能量流动第三章一,能量转移及其有关概念二,农业生态系统遵守能量流动的基本规律三,食物是农业生态系统中的能量载体四,农业生态系统的能源、能流途径和能效五,农业生态系统的能流调控一、能量转移及其有关概念
（一）能的概念能 是物理学中的一个概念，指的是物体具有作功的能力。能有两种存在形式,即潜能和动能。
潜能 是存在于有机体中的化学结合能，是一种静态的能量，具有作功的能力。在农业生态系统中，潜能是通过食物链的关系在生产者、消费者、分解者等有机体之间进行流动和传递的。
动能 是物体本身具有的能量，包括热能和辐射能，可在物体之间传递，并可转化为潜能。
在生态系统中，能主要指的是系统内以有机物质形式存在的化学能，
生态系统的能量流动与转化也主要指这些有机物质的能量在生物体之间的传递和转化情况。 生态系统中能量的主要形式有日光能、化学能、
热能和动能等几种。
（二）能量转移的定义植物利用太阳能，通过光合作用生产食物能，食物能通过 食物链和 食物网,从一个营养级传递到另一个营养级。
太阳能 绿色植物 食草动物食肉动物
（三）流、库、环的概念及其应用
1.流 —生态系统中能量和物质不断地被吸收、贮存和转移的运动状态。 能量的转移 —能量流。物质的转化 —物质流。 流量要多，流速要快增加流量的方法,提能量转化效率、
减少消耗增加流速的方法,缩短周转周期、提高周转速率
2.库 —能量和物质在运动过程中暂时被吸收和贮存的单位。 库要大、库效率要高。
（ 1） 植物库,库大 ---土地利用充分、
植物产品多 ;库效率高 ---光合效率高
（ 2） 动物库,库大 ---种群多数量大、
动物产品多 ; 库效率高 ---出栏率高，产肉蛋奶多
（ 3）土壤库,库大 ---土壤肥力高而稳库效率高 ---养分损失少，利用率高
3.环 —各种库将流连接起来形成的整体。 环结构要合理环流库是相互联系的。库要大、效率高；环结构要合理；流要多且流畅。
二、农业生态系统遵守能量流动的基本规律
（一）热力学第一定律又称能量守恒和转化原理，即能量既不能创造又不能消灭，能量的形式是可以转化的。 各种形式的能量之间严格的按一定比例由一种形式转变为另一种形式，如热能和动能的转化关系为,1卡 =4.184焦耳一个系统内能的变化 (U）等于系统吸收的能量（ Q）减去系统对环境所作的功 (W)，
U=Q–W
根据此公式，对生态系统的能量可以进行定量研究。
（二）热力学第二定律揭示能量 传递方向 和 转化效率 的规律，它认为：
1.能量传递有一定的方向，是不可逆的。
2.能量转化过程中存在着衰变现象，
必然有能量 的耗散。
3.为了判断能量流动的方向和限度，
用 自由能 和 熵 两个概念来描述。
自由能,系统总能中用来作功的能量。
熵 系统总能中不能用来作功的能量，是系统无序性的量度。
在封闭的系统中，自发过程总是向自由能减少、熵值增加的方向进行。
（三）耗散结构理论
� 普里高津耗散结构理论
Prigogine’s dissipation structure
theory
指开放系统在远离平衡态的非平衡态下，
系统可能出现的一种稳定的有序结构。
�表明：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界环境进行物质、能量的不断交换，
就能克服混乱状态，维持稳定状态并且还有可能不断提高系统的有序性，使系统的商减少。
(四 )热力学定律在农业生态系统中的应用
1.根据热力学第一定律，可以对农业生态系统的能量流进行定量研究 。
2.在农生态系统能量流中，只有少部分转化成有机形态的化学潜能储存起来，大部分转化成热能而耗散。人们应该尽量减少能量的无谓消耗，提高能量的转化效率。
3,能量流的流动方向是不可逆的，能量只能称为转化或转移，
而不能是循环。
4.为了维持农业生态系统的稳定，应不断的向系统输入能量，
减少熵。
三、食物是农业生态系统的能量载体
（一）食物链
1.定义 生态系统中，来源于植物的食物能通过一系列吃与被吃的关系，把生物紧密的联系起来，形成以食物营养为中心的链索关系即食物链。 食物链的基本类型（四种）
（ 1） 捕食食物链,又称为活食或草食食物链。
