第三章 农业生态系统能量流.ppt

第三章 农业生态系统的能量流 [教学目的] 掌握生态系统中能量流路径、功能等有关概念，掌握提高农业生态系统能量转化效率的途径和方法。 ? [教学重点] ?能源的类型及其功能地位。生态系统能量流动的主要路径，能量在生态系统中传递的损耗途径，生态系统能量转化效率、生态金字塔等的基本概念，食物链加环原理及应用。生态系统中初级生产、次级生产的概念及关系。提高生态系统初、次级生产力的基本途径。人工辅助能在生态系统中的作用。 [教学难点] 生态学效率、农业生态系统营养结构的优化设计、能流模型的设计。 [教学方法] 课堂教学，以能流路径为主线，分析生态系统的功能行为。 [教学内容] 第三章 农业生态系统的能量流 §1 热力学定律 §2 食物链、食物网 §3 生态系统的能流分析 §4 农业生态系统的能流 §5 农业生态系统的能流分析 §1 热力学定律及应用 一、热力学第一定律（能量守恒定律） △U（系统内能变化）=Q（吸热）-W（对外作功） 能量可以在不同介质中传递，也可以在不同形式间转换，但在所有这些过程中能量保持恒定，既不能创生，也不会消灭。 应用：制定生态系统能量收支平衡表 二、热力学第二定律 1.能量的转换不可能达到百分之百有效。 2.自由能的提高不可能是一个自发过程。 应用：提高能量的转化效率 三、 熵(entropy) 1.熵(entropy):系统热量除以温度后得到的商。 △S=△Q/T 熵是系统无序性的量度。 2.热力学第二定律 （1）在一个内能不变的封闭系统中，任何自发过程均朝着熵值增加的方向进行。 （2）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。 四、耗散结构理论 1.耗散结构(dissipative structure)：开放系统在远离平衡态的非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。(Prigogine) 2.耗散结构理论：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界进行物质与能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。 3.有机体和生态系统都是远离平衡态的开放系统，存在一种连续而有效的能量转换，因而都属于耗散结构。 光合与同化：引入负熵，保持有序状态 呼吸与作功：排除正熵，排除无序 §2 食物链 一、食物链（food chain）和营养级（trophic level）： 1.食物链（food chain）：生态系统成员间，通过食物营养关系彼此联系起来的序列。 2.营养级（trophic level）：食物链上的每一个食性级。以符号T来表示，T1表示第一营养级，T2表示第二营养级，T3……Tn余此类推。一般为4~5级。 食物链是生态系统内生物与生物之间相互联系的一种主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。 二、食物链的种类 按性质不同分为四类： （1）捕食食物链（又称草牧食物链 gazing food chain）：是由植物到草食动物，再到肉食动物，直接消耗活有机体或其部分的食物链。在陆地上起始于绿色植物，在水中起始于浮游植物。 如：水稻——稻飞虱——青蛙——蛇——老鹰——人 （2）腐生食物链（又称残渣食物链 detritus food chain）：由多种微生物构成，是以死有机体为营养源，通过腐烂、分解，将有机物还原为无机物质的食物。 如：秸杆（畜粪）——食用菌 垃圾——蚯蚓（蜗牛） （3）寄生食物链（parasite food chain）：以寄生的方式取食活着生物有机体。食物链成员有自大到小的趋势。 如：大豆——菟丝子 马——蛔虫——原生动物 红铃虫——金小蜂 （4）混合食物链：构成食物链的各营养级中，既有活食生物成员，也有腐食生物成员。 如：稻草——牛——蚯蚓——鸡——猪——鱼 三、生态系统中食物链的基本特点 1.在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极不相同的多种生物。 一条食物链中包含的多种生物，可以使光合产物得到充分利用（分级利用光合产物），在有限的空间中养活众多生物。 2.在同一生态系统中，可能有多条食物链，它们长短不一，营养级数目不等。如一个鱼塘生态系统中： 藻类水草——草鱼 绿藻——甲壳动物——花鲢 浮游植物——浮游动物——虾——噘鱼 自然生态系统中，食物链营养级的数目是有限的 3.不同生态系统中各类食物链所占比重不同。 (1)森林生态系统：腐生食物链比重最大，约占系统中生产者所生产的有机物质的90%以上。 (2)草原生态系统（牧场）：腐生食物链约占70%左右。 (3)农田生态系统：植物生产的有机质大部分作为产品，留给腐生食物链的仅占净初级生产的20~30%。如果不通过粪肥、秸杆还田等途径向系统