農業生態學基本框架生態學、農業生態學的含義;農業生態學的特點;你家鄉生態環境如何?如何評價?河南農業大學·農學院

生態系統生態系統的特征系統與自然生態系統區別農業生態系統農業生態系統與自然生態系統的區別河南農業大學·農學院2022年11月26日河南農業大學·農學院2022年11月26日生物種群、生物群落、化感作用、生態位種間的相互作用類型。種間關系在農業生產中的應用。生態位理論及應用。河南農業大學·農學院

2022年11月26日概念：環境、生態因子、生境、限制因子、生態幅、李比希最小因子定律、謝爾福德耐性定律、趨異適應、生態型、趨同適應、生活型問答：生態因子作用的一般特征。光的生態作用及其特點。生物因素作用的一般特征有哪些？概念：食物網、食物鏈、營養級、生態金字塔、初級生產者、次級生產者、輔助能、能值。問題：農業生態系統能量傳遞途徑有哪些？人工輔助能對農業生產的作用？如何提高農業生態系統能量利用，調控途徑有哪些？課堂作業：能量模型建立概念：生物地球化學循環、氣相型循環、沉積型循環、庫、流、周轉率、周轉期、循環效率、溫室效應、生物富集；問題：C、N、水分循環主要途徑及其如何提高其利用效率？農業生態系統養分循環一般模式及特點。調節農田養分循環途徑有哪些？物質循環計算和繪出模式圖。概念:生態閾值，生態容量，生態平衡思考題：1、農業生態系統保持穩定調控機制是什么？2、生態系統平衡失調主要標志是什么？3、如何保持農業生態系統平衡？1中國生態農業與國外生態農業在原理與技術上的比較；2舉出實例，運用生態農業的原理解釋其生態農業模式的生態合理性。

3信息流對農業生態系統的作用有哪些？

4價值流對農業生態系統的調控作用表現在哪些方面？

5根據一定條件設計生態農業模式并能進行分析其合理性。§

1-1-1生態學的定義

生態學是研究生物及環境間相互關系的科學。即：生物及其群體與環境相互作用的過程及其規律的科學，其目的是指導人與生物圈（即自然、資源與環境）的協調發展。

§1-2-1農業生態學及其發展過程（一）農業生態學概念把農業生產作為一個整體（農業生態系統）利用系統分析的方法研究這個系統的結構、功能、生產力及其控制管理以便達到最大生產力和最佳生態效果，這樣的一門學科稱為農業生態學。農業生態學（agriculturalecology,agroecology）：是運用生態學的原理及系統論的方法，研究農業生物與其自然和社會環境的相互關系(協同演變、調控和持續發展等)的應用性學科。農業生態學:生態科學在農業中的應用。§1-2-1農業生態學及其發展過程（二）農業生態學產生

1、農業生產的實踐是農業生態學產生的源泉和動力。

2、普通生態學發展是農業生態學形成的學科基礎。

Papadakis在1938年提出農業生態學：研究農田氣候、土壤、生產力與作物特性的關系。1942G.Azzi

開設《農業生態學》，1956年正式出版該書。§1-2-1農業生態學及其發展過程（三）農業生態學發展作物生態學或生態作物地理學階段（20世紀70年代前）研究的重點集中在農作物與農田土壤、氣候、雜草等的相互關系，以及影響作物分布和生態適應能力等方面，多數仍局限于個體生態學或作物生態學的研究范疇。以系統生態學為基礎農業生態學發展階段（20世紀70年代后）研究農業生態系統為重點的農業生態學開始發展，注意研究系統整體內組分之間的相互關系，

1972小田桂三郎（日本）《農田生態學》。

1979圣迭戈州立大學G.W.Cox（美）等《農業生態學》。

§1-2-1農業生態學及其發展過程（四）中國農業生態學發展的動力1、國際生態意識高漲、持續發展思想廣為采納的推動2、中國傳統哲學中的整體觀和天人合一思想是推動我國農業生態學發展的歷史基礎3、中國農業生產中緊迫的資源、環境與生態問題是推動我國農業生態學發展的需求動力4、不斷汲取相關學科精華是農業生態學盡快成熟的推動力§1-2-2研究的對象和基本內容對象農業生態系統(agroecosystem）2基本內容（1）農業生態學的基本概念和原理（2）農業生態系統的結構農業生態系統：生物+環境結構：水平結構垂直結構時間結構§1-2-2研究的對象和基本內容（3）研究農業生態系統的功能物流：物質在生態系統循環和利用過程.能流：信息流：價值流：（4）農業生態系統在不同的自然條件和社會條件下所形成的類型，分布及特點（5）農業生態系統發展及演替規律（6）農業生態系統的調節與控制§1-2-3農業生態學的特點（一）理論實用性研究內容與研究成果幫助解決農業生產實際問題，如農業區劃、區域綜合開發和治理、農業資源利用、生態工程建設等多方面都有廣泛應用。（二）學科交叉性

從知識結構上是多學科組成；研究對象是多元的。（三）研究統一性強調適用于不同學科的共同思想和共同語言，強調適用于生態系統不同組分的通用方法。（四）宏觀層次性

宏觀農業層次（農業生態系統）§1-2-4農業生態系統的研究方法1定性描述2常規的調查研究、試驗研究3系統分析法系統分析法：指通過定量研究，用數學的語言來描述不同事物之間的各種聯系和隨時間變化的規律，建立數學模型，進行試驗，模擬農業生態系統的行為，對農業生態系統進行預測，管理和控制，利用系統工程和方法，對農業生態系統進行優化處理。§1-2-5農業生態學的任務總任務研究協調生物與環境的關系，協調農業生態系統內各組成要素的關系，以使實現高生產力，高生產效率，經濟效率和良好的生態效益。當前的任務用農業生態學的原理去解決農業生產過程中全局性問題。長遠任務研究中國傳統農業經驗，及正確分析、對待發達國家的農業，分析和摸索我國如何實現農業現代化。一、系統

的概念與基本特征系統的概念L.V.Bertanlanffy(1922,奧地利科學家):系統是相互聯系的諸要素的綜合體。表示為:S(系統)=R（E）

R：要素間關系E：各要素錢學森：系統是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合而成的、具有特定功能的有機整體。（一）系統的概念

有兩個以上的組份（要素）；各要素間相互聯系、作用、影響，又稱“偶聯”（coupling），即密切聯系，（“耦合”、“協同”、“聯動”、“互作”）；各要素必須以整體方式共同完成一定的功能。系統構成必備條件例如河南農業大學·農學院

（1）系統結構的有序性：各組分是有機結合而成。系統具有邊界和不同層次。（二）系統的基本特征河南農業大學·農學院

（2）系統的整體性：量比關系---指組分間在數量上的比例，它控制著系統的結構。相互作用（空間關系）---指組分間相互關聯的方式，它控制系統功能。河南農業大學·農學院

（3）系統功能的整合性：系統具有其組分或子系統所沒有的功能。

“雙基因型玉米間混作”

