农业生态学国家课程(第五章)课件.ppt

1、2023-2-2国家级精品资源共享课12023-2-2国家级精品资源共享课2一、生产力的概念一、生产力的概念二、农业生态系统的初级生产二、农业生态系统的初级生产三、农业生态系统的次级生产三、农业生态系统的次级生产四、初级生产与次级生产的相互关系四、初级生产与次级生产的相互关系五、提高农业生态系统生产力的途径五、提高农业生态系统生产力的途径2023-2-2国家级精品资源共享课3（一）物质生产力的概念（一）物质生产力的概念 是指农业生态系统以产品形式的生产能力，是指农业生态系统以产品形式的生产能力，是任何生态系统基本的数量特征，其大小标志是任何生态系统基本的数量特征，其大小标志着能量转化效率和物质

2、循环效率的高低，是生着能量转化效率和物质循环效率的高低，是生态系统功能的具体体现。态系统功能的具体体现。有两种物质生产力：一是总物质生产量，有两种物质生产力：一是总物质生产量，指包括呼吸和消耗在内的同化总量；二是净物指包括呼吸和消耗在内的同化总量；二是净物质生产量，指除去呼吸消耗后，以生物有机体质生产量，指除去呼吸消耗后，以生物有机体组织或贮藏物质的形式体现出的生产量，如植组织或贮藏物质的形式体现出的生产量，如植物干物质生产量、产量，动物产品数量等。物干物质生产量、产量，动物产品数量等。一、生产力的概念一、生产力的概念2023-2-2国家级精品资源共享课4（二）初级生产和次级生产（二）初级生产

3、和次级生产1.初级生产初级生产(primary production):指生态系统指生态系统中自养者的生产，包括各种绿色植物、光合中自养者的生产，包括各种绿色植物、光合细菌等在内的同化太阳能并以有机物形式贮细菌等在内的同化太阳能并以有机物形式贮存起来的生产，又称第一性（次）生产。存起来的生产，又称第一性（次）生产。2.次级生产次级生产(secondary production):指动物、指动物、微生物等异养者的生产，是利用初级生产产微生物等异养者的生产，是利用初级生产产物进行物质和能量转化，表现出的生产力，物进行物质和能量转化，表现出的生产力，是生态系统的第二性生产。是生态系统的第二性生产。2

4、023-2-2国家级精品资源共享课5 Global net primary productivity is approximately 120109 tons dry weight per year on land,and 50109 tons per year in the sea.This productivity is very unevenly distributed across the Earth.The most productive systems are found amongst swamp and marshland,estuaries,reefs and cultiva

5、ted land.Productivity decreases moving away from the equator,indication the importance of temperature and radiation.Primary production2023-2-2国家级精品资源共享课6Some of the Producers in the Ecosystem2023-2-2国家级精品资源共享课7Secondary production Secondary production is defined as the rate of production of new biom

6、ass by heterotrophic organisms.Heterotrophs are organisms,such as animals and fungi,with a requirement for energy-rich organic molecules.Secondary production by heterotrophs is inevitably dependent on primary productivity.Generally,in grazer systems,that part of the trophic structure of a community

7、which depends on the consumption of living plant biomass,secondary productivity is an order of magnitude less than primary production resulting in a pyramidal structure.2023-2-2国家级精品资源共享课8Some of the Consumers in the Ecosystem2023-2-2国家级精品资源共享课91.1.时间概念的速率表示法时间概念的速率表示法:指系统在单位时间、指系统在单位时间、单位面积上初级生产者和次

8、级生产者所生产的单位面积上初级生产者和次级生产者所生产的有机物质的量。有机物质的量。2.2.输出输出/输入的表示方法输入的表示方法:指系统产出的有机物指系统产出的有机物与输入的物质或资源的比值，简称输出与输入的物质或资源的比值，简称输出/输入输入效率，如肥水利用率、资金生产率等。效率，如肥水利用率、资金生产率等。以上两种表示方法是相互补充的。如果只以上两种表示方法是相互补充的。如果只有速率高，可能是高消耗的高速率；如果只有有速率高，可能是高消耗的高速率；如果只有效率高，则可能是低生产水平的高效率。效率高，则可能是低生产水平的高效率。（三）生产力的表示方法（三）生产力的表示方法2023-2-2国

