草地植物群落與草地生態(tài)系統(tǒng).ppt

1、第三節(jié) 草地植物群落與演替1占據(jù)一定地段，由一定種類組成，具有一定結(jié)構(gòu)、外貌特征的植物同住組合，植物與植物，植物與環(huán)境之間有一定的相互聯(lián)系，在類似的生態(tài)環(huán)境中可以重復(fù)出現(xiàn)。一、概念2二、植物群落的形成植物群落的形成先是從原來沒有植物生長(zhǎng)的蕪原或裸地上開始的。 31.蕪原原生蕪原：從來都沒有過植被，基質(zhì)中不含植物殘?bào)w或者原來有過被徹底消滅了的地段，由山崩、冰川、海底抬升、火山爆發(fā)等原因造成。次生蕪原：消滅了植被之后發(fā)生的裸露地段，保留著植被破壞前植物的某些殘?bào)w（種子、根莖等），保留著原來土壤中的微生物，保留著對(duì)基質(zhì)影響的一切痕跡。由火災(zāi)、旱災(zāi)、水災(zāi)、以及人類活動(dòng)如開墾、過牧、定植、伐林。42.定

2、居：先鋒植物的繁殖體經(jīng)過遷移、傳播進(jìn)入蕪原，經(jīng)歷發(fā)芽、出苗、生長(zhǎng)定植的一系列過程。5非生物環(huán)境選擇進(jìn)入蕪原的先鋒植物要經(jīng)歷環(huán)境對(duì)其的選擇，這種環(huán)境為非生物環(huán)境。在這一階段，選擇是不嚴(yán)格的，僅取決于植物對(duì)非生物環(huán)境的適應(yīng)程度。先鋒植物中一部分幼苗期死亡，部分不能開花，另一部分不能正常繁殖。6群落環(huán)境選擇隨著這些植物的繁殖，植物之間發(fā)生了相互關(guān)系，同時(shí)也使環(huán)境因素發(fā)生了變化，由原來非生物環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯锃h(huán)境（群落環(huán)境），開始了生物環(huán)境對(duì)植物的選擇。一方面植物創(chuàng)造了群落環(huán)境，另一方面組成了群落的成員，它們的生存和繁殖都要適應(yīng)群落環(huán)境，反之會(huì)被淘汰。這種生物環(huán)境的綜合選擇，比非生物環(huán)境選擇要嚴(yán)格得多。7

3、適應(yīng)于裸地的先鋒植物一般對(duì)自己創(chuàng)造的群落是不甚適應(yīng)的，但是群落環(huán)境往往對(duì)那些原來不能生存在未經(jīng)改造的裸地條件下的一系列植物是格外適應(yīng)的。經(jīng)過群落環(huán)境的選擇最后形成相對(duì)穩(wěn)定的植物群落。8（一）植物群落的種類組成 穩(wěn)定的植物群落常有一定的種類成分，這些種類的個(gè)體數(shù)目，占據(jù)空間各不相同，因而在形成的生存環(huán)境中起的作用也不同。植物生態(tài)學(xué)中通常根據(jù)植物在群落中的地位和作用分為不同種類。三、植物群落的特征91.種類成分建群種：群落的建造者，在形成群落基本特征和群落環(huán)境中起決定的作用，但個(gè)體數(shù)量上不一定很多。是主要層的優(yōu)勢(shì)種。優(yōu)勢(shì)種：植物群落中個(gè)體最多的植物種，即在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)地位的種類成分。某層中具有最多

4、的植物個(gè)體，蓋度最大的種。10伴生種（常見種）：群落中常見，具有一定數(shù)量的個(gè)體，同群落的優(yōu)勢(shì)種伴生在一起，種類較多而數(shù)量比較少。偶見種：在群落中個(gè)體數(shù)量很少的植物種，存在是不穩(wěn)定的。偶然出現(xiàn)。112.種在群落中的數(shù)量指標(biāo)多度(Abundance)是某種植物在群落中的個(gè)體數(shù)多少。測(cè)定多度的方法有計(jì)數(shù)法和目測(cè)法，可按Drude制分為cop3(很多)、cop2（多）、cop1（尚多）、sp（不多）、sol（少）、un（單株）六級(jí)。密度（Density）指單位面積上的植物株數(shù)。12頻度(Frenquency)： 某種植物在群落水平分布特征中的出現(xiàn)率，表示種在群落中分布配置的狀況（均勻與否）。群落中某種

