3. 农业可持续发展基本理论PPT精选文档.ppt

第三章：农业可持续发展基本理论第一节：生态学理论第二节：经济学理论1第一节：生态学理论一、农业生态系统二、农业生态物质循环三、农业生态系统能量流动理论2一、农业生态系统v自然生态系统v农业生态系统3自然生态系统与农业生态系统v自然生态系统v农业生态系统4自然生态系统 地球上主要生态系统示意图5v自然生态系统功能1.能量流动 自然生态系统能量来自于太阳辐射，能量沿着生产者—消费者—分解者单向流动，是驱动一切生命活动的齿轮2.物质循环生态系统中的物质，主要指生物为维持生命所需要的各种营养物质，沿着食物链在不同营养级生物之间传递，最终归还给环境3.信息传递物理信息、化学信息、营养信息、生物遗传信息在生物与环境之间的传递6 典型陆地生态系统结构消费者（动物）生产者（植物）分解者（微生物）能量流物质流气候物理环境对有机体影响有机体对物理环境影响生物群落物理环境生态系统7 土壤植物（即出生产）太阳能 降水食草动物食肉动物大型食肉动物能量损失分解还原者太阳能 降水土壤植物（作物、杂草）人类动物、家禽害虫肥料排灌水耕作农药育种饲养农业技术系统农业经济系统农业生物系统环境系统 农业生态系统8农业生态系统基本功能v能量流。

除了自然生态系统的太阳能通过食物链传递以外，人类还利用煤炭、石油、天然气、风力、水力、人力、畜力为动力形成农机、农药、化肥、灌溉、栽培、加工运输等形式v物质流 天然和人工合成化合物在生物系统中的流转v信息流 不但保留了自然生态系统信息流以外，还利用社会信息网络（电视、、广播、互联网、报刊等）高效传递信息v价值流 由于农业生态系统物质、能量和信息流动的加入是依赖于人类活动的，加入人类生产活动后就产生了价值9二、农业生态系统物质循环理论v物质循环基本概念和类型v物资循环中的库与流v物质流动特征v生态系统内能流域物流的关系v农业生态系统物质循环10物质循环的基本概念和类型v概念：地球上的各种化学元素和营养物质在自然动力和生命动力的作用下，在不同层次的生态系统内，乃至整个生物权，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，构成了生物地球化学循环那些对生命活动必不可少的各种元素和无机物的运动统称为营养物质循环 11地质大循环与生物小循环v地质大循环是指物质或元素经生物体的吸收与作用，从环境进入生物有机体内，生物有机体在以死体、残体或排泄物形成物质或元素返回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物五大自然圈层的循环。

时间长、范围广，是一种闭合时循环v生物小循环是指环境中的元素经生物体吸收，在生态系统中被多次利用，然后经过分解者的作用，再为生产者吸收、利用生物小循环时间短、范围小，是开放式的循环12碳循环模型示意图大 气土壤 岩石江河 海洋陆地动物陆地植物水生动物水生植物流入流出同化同化工业废水淋溶流入废渣废水沉淀风化13地质大循环过程示意图玄武岩（熔岩）玄武岩（侵入岩）溶浆变成岩地表岩石沉积岩土壤、沉淀物风化腐蚀过程侵蚀埋存固体化溶化过程溶浆升起抬升暴露14生物小循环示意图消费者食物基础可利用的营养物质腐屑储存分解者15气象型循环和沉积型循环v气象型循环 储藏在大气圈和水圈中的元素通过大气进行弥漫，很短时间内被植物物所利用，然后生物在转化过程中释放的物质再经过大气和降雨回到大海和大气v沉积型循环 储藏在地下的元素经过风化或者开采冶炼释放出来为植物吸收，参与生命物质的形成沿着食物链转移分解释放，一部分被植物吸收，大部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入大海，经过沉降，淀积变成岩石16物质循环的库与流v库：物质在运动过程中被暂时固定、储存的场所称为库。

