草地植物群落与草地生态系统

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1、1,第三节 草地植物群落与演替,2,占据一定地段，由一定种类组成，具有一定结 构、外貌特征的植物同住组合，植物与植物，植 物与环境之间有一定的相互联系，在类似的生态 环境中可以重复出现。,一、概念,3,二、植物群落的形成,植物群落的形成先是从原来没有植物生长 的芜原或裸地上开始的。,4,1.芜原 原生芜原： 从来都没有过植被，基质中不含植物残体或者原来有过被彻底消灭了的地段，由山崩、冰川、海底抬升、火山爆发等原因造成。 次生芜原： 消灭了植被之后发生的裸露地段，保留着植被破坏前植物的某些残体（种子、根茎等），保留着原来土壤中的微生物，保留着对基质影响的一切痕迹。由火灾、旱灾、水灾、以及人类活动

2、如开垦、过牧、定植、伐林。,5,2.定居： 先锋植物的繁殖体经过迁移、传播进入芜原，经历发芽、出苗、生长定植的一系列过程。,6,非生物环境选择 进入芜原的先锋植物要经历环境对其的选 择，这种环境为非生物环境。 在这一阶段，选择是不严格的，仅取决于 植物对非生物环境的适应程度。先锋植物 中一部分幼苗期死亡，部分不能开花，另 一部分不能正常繁殖。,7,群落环境选择 随着这些植物的繁殖，植物之间发生了相互关系，同时也使环境因素发生了变化，由原来非生物环境转变为生物环境（群落环境），开始了生物环境对植物的选择。 一方面植物创造了群落环境，另一方面组成了群落的成员，它们的生存和繁殖都要适应群落环境，反之

3、会被淘汰。这种生物环境的综合选择，比非生物环境选择要严格得多。,8,适应于裸地的先锋植物一般对自己创造的 群落是不甚适应的，但是群落环境往往 对那些原来不能生存在未经改造的裸地条 件下的一系列植物是格外适应的。 经过群落环境的选择最后形成相对稳定的 植物群落。,9,（一）植物群落的种类组成 稳定的植物群落常有一定的种类成分，这 些种类的个体数目，占据空间各不相同， 因而在形成的生存环境中起的作用也不 同。植物生态学中通常根据植物在群落中 的地位和作用分为不同种类。,三、植物群落的特征,10,1.种类成分 建群种：群落的建造者，在形成群落基本特征和群落环境中起决定的作用，但个体数量上不一定很多。

4、是主要层的优势种。 优势种：植物群落中个体最多的植物种，即在数量上占优势地位的种类成分。某层中具有最多的植物个体，盖度最大的种。,11,伴生种（常见种）：群落中常见，具有一定数量的个体，同群落的优势种伴生在一起，种类较多而数量比较少。 偶见种：在群落中个体数量很少的植物种，存在是不稳定的。偶然出现。,12,2.种在群落中的数量指标 多度(Abundance)是某种植物在群落中的个体数多少。 测定多度的方法有计数法和目测法，可按Drude制分为cop3(很多)、cop2（多）、cop1（尚多）、sp（不多）、sol（少）、un（单株）六级。 密度（Density）指单位面积上的植物株数。,13,

5、频度(Frenquency)： 某种植物在群落水平分布特征中的出现率，表示种在群落中分布配置的状况（均匀与否）。 群落中某种植物出现的样方的百分率。 记名样方。,14,15,盖度（Coverage）： 某种植物枝叶遮盖地面的面积，表明植物的大 小和所占空间的大小，可分为种盖度、层盖 度、总盖度（群落盖度）、基盖度。,16,17,测定方法： 目测法、样方方格法、点测法、线测法,18,高度（Height）： 某种植物垂直方向的自然高度，可分 为叶层高、平均高度、生殖枝高。,19,20,重量（Weight）： 某种植物在单位面积上的生物量，包括地 上和地下部分，草原植物群落指地上部分 的产量。,21

6、,22,（二）植物群落的结构 1.垂直结构 成层现象： 群落中高度不同的植物排列成不同的层次，在温带森林地区可分为乔木层、灌木层、草本层、苔藓地衣层。,23,24,成层现象还表现在地 下部，由于根系分布 深度不同而构成。草 甸或草原植物根系可 分为三层。,25,2.水平结构 植物群落的镶嵌性 由于小地形造成局部环境的差异从而使群落结构的复杂化。 群落复合体 由于环境条件有规律的交替变化，而使得两个或两个以上的不同类型的独立群体多次的同样有规律地重复交替分布所组成的植被。,26,不同的群落在同一空间上的替代现象称为 群落演替。,三、植物群落的演替,27,植物群落的变化和发展反映了群落内部植物间的

