草地生态学-第五章-草地生态系统的生物亚系统ppt课件.ppt

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1、第一节 初级生产次亚系统 一、前初级生产中植物的作用 二、初级生产力（Primary Productivity）三、影响初级生产的因素四、提高初级生产水平的途径 一、前初级生产中植物的作用 n 草地生态系统在某些情况下，在生产初级产品牧草之前，不是以生产牧草和畜产品为目的，而是以草地生态系统自然保护区，水土保持，水源涵养，运动场草坪，城市和庭院草坪绿地，旅游地和狩猎地等表现其经济价值并产生经济效益。n 这些前初级生产源于草地植物，是在草地生态系统生产者作用的基础上，以其另外的特殊功能而起作用。二、初级生产力（Primary Productivity）n 草地生态系统通过绿色植物的光合作用固定太

2、阳能，光合作用固定和积累的能量是草地生态系统的初级能量，这种能量的固定和积累过程称为初级生产，进行初级生产的绿色植物称为生产者。n 草地生态系统初级生产的形态就是牧草有机物质。（一）光合效率 6CO2+6H2O(CH2O)6+6O2n 这 个 反 应 式 表 示 光 合 作 用 每 还 原1克 分 子CO2所 固 定 的 自由 能 为477KJ（114KJ），而 这 一 过 程 一 般 需 要8个 光 量子，即8个爱因斯坦单位。n 光 合 最 大 效 率：指 植 物 不 受 温 度、水 分、养 分、土 壤、地 形、病 虫 害 和CO2的 限 制，较 好 地 利 用 实 际 的 光 合 有效 辐

3、 射 所 能 达 到 的 效 率。自 然 条 件 下，一 般 对 有 效 辐 射的 最 大 利 用 效 率 约 为5%，相 应 地 对 总 辐 射 的 最 大 利 用 效率约为2.5%。（二）植物量n 植 物 量 是 草 地 生 态 系 统 中 生 物 量 的 三 个 组 分 之 一（动物 量 和 微 生 物 量），是 草 地 生 态 系 统 中 全 部 植 物 有 机物的量，它既包括活的部分，也包括死的部分。n 地 上 部 分 包 括 活 的 现 存 量（Standing-Crop 或Standing green），直 立 的 死 植 物 体 和 尚 未 从 活 植 物 体 上 脱 落 下来

4、 的 立 的 植 物 量（Standing Dead），以 及 死 亡 并 脱 落到地面上的凋落物量（Litter）三部分。n 地下包括活根和死根（脱落的和未脱落的）。（三）总初级生产力n 草 地 生 态 系 统 中 生 产 者 在 一 定 面 积 和 一 定 时 间 内 通 过光 合 作 用 固 定 的 总 太 阳 能 或 总 有 机 物 称 为 总 初 级 生 产力（Pg）。（四）净初级生产力n 植 物 在 进 行 初 级 生 产 的 同 时 还 通 过 呼 吸 消 耗 掉 一 部 分有 机 物（R），剩 余 的 部 分 才 是 以 植 物 组 织 或 贮 藏 的 营养物质的形态表现的净初

5、级生产力（Pn）。Pg R+Pn n 净初级生产力是草地生态系统生产力研究的中心。n 净 初 级 生 产 力 是 生 产 者 在 单 位 面 积 和 单 位 时 间 内 去 除呼 吸 后 剩 余 的 有 机 物 生 产 量，它 可 以 用 干 物 质 或 有 机物质（去灰分物质）表示，也可以用能量表示。n 净初级生产力：Pn B L G，B=B2-B1 式中：B1和B2为在时间t1和t2时植物群落的现存量 L 为t1-t2期间的群落立枯量和凋落物量 G 为在t1-t2期间被消费者采食的植物量 Pn 为t1-t2期间的群落净初级生产力。n 现存量的测定：剪活体，称鲜重和干重（拣出立枯和凋落物）。