減災穩產栽培理論與技術，可顯著提高玉米群體的抗逆性，使玉米在災害發生時穩產性提高50%以上。

單作的鄭單958鄭單958與抗銹病的魯單981間作

水肥耦合系統功能的整合性①總體小于單元和，即1+1<2。例如：農業生產的亂墾亂伐，毀林開荒等。②總體大于單元和，即1+1>2。例如：農業生產的優化種植，退耕還林、退耕還牧等。IRRI研究磷鉀肥對水稻產量的影響實驗結果表明，單增磷肥的增產效果為12.6%，單增鉀肥的增產效果為4.0%，然而磷鉀肥同施的增產效果卻是26.0%，而不是16.6%。Why?組分存在于一定的結構中。結構好壞，效果不同。前者步調不一，協調不好，減少各組分原有的獨立功能；后者步調一致，眾志成誠，加強各組分原有的獨立功能。

W>∈Pi(i=1,2,3…n)來表示，其中W代表整體功能，Pi

表示第i個組分的功能結論：系統的結構決定系統的功能凡系統必有結構，結構決定功能，要改變系統的功能必須改變結構。這是系統論的基本觀點;系統的結構：是指系統內各組分之間的數量比例關系及其相互聯系。生態系統的概念(續）

E.P.Odum：生態系統是指由生境（habitat）和占據該生境并聯結在一起的生命有機體所構成的動態整體。=+生態系統=生物群落（生命系統）+生境（環境系統）生物群落(bioticcommunity)是指生存于特定區域或生境內的各種生物種群的集合體。即群落是由不同種類的生物組成的生物復合體。生物群落=植物群落+動物群落+微生物群落也可以說，一個生態系統中具生命的部分即生物群落。如一片森林、一片草地、一片農田等。

河南農業大學·農學院河南農業大學·農學院2022年11月26日

所謂種群（population）是指占據特定空間與時間的同一物種（或有機體）的集合體。Population來源于拉丁語populus，人類學上稱“人口”，昆蟲學上稱“蟲口”，栽培學上稱“群體”。不是個體的簡單相加：具有系統基本屬性，一個種群不等于個體的簡單相加,有機體之間相互作用，在整體上呈現有組織有結構的特性。個體之間差異性：不同的發育階段(年齡不同)；同一生長階段，個體貢獻不同。個體水平與種群水平的差異：個體有出生、死亡，種群稱為出生率和死亡率。種群內涵：

生物群落與其生存環境之間，以及生物群落內生物種群之間密切聯系、相互作用，通過物質交換、能量轉換和信息傳遞，成為占據一定空間，具有一定結構、執行一定功能的動態平衡整體。能量流動（energyflow）物質循環（nutrientcycle）信息傳遞（informationtransfer）生態系統概念河南農業大學·農學院

三、生態系統組成河南農業大學·農學院2022年11月26日生態系統生物成分非生物環境

生產者（producers）

消費者(consumers)還原者(decomposers)太陽輻射能無機物質有機物質河南農業大學·農學院

生產者（producers）,又稱初級生產者（primaryproducers）光合綠色植物（自養生物）光合細菌：CO2+H2S——（CH2O）+S化學合成細菌：6H2+2O2+CO2—（CH2O）+5H2O兼性生物：如低等藻類

自養型植物，包括所有進行光合作用的綠色植物和化能合成細菌。綠色植物利用日光作為能源，通過光合作用將吸收的水、CO2和無機鹽類合成初級產品——碳水化合物，可進一步合成脂肪和蛋白質。這些有機物成為地球上包括人類在內的一切生物的食物來源。河南農業大學·農學院2022年11月26日生物圈中的綠色植物

綠色植物是生物圈中作用最大的一類生物，它對生物圈的存在和發展起著決定性作用。綠色植物通過它的生命活動直接或間接地為其它生物提供食物和能量，并對維持生物圈中的碳氧平衡和水循環發揮著重要作用。

光合作用河南農業大學·農學院

消費者（consumers）

指除了微生物以外的異養生物，主要指依賴初級生產者為生的各種動物。河南農業大學·農學院2022年11月26日1.食草動物：以植物為食的動物，為一級消費者。2.食肉動物：以動物為食的動物。第一級肉食動物：以食草動物為食的動物，為二級消費者。第二級肉食動物：以一級食肉動物為食的動物，為三級消費者。第三級肉食動物（頂部肉食動物）：四級消費者3.寄生者如：蛔蟲、線蟲、菟絲子、血吸蟲4.雜食類消費者如：熊、鯉魚、刺猬河南農業大學·農學院

分解者（decomposers）

主要是指以動植物殘體為生的異養微生物。一是包括真菌、細菌、放線菌，又稱“小分解者”；二是包括一些原生動物和腐食性動物，又稱之腐養者（Saprotrophs）或“大分解者”。有機物能量分解過程包括下面三種過程①有氧呼吸：C6H12O2+6O26CO2+6H2O＋能量②無氧呼吸：釋放CH4和H2S③發酵（不完全呼吸）：釋放醇、有機酸等。分解過程劃分為三個階段：①由于物理的或生物的作用，把尸體分解為顆粒狀的碎屑；②由于腐生生物的作用，形成腐殖酸和其它可溶性有機物；③腐殖酸緩慢地礦化河南農業大學·農學院2022年11月26日酶河南農業大學·農學院

非生物組分（環境組分）太陽輻射（solarradiation）太陽的直射輻射和散射輻射，它是生態系統的主要能源；太陽輻射能經自養生物的光合作用被轉化為有機物中的化學潛能。同時太陽輻射也為生態系統中的生物創造生存所需的溫熱條件。無機物質（inorganicsubstance）生態系統環境中的無機物質，一部分來自大氣的氧、二氧化碳、氮、水及其它物質；另一部分來自土壤中的氮、磷、鉀、鈣、硫、鎂、水、氧和二氧化碳。有機物質（organicsubstance）生態系統環境中的有機物質，主要是來源于動物殘體、根系分泌物。它們是聯接生物與非生物部分的物質，如蛋白質、糖類、脂類和腐殖質等。土壤（soil）作為一個生態系統的特殊環境組分，是無機物和有機物的貯藏多生物的直接或間接棲息場所。河南農業大學·農學院2022年11月26日生物組分與非生物組分間的相互關系物種多樣性的定義物種多樣性是指動物、植物、微生物等生物種類的豐富程度。物種多樣性包括兩個方面：其一是指一定區域內的物種豐富程度，可稱為區域物種多樣性；其二是指生態學方面的物種分布的均勻程度，可稱為生態多樣性或群落物種多樣性。四、生態系統的結構

物種結構（組分結構）:生物種群（類群）及比例

多樣性指數(diversityindex)

