1、草地培育学草地培育学 第二讲第二讲草地生态系统之非生物因素草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 经济学人类学社会科学社会科学野生动物管 理动动物物科科学学植植物物科科学学森 林植物生理家畜管理植 物分 类动物营养植 物生 态 环境环境 科学科学 气候学土壤学草地培育学（管理学）与其它学科的关系（引自草地培育学（管理学）与其它学科的关系（引自IERRY L. IERRY L. HOLECHEK 1990HOLECHEK 1990） 水文学草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 草地生态系统（Range ecosystem 或Grassland eco
2、system）是农业生态系统的一个亚系统。开放系统：通过能量的流动和物质的循环而联结 非生物因素 ：大气、土地等 生物因素： 动物、植物、 微生物 生产劳动因素： 人类经济活动、决策、管理 草地生态系统草地生态系统草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 第一节第一节 气候因子气候因子 气候是决定草地类型及其分布的重要因素气候是决定草地类型及其分布的重要因素草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子草原地带的降水特征:降水少，降水变率大；年降水低于450 mm时,降水变率更为显著；降水800mm，产量受降水变率影响的程度低于前者。1 1、降水、降水草地培育
3、学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子世界范围内降水分布举例：典型草原 300-400 mm阿拉善荒漠100 mm，农牧交错带北线40%强区域 400 mm美国11个州的降水 500 mm非洲:50%降水500 mm，20% 250 mm澳大利亚:70%地区,500 mm，30%的地区大于 250 mm墨西哥:74%地区 500 mm，40%250 mm南美洲: 500mm 时,决定草地生产力的主要因子可能是土壤肥力。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 植被演替受降水的驱动 森林或灌丛顶极的年降水 750 mm 典型草原 400 mm savanna 7
4、60 mm。 降水年变率随干燥度增加而增加 如甘肃河西走廊，年降水仅121 mm，蒸发则高达2800 mm，南非西北荒漠区蒸发和降水比与此接近。降水变率草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00200400600800Rainfall (mm)Cumulative probabilityMarch 15th - April 30July 15th - August 15thSeptember 7th - September 30thAnnual rainfall甘肃西峰的降水变率（甘肃西峰的降水变率（1961
5、-2002年）年）草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子降水低于正常降水75%称为干旱 。 我国北方三年一小旱,五年一大旱 美国干旱年, 西南43%, 西北13%，北部平原21%，南部平原 27%。降水分布格局有时比全年降水量更为重要。如：1979年，1980年美国新墨西哥州的降水接近，1979年降水分布在夏季, 1980年则在秋冬季哪年草地产量高哪年草地产量高 ? ?草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 1980年牧草产量比1979 年低得多。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 干旱的后果 抑制草地植物生长 美国大平原3
6、0年代罕见的干旱，在轻度和不放牧的条件下，植被恢复历时5-15年。 1951-1956年间，新墨西哥州的年降水仅是正常年份的55%，60% 黑垂穗草（black grama）( Bouteloua eriopoda）消失，腺牧豆树（honey mesquite)（Prosopis glandulosa）入侵问题:30年后，黑垂穗草种群可以恢复吗?草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子在极轻的放牧率下，仍然没有恢复。在极轻的放牧率下，仍然没有恢复。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 连续两年或两年以上降水低于平均值时,植被受其影响远远大于低正常年际
7、变化格局。 如美国Oregon 1977年发生严重干旱，1978年降水高于平均值，植物的死亡率非常低。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 过牧使草地退化 植物在干旱条件下经过轻度和中度放牧的草地产量远高于干旱条件下未放牧草地。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子020406080100120140160180200Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.MonthRainfall (mm)200120021961-2002 Monthly rainfall in the
8、 year 2001, 2002 and average monthly rainfall over 42 years at Xifeng, Gansu China 草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 降水分布与地形和距海洋远近相关，空气团移动沿海拔上升时，空气团变冷，冷气团持有水分的能力小于热气团, 造成水分在高山处丢失。地形效应地形效应 ( Orographic influences)草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子从太平洋来的气团，由于海拔上升，气团变冷，水分丢失的过从太平洋来的气团，由于海拔上升，气团变冷，水分丢失的过程（程（ 引自
