实验二 农业生态系统的能流分析
农业生态系统的能量流动
（一）食物链（food chain) 1.定义：生态系统中生物组分通过吃与被吃的关 系彼此连接起来的一个序列，组成一个整体犹 如一条链索一样，这种链索关系被称为食物链。 2.食物链理论 1942年美国生态学家林德曼（Lindeman)提出的， 基本涵义是：生态系统中绿色植物转化固定的 食物通过一系列取食与被取食关系，使生物成 员紧密联系起来的营养序列称为食物链。
第三章 农业生态系统的能量流动
内容提要
• 能量的基本形态与来源； • 食物链与食物网 • 农业生态系统能量流动与转化途径 • 农业生态系统能量转化的的基本原理 • 农业生态系统的能量生产 • 农业生态系统的辅助能 • 农业生产系统的能流与能值分析。
第一节农业生态系统能量流动的途径
一、农业生态系统能量的来源
人 工 辅 助 能
太阳能（主要能量来源占90%以上） 包括地热能、潮汐能、 风能、水能等
自然辅助能 对生态系统中食物链能
量转化与传递起辅助作 用的能量
人类通过各种生产活动投入到农 业生态系统中的人力、畜力、燃 料、电力、机械、化肥、农药等 强化和辅助生态系统中生物对太 阳能的固定、转化与流动的能量
二、食物用转化固定在植物体的化学能；由食物链转化 到动物体和微生物提中的化学能；动植物体被埋藏在地 壳经长期的地质作用所形成的化学能。 （3）热能
是一种广泛见于不同能量作功过程中的能量转化形式。
（二）生态系统的能量来源
农业 生态 系统 能量 来源
生态 系统 能量 来源
第二节能量流动与转化的基本定律
一、热力学第一定律——能量守恒定律 二、热力学第二定律——能量衰变定律 三、熵定律 （一）熵含义（二）熵变化（三）熵定律 四、普里（利）高律的耗散结构理论 （一）耗散结构（二）耗散结构理论 五、生态金字塔 （一）生态金字塔概念（二）生态金字塔类（三）生态 金字塔理论意义 六、林德曼效率定律与生态效率定律 （一）林德曼效率定律及意义（二）生态效率定律
农业生态系统的能值分析与优化研究
农业生态系统的能值分析与优化研究摘要：农业生态系统是人们利用生态系统理念和方法进行设计和管理的生态系统，其目的是实现农业生产的可持续性和生态保护的平衡。
能值分析是一种新型的系统分析方法，可以用于农业生态系统的能量和物质流的定量分析，从而实现农业生态系统的优化管理。
本文将首先介绍农业生态系统的概念和特点，然后阐述能值分析的理论和方法，最后探讨农业生态系统的能值分析和优化管理的实现。
一、农业生态系统农业生态系统是指在一定的时间和空间范围内，由农业生物、非生物和人类活动相互作用而形成的生态系统。
农业生态系统是人类利用农业土地、农作物和动物等生物资源和太阳能、水能等非生物资源进行生产的生态系统。
农业生态系统具有以下特点：1.人工干预：农业生态系统是人类利用农业土地、农作物和动物等生物资源和太阳能、水能等非生物资源进行生产的生态系统。
在农业生态系统中，人类需要进行土地整理、种植、养殖等生产活动，对生态系统进行人工干预。
2.能量流动：在农业生态系统中，能量的流动是生产的重要环节。
太阳能是农业生态系统的主要能量来源，通过光合作用转化为生物能，驱动农业生产的过程。
3.物质循环：在农业生态系统中，物质的循环也是生产的重要环节。
通过土壤、水和气体的循环，各种元素和物质被反复利用，实现了资源的最大化利用。
4.物种多样性：农业生态系统中的物种多样性包括农作物、动物、微生物等。
保持物种多样性可以促进生态系统的平衡和稳定，提高农产品的产量和质量。
二、能值分析能值分析是一种新型的系统分析方法，可以用于定量分析一个系统中各种能量和物质的转化和流动情况。
能值分析的基本概念包括能值、能值转换率和能值密度等。
以下为能值分析的基本理论和方法：1.能值转换率：能值转换率是指一个系统中不同类型能量之间的转换率，通常用能量单位来表示。
例如，太阳能能值转换率是指光能转换为生物能的比率，可以用每单位光能的生物能来表示。
2.能值密度：能值密度是指一个系统中单位面积或单位体积内的能量流动量，通常用能量单位来表示。
农业生态系统能流分析实例
农业生态系统能流分析实例
摘要
农业生态系统的能量流分析是评估农业生态系统的重要方法。