6、n 立枯量的测定：在测定现存量的同时把拣出的立枯称鲜重和干重。n 凋落物量的测定：采用凋落物收集器（漏斗状，盘状和网状）。n 动物采食量的估测：动 物 采 食 量 包 括 家 畜、野 生 大 型 草 食 兽 和 植 食 性 昆虫的采食。n 地下活体根量的测定-比重法：根据死根和活根比重，采用分离的方法（漂浮法）。n 全草层年净初级生产力的测定：在 同 时 测 定 草 地 地 上 和 地 下 植 物 量 的 条 件 下，在 一 年的 数 次 测 定 中，找 出 地 上 和 地 下 植 物 量 总 量 的 最 大 值 和 最小 值，它 们 的 差 就 是 全 草 层（地 上 地 下）的 年 净 初

7、 级 生产力。Pn P（花序）P（绿色）P（枯死）P（根）三、影响初级生产的因素 n 光 合 作 用 是 形 成 初 级 生 产 的 基 础，因 此，影 响 光 合 作 用的因素都影响初级生产。p 气候p 土地p 种群特征p 群落特征p 管理和使用p 病虫害、腐烂引起的损失（一）气候n 气 候 是 影 响 草 地 初 级 生 产 的 最 重 要 的 因 素，大 气 候 决定 大 尺 度 上 的 草 地 植 被 类 型 及 其 分 布，小 气 候 则 有 力地 影 响 草 地 植 物 群 落 在 局 部 地 段 的 分 布，而 气 候 因 素中 的 温 度、降 水 和 光 照 因 子 是 影 响

8、 草 地 初 级 生 产 的 最主要的单项因子。（二）土地土地对初级生产的影响是土壤和地形的综合作用。土 壤 通 过 土 壤 水 分，CO2的 流 通 和 养 分 的 供 给 与 周 转 及 其土壤机械组成影响初级生产。地 形 则 通 过 对 局 部 地 区 的 水 热 进 行 再 分 配 的 作 用 而 施 加影响。（三）种的特征n 草 地 植 物 群 落 是 由 一 个 或 多 个 植 物 种 构 成。植 物 种 的光 合 途 径、生 长 速 度 与 模 式、竞 争 能 力、繁 殖 方 式 与季 节 性、茎 的 生 长 习 性、叶 和 根 的 衰 老 与 分 解 都 与 植物量的形成有着直

9、接的关系。（四）群落的特征植 物 种 类 组 成 是 天 然 草 地 植 物 群 落 最 显 著 的 特 征，它们对初级生产具有最重要的影响。（五）管理和使用 n 良 好 的 管 理 是 在 成 本 最 低 的 情 况 下，能 使 牧 草 在 生 长季 中 满 足 其 放 牧 家 畜 需 要，保 证 家 畜 有 足 够 的 牧 草 而又 不 浪 费，并 能 维 持 草 地 生 产 能 力，可 持 续 利 用 的 综合措施。（六）病虫害，腐烂所引起的损失n 病 虫 害 危 害 植 物 生 长 点、生 长 速 率 或 扰 乱 植 物 内 部 代谢，进而影响产量。四、提高初级生产水平的途径（一）科学

10、利用水热资源（二）科学利用土地资源（三）科学利用种质资源（四）采用合理的农业技术措施（五）合理利用与加工（一）科学利用水热资源n 天 然 草 地 是 经 过 长 期 的 自 然 选 择 与 演 替 而 形 成 的，植物群落和水热条件是最佳相互适应的配对。n 在 无 能 力 大 面 积 改 善 天 然 草 地 植 物 群 落 水 热 状 况 的 条件 下，合 理 利 用 是 维 持 草 地 生 态 系 统 生 产 水 平 的 基 本的手段。n 另 外，建 立 以 中 生 牧 草 为 主 的 人 工 草 地 也 是 一 个 有 效提高生产力的手段。n 因 为，在 土 壤 水 分 中 等 的 条 件

11、 下，中 生 牧 草 的 蒸 腾 系数最小，水分利用率较高。（二）科学利用土地资源 n 土地资源是有限的资源，科学利用更为重要。n 不 合 理 的 利 用 必 然 造 成 草 地 退 化、水 土 流 失 等 生 态 问题。-例如-n 坡 度10 以 下 的 草 地，只 要 有 充 分 的 降 水 或 灌 溉 条 件，可以开垦建立饲料轮作地或人工草地以获得高产；n 坡度10-30 的土地不宜开垦；n 坡 度30 以 上 的 草 地 应 以 水 土 保 持 为 主，不 宜 放 牧，必要时可割草或轻牧。（三）科学利用种质资源 n 由 于 家 畜 和 草 食 动 物 能 采 食 多 种 植 物，因 此

