实验二 农业生态系统物流的投入产出过程分析20101206.doc

实验二 农业生态系统物流的投入产出过程分析一、实验目的与意义1. 进一步了解农业生态系统物质循环的基本原理。2. 通过分析玉米/大豆间作系统养分的输入和输出，了解各种营养元素在农业生态系统中的循环平衡状况，掌握农业生态系统物质循环和平衡分析的一般方法与程序，从物流角度分析农业生态系统的基本特征。二、实验原理农业生态系统是生态-经济复合系统，其本质特征是不断进行物质循环、能量流动和信息传递。农业生产过程中农业生物必需的水分、养分的协调供应及其在系统内的循环再生，是可持续高效农业生态系统的基本条件。氮、磷、钾等矿质养分的供求平衡与输入输出平衡，土壤中有机物质的积累与分解的平衡，水资源库消耗与补给的平衡，以及系统平衡的长期维持，对于提高系统能量物质转化效率及其持久稳定性有重要意义。农业生态系统物流特征的研究应着重了解农田系统水分与养分的供求关系，外部输入与内部循环的关系，以及系统库存的变化趋势，分析影响物流特点和效率的诸因素，为优化物质流，改进系统整体结构与功能提供依据。作物间作是指一茬有两种或两种以上生育季节相近的作物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。间作农业生态系统能提高土地利用率、减少光能的浪费，作物间还可产生互补作用，如宽窄行间作或带状间作中的高秆作物有一定的边行优势、豆科与禾本科间作有利于补充土壤氮元素的消耗等。玉米/大豆间作是一种传统的种植方式，它们是高矮秆作物、禾豆科作物间作的典型代表。本实验以玉米/大豆间作系统为例，分析其物质循环平衡特征，为进一步改善农业生态系统的结构和建立新的系统提供依据。三、实验内容选取玉米/大豆间作系统作为研究对象，调查和测定各养分物质输入输出状况，绘出玉米/大豆间作系统的物流图，分析系统的物质循环。四、实验场地实验场地可选取一定规模（1亩，666.7 m2）的玉米/大豆间作田块。五、实验方法与步骤1. 选取研究对象，确定研究对象的边界，划分物流库选定研究对象后，确定边界，划分物流库。物流库一般包括土壤库、作物库、畜禽库和人类库。玉米/大豆间作系统的物流库有土壤库、作物库等。物流以氮、磷、钾三种营养元素为分析对象。2. 确定玉米/大豆间作系统的养分输入、输出项目，并调查和测定获得各项流量农业生态系统养分输入项目一般包括：外来养分化肥、降水、灌溉水输入；农副产品及人畜废弃物再利用种子、粪便、秸秆；区域性富集；生物固氮。养分输出项目包括：目标性输出农畜产品；非目标性输出流失、淋失、燃烧、反硝化、挥发、人畜消耗。3. 将各种物质的实际流量转换成各种养分流量由于输入输出的各种物质种类繁多，必须根据各种不同类型物质的养分含量进行换算，折成氮、磷、钾纯量，才能实行物质循环平衡分析。不同物质的养分含量折算标准见表1。表1 各种物质氮、磷、钾养分含量（%）种类NP2O5K2O种类NP2O5K2O小麦籽粒茎秆2.10.50.70.20.50.6肉类牛奶2.12.41.00.20.1-水稻籽粒茎秆1.40.480.60.320.32.24堆肥人粪尿0.4-0.50.5-0.80.18-0.260.2-0.40.45-0.70.2-0.3玉米籽粒茎秆1.60.50.60.40.41.6猪粪尿牛粪0.530.320.340.250.480.15大豆籽粒茎秆5.31.31.00.31.30.5鸡粪硫酸铵1.6320-211.54-0.85-甘薯块根茎蔓0.30.30.10.050.50.5尿素碳酸氢铵42-4917-17.5-花生籽粒茎秆4.43.20.50.40.81.2过磷酸钙硫酸钾-14-20-48-52棉花籽棉茎秆3.70.61.11.41.10.9磷酸二铵苜蓿160.56200.18-0.31白菜苹果木材、核叶0.4160.0641.00.0690.210.2-0.5苕子豆饼棉籽饼0.566.5-7.03.410.131.32-1.71.630.432.13-2.40.97杂草0.560.130.484. 根据养分输入输出项目列出玉米/大豆间作系统养分平衡表。将数据记录表2中，根据折算标准算出氮、磷、钾的含量。表2 玉米/大豆间作系统养分平衡表（单位：kg/亩）种类原始数据（kg）氮（N）磷(P2O5)钾(K2O)养分输入（M入）尿素8045/100*80=3600硫酸钾350050/100*35=17.5过磷酸钙25017/100*25=4.250堆肥2000.45/100*200=0.90.22/100*200=0.440.55/100*200=1.1灌溉水0000降水0000大豆种子0.65.3/100*0.6=0.03181/100*0.6=0.0061.3/100*0.6=0.0078玉米种子2.01.6/100*2=0.0320.6/100*2=0.0120.4/100*2=0.008大豆秸秆3321.3/100*332=4.3160.3/100*332=0.9960.5/100*332=1.66玉米秸秆0000合计674.641.27985.70420.2758 养分输出（M出）排水、流失、下渗81.52.8杂草200.56/100*20=0.1120.13/100*20=0.0260.48/100*20=0.096玉米11031.6/100*1103=17.6480.6/100*1103=6.6180.4/100*1103=4.412大豆5465.3/100*546=28.9381/100*546=5.461.3/100*546=7.098大豆秸秆3321.3/100*332=4.3160.3/100*332=0.9960.5/100*332=1.66玉米秸秆15900.5/100*1590=7.950.4/100*1590=6.361.6/100*1590=25.44合计359166.96420.9641.506输入-输出（W）-2916.4-25.6842-15.256-21.23023. 绘出玉米/大豆间作系统物流图，用箭头线标出各库输入输出及相互流动的养分数量，列出玉米/大豆间作养分流动途径示意图（图1-图3）。降水（ 0 ） 养分淋失（8 ）化肥（36）、有机肥（0.9）灌溉水（0） 土壤供给养分（58.9002） 秸秆（ 4.316 ）种子（0.0638）农药（0 ） 大豆（28.938）玉米（17.648 ） 秸秆（12.266）、杂草（0.112）生产资料市场产品市场土壤库作物库图1 玉米/大豆间作系统氮素流动与库存示意图注：供给作物库养分=大豆+玉米+大豆秸秆+玉米秸秆+杂草-大豆种子-玉米种子降水（ 0 ） 养分淋失（1.5）化肥（4.25）、有机肥（0.44）灌溉水（0） 土壤供给养分（19.442） 秸秆（ 0.996 ）种子（0.018）农药（0 ） 大豆（5.46）玉米（6.618 ） 秸秆（7.356）、杂草（0.026）生产资料市场产品市场土壤库作物库图2玉米/大豆间作系统磷素流动与库存示意图（示意图参考图1）降水（ 0 ） 养分淋失（2.8 ）化肥（17.5）有机肥（1.1）灌溉水（0） 土壤供给养分（38.6902） 秸秆（ 1.66 ）种子（0.0158）农药（0 ） 大豆（7.098）玉米（4.412） 秸秆（27.1）、杂草（0.096）生产资料市场产品市场土壤库作物库图3玉米/大豆间作系统钾素流动