第四章 农业生态系统的物流
? 1．物流也和能流一样，是 生态系统的基本功能 之一。
? 2．有机体和生态系统为了生存与发展，除了不断输入
能量外，还须不断输入物质,因此物质既是生命活动
的物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用 。
? 3．能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能
量流动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而 物质
流动则是循环的 。
? 生态系统中的生产者通过根系从土壤中吸收矿物质和
水分，由叶片吸收 CO2，以太阳能为动力合成有机物
质，然后沿着食物链移动。在每次物质转移中都有物
质丢失，但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸
收,利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地
被利用。
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第四章 农业生态系统的物流
? § 4－ 1 基本概念和原理
? § 4－ 2 几种重要物质的循环
? § 4－ 4 物质循环的环境问题
? § 4－ 4 农业生态系统养分循环与平衡
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§ 4－ 1 基本概念和原理
? 一,生物地球化学循环 （ Biogechemical
cycles）
? 二,物质循环的库（ pool)、流 （ Flow）
? 三,周年率与周转期
? 四、循环效率
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§ 4-1-1 生物地球化学循环
? 一,生物地球化学循环（ Biogeochemical
cycles）
? （一）概念：
? 各种化学元素，包括原生质中必不可少的营养物
质，在生态系统乃至生物圈里，沿着特定的途径从周
围环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流
动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化
学循环。
? （二）类型：
? 1．根据物质循环的范围、路线和周期不同，可分为,
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§ 4-1-1 生物地球化学循环
? （ 1）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，
从环境进入有机体内，然后生物以死体、残体、排泄
物等形式返回环境，进入五大自然圈的循环。
? 大气圈
? 水 圈
? 五大自然圈 土壤圈
? 岩石圈
? 生物圈
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§ 4-1-1 生物地球化学循环
? 特点：时间长, 范围广, 影响面广, 具有全球性
质, 是闭合性循环 。
? (几百年, 几千年, 几百万年, 甚至上亿年 ),如：
① 大气中的 CO2通过生物圈的光合和呼吸作用约
好 400年循环一次 。
? ② O2通过生物代谢, 约 2000年循环一次 。
? ③ 水圈 （ 包括占地球表面 71%的海洋 ） 中的水,
通过生物圈的吸收, 排泄, 蒸腾, 每当 200万年
才循环一次 。
? ④ 至于由岩石土壤圈风化出的矿物元素循环一次
则需要更长的时间, 甚至要经过几亿年 。
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§ 4-1-1 生物地球化学循环
? （ 2） 生物小循环：
? 是指环境中元素经生物体吸收, 在生命系统中被相
继利用, 然后经分解者分解成无机态进入环境, 再次
为生产者吸收利用 。
? 特点：在一个系统内进行, 范围小, 时间短, 速度
快, 是开放式的循环 。
? 2,根据循环主要是与大气圈, 还是与岩石土壤或水圈
联系划分 （ 根据物质在五大自然库的库存量的主次,
大小和固定的时间长短 ）
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§ 4-1-1 生物地球化学循环
? （ 1） 气体型 （ Gaseous types）,
? 其贮存库在大气中 。 元素或化合物可以转化为气体形式, 通
过大气进行扩散, 弥漫于陆地或海洋上, 在很短时间内又可被
植物重新利用 。 如 C,N,O等由于有巨大的大气储存库 。 对于干
扰可相当快地进行自我调节 。 因此, 从全球意义上看, 这类循
环是比较完全的循环 。
? （ 2） 沉积型 （ Sedimentary types）
