草地農業生態系統（agro-grassland ecosystem）是農業生態系統（agricultural ecosystem）的一個分支，是自然生態系統經過人類勞動，加以農業化（agriculturalized）的過程和結果。
草地農業生態系統有三個基本界面，即草叢-地境，草地-動物以及草畜生產-經營管理界面，研究發生於各個界面的一系列生態學過程，揭示系統行為特徵。草地農業生態系統有四個生產層，即前植物，植物，動物和外生物生產層。草地農業生態學主要研究系統耦合與系統相悖以及與生產層之間互作用，不同生產層之間的系統耦合，可產生系統進化，多方面釋放系統潛勢，生態系統健康水平是其結構和功能的反映，健康評價是對其有序度和服務價值的度量。
基本介紹
- 中文名：草地農業生態學
- 外文名：agro-grassland ecosystem
- 隸屬：農業生態系統
- 領域：生態學
定義,性質,套用,
定義
草地農業生態學的基本內容
草地農業生態學產生的時代背景與發展過程
一切農業系統都是自然生態系統人為農業化的結果，這一基礎決定了草地農業生態系統的雙重性：既要遵循片段生態系統的基本規律，又要滿足農業生產的要求，更確切地說，就是要在生態系統健康發展的基礎上，從系統輸出農業產品。草地農業生態系統由初會因素、生物因素和其他非生物因素構成。
研究草地農業生態學的意義
天然草地生態系統經過人為農業化而形成草地農業生態系統。一切農業生態系統，包括後來的農耕系統，都源於此。它具有生態系統的一切特徵。任何農業系統如違反生態系統的基本法則，或遲早受到自然規律的懲罰。難以持續發展。
中國是歷史悠久農業大國，經歷了漫長的發展過程，從原始的採集農業發展到以伏羲氏為代表的畜牧業為主的農業系統，又進一步發展到以神農氏為代表的栽培農業系統，在自然和人文的雙重影響下，長期穩定於西北半壁的畜牧業與東南半壁的農耕業互相割裂，走上各自封閉發展的道路。自秦漢以來形成的農業宗法社會構架，形成了以穀物生產為主的華夏文明，其農業內涵就是“殖穀曰農”的單一人物生產的農業系統，經過歷代的不斷基因和發展，後來終於達到“以糧為綱”的極致形態，單一人物生產的農業系統對國土資源造成嚴重損害，也使得中國農民、農村和農業的經濟發展受到嚴重傷害。從20世紀中葉以來，生態、人口、能源問題逐漸引起社會關注，而其中的核心問題是具有大尺度時空影響的農業問題。80年代開始，聯合國首先提出“確保全球的持續發展”的概念，隨後1992年在里約熱內盧舉行的世界環境發展大會，提出全球“制定可持續發展的行動綱領”的號召。我國於1993年制定了《中國21世紀議程草案》，社會和農業的可持續發展問題被提上日程。這就是我國農業在走出原始的草地農業生態系統以後，經過幾千年的艱苦歷程，又重新走向草地農業系統的時代背景，這是必然的歷史回歸。草地農業生態系統是世界農業螺旋式上升的新階段。這個新階段的草地農業生態系統由社會因素、生物因素和非生物因素三類男子群構成。其中生物因素居於核心地位，社會因素和非生物因素是生態系統存在的人文和自然的立地條件。而對生態系統農業化過程的營力來自社會因素。
因為社會發展是有階段性的，因此草地農業生態系統的發生與發展也必然具有階段性。
因為自然因素是有地帶性的，因此草地農業生態系統也必然具有地帶性特徵。草地農業生態系統的地帶性除了傳統認知的空間性牲以外，還有不容忽視的時間地帶性特徵。時間地帶性和空間地帶性的結合，為草地農業生態系統提供了廣闊的發展前景。
草地農業生態系統的基本特徵