多樣性指數是豐富度和均性的綜合指標。

(1)辛普森多樣性指數屬于種i的個體在全部個體中的比例多樣性指數辛普森多樣性指數對稀有種起作用較少而對普通種則作用較大，其閾值由低多樣化（0）到高多樣化（1－1/s），這里S是種類數目。(2)香農-威納指數屬于種i的個體在全部個體中的比例第i個物種多樣性指數H’為采集的信息含量（比特/個體）H’值越大，則未確定的信息量也越大，H’=0，則群落中確定信息大。它適用于大群落中隨即采樣且物種數已知的情況。四、生態系統的結構垂直結構：生物按高度或深度的垂直配置，即形成了成層現象，保證了各物種在單位空間中更充分利用環境資源。成層現象，從陸生植物群落來說，包括地上部分和地下部分。決定地上部分分層的環境因素，主要是光照、溫度和濕度條件；而決定地下分層的主要因素，是土壤的物理和化學性質，特別是水分和養分。成層現象是植物群落與環境條件間相互關系的一種特殊形式。

隨海拔高度的增加，地形地勢、熱量和水分等環境因子條件會發生變化，相應物種的分布也會受到影響。如：縱貫我國中部的秦嶺山脈，陰擋了來自北方的冷空氣，使秦嶺以南和以北的植物群落迥然不同。嶺南：亞熱帶常綠闊葉林區。如圖嶺北：溫帶落葉闊葉林區。如圖環境梯度與群落垂直地帶性分布

群落的分布往往受環境梯度的制約，表現出明顯的垂直地帶性。

水平結構

群落內由于環境因素在不同地點上的不均勻性和生物本身特性的差異，而在水平方向上分化形成不同的生物小型組合，稱為群落的水平結構。

如：森林中蔭蔽的地塊生長耐陰植物，明亮的空地生長喜光植物。

造成群落不同水平分布型的原因，主要是群落所處地段的環境因子分布的不均勻、物種的生殖特點、種間相互關系作用及種的分工合作程度等。群落的水平結構有利于相繼利用不同時段的自然條件，使生態系統獲得較大的生產力。？環境梯度與群落緯度地帶性分布緯度地帶性（主要受溫度梯度的影響）北半球歐亞大陸從南到北，隨著緯度增加，熱量減少，形成了以熱量為主的環境地帶性分布，從南到北植被類型依次是：熱帶雨林—季雨林—常綠闊葉林—落葉闊葉林—針葉林—草原與荒漠。經度地帶性（主要受水分梯度的影)如：我國從東到西因距海遠近造成水分的差異。相應分布著濕潤森林——半干旱草原——干旱荒漠等不同的植被類型。時間結構是因自然環境因素的時間節律所引起的物種在時間結構上的相應周期變化。又稱時相或季相。周期性是群落適應環境的一種必然的表現形式。受有明顯時間節律(如晝夜節律、季節節律)的光、溫度和濕度等環境因子的影響，群落的組成與結構隨時間序列發生有規律的變化，其外在表現就是季相的更替。群落中動物組成，不僅具有與植物同步的四季變更，更有明顯的晝夜節律。如：昆蟲：不同物種晝夜活動的行為有顯著差異，呈現一定的時間特征。

群落演替定義：隨著時間的推移，群落中一些物種消失，另一些物種侵入，出現群落與環境向著一定方向、有順序的發展變化。簡言之，就是舊的群落被新的群落所取代的過程。其標志是群落在組成種類上發生質的變化，即優勢種或全部種類的改變。優勢種（dominantspecies）：對群落的結構和群落環境的形成有明顯控制作用的植物。優勢種的確定主要依靠其在群落中的地位與作用。群落交錯區鑲嵌結構：群落交錯區和邊緣效應

群落交錯區：不同群落的交界區域，或兩類環境相接觸部分，即通常所說的結合部位。邊緣效應：在群落交錯區內，單位面積內的生物種類和種群密度較之相鄰群落有所增加。形成邊緣效應需要的條件：1.兩個群落各自具有一定面積，2.兩個群落的滲透力應大致相似，造成相對穩定的過渡帶，3.兩個群落具有適應交錯區的生物類群。邊緣種：發育較好的群落交錯區，其生物包括相鄰兩個群落的共有物種以及群落交錯區特有的物種河南農業大學·農學院

四、生態系統的結構

營養結構：食物網、食物鏈

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五、生態系統的功能

能量流動：生產者→消費者→分解者

物質循環：生物←→環境

信息傳遞：包括物理信息、化學信息、營養信息和行為信息等，使系統稱為一個整體，具有調節系統穩定性的功能。能量流動的模式生產者ⅠⅡⅢ分解者消費者呼吸生產者呼吸分解者呼吸入射日光能五、生態系統的功能物質循環的模式環境大氣水域土壤植物草食動物肉食動物分解者物質分解河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日六、生態系統的類型（一）根據環境特性劃分自然生態系統半自然生態系統人工生態系統（二）根據人類活動對生態系統干預程度，生態系統一般被分為：河南農業大學·農學院

(三)從物理角度●隔離系統：邊界能阻止任何物質和能量的輸入和輸出●封閉系統：邊界只能阻止系統與周圍環境之間的物質交換，卻允許能量的出入。●開放生態系統：邊界開放，同時允許物質和能量與系統周圍的環境進行交換。作為一個生態系統宇宙飛行器模式河南農業大學·農學院

§2-2農業生態系統一、農業生態系統的概念1.定義農業生態系統：是人們利用農業生物與非生物環境之間相互作用，以及生物種群之間的相互作用，通過建立合理的生態系統結構和高效的生態機能進行物質循環和能量轉化，并按人類理想進行物質生產的綜合體系。2.性質（1）以農業生物為主（2）受人類調控（3）以農業生產為目的河南農業大學·農學院2022年11月26日3、農業生態系統類型生產項目農田生態系統林業生態系統漁業生態系統牧業生態系統農牧生態系統林牧生態系統農林生態系統等旱地生態系統低洼地生態系統庭院生態系統等刀耕火種生態系統傳統農業生態系統石油農業生態系統位置農業生產方式河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日（一）生物組分1.目的生物：農、林、牧、副、漁2.伴生生物：病、蟲、雜草3.人類：作為消費者和調節者二、農業生態系統的組成河南農業大學·農學院

（二）環境1.自然環境（1）太陽輻射（2）大氣圈

（3）水圈（4）土壤巖石圈2.人工環境（1）人工影響環境：水庫、防護林、水源林（2）人工建造環境：

A.無土栽培環境B.大棚溫室環境C.集約化養殖環境三、農業生態系統的基本結構

三、農業生態系統的基本結構

組分結構：componentstructure生物組分：指農、林、牧、漁、副（加工）各業之間的量比關系，以及各業內部的物種組成及量比關系。-------定量描述指標：各業用地面積占總土地面積的比例，或各業產值占總產值的比例，各業產出的生物能量占系統生物能總產出量的比例，各業蛋白質生產量占系統蛋白質生產總量的比例來表示。環境組分：水庫、堤圍、排灌系統、梯田、防護林體系、塘抬田、平整土地、房舍、造溫室等。

三、農業生態系統的基本結構

時空結構：spacestructureandtemporalstructure

時間結構：農業生物類群在時間上的分布與發展演替，隨著地球自轉和公轉，環境因子呈現晝夜和季節變化，農業生態系統中農業生物經過長期適應和人工選擇，表現出明顯的時相差異和季節適應性。水平結構：一定區域內，各種農業生物類群在水平空間上的組合與分布（農業景觀結構）。垂直結構：農業生物類群在同一土地單元內，垂直空間上的組合與分布角。