? 其贮存库在地壳里。经风化作用从陆岩石缓慢释放的某些
化合物或元素被植物吸收，参与生命物质的形成并沿食物链运
转，然后动植物有机体经微生物的分解作用又将元素返回环境，
除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉
积物状态随流水进入海洋，经沉降，淀积和成岩作用变成岩石，
当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。这类循环
是是缓慢的，倾向于不完全的循环，并且容易被局部干扰所破
坏。如 P,S,Ca,I,K,Na等循环。
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§ 4-1-2 物质循环的库与流
? 二, 物质循环的库 (Pool),流 （ Flow）
? 1,流 (flow)
? 生态系统中的能量和物质不是静止不动的, 而是不
断地流动着 。
? 能量和物质通过食物链形成的转移运动状态, 称为
流 。
? 生态系统中主要的流有 物质流, 能量流和信息流 。
? 农业生态系统要获得高的生产力, 就要使系统内的
能量和物质的 流量大, 流速快且畅通无阻 。
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§ 4-1-2 物质循环的库与流
? 2,库（ pool）
? 生态系统中能量和物质在运动过程中被暂时固定, 贮
存的场所, 称为 库 。
? 生态系统的各组分都是物质循环的库 。
? 农业生态系统中主要有 植物库 （ 农作物, 蔬菜, 果树,
林木, 牧草等 ）, 动物库 （ 畜, 禽, 虫等 ） 土壤库, 大气
库和水体库 。
? 库存 （ S） ---库在某一时刻所贮存的某一化学元素的数量 。
? 物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：
? 贮存库,（ Reservoir pool） 容积大, 活动缓慢
? 一般为环境库 。
? 交换库,（ Exchange pool） 容积小, 与外界进行
? 物质交换比较活跃, 一般为生物成分 。
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§ 4-1-2 物质循环的库与流
? 4,库与流的作用及相互关系
? （ 1） 没有库，环境资源不能被吸收，固定，转化为各种产
物。
? （ 2） 没有流，库与库之间不能联系与沟通，则物质循环阻
塞，生物无以维持，生态系统也将瓦解。
? （ 3）库的吸收，固定和贮存的能力，不仅决定于生物种群
的特性，也决定于循环。
? （ 4）农业生态系统中，生物种群所具有的捕获、吸收和转
化能量与物质的性能和效率，决定了流的数量和速度，也
决定了能量和物质在生物种群之间的分配的定量关系。
? （ 5）一个高效的生态系统，必须是库容量大，流动畅通。
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§ 4-1-3 周转期与周转率
? 三、周转率与周转期－－衡量物质流动效率的指标
? 输入（ FI）
? 1．流通率（ flow rate）：单位时间
? 内出入库的物质流量
? 输出（ FO）
? 2．周转率：系统达到稳定状态后，流通率（ FI或 FO）
与库存（ S）的比例。 R＝ F／ S
? 3．周转期：周转率的倒数，表示该库的全部物质全
部更换一次平均需要的时间。 T＝ S／ F
? 四、循环效率：循环物质占总输入物质的比例
EC＝ FC／ FI
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§ 4－ 2 几种重要物质的循环
? 一,碳循环
? 二,氮循环
? 三,磷循环
? 四,水循环
? 五,硫循环
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§ 4-2-1 碳循环
?一、碳循环
?（一）概况
?1,C Cycle是所有养分循环中最简单的一种, 但对生命的意义却是十分重要的 。 C是有机物的基本成分, 占干重
的 49％ 。
?2,C的来源是 CO2
? 0.14％为 CO2
? 无机态占大部分
? 地壳沉积物中
?地球上总碳量为
? 26?1015吨 化石 64％,煤, 石油, 碳
? 有机态 有机残体占 42％,土壤和
? 占 0.15％ 水中
? 生物体成分占 4％
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§ 4-2-1 碳循环
?（ 二 ） C Cycle基本过程
?
?C Cycle是从光合作用固定空气中的 CO2开始的 。
?1,大气库与生物组分之间的循环
?（ 1） 特点,① 这是一生物过程
? ② 属于气相循环