（ 2） 腐生食物链,又称碎屑或 残渣食物链。
（ 3） 寄生食物链。
（ 4） 混合食物链。
2.营养级,生物在食物链上所处的位置，即食物链上每一个环节称为营养级。
（一）食物链
1.定义,生态系统中，来源于植物的食物能通过一系列吃与被吃的关系，把生物紧密的联系起来，形成以食物营养为中心的链索关系即食物链。
2.典型的食物链,植物 → 食草动物 → 一级食肉动物 → 二级食肉动物 → 顶级食肉动物三、食物是农业生态系统的能量载体
（ 1） 捕食食物链,又称为活食或草食食物链 海洋中：浮游植物 → 浮游动物 →
虾 → 鱼草原上：草 → 羚羊 → 老虎农田中：水稻 → 蝗虫 → 青蛙农业生产中：作物秸秆 → 牛 → 人
（ 2） 腐生食物链,又称碎屑或 残渣食物链 农业上用秸秆、粪便生产沼气 棉籽壳、稻草培育蘑菇食物链的基本类型（四种）
（ 3） 寄生食物链
植物型：大豆 → 菟丝子动物型：哺乳动物 → 跳蚤 → 原生动物 → 细菌 → 病毒；
马 → 蛔虫
（ 4） 混合食物链稻草 → 牛（牛粪） → 蚯蚓 → 鸡（鸡粪） → 猪
（猪粪） → 鱼；稻 → 螟 → 赤眼蜂；
菜（温棚） → 鸡（鸡粪） → 沼气（沼渣） → 肥田
2.营养级,生物在食物链上所处的位置，
即食物链上每一个环节称为营养级。
海洋生态系统的食物链生产者
420× 108吨／年食草动物
64× 108吨／年第 1级食肉动物
10× 108吨／年第 2级食肉动物
1.5× 108吨／年第 3级食肉动物
0.22× 108吨／年捕食寄生黄蜂产卵于蛾幼虫体内，将幼虫致死图为黄蜂蛹覆在虫体上，以幼虫内部组织为生
3.食物链的基本特征
（ 1） 同一食物链中 常含有食性和生活习性极不相同的生物。
（ 2） 同一生态系统中 可能有多条食物链,各种食物链相互联系，协同发挥作用。
（ 3） 自然生态系统中,营养级的数目是有限的。
（ 4） 不同生态系统中,各类食物链的比重不同。
森林生态系统,腐生食物链占生产有机物的 90%
草原生态系统,腐生食物链占生产有机物的 70%
农田生态系统,腐生食物链占生产有机物的 20—30%
（二）食物网和生态系统的营养结构
1.食物网和营养结构的概念食物网,生态系统中，一种生物常常以多种生物为食，同一生物又常常被多种生物取食，于是食物链交错起 来，多条食物链相互连接、形成的网状结构。
营养结构,以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物，紧密连接起来的结构。
北极地区食物网
2.营养结构与生态系统的稳定性生态系统抵抗外界干扰、自动修复的能力称为 生态系统的稳定性。 影响稳定性的因素有很多，如生物的适应性、外界干扰的程度营养结构等。
营养结构复杂、食物网复杂的生态系统，稳定性强。
四、农业生态系统的能源、能流途径和能效
（一）农业生态系统的能源
1.太阳能是生态系统的主要能源
2.农业生态系统的辅助能辅助能的类型,自然辅助能、人工辅助能（生物辅助能（有机能）、工业辅助能（无机能）
辅助能的性质,不能转化成生物能，对生物能的合成、转化起辅助作用辅助能的作用,促进转化、减少消耗、改善环境
（二）农业生态系统的能流途径生态系统中能量流动 是指能量由非生物环境经生物有机体，再到外界环境所进行的一系列传递过程。 在农业生态系统中，能量流动的一般途径包括以下几个方面：
1.太阳辐射的能量进入生态系统
2.以植物有机体储存的能量，沿食物链流动转化
3.生态系统中能量的外界输入及输出云层吸收
10 %
浮尘
15%
反射
25%
24%
52%
臭氧层、
水蒸气等
9%24%
地球 表面
47%
反射
4%
散射
6%
散射
17%
散射损失
9%
太阳能
100%
生产者太阳辐射能输入消费者 消费者 消费者分解者消费者呼吸、热量生产者呼吸、热量腐生生物分解和呼吸及热量一个稳定生态系统的能量流未利用未利用生态系统的能流
能流特征
逐级减少
单方向性
能流路径
（三）农业生态系统的能效和生态金字塔规律
1.能量流动过程中损耗的必然性。
（ 1）由于不可食或不得食
（ 2）消费者密度低或食物选择限制