垂直結構在生產實踐及環保上的應用

（1）農業生產中的間作、套種等立體種植，就是人們模擬天然植物群落的成層性，在生產實踐中的一種創造性的應用。意義：充分利用空間，提高單位空間的生物量，提高經濟效益。（3）形成綠色屏障：在公路旁、車間周圍按喬木、次喬木、灌木、草本種植形成一個天然的綠色屏障。意義：吸污、滯塵、防噪聲（2）池塘混養：通過混養，既減少了對資源的競爭，又擴大了資源利用范圍，提高魚類群落的代謝功能，增加生產力，充分利用不同水層的空間和條件來獲得高產。三、農業生態系統的基本結構

一、自由農作圈二、農作圈三、輪作農業圈四、谷物農作圈五、三圃式農作圈六、畜牧圈七、自然區域

1）生產集約度理論：越靠近中心城鎮，生產集約度越高。

2）生產結構理論：易腐爛變質、不耐貯存和單位重量價格低的農產品在靠近城市的區域生產，反之亦然。

稻-棉-綠肥三、農業生態系統的基本結構

許多藥用植物喜陰涼、濕潤的環境：黃連、魔芋、天麻、三七、胡椒、肉桂、咖啡、可可、芍藥、貝母、板藍根、天南星、金銀花、人參、桔梗等。

茶樹-橡膠間作果-藥間作稻鴨共生系統（1）在不同的生境中因地制宜選擇合適的物種，宜農則農，宜林則林，宜牧則牧。（2）在同一生境中配置最佳的種植密度和飼養量，并通過飼養、栽培手段控制密度的發展。農業生產中的農、林、牧、漁以及各業內部的面積比例及其格局是農業生態系統的水平結構。控制農業生物群落的水平結構有兩種基本方式：三、農業生態系統的基本結構

營養結構：trophicstructure

秸稈多級利用：秸稈-----培養食用菌------菌渣作畜禽飼料-----養雞-------雞糞下沼氣-------沼氣渣培養食用菌------廢料施于農田雞糞多級利用：雞糞喂豬，豬糞養蠅蛆，蠅蛆作飼料喂雞，剩余豬、雞糞回到農田循環利用。

農業景觀中不同交錯帶（ecotone）(1)城鄉交錯帶;（2）干濕交錯帶;（3）農牧交錯帶;(4)水陸交錯帶;（5）群落交錯帶。充分開發這些邊緣地帶，可以形成：（1）城郊農業；(2)基塘系統和灘涂養殖；（3）農戶庭院經濟。鑲嵌結構四、農業生態系統的基本功能

☉能量流☉物質流☉信息流☉價值流valueflow河南農業大學·農學院

五、農業生態系統區別于自然生態系統的特點1、發展方向

自然生態系統的發展是定向的，其目的是為了獲得最大的“保護”或“保持”，對群落本身是有利的，但并不一定符合人類的需要。農業生態系統為滿足人類社會生活的各種需求，一般要求停留在高草群落階段。河南農業大學·農學院2022年11月26日河南農業大學·農學院

2、系統組分構成自然生態系統的生物是通過遷移過程由生態系統自身的選擇決定的，對不良環境條件具有較大的抗逆性。其環境為自然環境。農業生態系統中占優勢的生物是經過人工選育，常常具有較高的經濟價值和較低的抗逆性，為了正常生活必須人為培管。其它動、植物通常都要予以抑制以至徹底消滅的。內在反饋機制受到削弱，系統的穩定性明顯降低。從而使農業生態系統具有較高的凈生產量和較高的光能利用率。在環境組分中，多了人工環境組分，各種自然環境如氣體、水體、土體也受到人類活動的強烈影響。河南農業大學·農學院2022年11月26日河南農業大學·農學院

3、開放性自然生態系統中生產者生產的有機物質幾乎全部保留在系統內，許多化學元素基本上可以在系統內部取得循環平衡，是一個自給自足的系統。農業生態系統，為滿足社會日益增長的需要，須對城市、工礦等提供大量的商品食物和工業原料。大量農畜產品輸出，使營養元素離開系統。生態系統的結構狀態不同，對營養元素的回收和保持能力也不同。與農畜產品大量輸出的同時，必須有相應的物質輸入，以維持生態系統的養分平衡。還必須投入較多的輔助能量，如化肥、農藥、機械的使用，以及排灌、收獲、貯藏、加工、耕耘、播種、中耕、防治病蟲等各種機械操作，都需要消耗能量。河南農業大學·農學院2022年11月26日河南農業大學·農學院

4、系統調控：農業是人類社會的一種生產活動，不但受到自然規律的制約，經濟因素是農業生態系統中不要缺少的重要環節。農業技術的實施必須有勞力和資金的投入。農業生產是實際上是一個農業生態經濟系統。任何農業系統的決策與實施都必須考慮到生態、技術、經濟和社會四個重要方面的相互影響與制約。河南農業大學·農學院2022年11月26日

一、物質流及其特點（一）重要性

1.形成生物體的必需原料

2.生物進行生理生化活動的基礎

3.能量流動的載體（二）特點

1.物質是循環的

2.物質是多種多樣的

3.物質是由元素組成（三）物質元素的分類

1.能量元素：C、H、O、N2.大量元素：Ca、Mg、P、K、Na、S3.微量元素：Cu、Zn、B、Mn、Mo、Al、F、I、Si、Cl二、生物地球化學循環（Biogeochemicalcycles）（一）概念各種化學元素，包括原生質中必不可少的營養物質，在生態系統乃至生物圈里，沿著特定的途徑從周圍環境到生物體，再從生物體到環境，不斷地進行流動和循環，這些不同的循環途徑就構成了生物地球化學循環。二、生物地球化學循環（Biogeochemicalcycles）（二）類型1．根據物質循環的范圍、路線和周期不同，可分為：（1）地質大循環（2）生物小循環2．根據物質在五大自然庫的庫存量的主次、大小和固定的時間長短，可分為：（1）氣相型循環（2）沉積型循環地質大循環定義：物質和元素經生物體的吸收作用，從環境進入有機體內，然后生物以死體、殘體、排泄物等形式返回環境，進入五大自然圈的循環。五大自然圈大氣圈水圈土壤圈巖石圈生物圈特點：時間長、范圍廣，影響面廣，具有全球性質，是閉合性循環。(幾百年、幾千年、幾百萬年，甚至上億年)，如：①大氣中的CO2通過生物圈的光合和呼吸作用約400年循環一次。②O2通過生物代謝，約2000年循環一次。③水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通過生物圈的吸收、排泄、蒸騰，每當200萬年才循環一次。④至于由巖石土壤圈風化出的礦物元素循環一次則需要更長的時間，甚至要經過幾億年。

