草地生态学第三章草地生态系统

第一节系统与生态系统概述一、系统的定义及特征（一）系统的定义系统是指由相互依赖的若干组分结合在一起，能完成特定功能，并朝特定目标发展的有机整体。系统应具备的条件：（1）系统必须具备两个以上的构成要素；（2）各要素之间必须具有某种联系；（3）各要素必须以整体的形式完成特定的功能。（二）系统的基本特征系统结构的有序性：表现在系统的边界和层次两个方面：（1）系统的边界：所有的系统都有边界。（2）系统的层次：系统是由多个组分和不同的层次构成。系统的整体性：系统的整体性主要表现在组成系统的各要素之间要有一定的数量比例关系和空间位置排列关系，为了完成系统某一特定功能，各要素必须分工协作，相互耦联，这是系统实现能量、物质、信息和价值等转化与循环功能的“目的性”要求。系统功能的整合性：系统的整合性是指系统的整体功能大于各组成部分功能之和的特性，又叫系统的整合效应。（三）系统的类型开放系统与封闭系统（1）开放系统：与外界环境交换物质、能量和信息。（2）封闭系统：不能与外界环境交换物质、能量和信息。机械系统与生命系统（1）机械系统：系统中的所有组分都是无生命的成分。（2）生命系统：系统中存在生命活动或具有生物组分。（四）系统研究的基本途径（1）确定研究的边界和研究的层次；（2）确定系统内组分的划分；（3）确定系统研究的方法，方法可分为“黑箱”和“白箱”两大类。？？二、生态系统的概念及特征（一）生态系统的概念生态系统是指在一定的时间和空间范围内，生物与生物之间、生物与非生物环境之间相互作用并具有一定结构及完成一定功能的综合体，或者说是由生物群落与非生物环境相互作用而组成的一个生态学功能单位。生态系统=生物群落+无机环境生态系统是一种客观存在的实体，其核心是生物群落。生物群落具自我维持、修补和重建的能力，因而生态系统在一定范围内可以自我维持；生态系统在生物与环境的相互作用下，总是趋向一种相对平衡状态。（二）生态系统的特征生态系统是一有序的和可以划分为许多互相联系的大小不等的生态单位。生态系统一般由生存环境、生产者、消费者和分解者四部分构成。生态系统处于不断演替之中，在无外力干扰下逐渐趋于成熟。种群是基本的功能单位。种群是由一定时间内占有一定地区的同种个体组成的生物集团。通过个体增加和不断演变，种群才形成，壮大，保持，衰老和死亡。种群的增减和消亡直接影响生态系统的结构与功能（初级生产力、碳储量）。比如在羊草草原生态系统中，羊草种群的变化将直接影响生态系统的结构和功能，而在人工草地生态系统中表现尤其突出。每一种群都处在一定的生态位或生态场。生态位：一个种群在生态系统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。基本生态位现实生态位营养生态位最小环境生态场：是种群在生态系统中的具体位置。比如在一丛灌木林下生长的牧草，就处在灌木林所产生的生态场中，在一个系统中没有两个种可以永久地同时占据完成相同的生态位，但可以具有互相重叠的生态场或生态位，此时即表示出竞争与互作。种群不断波动。由于受环境因素的影响和种群之间的作用，使种群的数量和结构经常发生变化。比如羊草草原中，羊草种群在自然状态下每平方米内可在300-500之间波动。羊草草原中羊草与大针茅两种群表现有一定的互补关系。丰水年羊草种群下降而大针茅种群增加，相反则羊草种群增加，有人称其为不同种群对环境变化的补偿机制。在一定环境中能量的固定，对任何生态系统来说都是有极限的。因为太阳能的生物有效波长是有限的。这就是说你不可能无限制的提高草地生产力，但目前，太阳能的利用率很低，草地生产力在人们可想象的幅度内仍有巨大潜力。生态系统有其历史阶段。每一个生态系统受人类活动的影响，再加上其它生态系统和其内部组分的作用，处于动态变化之中，这种变化的长期过程就构成生态系统的历史。例如：日本的草地生态系统就处于早期阶段，而其最后可能变为林地生态系统。