12、，牧 草 种质资源远远比农作物种质资源丰富。n 开 发 利 用 新 的 牧 草 种，利 用 新 的 生 物 技 术 培 育 和 创 造新 的 牧 草 品 种，进 一 步 研 究 不 同 牧 草 种 和 品 种 的 混 播组 合，是 提 高 初 级 生 产 力 和 质 量 的 最 重 要 的 最 有 效 的措施之一。n 例 如：新 西 兰 每 年 都 有 新 的 牧 草 品 种 产 生，而 我 国 对牧 草 育 种、牧 草 组 合 等 方 面 的 投 入 不 够，近 年 来 每 年不超过10个。（四）采用合理的农业技术措施 n 草 地 生 态 系 统 较 农 田 生 态 系 统 经 营 粗 放

13、且 利 用 的 只 是自然生产力，水平较低。n 农 业 技 术 的 合 理 使 用 能 提 高 草 地 的 初 级 生 产 力 百 分 之八十甚至几倍，超过农田的增产幅度。-例如-n 天 然 草 地 围 栏 封 育、补 播 改 良、排 灌、除 莠、火 烧、划 破 草 皮 和 防 治 病 虫 害 等 措 施；建 立 人 工 草 地，进 行灌溉、施肥、除莠、施用生长素和防病除害。（五）合理利用与加工n 放 牧 和 割 草 是 草 地 利 用 的 基 本 方 式，它 们 对 草 层 的 作用 具 有 双 重 性，一 方 面 有 破 坏 作 用，它 随 利 用 强 度 的增 加 而 增 加；另 一 方

14、 面 是 培 育 作 用，尤 其 是 放 牧，可以 促 进 牧 草 分 蘖 和 加 速 养 分 循 环，而 适 当 割 草（割 一年休一年）对草地的影响很小。n 合 理 利 用 需 要 在 了 解 家 畜 的 牧 食 特 性，牧 草 的 生 长 发育 模 式 和 土 壤 结 构 特 性 的 基 础 上 确 定。如 划 区 轮 牧、载 畜 量 和 放 牧 强 度 的 确 定、放 牧 频 率 和 畜 群 组 合 的 确定等。第二节 小草食动物次亚系统 一、小草食动物及其分布二、影响小草食动物量的因素 三、小草食动物在草地生态系统的作用一、小草食动物及其分布（一）定义n 草 食 动 物：指 以 植

15、物 有 机 物 为 食 料，维 持 其 生 命 并 形成 动 物 有 机 物 的 动 物，在 生 态 系 统 中 通 称 为 次 级 生 产者（secondary producer）或 初 级 消 费 者（primary consummer）。其 中 包 含 脊 椎 动 物 和 无 脊 椎 动 物 两 大类。n 小 草 食 动 物，不 属 动 物 分 类 系 统 的 命 名 单 位，它 包 含无 脊 椎 动 物 的 草 丛 动 物、土 壤 动 物 和 脊 椎 动 物 的 小 型啮齿动物。（二）小草食动物的分布 表5-3 温带和热带小草食动物生物量动物种类热带稀疏草原 温带湿润草地生物量（mg/

16、m2）比例(%)生物量（mg/m2）比例(%)草丛无脊椎动物 444.7 6.8 107.9 17.6土壤无脊椎动物 6000 91.4 500 82.3啮齿类动物 120-160 1.8-总计 6564.7-6604.7 100 607.9 100n 小 草 食 动 物 数 量 多 少 及 其 动 态，主 要 受 它 们 赖 以 生 存 的自 然 环 境、食 物 丰 欠、放 牧、火 烧、灌 溉 等 自 然 或 人 为因素的影响。n 生 态 系 统 由 非 生 物 和 生 物 因 素 组 成 的 综 合 体，首 先 影 响小草食动物的动物区系组成。n 不 同 自 然 地 带 及 同 一 自 然

