草地生态学课程知识重点总结.docx
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草地生态学课程知识重点总结
草地生态学课程知识重点总结
绪论
1.草原：
以草本植物为主的植物群落及其着生的土地，亦即被草覆盖的地方叫做草原。
2.草地：
受到人为干扰利用（刈割、烧荒、放牧）的草原叫做草地。
3、草地有自然形成的和人工种植的，前者叫天然草地（naturalgrassland,rangeland,range），后者叫人工草地（artificialgrassland,pasture）。
农业上，人工草地又叫栽培草地，草地一般用于经营畜牧业，用于放牧的叫放牧草地（grazingland），用于刈割的叫刈割地（meadow）。
4、世界草地包括热带草地或称热带稀树草原—萨王纳（savannah）、温带草地或温带草原----不同地区有不同的地域名称，欧亚大陆叫斯太普（steppe）草地；北美叫普列里（prairie）草地；南美叫帕斯（pampas）草地；非洲叫费尔德（veld）草地。
加上草甸、森林区的次生草地和可利用的稀疏矮灌丛约50亿公顷，占世界陆地面积的33%。
5、中国天然草地资源面积居世界第二位，仅次于澳大利亚。
6、草地的重要性
（1）草地是重要的“肉库”，关系到国家的食物安全；
（2）草地是我国面积最大的绿色生态屏障，关系到国家的生态安全；
（3）草地畜牧业的健康发展是构建社会主义和谐社会的必然需求，关系到边疆的久安。
7、草地生态学：
是应用生态学和系统论的观点和方法，研究草地生态系统的结构、功能、生物生产、动态、生态调控，并探索其实现高效、平衡和持续发展的科学。
第一章草地生态系统概论
1、草地生态系统（grasslandecosystem）:
是在一定草地空间围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、能量流转和信息传递的综合自然整体。
2、草地生态系统的组分：
草地生态系统由生物因素和非生物因素组成。
生物因素包括植物、动物和微生物；非生物因素包括土壤、无机盐类、水和二氧化碳。
人类是主要的生物影响因素，气候是主要的非生物影响因素。
3、各的主要天然草地植物群落
（1）南美帕斯（pampas）草地（高草型），为世界最大的温带草地之一，分布于巴西南部、乌拉圭和阿根廷，面积达7770万hm2;
（2）澳大利亚草地；
（3）欧亚斯太普（steppe）草地（低草型）;
（4）北美普列利（prairie）草地（高草型）；
（5）非洲萨王纳（savannah）草地、占非洲大陆的35%.
4、热带和温带大面积的天然草地约占世界陆地面积的四分之一，靠近赤道的热带草地叫萨王纳（savannah），温带草原有许多不同的地域性名称：
北美的普列利（prairie）；非洲的费尔德（veld）；欧亚大陆的斯太普（steppe）；南美的帕斯（pampas）
5、草地生态系统的重要性:
（1）天然草原生态系统属于降水量较少的植物群系，对于气候变化和人类的干扰利用反映较敏感，表现的较脆弱；
（2）占地球陆地面积约30％的草地养育着5-8亿人口；
（3）随着人口增长，经济的发展，草原的退化、沙漠化突飞猛进；据2008年世界草地与草原大会报道，由于地球温暖化的影响，中国的草原面积正以150万hm2/年的速度减少。
（4）对全球气候变化具有重大影响；
（5）对全球动物蛋白及皮毛生产发挥重要的作用；
（6）保证全球粮食安全具有重大作用。
第二章草地生态系统的功能
1、食物链:
生物之间通过采食、捕食与被捕食的食物关系，相互间结成一个整体，就像一环扣一环的链条，这叫做食物链。
2、营养级:
食物链上每一个环节叫做营养级.