地質大循環生物小循環定義：是指環境中元素經生物體吸收，在生命系統中被相繼利用，然后經分解者分解成無機態進入環境，再次為生產者吸收利用。特點：在一個系統內進行，范圍小、時間短、速度快，是開放式的循環。氣相型循環其貯存庫在大氣中。元素或化合物可以轉化為氣體形式，通過大氣進行擴散，彌漫于陸地或海洋上，在很短時間內又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大氣儲存庫，對于干擾可相當快地進行自我調節。從全球意義上看，這類循環是比較完全的循環。沉積型循環

許多礦物元素其貯存庫在地殼里，經過自然界風化和人類的開采冶煉，從陸地巖石中釋放出來，為植物所吸收，參與生命物質的形成，并沿食物鏈轉移。然后動植物殘體或排泄物經微生物的分解作用，將元素返回環境。除一部分保留在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉積物狀態隨流水進入江河，匯入海洋，經過沉降、淀積和成巖作用變成巖石，當巖石被抬升并遭受風化作用時，該循環才算完成。三、物質循環的庫與流（一）庫（pool）生態系統中能量和物質在運動過程中被暫時固定、貯存的場所，稱為庫。生態系統的各組分都是物質循環的庫。農業生態系統中主要有植物庫（農作物、蔬菜、果樹、林木、牧草等），動物庫（畜、禽，蟲等）土壤庫、大氣庫和水體庫。物質循環的庫在生物地球化學循環可分為兩大類：貯存庫：（Reservoirpool）容積大，活動緩慢一般為非生物環境庫。交換庫：（Exchangepool）容積小，與外界進行物質交換比較活躍，一般為生物成分。三、物質循環的庫與流（二）流（flow）與環（cycle）

物質在庫與庫之間的轉移運動狀態稱為流。沒有庫，環境資源不能被吸收、固定、轉化為各種產物；沒有流，庫與庫之間不能聯系、溝通，則物質循環短路，生命無以維持，生態系統必將瓦解。有庫流構成了物質循環的環。庫流構成了物質循環的環。流庫環四、物質流動的特征（一）生物量或現存量：生產量+減少量（二）周轉率與周轉期：周轉率（R）＝FI（流入量）／S=F0（流出量）／S（庫存總量）周轉期（T）＝1／周轉率＝1／R（三）循環效率：當生態系統中某一組分的庫存物質，一部分或全部流出，參與系統的物質循環，并最終返回該組分時，系統內發生了物質循環。循環物質（Fc）占總輸入物質（FI）的比例，稱為物質的循環效率（EC）。

Ec

＝Fc／FI第二節

幾種主要物質的生物地化循環一、碳循環二、氮循環三、磷循環四、鉀循環五、水循環一、碳循環1、概況CCycle是所有養分循環中最簡單的一種，但對生命的意義卻是十分重要的。C是有機物的基本成分，占干重的49％。C的來源是CO20.14％為CO2

無機態占大部分地殼沉積物中地球上總碳量為

261015噸化石64％：煤、石油、碳有機態有機殘體占42％：土壤和占0.15％水中生物體成分占4％四種碳循環途徑3.農業生態系統的碳素循環植物土壤有機物殘體

微生物動物燃燒光合作用其它輸入飼料、燃料、肥料呼吸、產品移出系統農業生態系統碳循環模式（2）溫室效應溫室效應（Greenhouseeffects

）：大氣中對長波輻射具有屏蔽作用的溫室氣體濃度增加使較多的輻射能被截留在地球表層而導致溫度上升。溫室氣體：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物(CFCs)、氫氟碳化物(HFCs)等溫室效應對農業生態系統的影響及減緩主要措施引起種植制度的變化：即作物種植制度界限的位移，作物種植季節的變動，作物及品種類型重組。作物播期推遲，河南推廣半冬性小麥品種。從經濟角度看，影響作物產量和成本，影響農產品的價格和產量效益。減緩主要措施：植樹造林限制二氧化碳排放積極尋找新能源作物合理栽培與管理新技術應用：低碳生物技術產品（微生物菌肥）、緩/控釋肥1、生物圈中的N循環

單位106公噸(Delwiche,1970）大氣3800000

陸地有機體772其中活有機體12死有機體760非有機體140地殼14000000海洋水（溶解）20000海洋有機體901活有機體1死有機體900非有機體100沉積物4000000陸地海洋總有機體=1673總非有機體=21820240二、氮循環TheNitrogenCycle生物圈中氮的循環途徑

氨化作用：由氨化細菌和真菌的作用將有機氮分解成為氨和氨化合物，氨溶水成為NH4+，為植物利用。硝化作用：在通氣良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。反硝化作用：反硝化細菌將亞硝酸鹽轉變成大氣氮，回到大氣庫中。自然生態系統氮素循環示意圖植物殘體動物生物固定燃燒工業固定施肥產品微生物土壤淋溶、流失水蝕、風蝕反硝化飼料添加劑2、農業生態系統N循環模式大氣固定生物固定3、農業生態系統中N循環及調控1.輸入：三個來源即生物固氮、大氣固氮、工業固氮2.輸出：有機體燃燒、產品輸出、反硝化作用、淋溶流失和揮發3.調控：（1）充分發揮生物固氮的作用（2）發展工業固氮（3）使動、植物殘體及排泄物盡量還田（4）控制土壤中N的非生產性消耗（5）科學使用氮肥、新型氮肥應用和管理技術：新型高效緩控施肥、硝化抑制劑三、P循環1、地質大循環海洋陸地生物4.0310沉積物27000000生物63074可開采P礦資源10000每年100-200萬噸0.61400萬噸磷酸鹽10萬噸磷酸鹽地殼8×109G.W.Cox海水400003、農業中P的循環與利用P肥在農業中的循環特點：儲存庫小，只包括土壤、磷礦、和水域。進入循環速度慢、數量小。土壤中含P量高，但大都呈不溶解態。在農業生產中，應注意以下幾個方面：開發新的P礦資源。重視多條途徑，實現P的再循環，尤其是有機途徑。提高肥效，節約P肥，減少流失。注意P肥使用中的環境污染問題。P肥中含有重金屬和放射性物質。四、鉀循環地球上鉀循環五、水循環

降水99×103降水324×103蒸發62×

103蒸發361×103徑流37

×10337×103大氣0.013×106Km3陸地生物中水0.6

×103海洋1350×1061.生物圈中的水循環2、地球上總水量分布數量%地表水淡水湖94×1030.009鹽湖內海75×1030.008流水0.9×1030.0001地下水土壤水50×1030.005800米地下水3000×1030.31更深地下水3000×1030.31冰川29×1062.15大氣9（13）×1030.001海洋980（1350）×10697合計15億Km3項目占%項目占%極地、冰蓋、冰山、冰川77.23江河淡水0.003地表～800米深地下水9.86地球礦物0.001800～4000米地下水12.35動植物和人體0.003土壤水0.17大氣0.04淡水湖泊0.35合計100（1）地球上咸水多、淡水少、分布不均。全球水量15億Km3，海洋占97%，淡水占3%。（2）淡水中，固態水多，液態水少，能直接利用的少。淡水中，3/4為固態水，分布在兩極的冰川。1/4為液態水，其中多為地下水，地下水中只有1%能為植物根系利用。（3）水是可再生資源。通過循環補給，海水、污水均可經過處理再生，還可以造林攔蓄、人工降雨。3.農業生態系統水循環農業生態系統

