1、第七章第七章 农业生态系统的生产力农业生态系统的生产力第七章第七章 农业生态系统的生产力农业生态系统的生产力7 71 1 农业生态系统生产力的概念农业生态系统生产力的概念7 72 2 初级生产力初级生产力7 73 3 次级生产力次级生产力7 71 1 农业生态系统生产力的概念农业生态系统生产力的概念一、一、农业生态系统的生产力农业生态系统的生产力二、自然生产力与经济生产力二、自然生产力与经济生产力三、生产力与生产效率三、生产力与生产效率7-1-1 7-1-1 农业生态系统的生产力农业生态系统的生产力农业生态系统的生产力：农业生态系统的生产力：是指农业生态系统中物质循环和能量转化的效率，是是指农
2、业生态系统中物质循环和能量转化的效率，是系统中最基本功的数量特征。它的大小体现了系统功能系统中最基本功的数量特征。它的大小体现了系统功能的好坏。的好坏。指在单位时间（通常是一年）、空间（通常指面积）指在单位时间（通常是一年）、空间（通常指面积）所产生的物质、能量或价值的多少。用系统的总生物量所产生的物质、能量或价值的多少。用系统的总生物量和经济产量、农业总产值、纯收入表示。和经济产量、农业总产值、纯收入表示。包括：系统生物的自然生产力和经济生产力包括：系统生物的自然生产力和经济生产力7-1-2 7-1-2 自然生产力与经济生产力自然生产力与经济生产力k农业生物的自然生产力农业生物的自然生产力：
3、4指农业生物自身的童话效率和积累能力。农业生物在一定指农业生物自身的童话效率和积累能力。农业生物在一定时间空间内的能量、物质的积累量，形成总的生物学产量。时间空间内的能量、物质的积累量，形成总的生物学产量。是农业生态系统生产力的基础。是农业生态系统生产力的基础。k农业生物经济生产力农业生物经济生产力指各种农业外生物提供经济产量的能力。指各种农业外生物提供经济产量的能力。4首先表现为经济产品量的高低；首先表现为经济产品量的高低；4表现为经济产品量的价值量的大小；表现为经济产品量的价值量的大小；4最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生产效率。最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生产效率。7-1-3
4、 7-1-3 生产力与生产效率生产力与生产效率区别两个概念：区别两个概念：4生产效率：单位时间和空间内，投入农业生态系统的物质生产效率：单位时间和空间内，投入农业生态系统的物质 能量和价值的转化效率。能量和价值的转化效率。即：生产效率（产投比）产出量投入量即：生产效率（产投比）产出量投入量如：劳动生产率、价值转化率、物质利用率等。如：劳动生产率、价值转化率、物质利用率等。4系统生产力：农业生态系统在单位时间（通常为一年），系统生产力：农业生态系统在单位时间（通常为一年），空间（通常指面积）所产出的物质、能量或价值的多少。空间（通常指面积）所产出的物质、能量或价值的多少。可以看出，生产力的概念包
5、含生产效率的含义。但通常所可以看出，生产力的概念包含生产效率的含义。但通常所讲到的系统生产力主要指前两点所述的含义，指总的生物量、讲到的系统生产力主要指前两点所述的含义，指总的生物量、经济产品量或总产值。经济产品量或总产值。7 72 2 初级生产力初级生产力一、概一、概 念念二、二、地球生物圈主要生态系统的初级生产力地球生物圈主要生态系统的初级生产力三、三、农业生态系统的初级生产力农业生态系统的初级生产力四、四、提高农业生态系统初级生产力的途径提高农业生态系统初级生产力的途径7-2-1 7-2-1 概 念k总初级生产力：（总初级生产力：（gross productivitygross prod
6、uctivity）植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。k净初级生产力：（净初级生产力：（net productivitynet productivity）植物总初级生产力中减去植物呼吸消耗量所剩下的数量。植物总初级生产力中减去植物呼吸消耗量所剩下的数量。k总初级生产量：（总初级生产量：（gross production Pggross production Pg）一定时期内植物合成有机物质的总量一定时期内植物合成有机物质的总量 ，无速率的概念。，无速率的概念。k净初级生产量：（净初级生产量：（net production Pnnet prod