9、家级精品资源共享课10（四）初级生产量的测定方法（四）初级生产量的测定方法 直接收获法直接收获法二氧化碳同化法二氧化碳同化法 黑白瓶法黑白瓶法 同位素标记法同位素标记法叶绿素测定法叶绿素测定法原料消耗测定法原料消耗测定法2023-2-2国家级精品资源共享课11Community productivity can be related to the standing crop that produces it by comparing the ratio of productivity(P)to standing crop biomass(B).The resulting P:B ratios(

10、I.e kg produced year-1 kg-1 standing crop)average 0.042 for forests,0.29 for other terrestrial systems,and 17.0 for aquatic communities.An alternative way of looking at P:B ratios would be to define biomass in terms of weight of living tissue,which would reduce these large differences between commun

11、ities.However,accurate measurement of the proportion of biomass alive is difficult.Relationship of productivity to biomass2023-2-2国家级精品资源共享课12地球上初级生产量和食物供应状况地球上初级生产量和食物供应状况项目项目面积面积106km2净初级净初级生产量生产量gm-2a-1初级生产初级生产总量总量109Ta-1太阳能太阳能利用率利用率%植物提供植物提供食物量食物量1012千卡千卡a-1动物提供动物提供食物量食物量1012千卡千卡a-1全球全球510320333

12、 162.6 1700.114200.06 1153.2陆地陆地149720773 107.3 1150.254200 1094海洋海洋361153153 55.3 550.05 0.06 59.2Pianka（1974）和）和Lieth（1978）综合）综合二、农业生态系统的初级生产二、农业生态系统的初级生产（一）地球上的初级生产（一）地球上的初级生产2023-2-2国家级精品资源共享课13（二）农业生态系统的初级生产（二）农业生态系统的初级生产1.1.最大理论生产力的估算最大理论生产力的估算太阳总辐射太阳总辐射500calcm-2d-1可见光（可见光（400700nm）44.7%50044

13、.7%=222calcm-2d-1总量子（每总量子（每cal相当于相当于8.64微埃，微埃，反射率反射率6%12%（8.3%），非），非活性吸收损失活性吸收损失10%）2228.64=4320微埃微埃cm-2d-1反射反射360微埃微埃cm-2d-1非活性吸收损失非活性吸收损失432微埃微埃cm-2d-1有效吸收的量子总量有效吸收的量子总量3528微埃微埃cm-2d-1产生的碳水化合物量（还原产生的碳水化合物量（还原1微微克分子克分子CO2需需10量子或微埃）量子或微埃）353微克分子微克分子cm-2d-1呼吸损失呼吸损失1/3（33%）116微克分子微克分子cm-2d-1碳水化合物净生产碳水

14、化合物净生产237微克分子微克分子cm-2d-1=2.37克分子克分子m-2d-1=2.3730克克/克分子克分子m-2d-1=71gm-2d-1 碳水化合物是干重的碳水化合物是干重的92%，无机成分，无机成分8%，则，则71100/92=77gDWm-2d-1 2023-2-2国家级精品资源共享课142.2.不同国家的作物生产力不同国家的作物生产力 431 Ta-1hm-2 49 Ta-1hm-2C4作物作物1.18.5 gm-2d-1C3作物作物1.12.5 gm-2d-1全国平均产量全国平均产量138190 Ta-1hm-2 84113 Ta-1hm-2C4作物作物3852 gm-2d-

