1、淮安生物工程高等職業學校淮安生物工程高等職業學校 第四章第四章 農業生態系統的功能農業生態系統的功能 第一節第一節 農業生態系統的能量流動農業生態系統的能量流動 一、能量流動的基本規律一、能量流動的基本規律 (一)能量 1、能量：在物理學上指的是物質具有作功的能力。 一般把能分為兩種存在形式：潛能和動能。 潛能是靜態能量，它是存在于物體內部的化學能量，具有作功的潛在能力。 動能則與物體本身的質量、運動速度和相對位置有關，動能是物理學上所主要討論的能量形式。 2、形態：日光能、化學能、動能、熱能 3、單位：度量卡或千卡、 焦耳(二) 能量來源 1.太陽能：占 99% 以上 2.輔助能：生態系統中

2、除太陽能以外的一切其它能量輸入稱為輔助能。 (1)自然輔助能：如 地熱能、潮汐能、核能等占 1% ： C 、 O 、 H 、 N 、 K 2. 大量元素：0.1-1%Ca 、Mg 、P 、S 、Cl 、Fe 、Cu 3. 微量元素： 0.1% : Al 、 B 、 Br 、 F 、 I 、 Mn 、 Mo 、 Si 、 Zn 等 （二）（二） 物質循環的庫與流物質循環的庫與流 1. 庫：物質在運動過程中被暫時固定、貯存的場所。庫：物質在運動過程中被暫時固定、貯存的場所。（ 1 ）貯存庫 (storing sink) ：容積較大，交換慢，一般為 環境庫。如土壤庫、大氣庫、水體庫等 （ 2 ）交換

3、庫 (exchange sink) ：容積小，交換快，一般為 生物庫。如植物庫、動物庫等。2. 流：物質在庫與庫之間的轉移運動狀態。流：物質在庫與庫之間的轉移運動狀態。能流、物流、信息流使生態系統中各組分聯系起來。 （三）（三） 物質循環的特征物質循環的特征 （一般了解）（一般了解）物質循環在生態系統中是時刻進行的，并與能 量流動緊密結合在一起，它們把各個組分有機 地結合在一起，共同構成及其復雜的能量流動與物質循環網絡系統，從而維持了生態系統的存在。 物質循環是雙向流動，而能量流動則是單向物質循環是雙向流動，而能量流動則是單向 的，是不的，是不可逆的。可逆的。（四）物質循環的類型（四）物質循環

4、的類型 . 基本形式：基本形式：生物地球化學循環化學元素在生物圈內從環境 - 生物 - 生物 - 環境的流動和 循環。包括：（）地質大循環：（）地質大循環：在五大自然圈（大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈、生物圈）進行循環。特點：時間長，范特點：時間長，范 圍廣，閉合式。圍廣，閉合式。 （）生物小循環：（）生物小循環：在生態系統水平上。特點：時間短、范圍特點：時間短、范圍 小、開放式。小、開放式。(如下圖如下圖) . 物質循環的類型：根據貯存庫可分為：物質循環的類型：根據貯存庫可分為： （）水循環：（）水循環：貯存庫：水圈，屬液相型循環 生物小循環是指環生物小循環是指環境中的物質或元素經初境中的物質

5、或元素經初級生產者吸收作用，繼級生產者吸收作用，繼而被各級消費者轉化和而被各級消費者轉化和分解者還原，并返回到分解者還原，并返回到環境中；其中大部分很環境中；其中大部分很快又被初級生產者再次快又被初級生產者再次吸收利用，如此不斷進吸收利用，如此不斷進行的過程。行的過程。生物小循環的特點是：歷時短，范圍小，而且呈開放式循環生物小循環的特點是：歷時短，范圍小，而且呈開放式循環 地質大循環的特點是：歷時長，范圍大，而且呈封閉式循環地質大循環的特點是：歷時長，范圍大，而且呈封閉式循環生物小循環生物小循環（）氣相型循環：（）氣相型循環：貯存庫：大氣圈或水圈，以氣體的方式參與循環，循環迅速、完全。代表物質