7、uction Pn）总初级生产量中减去呼吸消耗量的剩余量。即一段时间内，总初级生产量中减去呼吸消耗量的剩余量。即一段时间内，以植物组织形式表现出来的干物质量。以植物组织形式表现出来的干物质量。7-2-1 7-2-1 概 念k现存量：（现存量：（stand cropstand crop）某一特定时刻，单位面积地段内有机体的数量。与生物某一特定时刻，单位面积地段内有机体的数量。与生物量（量（BiomassBiomass）是同义语。）是同义语。R R 呼吸呼吸 枯死、采食枯死、采食 总生产量总生产量Pg Pg 净生产量净生产量 Pn Pn 现存量现存量B B 7-2-2 7-2-2 地球生物圈主要生
8、态系统地球生物圈主要生态系统的初级生产力的初级生产力 据据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生产量为：（单）计算，地球的初级生产量为：（单位：位：109吨）吨）总初级生产量：总初级生产量：172109 吨吨 森林：森林：82 109 吨吨 海洋：海洋：55 109 吨吨 温带草原：温带草原：5.4 109 吨吨热带稀树草原：热带稀树草原：10.5 109 吨吨 其余：其余：7.74 109 吨（包括湖泊、荒原和沙漠等）吨（包括湖泊、荒原和沙漠等）由于人类的干预，地球的初级生产力是呈现不断下降的趋势。由于人类的干预，地球的初级生产力是呈现不断下降的趋势。7-2-2 7-2-2 地
9、球生物圈主要生态系统地球生物圈主要生态系统的初级生产力的初级生产力k地球上不同的生态系统生产力有着极显著的差异，主地球上不同的生态系统生产力有着极显著的差异，主要受光照、温度、水分和养分等生态因子的制约。要受光照、温度、水分和养分等生态因子的制约。k越接近赤道、潮湿陆地区域，其初级生产力越高。从越接近赤道、潮湿陆地区域，其初级生产力越高。从寒带到温带、从温带到亚热带，初级生产力会成倍增寒带到温带、从温带到亚热带，初级生产力会成倍增加。加。k最高产生态系统（最高产生态系统（2000g/m2.a）集中在水陆交接地带）集中在水陆交接地带附近，所占面积很小。附近，所占面积很小。7-2-2 7-2-2
10、地球生物圈主要生态系统地球生物圈主要生态系统的初级生产力的初级生产力k地球上各生态系统的净初级生产力约在地球上各生态系统的净初级生产力约在03500 g/m2.a范围范围内，可分为内，可分为4个等级：个等级：42000 3500 g/m2.a 高生产力地区，包括高生产力地区，包括 热带雨林、热带雨林、沼沼泽湿地泽湿地，河流岸边的湿地生态系统，也包括农业集约栽，河流岸边的湿地生态系统，也包括农业集约栽培的甘蔗等高产田。培的甘蔗等高产田。41000 2000 g/m2.a 包括世界大部分的森林、湖泊，沼泽包括世界大部分的森林、湖泊，沼泽地，部分生产力高的农耕地。地，部分生产力高的农耕地。4250
11、1000 g/m2.a 包括干燥的疏林灌木、大部分的草地、包括干燥的疏林灌木、大部分的草地、大部分的农耕地。大部分的农耕地。40 250 g/m2.a 包括海洋、荒漠、冰川包括海洋、荒漠、冰川、两极冻原等，生两极冻原等，生产力水平极低。产力水平极低。地球生物圈主要生态系统的初级生产力地球生物圈主要生态系统的初级生产力 等等级级生生态态系系统统 面面积积（106hm2）Pn（g/m.a2）2000-3000沼沼泽泽湿湿地地 2 2500热热带带雨雨林林 17 20001000-2000热热带带季季雨雨林林 7.5 1500温温带带森森林林 12 1300温温带带落落叶叶林林 7 1200河河 口
12、口 1.4 1800250-1000稀稀树树草草原原 15 800农农田田 14 644温温带带草草原原 9 5000-250远远洋洋 332 127苔苔原原和和高高山山草草甸甸 8 144沙沙漠漠灌灌林林 18 71岩岩石石、冰冰川川和和沙沙丘丘 24 3.37-2-3 7-2-3 农业生态系统的初级生产力农业生态系统的初级生产力 农业生态系统主要包括农田、草原和林地生产，其农业生态系统主要包括农田、草原和林地生产，其初级生产量低于森林，接近草原，在初级生产量低于森林，接近草原，在250-1000g/m2.a之之间。间。一、我国与世界农用地初级生产力的比较（见表一、我国与世界农用地初级生产力