15、1C3作物作物2331 gm-2d-1实测最大值实测最大值223 Ta-1hm-261 gm-2 d-1理论最大值理论最大值理论最大值大于实测最大值大于平均值理论最大值大于实测最大值大于平均值（1）美国（）美国（1976，华盛顿），华盛顿）2023-2-2国家级精品资源共享课15（2）中国）中国 光能利用率的理论值光能利用率的理论值56%，初级生产的最大值，初级生产的最大值6066 gm-2d-1，作物高产记录的生育期平均生长率，作物高产记录的生育期平均生长率1029 gm-2d-1，光能利用率，光能利用率12.3%，不同作物差别较，不同作物差别较大。大。作作 物物玉米高粱玉米高粱春小麦春小麦

16、水稻水稻甘薯甘薯冬小麦冬小麦生长率生长率gm-2d-12730221416121310光能利用率光能利用率%1.92.31.21.41.71.1 由于品种、水肥条件、管理技术限制，作物生育由于品种、水肥条件、管理技术限制，作物生育期间的平均生长率期间的平均生长率68gm-2d-1，光能利用率仅，光能利用率仅1%2023-2-2国家级精品资源共享课16（3）世界）世界 1975年，村田吉男汇总最高产量的作物生育期间的年，村田吉男汇总最高产量的作物生育期间的光能利用率光能利用率CGR(gm-2d-1)，多年生牧草（新叙利亚草，多年生牧草（新叙利亚草和紫狼尾草）和紫狼尾草）2628，C4作物（甘蔗、

17、玉米、高粱）作物（甘蔗、玉米、高粱）20，水稻、甜菜水稻、甜菜14，甘薯、大豆、大麦，甘薯、大豆、大麦8，三叶草、鸭茅，三叶草、鸭茅6。甜菜光合效率仅甜菜光合效率仅30mgCO2.dm-2.h-1，但，但LAI4以上的以上的天数达天数达80d。玉米、水稻的光合效率。玉米、水稻的光合效率40mgCO2.dm-2.h-1以以上。上。CGR高的作物有两种类型，一是高光合性能的作物，高的作物有两种类型，一是高光合性能的作物，二是较大叶面积持续时间长的作物。二是较大叶面积持续时间长的作物。2023-2-2国家级精品资源共享课173.提高农业生态系统初级生产力的途径提高农业生态系统初级生产力的途径生物与环

18、境相适应生物与环境相适应协调系统中各组成部分之间关系协调系统中各组成部分之间关系建立良好的群体结构建立良好的群体结构重视生物资源的开发利用重视生物资源的开发利用适量的辅助能投入适量的辅助能投入2023-2-2国家级精品资源共享课18三、农业生态系统的次级生产三、农业生态系统的次级生产（一）定义（一）定义次级生产次级生产是指初级生产的部分产品，经过异养生物的是指初级生产的部分产品，经过异养生物的采食和同化，合成肉、奶、蛋、皮和毛等动物性产品。采食和同化，合成肉、奶、蛋、皮和毛等动物性产品。次级生产力次级生产力（secondary productivity）：）：在单位时间在单位时间内，各种异养生

19、物直接或间接消费绿色植物，制造或内，各种异养生物直接或间接消费绿色植物，制造或形成产品的数量。形成产品的数量。2023-2-2国家级精品资源共享课19（二）次级生产在农业生态系统（二）次级生产在农业生态系统中的作用和地位中的作用和地位 1.提供动力提供动力2.转化农副产品，提高利用价值转化农副产品，提高利用价值3.提供蛋白质产品，改善人们的食物构成提供蛋白质产品，改善人们的食物构成4.促进农业生态系统的物质循环，增强生态系促进农业生态系统的物质循环，增强生态系统的机能统的机能5.提高经济效益提高经济效益2023-2-2国家级精品资源共享课20全国动物产品的产量全国动物产品的产量 1999 万吨

20、万吨肉类产量肉类产量 5949.0水产品水产品4122.4猪牛羊肉猪牛羊肉 4762.3海水产品海水产品2471.9奶类奶类 806.9淡水产品淡水产品1650.5羊毛羊绒羊毛羊绒 32.5禽蛋禽蛋 2134.72023-2-2国家级精品资源共享课21 1985年禽蛋、年禽蛋、1990年肉类产量跃居世界第一位。年肉类产量跃居世界第一位。1997年人均畜产品占有水平为：肉类年人均畜产品占有水平为：肉类41.9kg，超过世，超过世界平均水平；蛋界平均水平；蛋17.3kg，超过发达国家平均水平。，超过发达国家平均水平。2008年我国奶类人均消费量年我国奶类人均消费量23kg。而世界乳品年人。而世界乳

