第七章 农业生态系统的生产力
第七章 农业生态系统的生产力
§ 7- 1 农业生态系统生产力的概念
§ 7- 2 初级生产力
§ 7- 3 次级生产力
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§ 7- 1 农业生态系统生产力的概念
一,农业生态系统的生产力
二,自然生产力与经济生产力
三,生产力与生产效率
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§ 7-1-1 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。
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
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
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§ 7-1-2 自然生产力与经济生产力
? 农业生物的自然生产力,
?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。
是农业生态系统生产力的基础。
? 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。
?首先表现为经济产品量的高低;
?表现为经济产品量的价值量的大小;
?最终表现为纯收入的多少。即通常所说的生产效率。
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§ 7-1-3 生产力与生产效率
区别两个概念:
?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。
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。
?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。
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、
经济产品量或总产值。
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§ 7- 2 初级生产力
一,概 念
二,地球生物圈主要生态系统的初级生产力
三,农业生态系统的初级生产力
四,提高农业生态系统初级生产力的途径
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§ 7-2-1 概 念
? 总初级生产力,( gross productivity)
植物单时间、面积内利用光能合成有机物质的量。
? 净初级生产力,( net 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。
? 总初级生产量,( gross production Pg)
一定时期内植物合成有机物质的总量,无速率的概念。
? 净初级生产量,( net production 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,
以植物组织形式表现出来的干物质量。
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§ 7-2-1 概 念
? 现存量,( stand crop)
某一特定时刻,单位面积地段内有机体的数量。与生
物量( Biomass)是同义语。
R 呼吸 枯死、采食
总生产量 Pg 净生产量 Pn 现存量 B
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§ 7-2-2 地球生物圈主要生态系统
的初级生产力
据 H.Whittaker( 1975)计算,地球的初级生产量为:(单
位,× 109吨)
总初级生产量,172× 109吨
森林,82 × 109 吨
海洋,55 × 109 吨
温带草原,5.4 × 109 吨
热带稀树草原,10.5 × 109 吨
其余,7.74 × 109 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 。
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§ 7-2-2 地球生物圈主要生态系统
的初级生产力
? 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 。
? 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
加 。
? 最高产生态系统 ( >2000g/m2.a) 集中在水陆交接地带
附近, 所占面积很小 。
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§ 7-2-2 地球生物圈主要生态系统
的初级生产力
? 地球上各生态系统的净初级生产力约在 0—3500 g/m2.a范围
内, 可分为 4个等级:
?2000 – 3500 g/m2.a 高生产力地区, 包括 热带雨林, 沼
泽湿地, 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 。
?1000 – 2000 g/m2.a 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 。
?250 – 1000 g/m2.a 包括干燥的疏林灌木, 大部分的草地,
大部分的农耕地 。
?0 – 250 g/m2.a 包括海洋, 荒漠, 冰川, 两极冻原等, 生
产力水平极低 。
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地球生物圈主要生态系统的初级生产力
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等级 生态系统 面积 ( × 10
6
hm
2
) Pn ( g/ m,a
2

2000- 3000
沼泽湿地 2 2500
热带雨林 17 200 0
1000- 2000
热带季雨林 7.5 150 0
温带森林 12 130 0
温带落叶林 7 1200
河 口 1.4 180 0
250- 1000
稀树草原 15 800
农田 14 644
温带草原 9 500
0- 250
远洋 332 127
苔原和高山草甸 8 144
沙漠灌林 18 71
岩石、冰川和沙丘 24 3.3
§ 7-2-3 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
初级生产量低于森林,接近草原,在 250-1000g/m2.a之
间。
一、我国与世界农用地初级生产力的比较 ( 见表 1)
?森林比世界平均低 10%左右,且我国森林覆盖率低,
约占国土面积的 13.8%,仅是世界森林覆盖率的一
半;
?草原面积约占国土面积的 40%,但生产力水平很低,
仅为世界平均水平的七分之一;
?农田单位面积产量高出世界平均水平 10%左右。
( 见表 2 )
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中国与世界农用土地初级生产力的比较
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世 界 中 国
面积
(亿亩)
单位面积产量
( 10
3
k c al / m u,a )
面积
(亿亩)
单位面积产量
( 10
3
k c al / m u,a )
林地
草原
农田
630
1200
225
3905
991
2088
22
55
20
3500
146
3200
2055 2005 97 1847
中国与世界主要作物单产比较表
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作物 高产国产量
( k g/ h m
2

世界单位面积
产量 ( k g/ h m
2

中国单位面积产
量 ( k g/ h m
2

谷物
水稻
玉米
小麦
油料作物
纤维作物
水果
5671
6249
2556
2958.6
3750
4332.9
2617
462.6
435
9018
4811.4
4416
3453
2707
407.9
409
5288
§ 7-2-3 农业生态系统的初级生产力
二、不同作物 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
化途径不同分为 C3,C4以及 CAM景天科类植物:
?C3植物 光饱和点低, 光呼吸明显, 光消耗大;例如:水
稻, 小麦等;
?C4植物 光饱和点高, 光呼吸消耗小, 例如:玉米, 高粱,
甘蔗等;
?CAM植物 主要是景天科类的植物, 植株肉质多浆, 储