5、植物出現(xiàn)的樣方的百分率。 記名樣方。1314蓋度（Coverage）：某種植物枝葉遮蓋地面的面積，表明植物的大小和所占空間的大小，可分為種蓋度、層蓋度、總蓋度（群落蓋度）、基蓋度。1516測(cè)定方法：目測(cè)法、樣方方格法、點(diǎn)測(cè)法、線測(cè)法17高度（Height）：某種植物垂直方向的自然高度，可分為葉層高、平均高度、生殖枝高。1819重量（Weight）：某種植物在單位面積上的生物量，包括地上和地下部分，草原植物群落指地上部分的產(chǎn)量。2021（二）植物群落的結(jié)構(gòu)1.垂直結(jié)構(gòu) 成層現(xiàn)象： 群落中高度不同的植物排列成不同的層次，在溫帶森林地區(qū)可分為喬木層、灌木層、草本層、苔蘚地衣層。 2223成層現(xiàn)象還表

6、現(xiàn)在地下部，由于根系分布深度不同而構(gòu)成。草甸或草原植物根系可分為三層。 242.水平結(jié)構(gòu)植物群落的鑲嵌性 由于小地形造成局部環(huán)境的差異從而使群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。群落復(fù)合體 由于環(huán)境條件有規(guī)律的交替變化，而使得兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同類型的獨(dú)立群體多次的同樣有規(guī)律地重復(fù)交替分布所組成的植被。25不同的群落在同一空間上的替代現(xiàn)象稱為群落演替。三、植物群落的演替26植物群落的變化和發(fā)展反映了群落內(nèi)部植物間的內(nèi)在矛盾，同時(shí)植物群落與外界環(huán)境之間也存在著互相影響、制約的矛盾關(guān)系。這種群落內(nèi)在的矛盾以及和外界環(huán)境的相互矛盾，反映在群落的變化和發(fā)展過程中。27內(nèi)因演替：群落植物環(huán)境或“群落環(huán)境”發(fā)生變化而引起群落

7、間的替換。如草原的“生草化過程”：根莖疏叢密叢的演替需15-20年。28外因演替：外界因素引起植物群落的演替。29草甸草原放牧演替：羊草群落羊草貝加爾針茅貝加爾針茅糙隱子草羊草30羊草貝加爾針茅貝加爾針茅糙隱子草羊草糙隱子草貝加爾針茅羊草寸草苔糙隱子草貝加爾針茅草甸草原放牧演替：羊草群落31草甸草原放牧演替：羊草群落羊草貝加爾針茅寸草苔糙隱子草貝加爾針茅糙隱子草貝加爾針茅羊草貝加爾針茅糙隱子草羊草一、二年生植物裸地32草原撂荒演替：開墾不當(dāng)被迫棄耕，撂荒地上植被恢復(fù)生長(zhǎng)的過程。33針茅雜類草群落撂荒地雜草階段：第1-2年，一、二年生植物、黃蒿占優(yōu)勢(shì)，其它如灰菜、蒼耳、狗尾草、虎尾草根莖禾草階段