本文将描述一个实际的农业生态系统能量流分析实例，总结不同类型组件的能量流情况并分析了该生态系统的结构特点。
实例案例发现，全部组件的能量不平衡，能量输入量高于输出量，人类活动是农业生态系统的能量源，而植物微量元素的利用率和土壤有机碳的储存量有着负相关性，有利于城市农业可持续发展。
引言
农业生态系统是生态系统中丰富多样的组织，它以人类社会和养殖动物之间的关系为重点，包括植物、气候、土壤、海洋、水资源和其他生物等。
农业生态系统的能量流分析是评估农业生态系统的重要方法。
它可以反映农田的综合质量，帮助我们了解农业生态系统中由复合组件提供的物质和能量流向，从而有效分析农业生态系统完整性的变化情况。
实例研究
本文为了更好地评估农业生态系统，以山东省市场型土地改造示范区为例，将介绍农业生态系统能量流分析的一个实例研究。
该实例研究采用案例法，包括现场调查、能量流分析等。
农业生态系统的能量流动
我国不同地区能量产投比
400 200 0 低产田
投入无机能
中产田
产出能量 能量产投比
投入能量
投能结构与产投比关系示意
目前我国多 数地区有机能与 无机能比例为 1.35至8.83之间。
投能结构（有 机能/无机能）与 产投比（能量转 化效率）之间呈 二次函数关系。
Y=0.5324+0.5767X-0.059X
• 我国生物质能资源原料多样量大，包括能源植物、 作物秸秆、人畜粪便等。 • 农作物秸秆是数量最大的农业废弃物，每公顷耕地 年产量可达9-10吨。 • 地球上光合作用产生的生物质约1500亿吨/年，可作 为人类食物或动物饲料占其中1/4，每年产生的废物 （包括收获和加工过程中的）约135亿吨。
自然辅助能
辅助能
人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
能量分类的作用和意义
• 生物辅助能一般是农业系统内部能量的再利用，表 示归还率，是有限的；封闭形式的投入。 • 工业辅助能表示对该系统能量的补充。开放形式的 投入。(资源量、形式、成本、环境影响不同）
–生物辅助能/工业辅助能，称人工辅助能的组成 (投能结 构) –产出生物能/投入人工辅助能，称人工辅助能的能效
2007年江苏省化肥施用量与施用强度区域差异
常 州 市 无 锡 市 苏 州 市 镇 江 市 南 京 市 扬 州 市 泰 州 市 南 通 连 市 云 港 市 宿 迁 市 淮 安 市 盐 城 市 徐 州 市
化肥施用强度 (kg/ha)
化肥施用量
化肥施用强度
化肥施用量 (万t)
1400 1200 1000 800
再生能源的开发利用
• • • • • • • • 自然界存无限的能源资源。 太阳能 水能 风能 地热能 海洋能 核能 氢能
实验二农业生态系统的能流分析
实验二农业生态系统的能流分析实验设备和材料：1.农田：包括水稻田和玉米田；2.量热仪：用于测量生物体的热量；3.光合作用仪：用于测量植物的光合作用速率；4.称量器：用于称量生物体的质量；5.网箱：用于捕捉生物体。
实验步骤：1.在水稻田和玉米田中选择相同大小的样方，将其分成若干个小格，并标记编号。
2.在每个格子中，使用网箱捕捉对应的生物体，如昆虫、藻类、小鱼等，并记录其数量。
3.将捕获的生物体进行称量，并记录质量。
4.使用量热仪将捕获的生物体进行热量测量，并记录结果。
5.使用光合作用仪测量样方中植物的光合作用速率，并记录结果。
6.计算每个格子中的生物体的平均质量和热量。
7.根据捕获的生物体数量、质量和热量，计算每个格子中的总生物体质量和总热量。
8.根据光合作用速率和每个格子中的总生物体质量，计算每个格子中的总生物体所吸收的总太阳能量。
9.根据每个格子中的总生物体质量和总生物体热量，计算每个格子中的总生物体所释放的总代谢能量。
10.将每个格子中的总太阳能量和总代谢能量进行比较，计算能量转化效率。
实验结果：通过以上实验步骤，可以得到每个格子中生物体的平均质量和热量，以及总生物体的质量、热量和太阳能量。
通过计算能量转化效率，可以比较不同格子之间的能量利用效率。
讨论和结论：能流分析实验结果显示，不同格子之间能量转化效率存在差异。
高能量转化效率的格子表示生态系统中能量转化和利用效率较高，而低能量转化效率的格子表示有能量损失和浪费。
