佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂早荣） 第七章农业生态系统的生产力 第一节概念 一、物质生产力 物质生产力是指农业生念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，共大 小标志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。 两种物质生产力 总物质生产量，指包括呼吸和消耗在内的同化总量。 净物质生产量，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， 植物干物质生产量、产量，动物产品数量等。 尘产量：绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为生产量。 生产率：生态系统中一定空间内的植物群落在一定时间内所生产的有机物质积累的速率称为生 产率或生产力。 生物量：单位面积内动物、植物等生物的总数量(kg/m2)称为生物量。生物量只指有生命的活体， 以鲜重)或干重表示。 现存量：绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝洛叶掉洛后所剩下的存活部分称现存量。 生物生产是生态系统重要的功能之一，生念系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将 能量、物质重新组合，形成新的产品（糖类、脂肪和蛋白质等）的过程，称为生念系统的生物生产。生 物生产可分植物生产（初级生产）和动物生产（次级生产）两大类。 初级生产：指生态系统中自养者的生产，包括各种绿色植物、光合细菌等在内的同化太阳能并 以有机物形式贮存起来的生产，又称第一性（次）生产。只有初级生产才能将环境中的物质和能量 纳入系统，维持系统的存在和发展。(Primary production) 次级生产：指动物、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，是生念系统的第二性生产。(Secondary production) 二、生产力的表示方法 时间可概念的速率表示法 指系统在单位时间、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，常用的单位： g·/m2/年-，千卡·/m2/年 即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/输入效率，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。 第二节初级生产力 一、初级生产力概况 1、概念 总初级生产力(gross productivity):植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。 净初级生产力(net productivity):植物总初级生产力中减去植物呼吸消耗量所剩下的数量。 总初级生产量(gross production Pg.):一定时期内植物合成有机物质的总量，无速率的概念。 净初级生产量(net production Pn):总初级生产量中减去呼吸消耗量的剩余量。即一段时间内， 以植物组织形式表现出来的干物质量。 现存量(stand crop):某一特定时刻，单位面积地段内有机体的数量。与生物量(Biomass)是 同义语。 初级生产：是指自养生物利用无机环境中的能量进行同化作用，在生念系统中首次把环境的能 量转化成有机体化学能，并贮存起来的过程
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业生态学》（聂早荣》 净初级生产量=总初级生产量一呼吸量。 2、地球生物圈主要生念系统初级生产力 (1)作物生产力估算的重要意义 1、提供作物的理论产量，定量表达在一定的气候、土壤和农业技术水平下作物可能达到的生产 能力，预示农业的发展前景： 2、为国家或地区制定农业发展规划，确定投资方向及有关农业政策的依据： 3、是估算土地人口承载能力的基础： 4、是揭示作物生育规律、产量形成与环境条件相互作用的机制，对定量分析资源利用程度、生 产潜力、产量限制因素等的有效的手段。 (2)初级生产力测定的方法 主要分为直接测定和间接测定。 直接测定是测定初级生产者的生物量 间接测定是通过测定初级生产者的代谢活动的情况，测定O2或CO2的浓度变化等再对初级 生产力进行推（估）算。 使用光合作用测定仪测定和利用遥感（卫星）技术间接测定则是比较先进的方法。 尘产力估算1。 整个生物圈提供的食物能为5353×1012千卡/年，80%来自植物，20%来自动物。98.9%来自陆 地，1%来自海洋。每人每天需要2400千卡/天，整个地球约养活61亿人。不同资料表明，地球可养 活70-150亿人。 地球生物圈主要生念系统初级生产力(2) 生产力估算2。 据H.Whittaker(I975)计算，地球的初级生产量： 总初级生产量：172×109吨 森林：82×109吨 海洋：55×109吨 温带草原：5.4×109吨 热带稀树草原：10.5×109吨 共余：774×109吨（包括湖泊、荒原和沙漠等） 山于人类的干预，地球的初级生产力是呈现不断下降的趋势。 地球上不同的生念系统生产力有着极显著的差异，主要受光照、温度、水分和养分等生念因子 的制约。 越接近赤道、潮湿陆地区域，其初级生产力越高。从寒带到温带、从温带到亚热带，初级生产 力会成倍增加川。 最高产生态系统(>2000g/m2.a)集中在水陆交接地带附近，所占面积很小。 二、农业生念系统的初级生产力 农业生念系统主要包括农用、草原和林地生产，其初级生产量低于森林，接近草原，在 250-1000g/m2.a之间。 1、我国与世界农用地初级生产力的比较 森林比世界平均低10%左右，且我国森林覆盖率低，约占国土面积的13.8%，仪是世界森林覆盖 率的一半。 草原面积约占国土面积的40%，但生产力水平很低，仪为世界平均水平的七分之一。 农用单位面积产量高出世界业均水平10%左右 2、我国与美国和世界不同作物生产力比较 光能利用率的理论值5一6%，初级生产的最大值60一66克/米2/天，作物高产记录的生育期Ψ均 2
