第四章草地生态与草地生态系统管理

第四章草地生态与草地生态系统管理四川师范大学生命科学学院宗浩第一章草地生态系统概论•第一节草地生态系统的基本概念和特征•一、草地生态系统的定义（一）系统：是由相互联系相互作用的事物所构成，并具有一定功能的集合体。（二）系统的特征：1.系统是由若干组分构成；2.各组分相互联系、相互作用；3.系统的组分以整体的形式共同完成一定的功能（三）草地生态系统的概念：草地生态系统：（Grasslandecosystem）是在一定草地空间范围内共同生存于其中的所有生物与其环境之间不断进行着物质循环、能量流转和信息传递的综合自然整体。•二、草地生态系统的组分和基本结构（一）组分：1.非生物因素：非生物环境：基质、参加循环的物质2.生物因素：•生产者（producers）：绿色植物，属于自养生物（autotrophs）；•消费者（consumers）：动物，属于异养生物（heterotrophs）；•分解者（decomposers）：微生物，属于异养生物。（二）组分相互之间的关系两个过程：第一性生产（primaryproduction），生产者的生产过程；第二性生产：消费者的再生产过程；分解者的分解过程也非常重要，是生态系统的重要功能。二、草地生态学的性质和内容（一）性质：•草地生态学是生态学的分支学科，属于应用生态学范畴；•它以生物学、地学和普通生态学为基础；•与农业生态学和景观生态学相联系和渗透；•为草地畜牧业及自然资源的管理和环境保护提供草地生态学的基础理论和相应的技术。三、草地生态学的发展历史（一）国外：•60年代以前：草地管理、利用•20世纪60年以来，生态学、系统学的发展孕育了草地生态学的诞生。•1962年，和Humphrey编写《rangeecology》；1971，spedding编写的《grasslandecology》•80年代以来，草地生态学迅速发展，进行了多层次的研究。•草地植物生态学、种群生态学、群落结构和动态；等等（二）国内：•70年代：从事草地管理和利用的研究。•80年代：快速发展，翻译《rangeecology》。（三）草地生态和人类发展的历史渊源：•原始社会人类对草地生态的干扰较小；•农业发展后，加大了对草地的开发利用，破坏了草地生态；•现代社会，一方面，由于人口的激增，和生活水平的提高，加大了草地破坏程度；另一方面，许多国家开展牧草育种，草地改良，建立人工草地，将自然的草地生态系统发展为高效、稳定、持续发展的人工自然混合的生态系统，即获得了很好的生态效益，又获得了经济利益。四、草地生态学的发展前景•在我国草地生态面临的问题很多，需要做的事情也很多，包括草地区划、改良等，如何结合我国的国情建设我国的草地时我们需要研究的主要问题。第二节草地生态系统在自然界的地位和作用•一、生物圈的功能单位海洋、森林、草地、荒漠占地球陆地面积33%。•二、稳定陆地环境保护：南美的潘帕斯，澳大利亚草地，欧亚的斯太普，北美普列利；非洲萨王纳澳大利亚草地（三）世界草地分布：•热带草原、温带草原（欧亚（steppes）、非洲（savannahs）、北美（prairies）、南美(pampas)、澳大利亚（australia））和草甸（meadow）、次生草地（secondarygrassland）稀疏灌丛占世界面积33.5%•我国：草地占国土面积41%。•羊草为广旱生根茎禾草，由羊草作为建群种而形成的羊草草原被认为是欧亚大陆草原区东部所特有的一种草原类型。我国内蒙古东部以及东北地区，蒙古东部以及中部和俄罗斯外贝加尔地区广泛的分布羊草草原。世界草地分布图•禾本科植物是草地上主要植物种•1.调节气候涵养水分；•2.防风固沙，保持水土•3.改良土壤培肥地力•4.净化空气，美化环境——摘自《中国草地资源》三、天然生物种质资源库和物种演化场地•我国禾本科植物有225属，1200余种；莎草科有30余属，670余种；药用植物300余种第三节草地生态系统与人类的关系一、草地生态系统是人类获取动物产品和发展草地畜牧业的基地；二、草地生态系统自然保护区和人类关系（一）草地生态系统自然保护区的意义研究自然生态规律，观光旅游，合理开发自然资源。