物質生產力第5章第五章草地生態系統

的物質生產力一、生產力的概念二、生態系統的初級生產三、生態系統的次級生產四、初級生產與次級生產的相互關系五、提高生態系統生產力的途徑一、生產力的概念Productivity（一）物質生產力的概念是指生態系統以產品形式的生產能力，是任何生態系統基本的數量特征，其大小標志著能量轉化效率和物質循環效率的高低，是生態系統功能的具體體現。有兩種物質生產力：一是總物質生產量，指包括呼吸和消耗在內的同化總量；二是凈物質生產量，指除去呼吸消耗后，以生物有機體組織或貯藏物質的形式體現出的生產量，如植物干物質生產量、產量，動物產品數量等。（二）初級生產和次級生產1.初級生產。指生態系統中自養者的生產，包括各種綠色植物、光合細菌等在內的同化太陽能并以有機物形式貯存起來的生產，又稱第一性（次）生產。只有初級生產才能將環境中的物質和能量納入系統，維持系統的存在和發展。(Primaryproduction)2.次級生產。指動物、微生物等異養者的生產，是利用初級生產產物進行物質和能量轉化，表現出的生產力，是生態系統的第二性生產。(Secondaryproduction)（三）生產力的表示方法1.時間概念的速率表示法。指系統在單位時間、單位面積上初級生產者和次級生產者所生產的有機物質的量，常用的單位是：g·m-2·年-1，千卡·m-2·年-12.輸出/輸入的表示方法。即指系統產出的有機物與輸入的物質或資源的比值，簡稱輸出/輸入效率，如肥水利用率、資金生產率等。以上兩種表示方法是相互補充的。如果只有速率高，可能是高消耗的高速率；如果只有效率高，則可能是低生產水平的高效率。二、生態系統的初級生產（一）地球上的初級生產

整個生物圈提供的食物能為5353×1012千卡.年-1，80%來自植物，20%來自動物。98.9%來自陸地，1%來自海洋。每人每天需要2400千卡.天-1地，整個地球約養活61億人。不同資料表明，地球可養活70—150億人。地球上初級生產量和食物供應狀況項目面積106km2凈初級生產量g·m-2·年-1初級生產總量109T·年-1太陽能利用率%植物提供食物量1012千卡·年-1動物提供食物量1012千卡·年-1全球510320333162.61700.114200.061153.2陸地149720773107.31150.2542001094海洋36115315355.3550.05.0659.2Pianka（1974）和Lieth（1978）綜合（二）農業生態系統的初級生產1.最大理論生產力的估算太陽總輻射500cal·cm-2·天-1可見光（400～700nm）44.7%500×44.7%=222cal·cm-2.天-1總量子（每cal相當于8.64微埃，反射率6～12%（8.3%），非活性吸收損失10%）222×8.64=4320微埃·cm-2.天-1反射—360微埃·cm-2·天-1非活性吸收損失—432微埃·cm-2·.天-1有效吸收的量子總量3528微埃·cm-2·天-1產生的碳水化合物量（還原1微克分子co2需10量子或微埃）353微克分子·cm-2·天-1呼吸損失1/3（33%）—116微克分子·cm-2·天-1碳水化合物凈生產237微克分子·cm-2·天-1=2.37克分子·m-2·天-1=2.37×30克/克分子·m-2·天-1=71g·m-2·天-1碳水化合物是干重的92%，無機成分8%，則71×100/92=77g干物質·m-2·天-12.不同國家的作物生產力（1）美國（1976/3/10—12，華盛頓）理論最大值61克·米-2·天-1223T·年-1·公頃-1實測最大值C4作物38～52克·米-2·天-1C3作物23～31克·米-2·天-1138～190T·年-1·公頃-184～113T·年-1·公頃-1全國平均產量C4作物38～52克·米-2·天-1C3作物23～31克·米-2·天-14～31T·年-1·公頃-14～9T·年-1·公頃-1理論最大值大于實測最大值大于平均值（2）中國光能利用率的理論值5～6%，初級生產的最大值60～66克·米-2·天-1，作物高產記錄的生育期平均生長率10～29克·米-2·天-1，光能利用率1～2.3%，不同作物差別較大。作物玉米高粱春小麥水稻甘薯冬小麥生長率克·米-2·天-127-302214-1612-1310光能利用率%1.9-2.321.21.41.71.1由于品種、水肥條件、管理技術限制，作物生育期間的平均生長率6～8克·米-2·天-1，光能利用率僅1%（3）世界