降水徑流水地下水種子、有機肥等蒸發蒸騰地表徑流產品輸出農業生態系統水分循環模式4、中國水資源及其利用水資源總量多，人均資源少：全年降水628㎜，2.8×1012立方米，世界第6位。每耕畝土地1700立方米，相當于世界平均2/3，人均2600立方米，相當于世界人均的1/4，列世界第88位，已被列為世界貧水國之一。人均水資源m3大于100005000～100001000～5000小于1000等級上中低很低時間分布不均：50～70%集中在夏季。地區分布不均：南多北少。地區耕地億人口億人均耕地畝人均水量m3耕畝水量m3人均灌溉面積畝糧食單產㎏糧食總產億㎏南方（中南、華南）6.176.0511500～26001400～23000.8230～2602423北方（華北、|東北）4.872.182.41500～1600270～5300.5～1.0100～2008333、水循環失衡。

4、用水效率低，工農業用水矛盾大。

5、水資源受污染日益嚴重。項目總用水量農業用水工業用水城鎮生活農村人畜其它數（全國）量（山東）4433330381127529226552.814011.613515%（全國）

（山東）85.983.26.67.891.20.863.23.513.14.5以色列灌溉水分利用效率水效益全國主要季節干旱地區分布示意圖

全國缺水城市供需水現狀示意圖

世界的水資源危機美國干旱西部土壤龜裂健康何以保證？5、建立生態系統的良好水分循環合理分配水資源改善干旱地區的水循環條件建設節水型社會防治水體污染開發新的水資源第三節農業生態系統養分循環與平衡一、農業生態系統物質循環的一般模式二、農業生態系統養分的輸入、輸出與平衡三、調節農田養分循環的途徑四、農業生態系統物流分析一、農業生態系統物質循環的一般模式

M.J.Frisse,1976年植物庫燃燒呼吸收獲吸收種子幼苗動物庫飼料等土壤庫遺留、種子生物固氮吸收流失淋溶揮發呼吸飼料墊土殘體排泄物產品呼吸氨化肥料灌溉二、農業生態系統養分的輸入、輸出與平衡

（一）循環的特點1．非閉合的生態系統。產品大部分作為商品輸出系統，系統內的養分隨之離開系統。輸出產品越多，被帶走的養分也越多。向系統內歸還各種有機質和施入大量的化學肥料，方能維持系統的養分相對平衡。有大量養分隨產品離開系統，又必須通過人類生產活動輸入養分才能維持平衡，這正是農業生態系統與自然生態系統的區別。（一）循環的特點2.不同農業生態系統其封閉程度不同：古代原始農業：①生產力低，0.2人／公頃②自給自足，養分循環封閉程度高，基本維持自我平衡傳統農業①生產力高，8.4人、4豬、2羊、14只禽兔／公頃②封閉程度低于原始農業，但基本屬于自給性的.現代農業①開放程度大，生產力和商品率高，供養人口多②缺乏自我維持平衡的能力，要靠大量投投入物質才能彌補因輸出產品帶走的養分，維持系統的平衡。（二）農田養分的輸入與輸出輸入施用化肥、有機肥降水和灌溉水就氮素而言還有大氣的生物固氮輸出收獲物的養分輸出淋失――滲漏到活動層下及側向滲透到系統水平邊界外（29.9％）流失：地表徑流和侵蝕作用

N還有反硝化及NH4的揮發（三）農業生態系統的養分平衡1．農業生態系統的養分平衡（輸入／輸出量）＞2，說明效率低

1－2，平衡實際上還有些難以估計的輸出＜1，養分入不敷出，消耗地力，即使短期內可以維持產量；長此以往必將降低系統穩定性。（四）農業生態系統的養分平衡2．我國農田養分平衡中主要問題1、作物秸稈無謂焚燒未能正常還田。目前我國不少農區大約有60％以上的物質被移出系統，使農業生態中的腐生食物鏈受到嚴重影響→有機質含量↓→土壤肥力↓→抗旱力減弱→農作物產量不高。

2、水土流失是我國農田養分不平衡的又一重要原因。3、豆科作物和綠肥牧草的大幅度減少。4、農田物質投入不足，氮、磷、鉀比例失調。5、土壤養分平衡狀況區域間差異懸殊。三、調節農田養分循環的途徑（一）合理搭配種植歸還率高的作物：如花生、大豆、綠肥、油菜。總歸還自然歸還：根茬、落花、落葉等有機質理論歸還：可以歸但不一定歸還的養分：莢殼、莖桿從有機質及營養元素的理論總歸還率來看：油菜為少取多還作物水稻為半取半還作物（二）實行合理輪作在種植制度中安排綠肥或綠肥主作間套作，組成合理的輪作體系統，有利于維持農田土壤養分平衡，恢復或提高地力，從而增產增收。（三）建立良性循環體系實行農、林、牧結合，發展沼氣解決農村能源問題，增加糞肥，擴大物質循環。三、調節農田養分循環的途徑四、農業生態系統物流分析（1）確定研究對象和系統邊界。（2）確定系統的組成成分及相互關系。（3）搜集資料，確定各種實物的流量與輸入輸出量。①直接從有關統計資料中得到。②到實地進行調查獲取資料。③間接估算，利用他人的成果。（4）將各種實物流量標在能流圖上，繪出物流圖。（5）結果分析與評價：各種物質輸入、輸出量、產投比值及個分量盈虧；對比較好生態系統（或對照）進行評價。農業生態系統中養分的主要輸出項與輸入項河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日第一節能量轉移及其有關概念

一、能量的基本概念1、能量——做功的能力。潛能：是存在于有機體中的化學結合能，是一種靜態的能量，具有作功的能力。在農業生態系統中，潛能是通過食物鏈的關系在生產者、消費者、分解者等有機體之間進行流動和傳遞的。動能：是物體本身具有的能量，包括熱能和輻射能，可在物體之間傳遞，并可轉化為潛能。能量值的表示：卡或千卡。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日2、生態系統中能量與生物體有關的幾種能量形式：輻射能、機械能、化學能、熱能生態系統中能量的主要形式：日光能、化學能、熱能和動能等。在生態系統中，能主要指的是系統內以有機物質形式存在的化學能，生態系統的能量流動與轉化也主要指這些有機物質的能量在生物體之間的傳遞和轉化情況。河南農業大學·農學院

3、農業生態系統中能量(1)自然能源，這包括太陽能，水力，風力，地熱能和重力能，這些能源是取之不盡。

(2)二級能源，主要包括①非化石的合機物如木材、秸稈、有機廢物所提供的生物能；②人力及畜。

(3)礦物燃料能源，如煤，天然氣、石油等不可再生的能源。

(4)核能。河南農業大學·農學院

能源分類河南農業大學·農學院

柯克斯（1984）將現代農業的輔助能投入，劃分為四種類型

施肥、澆水等資源性投入；農業機械和工程等設施性投入；引進新品種和新的作物、畜禽等基因性投入；農藥防治、醫療技術等保護性投入。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日二、能量（energy）的來源（1）太陽能(solarenergy)－－90%以上。