每一种生物种群都处在一定的营养级上，只有少数种兼具两个营养级。
如杂食动物。
3、能量在生态系统中沿着食物链流动，由一个营养级转移到另一个营养级，食物链是生态系统中能量流动的渠道。
4、食物网：
各种食物链纵横交错，紧紧连接在一起，形成复杂的多方向的食物网。
5、能量流动的通用模式
Odum（1983）提出了能量流动的基本模式：
能量流动的基本模式充分反映了生态系统中任何生命层次和生态层次能量流动的共同特点，它不仅可用来表示植物、动物和微生物的能流，也可用来表示个体、种群、群落乃至生态系统的能流，因而Odum称之为“能量的通用模式”。
6、群落：
是生存在特定空间的不同种群形成的生物聚集体，也叫生物群落，包括植物群落、动物群落和微生物群落。
7、能量流动的金字塔：
草地生态系统的能量沿着食物链营养级逐级流动，后一级的生命有机体由于不能全部利用前一级贮藏的能量，总有一部分能量未被利用，每经一个营养级，能量流都要减少，如果把通过各营养级的能量流，按前后顺序绘制成图，就成为一个金字塔形，称为“能量金字塔”
8、物质循环的概念：
草地生态系统是由运动的物质构成的。
物质是由地球供给的，而进入生态系统中的能量是由太阳供给的。
任何一个草地生态系统都从大气、水体或土壤中获取营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被生物反复利用，最后又归还给环境，这就是物质循环。
水循环：
草地植物每生产1㎏干物质，平均要蒸腾掉100㎏水。
碳循环：
碳循环是所有养分循环中最简单的一种循环，草地生物体中45-50%左右的干物质是由碳素组成。
碳循环是从大气二氧化碳蓄库到生产者、消费者、分解者再回到大气蓄库里
9、氮的来源：
（1）雷电，数量少，仅为微生物固氮作用供给草地生态系统中氮的10-14%
（2）非共生微生物固氮作用是氮来源不可少的途径
（3）共生微生物根瘤菌具有较强的固氮作用，地球上固定大气氮总量的60%是由固氮细菌固定的，豆科牧草与禾本科牧草混播，每亩可固氮20-40kg，相当于50-100kg尿素。
（4）工业固氮，接近于地球上所固定的大气氮总量的三分之一
10、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，是把生物间的相互关系与物理、化学的环境条件，通过能量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。
一个草地生态系统是其结构和功能相互依存、相互制约的统一整体。
结构是功能发挥作用的基础，功能又依赖结构来完成。
结构和功能相互适应、相互完善，从而使生态系统在一定的时间各组分通过制约、转化、补偿、反馈等处于最优化的协调状态，表现出高的生产力，能量和物质的输入和输出接近相等，物质的贮存量相对稳定，信息的控制自如，且传递畅通，在外来因素的一定程度的干扰下，通过自我调节可以恢复到原初的稳定状态，这就是生态平衡。
11、生态平衡是相对的、暂时的动态平衡。
12、用四个指标来衡量草地生态系统的生态平衡：
草地生态系统的恒定性constancy：
指一个生态系统组成成分不易变化的特性，具体说是指系统的某些参数的不变化性；
草地生态系统的复原性resiliency：
指生态系统受干扰后恢复和延续其功能的能力；
草地生态系统的抗性resistance：
指一个生态系统忍受和抵抗干扰的能力；
草地生态系统的弹性elasticity：
是指生态系统经干扰后返回原来状态速度的一个度量。
13、生态阈限：
草地生态系统虽然具有自我调节能力，但有一定的生态围和条件，如果干扰过大，超过了生态系统本身调节能力的限度，草地生态平衡就会被破坏，这个临界限度，称为“生态阈限”。
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
1、1880年，德国生物学家Möbius首先提出使用生物群落这个概念。
2、生物群落（bioticcommunity）：
是指一定地段或生境上各种生物种群构成的结构单元。
3、生物群落的基本特征：
一、生物群落是生物种群的复杂集合体
二、生物群落是有机体在生态上的相互联系
三、生物群落中各物种的群落学作用不同
四、生物群落是生物与其生存环境的统一体
4、生物群落中，个体数量多而又决定着群落主要特征的一些种为“优势种”；个体数量少而作用不大的生物种，为“附属种”。
第二节草地生物群落的结构
草地生物群落以植物、动物和微生物构成，而以植物群落为基本骨架，其他生物参与其中，组成生物群落。
不同的草地生物群落在空间和时间上具有不同的结构。
1、垂直结构根据草地绿色植物的喜光程度，可分为阳性植物和阴性植物。
阳性植物喜，常常占据草地群落的上层空间。
阴性植物耐阴力强，在微弱的群落下层也能正常生长和繁殖。
不同生态特性的植物，生活在不同的高度，地上各器官（枝叶）占据不同的空间，形成群落地上部的垂直结构。