7、内在矛盾，同时植物群落与外界环境之间也存在着互相影响、制约的矛盾关系。 这种群落内在的矛盾以及和外界环境的相互矛盾，反映在群落的变化和发展过程中。,28,内因演替： 群落植物环境或“群落环境”发生变化而引 起群落间的替换。 如草原的“生草化过程”： 根茎疏丛密丛的演替需15-20年。,29,外因演替： 外界因素引起植物群落的演替。,30,草甸草原放牧演替： 羊草群落,羊草 贝加尔针茅,31,羊草 贝加尔针茅,草甸草原放牧演替： 羊草群落,32,草甸草原放牧演替： 羊草群落,羊草 贝加尔针茅,33,草原撂荒演替： 开垦不当被迫弃耕，撂荒地上植被恢复生长的过 程。,34,针茅杂类草群落撂荒地,杂草

8、阶段：第1-2年，一、二年生植物、黄蒿占 优势，其它如灰菜、苍耳、狗尾草、虎尾草 根茎禾草阶段：第3-4年，草原植物开始侵入， 杂草逐渐减少或消失，土壤比较疏松，适于根茎 禾草生长。主要种有羊草、狼尾草、野古草、 大油芒。,35,丛生禾草阶段：七八年后，土壤变坚实，丛生草 在群落中愈来愈多，最后成为优势种。常见的有 针茅、隐子草、羊草等，这时植被开始恢复到原 来的面貌。 相对稳定阶段：十年之后，草原杂草及小灌木侵 入草群，占据丛生禾草的丛间空隙。这时出现针 茅草原原有的状态。,36,一、草地生态系统 在一定草地空间范围内共同生存于其中的所 有生物（即生物群落）与其环境之间不断进行着 物质循环、

9、能量流动和信息传递的综合自然整体。,进一步说明： 生物与环境之间是长期互相影响，而不是孤立存在的，经过充分适应而形成的具有生态功能的自然综合总体。,第四节 草地生态系统与环境保护,37,二、草地生态系统的组成,由生物因素和非生物因素组成 生物因素包括：动物、植物和微生物。 非生物因素包括：土壤、无机盐类、水、 CO2、太阳能、岩石、N、O等。,38,从草地生态系统的营养特性来讲，草地生态系统 可分为生产者、消费者、分解者和环境四个部分。 非生物环境：属于无生命的物质，构成无机环境。 生产者：指自养生物，能以简单的无机物制造复杂的有机物质。主要是牧草，也包括一些光合细菌。,39,消费者： 属于异

10、养生物，不能直接利用无机物制造有机物，而 是直接或间接依赖于生产者制造的有机物质为其生存 的营养来源。,40,分解者： 异养微生物，细菌、霉菌、放线菌和一些小型土壤动物 （蚯蚓、线虫等）。 其作用与生产者相反，把动植物体复杂有机物分解，释 放能量并提供生产者可以重新利用的简单无机化合物。 具有非常重要的作用。若没有它们。动植物的尸体就会 堆积成灾，物质停止循环，生态系统将毁灭。,41,生物生产是指把太阳能、土壤中的水和无机盐类、空气 中的CO2相结合形成有机物质和植物能，再经动物（主 要是家畜）的生命活动转化为动物产品、动物有机体和 动物能的过程。 生物生产是草地生态系统的功能之一，而且经历两

11、个生 产过程，生态学中称之为第一性生产和第二性生产。,三、草地生态系统的功能生物生产,42,（一）第一性生产,是指草地绿色植物通过光合作用，将太阳 能从物理能转化为化学能加以固定，并以 此为能源将水和CO2合成碳水化合物，进 行有机物质生产的过程。 第一性生产提供消费者和分解者以物质和 能量，是生态系统中物质循环和能量流动 的基础。,43,第一性生产的生产力：指单位面积草地在单位时间内（通常以年或日计算）生产的有机物质的量，又分为总生产力和净生产力。 太阳辐射到草地上能量的0.13%可被吸收，农业措施如改良品种、改善草群结构、田间管理（施肥、灌溉）可提高第一性净生产力。,44,草地生态系统中的