13、的比较（见表1）4森林比世界平均低森林比世界平均低10%左右，且我国森林覆盖率低，左右，且我国森林覆盖率低，约占国土面积的约占国土面积的13.8%，仅是世界森林覆盖率的一，仅是世界森林覆盖率的一半；半；4草原面积约占国土面积的草原面积约占国土面积的40%，但生产力水平很低，但生产力水平很低，仅为世界平均水平的七分之一；仅为世界平均水平的七分之一；4农田单位面积产量高出世界平均水平农田单位面积产量高出世界平均水平10%左右。左右。（见表见表2）中国与世界农用土地初级生产力的比较中国与世界农用土地初级生产力的比较 世世 界界中中 国国 面面积积（亿亿亩亩）单单位位面面积积产产量量（103kcal/
14、mu.a）面面积积（亿亿亩亩）单单位位面面积积产产量量（103kcal/mu.a）林林地地草草原原农农田田6301200225390599120882255203500146320020552005971847中国与世界主要作物单产比较表中国与世界主要作物单产比较表 作作物物高高产产国国产产量量（kg/hm2）世世界界单单位位面面积积产产量量（kg/hm2）中中国国单单位位面面积积产产量量（kg/hm2）谷谷物物水水稻稻玉玉米米小小麦麦油油料料作作物物纤纤维维作作物物水水果果5 56 67 71 16 62 24 49 92 25 55 56 62 29 95 58 8.6 63 37 75
15、50 04 43 33 32 2.9 92 26 61 17 74 46 62 2.6 64 43 35 59 90 01 18 84 48 81 11 1.4 44 44 41 16 63 34 45 53 32 27 70 07 74 40 07 7.9 94 40 09 95 52 28 88 87-2-3 7-2-3 农业生态系统的初级生产力农业生态系统的初级生产力二、不同作物二、不同作物初级生产力的比较初级生产力的比较 不同种类的作物光合能力是有很大差异的，根据植物的生不同种类的作物光合能力是有很大差异的，根据植物的生化途径不同分为化途径不同分为C3、C4以及以及CAM景天科类植物：
16、景天科类植物：4C3植物植物 光饱和点低，光呼吸明显，光消耗大；例如：水光饱和点低，光呼吸明显，光消耗大；例如：水 稻、小麦等；稻、小麦等；4C4植物植物 光饱和点高，光呼吸消耗小，例如：玉米、高粱、光饱和点高，光呼吸消耗小，例如：玉米、高粱、甘蔗等；甘蔗等；4CAM植物植物 主要是景天科类的植物，植株肉质多浆，储主要是景天科类的植物，植株肉质多浆，储水水 组织发达，耐旱性强，常见的主要有兰花、仙组织发达，耐旱性强，常见的主要有兰花、仙 人掌、百合，菠萝等。人掌、百合，菠萝等。7-2-3 7-2-3 农业生态系统的初级生产力农业生态系统的初级生产力 作物的生产力常用作物的平均生长率（作物的生产
17、力常用作物的平均生长率（crop grow rate）表示。）表示。平均生长率（平均生长率（CGR）：植物全生育期内平均每天单位面积的净）：植物全生育期内平均每天单位面积的净 生产量，单位是生产量，单位是 g/m2.d。k日本的本田吉男（日本的本田吉男（1976年）利用平均作物生长率（年）利用平均作物生长率（CGR）比）比较各种植物的初级生产力，得到以下结果：较各种植物的初级生产力，得到以下结果：4多年生牧草最高，新叙利亚草和紫狼尾草达多年生牧草最高，新叙利亚草和紫狼尾草达26262828 g/m2.d4甘蔗、高梁、玉米等甘蔗、高梁、玉米等C C4 4植物为植物为19 19 2323 g/m2
18、.d4C C3 3植物：植物：水稻、甜菜：水稻、甜菜：1216 g/m2.d 甘薯、大豆、大麦：甘薯、大豆、大麦：8 g/m2.d7-2-3 7-2-3 农业生态系统的初级生产力农业生态系统的初级生产力k世界与我国所报道的一些高产田块的世界与我国所报道的一些高产田块的CGR和光能利用率如下：和光能利用率如下：作物作物 CGR(g/m2/天天)光能利用率光能利用率（%）4玉米、高梁玉米、高梁 273030 1.92.32.34春小麦、水稻春小麦、水稻 142020 1.44冬小麦冬小麦 10 1.14甘薯甘薯 12 1414 0.941.711.717-2-3 7-2-3 农业生态系统的初级生产