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§ 4-2-1 碳循环
? (2) 过程
? CO2通过绿色植物的光
合作用进入生态系统，
CO2和水形成 CH2O，然
后在系统中流动，其流
动途径：①沿食物链传
递：这种过程是最理想
的,C一直在生态系统
的生物组分中。②生物
的呼吸作用，使 CO2返
回到大气 。
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§ 4-2-1 碳循环
?2,大气与海洋间的交换
?（ 1） 特点,① 这是一自然过程, 生物不能控制 。 ② 海
洋溶解的 CO2是大气库中 CO2的 50倍, 因而海洋对大气中
的 [CO2]具有缓冲机制 。
?（ 2） 过程：
?3,沉积循环：
?（ 1） 特点,① 这是一自然过程 —— 这种途径 C素经化
石, 石灰岩或油页岩等固态过程, 有相当长一段时间离
开了气相循环, 离开了生物圈, 进入了地质大循环 。 ②
这是自然界最大一个库 。
?（ 2） 过程
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§ 4-2-1 碳循环
?4,人类活动的干预
? 在空气中, [CO2]≈ 0.04％, 但自第二次工业革命
（ 1850年 ） 后, 人类大量砍伐森林, 开采化石燃料, 从
而将几百万年前被光合作用固定的 C通过燃烧又释放到
大气中 。 据统计每年燃烧矿石释放到大气中的 CO2约 50
－ 60亿吨, 虽然大部分被海洋吸收而缓冲, 但仍有 1／ 4
保留在大气中, 使大气 [CO2]逐年上升 。 过去一百年,
280?mol.mol-1→ 355 ?mol.mol-1。
? 由于 CO2对红外线有强烈的吸收作用, 因此 CO2的增
加将产生, 温室效应, 。 虽然 [CO2]↑ 有利于光合作用
增强, 但也导致全球近地表温度升高, 这对全球的气候,
大气环境 。 降雨 …… 等将产生一系列不利于人类的影响 。
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§ 4-2-1 碳循环
?（三）农业生态系统的碳流的问题
?1,养分循环的两种控制：
（ 1） 生物控制：通过食物链控制
（ 2） 人为控制：通过食物输入, 产品输出等控制
?2,农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制
?这就面临两个选择：动植物残体的去向
?（ 1） 肥料：提高地力 （ 以有机物形式返回土壤 ）
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§ 4-2-1 碳循环
?（ 2）燃料：以 CO2形式返回大气 → 土壤有机质数量不足 →
?土壤微生物 C源不足 → 土壤有机质含量 ↓ → 地力衰退 。
? 燃料
?发展中国家, 因人口多耕地少, 大量砍伐森林
? 耕地
? 沙漠化 （ Negro）
?毁林的结果
? 地力下降, 广种薄收
?因此必须提供辅助能源为生活能源, 同时大力控制人口
数量解决粮食, 耕地问题 。
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§ 4-2-2 氮循环
? 二、氮循环
? （一）概况
? 1,N是生物体中 Aa,protein, Chl-,DNA,RNA中不
可缺少的元素。
? 2,N的主要库存是大气 ―― 主要是气态循环 。 以 N2的单
质形式存在 。 在大气中占 79％, 总贮量约 48?106亿吨,
但不可被植物直接利用, 必须通过固 N作用 。
? （ 二 ） N循环基本过程
? 1,固氮作用是气态循环的重要机制
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§ 4-2-2 氮循环
（ 1） 生物固 N：每年 175? 106吨
? ① 固 N生物：根瘤菌 蓝绿藻
? 农业上利用根瘤菌较多, 占全部生物固 N的
40％ 左右, 因此农田中靠包括豆科作物在内的作
物轮作来维持土壤的持续肥力是非常重要的, 稻
田的蓝绿藻对增产亦有明显的作用 。
? 固 N作用
? ② N2 NH4＋ 食物链
（ 2） 工业固 N,45.9?106吨 （ 1977年 ） → 100?106
吨 （ 1997年 ）
（ 3） 大气固 N：通过闪电和宇宙射线固 N，
7.6?106吨 。
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§ 4-2-2 氮循环
? 2．生态系统中的氮
流途径
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§ 4-2-2 氮循环
?3,人为干预
（ 1） 干预途径 （ 方式 ）,农业生产生物固 N
? 工业固 N：占有 20－ 40％
（ 2） 问题
?① 地下水污染