12、异养生物利用第一性生产 的产品形成动物和动物产品（统称动物有机 物质）的过程。,（二）第二性生产,45,第二性生产力：指一定时期内单位面积草地上第二性生产者（或生产者个体）利用第一性产品形成动物物质（包括动物本身及其产品）的能力。,46,主要功能是使物质在生物与无机环境之间， 不停顿地反复循环，同时并使能量沿单向不 断流动，通过信息传递调节生态系统的动态 平衡。,四、草地生态系统的功能 能量流动、物质循环和信息传递,47,草地上的生物从环境中获得物质，再被 其他生物重复利用，最后复归于环境。,（一）物质循环,48,49,水循环：构成生物地球化学循环和生态系统功能的基础。 气态循环：将大气和海洋

13、联接起来，具有明显的全球性循环性质，以O2、CO2、和N2为代表，以及水蒸汽、Cl、Br和F等。 沉积循环：与大气无关，非全球性的不显著的缓慢循环，以P、S、I循环为代表。,50,51,52,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或各组分间的运动 与转移是一种连续的动态过程，形成能 量流动（能流）。,（二）能量流动,53,能量流动是一个单向的运动过程，能流一旦通 过有机体，其流动方向就不能逆转，成为单程 流，而且能量数量逐级锐减，能流越来越细， 直到以废热形式全部散失为止。 鉴于能量进入草地生态系统通过固定、流动和 最后返回环境，而草地生态系统正常运转，该 系统必须接受源源不断

14、的能量。,54,55,能量流动的渠道： 草地生态系统中能量流动的渠道是食物链 和食物网。,56,食物链： 生物之间通过采食与被采食，捕食与被 捕食而相互结成的一个食物链条关系。 食物链上的每一个环节叫做营养级。,食物网： 草地生态系统中由许多长短不等的食物链相互交织在一起，构成复杂的网状结构。,57,牧 草,蝗 虫,蛙,蛇,鹰,共五个营养等级,58,食物链 = 病毒链 SARS H5N1 疯牛病 口蹄疫 农药 激素 ,59,能量流动的生态效率： 指能流在草地生态系统各营养级之间的传递比率。 能量沿着食物链逐级向上传递，每传递一个营养级，就要消耗大量的能量，用以维持生物的呼吸和新陈代谢活动。可见

15、能量是随流动级数的增加而减少。在两个营养级之间生态效率一般约以10的比例进行能量的传递。 由 Lindemen 提出的十分之一定律。,60,在 Minnesota Codar Bog 湖中初级总生产力、草食类和肉食类总生产力三个营养级上能量的分配。,61,能量流动的金字塔现象： 通过能量流动规律可以看到，草地生态系统种食物链的加长不是无限的，营养级通常只有45级。当能量沿食物链营养级逐渐流动时，后一营养级的生命有机体因不能全部利用前一营养级贮藏的能量，故总有一部分能量未被利用。 这样能量流动每经一个营养级，能流都要减少，如果把通过各营养级的能流按前后顺序绘制成图，就成为一个金字塔形，成为能量金

16、字塔。,62,809,37,10.7,1.5,顶部肉食动物,肉食动物,草食动物,生产者,4.6,还原者,生物量金字塔（g/m2）,63,信息传递有协调草地生态系统一个组分内各 成员以及各组分之间的联系，使之共同进行 功能运转，起着把生态系统各组分联成一个 整体的作用。 信息流主要由物理信息、化学信息、营养信 息和行为习性组成。,（三）信息传递,64,物理信息： 光、声音、温度、湿度和颜色等均属于草地生态系统的物理信息。 物理信息起着组分内和组分间的各种行为的调节作用。鸟鸣、蛙鸣、碟飞、花色等有吸引异性、种间识别、威吓和警告等限制生命有机体行为的作用。如光强、温度、湿度、日照等物理信息都对生物生存施加影响。,65,化学信息： 生物化学代谢产生的物质如酶、维生素、生长素、抗菌素和性刺激素均可为传递信息的化学物质。 化学信息数量很少，但作为传递的信息，对生物种间 和种内关系都有深刻的影响，有的相互克制，有的互 惠，有的相互排斥。例如：植物的向光性。,66,营养信息： 食物和养分也是一种信息。草地生态系统中的田鼠是老鹰的食物，田鼠便是老