9、引自 John N. Smith )草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子地形变化剧烈时，短距离内降水变化剧烈 Sierras- Cascade 山的盆地是一个低降水区，西坡降水750mm。 华盛顿州降水比哥伦比亚盆地高10-14倍，仅距离62 km。内蒙古呼和浩特市海拔1063m，降水417 mm。大青山距其40 km外，海拔 15002000 m,降水600 mm。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 新墨西哥州新墨西哥州1220m 1220m 降水降水 250 mm250 mm 1220-1820m 360mm 1220-1820m 360m
10、m 1820m 1820m以上以上 410mm410mm草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子2 2、温度、温度温度决定草地植物生长和生存;温度变化的分布具有地带性（随纬度的增加而减少）。三基点温度比平均温度的作用。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 温度对草地的影响有年际和季节的变化在热带,温度的效应比较弱；在山地，温度效应与水分一样重要，春季温度高于平均温度时，若降水低于平均值，草地产量高于平均产量，当春季低温，草地年产量低于平均产量2、温度、温度草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子风造成水热在地表的分布不均匀。增加土
11、壤蒸发和植物蒸腾。对土壤20-30 cm处的影响小，典型草原无树,风速大。风造成春季土壤水分在土壤温度升高前蒸发，导致干旱。 3 3、风、风草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 高山草原地带无霜期短， 100天以下，植物生长期很短，造成牧草短缺。冬季青绿饲草短缺是草地畜牧业生产的一大限制因子。4 4、无霜期、无霜期草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 Herbage overplus Herbage store (%) Sheep demand (t) Sheep weight (kg) 2 4 6 8 10 Month Herbage yiel
12、d (kg) 11000 9000 7000 5000 3000 Sheep weight (kg) 60 50 40 30 Herbage deficiency 我国青藏高原牧草生长短缺和家畜生长需求之矛盾，任继周，1995草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子空气中的水分，相对湿度是现有空气的湿度与空气中能保持的最大水分的比率。冷空气中持有的水分比热空气中持有的水分要少。湿度减少时，土壤蒸发和植物蒸散均增加，相同降水条件下，空气相对湿度大的草地产量高于空气湿度低处（微气候的差异）。5 5、湿度、湿度草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 地势影响
13、气候和植被的分布Hopkins bioclimatic 生物气候规律反映了纬度、经度和海拔高度之间的关系。海拔每增高305m ,海拔物候的影响相当于向北推进107 km。以北半球为例，4月份，低海拔地区已可以放牧，而高海拔的山区可能仍然被雪覆盖，夏季，家畜可以在高海拔地带放牧，秋季前又需转移出来。 第二节第二节 地势地势草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 箭头既是家畜的运动方向，也是生态时段的变化趋势 海拔海拔 2900m 2600m 2300m 冬季冬季 牧场牧场 春季春季 牧场牧场 秋季秋季 牧场牧场 夏季夏季 牧场牧场 草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生
14、态系统的非生物因子坡向指坡的朝向。不同坡度的温度不同， 夏季：南坡，西坡的牧草比北坡和东坡要好 冬季放牧，南坡，西坡暖和，比北坡和东坡要好，但在夏季，放牧要到北坡和东坡， 牧草可能长的不好，遮阴条件好。坡向坡向草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 坡度影响草地产量，也影响家畜的利用。 随坡度的增加，单位降水下的牧草产量随之降低。因为径流和雨水的入渗减低。 特别是牛的放牧高度随坡度的增加而下降。坡度坡度草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子光是植物生活的能源之本。叶绿素+ 日光能 碳水化合物(植物生长的需要) 采食 草食动物 捕食 肉食动物 能量转化
15、,驱动生命过程的能量追踪到光合作用这一能量级第三节第三节 光照光照草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子日照小时 影响植物生长形态长日照促进温带植物开花，抑制热带植物开花，短日照则相反。日照小时增加降低温带和热带禾草的分蘖速率，对开花影响较小（温带植物在炎热的夏季生长不佳，夏季休眠，热带植物在秋季生长不好，因为分蘖数降低）长日照降低根的生长速度，进一步影响植物地上部分的分室。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 紫外线强度随海拔的变化而变化。高原接受的紫外线比平原地带高的多。紫外线被认为是驱动高原地带植被分布的因子之一。 光质量光质量草地培育学 草
16、地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子紫外线B辐射 叶面积减少，矮化,茎变短 单子叶植物更加敏感 光合速度和蒸腾速率下降 幼叶比老叶更加敏感，从分子的角度,DNA的活性,诱变 草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子光强度在不同的地区有显著的生态意义。随纬度变化时，光数量是光强度的函数；日照时间越长，植物利用的效率越高，植物种的光利用效率决定了光利用强度。光强度光强度草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子温带植物对中度以上的光强度反映不强（1/4 或1/3）热带种生长随光强的增加而增加，夏季生长可以达最大，比温带种在同一条件下的竞争更强。 草地