这些差异可能受到多种因素的影响，如土壤质量、气候条件、生物种类和相互关系等。
通过能流分析，可以帮助我们了解农业生态系统中能量的流动和转化情况。
在农业生态系统管理和优化中，可以根据能流分析的结果，采取相应的措施来提高能量转化效率，减少能量损失和浪费，并优化农业生态系统的稳定性和生产力。
农业生态学实验报告
农业生态学实验报告农业生态系统的能流分析一、总生态系统种植业、畜牧业生态系统输入、输出及产投比见下表：系统类型项目实物量单位能流系数单位能流量总系统35000000000 kcal/cm2.y 139 kcal/cm2 4.864+12 100*0.1*77 马力500000 kcal/kg 3.85E+08 3000 kg 10400 kcal/kg 3.12E+07 45000 度860 kcal/度 3.87E+0730*10000/667*395 kg 5740 kcal/kg 1.02E+09 0.2*15*395 kg 24000 kcal/kg 2.84E+07 300*1000 d 3000 kcal/d 9.00E+08 225*1000 kg 7000 kcal/kg 1.58E+09 150*1000 kg 942 kcal/kg 1.41E+0830*60 d 3000 kcal/d 5.40E+064.86913E+12 50*7320*5% kg 3700 kcal/kg 6.77E+0780*4500*5% kg 3950 kcal/kg 7.11E+0770*3000*5% kg 3760 kcal/kg 3.95E+0790*1500*5% kg 6300 kcal/kg 4.25E+0770*4500*5% kg 3800 kcal/kg 5.99E+0735*45000*5% kg 600 kcal/kg 4.73E+07 2000*80%*60%*100 kg 5800 kcal/kg 5.57E+08 3000*20%*60%*1 kg 1300 kcal/kg 4.68E+0530*80%*200*60% kg 1720 kcal/kg 4.95E+06 3000*80%*60%*1 kg 1640 kcal/kg 2.37+06300*1000*2500*30% kg 3000 kcal/kg 6.75E+116.76E+11种植系统180*10000*100*100 kcal/cm2.y 139 kcal/cm2 2.50E+12 540 kg 24000 kcal/kg 1.30E+07 100*0.1*77 马力500000 kcal/kg 3.85E+08 3000 kg 10400 kcal/kg 3.12E+07 45000 度860 kcal/度 3.87E+07 300*1000 d 3000 kcal/d 9.00E+08畜牧系统二、实验原理系统的结构差异导致系统内能流发生了变化导致物质利用效率的不同同样，能流关系也可以反映系统结构的组成二、实验步骤1、确定分析对象的边界和组成成分2、确定系统主要成分间的相互关系3、确定各项输入和输出的数量4、将各种流量转换成能流量5、绘出能流图6、对所得结果进行分析7、从能量的角度对所研究的系统进行综合评价三、农牧系统投能构成及比例四、能量示意图畜禽五、结果分析1、整个系统呈现合理有效地利用，产投比十分低下，主要是由于太阳能利用率太低造成的。
调查当地农田生态系统中的能量流动情况(生物论文)
调查当地农田生态系统中的能量流动情况一、前言：通过学习《生态系统的能量流动》这一章节，我们知道了生态系统中的能量流动过程和特点。
可是，单单靠掌握书中的知识是不足以让我们理解透彻的，因此，我们就当地的农田生态系统做出详尽的调查，通过实践解决一些问题来加深我们对书本知识的理解。
二、调查过程：1.调查方式：询问亲友、网上搜集资料、电话访谈2.调查问题：P971)农田生态系统中生产者的主体是什么？2)哪些种类的生物是生产者？3)农民是用什么办法抑制其他生产者的数量？4)初级消费者有哪些？5)其中哪些是对农业生产有益的/有害的？6)对这些初级消费者，农民分别采取了哪些措施？7)次级消费者有哪些？与农作物有什么关系？8)养殖动物的饲料来源是怎样的？9)农民对农作物秸秆是如何处理的？10)人们通过什么方式来提高光能利用效率？11)怎样才能使该生态系统中的能量得到更加充分的利用？3.解决问题：1)生产者：由于广州处于南方，大多数农田都是种植水稻、油菜、甘蔗、棉花等等。