（二）草地生态系统自然保护区的类型和主要内容•1.保护具有代表性的典型生态系统：东北高草草原、高寒草原、内蒙古典型草原。•2.保护和发展特有、珍稀、濒危生物资源：丹顶鹤、黄羊，野马、野驴；•3.草地特殊自然景观的保护：湿地，黑龙江的三江湿地，扎龙湿地；（三）草地生态系统自然保护区的基本特点和要求•人类影响小，资源丰富，代表典型等（四）草地自然保护区与科学研究•探索在自然状态下的生物平衡，动植物的自然演化三、草地生态系统与运动和旅游观光•民族运动，民族风情内蒙古典型草原丹顶鹤黄羊野马黑龙江三江湿地扎龙湿地第四节草地生态系统的形成和发展推动草地形成和发展的机制是系统内、外物质的运动，特别是生命物质的运动起主导和决定性作用。•一、非生命物质运动对草地生态系统环境的影响（一）地表物质运动与草地地貌的形成和发展•1.重力作用和重力地貌•2.地表流水与水成地貌•3.风蚀与风成地貌（二）气候与草地生态系统的环境塑造不同气候带，草原明显存在差异；气候的节律性变化，会引起草地的演变。•二、生命物质运动与草地生态系统的形成和发展生物包括植物、动物、微生物，他们推动草地生态系统的形成和发展。微生物-地衣-先锋植物-适应新环境的植物种-草食动物-•三、人类活动与草地生态系统的发展与前述相似第二章草地生态系统的功能•第一节草地生态系统的能量流动在特定的时间和空间范围内，能量在草地生态系统各组分内河组分间的运动与转移是一种连续的动态过程。•一、能量流动的特点单向流动，最终耗散，能量既不能消失，也不能增加；草地生态系统是一个能量开放的系统。•二、能量流动的渠道（一）、食物链：生物之间通过采食与被采食、捕食与被捕食的食物关系，相互结成一个整体，就像一环扣一环的链条，叫食物链。•1.绿色植物是草地生态系统的生产者，是生命物质的基本来源，为第一营养级。•2.草食动物直接以植物为食，属于一级消费者，为第二营养级；•3.以草食动物为食的肉食动物是二级消费者，为第三营养级；•4.以肉食动物为食物的肉食动物是三级消费者，为第四营养级；•5.分解者为第五营养级（二）、碎屑食物链：•1.碎屑—细菌、真菌—原生动物—线虫、蚯蚓—肉食动物；•2.碎屑—线虫、蚯蚓—食肉动物。•碎屑食物链消耗第一生产力能量的56.4%。（三）、食物网•三、能量流动的过程及基本类型（一）、能量流动的通用模式•能量的总流入=未被利用的能量+同化的能量•同化的能量=代谢消耗的能量+用于生产的能量•用于生产的能量=用于生长的能量+用于贮存的能量+排泄的能量•同化率：同化的能量与总能量的比值（二）、能量流动的基本类型•1.草地生物个体能流净生产生长吸收、取食能量或者食物总生产辐射和蒸发产量呼吸作用分泌排尿排粪幼仔功腐食动物植食动物•总生产的转移途径：呼吸代谢产生乙醇、乳酸和二氧化碳；含氮化合物作为废物被排泄掉有机体完成移动负荷的功结合在还原碳中的能量进一步形成各种含能产品，即净生产。•含能产品的消失：繁殖后代、脱落物、分泌物；•同化效率的比较：植物：1%—5%；植食动物：30%—40%肉食动物：63%—80%•2.草地生物种群能流种群是草地生态系统能量流动的基本单位。种群的能量流动常常决定整个生态系统的能流密度。通常的做法是分别测定出某一具有代表性若干动物的能流，然后按年龄结构和种群密度等方面的校正和间接进行计算。•3.群落能量从能量的角度来看，不同的种群通过能量的关系而在三维空间中形成一种彼此依赖、相互作用的营养结构。•4.生态系统能流生态系统能流是指太阳辐射能被生态系统中的生产者转化为化学能并储藏在含能产品中，再通过取食关系使能量沿食物链营养级被各级消费者逐级利用，最后通过分解者的分解活动将能量释放于环境之中。•5.能量流动的金字塔现象能量金字塔：把通过各营养级的能量按顺序绘制成图，形成一个金字塔形状的图形，叫能量金字塔。