6、： C 、 O 、 N 、 F （ 3 ）沉積型循環：）沉積型循環：貯存庫：巖石圈和土壤圈，循環緩慢、周期長，不完全 代表物質： S 、 P 、 Ca 、 Na 、 Mg 、 Fe 、 Cu 、 Si過程：巖石、土壤風化 植物利用、沉積 回到環境 風 化、重新利用. 農業生態系統物質循環：農業生態系統物質循環：二、幾種重要的物質的循環二、幾種重要的物質的循環（一）水循環：（一）水循環：1、水循環過程：、水循環過程：從全球范圍看，水循環主要由四大過程水循環主要由四大過程組成：蒸發、水汽輸送、降水、徑流。組成：蒸發、水汽輸送、降水、徑流。對一個地區而言，降水進入陸地生態學系統后將發生以下一系列過程

7、：植被截流：這使部分降水隨后蒸發汽化，部分養分隨淋洗液進入土壤；蒸發蒸騰：水分進入再循環；入滲：即降水滲入地下；滲流：入滲的水滲流到土壤深層直至地下水中滯留：即多余的水停蓄于地表洼陷處；坡面流：即水分沿地面向低處流動；壤中流：水分在土層內順坡向流動并引起地下水運動徑流：將水最終導入河流入海。2、農田生態系統的水分平衡：、農田生態系統的水分平衡：輸入項：降水() 、灌溉() 、地下水上升() 輸出項：蒸發蒸騰 (ET ）、滲漏 (P) 、側漏 (S) 、排水 (D) 以及農田持水 (O) 。 3、水分流、養分流與能流的關系、水分流、養分流與能流的關系 （1）水循環由日光能驅動：太陽能使冰雪融化，

8、液態水變為氣態水進入大氣。太陽輻射所引起的大氣環流導致水汽的移動及水汽受冷凝結致雨，從而在海洋、大氣、陸地、地表水和地下水之間形成循環流動。 （2）生命必需的元素除碳、氧、氮外，多種營養元素是通過水進入生態系統的。其中數量最大的離子形態養分是 Ca2+ ，Na+，K+ ，NO3- ，PO43-，SO42- 和CO32- 。 （3）植物吸收養分必須在水分作為介質，在能量的驅動下才能完成。 4、人類活動對水循環的影響、人類活動對水循環的影響 (1) 植被破壞：水土流失、河流洪澇或干枯 (2)興建大型的截留、蓄水、引水、灌溉工程 (3)過度開采地表和地下貯水庫 (4)圍湖造田：地表水蓄水、調洪能力降

9、低，易造 成地區性干旱 （如濕地的減少） 5、我國水資源開發利用方面存在的問題、我國水資源開發利用方面存在的問題 （1）現有水利設施不能適應農業和現代化建設的需要。 （2）現有水利工程及田間渠系配套等遺留問題比較多。 （3）水體污染日趨嚴重。 （4） 地下水的超采嚴重（如在北方旱區、一些大中城市中），形成地下水位下降和地下水漏斗以及地面下沉現象。 6、農業生態系統的水分管理、農業生態系統的水分管理 （1）植樹造林，發揮“綠色水庫”作用，擴大土壤的水分庫容。 （2）加強農田水利基本建設，提高水分利用率 （3） 改變耕作制度與管理方式，發展節水農業 （4）防治水體污染 （5）加強全流域的水資源保護

10、與統一調度(二二)碳循環碳循環:全球循環也是典型的氣相循環全球循環也是典型的氣相循環 1、碳的貯存庫、碳的貯存庫 (1) 大氣圈（ CO2 ） (2) 生物圈（有機分子） (3) 土壤 ( 有機質） (4) 巖石圈（化石燃料和沉積巖） (5) 水圈（溶解 CO2 和碳酸鈣） 2、碳循環過程、碳循環過程 (1) 細胞水平上：光合作用和呼吸作用 (2) 個體水平上：大氣 CO2 和植物之間 (3) 生態系統水平上：大氣 CO2- 植物 - 動物 - 微生物 (4) 地質大循環：如下圖 3、農業生態系統中的碳素流動、農業生態系統中的碳素流動 農業生態系統中碳素流動包括以下幾個過程： （1）碳素通過作

11、物的光合作用從大氣流向作物。 （2）碳素自作物流向土壤。 （3）碳素沿食物鏈向家禽家畜和人體流動，再由人畜糞便及其遺體等重新進入環境。 （4）土壤向大氣排放CO2 。 （5）土壤向大氣排放CH4 。 （6）人為施入土壤中的碳量，主要包括有機肥和化肥（尿素）中的碳量。 （7）作物收獲移出農業生態系統的碳量。 4、人類活動對碳循環的干擾及全球變化對農業、人類活動對碳循環的干擾及全球變化對農業生產的可能影響生產的可能影響 （1）全球變化是指由于人類活動排放溫室氣體而產生溫室效應導致全球氣候變暖、降水量增加、海平面上升，并由此而產生一系列生態和環境變化的總稱。 （2）人類活動對大氣中二氧化碳濃度的影響