可分为植物库、动物库、大气库、土壤库、水体库v流：物质在库与库之间转移运动状态成为流系统中的能流、物流、信息流是生态系统各个组分联系起来，并使系统与外界环境联系起来v意义：没有库，环境资源不能被吸收，固定和转化没有流，库与库之间不能联系，沟通，物质循环就可能短路，生命无法维持，生态系统必将瓦解17物流的特征v生物量与现存量 在某一特定的观察时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总量称为生物量又称为现存量生产量是现存量与减少量之和要提高现存量，关键是要增加生产量和降低减小量v周转率与周转期 周转率是指系统达到稳定状态后，某一组分中的物质在单位时间内所流出或流入的量站库存总量的份额周转期是周转率的倒数，表示该物质全部更换需要的时间v循环效率 循环物质站在那个输入物质的比例称为循环效率循环效率越高，表明有机体机能越强18生态系统内能流与物流的关系v能流失单向流动，并且在转化过程中逐渐衰变，有效能的数量逐级减少，最终趋向全部转化为低效热能，离开生态系统某些能流可以反馈一次v物流是往复循环，不只能被利用一次，而是重复利用，物流在流动过程中只会改变形态而不会消灭，可以在系统内永恒地循环。

v人类对生态系统物质循环可以干预和调节，但是忽视了生态系统固有的自我调节能力，就有可能有意的服反馈机制削弱或破坏，导致系统发展失控而产生恶果19农业生态系统的物质循环v生物地化循环v养分循环与平衡v农业生态系统物质循环中的环境问题20生物地化循环v碳循环 碳是生命有机体的基础物质陆地上的植物通过光合作用，把CO2转化为有机碳，转移到土壤，被细菌分解后为植物所吸收，成为生物体剩余的碳排放到大气中v水循环 水是生物体的主要组成部分，在生物体中占到70%水溶解各种物质和营养补充进生物体中海洋被蒸发，输入内陆遇冷凝下降到陆地形成径流，再流入大海v氮、磷、钾循环氮磷钾是植物生长过程中的基本营养物质通过太阳辐射、生物分解等各种方法把大气中的氮磷钾转移到土壤中，再通过水溶解被植物吸收21养分循环与平衡v农业生态系统通过输出农产品到市场，再从市场返回煤炭、石油、种子、化肥等物质农业生态系统物质循环是一个开放性的循环系统，如果输出大于输入，农业系统就会退化，如果输出物质小于输入，农业生态系统才能改善v有机质是各种营养物质的载体有机质来源于作物残体和牲畜粪便必须增加系统中的有机质燃烧作物秸秆是一种浪费。

沼气、秸秆还田是增加有机体及营养平衡的重要措施v就地加工，提高物质的归还率v不同的农作物生长对作物的营养需求和归还率不同，因此要建立合理的轮作制度，提高营养成分的效能22农业生态系统物质循环中的环境问题v化肥、农药中除氮磷钾有用元素外，还有大量的铬、汞、铅、硼等毒性物质这些物质被植物吸收后对植物生长和农产品质量是有害的v化肥、农药施用过量会使水体富营养化，产生藻类植物，光合作用后消耗水体中的氧，引起农作物缺氧而死亡v化肥农药施用过量，会通过反硝化作用把NOx物质排放到大气，造成温室气体的增加23三、农业生态系统的能量流动v农业生态系统能量的来源v食物链与食物网v农业生态系统能量流动的路径v农业生态系统能量流动的基本定律24农业生态系统的能量来源v日光能 日光能是太阳放射出来的广谱电磁波组成日光能进入大气层后，大部分转化为热能，温暖了地球少部分被绿色植物吸收，参与到生态系统的能量转化与流动v生物化学能 生物化学能是储存在有机化合物中的一种潜在的能量生物化学能一部分来自于日光能通过光合作用转化固定在植物中的化学能，另一部分来自食物链转化导致物体和微生物体中的化学能v热能 热能是一种广泛见于不同能量做功过程中的能量转化形式。