1975年，村田吉男匯總最高產量的作物生育期間的光能利用率CGR(克·米-2·天-1)，多年生牧草（新敘利亞草和紫狼尾草）26～28，C4作物（甘蔗、玉米、高粱）20，水稻、甜菜14，甘薯、大豆、大麥8，三葉草、鴨茅6。甜菜光合效率僅30mgco2.dm-2.hr-1，但LAI4以上的天數達80天。玉米、水稻的光合效率40mgco2.dm-2.hr-1以上。3.提高生態系統初級生產力途徑⑴生物與環境相適應⑵協調系統中各組成部分之間關系⑶建立良好的群體結構⑷重視生物資源的開發利用⑸適量的輔助能投入三、生態系統的次級生產（一）定義生態系統的次級生產（secondaryproduction）是指初級生產的部分產品，經過異養生物的采食和同化，合成肉、奶、蛋、皮和毛等產品的過程。次級生產力（secondaryProductivity）

指在單位時間內，各種異養生物直接或間接消費綠色植物，制造或形成產品的數量。次級生產延長了物質和能量在生態系統內的流動傳遞過程。它是以初級生產為基礎，直接反映初級生產的質和量。次級生產力的形成，是以動物采食可食植物開始，直到取得動物產品，這一過程經過一系列轉化過程并伴有大量的能量損失。（二）次級生產在生態系統

中的作用和地位1.提供動力2.轉化農副產品，提高利用價值3.提供蛋白質產品，改善人們的食物構成4.促進農業生態系統的物質循環，增強生態系統的機能5.提高經濟效益（三）次級生產的能量轉化效率1.飼養家畜的能量轉化效率高于自然生態系統2.不同畜禽種類和品種差別較大3.不同飼養方式能量轉化效率不同4.不同的飼養配比能量轉化效率不同5.科學飼養方法能量轉化效率高

飼養家畜可將飼料中16—29%的能量轉化為體質（高于十分之一法則）,33%用于呼吸消耗，33-49%以糞便形式排出。養一只奶牛每年需飼料1800—2000斤，每天產牛奶60斤，一斤牛奶需飼料糧0.25斤。一頭豬需飼料糧500—600斤，四斤飼料產一斤豬肉。蛋雞每年需飼料65斤，0.27斤飼料產一枚蛋。（四）提高次級生產力的途徑1.改善次級生產者的構成，使初級產品得到多次轉化⑴發展草食動物，適料飼養⑵充分利用水面，發展魚、蝦、蟹、貝等水生動物⑶利用腐生食物鏈進行物質生產⑷有效地利用殘渣食物鏈中的還原能量2.協調飼養量和飼料量的關系，提高轉化效率3.選擇和生產優質飼料4.科學的飼養技術5.控制家畜的非生產性消耗秸稈利用方式與能量和N素利用率利用方式能量利用率%N素利用率%沼氣30—4090—98燃燒5—100常規漚制——70—85

不同動物消化能力不同，應根據飼料種類安排畜禽種類。反芻動物瘤胃可容納食物60—70%，在消化道可停留7—8天，使食物得到充分消化。小麥殼喂牛，消化率可達39%，喂豬僅10%。麥秸喂牛消化率42%，喂馬19%，豬不消化。

我國的畜牧業受制于糧食生產，傳統的飼料是有啥吃啥，剩啥吃啥，精飼料與蛋白質飼料缺乏。1/4—1/5的糧食用作飼料（美國為80%）。植物生產中，糧棉油和綠肥中蛋白質/糧食占11.6%（美國為25.7%），其中糧食蛋白質/糧食占9.6%。飼料中蛋白質/精料為9.4%。飼料中蛋白質的理論值為占15—20%。

我國主要牧區提供的肉類僅是四川省的1/5，是全國肉類總產的1/20。主要是牧區第一生產力低造成。我國33億畝可利用草原，每畝草原年產干草僅33斤，全年干草僅5000萬噸，不足全國主要農區秸稈產量的1/10。因此，全國的畜牧業重點在農區，而不是在牧區。四、初級生產與次級生產的相互關系（一）次級生產對初級生產的依存關系各種動物依賴于初級生產而獲得食料，以得到生長發育所需的各種物質和能量，進行產品生產。因此，初級生產產品和副產品的種類、質量和數量決定了農業生態系統中畜、禽、魚或其他動物的種類、數量和轉化效率。。次級生產的轉化效率也在很大程度上取決于初級生產產品和副產品的種類和質量。合理的初級生產布局，還可以改善環境質量，為家畜提供良好的生長和棲身環境，這對草原牧區的畜牧生產更具重要的意義（二）次級生產對初級生產的促進作用合理的次級生產可以促進初級生產。合理放牧，畜群的踐踏使大量莖葉埋入土表根層，使有機和無機營養物在這一土層內大量積累，為土棲生物的生長創造了良好的條件，形成生命活動中心，在草原的土棲動物中，以蚯蚓為最多，其生物量可能達到，甚至超過家畜的生物量。蚯蚓的活動使有機質轉變成細腐殖質，并能使土壤中各種無機元素發生移動，不僅促進土壤肥力的增長，而且也極大地提高了植物對營養元素的同化效率，進而促草原初級生產力的提高。