紫外線（7%）：能提高植物組織中蛋白質及纖維素含量；紅外線（43%）：產生熱效應，形成生物生存的熱量環境；可見光（50%）：除綠光外，其它均是綠色植物光合作用的生理輻射；（2）輔助能（auxiliaryenergy）：

除太陽能之外，生態系統接收的其它形式的能量統稱為輔助能。輔助能自然輔助能

風能、潮汐能、地熱能、水流能、降雨能。人工輔助能生物輔助能來自生物有機體的能量。工業輔助能來源于工業能量的投入。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日三、生態系統的營養結構（一）能量轉換的途徑，或稱能量流動的渠道——食物鏈(foodchains)1、定義：生態系統中，來源于植物的食物能通過一系列吃與被吃的關系，把生物緊密的聯系起來，形成以食物營養為中心的鏈索關系即食物鏈

。2、食物鏈的類型：①捕食食物鏈(放牧食物鏈)以活的動植物為起點的食物鏈，如草食動物、各級食肉動物。構成是：植物→植食性動物→肉食性動物。

牧草→羊、牛→狼，植物→害蟲→天敵。植物食草動物食肉動物例如：青草野兔狐貍狼藻類甲殼類小魚大魚（2）碎食性食物鏈碎食物碎食物消費者小肉食動物大肉食動物樹葉碎片蝦（蟹）魚食魚的鳥（3）寄生性食物鏈：由宿主和寄生物構成。它以大型動物為食物鏈的起點，繼之以小型動物、微型動物、細菌和病毒。后者與前者是寄生性關系。哺乳類或鳥類跳蚤螨細菌（4）腐食性食物鏈（腐生食物鏈）腐爛的動植物殘體細菌原生動物指以死有機物質為基礎，從腐生物開始的食物鏈。森林是以腐生食物鏈為優勢的生態系統。在森林中，有90%的凈生產是被腐生生物所分解消耗的。大豆→菟絲子

棉籽殼、稻草→蘑菇，秸稈、糞便等有機物質→沼氣

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河南農業大學·農學院2022年11月26日3、生態系統中各類食物鏈的特征在同一個食物鏈中，常包含有食性和其它生活習性極不相同的多種生物。在同一個生態系統中，可能有多條食物鏈，它們的長短不同，營養級數目不等。在任一生態系統中，各類食物鏈總是協同起作用。在不同的生態系統中，各類食物鏈的比重不同.草原生態系統：腐生食物鏈占生產有機物的70%森林生態系統：腐生食物鏈占生產有機物的90%農田生態系統：腐生食物鏈占生產有機物的20—30%河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日（二）食物網(foodwebs)1、食物網：生物之間的捕食和被食的關系不是簡單的一條鏈，而是錯綜復雜的相互依賴的網狀結構，即食物網。食物網不僅維持著生態系統的相對平衡，并推動著生物的進化，成為自然界發展演變的動力。2、營養結構：以營養為紐帶，把生物與環境、生物與生物緊密聯系起來的結構，稱為生態系統的營養結構。河南農業大學·農學院

3、食物鏈的生物放大作用（富集，濃縮）概念：在生態系統中，一些有毒物質進入生物體后難以分解或排出，使其體內這些物質的濃度超過環境中的濃度生物濃縮（bioconceritration，或稱生物富集（biologicalenrichment）。一些有毒物質沿食物鏈從低營養級生物到高營養級生物傳遞，使處于高營養級生物體內的這些物質的濃度極為顯著提高，這種現象稱為生物放大（Boimagnification）。河南農業大學·農學院

農藥在自然界中的轉移

4、食物鏈和食物網的意義食物鏈是生態系統營養結構的形象體現；生態系統中能量流動和物質循環正是沿著食物鏈和食物網進行的；生態系統營養結構與生態系統的穩定性：生態系統抵抗外界干擾、自動修復的能力稱為生態系統的穩定性。影響穩定性的因素有很多，如生物的適應性、外界干擾的程度營養結構等。營養結構復雜、食物網復雜的生態系統，穩定性強。食物鏈和食物網還揭示了環境中有毒污染物轉移、積累的原理和規律。一方面，毒物可以通過食物鏈到達人體，引起毒害；另一方面，毒物可通過食物鏈逐級富集，增強毒害，又可以通過食物鏈解毒。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日（三）食物鏈加環結構

農業生態系統不僅要求系統穩定，還要求能量轉化效率高，才能獲得較多的生物產品，以提高系統生產力。根據能量流動與物質循環的一般規律，在原有食物鏈中通過引入新的鏈環（增加生產環、引入轉化環、引入抑制環），從而延長或完善食物鏈組合，增加第二、第三級產品，并使有害的鏈環受到抑制，提高系統的生產力（農副產品利用和轉化率提高）與穩定性。

食物鏈加環類型生產環增益環減耗環復合環加工環河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日生產環在原有食物鏈中加入一個或幾個新的環節能夠將非經濟產品轉化為經濟產品，這種新的食物鏈環節稱為生產環。

一般生產環：低價值、低能量、以往稱為廢棄物的資源→高價值與高效用的經濟產品。如以秸稈、餅粕、部分糧食為飼料，飼養牛、馬、豬、羊等。

高效生產環：在蜜源植物開花之際進行人工放蜂，利用蜜蜂特殊的吸收、消化和釀制本領，生產出價值比較高的經濟產品如蜂蜜、蜂乳、蜂膠等，同時由于蜜蜂的授粉作用，使許多農作物和果樹提高授粉率，增加產量。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日增益環

本身轉化產品并不能直接為人類需求，而是加大了生產環的效益，稱為增益環。蛋、肉飼料農田蠅蛆豬雞雞糞剩余雞糞豬糞剩余豬糞肉蛋白飼料增益：每只雞每天喂10g蠅蛆，可使產蛋率提高10.1%，每生產1kg雞蛋可節省飼料0.4kg。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日減耗環農田中人工引進蚜蟲天敵；林間人工放養和招引林木害蟲天敵；通過引入一個新的環節或增大一個已有的環節，從而減少生產耗損，增加系統生產力。生物防治中常用。可以取得成本低而又不會造成環境污染的最佳效益。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日復合環

是指具有兩種以上功能的環節。復合環的加入把幾個食物鏈串聯在一起，增加系統產出，提高系統效能。

可減緩農村燃料的短缺，改善土壤的結構和提高土壤肥力，增加系統生產力，提高產品的品質，增加生物多樣性，減少病蟲害，減少環境污染。

飼料沼氣池果園雞豬飼料化肥雞肉、蛋豬肉系統邊界果實沼氣系統邊界雜草等沼液等糞便蟲草糞便雞糞糞便雜草河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日加工環農業生產中常常忽略了農副產品的加工增值方面，致使農業生產效益較低。農副產品加工是農業生產過程中的一個很重要的組成部分，是農業生態系統中能量流動合理導向的重要環節，在農業生態系統具有重要的作用。通過連上加工這一環節，可減少農業生態系統物質和能量的損失，減少系統外有機物質的富集，提高農產品的效益。加工環有3種類型。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日加工環傳統加工型：

