开生态系统；只有小部分通过绿色植物的光合作用转化为有机物质中的化学潜能。（二）热力学第二

4、定律认为：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。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、安排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。（三）普里高津的耗散结构理论一个远离平衡态的开放系统，通过与外界环境所进行的物质、能量的不断交换，就能克服无序状态，维持稳定状态。生态系统为一个具有耗散结构的开放系统，服从热力学第二定律。·四、能量流动的特征1．能流是单

5、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(foodchain)和食物网(foodweb)第二节初级生产的能量转化·一、初级生产中的能量平衡关系（一）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(二)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光合作用光能自养型（硫化细菌）（一）作物生

6、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；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。（二）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O２或CO2的浓度变化等再对初级生产力进行推（估）算。使用

7、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。3、改善植物品质特点，选育高光效的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:是指异养生物的生产,也就是生态

8、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、