19、力农业生态系统的初级生产力三、同种作物不同品种的三、同种作物不同品种的生产力比较生产力比较 黄土高原沟壑区小麦品种演替及产量水平：黄土高原沟壑区小麦品种演替及产量水平：品种品种 种植年限种植年限 平均产量（平均产量（kg/hm2）五枝麦五枝麦 19631966 1506 1966 1506 钱交麦钱交麦 196519651970 31111970 3111 702 1973 702 197319851985 3583.57211-4 19781991 3840.51991 3840.5长武长武131 1984131 19841995 4425 1995 4425 7-2-3 7-2-3 农业生
20、态系统的初级生产力农业生态系统的初级生产力k可以看出：各种作物的光能的利用率还很低。可以看出：各种作物的光能的利用率还很低。4全国耕地的平均光能利用率为全国耕地的平均光能利用率为 0.4%，一般作物的平均生长，一般作物的平均生长率（率（CGR）为）为68 8 g/m2.d，略高于世界平均水平；，略高于世界平均水平；4高产田块的光能利用率在高产田块的光能利用率在 2%左右；左右；4光能利用率的理论值为光能利用率的理论值为 6.05%；因此，我国农作物的增产潜力是相当大的。因此，我国农作物的增产潜力是相当大的。k据王宏广等采用联合国粮农组织提出的作物生产潜力估算方法据王宏广等采用联合国粮农组织提出
21、的作物生产潜力估算方法的估算结果：我国粮食的土地生产潜力为的估算结果：我国粮食的土地生产潜力为9000亿公斤，而目前亿公斤，而目前我国的粮食总产为我国的粮食总产为5000亿公斤左右。亿公斤左右。因而采取各种措施，提高农业生态系统的初级生产力还有因而采取各种措施，提高农业生态系统的初级生产力还有很大潜力。很大潜力。7-2-4 7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径提高农业生态系统初级生产力的途径k1 1选用高光效作物类型或品种。选用高光效作物类型或品种。是最简捷有效的途径。是最简捷有效的途径。k2 2根据环境条件合理配置各种农业植物，增加绿色植物根据环境条件合理配置各种农业植物，增加绿色植
22、物 覆盖面积。覆盖面积。宜林则林，宜农则农，宜草则草，消灭裸地，绿化荒山、宜林则林，宜农则农，宜草则草，消灭裸地，绿化荒山、荒地，以期最大限度的利用环境资源，将其转化为现实生荒地，以期最大限度的利用环境资源，将其转化为现实生产力，产力，并维护资源的永续利用，实现初级生产力长久、稳并维护资源的永续利用，实现初级生产力长久、稳定提高。定提高。从前，不注重因地适宜，盲目的围湖造田，只能造成从前，不注重因地适宜，盲目的围湖造田，只能造成环境退化。环境退化。7-2-4 7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径提高农业生态系统初级生产力的途径3 3改进耕作制度，提高复种指数，合理密植，实行间作套种，改
23、进耕作制度，提高复种指数，合理密植，实行间作套种，提高栽培管理技术。提高栽培管理技术。4 4适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因适当增加投入，保护和改善生态环境，消除或减缓限制因 子的制约。子的制约。4人类对自然资源的不合理利用土地等资源，已造成严重的人类对自然资源的不合理利用土地等资源，已造成严重的土壤侵蚀，生产力水平下降等问题。土壤侵蚀，生产力水平下降等问题。4能量和物质投入不足是目前全世界包括我国在内的大多数能量和物质投入不足是目前全世界包括我国在内的大多数地区生产力不高的最直接的原因。因此，应创造条件，增地区生产力不高的最直接的原因。因此，应创造条件，增加投入，同时也应注
24、意合理的投入，提高转化效率。加投入，同时也应注意合理的投入，提高转化效率。7 73 3 次级生产力次级生产力k一、概一、概 念念k二、二、次级生产在农业生产系统中的意次级生产在农业生产系统中的意义义k三、三、提高次级生产力的途径提高次级生产力的途径7-3-1 7-3-1 概概 念念k次级生产：指初级生产的部分产品经异养者的采食、同化，合次级生产：指初级生产的部分产品经异养者的采食、同化，合 成肉、奶蛋等动物性食品的过程。成肉、奶蛋等动物性食品的过程。异养者包括消费者和还原者。异养者包括消费者和还原者。k次级生产力：单位时间内，各种异养者直接或间接消费绿色植次级生产力：单位时间内，各种异养者直接
