实验指导书-《农业生态学》

实验指导书-《农业生态学》 植 物 科 学 学 院 实验一 农业生态系统的组分与结构分析 一、实验目的： 通过对一个农业生态系统的调查，了解该系统的组分组成和结构现状，分析该系统的组分构成和结构特点，描述该系统的营养结构、空间结构和时间结构状况，以加深对农业生态系统的认识。

二、实验学时：

本实验共 2 学时。 三、方法步骤 （一）选定调查对象 选定的对象要有典型性和代表性，不能介入主观因素。在进行调查研究时，可采用随机取样、五点取样等方法。要求以班为对象，统一调查一个村的部分农户，选定每个同学负责调查的农户，可采用随机取样的方法。 （二）明确系统边界 以所调查的村作为一个农业生态系统，则该村的行政边界即系统的边界；每个同 1

学调查一个农户，将该农户看做一个农业生态系统，这个系统的边界应包括由其承包经营或租赁经营的山地、旱地、水田、庭院等地域范围，该地域范围内的全部生物和环境因子都属于系统的内容。 （三）调查系统组成 确定系统的边界以后，通过座谈访问、实地勘测等方法收集资料，掌握该系统的农业生物和环境因子的种类及数量特征，明确系统的组分。 （四）分析结构特点 调查中注意了解系统内的生物与环境之间的关系，掌握系统内各组分的种类和数量比例，然后分析该系统的营养结构、空间结构和时间结构。

四、实验内容 （一）系统的组分构成 根据对农业生态系统的详细调查和勘测，将系统的各主要环境中做安排的农业生物种类、数量或面积填入表一中。

（二）系统结构特点 （1）根据做调查的农户的实际情况，用食物网的方式描述其营养结构。 （2）根据做调查的农户的实际情况，描述该系统中各种农业生物的空间结构。 （3）根据做调查的农户的实际情况，描述各主要空间环境下的时间结构

五、实验报告：

填写表-1并按照要求进行分析

表-1 农业生态系统的组分种类与数量配置 农业生物 环境类型 农业生物1 农业生物2 农业生物3

名称 数量 面积 名称 数量 面积 名称 数量 面积 山地 果园 水面 水田 旱地 畜舍 禽舍 住房 2 实验二 农业生态系统的能流分析

一、实验目的： 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、实验学时：

本实验共 2 学时。 三、方法步骤 （一）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 3

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。 （二）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。 （三）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) （四）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。 （五）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。 （六）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 4

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、实验内容 针对所调查的农业生态系统，根据本次实验的要求，做进一步的调查和收集资料，掌握该系统及其各亚系统的输入、输出情况，再按本次实验的方法步骤及要求对表-1进行能流分析，并画出能流图。

五、实验报告：

绘出能流图并根据表-2所提供的信息进行能流分析

表-2 各种类型的物质和能量的热值 种类 热值（J/kg) 种类 热值 ( J/kg) 种类

热值 ( J/kg) 农业机械 209 000 农用工具 28 720 燃油（平均） 大豆 21 000 棉花 16 700 谷物籽粒 木材 16 800 蔬菜（鲜） 2 500 蔬菜（干） 5

43 500 煤 33 500 电 3 600[kJ(Kw.h)] 沼气 2 100 成年劳力 12 600 (kJ/d) 畜力（大牲畜126 000(kJ/d) 种子 15 900 标准N肥 24 000 标准P肥 8 500 标准K肥 9 000 农药（吨） 100 300 有机肥（干） 16 000 甘薯（风干） 16 000 甘薯（鲜） 4 280 马铃薯（鲜） 3 720 油菜籽 26 400 棉籽 22 000 植物油（平均） 38 000 米糠 19 300 麦麸 16 500 饼类（平均） 18 900 禾谷类秸秆 14 200 大豆秸 16 300 水果（鲜） 3 360 水果（干） 14 200 苜蓿（鲜） 2 500 草木樨（鲜） 4 200 青绿饲料 3 900 猪肉 24 300 牛肉 7 200 羊肉 12 900 鸡肉 5 500 鱼类 4 600 禽蛋 6

15 700 15 200 6 860 7

实验三 生态农业模式设计 一、实验目的： 1.学习根据生态学的基本原理进行种养之间形成的循环型生态模式的设计。 2.学会运用设施工程学的原理和技术进行设施农业模式设计，实现物质和能量良性循环。 3.掌握大棚温室的设计原理和方法和步骤，理解生态循环农业模式对农业可持续发展的重要意义。

二、实验学时：

本实验共 2 学时。 三、方法步骤 1.地点选择 实验地点要求地势平坦、土壤肥力较高且均匀一致、排灌良好、被风向阳，距离住宅较近的庭院菜地比较适宜。 2.确定系统生物组分与环境组分 确定种植作物的种类和品种，种植的面积、密度或者数量，并确定养殖家畜禽的种类和品种，以及数量和密度；确定设施内对生物因子具有明显影响和作用的环境因子如光照、温度、水分、通气性和土壤类型。 3.大棚温室设计 根据所要种植和养殖的农业生物特征特性，选定适宜的有利于生物生长发育的光、温、水、气、肥条件，设计并计算温室大棚、家畜禽舍、厕所及沼气池的面积、体积的大小。

四、实验内容 查阅相关文献，收集资料，根据方法步骤要求，设计一个在适应地区自然条件和社会条件，并具有良好市场前景的北方“四位一体”庭院能源生态模式。

五、实验报告： 根据实验要求进行相关计算，参考相关文献资料确定所需的参数，并绘出北方“四位一体”庭院能源生态模式的平面图。