2、水平结构草地生态系统有一定的水平分布格局，主要表现在各种种群的水平配置格局，即分布状况和多度。
空间结构可分为三种分布格局：
随机分布、均匀分布、团块分布。
3、边缘效应：
群落交错区环境条件比较复杂，构成群落的植物种类也往往更加丰富多样，从而也能为更多的动物提供栖息、隐蔽和摄食的条件。
群落交错区中生物种类和种群密度增加的现象，叫做“边缘效应”（edgeeffect）。
交叉过渡区域，物种丰富，生物量也更高。
第三节草地生物群落的种间关系
一、种间关系：
一般是指两个物种之间的相互关系，就生物群落而言，实际上是群落中多物种之间关系的基本形式。
二、群落中，各物种间的相互作用，可概括为三种关系：
1、有利（+）：
对种群存活、增长或其他特征有益。
2、不利（-）：
对种群存活、增长或其他特征有抑制。
3、无关（0）：
两个种群之间的关系无关紧要。
三、按照种群间三种关系，在自然界中可表现为7种基本形式：
1、竞争作用（－，－）：
两种种群在群落中存在，对各自的增长甚至存活都有抑制作用；
2、互利作用（＋，＋）：
两个种群在群落中存在，对两者的增长和存活都有促进作用；
3、偏利作用（＋，0）：
两个种群在群落中存在时，A种群对B种群的增长有促进作用，而B种群对A种群没有影响；
4、偏害作用（－，0）：
两个种群在群落中存在时，A种群对B种群的增长有抑制作用，而B种群对A种群没有影响；
5、寄生作用（＋，－）：
寄生种群对寄主种群的增长有抑制作用，而寄主种群必然对寄生种群有利；
6、捕食作用（＋，－）：
被捕食者种群对捕食者种群必然有利，而捕食者种群对被捕食者种群的增长有抑制作用；
7、中立作用（0，0）：
存在于群落中的两个种群，彼此对各自的增长和存活都没有影响。
上述7种基本形式，除了中立作用外，可归纳为两大类：
负相互作用：
竞争作用、偏害作用、寄生作用、捕食作用；
正相互作用：
偏利作用、互利作用。
四、生态位
1958年，Hutchinson在利用数学上的点集理论，将生态位定义为一个生物单位（个体、种群或物种）生存条件的总集合体。
他认为在生物群落中，能够为某一物种所栖息的理论上最大空间，称为基础生态位，但实际上很少有一个物种能全部占据基础生态位。
也就是说当种间有竞争时，必须使该物种只占据这个基础生态位的一部分。
物种对这一部分实际占有的生态位空间，就称为实际生态位（realizedniche）。
第四节草地生物群落的季节变化
1、群落演替：
是指群落经过一定历史发展时期，类型之间转变的顺序过程；或者是在一定区域，群落在空间上的替代过程。
总之，群落演替是生物与环境反复相互作用，发生在时间和空间上的不可逆变化。
2、群落演替理论的发展
①克列门茨Clements（1916,1928,1936），创立了“顶级群落学说”，为经典演替理论的创始人，他的演替观点被称为“单元顶级学说”。
②Gleason（1917,1926,1939），批评Clements的“单元顶级学说”，认为演替是个体替代过程。
③Tansley（1935,1939,1941）、Tüxer（1933,1935）等共同提出了“多元演替顶极学说”。
④Odum（1969），继承和发展了Clements关于植被演替理论的动态观点，提出“生态演替”（ecologicalsuccession）概念。
⑤Margalef（1963,1968），提出了种的多样性和信息量是群落和生态系统演替的特征，并提出演替过程要从景观水平去探讨。
于是，以Odum-Margalef为代表的生态演替理论被称为“新克列门茨学派”。
⑥当代演替理论是在批评Clements和Odum-Margalef演替理论的基础上形成的，强调个体生命史特征，物种对策，以种群为中心，特别强调干扰对演替的作用，同时注意到群落的非平衡特性。
3、Clements的演替机制理论，主要包括5个方面：
裸地指干扰引起的立地上植被已被消除的地段；
迁移指有机体进入裸地的过程；
定居在立地上竞争的优胜者有机体的生存以及与其他有机体的结合；
反应定居的有机体对立地的改造；
稳定性即顶级群落的成熟与出现。
4、群落演替的基本类型
群落演替可根据几个方面划分为不同的基本类型：
按引起群落演替的原因，可分为因演替和外因演替。
按演替过程时间的长短，可分为地质演替和生态演替。
按演替发生的起始地，可分为原生演替和次生演替。
按演替进行的方面，可分为进展演替和逆行演替。
因演替和外因演替：
由于群落部种间竞争、抑制作用、或者一些成员的生命活动改变了原来的环境，引起的演替叫因演替；由于沙丘的移动、河流的冲击、冰川侵袭和极端气候等原因引起的群落演替叫外因演替。
地质演替和生态演替：
根据化石、孢粉采用现代科学手段研究远古的群落与地质年代中的环境条件之间的关系、群落的变化，因此，地质演替又叫长期演替。
生态演替又称为短期演替，如草原区弃耕地的植被恢复过程。
原生演替和次生演替：