21、品年人均消费乳品水平约为均消费乳品水平约为100kg。我国乳品消费的一个最大我国乳品消费的一个最大特点，是乳品消费主要集中在城镇居民，农村居民的特点，是乳品消费主要集中在城镇居民，农村居民的乳品消费量非常少。在农村居民中，牧区和农区又有乳品消费量非常少。在农村居民中，牧区和农区又有很大差异。很大差异。牧区由于消费习惯的影响，人均消费量较牧区由于消费习惯的影响，人均消费量较高，而农区农民消费人均高，而农区农民消费人均1kg。2023-2-2国家级精品资源共享课22（三）次级生产的能量转化效率（三）次级生产的能量转化效率 1.饲养家畜的能量转化效率高于自然生态系统饲养家畜的能量转化效率高于自然生态

22、系统2.不同畜禽种类和品种差别较大不同畜禽种类和品种差别较大3.不同饲养方式能量转化效率不同不同饲养方式能量转化效率不同4.不同的饲养配比能量转化效率不同不同的饲养配比能量转化效率不同5.科学饲养方法能量转化效率高科学饲养方法能量转化效率高2023-2-2国家级精品资源共享课23 Bears catch salmon in river and consume them in forest;on average,half the carcass is not eaten.2023-2-2国家级精品资源共享课24（四）提高次级生产力的途径（四）提高次级生产力的途径1.改善次级生产者的构成，使初级产

23、品得到多改善次级生产者的构成，使初级产品得到多次转化次转化发展食草动物发展食草动物充分利用水面等非耕地，开发非耕地生产能力充分利用水面等非耕地，开发非耕地生产能力充分利用腐生食物链进行物质生产充分利用腐生食物链进行物质生产有效利用分解能有效利用分解能2.协调饲养量和饲料量的关系，提高转化效率协调饲养量和饲料量的关系，提高转化效率3.选择和生产优质饲料选择和生产优质饲料4.科学的饲养技术科学的饲养技术5.控制家畜的非生产性消耗控制家畜的非生产性消耗2023-2-2国家级精品资源共享课25秸秆利用方式与能量和秸秆利用方式与能量和N N素利用率素利用率利用方式利用方式能量利用率能量利用率%N素利用率

24、素利用率%沼气沼气30409098燃烧燃烧 5100常规沤制常规沤制7085 不同动物消化能力不同，应根据饲料种类安排不同动物消化能力不同，应根据饲料种类安排畜禽种类。反刍动物瘤胃可容纳食物畜禽种类。反刍动物瘤胃可容纳食物6070%，在消，在消化道可停留化道可停留78d，使食物得到充分消化。，使食物得到充分消化。小麦壳喂小麦壳喂牛，消化率可达牛，消化率可达39%，喂猪仅，喂猪仅10%。麦秸喂牛消化。麦秸喂牛消化率率42%，喂马，喂马19%，猪不消化。，猪不消化。2023-2-2国家级精品资源共享课26 我国的畜牧业受制于粮食生产，精饲料与蛋我国的畜牧业受制于粮食生产，精饲料与蛋白质饲料缺乏。白

25、质饲料缺乏。1/41/5的粮食用作饲料的粮食用作饲料（美国（美国为为80%）。）。植物生产中，粮棉油和绿肥中蛋白质植物生产中，粮棉油和绿肥中蛋白质/粮食占粮食占11.6%（美国为（美国为25.7%），其中粮食蛋白），其中粮食蛋白质质/粮食占粮食占9.6%。饲料中蛋白质。饲料中蛋白质/精料为精料为9.4%。我国主要牧区提供的肉类仅是四川省的我国主要牧区提供的肉类仅是四川省的1/5，是全国肉类总产的是全国肉类总产的1/20。主要是牧区第一生产力。主要是牧区第一生产力低造成。低造成。我国我国33亿亩可利用草原，每亩草原年产干草亿亩可利用草原，每亩草原年产干草仅仅33斤，全年干草仅斤，全年干草仅500

