實驗二農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析

1、實驗二 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析 一、目的意義 1學(xué)會農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入能結(jié)構(gòu)和產(chǎn)出能效率分析和計算，分析各種能量流之間的關(guān)系； 2從能量角度評價系統(tǒng)的基本情況，為改善系統(tǒng)投入能結(jié)構(gòu)和建立新的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)提供依據(jù)； 3了解常用的能流分析方法：統(tǒng)計分析法、輸入輸出法和過程分析法等。 二、實驗性質(zhì)和學(xué)時 1. 實驗性質(zhì)：必修 2. 實驗學(xué)時：3學(xué)時 三、方法和步驟 1確定研究對象和系統(tǒng)的邊界根據(jù)研究目的不同，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究對象可以是單獨的一個農(nóng)田系統(tǒng)、林木系統(tǒng)、畜禽系統(tǒng)或魚塘系統(tǒng)。也可以是一個由作物、畜禽、林木、桑園、茶園、果園、魚塘等亞系統(tǒng)構(gòu)成的完整的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)的邊界可以是國家、省、地、

2、縣、鄉(xiāng)、村的自然疆界（道路、田埂、溝渠、河流、分水嶺等），或者是占有的田地、山場和邊界，進(jìn)入邊界的能量和物質(zhì)統(tǒng)稱為輸入，移出邊界的物質(zhì)和能量稱為輸出。 2確定系統(tǒng)的組成成分及相互關(guān)系 (1)明確系統(tǒng)的生產(chǎn)者、消費者和分解者 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者包括各種大田作物、蔬菜、桑樹、果樹、竹木、水草、野草等。消費者包括牛、羊、豬、兔、雞、鴨、鵝、蠶、蜂、魚類等，分解者主要是存在于土壤、有機(jī)肥、塘泥、河泥中的微小生物，以及可用于食物生產(chǎn)的食用菌類等。在劃分組分（即亞系統(tǒng)）時，根據(jù)研究工作的要求，可粗可細(xì)。例如，生產(chǎn)者組分可以把性質(zhì)相近的并在一起，如農(nóng)作物、林果木和草類分別劃分為三個組分。 (2)在組分確立

3、后，分別確定各亞系統(tǒng)的輸入和輸出項目 對于生產(chǎn)者亞系統(tǒng)的輸入，包括太陽輻射能和燃油、電力、農(nóng)業(yè)機(jī)械、化肥、農(nóng)藥、除草劑等各種工業(yè)輔助能以及人畜力、秸稈、有機(jī)肥料等可再生生物能；輸出則包括主要目的產(chǎn)品糧食和收獲的秸桿等。 對于畜牧業(yè)亞系統(tǒng)來說，輸入部分有飼料、飼草、畜牧機(jī)械、管理畜牧的人工、畜舍和棚圈等建筑物形式的能量輸入部分；其輸出部分則有肉、奶、蛋、皮、毛等畜產(chǎn)品以及畜力和糞便等。在各亞系統(tǒng)中，有對系統(tǒng)外部的輸出，也有其它系統(tǒng)的輸出。例如，作物亞系統(tǒng)的糧食和秸稈輸出，通?？勺鳛樾竽羴喯到y(tǒng)的飼料輸入。畜牧業(yè)系統(tǒng)的畜力和糞便輸出，可做為作物亞系統(tǒng)的動力和肥料輸入。 3搜集資料，確定各種實物的流量

4、或輸入、輸出量 (1)詳細(xì)測定和記錄(試驗)；(2)統(tǒng)計資料；(3)實地調(diào)查，抽樣調(diào)查；(4)間接估算(如畜禽飼料、糞便、人糞尿、秸稈等的數(shù)量) 4將各種不同質(zhì)的實物流量轉(zhuǎn)換為能流量 系統(tǒng)的實物流量計量單位各不相同，只有將它們轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的計量單位能量之后，才能進(jìn)行比較分析。各種實物的折能系數(shù)除實測外，在實踐中多數(shù)是依據(jù)不同學(xué)者的研究結(jié)果，制定折能系數(shù)表，以便于根據(jù)不同類型的能量折算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行換算。 5繪出能流圖 *將農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各亞系統(tǒng)輸入、輸出及其相互流動的能量確定后，即可繪制能流圖。目前應(yīng)用最普遍的是著名的生態(tài)家Odum（1967、1972）的能流符號圖（課本）。 用這些符號按能量流動過程編