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂早荣》 生长率10~29克·米-2·天-1，光能利用率1~2.3%，不同作物差别较大。 3、不同作物初级生产力的比较 (1)C3、C4、CAM植物 不同种类的作物光合能力是有显著差异，根据植物的生化途径不同分为C3、C4以及CAM景天 科类植物。 C3植物：光饱和点低，光呼吸明显，光消耗大：例：水稻、小麦等。 C4植物：光饱和点高，光呼吸消耗小。 例：玉米、高粱、甘燕等。 CAM植物：主要是景天科类的植物，植株肉质多浆，储水组织发达，的早性强，常见的主要有 兰花、仙人掌、百合，菠萝等。 (2)同种作物不同品种的生产力比较 (3)作物的生产力常用作物的平均生长率CGR 平均生长率(CGR):植物全生育期内平均每天单位面积的净生产量，单位是gm2.d。 口本的本用吉男(1976年)利用平均作物生长率(CGR)比较各种植物的初级生产力，得到以 下结果： 多年生牧草最高，新叙利亚草和紫狼尾草达26~28gm1d。 甘、高梁、玉米等C4植物为19~23gmd. C3植物：水稻、甜菜：12~16gm1d。 甘薯、大豆、大麦：8g/m1d。 各种作物的光能的利用率还比较低。全国耕地的平均光能利用率为0.4%，一般作物的平均生长 率(CG)为6~8gm2.d,略高于世界平均水平。高产H块的光能利用率在2%左右。光能利用率的 理论值为6.05%。因此，我国农作物的增产潜力是相当大的。 据工宏广等采用联合国粮农组织提出的作物生产潜力估算方法的估算结果：我国粮食的土地生 产潜力为9000亿公斤，而目前我国的粮食总产为5000亿公斤左右。因而采取各种措施，提高农业生 念系统的初级生产力还有很大潜力。 (4)提高农业生念系统初级生产力的途径 ①选用高光效作物类型或品种，是最简捷有效的途径。 ②根据环境条件合理配胃各种农业植物，增圳绿色植物覆盖面积。 宜林则林，宜农则农，宜草则草，消灭裸地，绿化荒山、荒地，以期最大限度的利用环境资源， 将其转化为现实尘产力，并维护资源的永续利用，实现初级尘产力长久、稳定提高。 从前，不注重因地适宜，盲目的围湖造用，只能造成环境退化。 第三节次级生产力 生念系统的次级生产(secondary production):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、皮和毛等产品的过程。 次级生产力(secondary Productivity):指在单位时间内，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。 次级生产延长了物质和能量在生态系统内的流动传递过程。 以初级生产为基础，直接反映初级生产的质和量。次级生产力的形成，是以动物采食可食植物 开始，直到取得动物产品，这一过程经过一系列转化过程并伴有大量的能量损失。 一、次级生产概况 1、生态系统的次级生产(secondary production) 次级生产：是指异养生物的生产，也就是生念系统消费者、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：大农业中的备牧水产业和虫、菌业生产都属次级生产。 3
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂早荣】 2、次级生产在农业生念系统中的作用和地位 农业生念系统的次级生产包括家畜、家禽、养鱼、养虫、蜂、蚯蚓、食用菌等生产，在农业生 产中起着重要作用。 (1)转化各种人类不能利用的农副产品，提高利用价值 净初级生产量主产品：30%左右，人类可直接利用副产品：40一70%，秸杆，根茬，糠麸等。直 接燃烧不仪浪费，而且造成坏境污染。若通过动物或微生物转化利用，也可为人类提供各种优质的 食品，提供大量粪肥，归还农用。 (2)生产动物性蛋白质食品，改善人们膳食结构，提高人民的生活水平。 (3)促进物质循环，增强生态系统的功能 动物粪便返用，有利于微生物分解转化为植物可再利用的营养元素，促进了物质循环，增强了 生态系统功能。 (4)种养结合，农牧五促，有利于农业资源的合理利用和农业的可持续发展。 (5)增加就业门路，提高经济效益，增训农民收入。 3、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念系统。 (2)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。 (4)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。 二、初级生产与次级生产的相互关系 初级生产与次级生产的关系包括：①次级生产依赖初生产。②合理的次级生产促进初级生产。 ③过度放牧破坏初级尘产，使草原退化。 1、次级生产对初级生产的依存关系 各种动物依赖于初级生产而获得食料，以得到生长发育所需的各种物质和能量，进行产品生产。 因此，初级生产产品和副产品的种类、质量和数量决定了农业生念系统中畜、禽、鱼或其他动物的 种类、数量和转化效率。 次级生产的转化效率也在很大程度上取决于初级生产产品和副产品的种类和质量。 