（ 3）利用后未被同化
（ 4）同 化后呼吸消耗掉
（ 5）变为生产量又被减少。
营养级能量传递效率约平均为 10%。
2.能量传递效率（生态效率）。
食物链中后一营养级生物对前一营养级生物能量利用的百分比叫能量 传递效率或生态效率 。肉猪
35%、奶牛 20%、蛋鸡 15%、肉兔 13—18%、肉羊 11%、肉牛
5—8%。
3.生态金字塔规律
类型数量金字塔生 物 量 金字 塔能量金字塔能量金字塔能量能量流失海洋生态系统的食物链生产者
420× 108吨／年食草动物
64× 108吨／年第 1级食肉动物
10× 108吨／年第 2级食肉动物
1.5× 108吨／年第 3级食肉动物
0.22× 108吨／年
4.农业生态系统的辅助能利用率。
又称为 能量产投比,是指农业生态系统产出的生物能与人工辅助能的比值。
五、农业生态系统的能流调控
1.扩源 2.强库 3.截流 4.减耗能量,energy
动能,dynamic energy
潜能,potential energy
食物链,food chain
食物网,food web
捕食食物链,Predator chain or
grazing chain
腐食食物链,Saprophytic food chain or
detritus chain
寄生食物链,parasitic food chain
熵,entropy
自由能,free energy
生态金字塔,Ecological pyramid
生态效率,ecological efficiency
人工辅助能,artificial auxiliary energy
能值,emergy
营养级,trophic level
营养结构,trophic structure
营养物质循环或物质循环,Nutrients
cycles
生物地球化学循环； biogeochemical cycles
气相型循环,gaseous type cycles
沉积型循环,sedimentary type cycles
能量元素,energy elements
大量元素,macronutrients
微量元素,micronutrients
（一）能的概念能 是物理学中的一个概念，指的是物体具有作功的能力。能有两种存在形式,即潜能和动能。
潜能 是存在于有机体中的化学结合能，是一种静态的能量，具有作功的能力。在农业生态系统中，潜能是通过食物链的关系在生产者、消费者、分解者等有机体之间进行流动和传递的。
动能 是物体本身具有的能量，包括热能和辐射能，可在物体之间传递，并可转化为潜能。
在生态系统中，能主要指的是系统内以有机物质形式存在的化学能，
生态系统的能量流动与转化也主要指这些有机物质的能量在生物体之间的传递和转化情况。 生态系统中能量的主要形式有日光能、化学能、
热能和动能等几种。
（二）能量转移的定义植物利用太阳能，通过光合作用生产食物能，食物能通过 食物链和 食物网,从一个营养级传递到另一个营养级。
太阳能 绿色植物 食草动物食肉动物
（三）流、库、环的概念及其应用
1.流 —生态系统中能量和物质不断地被吸收、贮存和转移的运动状态。 能量的转移 —能量流。物质的转化 —物质流。 流量要多，流速要快增加流量的方法,提能量转化效率、
减少消耗增加流速的方法,缩短周转周期、提高周转速率
2.库 —能量和物质在运动过程中暂时被吸收和贮存的单位。 库要大、库效率要高。
（ 1） 植物库,库大 ---土地利用充分、
植物产品多 ;库效率高 ---光合效率高
（ 2） 动物库,库大 ---种群多数量大、
动物产品多 ; 库效率高 ---出栏率高，产肉蛋奶多
（ 3）土壤库,库大 ---土壤肥力高而稳库效率高 ---养分损失少，利用率高
3.环 —各种库将流连接起来形成的整体。 环结构要合理环流库是相互联系的。库要大、效率高；环结构要合理；流要多且流畅。
二、农业生态系统遵守能量流动的基本规律
（一）热力学第一定律又称能量守恒和转化原理，即能量既不能创造又不能消灭，能量的形式是可以转化的。 各种形式的能量之间严格的按一定比例由一种形式转变为另一种形式，如热能和动能的转化关系为,1卡 =4.184焦耳一个系统内能的变化 (U）等于系统吸收的能量（ Q）减去系统对环境所作的功 (W)，