草地農業生態系統是地球生物圈內主要的陸地生態系統之一，它是草地與農業相結合的生態系統。草地農業生態系統是在一定的非生物環境中形成的、有一定結構的，以草本植物為主或有一定樹木和灌叢存在，有家畜或野生動物生存，含有前植物生產、植物生產、動物生產、後生物生產四個生產層的農業系統。它以收穫飼料用植物和動物及動物產品為主要生產方式，但同時兼有景觀效益和產品加工流通等社會功能，它具有多種基本特徵。
1. 有一定的環境；可分為兩類，包括大氣和土地等構成的非生物環境，生產水平和管理水平等社會環境。
2. 有一定的界面；草地農業生態系統有一相對穩定的界面系統，並以此界面系統易將草地農業生態系統的全體即各個子系統包圍，相當於它所包圍的內涵物。是草地農業生態系統本身結構的組成部分及系統本體活動的邊界。是生態系統功能的密集區和壓力的敏感區。生態系統由若干子系統構成，每一個系統都有自己的界面，因而界面也組成了從低級到高級的界面系統。草地農業生態系統的界面系統由三個基本界面構成：草叢－－地境界面，形成草地子系統；草地――動物界面，形成了草畜子系統；草畜――社會界面，最終形成草地農業系統。這三個界面將草地農業4個生產層聯綴形成完整的草地農業系統。界面具有分隔與連通的雙重性。界面是生態系統間，以及生態系統與非生態系統間的分界，也是生態系統與外界連通的中介。界面的開放功能使系統內與系統間實現草地農業系統耦合，形成新的高一級生態系統。界面的共同特性具有開放性、不均質性，但各層次的界面亦存在獨特性。
3. 有一定的空間；既要包含自然地理空間，也要包括社會文化空間，只有這二維空間的含義得到滿足，才能形成。
4. 有一定的時間階段；分大尺度階段和小尺度階段兩種特徵。就農業發展的系統來看，大體經歷了原始綜合農業階段、自發農業初始階段、自發農業後期階段、現代農業階段。伏羲氏時期、神農氏時期以及以後的各個社會發展階段，都不可能脫離當時的歷史條件單獨存在。中國農業歸結為三個主要階段：手工農業階段、機械農業階段和知識經濟農業階段。小尺度階段性有兩重含義：其一是系統複合體組建過程的階段性。其二是系統本身的階段性。
5. 有一定的組分與組合單元：通常含有植物、動物、微生物等生物學成分，這是系統的核心部分；也包括大氣、土地等非生物學成分：還包括對上述各成分有影響的社會因素。這些成分以一定的結構存在於生態系統內，可以稱為組分。
6. 有一定的能量、元素和信息流程
7. 有外延趨勢：草地農業生態系統的農學性主要體它的開放性，這一我使其能量和元素與外界溝通。表現為外延趨勢。
8. 特定的生產格局。草地農業生態系統中的外延通路、組合單元和能量、元素、信息流程組成了它的生產格局。生產格局既取決於系統本身的特性和最佳化目標，也依賴於和其他系統的相對關係。
9. 有一定的生產潛勢力；四個方面：（1）來自農業資源本身的時代價值的提高。（2）來自系統內所含組分的生產潛力。（3）來自系統的優勢潛力。（4）來自系統間系統耦合的潛力。
草地農業生態系統的基本功能
1. 開放的功能；生態系統的開放功能是生態系統具有生命的特徵，是生態系統最基本的功能，是系統發生與發展的基礎，也是系統進化的基本的依據。生態系統氫系統以外的日光能、水分、礦物元素及支持性能量輸入系統之中以維持並充實系統的生存與運動；同時又可以把植物或動物有機物輸出系統之外。這是自然生態系統必然具備的功能，但在人為的農業化措施之下，利用其輸入功能，得以使農業措施及其他科學技術如施肥、灌溉等對系統施加影響，以提高其生產水平。利用其輸出功能，得以從生態系統的能量與元素的流程中收穫動、植物產品，以取得農業生產收益；還可以加速生態系統的能量和元素周轉速度，使其生機生產水平得以提高。