第二节草地生态系统的基本特征（一）草地生态系统的定义草地生态系统是地球生物圈主要陆地生态系统之一，它是在一定的非生物环境中形成的有一定结构的，以草本植物为主或一定乔木或灌丛存在，有家畜或野生动物生存，以收获饲用植物和动物及动物产品为主要生产方式的一种生态系统。（二）草地生态系统的基本特征①有一定的生存环境；②有一定的界面；③有一定的空间；④有一定的时间阶段；⑤有一定的组分；⑥有一定的组合单元；⑦有一定能量、元素、信息流程，亦即系统的“序”；⑧有外延趋势；⑨有一定的生产格局；⑩有生产潜势。①有一定的生存环境包括大气、土地等非生物环境和生产水平、管理水平、文化水平等社会环境。非生物环境影响草地类型，社会环境影响生产手段与开发水平。②有一定的界面草地生态系统如其它生态系统，有相对稳定的界面，生态系统的各种活动程序在此界面以内进行，越出界面生态系统的特征顿失。③有一定的空间草地生态系统是占有空间的实体，在同一空间内，不能同时容纳两个以上的性质相同的系统。④有一定的时间阶段草地生态系统既是有生命的实体，必然有其发生学的阶段特征。生态系统本身有成熟程度的不同，幼龄阶段活力充沛，可能获得较多产品，而老龄阶段则相反。社会因素则导致开发水平的不同。⑤有一定的组分通常含有植物、动物，微生物等生物学组分，这是生态系统的核心；大气、土地、位点等非生物学组分，还有生产水平，科技水平，生活水平等社会组分。组分优化组合和科学管理是获得稳产丰产的关键。⑥有一定的组合单元草地生态系统可以分解为若干单元。如草地生态系统可以分为植物生产系统和动物生产系统；植物生产系统之内，可以分为人工草地系统和天然草地系统等；在动物生产系统之内又可以包含草地-牛系统，草地-羊系统等。⑦有一定能量、元素、信息流程，亦即系统的“序”序是生态系统结构和功能的集中体现。良好的序体现良好的功能和生产水平；序的紊乱必然导致生态系统的功能紊乱甚至使生态系统崩溃。⑧有外延趋势草地生态系统内部能量积累到一定限度，就产生外接键。它具有外向与其它生态系统结合的趋势，从而为系统藕合创造机遇。这是由系统的开放性发展而来的外向延伸性，可能发生跨区域的、国际的、甚至洲际的系统间的能量与元素的交换，亦即产品交换。⑨有一定的生产格局作为农业化的草地生态系统即人工草地，其能量流动、元素循环、信息流程、外延通路和单元组合，形成它的生产格局。⑩有生产潜势生态系统约生产力在一定阶段是有限度的，但生态系统本身处于不断发展运动之中，社会的生产水平、科技水平也处于不断发展之中，因而它可能不断形成新的生产潜力。（一）草地生态系统的结构由生存环境、生产者、消费者和分解者构成。温带草地生态系统（二）草地生态系统的功能①开放的功能任何生态系统必需从日光能取得能量，从土壤中取得无机元素，同时又有产品输出于系统之外，才能维持其生命永续存在，因而都是开放的，这也是人类可以对生态系统施加影响的依据，使它具有社会需要的生产特性。②适应的功能生态系统内部及外部的条件处于不断变化之中。草地生态系统以饲用植物和食草动物为主体的生物群落与其生存环境共同构成的开放生态系统。③排序的功能任何生态系统都是由能流、物流、信息流等流程网络构成的，系统内各组分之间保持一定的层次及结构模式，从而保证在运动过程中有一定的、具有不可逆转的能流和元素流的流程网络。流程网络就是序的体现。序（流程网络）的相对稳定和特色，使得生态系统是可以辨识的客观实体。它体现为系统的严整结构、因果关系、运行的可重复性。如因某种原因，生态系统丧失排序的功能，陷于无序状态，该生态系统就解体而不复存在。④反馈的功能系统在生存和运动中所制造的后果，可反作用于自身，通过信息网络对全系统的各个部分发生不同程度的影响。系统的自我监测所提供的常规监测、对信息的系统整理及正确解译机制，从本质上说，就是对于生态系统本身反馈信息的捕捉和处理，是健全的反馈系统必要内涵。当反馈功能失灵时，将使系统适应性降低，系统陷于僵化，趋向衰老以至死亡。草地生态系统的农业化，在农业生态系统中有举足轻重的作用。由草地直接或间接产出的产值，现代化程度较高的地区一般不少于农业总产值的50%。