3. 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展基本理論PPT精選文檔

1、1,第三章：農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展基本理論,第一節(jié)：生態(tài)學(xué)理論 第二節(jié)：經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,2,第一節(jié)：生態(tài)學(xué)理論,一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng) 二、農(nóng)業(yè)生態(tài)物質(zhì)循環(huán) 三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動理論,3,一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),自然生態(tài)系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),4,自然生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),自然生態(tài)系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),5,自然生態(tài)系統(tǒng),地球上主要生態(tài)系統(tǒng)示意圖,6,自然生態(tài)系統(tǒng)功能 能量流動。 自然生態(tài)系統(tǒng)能量來自于太陽輻射，能量沿著生產(chǎn)者消費者分解者單向流動，是驅(qū)動一切生命活動的齒輪。 物質(zhì)循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)，主要指生物為維持生命所需要的各種營養(yǎng)物質(zhì)，沿著食物鏈在不同營養(yǎng)級生物之間傳遞，最終歸還給環(huán)境。 信息傳遞。物理信息、化

2、學(xué)信息、營養(yǎng)信息、生物遺傳信息在生物與環(huán)境之間的傳遞,7,典型陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),消費者 （動物,生產(chǎn)者 （植物,分解者 （微生物,能量流,物質(zhì)流,氣候,物理環(huán)境對 有機(jī)體影響,有機(jī)體對物理環(huán)境影響,生物群落,物理環(huán)境,生態(tài)系統(tǒng),8,土壤,植物（即出生產(chǎn),太陽能 降水,食草動物,食肉動物,大型食肉動物,能量損失,分解還原者,太陽能 降水,土壤,植物（作物、雜草,人類,動物、家禽 害蟲,肥料,排灌水,耕作,農(nóng)藥,育種,飼養(yǎng),農(nóng)業(yè)技術(shù)系統(tǒng),農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),農(nóng)業(yè)生物系統(tǒng),環(huán)境系統(tǒng),農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),9,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)基本功能,能量流。 除了自然生態(tài)系統(tǒng)的太陽能通過食物鏈傳遞以外，人類還利用煤炭、石油、天然氣、

3、風(fēng)力、水力、人力、畜力為動力形成農(nóng)機(jī)、農(nóng)藥、化肥、灌溉、栽培、加工運輸?shù)刃问健?物質(zhì)流。 天然和人工合成化合物在生物系統(tǒng)中的流轉(zhuǎn),信息流。 不但保留了自然生態(tài)系統(tǒng)信息流以外，還利用社會信息網(wǎng)絡(luò)（電視、電話、廣播、互聯(lián)網(wǎng)、報刊等）高效傳遞信息。 價值流。 由于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量和信息流動的加入是依賴于人類活動的，加入人類生產(chǎn)活動后就產(chǎn)生了價值,10,二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)理論,物質(zhì)循環(huán)基本概念和類型 物資循環(huán)中的庫與流 物質(zhì)流動特征 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能流域物流的關(guān)系 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán),11,物質(zhì)循環(huán)的基本概念和類型,概念：地球上的各種化學(xué)元素和營養(yǎng)物質(zhì)在自然動力和生命動力的作用下，在不同層次

4、的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，乃至整個生物權(quán)，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體，再從生物體到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動和循環(huán)，構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)。那些對生命活動必不可少的各種元素和無機(jī)物的運動統(tǒng)稱為營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán),12,地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán),地質(zhì)大循環(huán)是指物質(zhì)或元素經(jīng)生物體的吸收與作用，從環(huán)境進(jìn)入生物有機(jī)體內(nèi)，生物有機(jī)體在以死體、殘體或排泄物形成物質(zhì)或元素返回環(huán)境，進(jìn)入大氣、水、巖石、土壤和生物五大自然圈層的循環(huán)。時間長、范圍廣，是一種閉合時循環(huán)。 生物小循環(huán)是指環(huán)境中的元素經(jīng)生物體吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被多次利用，然后經(jīng)過分解者的作用，再為生產(chǎn)者吸收、利用。生物小循環(huán)時間短、范圍小，是開放式的循環(huán),13,碳循環(huán)模型示