2. 反饋的功能；反饋（feedback）是指系統的輸出作為信息返回系統本身，以決定系統下一次輸入行為。這就是生態系統適應性的依據。反饋是有生命系統的必備品質。生太系統作為控制論系統（cybernetic system），其反饋功能 須具備本體（位置點）、輸出、輸入、反饋通路這四項要素。分正反饋（positive feedback）和負反饋(negative feedback)兩類。正反饋使偏離加大，例如生長過程中生物得到的反饋，可以使生物不斷增長。而負反饋則使偏離縮小。生命過程中，偏離的穩態的趨勢是常在的，因而反饋是經常需要的。良好的反饋功能取決於：（1）信息項目選擇正確。（2）信息的傳遞要及時、準確，儘可能減少中轉環節，並應有校正系統，以保正其準確無誤。（3）對所得信息應做出正確解譯，以足夠的專業知識判斷某一信息或某些信息群的正確含義。切忌主觀臆斷，隨意取捨，妄加解譯。（4）通過解譯信息，對系統的組分及其流程求解，以取得滿意答案，並付諸實施。反四功能說明草地農業生態系統的農業生產特性，也說明了草地農業生態系統受到外部各種壓力時，在一定的限度內表現出彈性。當壓力消除時，可以自行恢復其生態平衡，即表現出系統的生態穩定。但當壓力超過一定的限度時，系統彈性消失，失去自我恢復能力而解體。
3. 適應的功能；生態系統通過反饋，調整自身功能，使之向穩態發展。這種調節功能 可以有多種方式。系統內各組分之間及各個亞系統之間，可以在系統運動之中自我調節以相互適應，從而形成全系統對其生存環境的適應能力。這種適應性可能來自生物體本身的可逆性，即根據立地條件的約束，在一定的限度內改變其自身，以適應環境。更多的方面是通過生物種群的調節來實現對環境的適應。在自然狀態下，生態系統的知識性主要依靠生物因子來實現；而在農業經營條件下，也可通過改變非生物條件來調節生態系統的知識性。
4. 排序的功能：系統內各亞系統及各組分之間，保持一定的層次及結構模式。它們之間具有不可逆轉的流程網路關係，從而使草地農業生態系統表現出嚴整的有序性，因而使草地農業生態系統成為可知的客觀實體，也是草原現象及其農業化過程的客觀規律，以及由此所具有的預見性和可重複性的依據。生態系統的各個組分和亞系統都是由食物鏈與食物網組成的。這些食物鏈與食物網就是能的通路。能流驅動生態系統，也是生態系統自組織過程。能流組織有一定的層級系統。最基本的層級系統就是營養級。從細胞開始，系統逐步擴大，經歷了器官（組織）、個體、種群、群落、生態系統、景觀、生物圈構成層級。
草地農業生態系統的基本結構
a. 前植物生產層，也可稱為景觀層（landscape level）。它不以植物產品和動物產品為主要生產目標，而是以自然景觀作為社會產品提供社會效益，即以景觀整體為產品向社會輸出。包括風景、水源涵養區、自然保護區、旅遊地等。概括地說，就是以生態效益為目的。為草地農業生態系統所特有。
b. 植物生產層，也稱初級生產（primary production）。指植物利用日光能將無機鹽類和水通過光合作用組成有機物質。總體看來，植物生產有兩個系統，即籽實生產系統與營養生產系統。
c. 動物生產層，草食動物既是初級消費者，又是次級生產者，它的生物量又被下一級肉食動物消耗。輸出1kg畜產品，從運輸量來看相當於輸送5－10kg的飼料。
d. 後生物生產層，也稱次級生產層，是指對草畜產品的加工、流通和分配的全過程。生物學效率表現為金字塔形，經濟效益則倒金字塔。自然生態系統沒有前植物生產和後動物生產，也沒有社會投入和社會效益，只有自我維持的植物生產和動物生產。管理對草地農業的切入點：一是管理結構的切入，二是生產層次的切入，三是生產過程的切入。生產過程包含生產技術(technology)和生產方法(methology)。過去我們偏重技術而方法。方法即過程，它是從科學到技術的方法論。