U=Q–W
根据此公式，对生态系统的能量可以进行定量研究。
（二）热力学第二定律揭示能量 传递方向 和 转化效率 的规律，它认为：
1.能量传递有一定的方向，是不可逆的。
2.能量转化过程中存在着衰变现象，
必然有能量 的耗散。
3.为了判断能量流动的方向和限度，
用 自由能 和 熵 两个概念来描述。
自由能,系统总能中用来作功的能量。
熵 系统总能中不能用来作功的能量，是系统无序性的量度。
在封闭的系统中，自发过程总是向自由能减少、熵值增加的方向进行。
（三）耗散结构理论
� 普里高津耗散结构理论
Prigogine’s dissipation structure
theory
指开放系统在远离平衡态的非平衡态下，
系统可能出现的一种稳定的有序结构。
�表明：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界环境进行物质、能量的不断交换，
就能克服混乱状态，维持稳定状态并且还有可能不断提高系统的有序性，使系统的商减少。
(四 )热力学定律在农业生态系统中的应用
1.根据热力学第一定律，可以对农业生态系统的能量流进行定量研究 。
2.在农生态系统能量流中，只有少部分转化成有机形态的化学潜能储存起来，大部分转化成热能而耗散。人们应该尽量减少能量的无谓消耗，提高能量的转化效率。
3,能量流的流动方向是不可逆的，能量只能称为转化或转移，
而不能是循环。
4.为了维持农业生态系统的稳定，应不断的向系统输入能量，
减少熵。
三、食物是农业生态系统的能量载体
（一）食物链
1.定义 生态系统中，来源于植物的食物能通过一系列吃与被吃的关系，把生物紧密的联系起来，形成以食物营养为中心的链索关系即食物链。 食物链的基本类型（四种）
（ 1） 捕食食物链,又称为活食或草食食物链。
（ 2） 腐生食物链,又称碎屑或 残渣食物链。
（ 3） 寄生食物链。
（ 4） 混合食物链。
2.营养级,生物在食物链上所处的位置，即食物链上每一个环节称为营养级。
（一）食物链
1.定义,生态系统中，来源于植物的食物能通过一系列吃与被吃的关系，把生物紧密的联系起来，形成以食物营养为中心的链索关系即食物链。
2.典型的食物链,植物 → 食草动物 → 一级食肉动物 → 二级食肉动物 → 顶级食肉动物三、食物是农业生态系统的能量载体
（ 1） 捕食食物链,又称为活食或草食食物链 海洋中：浮游植物 → 浮游动物 →
虾 → 鱼草原上：草 → 羚羊 → 老虎农田中：水稻 → 蝗虫 → 青蛙农业生产中：作物秸秆 → 牛 → 人
（ 2） 腐生食物链,又称碎屑或 残渣食物链 农业上用秸秆、粪便生产沼气 棉籽壳、稻草培育蘑菇食物链的基本类型（四种）
（ 3） 寄生食物链
植物型：大豆 → 菟丝子动物型：哺乳动物 → 跳蚤 → 原生动物 → 细菌 → 病毒；
马 → 蛔虫
（ 4） 混合食物链稻草 → 牛（牛粪） → 蚯蚓 → 鸡（鸡粪） → 猪
（猪粪） → 鱼；稻 → 螟 → 赤眼蜂；
菜（温棚） → 鸡（鸡粪） → 沼气（沼渣） → 肥田
2.营养级,生物在食物链上所处的位置，
即食物链上每一个环节称为营养级。
海洋生态系统的食物链生产者
420× 108吨／年食草动物
64× 108吨／年第 1级食肉动物
10× 108吨／年第 2级食肉动物
1.5× 108吨／年第 3级食肉动物
0.22× 108吨／年捕食寄生黄蜂产卵于蛾幼虫体内，将幼虫致死图为黄蜂蛹覆在虫体上，以幼虫内部组织为生
3.食物链的基本特征
（ 1） 同一食物链中 常含有食性和生活习性极不相同的生物。
（ 2） 同一生态系统中 可能有多条食物链,各种食物链相互联系，协同发挥作用。
（ 3） 自然生态系统中,营养级的数目是有限的。
（ 4） 不同生态系统中,各类食物链的比重不同。
森林生态系统,腐生食物链占生产有机物的 90%
草原生态系统,腐生食物链占生产有机物的 70%
农田生态系统,腐生食物链占生产有机物的 20—30%
（二）食物网和生态系统的营养结构