根据调查，我们知道农田里可以种植不同种类的农作物，比如上面提到的水稻、油菜、甘蔗、棉花等等，除此之外还会有一些野花野草、浮游植物——这些都是农田生态系统中的生产者，它们都能够通过光合作用来合成有机物。
可是野花野草作为生产者的同时，却影响了农作物的健康生长。
据资料显示，只要杂草没有死亡，它就一直在生长，只是生长快慢的问题。
农民除草的办法一般是除草机、人手除草、除草药剂。
可是面临着一方面，除草剂的除草活性越来越来强；另一方面，作物对他们的敏感性越来越强。
生产上，由于施用长残留性除草剂而对下茬作物造成药害的现象越来越多，给生产造成了不应有的损失。
2)初级消费者：农田的初级消费者主要是一些害虫：水稻虫害主要有稻螟和飞虱叶蝉蝽象两大类；油菜虫害主要有蚜虫、菜青虫、猿叶甲和跳甲等；棉花虫害主要有棉蓟马、盲蝽蟓和棉叶螨等，还有其他的蝗虫、毛虫、蝼蛄、老鼠、麻雀等。
农业生态系统能量流
能量的定义和重要性
能量是指物体具有的做工的能力，是生命活动的驱动力。在农业生态系统中， 能量是维持作物生长、农业生产和生物体生命活动的关键要素。
农业生态系统中的能量流
太阳能和光合作用
太阳能是农业生态系统的能源 来源，通过光合作用将太阳能 转化为植物和其他生物可利用 的化学能。
食物链和食物网
能量在农业生态系统中通过食 物链和食物网的形式传递。植 物通过光合作用储存能量，然 后被食草动物摄食，再被食肉 动物捕食。
能量损耗与能量转化
能量在农业生态系统中存在着 损耗和转化。能量损耗主要来 自生物代谢和热能散失，能量 转化则是生物体之间的能量传 递和转换。
能量流对农业生态系统的影响
增加农作物产量
通过合理管理能量流动，可以提高农作物的生长速度和产量。
维持生物多样性
良好的能量流动有助于维持农业生态系统中的生物多样性，进而促进生态平衡。
科技创新
利用先进的农业科技，如精准施肥、遥感监测 等，优化能量利用和农作物产量。
结论
能量流对农业生态系统至关重要。合理管理能量流动，既能提高农作物产量，维持生物多样性，减少能量损耗， 还可以推动农业的可持续发展。
农业生态系统能量流
农业生态系统是一个复杂的生态系统，其中能量起着关键的作用。了解农业 生态系统中的能量流是理解生命在农业系统中的运作方式的重要一步。
农业生态系统概述
农业生态系统是指由农田、农作物、农畜产品以及其他生物和非生性和农作物产量。
减少能量损耗
合理的能量管理可以降低能量损耗，提高能量利用效率，实现可持续农业。
优化能量流的策略
合理灌溉
通过科学合理地进行灌溉，避免水资源浪费， 从而提高能量利用效率。
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实验二农业生态系统的能流分析
一、目的意义
1．学会农业生态系统投入能结构和产出能效率分析和计算，分析各种能量流之间的关系；
2．从能量角度评价系统的基本情况，为改善系统投入能结构和建立新的农业生态系统提供依据；
3．了解常用的能流分析方法：统计分析法、输入—输出法和过程分析法等。
二、实验性质和学时
1. 实验性质：必修
2. 实验学时：3学时
三、方法和步骤
1．确定研究对象和系统的边界
根据研究目的不同，农业生态系统的研究对象可以是单独的一个农田系统、林木系统、畜禽系统或鱼塘系统。
也可以是一个由作物、畜禽、林木、桑园、茶园、果园、鱼塘等亚系统构成的完整的农业生态系统。
系统的边界可以是国家、省、地、县、乡、村的自然疆界（道路、田埂、沟渠、河流、分水岭等），或者是占有的田地、山场和边界，进入边界的能量和物质统称为输入，移出边界的物质和能量称为输出。
2．确定系统的组成成分及相互关系
(1)明确系统的生产者、消费者和分解者
农业生态系统的生产者包括各种大田作物、蔬菜、桑树、果树、竹木、水草、
野草等。
消费者包括牛、羊、猪、兔、鸡、鸭、鹅、蚕、蜂、鱼类等，分解者主要是存在于土壤、有机肥、塘泥、河泥中的微小生物，以及可用于食物生产的食用菌类等。
在划分组分（即亚系统）时，根据研究工作的要求，可粗可细。