草地農業生態系統的基本特徵歸結為九項，即環境、界面、空間、時間、單元、流程、外延、格局和潛勢。排序功能決定生態系統格局和本質，生態系統健康與否取決於該系統的“有序度”，一旦有序度超近於零，系統即將崩潰。
草地農業生態系統的管理和外延。
管理對現代產業化草地農業的切入點主要在三個方面。一是管理結構的切入。二是生產層次的切入，三是生產過程的切入。完善的草地農業生態系統的管理，應該在充分發揮各個生產層效益的基礎上，實施系統耦合。系統耦合可以從多方面解放系統的生產潛力，實行代農業分級管理，發揮系統的外延優勢，大幅度提高生態系統整體的生產水平。系統耦合過程中將不可避免地出現系統相悖，系統相悖是系統耦合過程中出的系統間的不協調因子群。克服這些系統相悖的因子，才能充分發揮系統耦合的潛力勢。系統相悖蘊藏著巨大的生產潛勢和豐富的科學內涵，有待探索。
性質
草地農業生態系統的非生物亞系統
水流次亞系統；
海洋、大氣和陸地的水，在自身位能、太陽能、氣象因子、生態環境以及人類活動的綜合作用下，進行著連續的大規模的交換，使自然界中的水形成了一個隨時間和空間變化的複雜的動態系統。水使地球上的大氣圈、水圈和生物圈相互聯繫起來，並成為它們之間能量的貯存者、變換者和運輸者，水循環是地球上各種特製循環的中心循環。
1. 水在草地農業生態系統中的功能：水是動植物營養物質的載體；水是植物逃命作用的基本材料，在光合作用中，水釋放出氧，提供氫，成為有機界與無機界之間聯繫的紐帶。水是生物有機體的主要組成成分，植物體含水量通常達60%－90%，哺乳動物為55%－60%，昆蟲為46%－92%。
2. 水在草地農業生態系統中的流程：循環有下列途徑：截留、滲透、蒸發、蒸騰、滲入地層深處、地表徑流和排水。海洋、大氣和陸地的水，在自身位能、太陽能、氣象因子、生態環境以及人類活動的綜合作用下，進行著連續的大規模的交換，使自然界中的水形成了一個隨時間和空間變化的複雜的動態系統。
3. 草地農業生態系統中水資源的利用；潛在蒸發量（potential Evapotransporation）是指充分供水下墊面（即充分濕潤表面或開闊水體）蒸發/蒸騰到空所中的水量，又稱可能蒸發量或蒸發能力。草原群落蒸發蒸騰是一個由各種因素綜合影響的複雜問題。影響群落蒸發蒸騰的首要因素是大氣蒸發力與植物根際土壤含水量。牧草的產量與溫度、光照、水分、肥料等因素有密切關係，在其他因素不變的條件下，牧草的需水量與肥力相耦合呈現出規律性變化關係。在一定的閾值範圍內，牧草的產量與肥料水平呈現正相關關係，而水分利用率卻表現出負相關關係。通過調節土壤肥力可以獲得較滿意的水分利用效率。多數研究表明，若CO2含量升高，則葉片的淨光合速率隨之加快，且氣孔阻力增大，蒸騰速率變慢，從而增加了水分利用效率。乾旱地區在有充分飲水保證的情況下，放牧家畜的生產力可提高25%－40%，綿羊的剪毛量可提高10%－12%。
能流次亞系統；
1. 能在草地農業生態系統中的作用：能量轉化和物質循環是生態系統的基本功能，也是草地農業生態系統最重要的研究內容之一。維持所有生態系統的能量是太陽能（兩種形式，熱能和光能）。熱能推動力水分循環，形成水的環流，光能通過初級生產者光合作用，被固化為生物化學能。