?由于施肥不当, 会使蔬菜, 饲料中 N累积过多或随水流
动进入饮用水, 地下水中 。
?食物和饮用水中 NO3－ 含量过高, 在一定程度下生成的亚
硝胺是致癌物质 。 美国明尼苏达州 1947年－ 1950年 149例
儿童获亚铁血红蛋白症, 有 14例死亡, 查明原因是由于
饮用的地下水中被硝酸盐污染 。 而 NO4－ 在烹调过程中和
消化道中形成 NO2－, NO2－, 与血红蛋白给合, 使其载氧
能力受到损害 退出
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§ 4-2-2 氮循环
?② 水体富养化：
?A.定义,当水体中的总磷＞ 20mg/m3,无机 N＞ 400mg/m3时, 可以
认为该水处于 富营养化状态 (eutrophic water)。
?B.来源,土壤中的 N,P营养元素及生产, 生活中的污水
?C.后果,水体中营养过分丰富, 水生藻类繁茂, 它们死亡后, 在
水体中腐烂分解, 产生大量 CH4,H2S,CO2,NH4等, 使水质变坏 。
同时有机质分解时大量消耗水中的溶解 O2少于 4mg/升时, 会造成鱼
类和其它水生动物的死亡 。
? 大多数江河湖沼中 N和 P是光合自养生物的主要限制因子，一旦
增加这些养分，初级生产大大提高。在某些情况下这是好的，为此
有时还有意识地在鱼塘中施肥。但必须避免水体富养化
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§ 4-2-2 氮循环
?③ 破坏臭 O3层
?反硝化作用产生的 N2O进入大气后会破坏臭 O3层
?N2O＋ O3→ 2NO＋ O2
?NO＋ O3→NO 2＋ O2
?若臭 O3层玻坏 5％, 进入地球的紫外线会增加 10％, 结果会使皮
肤癌的发病率大为提高 。 据推测, 在今后几年内农业使用的氮肥
约有 1－ 6％ 成为 N2O进入大气 。
?2000年, 臭 O3层密度减少 2％, 在南极, 北极均发现臭 O3层空洞 。
?④ 作物偏 N
? 谷类作物, 块根块茎作物
? 偏 N→ 营养生长过度 经济系数低
? 对病虫害抗性下降
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§ 4-2-3 磷循环
? 三,磷循环
? （一） 特点：
? 典型的沉积循环，以不活跃的地壳作为主要贮存
库，是一种不完的循环，其时间尺度地质时间，因而
从人类的观点看，进入了沉积循环的磷就作为是损失
掉了，因此这部分磷在短期内对生物无效。
? （二）过程
? 从循环的过程看，在循环过程中 P总是有损失的，
为增加 P循环的封闭性，必须尽量减少陆生生态系统的
损失。如让 P经常贮存在有机体中则不易流失，贮存在
土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉。 如图所示 NEXT
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§ 4-2-3 磷循环
? （三）人类干预
? 1．大量开采磷矿，加剧了 P的损失，以后会造成资源
枯竭。现地壳中磷约含纯磷约 198亿吨，按现在的消费
率计算可持续用 1750年，若考虑到 P的消费率增长是人
口增长的 2.76倍，则 90年内将耗尽。
? 2．农田生态系统中 P的亏损途径：①水土流失 ②农
产品输出
? 3．污染
? （ 1）营养富集
? 西、北欧美大量施用 P肥和含 P的合成洗涤 → 水体
富养化 → 水质恶化 → 渔业资源减少
? （ 2）放射性物质污染
? 磷矿石中含放射性的铀, 钍等物质, 经常施 P使土
壤放射性物质增加, 影响作物生长和产品质量 。
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§ 4-2-4 水循环
?四、水循环
?（一）概况
?水是生物圈中最丰富的化合物, 以固, 液, 气三相存
在 。
?地球的海洋, 冰帽, 冰川, 湖泊, 河流, 土壤和大气
中共含有 15亿 Km3的水 。
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§ 4-2-4 水循环
?其中：
? 海洋液态咸水,97％
?
? 3／ 4：固态水 。 在两极的冰帽和冰川中
? 淡水 （ 4％ ） 90％,地下水
? 1／ 4：陆地中水
? 10％,土壤水分,
? 淡水湖泊, 河流
? 及大气含水量
?因而可供植物根系利用的水比例很小 。
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§ 4-2-4 水循环
?（二）水循环
?1,三个基本环节：降水 （ P）, 蒸发 （ E）, 径流 （ R）,
这三个基本环节相连构成了水循环 。 水在生物圈的循环可以
看作是从水域开始, 再回到水域而终止 。
（ 1） 水域中的水受太阳辐射而蒸发 （ E） 进入大气