25、或间接消费绿色植 物，制造或形成产品的数量。物，制造或形成产品的数量。由于是利用生产出的有机物质转化为自身的组织的，这同由于是利用生产出的有机物质转化为自身的组织的，这同时已用去了部分能量用于呼吸消耗，故次级生产力无总、净之时已用去了部分能量用于呼吸消耗，故次级生产力无总、净之分。分。k 7-3-2 7-3-2 次级生产力在农业生产系统中的意义次级生产力在农业生产系统中的意义 农业生态系统的次级生产包括家畜、家禽、养鱼、养虫、农业生态系统的次级生产包括家畜、家禽、养鱼、养虫、蜂、蚯蚓、食用菌等生产，在农业生产中起着重要作用：蜂、蚯蚓、食用菌等生产，在农业生产中起着重要作用：k1 1转化各种人类
26、不能利用的农副产品，提高利用价值。转化各种人类不能利用的农副产品，提高利用价值。4净初级生产量净初级生产量 主产品：主产品：30%左右，可为人类直接利用，左右，可为人类直接利用，副产品：副产品：404070%70%，秸杆，根茬，糠麸等。，秸杆，根茬，糠麸等。4直接燃烧不仅浪费，而且造成环境污染。直接燃烧不仅浪费，而且造成环境污染。4 若通过动物或微生物转化利用，也可为人类提供各种优质若通过动物或微生物转化利用，也可为人类提供各种优质的食品，提供大量粪肥，归还农田。的食品，提供大量粪肥，归还农田。7-3-2 7-3-2 次级生产力在农业生产系统中的意义次级生产力在农业生产系统中的意义k2 2生产
27、生产动物性蛋白质食品，改善人们膳食结构，提高动物性蛋白质食品，改善人们膳食结构，提高 人民的生活水平。人民的生活水平。k3 3促进物质循环，增强生态系统的功能促进物质循环，增强生态系统的功能 动物粪便返田，有利于微生物分解转化为植物可再利动物粪便返田，有利于微生物分解转化为植物可再利用的营养元素，促进了物质循环，增强了生态系统功能。用的营养元素，促进了物质循环，增强了生态系统功能。k4 4种养结合，农牧互促，有利于农业资源的合理利用种养结合，农牧互促，有利于农业资源的合理利用 和农业的可持续发展和农业的可持续发展。k5 5增加就业门路，增加农民收入。增加就业门路，增加农民收入。7-3-3 7-
28、3-3 提高次级生产力的途径提高次级生产力的途径k1 1调整种植业结构，建立粮、经、饲三元结构，开发草山调整种植业结构，建立粮、经、饲三元结构，开发草山 草坡，增加饲料饲草来源。草坡，增加饲料饲草来源。4人口增加，经济发展，动物食品需求增加，粮食问题严重；人口增加，经济发展，动物食品需求增加，粮食问题严重；4粮食问题关键是饲料粮的问题；确定粮、经、饲比例为粮食问题关键是饲料粮的问题；确定粮、经、饲比例为59：20：21的合理的三元结构；的合理的三元结构；4开发草山草坡，拓宽饲料、饲草来源。开发草山草坡，拓宽饲料、饲草来源。7-3-3 7-3-3 提高次级生产力的途径提高次级生产力的途径k2、调
29、整次级生产者的种群结构，培育、改良和推广优良的、调整次级生产者的种群结构，培育、改良和推广优良的畜、畜、禽、鱼品种。禽、鱼品种。不同家畜、家禽对饲料的转化效率不同。以料：肉比进不同家畜、家禽对饲料的转化效率不同。以料：肉比进行比较：猪行比较：猪 4.3 4.3：1 1 牛、羊牛、羊 6 6：1 1 禽类禽类 3 3：1 1 鱼类鱼类 1.5 1.5：1 14提倡多养草食动物（牛、马、羊、兔），充分利用秸秆、提倡多养草食动物（牛、马、羊、兔），充分利用秸秆、草山、草坡；草山、草坡；4充分利用水面发展水面捕捞、养殖，如鱼、虾、贝、蟹；充分利用水面发展水面捕捞、养殖，如鱼、虾、贝、蟹；4发展腐生食物链，利用生态系统中的废物培养食用菌、发展腐生食物链，利用生态系统中的废物培养食用菌、蚯蚓、蜗牛、塘虱鱼等。蚯蚓、蜗牛、塘虱鱼等。7-3-3 7-3-3 提高次级生产力的途径提高次级生产力的途径k3、加强饲料管理，科学喂养，这是提高次级生产力的最基、加强饲料管理，科学喂养，这是提高次级生产力的最基 本、最重要的途径。本、最重要的途径。主要方法有：主要方法有：4协调饲料量与饲养量的关系，提高饲料的转化效率及产协调饲料量与饲养量的关系，提高饲料的转化效率及产品质量；品质量；4选择最佳的饲料配方，科学喂养；选择最佳的饲料配方，科学喂养；4混合饲料多级利用，实行混养。混合饲料多级利用，实行混养。