將農副產品加工成半成品或成品出售。如利用低價值材料（竹類、麥秸、枝條、白蠟條等）編織成籃、籮、席、包裝箱等。多次加工型：

將初次加工利用后的剩余物進行二次、三次利用。農工商結合型:

農業、加工業、銷售緊密結合成一體。

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（四）食物鏈解列(解鏈)概念和類型

概念：污染物經由食物鏈的不斷濃集可以達到危及人類的狀態之前及時斷絕進入人體的通道的這種工藝。（1）處理污染土壤：在受污染的土壤上種植非食用的用材林，薪碳林等林木和花卉等觀賞植物，還可用來生產纖維用的各種麻類作物，使污染物離開食物鏈。（2）污水處理：利用水生植物處理城市污水、生活污水和工業廢水，可減輕有毒物質對人體、畜禽的危害。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日

食物鏈的加環應注意的問題

①食物鏈加環時并非越長越好，關鍵是要盡早從鏈條中獲取更多的產品。

鏈條越長，營養級層次越多，沿食物鏈損耗的能量也就越多，而且太長、太復雜的食物鏈在實際應用中也有許多技術與經濟方面的困難。

②食物鏈加環要講究綜合效益。不同食物鏈類型在社會效益、經濟效益、生態效益方面的表現不同。加環應結合當地、當時的具體情況進行。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日四、能量流動的途徑1、能量轉移的定義

植物利用太陽能，通過光合作用生產食物能，食物能通過食物鏈和食物網，從一個營養級傳遞到另一個營養級。太陽能綠色植物食草動物食肉動物河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日太陽能輔助能生產者（綠色植物）環境（土壤、空氣、水等）分解者（微生物）一級消費者（食草動物）二級消費者（食肉動物）三級消費者（食肉動物）農產品等能量輸出1、主路徑－－草牧食物鏈植物→一級消費者→二級消費者→……→微生物→非生物環境。2、腐食食物鏈死亡的生物有機體，以及排泄物或殘留體在分解者（微生物）還原為簡單的CO2、H2O和其它無機物質。有機物質中的能量以熱量的形式散發于非生物環境。3、呼吸作用生物有機體進行呼吸作用，散發于非生物環境中。

4、隨著人類從生態系統內取走大量農畜產品，大量的能量與物質流向系統之外，形成了一股強大的輸出能流，這是農業生態系統區別于自然生態系統的一條能流路徑，為第四條能流路徑。

3、農業生態系統中的能流途徑河南農業大學·農學院

農業生態系統能量流動特點（1）農業生態系統以草牧食物鏈為主；（2）農業生態系統的食物鏈較短；（3）農業生態系統的能量轉化效率較高；（4）農業生態系統能量轉化的開放性較強；（5）農業生態系統的能流具有雙通道特征。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日第二節

能量轉化與流動的基本定律一、熱力學定律二、生態效率三、生態金字塔河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日一、熱力學定律1、熱力學第一定律（能量守恒定律）

△U（內能增量）=Q（吸收或輸出能）－W（對外界所做的功）

能量可以在不同介質中傳遞，也可以在不同形式間轉換，但在所有這些過程中能量保持恒定，既不能創生，也不會消滅。根據此公式，對生態系統的能量可以進行定量研究。河南農業大學·農學院

熱力學第一定律在生態系統中應用

綠色植物同化的太陽能=貯存在植物體內的化學潛能十植物呼吸消耗的熱能動物攝取的食物能=被同化的能+未消化的能或糞便中的能=動物生長或繁殖的化學能+動物呼吸的熱能+排出糞便的化學能河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日2、熱力學第二定律(熵律

entropylaw)揭示能量傳遞方向和轉化效率的規律：任何形式的能最終歸宿是熱能，且不可逆。任何一種能量的轉換，總有一些能量損失掉，一種形式的能絕不會全部轉換成另一種形式的能。為了判斷能量流動的方向和限度，用自由能和熵兩個概念來描述。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日3、熵(entropy)與自由能熵(entropy):系統總能中不能用來作功的能量，是系統無序性的量度。即：系統熱量除以溫度后得到的熵。△S=△Q/T是系統無序性的量度。自由能：系統總能中用來作功的能量。

在封閉的系統中，自發過程總是向自由能減少、熵值增加的方向進行。（“宇宙熱寂論”）河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日熱力學的兩個定律第一定律：A=B+C

第二定律：C<ASUNA:日光，100單位釋放的能量B:熱，98單位釋放的能量形式C:糖，2單位濃縮的能量形式橡樹葉，能量轉換系統河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日4、耗散結構理論.耗散結構(dissipativestructure)：開放系統在遠離平衡態的非平衡狀態下，系統可能出現的一種穩定的有序結構。耗散結構理論：一個遠離平衡態的開放系統，通過與外界進行物質與能量的不斷交換，就能克服混亂狀態，維持穩定狀態，并且不斷提高系統的有序性，使系統的熵減少。有機體和生態系統都是遠離平衡態的開放系統，存在一種連續而有效的能量轉換，因而都屬于耗散結構。光合與同化：引入負熵，保持有序狀態呼吸與作功：排除正熵，排除無序河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日5、熱力學定律在農業生態系統中的應用

（1）根據熱力學第一定律，可以對農業生態系統的能量流進行定量研究。（2）在農生態系統能量流中，只有少部分轉化成有機形態的化學潛能儲存起來，大部分轉化成熱能而耗散。人們應該盡量減少能量的無謂消耗，提高能量的轉化效率。（3）能量流的流動方向是不可逆的，能量只能稱為轉化或轉移，而不能是循環。（4）為了維持農業生態系統的穩定，應不斷的向系統輸入能量，減少熵。二、生態效率生態效率：能量通過各營養級的轉化效率。即食物鏈中后一營養級生物對前一營養級生物能量利用的百分比。營養級（trophiclevel）：生物在生態系統食物鏈中所處的層次。綠色植物和其它自養生物為第一營養級，草食動物為第二營養級，一級肉食動物為第三營養級，二級肉食動物為第四營養級。河南農業大學·農學院

河南農業大學·農學院2022年11月26日林德曼效率（十分之一定理）

生態系統N-1營養級的同化量中，有5％~30％（平均為10％）被N營養級同化時，且不損害N-1營養級的功能。營養級能量傳遞效率約平均為10%。營養級之間（Tn-1~Tn）（1）攝入效率In/In-1（2）同化效率An/An-1（3）生產效率NPn/NPn-1營養級內部（1）同化效率：An/In（2）生態生長效率：NPn/In（生產效率）（3）組織生長效率：NPn/An10%定律在生態系統中，每一個營養級可以把它獲得的10%左右的能量傳遞給下一營養級，而仍能保持自身的基本穩定。（種群的數量、增長率等）浮植浮動魚人1000100101能量在