（ 2） 大气中的水汽随气压变化而流动, 并聚集为云
（ 4） 云以雨, 雪, 雾, 等形式降落到地球表面
（ 4） 到达地表面的水, 一部分直接形成地表面径流进入江河, 汇入海
洋 。 一部分渗入土壤内部：大部分通过地下径流而进入海洋, 接近土
壤部分为植物吸收
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§ 4-2-4 水循环
（ 5） 植物吸收的水分, 大部分用于蒸腾散失到大气中, 只有
小部分为光合作用同化形成有机质进入生态系统, 再经过生
命的呼吸与排泄进入环境 。
? 内因：其相变 ――P 和 E
?水循环
? 外因：水的重力梯度 （ R） 和太阳辐射
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§ 4-2-4 水循环
? 全球上水分循环有两种途径：
? ①通过相变和大气环流形成蒸发和降雨
? ②通过热力学梯度与势能梯度的作用以洋流和径流
的方式运动
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§ 4-2-4 水循环
?2,水循环是生物地球化学循环的基础
? 水的溶解性使它在物质循环中起到载体的作用, 任何生物
地球化学循环都有水的参与 。 元素的迁移, 流动和积累都离不
开水 。
?从宏观看,从陆地到海洋的径流每年携带 4.6?109T物质, 造
成 严重的水土流失 。
?从微观看,根系吸收矿物质也需水的携带
? 因此, 水循环是生态系统中最基本的物质循环, 水分是
养分循环的重要动力 。
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§ 4-2-4 水循环
?（三）影响区域水分平衡的因素
?降雨量 P
?径流量 R
?蒸发量 E
?植被截留量
?水分平衡公式,P－ E－ R－ △ W＝ 0
? 输入：降水 P，人工灌溉
? 输出：蒸发 E，径流 R
§ 4-2-4 水循环
?1,降雨量 P：受地形, 太阳辐射, 大气环流等因素影
响, 可在当地气象站 （ 台 ） 获得有关降雨的资料 。
?不同地区降雨不同：
?① 我国台湾地省的火烧寮 1964年 9月 10－ 11日降雨
1245mm,为世界最大一次降雨量
?② 苏丹的沃地哈发 49年来总降雨才 0.5mm
?③ 智利的依奇立 14年来完全没有降雨
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§ 4-2-4 水循环
?2,径流量 R（ 陆地 → 水体 ）,与当地植被覆盖率有
关, 可实测或据经验公式推算
?3,蒸发量 E：为植物蒸腾耗水与裸露地面和水体蒸发
散失水分的总和
?4,植被截留量
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§ 4-2-4 水循环
?（四）森林调节水分循环的重要作用
?1,丰茂的森林可截留夏季降水量的 20－ 40％ （ 草地
为 5－ 14％ ）
?2,树冠有强大的蒸腾作用：比同纬度的海洋蒸发的
水分多 50％
?3,林区比无林, 少林区降水量多 40％
?4,在坡地, 森林可减轻对土壤的侵蚀作用：林地内
地表径流比无林地少 10％ 。
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§ 4-2-5 硫循环
?五,硫循环
?硫是半胱氨酸, 蛋氨酸的组分, 在 protein分子中二硫
键有助于形成立体结构 。 S还是辅酶如硫铵素, 辅酶
COA的组分 。 S在自然界含量并不多 。
?1,特点：既属于气体型又属于沉积型
?（ 1） 长时间的沉积相：束缚在有机, 无机沉积物中
的硫通过风化, 分解而释放, 以盐溶液形式进入生态
系统 。
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§ 4-2-5 硫循环
（ 2） 气态循环的重要机制是降雨：
? 缺 O2条件为 大气中
? 有机物中的硫 H2S SO2
? 硫细菌还原 氧气
? 为水气吸收
? SO2 稀酸
? ↓ 降水
? 大地生态系统
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§ 4-2-5 硫循环
?2,人类干预
（ 1） 燃烧煤和石油每年向大气输送 147?106吨 SO2。 大气
[SO2]＞ 0.5 ?mol.mol-1就会危害农作物 。
如,1952年 12月伦敦的毒雾事件, 几天内死亡 4000人,
以后几天陆续死亡上万人, 就是由于煤烟中的 CO,CO2、
SO2和大量粉尘经久不散造成的 。
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§ 4-2-5 硫循环
（ 2） SO2的增加造成了酸雨
? 通常大气 CO2溶解于雨水使正常降雨的 PH值为 5.7左右；