例如，生产者组分可以把性质相近的并在一起，如农作物、林果木和草类分别划分为三个组分。
(2)在组分确立后，分别确定各亚系统的输入和输出项目
对于生产者亚系统的输入，包括太阳辐射能和燃油、电力、农业机械、化肥、农药、除草剂等各种工业辅助能以及人畜力、秸秆、有机肥料等可再生生物能；输出则包括主要目的产品—粮食和收获的秸杆等。
对于畜牧业亚系统来说，输入部分有饲料、饲草、畜牧机械、管理畜牧的人工、畜舍和棚圈等建筑物形式的能量输入部分；其输出部分则有肉、奶、蛋、皮、毛等畜产品以及畜力和粪便等。
在各亚系统中，有对系统外部的输出，也有其它系统的输出。
例如，作物亚系统的粮食和秸秆输出，通常可作为畜牧亚系统的饲料输入。
畜牧业系统的畜力和粪便输出，可做为作物亚系统的动力和肥料输入。
3．搜集资料，确定各种实物的流量或输入、输出量
(1)详细测定和记录(试验)；(2)统计资料；(3)实地调查，抽样调查；(4)间接估算(如畜禽饲料、粪便、人粪尿、秸秆等的数量)
4．将各种不同质的实物流量转换为能流量
系统的实物流量计量单位各不相同，只有将它们转换为统一的计量单位—能量之后，才能进行比较分析。
各种实物的折能系数除实测外，在实践中多数是依据不同学者的研究结果，制定折能系数表，以便于根据不同类型的能量折算标准进行换算。
5．绘出能流图*
将农业生态系统各亚系统输入、输出及其相互流动的能量确定后，即可绘制能流图。
目前应用最普遍的是著名的生态家Odum（1967、1972）的能流符号图（课本）。
用这些符号按能量流动过程编绘出设计区的能流图，就可以比较直观地看出设计区能量流动合理与否。
6．对所得的结果进行分析
通过所计算的结果和综合能流图，进一步对农业生态系统进行综合分析。
分析一般包括以下几个方面：
(1) 确定该系统总能量输入水平及各种输入能量占总输入能量的比例
总能量输入是指从所研究的系统或亚系统外输入到该系统或亚系统中的各能量流的总和，通常为太阳能以外的各种辅助能的总量。
各种能量输入占总能量输入的比例，说明一个农业生态系统的能量输入结构，由此可进一步分析各种能量投入与产出关系。
(2)确定总能量输出及各种能量输出所占的比例
总能量输出，是指输出到系统或亚系统以外的各种产物所含的能量总和。
总能量输出的大小表示系统的生产力水平和开放程度。
各种能量输出占总能量输出的比例，主要是指各亚系统输出能量占总输出能量的比例以及各种主要产品、副产品所含能量占总输出能量的比例。
(3)确定各种形式的能量输出与输入比
通常用各种形式的能量输出与输入比说明一个农业生态系统的能量转换效率和特征。
作物亚系统常用的几个输出与输入比值是：
A、太阳能转化率 = 总生物能量/太阳辐射能输入；
B、系统的能量转化效率 = 输出的总生物能量/输入总能量，若此比值小于1，说明该系统所消耗的能量超过了所产生的生物能量；
C、工业能量的利用效率 = 总产出能/ 输入总工业能，此比值越大，说明工业能源的利用效果越好；
D、系统的劳动生产率 = 总产出能量/输入总劳力；
E、饲料的转化效率 = 输出的畜产品总能量/输入饲料总能量
(4)与其它系统的能量分析结果进行比较
将某一个农业生态系统的能量分析结果与其他同类系统的分析结果进行比较，有利于说明所研究系统特征。
在进行比较时，要注意两者之间的可比性。
四、实习资料
黄土高原某地张家山村年降水量660mm，除川道外的农田无灌溉条件，长期以来种植小麦、玉米为主，生产结构单一，加之山区缺乏燃料砍树毁草现象较为严重，生产水平低而不稳。
2001某科技项目选择农户20个，进行生态农业模式示范。
示范涉及土地面积200亩，奶牛20头，猪94头，人口89人。
生态农业示范包含的具体要素是：户均8m3的沼气池一个、一头奶牛、4—5头猪、一个温室大棚（0.8亩/个，20个共占地20亩），1.0亩青贮玉米，1.0亩辣椒、1.5亩苹果园，2.5亩小麦田，1亩草地（旱地）、2亩林地。
2001年起在大棚栽植矮化油桃，果园种植三叶草，旱地种草栽树。
由于引入沼气系统，强化了农牧结合，加强了物质循环，不断培肥地力，提高了自然资源的转化效率，农产品品质持续提高，取得了较好的经济、生态和社会效益。
一、张家山农业生产条件
二、张家山农业生产水平。