5、意圖,大 氣,土壤 巖石,江河 海洋,陸地 動物,陸地 植物,水生 動物,水生 植物,流入,流出,同化,同化,工業(yè),廢水,淋溶,流入,廢渣,廢水,沉淀,風(fēng)化,14,地質(zhì)大循環(huán)過程示意圖,玄武巖（熔巖,玄武巖（侵入巖,溶漿,變成巖,地表巖石,沉積巖,土壤、沉淀物,風(fēng)化腐 蝕過程,侵蝕埋存固體化,溶化 過程,溶漿升起,抬升暴露,15,生物小循環(huán)示意圖,消費者,食物基礎(chǔ),可利用的 營養(yǎng)物質(zhì),腐屑,儲存,分解者,16,氣象型循環(huán)和沉積型循環(huán),氣象型循環(huán) 儲藏在大氣圈和水圈中的元素通過大氣進(jìn)行彌漫，很短時間內(nèi)被植物物所利用，然后生物在轉(zhuǎn)化過程中釋放的物質(zhì)再經(jīng)過大氣和降雨回到大海和大氣。 沉積型循環(huán) 儲藏

6、在地下的元素經(jīng)過風(fēng)化或者開采冶煉釋放出來為植物吸收，參與生命物質(zhì)的形成。沿著食物鏈轉(zhuǎn)移分解釋放，一部分被植物吸收，大部分以溶液或沉積物狀態(tài)隨流水進(jìn)入江河，匯入大海，經(jīng)過沉降，淀積變成巖石,17,物質(zhì)循環(huán)的庫與流,庫：物質(zhì)在運動過程中被暫時固定、儲存的場所稱為庫。可分為植物庫、動物庫、大氣庫、土壤庫、水體庫。 流：物質(zhì)在庫與庫之間轉(zhuǎn)移運動狀態(tài)成為流。系統(tǒng)中的能流、物流、信息流是生態(tài)系統(tǒng)各個組分聯(lián)系起來，并使系統(tǒng)與外界環(huán)境聯(lián)系起來。 意義：沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收，固定和轉(zhuǎn)化。沒有流，庫與庫之間不能聯(lián)系，溝通，物質(zhì)循環(huán)就可能短路，生命無法維持，生態(tài)系統(tǒng)必將瓦解,18,物流的特征,生物量與現(xiàn)存量

7、在某一特定的觀察時刻，單位面積或體積內(nèi)積存的有機(jī)物質(zhì)總量稱為生物量。又稱為現(xiàn)存量。生產(chǎn)量是現(xiàn)存量與減少量之和。要提高現(xiàn)存量，關(guān)鍵是要增加生產(chǎn)量和降低減小量 周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期 周轉(zhuǎn)率是指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一組分中的物質(zhì)在單位時間內(nèi)所流出或流入的量站庫存總量的份額。周轉(zhuǎn)期是周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該物質(zhì)全部更換需要的時間。 循環(huán)效率 循環(huán)物質(zhì)站在那個輸入物質(zhì)的比例稱為循環(huán)效率。循環(huán)效率越高，表明有機(jī)體機(jī)能越強(qiáng),19,生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能流與物流的關(guān)系,能流失單向流動，并且在轉(zhuǎn)化過程中逐漸衰變，有效能的數(shù)量逐級減少，最終趨向全部轉(zhuǎn)化為低效熱能，離開生態(tài)系統(tǒng)。某些能流可以反饋一次。 物流是往復(fù)循環(huán)，不只能被利用一

8、次，而是重復(fù)利用，物流在流動過程中只會改變形態(tài)而不會消滅，可以在系統(tǒng)內(nèi)永恒地循環(huán)。 人類對生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)可以干預(yù)和調(diào)節(jié)，但是忽視了生態(tài)系統(tǒng)固有的自我調(diào)節(jié)能力，就有可能有意的服反饋機(jī)制削弱或破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)展失控而產(chǎn)生惡果,20,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán),生物地化循環(huán) 養(yǎng)分循環(huán)與平衡 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境問題,21,生物地化循環(huán),碳循環(huán)。 碳是生命有機(jī)體的基礎(chǔ)物質(zhì)。陸地上的植物通過光合作用，把CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，轉(zhuǎn)移到土壤，被細(xì)菌分解后為植物所吸收，成為生物體。剩余的碳排放到大氣中。 水循環(huán)。 水是生物體的主要組成部分，在生物體中占到70%。水溶解各種物質(zhì)和營養(yǎng)補(bǔ)充進(jìn)生物體中。海洋被蒸發(fā)