8、：第3-4年，草原植物開始侵入，雜草逐漸減少或消失，土壤比較疏松，適于根莖禾草生長(zhǎng)。主要種有羊草、狼尾草、野古草、大油芒。34叢生禾草階段：七八年后，土壤變堅(jiān)實(shí)，叢生草在群落中愈來愈多，最后成為優(yōu)勢(shì)種。常見的有針茅、隱子草、羊草等，這時(shí)植被開始恢復(fù)到原來的面貌。相對(duì)穩(wěn)定階段：十年之后，草原雜草及小灌木侵入草群，占據(jù)叢生禾草的叢間空隙。這時(shí)出現(xiàn)針茅草原原有的狀態(tài)。35一、草地生態(tài)系統(tǒng) 在一定草地空間范圍內(nèi)共同生存于其中的所有生物（即生物群落）與其環(huán)境之間不斷進(jìn)行著物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞的綜合自然整體。進(jìn)一步說明：生物與環(huán)境之間是長(zhǎng)期互相影響，而不是孤立存在的，經(jīng)過充分適應(yīng)而形成的具有生態(tài)功

9、能的自然綜合總體。第四節(jié) 草地生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)36二、草地生態(tài)系統(tǒng)的組成由生物因素和非生物因素組成 生物因素包括：動(dòng)物、植物和微生物。非生物因素包括：土壤、無機(jī)鹽類、水、CO2、太陽(yáng)能、巖石、N、O等。37從草地生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)特性來講，草地生態(tài)系統(tǒng)可分為生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和環(huán)境四個(gè)部分。非生物環(huán)境：屬于無生命的物質(zhì)，構(gòu)成無機(jī)環(huán)境。生產(chǎn)者：指自養(yǎng)生物，能以簡(jiǎn)單的無機(jī)物制造復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)。主要是牧草，也包括一些光合細(xì)菌。 38消費(fèi)者：屬于異養(yǎng)生物，不能直接利用無機(jī)物制造有機(jī)物，而是直接或間接依賴于生產(chǎn)者制造的有機(jī)物質(zhì)為其生存的營(yíng)養(yǎng)來源。 39分解者：異養(yǎng)微生物，細(xì)菌、霉菌、放線菌和一些小型土

10、壤動(dòng)物（蚯蚓、線蟲等）。其作用與生產(chǎn)者相反，把動(dòng)植物體復(fù)雜有機(jī)物分解，釋放能量并提供生產(chǎn)者可以重新利用的簡(jiǎn)單無機(jī)化合物。具有非常重要的作用。若沒有它們。動(dòng)植物的尸體就會(huì)堆積成災(zāi)，物質(zhì)停止循環(huán)，生態(tài)系統(tǒng)將毀滅。40生物生產(chǎn)是指把太陽(yáng)能、土壤中的水和無機(jī)鹽類、空氣中的CO2相結(jié)合形成有機(jī)物質(zhì)和植物能，再經(jīng)動(dòng)物（主要是家畜）的生命活動(dòng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)物產(chǎn)品、動(dòng)物有機(jī)體和動(dòng)物能的過程。生物生產(chǎn)是草地生態(tài)系統(tǒng)的功能之一，而且經(jīng)歷兩個(gè)生產(chǎn)過程，生態(tài)學(xué)中稱之為第一性生產(chǎn)和第二性生產(chǎn)。三、草地生態(tài)系統(tǒng)的功能生物生產(chǎn)41（一）第一性生產(chǎn) 是指草地綠色植物通過光合作用，將太陽(yáng)能從物理能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能加以固定，并以此為能源將

11、水和CO2合成碳水化合物，進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)的過程。第一性生產(chǎn)提供消費(fèi)者和分解者以物質(zhì)和能量，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的基礎(chǔ)。42第一性生產(chǎn)的生產(chǎn)力：指單位面積草地在單位時(shí)間內(nèi)（通常以年或日計(jì)算）生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)的量，又分為總生產(chǎn)力和凈生產(chǎn)力。 太陽(yáng)輻射到草地上能量的0.13%可被吸收，農(nóng)業(yè)措施如改良品種、改善草群結(jié)構(gòu)、田間管理（施肥、灌溉）可提高第一性凈生產(chǎn)力。43草地生態(tài)系統(tǒng)中的異養(yǎng)生物利用第一性生產(chǎn)的產(chǎn)品形成動(dòng)物和動(dòng)物產(chǎn)品（統(tǒng)稱動(dòng)物有機(jī)物質(zhì)）的過程。 （二）第二性生產(chǎn) 44第二性生產(chǎn)力：指一定時(shí)期內(nèi)單位面積草地上第二性生產(chǎn)者（或生產(chǎn)者個(gè)體）利用第一性產(chǎn)品形成動(dòng)物物質(zhì)（包括動(dòng)物本身及其產(chǎn)