17、 地 带 不 同 植 被 类 型 之 间 的 小 草食动物区系差异很大。二、影响小草食动物量的因素 人为因素对小草食动物的影响 n 放 牧：放 牧 给 草 层 及 生 草 土 以 压 力，干 扰 了 小 草 食 动物的生活环境，放牧越重，对小草食动物影响越大。n 灌 溉：通 过 影 响 草 丛 特 别 是 土 壤 湿 度 的 改 变，对 草 丛动物及土栖动物都发生明显影响。n 火 烧：烧 草 对 草 丛 生 长，土 壤 温 度，湿 度 产 生 明 显 影响。火烧利于嫩枝叶萌生，有利于吸汁昆虫。n 对草地而言，消耗牧草。n 小 草 食 动 物 对 大 草 食 动 物 采 食 后 的 废 弃 物

18、可 以 充 分 利用，以帮助清理植物遗体，加速物质的转化和循环。n 为 了 维 持 小 草 食 动 物 在 草 地 生 态 系 统 中 的 正 常 作 用，可 以 用 混 播 牧 草 放 牧、割 草、施 肥 等 农 业 措 施 加 以 调控，也 可 用 农 药 等 应 急 措 施 加 以 控 制，使 草 地 趋 利 避害。n 利用某些小草食动物的特异食性来控制杂草。n 对种子具有搬运作用。三、小草食动物在草地生态系统的作用第三节 大草食动物次亚系统 一、大草食动物及其分布二、大草食动物的作用三、大草食动物的牧食行为四、放牧对草地的影响五、次级生物量及积累六、提高大草食动物生产的途径（一）定义n

19、 大 草 食 动 物：包 括 反 刍 动 物（复 胃 动 物）与 非 反 刍 动 物（单胃动物）。三、大草食动物及其分布（二）大草食动物的分布二、大草食动物的作用 n 大 草 食 动 物 利 用 植 物 有 机 物 生 产 了 大 量 的 乳、肉 和 毛等动物性产品。n 大 草 食 动 物 对 不 同 食 物 的 嗜 食 性 差 异 很 大，可 以 利 用这 种 差 异，组 织 不 同 畜 种 的 特 异 嗜 食 性 来 充 分 利 用 植物资源。n 大草食动物使初级生产层与后次级生产层联系在一起。n 大 草 食 动 物 通 过 它 的 牧 食 活 动 对 草 丛 动 物 和 土 壤 动 物产

20、生广泛影响。n 大草食动物是草地生态系统平衡的维持者。农田谷类作物、经济作物和饲料作物亚系统草地天然的或人工的亚系统大草食动物牧草饲料厩肥厩肥图5-1 大草食动物为农田和草地亚系统的联系结三、大草食动物的牧食行为 n 牧 食 活 动 是 草 食 动 物 生 存 方 式 的 主 体，应 是 放 牧 研 究的重点。n 牧食过程包括：p 觅食p 采食p 静牧（反刍兽）反刍p 卧息p 游走（一）觅 食n 觅 食：草 食 动 物 在 草 地 上 自 由 行 走，从 天 然 或 人 工 草地 上 任 意 寻 找 食 物 的 行 为 称 为 觅 食。觅 食 行 为 主 要 受其感知本能，消化器官及身体结构影

21、响。p 感 知 本 能：是 觅 食 行 为 最 本 质 的 基 础 因 素，它 包 含 嗅觉、味觉、触觉、视觉和饱满感等。p 消 化 器 官：其 特 征 为 草 食 动 物 觅 食 行 为 特 征 的 重 要 形成因素。p 身体结构：主要反映在觅食对地形的选择。n 动 物 的 嗜 食 性：各 种 动 物 对 饲 用 植 物 表 现 出 的 不 同 程度的趋避倾向。n 适口性：各种植物对不同动物所具有亲合性。n 放 牧 过 程 中 的 嗜 食 性（对 植 物 来 说 是 适 口 性）是 觅 食行为的综合指标。n 多 数 草 食 动 物 对 饲 用 植 物 来 说，其 嗜 食 等 级 是 相 对