5、繪出設(shè)計區(qū)的能流圖，就可以比較直觀地看出設(shè)計區(qū)能量流動合理與否。 6對所得的結(jié)果進(jìn)行分析 通過所計算的結(jié)果和綜合能流圖，進(jìn)一步對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。分析一般包括以下幾個方面： (1) 確定該系統(tǒng)總能量輸入水平及各種輸入能量占總輸入能量的比例 總能量輸入是指從所研究的系統(tǒng)或亞系統(tǒng)外輸入到該系統(tǒng)或亞系統(tǒng)中的各能量流的總和，通常為太陽能以外的各種輔助能的總量。各種能量輸入占總能量輸入的比例，說明一個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量輸入結(jié)構(gòu)，由此可進(jìn)一步分析各種能量投入與產(chǎn)出關(guān)系。(2)確定總能量輸出及各種能量輸出所占的比例 總能量輸出，是指輸出到系統(tǒng)或亞系統(tǒng)以外的各種產(chǎn)物所含的能量總和。總能量輸出的大小表示

6、系統(tǒng)的生產(chǎn)力水平和開放程度。各種能量輸出占總能量輸出的比例，主要是指各亞系統(tǒng)輸出能量占總輸出能量的比例以及各種主要產(chǎn)品、副產(chǎn)品所含能量占總輸出能量的比例。 (3)確定各種形式的能量輸出與輸入比 通常用各種形式的能量輸出與輸入比說明一個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率和特征。作物亞系統(tǒng)常用的幾個輸出與輸入比值是： A、太陽能轉(zhuǎn)化率 = 總生物能量/太陽輻射能輸入 ； B、系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率 = 輸出的總生物能量/輸入總能量，若此比值小于1，說明該系統(tǒng)所消耗的能量超過了所產(chǎn)生的生物能量； C、工業(yè)能量的利用效率 = 總產(chǎn)出能/ 輸入總工業(yè)能，此比值越大，說明工業(yè)能源的利用效果越好； D、系統(tǒng)的勞動生產(chǎn)率

7、 = 總產(chǎn)出能量/輸入總勞力； E、飼料的轉(zhuǎn)化效率 = 輸出的畜產(chǎn)品總能量/輸入飼料總能量 (4)與其它系統(tǒng)的能量分析結(jié)果進(jìn)行比較 將某一個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量分析結(jié)果與其他同類系統(tǒng)的分析結(jié)果進(jìn)行比較，有利于說明所研究系統(tǒng)特征。在進(jìn)行比較時，要注意兩者之間的可比性。四、實習(xí)資料 黃土高原某地張家山村年降水量660mm，除川道外的農(nóng)田無灌溉條件，長期以來種植小麥、玉米為主，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)單一，加之山區(qū)缺乏燃料砍樹毀草現(xiàn)象較為嚴(yán)重，生產(chǎn)水平低而不穩(wěn)。2001某科技項目選擇農(nóng)戶20個，進(jìn)行生態(tài)農(nóng)業(yè)模式示范。示范涉及土地面積200畝，奶牛20頭，豬94頭，人口89人。生態(tài)農(nóng)業(yè)示范包含的具體要素是：戶均8m3的

8、沼氣池一個、一頭奶牛、45頭豬、一個溫室大棚（0.8畝/個，20個共占地20畝），1.0畝青貯玉米，1.0畝辣椒、1.5畝蘋果園，2.5畝小麥田，1畝草地（旱地）、2畝林地。2001年起在大棚栽植矮化油桃，果園種植三葉草，旱地種草栽樹。由于引入沼氣系統(tǒng)，強(qiáng)化了農(nóng)牧結(jié)合，加強(qiáng)了物質(zhì)循環(huán)，不斷培肥地力，提高了自然資源的轉(zhuǎn)化效率，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)持續(xù)提高，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益。一、張家山農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件 二、張家山農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平第一性生產(chǎn)投入能表項目年份2000200120022003勞力4.324.324.414.41畜力0000農(nóng)機(jī)具67.5103.5139.5144燃油424.29763.71

9、1103.141782電力13.3996.43145.54180.36農(nóng)肥308.58371.4473.5613.81農(nóng)藥65.5741.9721.8621.86田種子109.948078.472有機(jī)能114.2684.3282.8176.41無機(jī)能879.3313771883.542742.03投能總計993.591461.331966.352818.44第一性生產(chǎn)產(chǎn)出能表項目年份2000200120022003小麥32774104.015085.585250.23玉米7025.37073.397393.688439.6農(nóng)辣椒1607.181618.591701.721766.11油桃004909676.1蘋果3960.664359.34837.85469.86小麥秸稈8633.0410502.9512663.3712710.03玉米秸稈15731.516672.4715437.5