在農區，隨著社會對各種動物產品需求的增長和飼料科學的發展，飼養種類的拓展必將對飼料生產提出更高更廣泛的要求，從而促進種植業結構的改革和調整、栽培管理技術的改進和農業生態系初級生產力的提高。（三）不合理放牧對草原初級生產的影響

不合理放牧指草原載畜量超過或大大低于其承載量，對初級生產都會產生不良的影響。過度放牧不但會使可食草種的數量減少而影響初級生產力和牧草品質，還會導致土壤板結、雜草和毒草增多，嚴重時發生沙化和鹽堿化，使草原初級生產力大大下降。放牧過于不足也是有害的，這一方面造成牧草資源的浪費，另一方面則使植物殘體的積累速度超過了微生物的分解速度而延緩了營養元素的再循環。植物殘體的積累還可能產生火災。

五、提高生態系統生產力的途徑

生態系統是個生態—經濟—技術復合系統。生態系統生產力的形成是自然、經濟和社會因素綜合作用的結果，包括一系列相互聯系、相互作用、相互制約的復雜因素。生態系統生產力的提高，實質上是對整個系統調節控制，以達到最優的目的，而不是某一級生產力單純在數量上的增加，也不是系統內農業生物學產量的簡單增加。它是根據投入與產出，在協調社會效益與生態效益的基礎上謀求最佳的經濟效益。（一）影響我國農業生態系統生產力

的因素1.自然資源條件

自然資源是指農業生產所面臨的自然環境因素的數量、質量及其配合水平，通過對農業生物種類、數量、品質和農業生態系統類型的制約作用來影響農業生產力水平。我國農業系統的環境資源除光熱資源優越之外，土地和水資源數量最短缺，質量低下，氣候條件的年際大幅度波動對農業系統構成很大威脅，土地資源的破壞和氣候災害的加劇可能使農業系統出現不良的趨勢。2.社會經濟條件

社會經濟條件指農業生態系統面臨的社會經濟環境和農業生產單位的經營水平。社會經濟環境影響農業生態系統與人類社會系統進行物質、能量和信息交流的質和量，決定農業生態系統結構的類型和功能。一方面，人類社會的進步使人類干預和控制生態系統的方式、能力不斷提高，從外界輸人的物質、能量和信息不斷增多，所起的生產效能也不斷擴張，成了提高農業生態系統生產力的主要動力。另一方面，商品經濟的發展使生態系統與社會市場緊密聯系，社會需求變化引起商品價格變化，進而導致系統結構和生產力發生變化。人類社會需求與農業生態系統生產力之間的這種客觀聯系是改變農業生態系統結構的根本動力之一。

農業生產單位的經營水平,包括該生產單位技術、裝備，經濟實力、人員素質和經營管理水平,表現為投入的各生產要素的數量、質量及其配合比例和整體運行效果。經營水平的差距在同等的自然、經濟、社會環境下是各生產單位生產力水平差異的主要原因。3.農業科學技術水平農業科學技術的進步對提高農業生態系統的生產力至關重要，不同地區，特定農業科學技術對生產力的影響是不同的。4.農業生態系統的結構農業生態系統生產力不僅取決于各構成單元的個別生產力，而且受結構本身及其功能的影響。系統結構對生產力的影響主要表現為：⑴適當調整食物鏈可增大系統生產力。⑵提高系統的穩定性，可以增強系統整體生產力。（二）增加人工輔助能量、提高初級生產力

輔助能量在現代農業的初級生產中起著十分重要的作用。增加輔助能投入可以改善農業生態系統的機能、提高初級生產力。

提高輔助能利用效率是降低初級生產成本提高凈生產力的關鍵之一。主要途徑是適量投入、合理配比，以謀求最佳經濟生產力。避免工業輔助能對環境資源、土壤性狀的破壞，也是充分利用輔助能增加初級生產力的重要方面。不恰當的使用工業輔助能雖然有時會暫時對作物生產有一定的促進作用，但長此以往可能會引起環境資源、土地資源破壞造成初級生產力下降。（三）引進新物種，開發生態位，實行

多樣化生