合理的初级生产布局，还可以改善环境质量，为家畜提供良好的生长和栖身环境，这对草原牧 区的畜牧生产史具重要的意义。 2、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。 合理放牧，畜群的践踏使大量茎叶埋入土表根层，使有机和无机营养物在这一土层内大量积累， 为土栖生物的生长创造了良好的条件，形成生命活动中心，在草原的土栖动物中，以蚯蚓为最多， 其尘物量可能达到，甚企超过家畜的生物量。蚯蚓的活动使有机质转变成细腐殖质，并能使土壤中 各种无机元素发生移动，不仪促进土壤肥力的增长，而且也极大地提高了植物对营养元素的同化效 率，进而促草原初级生产力的提高。 在农区，随着社会对各种动物产品需求的增长和饲料科学的发展，饲养种类的拓展必将对饲料 生产提出史高史广泛的要求，从而促进种植业结构的改革和调整、栽培管理技术的改进和农业生态 系初级生产力的提高。 3、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共承载量，对初级生产都会产生不良的影响。 过度放牧不但会使可食草种的数量城少而影响初级生产力和牧草品质，还会导致土裹板结、杂 草和寿草增多，严重时发尘沙化和盐碱化，使草原初级生产力大大下降。 放牧过于不足也是有害的，这一方面造成牧草资源的浪费，另一方面则使植物残体的积累速度 4
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂早荣） 超过了微生物的分解速度而延缓了营养元素的再循环。植物残体的积累还可能产生火灾。 第四节提高农业生态系统生产力的途径 农业生念系统是个生念一经济一技术复合系统。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提高，实质上是对整个系统调节控制，以达到最优的目的，而个是某一 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。它是根据投入与产出， 在协调社会效益与生念效益的基础上谋求最佳的经济效益。 一、影响我国农业生念系统生产力的因素 1、自然资源条件 自然资源是指农业生产所面临的自然环境因素的数量、质量及其配合水平，通过对农业生物种 类、数量、品质和农业生态系统类型的制约作用来影响农业生产力水平。 我国农业系统的环境资源除光热资源优越之外，土地和水资源数量最短缺，质量低下，气候条 件的年际大幅度波动对农业系统构成很大威胁，土地资源的破坏和气候灾害的加制可能使农业系统 出现不良的趋势。 2、社会经济条件 社会经济条件指农业生态系统面临的社会经济环境和农业生产单位的经营水平。 社会经济环境影啊农业生念系统与人类社会系统进行物质、能量和信息交流的质和量，决定农 业生念系统结构的类型和功能。一方面，人类社会的进步使人类干预和控制生念系统的方式、能力 不断提高，从外界输人的物质、能量和信息不断增多，所起的生产效能也不断扩张，成了提高农业 尘念系统生产力的主要动力。另一方面，商品经济的发展使生念系统与社会市场紧密联系，社会需 求变化引起商品价格变化，进而导致系统结构和生产力发生变化。人类社会需求与农业生念系统尘 产力之间的这种客观联系是改变农业生念系统结构的根本动力之一。 农业生产单位的经营水平，包括该生产单位技术、装备，经济实力、人员素质和经营管理水平， 表现为投入的各生产要素的数量、质量及其配合比例和整体运行效果。经营水平的差距在同等的自 然、经济、社会环境下是各生产单位生产力水平差异的主要原因。 3、农业科学技术水平 农业科学技术的进步对提高农业生念系统的生产力全关重要，不同地区，特定农业科学技术对 生产力的影响是不同的。 4、农业生态系统的结构 农业生念系统生产力不仪取决于各构成单元的个别生产力，而月受结构本身及其功能的影响。 系统结构对生产力的影响主要表现为： 二、提高农业初级生产力的途径 辅助能量在现代农业的初级生产中起着「分重要的作用。增加辅助能投入可以改善农业生念系 统的机能、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，以谋求最佳经济生产力。避免工业辅助能对环境资源、土壤性状的破坏，也是充分利用辅 助能增加初级生产力的重要方面。不恰当的使用工业辅助能虫然有时会暂时对作物生产有一定的促 进作用，但长此以往可能会引起环境资源、土地资源破坏造成初级生产力下降。 1、因地制宜，增加绿色植被覆盖 充分利用太阳辐射能，增加系统的生物量通量或能通量，增强系统的稳定性。 2、适当增加投入，保护和改善生念环境，消除或减缓限制因子的制约。 3、改善植物品质特点，选育高光效的抗逆性强的优良品种。 4、加强生念系统内部物质循环，减少养份水分制约。 5、改进耕作制度，提高复种指数，合理密植，实行间套种，提高栽培管理技术。 5
佛山科学技术学院精品资源共享课《农业牛态学》（聂早荣） 6、调控作物群体结构，尽早形成并尽量维持最佳的群体结构。 三、提高农业次级生产力的途径 1、调整种植业结构，建立粮一经—饲三元结构。 (1)发展草食动物，适料饲养。 (2)充分利用水面，发展鱼、虾、蟹、贝等水生动物。 (3)利用腐生食物链进行物质生产。 (4)有效地利用残渣食物链中的还原能量 2、培育、改良、推广优良畜禽渔品种。 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。 3、将分散经营适度集约化养殖。 协调饲养量和饲料量的关系，提高转化效率，控制家畜的非生产性消耗。 4、选择和生产优质饲料，进行科学喂养。 5、改善次级生产构成 发展草食动物，适料饲养：发展水产业。充分利用水面，发展鱼、虾、蟹、贝等水生动物：发 展腐生食物链进行物质生产，有效地利用残渣食物链中的还原能量等。 6