2. 能在草地農業生態系統中的流程；能量的機理和特徵：在生態系統中，能量流動始於太陽輻射能的固定，終於生物體的完全分解。生物做功有下列用途：（1）維持生命，即維持呼吸及其他代謝活動，這種消耗同時具有動力和形態維持的性質，在此過程中生命過程得以不斷更新。（2）空間位移，即生物的行動，這是生活的消耗。（3）全成新的原生質，以保證生長。（4）形成貯存物，植物做功形成種子和貯存的碳水化合物，動物做功形成胚胎和貯存的脂肪。根據熱力學第二定律，非生物能的轉換，總是由集中的形式逐漸變成分散的形式，最終熱能分散為均態，直到兩者溫度相等為止。
3. 能量流動力的渠道：在生態系統中，食物鏈和食物網是能量流動的渠道。以食物營養為聯繫，如同形成一環扣一環的鏈條，這稱為食物鏈。實質上是由生產者和消費者組成的能量運輸序列。在生態系統中食物鏈可分為兩在類，一類是以活的生物為食的食物鏈，（生食食物鏈 〈grazing food chain〉;另一類是以死的生物為食的食物鏈，（腐食食物鏈saprophagic food chain）。由於能量利用的關係，各個長短不等的食物鏈又相互交織在一起而形成複雜的食物網（food web, food complex）。根據生態系統的能量保存規律，消費者只能將食物源的5%－20%轉變成為自身的原生質，因而食物鏈的環節最多只有4－6個。
4. 能量流動的主要過程：三個過程，一是生產過程；以植物生長量為100%，直到可用畜產品，能的轉化率有0%－16.3%。二是還原過程；少量的分解者通過一系列的反應，可把比其自身大得多的死的有機物轉換為熱能與牧草可再次利用的無機物質。這個過程實質上是增加土壤肥力的重要過程。三是貯存過程；據Hirata 等在Paspalum notatum 草地上的測定，牧草的貯藏能（包括人工收貯的牧草和牧草地下部分的貯藏能）總計為8.1MJ/(m·a)，占淨初級生產力能量的4.05%。
5. 能量流動的生態學效率；食物鏈是生態系統中能量轉化的渠道，鏈上各環節的能量之比用百分率表示，稱為生態學效率。草地農業生態系統中的生態學效率重要的幾種：（1）牧草的同化效率=牧草固定的能量/太陽輻射量，Er=P/R；此即光能轉化率。太陽輻射量可以是總輻射量，也可以是光合有效輻射量。
（5）家畜的轉化效率=家畜產品的能量/家畜採食的牧草能量，Ep=S/G.
（6）家畜生產的牧草利用效率=家畜產品的能量/草地同期生產的牧草能量，Er=S/F；此式也用Ef=Eg×Ep表示。
6.能流語言；Odum(1967)提出了一套符號語言（Sysbolic language），並用它們編成能量電路圖，用以表達生態系統中的能量流。這種能量電路圖也稱為能流語言(Energy-flow language).其建立在能源學基礎上，依賴於熱力學第一、第二定律，及生態學競爭分離原理和Lotka的最大能量選擇原理，它更多地基於牧理學和生態學原則，而較少依賴於經驗。Odum能流語言符號的意義：（1）能源。指各種能源：（2）能量貯存器。指能量的狀態；（3）潛能作工。指能量在貯存狀態下的損失；（4）淨能接受器。指自養生物對太陽能的固定；（5）生產者。指在高質的能源控制下，收集和轉換低質能源的多數綠色植物。（6）熱散失。指能量在做功時產生的熱損耗；（7）工作門。也稱工作閥，指幾個能量匯集的地方，起著對能量開關的作用；（8）消費者。指具有自我組織功能的動物個體或群體，也稱自我維持元件；（9）經濟處理。指物質在出售或提供服務時和貨幣的交換關係，也稱交換器；（10）定常放大器。表示輸入和輸出有一定比例關係，但是這種變化在能源S有效的情況下是一個常量；（11）能量流。指能量流動的方向；（12）信息流。指信息傳遞。
草地農業生態系統中能資源的利用：
