实验二农业生态系统物流的投入产出过程分析1206

1、.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

2、，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.专业 .专注.耗等 。玉米

3、 / 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 m 2）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 。

4、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.专业 .专注.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

5、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NP2O 5K2O种类NP2O 5K2 O小麦籽粒2.10.70.5肉类2.11.00.1茎秆0.50.20.6牛奶2.40.2-水稻籽粒1.40.60.3堆肥0.4-0.50.18-0.20.45-0.7茎秆0.480.322.24人粪尿0.5-0.860.2-0.30.2-0.4玉米籽粒1.60.60.4猪粪0.530.340.48茎秆0.50.41.6尿牛粪0.320.250.15大豆籽粒5.31.01.3鸡粪1.631.540.85.专业 .专注.茎秆1.30.30.5硫酸铵20-21

6、-甘薯块根0.30.10.5尿素42-49-茎蔓0.30.050.5碳酸氢铵17-17.-5花生籽粒4.40.50.8过磷酸钙-14-20-茎秆3.20.41.2硫酸钾-48-52棉花籽棉3.71.11.1磷酸二铵1620-茎秆0.61.40.9苜蓿0.560.180.31白菜0.4160.069-苕子0.560.130.43苹果0.0640.21-豆饼6.5-7.01.32-1.72.13-2.4木材、核叶1.00.20.5棉籽饼3.411.630.97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

7、、钾的含量 。.专业 .专注.种类尿素硫酸钾过磷酸钙堆肥灌溉水降水大豆种子玉米种子大豆秸秆玉米秸秆合计排水 、.表 2 玉米 / 大豆间作系统养分平衡表（单位 ：kg/ 亩）原始数据氮（N）磷 (P2O5)钾 (K2O)（ kg ）养分输入 （ M 入）8045/100*80=3600350050/100*35=17.525017/100*25=4.2502000.45/100*200=0.90.22/100*200=0.440.55/100*200=1.1000000000.65.3/100*0.6=0.03181/100*0.6=0.0061.3/100*0.6=0.00782.01.6/

8、100*2=0.0320.6/100*2=0.0120.4/100*2=0.0083321.3/100*332=4.3160.3/100*332=0.9960.5/100*332=1.660000674.641.27985.70420.2758养分输出 （ M 出）81.52.8.专业 .专注.流失 、下渗杂草玉米大豆大豆秸秆玉米秸秆合计输入 -输出（ W）200.56/100*20=0.1120.13/100*20=0.0260.48/100*20=0.09611031.6/100*1103=17.6480.6/100*1103=6.6180.4/100*1103=4.4125465.3/1

9、00*546=28.9381/100*546=5.461.3/100*546=7.0983321.3/100*332=4.3160.3/100*332=0.9960.5/100*332=1.6615900.5/100*1590=7.950.4/100*1590=6.361.6/100*1590=25.44359166.96420.9641.506-2916.4-25.6842-15.256-21.23023. 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）。.专业 .专注.降水（ 0） 养分淋失

10、（8 ）化肥（ 36）、有机肥（0.9）生灌溉水（ 0） 土壤库产资秸秆（ 4.316产土壤供给养分（ 58.9002）料品种子（ 0.0638 ）市市大豆（农药（ 0 ） 作物库28.938）场玉米（17.648场）秸秆（ 12.266）、杂草（ 0.112）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）生灌溉水（ 0） 土壤库产资秸秆（ 0.996产土壤供给养分（ 19.442）料品种子（ 0.018）市市大豆（

11、 5.46）农药（ 0 ） 作物库场场玉米（ 6.618）秸秆（ 7.356）、杂草（ 0.026）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）.专业 .专注.降水（ 0 ） 养分淋失（2.8 ）化肥（ 17.5）有机肥（ 1.1）生灌溉水（ 0）产土壤库资产土壤供给养分（ 38.6902）秸秆（1.66 ）料品种子（ 0.0158）市市作物库农药（0 ）大豆（ 7.098）场场玉米（ 4.412）秸秆（ 27.1）、杂草（ 0.096）图 3 玉米 / 大豆间作系统钾素流动与库存示意图（示意图参考图1）6. 根据养分平衡表和物流图对玉米 / 大豆间作系统进行物质循环平

12、衡分析 。通过养分平衡表进行物质循环平衡分析：输入 - 输出（ W）<0 ，氮磷钾的输出都大于输入，说明剩余的氮磷钾养分全部来自于土壤中，表明在生产过程中该库三种营养元素的贮量不断减少，将会导致恶性循环，而通过玉米大豆间作系统进行物质循环分析：生产市场向土壤库和作物库输入化肥，有机肥和种子 ，作物库向产品市场输出大豆玉米，自然界的降水输入氮磷钾到土壤库中 ，土壤库和作物库以秸秆和杂草的形式输出到自然界，说明在物质循环中，要使其平衡就要既有输入又有输出。六、数据分析（ 1）输入输出水平分析 。即随生产性投入带进系统的养分输入量及随产品输出带出系统的养分输出量，是系统生产力和生产力水平高低的