9、，輸入內(nèi)陸遇冷凝下降到陸地形成徑流，再流入大海。 氮、磷、鉀循環(huán)。氮磷鉀是植物生長過程中的基本營養(yǎng)物質(zhì)。通過太陽輻射、生物分解等各種方法把大氣中的氮磷鉀轉(zhuǎn)移到土壤中，再通過水溶解被植物吸收,22,養(yǎng)分循環(huán)與平衡,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)通過輸出農(nóng)產(chǎn)品到市場，再從市場返回煤炭、石油、種子、化肥等物質(zhì)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)是一個開放性的循環(huán)系統(tǒng)，如果輸出大于輸入，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)就會退化，如果輸出物質(zhì)小于輸入，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)才能改善。 有機(jī)質(zhì)是各種營養(yǎng)物質(zhì)的載體。有機(jī)質(zhì)來源于作物殘體和牲畜糞便。必須增加系統(tǒng)中的有機(jī)質(zhì)。燃燒作物秸稈是一種浪費。沼氣、秸稈還田是增加有機(jī)體及營養(yǎng)平衡的重要措施。 就地加工，提高物質(zhì)的歸還率。

10、 不同的農(nóng)作物生長對作物的營養(yǎng)需求和歸還率不同，因此要建立合理的輪作制度，提高營養(yǎng)成分的效能,23,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境問題,化肥、農(nóng)藥中除氮磷鉀有用元素外，還有大量的鉻、汞、鉛、硼等毒性物質(zhì)。這些物質(zhì)被植物吸收后對植物生長和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量是有害的。 化肥、農(nóng)藥施用過量會使水體富營養(yǎng)化，產(chǎn)生藻類植物，光合作用后消耗水體中的氧，引起農(nóng)作物缺氧而死亡。 化肥農(nóng)藥施用過量，會通過反硝化作用把NOx物質(zhì)排放到大氣，造成溫室氣體的增加,24,三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量的來源 食物鏈與食物網(wǎng) 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的路徑 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的基本定律,25,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量來源,日

11、光能 日光能是太陽放射出來的廣譜電磁波組成。日光能進(jìn)入大氣層后，大部分轉(zhuǎn)化為熱能，溫暖了地球。少部分被綠色植物吸收，參與到生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化與流動 生物化學(xué)能 生物化學(xué)能是儲存在有機(jī)化合物中的一種潛在的能量。生物化學(xué)能一部分來自于日光能通過光合作用轉(zhuǎn)化固定在植物中的化學(xué)能，另一部分來自食物鏈轉(zhuǎn)化導(dǎo)致物體和微生物體中的化學(xué)能。 熱能 熱能是一種廣泛見于不同能量做功過程中的能量轉(zhuǎn)化形式。最終所有的能量都散逸在環(huán)境中,26,食物鏈與食物網(wǎng),捕食食物鏈 海洋：浮游植物浮游動物蝦魚；草原：綠草羚羊老虎； 農(nóng)田：水稻蝗蟲青蛙；農(nóng)業(yè)：作物秸稈牛人 腐食食物鏈 死亡有機(jī)體或生物排泄物為能量來源，在微生物參與下

12、，經(jīng)腐爛分解還原為無機(jī)物并從中取得能量的食物。秸稈糞便生產(chǎn)沼氣和肥料；棉籽殼、稻草培育蘑菇。 寄生食物鏈 以活的動植物有機(jī)體為能量來源，以寄生方式生存的食物鏈 哺乳動物跳蚤原生動物細(xì)菌病毒；馬蛔蟲,27,食物鏈與食物網(wǎng),食物網(wǎng)的概念：在生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物之間的取食與被取食關(guān)系互相交織在一起，一種生物常常以多種食物為主，而同一種食物又往往被多種消費者取食。于是就形成了多條食物鏈相互交織，互相聯(lián)結(jié)成食物網(wǎng)。 特點：食物網(wǎng)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于食物鏈，因為當(dāng)一種食物短缺時，其他食物鏈可以進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)償。 作用：農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，作物，林木、牧草、禽畜、魚蝦等生物如能保持較多種類和品種，就能增加農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)