直接投入草地農業生態系統的能量，除了太陽能，還可以有不同類型的自然補助能（大氣環流流、降水、水流、生物固氮等）和人工補助能。根據這種能量的供給，將草地農來生態系統分三類：純太陽能供給草地農業生態系統；有自然補助能的太陽能供能草地農業系統；有人類補助能的太陽供能草地農業生態系統。
套用
元素次亞系統
1. 元素在草地農業生態系統性中的作用；生命活動所必需的元素有30－40種，它們對生命體所發生的一系列生物化學反應都是不可缺少的，在生物體中構成蛋白質的4種元素C、H、O、N是基本元素，在生命中起關鍵作用，稱為關鍵元素，點生物體組分的95%－97%。P、K、Ca、Mg、S、Na、Cl、Fe等需要量相對較多，稱大量元素，它們對於維持生態系統的功能有重要作用。Cu、Zn、B、Mn、Mo、Co、Se、I、Ni、Cr、F、Sn、Si、V等雖然生物需要量很少，但又不可缺少，缺少那一種，生物生長發育都會發生異常，這些元素稱為微量元素。此外還有一些元素如Ag、Ba、Rb、U、Ra等需要量僅為10－10，因此稱為超微量元素。生命所必需的元素或生物體中存在的元素稱為生態系統的營養元素。元素在細胞的結構和功能中具有生物化學的活化作用。放牧家畜對草地農業系統的牧草營養和元素循環具有重要的影響，主要表現四方面：排泄物分布的影響，草地家畜的排泄物多集中在很小的面積上，造成草地某種營養元素的不足和過多，影響元素正常循環。（2）糞和尿中的元素含量差異的影響。（3）糞和尿中的元素可利用性的影響。尿中元素易被吸收，糞中化合物分解較慢。（4）糞尿對牧草的窒息和污染的影響。
2. 元素在草地農業生態系統中的循環
碳循環：草地中貯存的碳總量約為266.3Pg（1Pg=10g），占陸地生態系統的12.7%，其中90%存在於土壤，生物量中僅為10%。在草地生態系統中，植物、凋落物、土壤腐殖質構成了系統的三大碳庫。A、草地植物碳庫；草地初級生產力在一定程度上反映了不同草地群落類型光合固碳能力。B、草地凋落物碳庫；草地群落地上淨生產力問總量中，至少應有20%－50%的產量能夠以凋落物和家畜糞便的形式進入土壤庫。據估計，凋落物庫中碳的貯量在30－400g/m2之間，平均水平稍高於地上部生物量中的碳量水平。C、草地土壤碳庫；在草地生態系統中，草地土壤的碳貯量約占草地總碳貯量的89.4%。土壤有機碳的來源主要是植物殘根，凋落物層的分解等，以有機質的形式存在，主要集中在地表0－500px。地下生物量一溫度存有明顯的負相關。草地開墾為農田會使土壤碳素總量損失30%－50%。過牧與開墾一樣。在平衡狀態下，土壤異養呼吸量等於植被淨初級生產力。草地土壤與大所CO2交換總特徵以排放為主，CH4表現出吸收特點。
氮循環：從環境進入草地的氮有四個來源，A、電化學固氮，大所中氮通過電離現所固定，成硝酸鹽及氮的氧化物被降水帶入系統。量很少，為1－10kg/（hm2·a)。B、非共生微生物固氮。C、共生微生物固氮（根瘤菌）。D、工業固氮。草地植物生長所必需的氮主要從封有機質、共生固氮作用或肥料中得到。
磷循環：土壤中的磷以植物不能吸收的化合物的形態存在，穩定性強，流動性差。一年的各個時期儘管循環的磷庫的量可能逐年有變化，但磷庫的總量都超於保持一個相對穩定的量。磷循環中可給態磷的最大來源是土壤有機質以及動植物物遺體分解、硫化所提供的磷，其次是施肥和給家畜補飼所提供的磷。草地中總磷的循環取決於家畜對牧草的利用率。磷的損失主要為淋溶、徑流、和畜產品。
鉀循環：鉀和磷一樣，沒有氣態，鉀循環也是在土――草――畜――土的系統中進行旱地鉀有典型的封閉性；在降水豐富區由於淋溶作用，有近於開放型。
硫循環：來源土壤、大氣、施肥。損失的主要途徑是淋溶，牧草和畜產品的輸出。在硫循環庫中，有機物是主要的庫。
鈣循環：主要來源是風化的母質，大氣。畜產品輸出是主要損失通道。