然而由于空气中 SO2和氮化物的溶解, 改变了降水的性质 。
当降雨的 PH＜ 5.5时称为, 酸雨, 。
? 酸雨会直接灼烧植物, 改变水土的 PH值, 对初级生产
及其次级产生影响 。 酸雨被称为空中, 死神,, 它使土壤,
河湖酸化, 动植物受害, 鱼类死亡 。 挪威和瑞典 2400个湖
泊, 因酸雨鱼类死亡了 1／ 10。 加拿大约 5万湖泊全部没鱼,
称为, 水沙漠,, 我国西北, 四川, 广东, 上海都记录了
酸雨现象 。
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§ 4-2-5 硫循环
? 酸雨确是空中, 死神,, 它有三大罪状：
? 1,污染水域, 杀死水生动物
? 2,加速土壤营养物质的淋溶流失 （ Ca,Mg、
K）, 土壤肥力下降并延缓植物的生长 。 ―― 使
本来固定在土壤中的有毒金属如 Al,Cu,镉等
溶解出来为植物吸收 。 瑞典, 美国, 巴西的森林
枯萎 。
? 3,腐蚀建筑物
? 雅典古神庙已被腐蚀得面目全非
? 北京故宫的汉白玉石雕已有几百年历史 。 1952年
拍摄的照片来看, 浮雕的花纹还十分清晰, 但今
天已模糊不清了 。
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§ 4-2 几种重要物质的循环
? 以 C,N,P,S,H2O为例的物质循环清
楚地表明，各种物质在全球范围内以及在生
态系统中的循环、流动，越来越多地受到人
类活动的干预。干预的结果是加速了物质参
与生物圈的过程。这对人类生产、生活是有
利的；但另一方面，由此而产生的各种环境
问题也必须予以重视。
§ 4－ 3 物质循环的环境问题
? 一,有毒物质在食物链上的浓集
? 二,环境污染的危害
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§ 4-3-1 有毒物质在食物链上的浓集
?一、有毒物质在食物链上的浓集
?各种有毒有害物质一旦进入到生态系统, 便立即参与
物质循环 。 在循环过程中性质稳定, 易被生物体吸收
的毒物质沿着食物链在有机体内不断富积, 浓缩 。 这
就是在污染情况下, 造成有机体的大量死亡的原因 。
?食物链的浓集作用 （ 生物学放大作用 ）, 有毒物质在
沿食物链传递时, 愈是上面的营养级, 生物体内有毒
物质的残留浓度愈高 。
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§ 4-3-1 有毒物质在食物链上的浓集
? 如 DDT在生态系统中的富集
作用（海中为 0.00005ppm）。
? 浮游植物 → 鱼 → 河鸥 → 银鸥
? 0.04ppm 1.24 18.5 75.5
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§ 4-3-2 环境污染的危害
? 二、环境污染的危害
? 随着工农业的发展, 人类将大量对工农业生产有
利, 但具有毒性的化学物质挖掘出来, 进入了生
物圈 。
? （ 1） 各种杀虫剂, 除草剂, 农药, 化肥等
? （ 2） 矿山开发, 原子反应堆试验, 核电站的建
立
? （ 3） 工业, 三废, 等
? 污染大气, 水体和土壤, 破坏生态平衡, 严重者
甚至造成公害
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§ 4-3-2 环境污染的危害
?（一）大气污染
?污染源：铅烟、粉尘,SO2,CO2、氮氧化合物、氟化物和各
种有机物。其中：
（ 1） SO2—— 五毒之首, 形成酸雨；致癌作用 。
（ 2） 漂浮在大气中的粉尘, 会使太阳光照强度削弱, 并和
CO,CO2等毒气体形成毒雾, 影响人畜健康 。
（ 3） 氮氧化合物来自含 N有机物燃烧, 硝酸和氮肥的生产及
交通车辆排放的废气 。 主要是 NO,其毒性并不大, 但进入大
气后 NO→ NO2,毒性提高五倍 。 NO,NO2还与 CO等受太
阳辐射发生还原作用形成 光化学烟雾, 对动植物造成伤害 。
（ 4） HF,CO：包头钢铁厂排放大量 F2和 NO2气体曾使
88,000头牲畜死亡 。
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§ 4-3-2 环境污染的危害
?（二）水污染
?1,汞, 镉, 铅, 铬, 砷重金属的污染
?人称, 五毒,, 毒性：汞＞镉
?特点：在水体中不能被微生物分解, 危害较大
?2,水体富养化：见前
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§ 4-3-2 环境污染的危害
?3,热污染和油污染
（ 1） 工业冷却用水回流, 使水温提高, 直接危及水
生生物的存活, 同时打乱生态系统中的食物链关系 。
（ 2） 海上石油开采, 运输及油船事故发生, 使海水
受到污染 。 不仅影响海中生物生长, 且阻碍海水蒸发,