13、反映。.专业 .专注.氮素输入总量为41.2798kg氮素输出总量为66.964kg磷素输入总量为5.704kg 磷素输出总量为 20.96kg钾素输入总量为20.2758kg钾素输出总量为41.506kg（ 2）输入输出结构分析 。通过分别确定间作系统中各库的物质输出输入量，以及各种输入（或输出）分别占该库总输入量（或总输出量 ）的百分比 ，可得出各库营养物质的输入输出结构 。这种结构特征是各库的基本属性之一。土壤库中的氮素 ：总输入（ kg）= 化肥 + 有机肥 + 秸秆还田 =41.216kg总输出（ kg）= 供给作物库养分 + 养分淋失 =66.9002kg化肥输入百分比 （%）=

14、化肥输入 *100/ 总输入 =87.34%秸秆还田输入百分比 （%）= 秸秆还田输入 *100/ 总输入 =10.47%供给作物养分百分比 （%）= 供给作物养分 *100/ 总输出 =88.04%养分淋失百分比 （%）= 养分淋失 *100/ 总输出 =11.96%作物库中的氮素 ：总输入（ kg）= 土壤供给养分 + 大豆种子 + 玉米种子 =58.964总输出（ kg）= 大豆 + 玉米 + 大豆秸秆 + 玉米秸秆 + 杂草 =58.964作物输出百分比 （%）= （大豆 + 玉米）*100/ 总输出 =79%秸秆输出百分比 （%）=( 大豆秸秆 + 玉米秸秆 )*100/ 总输出 =

15、80.8%.专业 .专注.杂草输出百分比 （%）= 杂草 *100/ 总输出 =0.19%土壤库中的磷素 ：总输入（ kg）= 化肥 + 有机肥 + 秸秆还田 =5.686kg总输出（ kg）= 供给作物库养分 + 养分淋失 =20.942kg化肥输入百分比 （%）= 化肥输入 *100/ 总输入 =74.74%秸秆还田输入百分比 （%）= 秸秆还田输入 *100/ 总输入 =17.51%供给作物养分百分比 （%）= 供给作物养分 *100/ 总输出 =92.84%养分淋失百分比 （%）= 养分淋失 *100/ 总输出 =7.16%作物库中的磷素 ：总输入（ kg）= 土壤供给养分 + 大豆种

16、子 + 玉米种子 =19.46总输出（ kg）= 大豆 + 玉米 + 大豆秸秆 + 玉米秸秆 + 杂草 =19.46作物输出百分比 （%）= （大豆 + 玉米）*100/ 总输出 =62.06%秸秆输出百分比 （%）=( 大豆秸秆 + 玉米秸秆 )*100/ 总输出 =37.8%杂草输出百分比 （%）= 杂草 *100/ 总输出 =0.13%土壤库中的钾素 ：总输入（ kg）= 化肥 + 有机肥 + 秸秆还田 =20.26kg总输出（ kg）= 供给作物库养分 + 养分淋失 =41.4902kg化肥输入百分比 （%）= 化肥输入 *100/ 总输入 =86.37%.专业 .专注.秸秆还田输入百

17、分比 （%）= 秸秆还田输入 *100/ 总输入 =8.19%供给作物养分百分比 （%）= 供给作物养分 *100/ 总输出 =93.25%养分淋失百分比 （%）= 养分淋失 *100/ 总输出 =6.75%作物库中的钾素 ：总输入（ kg）= 土壤供给养分 + 大豆种子 + 玉米种子 =38.706总输出（ kg）= 大豆 + 玉米 + 大豆秸秆 + 玉米秸秆 + 杂草 =38.706作物输出百分比 （%）= （大豆 + 玉米）*100/ 总输出 =29.74%秸秆输出百分比 （%）=( 大豆秸秆 + 玉米秸秆 )*100/ 总输出 =70.01%杂草输出百分比 （%）= 杂草 *100/

18、总输出 =0.25%（ 3）输入输出平衡分析 。对各库营养物质输入输出关系进行分析并作出评价。物质平衡式为 ：M 入=M 出+ W式中：M 入为某种营养元素的总输入量； M 出 为该营养元素的总输出量； W 为该库营养地素贮量变化 。若 M 入=M 出，那么 W=0 ，该库某种营养元素处于平衡状态 。这是系统稳定发展的保证 。若 M 入M出，则有 M 入M 出或 M 入M 出两种情况 ，若 M入 M 出，则W 0，表明在生产过程中该库某种营养元素的贮量不断减少，将会导致恶性循环 ；若 M 入 M 出 ，则 W 0，表明在生产过程中该库某种营养元素贮量不断增加，有利于该库养分贮量的恢复和提高生产潜力。但持续到.专业 .专注.一定程度 ，该养分在库内达到一定程度后，继续保持 M 入M 出，也会导致养分的浪费或者产生过饱和毒害，降低生产力 。氮素输入 = 氮素输出 + W W= 氮素输入 -氮素输出