13、定性,28,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的路徑,日光能,綠色植物,人工輔助能,微生物,食肉動物,食草動物,呼吸消耗 第三條路徑,第一條路徑,第二條路徑,第四條路徑,排泄物死亡體,排泄物死亡體,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動路徑示意圖,29,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的基本定律,熱力學(xué)第一定律能量守恒定律 熱力學(xué)第二定律能量衰變定律 熵（entropy)與耗散結(jié)構(gòu) 生態(tài)金字塔定律 林德曼效率 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量生產(chǎn) 輔助能量,30,熱力學(xué)第一定律能量守恒定律,熱力學(xué)第一定律認(rèn)為：能量可以在不同的介質(zhì)中被傳遞，在不同的形式中被轉(zhuǎn)化，但數(shù)量上既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅。 Q=U+W Q-系統(tǒng)吸收的能量； U-系統(tǒng)內(nèi)能的變化

14、 W- 系統(tǒng)對外所做的功 日光能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能與熱能，在食物鏈中又被轉(zhuǎn)化為動能、熱能,31,熱力學(xué)第二定律能量衰變定律,自然界所有的自發(fā)過程都是能量從際中轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑿退プ冞^程，而且是不可逆的過程。由于總有一些能量在轉(zhuǎn)化過程中要變?yōu)椴豢衫玫臒崮埽匀魏文芰康霓D(zhuǎn)化都不可能達(dá)到100%。 生態(tài)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化始于太陽輻射的一些列能量轉(zhuǎn)化過程，只有少量的能量轉(zhuǎn)化為在職物體活動物體的化學(xué)潛能，大部分已熱能的形似消耗在維持動植物生命活動或微生物的分解過程中。這些散發(fā)的能量是一種毫無利用價值的能量形式，因此，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是不可逆的,32,熵（entropy)與耗散結(jié)構(gòu),系統(tǒng)從絕對零度無分子運動的最大

15、有序狀態(tài)向含熱狀態(tài)變化過程中每一度（溫度變化）的熱量（變化），即熵變化就是熱量變化與絕對溫度之比，在溫度處于絕對零度時熵值為零。一切自發(fā)過程總是向熵值增加的方向進(jìn)行。 在自發(fā)過程中，熵值不斷增加，孤立系統(tǒng)的不平衡態(tài)隨著時間的推移，最終會趨向平衡態(tài)熵最大狀態(tài)，使系統(tǒng)從有序走向無序。系統(tǒng)要保持有序狀態(tài)，必須從外界吸取負(fù)熵。 意義：生態(tài)系統(tǒng)是一個遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，可以通過外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的不斷交換，輸入太陽能和輔助能，增加系統(tǒng)的負(fù)熵，使系統(tǒng)保持有序的狀態(tài)和一定的穩(wěn)定性,33,生態(tài)金字塔定律,生態(tài)金字塔原理 由于能量沿食物鏈傳遞過程中的衰減規(guī)律，使得每一個營養(yǎng)級被凈同化的部分都要大大少于前一級營養(yǎng)級。當(dāng)營養(yǎng)及由低到高，其個體數(shù)目、生物現(xiàn)存量和所含能量一般呈出基部寬，頂部尖的立體金字塔。一般由數(shù)量金字塔，生物量金字塔，能量金字塔三種。 生態(tài)金字塔理論意義 食物鏈長，塔的層次多，能量消耗多，儲存少，系統(tǒng)不穩(wěn)定。反之，食物鏈短，塔的層次低，能量消耗小，儲存量大，系統(tǒng)穩(wěn)定。但是食物鏈過短，能量利用率低，浪費大,34,林德曼效率,美國生態(tài)學(xué)家林