削弱海水调温和吸收 CO2的作用 。
?我国三十条主要河流和湖泊, 从松花江到珠江都受到
不同程度的污染 。 还有氰化物污染, 0.1g的氰化物可使
人致死；在水 CN－ 含量 0.4－ 0.5mg/升时, 可使鱼类致
死, 但氰化物在水体中自净作用较强 。
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§ 4-3-2 环境污染的危害
?（三）土壤污染
?污染源：①厂矿废水废渣的直接污染
? ② 大气污染物的沉降和随雨水进入土壤
? ③ 农业生产中施用化肥、农药、除草剂污染
?污染后果：土壤变得板结，贫瘠、盐碱化，农产品含毒，
危及人畜健康。
?1．化肥
（ 1） 一此有毒物质如酚, 氟, 重金属带入农田, 植物
因过量摄入而减产
（ 2） 施 N不当会污染地下水和饮用水, NO2－ 过高产生
致癌物质；反硝化作用的 N2O破坏臭氧层
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§ 4-3-2 环境污染的危害
?2,农药：
?有机氯杀虫剂 化学性质稳定, 不易分
?含铅, 砷, 汞的农药 解残留时间长, 时土壤
?一些特异性的除草剂 污染严重
?（ 1）污染环境：土壤、大气、水体
?（ 2） 农产品残毒性量高, 影响人畜健康：广州蔬菜
中毒
?（ 3） 不合理的化学控制, 使益虫减少, 主要害虫再
次猖獗, 次要害虫上升为主要害虫；农田中用药量增
大, 浓度增高, 但防治效果反而下降 。 形成恶性循环 。
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§ 4-3-2 环境污染的危害
? 原因：
?① 天敌以害虫为食, 居食物链的上端, 广谱性杀虫剂在
天敌体内富集浓缩, 产生毒害作用更大
?② 施用农药虽杀死害虫, 但并不消灭食物源；而对天敌来说, 由于害虫被杀死, 同时也消灭了天敌的食物源
?③ 任何药物都不能将害虫灭绝, 一旦害虫开始活动, 即
可得到食物, 迅速繁殖, 但天敌因受食物限制而失去作
用 。 所以不合理使用农药对天敌的伤害胜过对害虫的杀
伤作用 。
?④ 由于害虫体内有解毒酶系统, 只要, 微调, 就可以产
生对其它农药的抗性, 使药效降低, 危害加甚 。
?1962年美国作家 R,长逊就在, 寂静的春天, 一书中告
诫人们：, 化学控制等于搬起石头砸自己的脚, 。 主张
防治害虫采取新的策略 。
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§ 4－ 4 农业生态系统养分循环与平衡
? 一,农业生态系统养分的输入、输出与
平衡
? 二,调节农田养分循环的途径
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§ 4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡
? 一、农业生态系统养分的输入、输出与
平衡
? （一）循环的特点
? 非闭合的生态系统 。
? 1,产品大部分作为商品输出系统, 系统内的养
分随之离开系统 。 输出产品越多, 被带走的养分
也越多 。
? 2,向系统内归还各种有机质和施入大量的化学
肥料, 方能维持系统的养分相对平衡 。
? 有大量养分随产品离开系统, 又必须通过人类生
产活动输入养分才能维持平衡, 这正是农业生态
系统与自然生态系统的区别 。
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§ 4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡
? 不同农业生态系统其封闭程度不同：
? 1,古代原始农业：
? 人, 畜的食物, 饲料
? 人, 畜排泄物, 褥草：归还农田
? 特点,① 生产力低, 0.2人／分顷 ② 自给自足,
养分循环封闭程度高, 基本维持自我平衡
? 2,传统农业
? 初级产品,90％ 在系统内消费
? 人畜禽的劳力, 粪便：反馈输入农田
? 特点,① 生产力高, 8.4人, 大牲畜, 4猪, 2羊,
14只禽兔／公顷 ② 封闭程度低于原始农业, 但
基本属于自给性的
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§ 4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡
? 3,现代农业
? 大量产品：流入市场
? 肥料, 种子, 农药, 食品等生产资料和生活物质：
返回系统,
? 特点,① 开放程度大, 生产力和商品率高, 供养
人口多 ② 缺乏自我维持平衡的能力, 要靠大
量投投入物质才能弥补因输出产品带走的养分,
维持系统的平衡 。