•四能量流动的生态效率C-Fu=A=P+R生态效率：营养级n获得的能量/营养级n-1获得的能量摄食效率：营养级n摄食能量/营养级n-1摄食能量利用效率：营养级n同化能量/营养级n-1同化能量生产效率：营养级n生产能量/营养级n-1生产能量十分之一定律：在自然生态系统中，两个营养级之能量的传递效率平均近似10%，这是一个经验值。第二节草地生态系统的物质循环•物质循环总是处于周而复始往复循环之中。库：物质在草地生态系统中的循环，通常用库德概念历来表示，它代表摩中物质的贮存量。生物地球化学循环：生物圈水平上物质传递，即在生物圈中的生物体的物质代谢与生物圈中的化学循环连接起来，称为“生物地球化学循环”。•三种主要的循环类型：水循环、气态循环、沉积循环。•一、水循环水是生命存在的物质条件，能量和物质循环的媒介通过蒸腾作用带动物质在体内的流动•二、营养物质的循环（一）碳循环：碳的循环途径；速度；碳库容量（二）氮循环：氮的来源；循环途径（三）磷的循环：磷的来源与循环的特殊性第三节草地生态系统的信息传递•信息流主要有物理信息、化学信息、营养信息和行为信息。•一、物理信息光、声音、温度、颜色等•二、化学信息代谢物质、信息素•三、营养信息对养分的追求•四、行为信息生物钟、动作第四节草地生态平衡•一、草地生态平衡的概念草地生态平衡：是指生态系统中生物系统的相对平衡，是把生物间的相互联系与物理的、化学的环境条件，通过能量的流动和物质循环以及信息传递等过程联系起来的一个整体。系统的三种状态：增长的系统—稳定的平衡系统—衰老系统•二、草地生态系统自我调节作用于草地生态平衡的关系多样性导致稳定性•三、生态平衡的指标生态稳定性：群落忍受干扰补偿变化的能力指标一：恒定性指标二：复原性指标三：抗性指标四：弹性•四生态阈阀生态阈阀：草地生态系统虽然具有自我调整的能力，但有一定的生态范围和条件，如果干扰过大，超过了生态系统本身的调节能力的限度，草地生态平衡就会破坏，这个临界限度，称为生态阈阀。第三章草地生物群落生态学•第一节草地生物群落的基本特征生物群落：就是一定地段或生境上各种生物种群构成的结构单元。•一、生物群落是生物种群的复杂集合体：在一个稳定的生物群落中，植物的种类组成通常表现多样性、恒定的以及在季节和年度间表现一定的规律变化•二、生物群落使有机体在生态上的相互联系：组成生物群落的每个生物种，在一定程度上有其结构和功能上的独特性。但是，他们必须对由群落中其他生物中所制约的环境，做出相应的反应。•三、生物群落中各物种的区诺学作用不同：先锋种、附属种•四、生物群落是生物与其生存环境的统一体：旱生环境；湿生环境第二节草地生物群落的结构•一、草地生物群落的空间结构（一）、垂直结构：草本层（二）、水平结构（三）、均匀分布格局；团块分布格局；随机分布格局•二、生物群落的时间结构年度变化、大时间尺度的演替•三、草地生物群落交错区和边缘效应交错区：不同群落的交界区域称为群落交错区（ecotone），实际上是一个过渡地带。过渡地带有的狭，有的宽，有的变化很突然，有的则表现为逐渐地过渡，两个甚至多个群落相互交错形成镶嵌状，前者称为断裂状边缘，后者称为镶嵌状边缘。边缘效应：由于群落交错区的环境条件比较复杂，其植物的种类更加丰富多样，从而能为更多的动物提供营巢、隐蔽和摄食条件。因而在群落的交错区内，单位面积内的生物种类和种群密度较之于相邻群落有所增加，这种现象称边缘效应（edgeeffect）。•第三节草地生物群落的种间关系•一、草地生物群落种间关系的基本形式竞争作用；互利作用；偏利作用；偏害作用；寄生作用；捕食作用；中立作用•二、草地生物群落的种间竞争（一）、种间竞争类型及一般特征:资源性竞争；相互干扰性竞争（二）、种间竞争实例:克氏针茅•三、草地生物群落的种间共生与寄生–种间共生关系：豆科植物与根瘤菌–种间寄生关系：菟丝子和红三叶草•四、捕食者与被捕食者•五、生态位生态位（Ecologicalniche），又称小生境