26、0万吨，不足全国主要农万吨，不足全国主要农区秸秆产量的区秸秆产量的1/10。因此，全国的畜牧业重点在。因此，全国的畜牧业重点在农区，而不是在牧区。农区，而不是在牧区。2023-2-2国家级精品资源共享课27蝇蛆的引入蝇蛆的引入饲料饲料鸡鸡鸡粪鸡粪猪猪猪粪猪粪蝇蛆蝇蛆1.解决了鸡饲料中蛋白质不足的问题。干蛆中解决了鸡饲料中蛋白质不足的问题。干蛆中蛋白质含量蛋白质含量5993%，脂肪，脂肪12.6%。2.减少了环境污染。鸡粪用半乳酸发酵，既脱减少了环境污染。鸡粪用半乳酸发酵，既脱臭又解决了猪的饲料臭又解决了猪的饲料2023-2-2国家级精品资源共享课28蚯蚓的引入蚯蚓的引入饲料饲料家畜家畜粪便粪便

27、脱臭脱臭蚯蚓蚯蚓 蚯蚓是优质蛋白质饲料，农田中放养蚯蚯蚓是优质蛋白质饲料，农田中放养蚯蚓，使土壤疏松，蓄水保墒，促进土壤微生蚓，使土壤疏松，蓄水保墒，促进土壤微生物活动使小麦玉米棉花增产物活动使小麦玉米棉花增产1118%，蔬菜，蔬菜增产增产3550%。一亩蚯蚓可产鲜蚯蚓。一亩蚯蚓可产鲜蚯蚓40005000kg，鲜蚯蚓粗蛋白含量，鲜蚯蚓粗蛋白含量1517%，干蚯蚓含粗蛋白干蚯蚓含粗蛋白6275%。2023-2-2国家级精品资源共享课29四、初级生产与次级生产的四、初级生产与次级生产的 相互关系相互关系（一）次级生产对初级生产的依存关系（一）次级生产对初级生产的依存关系（二）次级生产对初级生产的促

28、进作用（二）次级生产对初级生产的促进作用 合理的次级生产可以促进初级生产合理的次级生产可以促进初级生产（三）不合理放牧对草原初级生产的影响（三）不合理放牧对草原初级生产的影响 不合理放牧指草原载畜量超过或大大低于其不合理放牧指草原载畜量超过或大大低于其承载量，对初级生产都会产生不良的影响承载量，对初级生产都会产生不良的影响2023-2-2国家级精品资源共享课30五、提高农业生态系统五、提高农业生态系统 生产力的途径生产力的途径 农业生态系统是个生态农业生态系统是个生态经济经济技术复合系统。技术复合系统。农业生态系统生产力的形成是自然、经济和社会因农业生态系统生产力的形成是自然、经济和社会因素综

29、合作用的结果，包括一系列相互联系、相互作素综合作用的结果，包括一系列相互联系、相互作用、相互制约的复杂因素。农业生态系统生产力的用、相互制约的复杂因素。农业生态系统生产力的提高，实质上是对整个系统调节控制，以达到最优提高，实质上是对整个系统调节控制，以达到最优的目的，而不是某一级生产力单纯在数量上的增加，的目的，而不是某一级生产力单纯在数量上的增加，也不是系统内农业生物学产量的简单增加。它是根也不是系统内农业生物学产量的简单增加。它是根据投入与产出，在协调社会效益与生态效益的基础据投入与产出，在协调社会效益与生态效益的基础上谋求最佳的经济效益。上谋求最佳的经济效益。2023-2-2国家级精品资