鎂循環：來源土壤，微生在生長過程中需要鎂的程度遠超過鈣。損失以淋失為主。
草地農業生態系統中元素資源的利用；提高利用率可採用下列調控方法：A、調控土壤理化性質，（1）調整改善土壤質地，增加土壤有機質，增強土壤對陽離子的吸附能力；（2）使地面平整，保持水土，以防止和減少元素的淋失和流失；（3）調控改善土壤PH值，使元素的水解、微生物的活動、植物根系的生長及吸收機能，有一個良好的生物化學環境。B、施肥：合理原則是根據草地增產的效果，選擇元素間的種類和施用量。還要注意元素間的協同與拮抗。拮抗典型：鉬過剩使銅缺乏，鉀過剩使鈣、鎂缺乏。鋁、鐵、錳過剩使磷缺乏。C、加強腐生食物鏈，促進有機物分解和礦化。D、補飼。E、草地的釗牧兼用。F、改進家畜的放牧管理。
水流和能流交叉（水熱交叉）的綜合作用。
1.水熱綜合與草地農業生態系統的類型；草地生產取決於：地理位置、地面形態結構、所獲能量、所獲水分、草層的形態結構與家畜的各類組合。濕潤度和溫度。
2.水熱綜合與元素的利用：水熱綜合對元素利用的最根本意義在於，熱量決定著水的存在形式。當熱量與液態水成為有效的組合時，能量才能驅動生態系統，使植物進行光合作用，使動物對植物進行有機物的轉化，使微生物對死的有機物進行分解，元素也就在這些過程中進行循環。不同的水熱組合決定著生態系統對元素的利用和循環強度。
3.草地淨初生產力模型研究進展；單位面積的草地在單位時間所能累積的有機乾物質，包括草地地上部分（含凋落物和立枯物）和地下部分有機物質的數量，稱為草地淨第一性生產力（NPP）。A、氣候生產力模型：NPP對氣候(溫度、降水等)因子及營養元素（C、N、P等）具有很強的依賴性。Miami模型：淨初級生產力與年平均濕度及降水之間的經驗關係。Thornthwaite Memoria模型：蒸騰蒸發量（ET）與氣溫、降水和植被之間的關係，所含因子較全面。B、半經驗半理論模型： Chikugo模型，根據淨輻射和輻射干燥度計算植被淨第一生產力模型；朱志輝模型，為彌補 Chikugo模型對草原及荒漠考慮不足，在次基礎上加以改；周廣勝模型，根據植物生理生態學特點與聯繫能量平衡方程和水量平衡方程的區域蒸散模式，建立了聯繫植物生理生態學特點和水熱平衡關係的植物淨第一性生產力模型。C、過程模型：包括了光合作用、有機物分解及營養元素的循環等生理過程，從而可用於詳細研究各種因素對NPP的影響。牧草生長模擬模型，能定量和動態地描述牧草生長、發育和產量形成過程及其對環境反應的計算機模擬程式；景觀和區域生理生態仿真模型，通過對太陽能轉化為化學能的過程，以及植物冠層蒸散與光合作用相伴隨的植物體及土壤水分散失的過程進行模擬，對評價初級生產力、模擬生長、研究草地與氣候的相互作用、預測生態環境的變化等方面，起到了極大的促進作用；光能利用率模型，綠色植被對太陽可見光有很強的吸收能力，對近紅外光有很強的反射能力。
草地農業生態系統的生物亞系統
初級生產次亞系統；
小草食動物次亞系統；
大草食動物次亞系統；
肉食動物次亞系統；
分解者次亞系統。
草地農業力能學及其效應
初級生產層的力能學效應；
次級生產層的力能學效應；
草地農業力能學分析實例；
草地農業生態系統效價評定。
草地農業生態系統的效益評價
前初級生產展的評價；
初級生產展的評價；
次級生產層評價；
後次級生產層評價。
世界主要草地農業生態系統
熱帶草地農業生態系統；
溫帶草地農業生態系統；
寒帶和高山草地農業生態系統；
荒漠草地農業生態系統。
草地農業生態系統分析與設計（草原系統工程）
系統最佳化方法；
系統預測方法；
系統評價方法；
系統決策方法。
