除日光能外,输入生态系统并能提高生物生产力的其他形式能源的统称,也叫补助能、补加能或支持能。辅助能的输入可减少生态系统内部用于自我维持的消耗,提高生物对日光能或食物能的转化效率。类型 辅助能可分为自然辅助能和人工辅助能两大类。
辅助能可分为自然辅助能和人工辅助能两大类。前者主要源于自然力的作用,如热带雨林中频繁的风雨、河口湾的潮汐涨落、低湿沼泽地的水肥汇集等,这类自然辅助能的输入,使生态系统具有较高的生产力;后者主要指人类生产活动投入生态系统的能源形式,如人力、畜力、机械的作业和水、肥、农药的施用等,即农业上通常所说的辅助能。人工辅助能依照来源,一般区分为可再生能源和不可再生能源两大类。可再生能源除风能、水能、地热能外,主要指生物能,包括投入系统的劳力、畜力、农家肥,以及种子、饲料等。其中种子、饲料所代表的已经不完全是辅助能,它们本身就是被转化的日光能的一部分。不可再生能源主要指工业能或化石能,包括石油、煤炭、天然气、电力等形式的直接能源,以及化肥、机械、农药、塑料制品、生产设施等形式的间接能源,后者是以消耗一定数量直接能源为代价而制成的。农业生态系统大多是开放的,其人工投能又可分为内部投能和外部投能两大类;前者主要指来自生态系统本身的生物能或其他可再生能源,后者指自系统外输入的工业能或其他不可再生能源。由于工业能具有优质高效的特点,在外部投能中占重要地位,所以一个生态系统的外部投能水平和特点,对其生产力和稳定性影响极大。
辅助能对生态系统的作用,主要是强化日光能的转化过程。自然界凡是有辅助能输入的系统,大多是高产系统,其主要特征是自养和异养呼吸消耗减少,净生产力提高。在农业上,辅助能主要用来改善系统的功能,加强和代替人畜力,以提高工作效率和经济产品的产量。现代农业投入辅助能的作用,主要表现在以下几方面:①引进新品种和新的物种,改善农业生物的遗传适应性和资源利用转化能力;②施肥、灌溉等资源性投入,用于改善水分,养分等生活必需资源的供应,保证有机物生产的顺利进行;③农业机械和工程等设施性投入,提高了劳动生产率,为农业生物创造良好的物理环境,特别是农田土壤环境;④农药和防治、医疗技术的投入,用于控制病、虫、草等有害生物的发展,提高农业生物种群和群落的净生产力。
农业发展的不同阶段,辅助能投入的方式与水平变化很大。原始农业依靠简单的劳动与工具进行生产,投入农田的辅助能很少,生产力低下。传统的有机农业投入辅助能的数量增多,但多属于劳畜力、有机肥等低效的生物能形态,整个系统处在以内部投能为主的半封闭循环状态,生产力水平受到限制。现代农业投入辅助能的方式主要是优质的工业能或化石能,生产力水平随着辅助能质量和数量的提高急剧上升。但化石能源是一种不可再生能源,地球贮量日趋减少,用于农业投入的工业品价格不断上涨,农业的进一步发展面临新的抉择。控制外部投入辅助能的数量和类型,进行合理搭配,减轻投能不当引起的生态失调,实现农业的高产高效,是现代农业必须解决的重大问题。
辅助能的效率,通常以产出经济产品含能与投入工业能的比值表示,简称能量比或能效率。现代农业技术条件下,按投入单位化石能得到的经济产品能的能效率计,大田粮食作物平均为3~4,变化幅度在1~6之间;畜产品的能效率按可食能计,大约只有大田农产品的1/10。就整个农业生态系统而言,欧美发达国家生产1千卡食物能(包括农、畜产品在内),平均需投入化石能约2~3千卡;如果把产后的运输、加工、贮藏、销售以及家庭制作耗能计算在内,则摆到餐桌上的每千卡食物能所用去的化石能可达10千卡左右。中国进入20世纪80年代以来,单位面积农田化石能投入量开始接近发达国家平均水平,全国平均为3~5百万千卡/公顷。某些高产地区,包括北方灌溉地区,化石能投入水平可达10~15百万千卡/公顷以上,能效率趋于下降。中国南北方集约农业条件下生产1千克粮食所消耗的辅助能,也已达到欧美发达国家80~125克石油当量的平均水平。
现代农业生产力的发展证明,在一定投能范围内,农业产量可随辅助能投入水平提高而增加,能效率保持在相对稳定的水平。投能超过一定限度或投能措施组合不当,反而使增产幅度下降甚至造成减产,能效率也相应降低。根据生产目标、资源特点和生产发展水平,寻求辅助能投入量和投入组合的最佳配比,是充分发挥辅助能增产作用,提高能效率的关键。
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