實(shí)驗(yàn)二農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析

-.z實(shí)驗(yàn)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(huì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入能構(gòu)造和產(chǎn)出能效率分析和計(jì)算，分析各種能量流之間的關(guān)系；2．從能量角度評(píng)價(jià)系統(tǒng)的根本情況，為改善系統(tǒng)投入能構(gòu)造和建立新的農(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(jì)分析法、輸入—輸出法和過(guò)程分析法等。二、實(shí)驗(yàn)性質(zhì)和學(xué)時(shí)1.實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：必修2.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)三、方法和步驟1．確定研究對(duì)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(duì)象可以是單獨(dú)的一個(gè)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(gè)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(guó)家、省、地、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(chǎng)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(fèi)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(shù)、果樹(shù)、竹木、水草、野草等。消費(fèi)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(shí)，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(gè)組分。(2)在組分確立后，分別確定各亞系統(tǒng)的輸入和輸出工程對(duì)于生產(chǎn)者亞系統(tǒng)的輸入，包括太陽(yáng)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(duì)于畜牧業(yè)亞系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，輸入局部有飼料、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局部；其輸出局部則有肉、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(duì)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(dòng)力和肥料輸入。3．搜集資料，確定各種實(shí)物的流量或輸入、輸出量(1)詳細(xì)測(cè)定和記錄(試驗(yàn))；(2)統(tǒng)計(jì)資料；(3)實(shí)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(shí)物流量轉(zhuǎn)換為能流量系統(tǒng)的實(shí)物流量計(jì)量單位各不一樣，只有將它們轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的計(jì)量單位—能量之后，才能進(jìn)展比擬分析。各種實(shí)物的折能系數(shù)除實(shí)測(cè)外，在實(shí)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)展換算。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(dòng)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(hào)圖〔課本〕。用這些符號(hào)按能量流動(dòng)過(guò)程編繪出設(shè)計(jì)區(qū)的能流圖，就可以比擬直觀地看出設(shè)計(jì)區(qū)能量流動(dòng)合理與否。6．對(duì)所得的結(jié)果進(jìn)展分析通過(guò)所計(jì)算的結(jié)果和綜合能流圖，進(jìn)一步對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)展綜合分析。分析一般包括以下幾個(gè)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(yáng)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(shuō)明一個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量輸入構(gòu)造，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系統(tǒng)的生產(chǎn)力水平和開(kāi)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(shuō)明一個(gè)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(gè)輸出與輸入比值是：A、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率=總生物能量/太陽(yáng)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，假設(shè)此比值小于1，說(shuō)明該系統(tǒng)所消耗的能量超過(guò)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(shuō)明工業(yè)能源的利用效果越好；D、系統(tǒng)的勞動(dòng)生產(chǎn)率=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)展比擬將*一個(gè)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)展比擬，有利于說(shuō)明所研究系統(tǒng)特征。在進(jìn)展比擬時(shí)，要注意兩者之間的可比性。四、實(shí)習(xí)資料黃土高原*地家山村年降水量660mm，除川道外的農(nóng)田無(wú)灌溉條件，長(zhǎng)期以來(lái)種植小麥、玉米為主，生產(chǎn)構(gòu)造單一，加之山區(qū)缺乏燃料砍樹(shù)毀草現(xiàn)象較為嚴(yán)重，生產(chǎn)水平低而不穩(wěn)。2001*科技工程選擇農(nóng)戶20個(gè)，進(jìn)展生態(tài)農(nóng)業(yè)模式示。示涉及土地面積200畝，奶牛20頭，豬94頭，人口89人。生態(tài)農(nóng)業(yè)示包含的具體要素是：戶均8m3的沼氣池一個(gè)、一頭奶牛、4—5頭豬、一個(gè)溫室大棚〔0.8畝/個(gè)，20個(gè)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(shù)。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(huì)效益。一、家山農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件二、家山農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平第一性生產(chǎn)投入能表工程\年份2000200120022003勞力4.324.324.414.41畜力0000農(nóng)機(jī)具67.5103.5139.5144燃油424.29763.711103.141782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(wú)機(jī)能879.3313771883.542742.03投能總計(jì)993.591461.331966.352818.44第一性生產(chǎn)產(chǎn)出能表工程\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15731.516672.4715437.51