12、（3）人類活動對大氣中甲烷濃度的影響 （4）溫室效應：）溫室效應：大氣中的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氯氟碳（ CFCs）、水蒸氣等可以使短波輻射幾乎無衰減地通過，但卻可以吸收長波輻射，因此，這些氣體有類似溫室的作用，故稱上述氣體為“溫室氣體”，由此產生的效應稱為溫室效應。（三）氮循環三）氮循環:是一種極其復雜的氣相循環是一種極其復雜的氣相循環 1、氮的貯存庫、氮的貯存庫(1) 巖石圈 ：93.8% 參與循環很少 (2) 大氣圈 ：6.2%為 N 循環的主要貯存庫 2、氮素的輸入和輸出、氮素的輸入和輸出(1) 輸入：生物固氮，工業固氮，高能固氮：閃電、宇宙射線、損石、火山爆發生物固氮：主

13、要有共生固氮作用、自生固氮作用和聯合固氮作用三種類型，其中，共生固氮作用貢獻最大。 (2) 輸出：燃燒，揮發反硝化 ，滲漏 3、氮循環、氮循環 氮的循環與碳的循環大體相似，但很多環節上都有特定的微生物參加 4、人類活動對氮循環的影響、人類活動對氮循環的影響 (1) 含氮有機物燃燒產生 NOx 污染大氣溫室氣體 (2)過度耕種使土壤氮素肥力下降 (3) 工業固氮抑制生物固氮，造成氮素局部富積和氮循環 失調（水體富營養化）(4) 不合理施肥造成氮素流失污染地下水、蔬菜硝酸鹽中毒 5、農田氮素控制的途徑、農田氮素控制的途徑 (1) 改進氮肥施用技術：分次施肥、氮肥深施等 (2) 平衡施肥和測土施肥

14、(3) 采用硝化抑制劑(4) 合理灌溉 (5) 做好水土保持工作（四）磷循環：是一種典型的沉積循環（四）磷循環：是一種典型的沉積循環 1、磷的貯存庫及循環過程、磷的貯存庫及循環過程 (1) 巖石土壤圈主要是地殼 (2) 磷循環過程生物小循環和地質大循環2、農業生態系統磷的循環、農業生態系統磷的循環 (1) 磷的輸入：施肥、殘體、大氣沉降、灌溉 (2) 磷的輸出：作物收獲、土壤侵蝕及淋失、滲漏3、人類活動對磷循環的影響、人類活動對磷循環的影響 (1) 磷礦開采與消耗(2) 磷肥的施用與流失 (3) 生活廢水、工業污水排放導致富營養化、赤潮（紅潮）（五）鉀循環（五）鉀循環1、土壤生態系統中的平衡、

15、土壤生態系統中的平衡 輸入：動植物殘體施肥輸出：作物收獲流失滲漏 2、農業生態系統的鉀素利用和管理、農業生態系統的鉀素利用和管理 (1) 作物秸稈回田、施用草木灰(2) 施用有機肥和種養綠肥不成土壤鉀素 (3) 合理耕作促使難溶鉀有效化 (4) 合理施用鉀肥 （六）（六） 硫循環：通常看做是一種沉積循環硫循環：通常看做是一種沉積循環 硫大量貯存于巖石圈、水圈及土壤中，但有少量以氣態及氣溶膠形態存在于大氣圈，并與陸地及水體交換頻繁。1、農業生態系統中硫的平衡、農業生態系統中硫的平衡 (1) 輸入：土壤礦物風化大氣硫沉降施用含硫肥料灌溉 (2) 輸出：作物收獲流失氣態揮發2、人類活動對硫平衡的影響、人類活動對硫平衡的影響 (1) SO2 氣體排放：燃煤油氣、礦治、農業活動 (2) 酸雨及其危害 pH 4.5g/cm2 (2) 農藥污染: 采取措施：加強農藥立法管理開發高效、低毒、安全的無公害農藥和生物 農藥 加強綜合管理 是改進