22、固定 的，但 嗜 食 性 本 身 是 随 各 种 有 关 因 素 而 浮 动 的，因而草食动物的觅食特性是个动态过程。（二）采食n 采 食：采 食 为 觅 食 的 继 续。一 切 影 响 觅 食 过 程 的 因 素都可影响采食，但它更多受到环境的干扰。n 一 般 认 为 觅 食 特 性 更 多 地 局 限 于 放 牧 动 物 本 身 的 生 理，生态特征，而采食则更多地涉及环境因素和管理因素。n 采食特征包括n 采食速度n 采食时间n 单口采食量n 采食量 p 采食速度：单位时间内采食的口数称为采食速度。p 初 牧：动 物 从 开 始 进 入 牧 场 到 出 现 比 较 安 静 的 采 食 队

23、形的时间；p 定牧：从动物安静采食到停止采食这一时段。p 晚牧：归回畜圈以前一段采食时间。p 采 食 时 间：放 牧 时 间 内 真 正 吃 草 的 时 间 称 采 食 时 间。放 牧 时 间 由 采 食 时 间；游 走 时 间；反 刍 时 间；卧 息 时间组成。p 单口采食量：为放牧动物每采食一口的吃草重量（g）。（三）静牧与反刍n 静 牧：静 牧 为 放 牧 动 物 在 放 牧 过 程 中 全 群 安 静 牧 食 的状 态。畜 群 中85%以 上 个 体 处 于 采 食 状 态，少 数 反 刍，卧息，正常游走。此为牧食高峰期。n 反 刍：放 牧 的 反 刍 动 物 吃 饱 以 后，实 际

24、是 瘤 胃 装 满 以后，即 静 立 或 静 卧，将 瘤 胃 中 的 食 物 形 成 食 团，反 回口腔细细咀嚼，然后咽入第二胃的过程。（四）卧息与游走n 卧 息：家 畜 在 放 牧 地 上 卧 地 或 站 立 休 息 的 状 态 称 卧 息。卧 息 时 间 往 往 与 反 刍 时 间 相 重 合，但 反 刍 时 间 必 卧 息，而 卧 息 时 间 未 必 反 刍。对 非 反 刍 动 物 来 说，卧 息 时 间 多为 消 化 食 物 时 间，是 有 益 的，应 归 于“有 效”时 间，但反 刍 动 物 则 不 应 有 过 多 的 卧 息 行 为，否 则 即 表 示 健 康 状况欠佳。n 游 走

25、：家 畜 在 放 牧 地 上 不 采 食 而 漫 游 的 状 态 称 游 走。游走对家畜状况有利，但归于“无效”时间。四、放牧对草地的影响 n 合理放牧可刺激草丛的分蘖，并保持其旺盛生机。n 通 过 有 计 划 的 放 牧 管 理，可 使 杂 类 植 物 生 长 受 到 抑 制，保持草地的良好植物学成分。n 放 牧 可 使 畜 群 粪 尿 排 泄 于 草 地，使 草 地 得 到 较 均 匀 的 施肥，有 利 于 系 统 内 物 质 的 循 环。（长 循 环 有 利 于 物 质 循环）n 放牧畜群的践踏，使土壤紧实，生境改变，牧草被破坏。n 过 牧 可 影 响 草 地 产 量 和 群 落 的 组

26、 成 结 构，密 度 和 高 度。使草地发生退化（逆向演替）。图5-2 大草食动物牧食活动的机理分析五、次级生物量及其积累 n 次 级 生 物 量 积 累 的 能 量 及 绝 大 部 分 矿 物 元 素，都 来 自 植 物制 造 的 初 级 产 品。因 此，次 级 生 物 量 的 积 累 取 决 于 两 个因 素：初 级 产 品 的 供 给 量 及 格 局；以 植 物 为 食 的 动物利用植物性食物的方式和效率。n 补 偿 生 长：当 冬 春 饲 料 不 足 时，以 维 持 其 基 本 代 谢 需 要 而出 现 营 养 的 亏 供 期，这 时 家 畜 将 消 耗 其 体 内 贮 存 物 质 以维 持 生 命，导 致 体 重 下 降，当 体 重 下 降15%以 内 时，一但 营 养 水 平 恢 复，会 出 现 超 常 的 增 重 速 度，这 种 状 况 称为补偿生长。六、提高大草食动物生产的途径 n 草食动物种的合理配置 n 单一种群的合理结构 n 合理营养水平 n 合理的收获畜产品 n 实行季节性畜牧业