12、品）的能力。45主要功能是使物質(zhì)在生物與無機(jī)環(huán)境之間，不停頓地反復(fù)循環(huán)，同時(shí)并使能量沿單向不斷流動(dòng)，通過信息傳遞調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。 四、草地生態(tài)系統(tǒng)的功能 能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞46草地上的生物從環(huán)境中獲得物質(zhì)，再被其他生物重復(fù)利用，最后復(fù)歸于環(huán)境。 （一）物質(zhì)循環(huán) 4748水循環(huán)：構(gòu)成生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。氣態(tài)循環(huán)：將大氣和海洋聯(lián)接起來，具有明顯的全球性循環(huán)性質(zhì)，以O(shè)2、CO2、和N2為代表，以及水蒸汽、Cl、Br和F等。沉積循環(huán)：與大氣無關(guān)，非全球性的不顯著的緩慢循環(huán)，以P、S、I循環(huán)為代表。495051在特定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)，能量在草地生態(tài)系統(tǒng)各組分內(nèi)或各組

13、分間的運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)移是一種連續(xù)的動(dòng)態(tài)過程，形成能量流動(dòng)（能流）。 （二）能量流動(dòng) 52能量流動(dòng)是一個(gè)單向的運(yùn)動(dòng)過程，能流一旦通過有機(jī)體，其流動(dòng)方向就不能逆轉(zhuǎn)，成為單程流，而且能量數(shù)量逐級(jí)銳減，能流越來越細(xì)，直到以廢熱形式全部散失為止。鑒于能量進(jìn)入草地生態(tài)系統(tǒng)通過固定、流動(dòng)和最后返回環(huán)境，而草地生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)必須接受源源不斷的能量。5354能量流動(dòng)的渠道：草地生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的渠道是食物鏈和食物網(wǎng)。 55食物鏈： 生物之間通過采食與被采食，捕食與被 捕食而相互結(jié)成的一個(gè)食物鏈條關(guān)系。 食物鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)叫做營(yíng)養(yǎng)級(jí)。食物網(wǎng)： 草地生態(tài)系統(tǒng)中由許多長(zhǎng)短不等的食物鏈相互交織在一起，構(gòu)成復(fù)雜的

14、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。56牧 草蝗 蟲蛙蛇鷹共五個(gè)營(yíng)養(yǎng)等級(jí)57食物鏈 = 病毒鏈 SARS H5N1 瘋牛病 口蹄疫 農(nóng)藥 激素58能量流動(dòng)的生態(tài)效率： 指能流在草地生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞比率。 能量沿著食物鏈逐級(jí)向上傳遞，每傳遞一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，就要消耗大量的能量，用以維持生物的呼吸和新陳代謝活動(dòng)?？梢娔芰渴请S流動(dòng)級(jí)數(shù)的增加而減少。在兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間生態(tài)效率一般約以10的比例進(jìn)行能量的傳遞。 由 Lindemen 提出的十分之一定律。 59在 Minnesota Codar Bog 湖中初級(jí)總生產(chǎn)力、草食類和肉食類總生產(chǎn)力三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)上能量的分配。60能量流動(dòng)的金字塔現(xiàn)象： 通過能量流動(dòng)規(guī)律可以看到，草地生態(tài)