17、培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子掌握土壤特征和分类依据是草地经营掌握土壤特征和分类依据是草地经营和管理所必备的知识。和管理所必备的知识。 一定的气候带下，土壤是决定草地产一定的气候带下，土壤是决定草地产量的主要因素。量的主要因素。 第四节第四节 土壤土壤 草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子土壤中矿质颗粒 按颗粒大小分为:粘粒 0.002 mm 粉粒 0.02-0.002 mm细砂 0.02-0.2 mm粗砂 0.2-2.0 mm 土壤：砂土 （sand）壤砂（loamy sand）砂壤（sandy loam）粉砂壤土（silt loam）粘壤土
18、（clay loam）土壤土壤- -质地质地草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子土壤质地决定土壤肥力。土壤质地决定土壤肥力。 黏土的养分，黏土的养分， N N，P P、K K 等含量远高等含量远高于砂土。土壤表面的小颗粒比大颗粒于砂土。土壤表面的小颗粒比大颗粒更易附着养分。更易附着养分。土壤土壤- -质地质地草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子土壤质地影响土壤的透水性，黏土的孔隙小，不容易渗水，含水量高于砂土渗水性能和含水量最佳的土壤是壤土，具有砂土、粘粒和黏土的混合性能。 草原地带，砂质土壤比黏土更能适应禾草生长，有限的降水能很快的进入土壤。降
19、水高的地区，土壤水分和养分共同影响植物生长。土壤质地土壤质地不同土壤质地下植物根系的生长和渗水性能 03060901201501800.00.10.20.30.40.5Volumetric soil waterDepth (cm)Total porositySATDULLL15air_dryLL crop 1LL crop 2甘肃西峰甘肃西峰 壤砂土壤砂土澳大利亚南澳州红土（变性土）澳大利亚南澳州红土（变性土）草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 土壤颗粒的分布决定水分的渗入。土壤颗粒的分布决定水分的渗入。层状结构（层状结构（platelikeplatelike）：土壤
20、母质；）：土壤母质；单粒结构（单粒结构（Single-grainedSingle-grained）：颗粒之）：颗粒之间相互不粘连；间相互不粘连；块状结构（块状结构（massivemassive）：无孔隙，不易渗）：无孔隙，不易渗水；水； 棱柱状（棱柱状（ PrismlikePrismlike） 结构：是干旱区结构：是干旱区常见的土壤，垂直结构，表面成棒状时常见的土壤，垂直结构，表面成棒状时（ColumnarColumnar），在干旱盐碱区常见。），在干旱盐碱区常见。 土壤结构土壤结构草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 块型结构（blocklike）：呈立体状排列，多见
21、于表土。 粒状结构（spheroidal）：理想土壤，持水能力和渗透性好，土壤有机质含量高， 草原土壤常见。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子土壤深度指土表到岩石的距离土壤的深度和厚度决定土壤的持水性能和肥力。土壤厚但降水少时可能比土壤层次薄，降水更多时的产量要高。土壤深度土壤深度草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 干旱草原地带，土壤薄，有不透水层时，产量甚至高于砂质较多的土壤，不透水层将水分固定在禾草须根可以利用的层次。 土层厚度，质地和结构决定了土壤耕作的性能，对人工草地的建植很重要。草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生
22、物因子土壤的中可交换离子的状态，土壤的中可交换离子的状态，PHPH决决定了土壤酸碱程度定了土壤酸碱程度我国北方大部分草地土壤是碱性基我国北方大部分草地土壤是碱性基质，降水量普遍低。质，降水量普遍低。南方草地：酸性土壤南方草地：酸性土壤土壤土壤-PH-PH草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 土壤有机质是部分分解的腐殖质和部分分解的动植物分解物，部分分解的有机质 腐殖质（humus），进行离子交换，阻止养分向外淋溶，草原土壤的腐殖质含量高于森林土壤。功能颗粒粘在一起；保水保肥；为土壤微生物提供原料；土壤有机质土壤有机质草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生
23、物因子 降水低于500mm的地区，肥力因子对产量的影响仅次于水分。草原地带，N、P、K有不同程度的亏缺，降水较高的地区，因淋溶作用，易造成养分流失。土壤肥力土壤肥力草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子火烧一般被认为对植物、昆虫、动物不利，引起水土流失。生态学观点： “火”是自然生态系统的一部分。火烧对草地，林地，保持适宜草地植被等方面有重要的作用（萨旺那、北美草原的禾草草地）。 第五节第五节 火烧火烧草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子草地培育学 草地生态系统的非生物因子草地生态系统的非生物因子 本次课程小结1. 1. 草地生态系统2. 2. 草地生态系统非生物因子气候气候温度温度 、降水、降水（降水变率，地形因素降水变率，地形因素）、）、光照、湿度、光照、湿度、 风风地势地势 地形、坡度、坡向地形、坡度、坡向土壤土壤 质地、结构、深度、质地、结构、深度、PHPH、有机质、土壤肥力、有机质、土壤肥力火烧火烧