30、源共享课311.自然资源条件自然资源条件 2.社会经济条件社会经济条件3.农业科学技术水平农业科学技术水平4.农业生态系统的结构农业生态系统的结构（一）影响我国农业生态系统生产力的因素（一）影响我国农业生态系统生产力的因素2023-2-2国家级精品资源共享课32 增加辅助能投入可以改善农业生态系统增加辅助能投入可以改善农业生态系统的机能、提高初级生产力。的机能、提高初级生产力。提高辅助能利用效率是降低初级生产成提高辅助能利用效率是降低初级生产成本提高净生产力的关键之一。主要途径是适本提高净生产力的关键之一。主要途径是适量投入、合理配比，谋求最佳经济生产力；量投入、合理配比，谋求最佳经济生产力；

31、注意工业辅助能投入的物质配比。避免工业注意工业辅助能投入的物质配比。避免工业辅助能对环境资源、土壤性状的破坏，是充辅助能对环境资源、土壤性状的破坏，是充分利用辅助能增加初级生产力的重要方面。分利用辅助能增加初级生产力的重要方面。（二）增加人工辅助能量、（二）增加人工辅助能量、提高初级生产力提高初级生产力2023-2-2国家级精品资源共享课33 在现有农业生态系统中引进某些新物种，可以在现有农业生态系统中引进某些新物种，可以使整个系统的功能发生变化。使整个系统的功能发生变化。1.引进新物种，增强系统功能引进新物种，增强系统功能（1）扩大生产，提高效益。）扩大生产，提高效益。（2）消除或防治污染。

32、）消除或防治污染。（3）增加系统稳定性。）增加系统稳定性。（三）引进新物种，开发生态位，（三）引进新物种，开发生态位，实行多样化生产实行多样化生产2.开发生态位，提高系统生产力开发生态位，提高系统生产力2023-2-2国家级精品资源共享课34（五）控制生态和经济平衡（五）控制生态和经济平衡 生态平衡生态平衡指在一定时间内，生物与环境、生物与指在一定时间内，生物与环境、生物与生物之间相互适应所维持着的一种协调状态。生物之间相互适应所维持着的一种协调状态。经济平衡经济平衡有四方面的内容：第一，生产周期内投有四方面的内容：第一，生产周期内投入产出的平衡。第二，生产与社会需求的平衡。入产出的平衡。第二

33、，生产与社会需求的平衡。第三，经济均衡发展第三，经济均衡发展 。第四，控制生产规模。第四，控制生产规模。（四）因地制宜，发展次级生产（四）因地制宜，发展次级生产2023-2-2国家级精品资源共享课35 综上所述，农业生态系统生产力的控制综上所述，农业生态系统生产力的控制是一项复杂的系统工程，从生物产量到经济是一项复杂的系统工程，从生物产量到经济产量，从个别生产力到系统生产力，各项控产量，从个别生产力到系统生产力，各项控制和调节措施紧密联系，互相制约。在农业制和调节措施紧密联系，互相制约。在农业生产过程中要综合分析，全面调控，才能实生产过程中要综合分析，全面调控，才能实现农业生态系统生产力的最优

34、化。现农业生态系统生产力的最优化。2023-2-2国家级精品资源共享课36Agroecology:The science of applying ecological concepts and principles to the design and management of sustainable agroecosystems.Agroecosystem:An agricultural system understood as an ecosystem.Allelopathy:An interference interaction in which a plant releases int

35、o the environment a compound that inhibits or stimulates the growth or development of other plants.Climax:In classical ecological theory,the end point of the successional process;today,we refer instead to the stage of maturity reached when successional development shifts to dynamic change around an

36、equilibrium point.2023-2-2国家级精品资源共享课37Community:All the organisms living together in a particular location.Competition:An interaction in which two organisms remove from the environment a limited resource that both require,and both organisms are harmed in the process.Competition can occur between mem

37、bers of the same species and between members of different species.Consumer:An organism that ingests other organisms(or their parts or products)to obtain its food energy.Cultural energy inputs:Forms of energy used in agricultural production that come from sources controlled or provided by humans.2023-2-2国家级精品资源共享课38