1.食物网和营养结构的概念食物网,生态系统中，一种生物常常以多种生物为食，同一生物又常常被多种生物取食，于是食物链交错起 来，多条食物链相互连接、形成的网状结构。
营养结构,以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物，紧密连接起来的结构。
北极地区食物网
2.营养结构与生态系统的稳定性生态系统抵抗外界干扰、自动修复的能力称为 生态系统的稳定性。 影响稳定性的因素有很多，如生物的适应性、外界干扰的程度营养结构等。
营养结构复杂、食物网复杂的生态系统，稳定性强。
四、农业生态系统的能源、能流途径和能效
（一）农业生态系统的能源
1.太阳能是生态系统的主要能源
2.农业生态系统的辅助能辅助能的类型,自然辅助能、人工辅助能（生物辅助能（有机能）、工业辅助能（无机能）
辅助能的性质,不能转化成生物能，对生物能的合成、转化起辅助作用辅助能的作用,促进转化、减少消耗、改善环境
（二）农业生态系统的能流途径生态系统中能量流动 是指能量由非生物环境经生物有机体，再到外界环境所进行的一系列传递过程。 在农业生态系统中，能量流动的一般途径包括以下几个方面：
1.太阳辐射的能量进入生态系统
2.以植物有机体储存的能量，沿食物链流动转化
3.生态系统中能量的外界输入及输出云层吸收
10 %
浮尘
15%
反射
25%
24%
52%
臭氧层、
水蒸气等
9%24%
地球 表面
47%
反射
4%
散射
6%
散射
17%
散射损失
9%
太阳能
100%
生产者太阳辐射能输入消费者 消费者 消费者分解者消费者呼吸、热量生产者呼吸、热量腐生生物分解和呼吸及热量一个稳定生态系统的能量流未利用未利用生态系统的能流
能流特征
逐级减少
单方向性
能流路径
（三）农业生态系统的能效和生态金字塔规律
1.能量流动过程中损耗的必然性。
（ 1）由于不可食或不得食
（ 2）消费者密度低或食物选择限制
（ 3）利用后未被同化
（ 4）同 化后呼吸消耗掉
（ 5）变为生产量又被减少。
营养级能量传递效率约平均为 10%。
2.能量传递效率（生态效率）。
食物链中后一营养级生物对前一营养级生物能量利用的百分比叫能量 传递效率或生态效率 。肉猪
35%、奶牛 20%、蛋鸡 15%、肉兔 13—18%、肉羊 11%、肉牛
5—8%。
3.生态金字塔规律
类型数量金字塔生 物 量 金字 塔能量金字塔能量金字塔能量能量流失海洋生态系统的食物链生产者
420× 108吨／年食草动物
64× 108吨／年第 1级食肉动物
10× 108吨／年第 2级食肉动物
1.5× 108吨／年第 3级食肉动物
0.22× 108吨／年
4.农业生态系统的辅助能利用率。
又称为 能量产投比,是指农业生态系统产出的生物能与人工辅助能的比值。
五、农业生态系统的能流调控
1.扩源 2.强库 3.截流 4.减耗能量,energy
动能,dynamic energy
潜能,potential energy
食物链,food chain
食物网,food web
捕食食物链,Predator chain or
grazing chain
腐食食物链,Saprophytic food chain or
detritus chain
寄生食物链,parasitic food chain
熵,entropy
自由能,free energy
生态金字塔,Ecological pyramid
生态效率,ecological efficiency
人工辅助能,artificial auxiliary energy
能值,emergy
营养级,trophic level
营养结构,trophic structure
营养物质循环或物质循环,Nutrients
cycles
生物地球化学循环； biogeochemical cycles
气相型循环,gaseous type cycles
沉积型循环,sedimentary type cycles
能量元素,energy elements
大量元素,macronutrients
微量元素,micronutrients