15、系統(tǒng)種食物鏈的加長(zhǎng)不是無限的，營(yíng)養(yǎng)級(jí)通常只有45級(jí)。當(dāng)能量沿食物鏈營(yíng)養(yǎng)級(jí)逐漸流動(dòng)時(shí)，后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生命有機(jī)體因不能全部利用前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)貯藏的能量，故總有一部分能量未被利用。 這樣能量流動(dòng)每經(jīng)一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，能流都要減少，如果把通過各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能流按前后順序繪制成圖，就成為一個(gè)金字塔形，成為能量金字塔。61 8093710.71.5頂部肉食動(dòng)物肉食動(dòng)物草食動(dòng)物生產(chǎn)者4.6還原者生物量金字塔（g/m2）62信息傳遞有協(xié)調(diào)草地生態(tài)系統(tǒng)一個(gè)組分內(nèi)各成員以及各組分之間的聯(lián)系，使之共同進(jìn)行功能運(yùn)轉(zhuǎn)，起著把生態(tài)系統(tǒng)各組分聯(lián)成一個(gè)整體的作用。信息流主要由物理信息、化學(xué)信息、營(yíng)養(yǎng)信息和行為習(xí)性組成。（三）信息傳遞 63物

16、理信息： 光、聲音、溫度、濕度和顏色等均屬于草地生態(tài)系統(tǒng)的物理信息。物理信息起著組分內(nèi)和組分間的各種行為的調(diào)節(jié)作用。鳥鳴、蛙鳴、碟飛、花色等有吸引異性、種間識(shí)別、威嚇和警告等限制生命有機(jī)體行為的作用。如光強(qiáng)、溫度、濕度、日照等物理信息都對(duì)生物生存施加影響。64化學(xué)信息： 生物化學(xué)代謝產(chǎn)生的物質(zhì)如酶、維生素、生長(zhǎng)素、抗菌素和性刺激素均可為傳遞信息的化學(xué)物質(zhì)?；瘜W(xué)信息數(shù)量很少，但作為傳遞的信息，對(duì)生物種間和種內(nèi)關(guān)系都有深刻的影響，有的相互克制，有的互惠，有的相互排斥。例如：植物的向光性。65營(yíng)養(yǎng)信息： 食物和養(yǎng)分也是一種信息。草地生態(tài)系統(tǒng)中的田鼠是老鷹的食物，田鼠便是老鷹的食物信息。田鼠多的地區(qū)老

17、鷹也多，田鼠少時(shí)饑餓的老鷹就遷移到其它有田鼠或別的食物的地方去覓食。 66行為信息： 草地的生物間表現(xiàn)出來的行為反應(yīng)，可能是識(shí)別、威嚇或挑戰(zhàn)的信號(hào)。67指草地生態(tài)系統(tǒng)中生物系統(tǒng)的相對(duì)平衡，是把生物間的相互關(guān)系與物理的化學(xué)的環(huán)境條件，通過能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)以及信息傳遞等過程聯(lián)系起來的一個(gè)整體。一個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)是其結(jié)構(gòu)和功能相互依存相互制約的統(tǒng)一體。四、草地平衡68調(diào)節(jié)能力與其成分的多樣性、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)途徑的復(fù)雜性密切相關(guān)。任何一個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)都具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)平衡。69如果一個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)成分多樣，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)途徑復(fù)雜，較易保持穩(wěn)定，因?yàn)橄到y(tǒng)的一部分發(fā)生機(jī)能障礙，可以被不同部分的調(diào)節(jié)所補(bǔ)償。生態(tài)系統(tǒng)有一定的調(diào)節(jié)能力，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)某一環(huán)節(jié)，在允許限度內(nèi)，若有變化整個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，維護(hù)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，受到輕度破壞后可以自我恢復(fù)。鷹蛇蝗蟲蛙牧草兔子鼠70草地生態(tài)系統(tǒng)在進(jìn)化過程中，依靠生物和非生物環(huán)境的相互作用，自動(dòng)逼近生態(tài)平衡狀態(tài)。人工建造的草地生態(tài)系統(tǒng)，組分簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)單一，自我調(diào)節(jié)能力較差，對(duì)劇烈的干擾如干旱、低溫等反映敏感，生態(tài)平衡通常很脆弱，容易遭到破壞。反之一個(gè)成熟的天然草地生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性指數(shù)較高，食物鏈較復(fù)雜，能流