组织发达, 耐旱性强, 常见的主要有兰花, 仙
人掌, 百合, 菠萝等 。
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§ 7-2-3 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( crop grow rate)表
示。
平均生长率( CGR),植物全生育期内平均每天单位面积的净
生产量,单位是 g/m2.d。
? 日本的本田吉男( 1976年)利用平均作物生长率( CGR)比
较各种植物的初级生产力,得到以下结果:
?多年生牧草最高,新叙利亚草和紫狼尾草达 26~ 28g/m2..d
?甘蔗、高梁、玉米等 C4植物为 19 ~ 23g/m2..d
?C3植物,水稻、甜菜,12~ 16 g/m2.d
甘薯、大豆、大麦,8 g/m2.d
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§ 7-2-3 农业生态系统的初级生产力
? 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:
作物 CGR(g/m2/天 ) 光能利用率 ( %)
?玉米、高梁 27~ 30 1.9~ 2.3
?春小麦、水稻 14~ 20 1.4
?冬小麦 10 1.1
?甘薯 12 ~ 14 0.94~ 1.71
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§ 7-2-3 农业生态系统的初级生产力
三、同种作物不同品种的 生产力比较
黄土高原沟壑区小麦品种演替及产量水平:
品种 种植年限 平均产量( kg/hm2)
五枝麦 1963~ 1966 1506
钱交麦 1965~ 1970 3111
702 1973~ 1985 3583.5
7211-4 1978~ 1991 3840.5
长武 131 1984~ 1995 4425
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§ 7-2-3 农业生态系统的初级生产力
? 可以看出:各种作物的光能的利用率还很低。
?全国耕地的平均光能利用率为 0.4%,一般作物的平均生长
率( CGR)为 6~ 8g/m2.d,略高于世界平均水平;
?高产田块的光能利用率在 2%左右;
?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。
? 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
的估算结果:我国粮食的土地生产潜力为 9000亿公斤,而目前
我国的粮食总产为 5000亿公斤左右。
因而采取各种措施,提高农业生态系统的初级生产力还有
很大潜力。
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§ 7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径
?1,选用高光效作物类型或品种 。
是最简捷有效的途径 。
?2,根据环境条件合理配置各种农业植物, 增加绿色植物
覆盖面积 。
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
产力, 并维护资源的永续利用, 实现初级生产力长久, 稳
定提高 。
从前, 不注重因地适宜, 盲目的 围湖造田, 只能造成
环境退化 。
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§ 7-2-4 提高农业生态系统初级生产力的途径
3,改进耕作制度, 提高复种指数, 合理密植, 实行间作套种,
提高栽培管理技术 。
4,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 。
?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 。
?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
加投入, 同时也应注意合理的投入, 提高转化效率 。
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§ 7- 3 次级生产力
?一,概 念
?二,次级生产在农业生产系统中的意

?三,提高次级生产力的途径
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§ 7-3-1 概 念
? 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。
异养者包括消费者和还原者。
? 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
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
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。
?
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§ 7-3-2 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、
蜂、蚯蚓、食用菌等生产,在农业生产中起着重要作用:
?1,转化各种人类不能利用的农副产品, 提高利用价值 。
?净初级生产量 主产品,30%左右, 可为人类直接利用,
副产品,40~ 70%,秸杆, 根茬, 糠麸等 。
?直接燃烧不仅浪费, 而且造成环境污染 。
? 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。
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§ 7-3-2 次级生产力在农业生产系统中的意义
?2,生产 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 。
?3,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
用的营养元素, 促进了物质循环, 增强了生态系统功能 。
?4,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 。
?5.增加就业门路,增加农民收入。
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§ 7-3-3 提高次级生产力的途径
?1,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。
?人口增加,经济发展,动物食品需求增加,粮食问题严重;
?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;
?开发草山草坡,拓宽饲料、饲草来源。
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§ 7-3-3 提高次级生产力的途径
? 2、调整次级生产者的种群结构,培育、改良和推广优良的
畜、
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
行比较:猪 4.3, 1 牛、羊 6, 1
禽类 3, 1 鱼类 1.5, 1
?提倡多养草食动物(牛、马、羊、兔),充分利用秸秆、
草山、草坡;
?充分利用水面发展水面捕捞、养殖,如鱼、虾、贝、蟹;
?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。
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§ 7-3-3 提高次级生产力的途径
? 3、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。
主要方法有:
?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;
?选择最佳的饲料配方,科学喂养;
?混合饲料多级利用,实行混养。
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