佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂早荣）》 第三章农业生态系统的能流 Chapter 3 Energy flow in the agroecosystem 任何生命过程无不自始全终贯穿着能量、物质和信息的有组织、有秩序的流动。能量的输入、 传递、转化、做功，是生态系统最重要的功能：农业生念系统的能量流动，是体现农业生产持续运 转的基本过程 第一节热力学定律 一、热力学第一定律 一个系统的任何状念的变化，都伴随着吸热、放热和做功，而系统的总能量并不增加或诚少， 它是守恒的。 △U(系统内能变化)=Q(吸热)一W(对外作功) 即△E=△Q+△W。△E表示系统内能的变化，△Q表示系统吸热或放热，△W表示自身做功或系 统对外做功。 实际上，能量的当量转换关系不限于热、功和内能之间，各种形式的能量都有当量转换关系。 在生念系统中，太阳的辐射能，大部分通过地面、水面、生物表面等反射、散射和蒸发蒸腾耗能而 离开尘态系统：只有小部分通过绿色植物的光合作用转化为有机物质中的化学潜能。 二、热力学第二定律 山于总有一部分能量散发为不能再利用的热能，能量从一种形念转变为另一种形念的效率，总 不可能是百分之百。 自山能是系统中可用于做功的那一部分能量。自山能做功后即衰变为不能利用的无用能，通常 是分散的热能。 山热力学第二定律可知，世界上一切有序的结构、格局、安排都会自然地趋向于无序。要使系 统维持有序状念，只有使系统狄得史多的潜能以做功。 三、耗散结构理论 普甲高津的耗散结构理论，一个远离平衡念的开放系统，通过与外界环境所进行的物质、能量 的不断交换，就能克服无序状念，维持稳定状念。尘念系统为一个具有耗散结构的开放系统，服从 热力学第二定律。 四、能量流动的特征 1、能流是单向流动 2、能流是能量不断递减的过程 3、能量流动的途径和渠道是食物链(food chain)和食物恻(food web) 第二节生态系统的能量关系 一、能源 能量(energy),在物理学上指的是物质具有作功的能力。能是物质运动的量度。 一般把能分为两种存在形式：潜能和动能。 潜能是静态能量，它是存在于物体内部的化学能量，具有作功的潜在能力，生念系统中有机物 质的化学结合能是潜能的一种。 动能则与物体本身的质量、运动速度和相对位置有关，动能是物理学上所主要讨论的能量形式。 ①形念：I光能(Solar energy)化学能(chemical energy)动能(Kinetic energy)热能(thermal energy) ②度量：卡或千卡（生念学上）calory焦耳（农业工程上，为目前国际标准单位）joule 二、生态系统的能量来源与路径 1、生态系统的能量来源 ①太阳能：占99%以上。生物界的能源，直接、间接地来源于太阳的辐射能
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂早荣） ②自然辅助能(natural a uxiliary energy):!地热能、潮汐能、核能等占
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂旱荣） 的初级生产，是生念系统能量流动的基础。 初级生产者包括绿色植物和光能合成细菌等。 2、净初级生产量 净初级生产量=总初级生产量一呼吸量 二氧化碳 光合作用 光能自养型（硫化细菌） 二、初级生产的能量转化 净初级生产量=总初级生产量一呼吸量 第四节次级生产的能流 一、次级生产 次级尘产：是指异养尘物的生产，也就是生态系统消费者、分解者利用初级生产量进行的同化、 生长发育、繁殖后代的过程。 次级生产者：大农业中的畜牧水产业和虫、菌业生产都属次级生产。 二、次级生产的能量半衡 P-NI+I-A+(R1+R2)+(F+U+G) P初级生产总量Ni未食用部分I食用部分A贮存量R1体增热 R2维持能F固体排泄物U液体排泄物G气体排泄物 3
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂旱荣） 第五节生态系统中的辅助能 一、 生念系统的辅助能 自然辅助能：风、雨、流水、潮汐、地热 人工辅助能(artificial auxiliary energy) 生物辅助能：劳力、畜力、有机肥、种子种苗等 直接工业辅助能（如煤、石油、天然气等） 工业辅助能： 间接工业辅助能（如化肥、农药、薄膜等） 潮汐 风能 煤矿 畜力 二、人工辅助能对农业增产的意义 1、辅助能输入的作用是改善不良的生念环境条件，解除环境中一些限制因子的制约，促进农作 物对山光能的吸收、利用和转化。 2、随着人工辅助能投入的增加，特别是工业辅助能投入量的增加，产量明显提高。 3、工业辅助能投入的增加也带来了能源短缺、环境污染和成本提高等问题。今后应优化辅助能 投入，提高辅助能的利用效率。未来农业史多的是应该史多地投入科学技术和信息，替代工业辅助 能的直接投入。 二、农业生态系统的能流特征和转化效率 1、自然生态系统与农业生态系统的比较 自然生态系统：主要是自然辅助能。 农业生态系统：自然辅助能和人工辅助能量的大量输入输出。 2、不同类型农业生态系统的比较 不同历史发展时期： 原始农业(primitive agriculture):辅助能投入少，生产力低。 传统农业(traditional agriculture):辅助能投入多，生产力相对高。 现代农业(modern agriculture):辅助能投入史多，生产力大大提高、次级生产的改善途径。 4