最终所有的能量都散逸在环境中25食物链与食物网v捕食食物链 海洋：浮游植物—浮游动物—虾—鱼；草原：绿草—羚羊—老虎； 农田：水稻—蝗虫—青蛙；农业：作物秸秆—牛—人v腐食食物链 死亡有机体或生物排泄物为能量来源，在微生物参与下，经腐烂分解还原为无机物并从中取得能量的食物秸秆粪便生产沼气和肥料；棉籽壳、稻草培育蘑菇v寄生食物链 以活的动植物有机体为能量来源，以寄生方式生存的食物链 哺乳动物—跳蚤—原生动物—细菌—病毒；马—蛔虫 26食物链与食物网v食物网的概念：在生态系统中，各种生物之间的取食与被取食关系互相交织在一起，一种生物常常以多种食物为主，而同一种食物又往往被多种消费者取食于是就形成了多条食物链相互交织，互相联结成食物网v特点：食物网的稳定性远远大于食物链，因为当一种食物短缺时，其他食物链可以进行调节和补偿v作用：农业系统中，作物，林木、牧草、禽畜、鱼虾等生物如能保持较多种类和品种，就能增加农业生态系统的稳定性27农业生态系统能量流动的路径日光能绿色植物人工辅助能微生物食肉动物食草动物呼吸消耗 第三条路径第一条路径第二条路径第四条路径排泄物死亡体排泄物死亡体农业生态系统能量流动路径示意图28农业生态系统能量流动的基本定律v热力学第一定律——能量守恒定律v热力学第二定律——能量衰变定律v熵（entropy)与耗散结构v生态金字塔定律v林德曼效率v农业生态系统的能量生产v辅助能量29热力学第一定律——能量守恒定律v热力学第一定律认为：能量可以在不同的介质中被传递，在不同的形式中被转化，但数量上既不能被创造，也不能被消灭。

Q=⊿U+W Q-系统吸收的能量； ⊿U-系统内能的变化 W- 系统对外所做的功v日光能被转化为化学能与热能，在食物链中又被转化为动能、热能30热力学第二定律——能量衰变定律v自然界所有的自发过程都是能量从际中转变为分散型衰变过程，而且是不可逆的过程由于总有一些能量在转化过程中要变为不可利用的热能，所以任何能量的转化都不可能达到100%v生态系统中能量转化始于太阳辐射的一些列能量转化过程，只有少量的能量转化为在职物体活动物体的化学潜能，大部分已热能的形似消耗在维持动植物生命活动或微生物的分解过程中这些散发的能量是一种毫无利用价值的能量形式，因此，生态系统的能量流动是不可逆的31熵（entropy)与耗散结构v系统从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），即熵变化就是热量变化与绝对温度之比，在温度处于绝对零度时熵值为零一切自发过程总是向熵值增加的方向进行v在自发过程中，熵值不断增加，孤立系统的不平衡态随着时间的推移，最终会趋向平衡态——熵最大状态，使系统从有序走向无序系统要保持有序状态，必须从外界吸取负熵v意义：生态系统是一个远离平衡态的开放系统，可以通过外界环境进行物质和能量的不断交换，输入太阳能和辅助能，增加系统的负熵，使系统保持有序的状态和一定的稳定性。

32生态金字塔定律v生态金字塔原理 由于能量沿食物链传递过程中的衰减规律，使得每一个营养级被净同化的部分都要大大少于前一级营养级当营养及由低到高，其个体数目、生物现存量和所含能量一般呈出基部宽，顶部尖的立体金字塔一般由数量金字塔，生物量金字塔，能量金字塔三种v生态金字塔理论意义 食物链长，塔的层次多，能量消耗多，储存少，系统不稳定反之，食物链短，塔的层次低，能量消耗小，储存量大，系统稳定但是食物链过短，能量利用率低，浪费大33林德曼效率v美国生态学家林德曼20世纪30年代发现营养级之间的能量转化效率大致为1/10，其余9/10都被呼吸，排泄等消耗了此后人们研究发现，能量在营养级之间的转化率为10%—20%v能量转化不仅存在于营养级之间，还存在于营养级内部称为生态效率34农业生态系统的能量生产v初级生产的能量转化指绿色植物进行光合作用积累能量的过程系统由于受光，温度，水，养分等因素的制约，初级生产率不同v农业生态系统的初级生产力低于自然生态系统所以要想获得更多的初级生产力，不能只限定在耕地上，还要寻求其他系统的初级生产力。