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§ 4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡
? （二）农田养分的输入与输出
? 施用化肥, 有机肥
? 输入 降水和灌溉水
? 就氮素而言还有大气的生物固氮
? 收获物的养分输出
? 淋失 ―― 渗漏到活动层下及侧向渗透到系
统
? 输出 水平边界外 （ 29.9％ ）
? 流失：地表径流和侵蚀作用
? N还有反硝化及 NH4的挥发
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§ 4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡
? （三）农业生态系统的养分平衡
? 1,农业生态系统的养分平衡
? ＞ 2,说明效率低
? 1－ 2,平衡 实际上还有些难以
? 输入／输出量 估计的输出
? ＜ 1,养分入不敷出, 消耗地力,
? 即使短期内可以维持产量；长此
? 以往必将降低系统稳定性 。
? 2,农田土壤有机质和养分盈亏
? （ 1） 由于人们长期驯化和选育, 作物经济系数
和收获率一般较高, 因而自然归还率较低 。
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§ 4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡
（ 2） 作物秸杆作为收获物被移走后, 除少部分作
饲料, 肥料外, 大部分用作燃料烧掉, 使秸杆中
所含大量有机质不能还田 。
? 全国年产秸杆 4.576亿吨, 用作燃料 4.486亿吨,
占 74％
? 西北黄土高原区尤为突出 。 由于生产水平低, 经
济落后, 不仅烧秸杆, 还烧草根和畜粪 。 而燃烧
秸杆和畜粪的热值利用率极低 （ 仅 10％ or so）,
且会造成结合态氮的大量挥发损失 。 致使养分输
出的多, 参加循环的少, 系统的物质收支不平衡 。
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§ 4-4-1 农业生态系统养分的输入、输出与平衡
? 据研究, 对一年生植物, 消耗超过净生产的 40－
50％ 时, 就会降低系统抵御自然灾害的能力, 即
系统失去稳定性 。
? 目前我国不少农区大约有 60％ 以上的物质被移出
系统, 使农业生态中的腐生食物链受到严重影响
→ 有机质含量 ↓→ 土壤肥力 ↓→ 抗旱力减弱 → 农
作物产量不高 。
? Ⅰ 东北地区：
? 粮食商品率较高, 土壤中 N,K,P各种营养物
质严重亏损 。 平均每公顷农田缺 N,9.9kg K：
4.2kg P,14.64kg
? Ⅱ 南方平原稻区
? 由于施肥水平较高, 加上有传统种绿肥的习惯,
土壤中养分平衡状况稍好,N较有盈余, 而 P、
K则有亏缺 。
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§ 4-4-2 调节农田养分循环的途径
? 二、调节农田养分循环的途径
? （一）合理搭配种植归还率高的作物：如花生、大
豆、绿肥、油菜。
? 1,总归还
? 自然归还：根茬, 落花, 落叶等有机质
? 理论归还：可以归还但一定归还的养分 如荚壳, 茎杆
? 2,从有机质及营养元素的理论总归还率来看, 冬绿肥
为含归还作物, 油菜为少取多还作物, 水稻为半取半还
作物
? 4,对各种作物产品的处理方法不同, 也关系着有机物
质和养分归还率的高低 。
? （ 1） 花生, 大豆, 油菜：不仅自然归还率高, 而且经
济产品输出的是 CH化合物；返回的油饼和茎叶中所含
的 N,P,K等可保留在生态系统中 。
? （ 2） 棉花的棉籽油和纤维亦为 CH化合物 。 退出
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§ 4-4-2 调节农田养分循环的途径
? （二）实行合理轮作
? 在种植制度中安排绿肥或绿肥主作间套作，组成合理
的轮作体系统，有利于维持农田土壤养分平衡，恢复
或提高地力，从而增产增收。
? （三）建立良性循环体系
? 实行农、林、牧结合，发展沼气解决农村能源问题，
增加粪肥，扩大物质循环。
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§ 4-4-2 调节农田养分循环的途径
? （四）区域性养分富集
? 1．通过野草青割沤肥将非耕地营养物质转入耕地。
? 2．通过牲畜放牧以粪便转入耕地。
? 4．利用池塘、沟渠放养水花生、水浮莲、水葫芦等水生
植物富集水体中养分，作为牲畜饲料，将粪便转入耕地。
? （五）农产品就地加工，提高物质归还率
? （六）城粪下乡，尽量返还农田
? （七）从系统外科学地输入补给，合理施用 N、
P,K肥
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