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第四节 生态系统中的辅助能 一、生态系统的辅助能 辅助能:除太阳辐射能以外的其它进入系统的任何形式的能量。 辅助能 自然辅助能 人工辅助能 生物辅助能 工业辅助能 指来自生物有机体的能量,如生物质燃料、劳力、畜力、有机肥、饲料、种子、种畜等。 直接工业辅助能 间接工业辅助能 指石油、煤、天然气、电等形式直接投入农业生态系统的能量。 指以化肥、农药、兽药、机具、农用塑料膜、生长调节剂和农用设施等产品形式投入的辅助能。 风能 潮汐 畜力 煤 如使用化肥、农膜、农药、配合饲料、生长调节剂等创造有利于生物生长的内部和外部环境。 如我国粮食产量由1978年的30476.5万t提高到了2008年的52870.9万t,肉类产品的总量由1978年的856.3万t提高到了2008年的7457万t。2008年,全国人均粮食占有量404公斤,人均肉类(不包括水产品)55.1公斤,超过了同期世界平均水平。 二、人工辅助能的作用 1、 改善生态环境,促进农作物对日光能的吸收、利用和转化。 2、提高产量与品质 3、提高生态系统能量转化的效率、减少能量损耗,提高系统生产力。 5、促进资源的高效和可持续利用。 如使用优良品种 4、提高劳动生产率。 如使用农机具等 如使用现代化生物技术和信息技术等 三、不同类型生态系统辅助能的特点和转化效率 农业生态系统: ?辅助能的输入为自然辅助能和人工辅助能,能量输入输出加大。 ?生产的农副产品提供给人们的食物能及其他使用价值的能量高。 ?初级生产者转化固定的能量大部分随农副产品一起被移出系统外,需要大量的人工辅助能的投入以弥补能量和物质(养分)的亏空,才可能维持系统的持续生产。 ?能量转化率高。 自然生态系统: ?辅助能的输入主要是自然辅助能。 ?生产的生物物质不能直接满足人们对食物能及其他农产品的需要。 ?初级生产者转化固定的能量中只有5%~10%为草食者利用,进入草牧食物链,90%以上产就地留下,以化学潜能储存在生物体内或有机残屑中。 ?能量转化率低。 2.不同历史发展时期农业生态系统的比较 原始农业:辅助能投入少,生产力低下。 传统农业:辅助能投入多,生产力相对高。 现代农业:辅助能投入更多,生产力大大提高 、次级生产的途径大大改善。 四、人工辅助能的投入产出效率 能量产投比(输出/输入)是衡量能量效率的主要指标。 它的含义是投入一个单位能量所能产出的单位能量数。 ? 一般来说,随着辅助能投入的增加,能量的产出水平和农业产量也相应增加, 但辅助能的产投效率不一定增加 ,甚至出现报酬递减的现象。 ?辅助能的产出水平和转化效率不仅与能量投入水平有关,还与能量的投入结构有关。 投能结构:是指能量投入中辅助能在总输入能量中的比例;有机能和无机能的比例等。 ?在农业发展过程中,无机能投入量及所占比例不断增加是一个总的趋势。 ?我国农业能量的总投入,在20世纪50年代,以劳力、畜力和有机肥等形式投入的有机能占主导地位,无机能投入不足2%, 20世纪80年代,无机能投入提高到10%以上,而且增长最快的是化肥和农药的投入,其投入量已占到工业辅助能的80%以上,这是传统农业向现代农业过渡的明显标志。 ?无机能投入较低的阶段,增加无机能投入,农业产出和能量投入效率都明显增加,但在无机能投入较高阶段,继续增加无机能投入,其能量效率有降低的趋势。 ?例如,我国的粮食总产量从1965年的19453万t 提高到了1998年的51229.7万t,增长了1.63倍。但工业辅助能的总耗能由1965年的1314.6×1011kJ增长到了1998年的21460.0×1011kJ,增长了15.32倍。由此反映了农业生产中能量效率随无机能投入增加而下降的趋势,即报酬递减的趋势。但此期我国总体上增加无机能的投入,产出的能量和农业产量仍属升阶段,只不过中增加速度有所减慢,并未出现负值。 第五节 生态系统的能量关系 一、生态系统的能流路径 生态系统的能流路径示意图 1.太阳辐射能通过光合作用进入生态系统,成为生态系统能量的主要来源。 2.以植物有机物质形式贮存起来的化学潜能,沿着食物链和食物网流动,驱动生态系统完成物质循环、信息传递等功能。 3.化学潜能贮存在生态系统的生物组分内,或者随着产品等输出,离开生态系统。 4.植物、动物和微生物有机体通过呼吸作用释放热能,并散失。 5.辅助能对以太阳辐射能为始点,以食物链为主线的能量流动起辅助作用。 二、生态效率和生态金字塔 1. 生态效率 生态效率:食物链各环节上的能量转化效率。 营养级之内的生态效率有: 组织增大率:生产量与同化量之比。 同化效率:消费者同化量与摄食量之比。 生态增长率:生产量与摄食量之比。 营养级之间的生态效率有: 摄食效率

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