原生演替发生在从未生长过植物的地方，或者根本没有任何低等和高等植物的繁殖体地段上，故又叫做初级演替。
次生演替是曾经有植物生长过而被破坏的地方，土壤中有相当数量的种子、孢子及植物其他繁殖体存在，又叫做次生演替。
进展演替和逆行演替：
进展演替的演替过程是群落的种类组成增多，结构和功能越完善，与此相反则是逆行演替。
这两类演替的特征见表3-1。
进展演替与逆行演替特征比较
5、草地植物在长期放牧的影响下，为了适应放牧形成了对放牧的补偿机制：
1增快了残留绿色组织的光合效率；
2植物体同化产物和营养物质的再分配；
3采食掉老组织而不降低残留组织的最大光合水平，加强了较活跃的残留组织的光照强度；
4分生组织的激素控制，促进叶片生长，减少叶片衰老，加大分蘖；
5由于蒸腾表面的减少，保持了植物体的水分；
6由于放牧对生殖器官和生殖过程影响较大，增多了营养枝数目和加强了植物的无性繁殖能力；
⑦反刍动物唾液的刺激作用，促进了植物的再生。
要求掌握的重点容：
1、生物群落的基本特征：
生物群落是生物种群的复杂集合体，是有机体在生态上的相互联系，生物群落中各物种的群落学作用不同，生物群落是生物与其生存环境的统一体
2、草地生物群落的结构：
垂直结构，水平结构
3、草地生物群落的种间关系的基本形式：
中立作用、竞争作用、偏害作用、寄生作用、捕食作用、偏利作用、互利作用
4、生态位：
一个生物单位（个体、种群或物种）生存条件的总集合体。
5、草地生物群落的动态和演替
（1）群落演替：
是生物与环境反复相互作用，发生在时间和空间上的不可逆变化
（2）Clements的演替机制理论，主要包括5个方面：
裸地、迁移、定居、反应、稳定性
（3）克氏针茅草原的放牧演替（草地对放牧形成的补偿机制）
（4）刈割演替（刈割对草地的影响）
（5）退化草地植被的恢复过程（物种组成、生物量）
第四章草地生态系统的第一性生产
第一节第一性生产的涵义与意义
1、第一性生产：
是草地绿色植物利用太阳能，通过光合作用，将水和二氧化碳合成碳水化合物，进行有机物物质生产的过程。
第一性生产有时又被称为“初级生产”。
第一性生产提供消费者和分解者物质和能量，是生态系统中物质循环和能量流动的基础。
2、总生产量：
指草地绿色植物在一定时期通过光合作用合成有机物质的总量（或固定的总能量），用Pg表示。
包括两部分，一部分为这段时间植物形成（积累或贮存）的物质，另一部分为形成上述物质时，通过呼吸作用所消耗的有机物质，即呼吸消耗量，用R表示。
3、净生产量：
指总生产量减去植物呼吸作用所消耗的物质R而剩余下来的物质量。
用Pn表示。
4、总生产量和净生产量的关系用下式表示：
Pg＝Pn＋R
当Pg=R时，植物只能维持自身需要，没有物质贮藏或积累，不可能增长；
Pg>R时，植物表现为生长和增加物质的贮藏；
Pg5、生物量（biomass）：
特定时刻单位面积上存在着的有机物质总量。
生物量包括这一面积上全部植物、动物、微生物现存的有机物质量。
通常以单位面积上的干物质量来表示，也可以用个体数量、重量或能量表示。
由于动物、微生物的生物量很少，故生物量主要由植物构成，单位以g/㎡或t/hm2表示。
6、生长量（growthweight）:
指两个时期之间生物量（包括地上部和地下部）的变化，用干重g/㎡表示，但需指明时间（如从5月10日到6月10日的生长量，草地年生长量等）。
第二节第一性生产的生产力
1、生产力（productivity）：
指单位面积草地在单位时间（通常以年或日计算）生产的有机物质的量。
生产力又分为总生产力和净生产力。
2、总生产力（grossproductivity）：
指单位面积草地在单位时间生产的有机物质的总量。
3、净生产力（netproductivity）：
即总生产力减去单位面积单位时间植物呼吸消耗所剩余的有机物质量。
生产力表示的方法和单位：
g/㎡/d，t/hm2/yr，或g/㎡/年
4、第一性生产力的测定方法---收获法
（1）地上部现存量的测定和生产量的估算
a、活物质与立枯物的测定：
采用分种齐地面剪割，将当年的活物质和立枯物分开，称其鲜重后，放入纸带，在鼓风干燥箱（65-80℃）烘干至恒重，如果样品过多，量过大时，可抽取具有代表性的一部分进行烘干，求得一个系数后，再将大样品换算成烘干重，干重均以g/㎡表示。
（70℃，48小时）
b、凋落物的收集与测定：
应注意的是收集当年的、希望测定的那段时间的凋落物，要求把往年的凋落物和杂质分开，凋落物同样要求收集以后烘干至恒重，数据方可使用。
c、地上部净生产量的测定：
根据生物量年动态的测定数据来估算地上净生产量的方法，通常有两种，即极大现存量法和增重累积法。
极大现存量法是采用一年当中出现的高峰期现存量作为当年的净生产量；增重累积法是采用各时期现存量的正增长值（后一时期的现存量减前一时期的现存量）之和，作为年净生产量。
（2）地下部现存量的测定和生产量的估算
a、取样有土柱法和土块法两种
土柱法：
欧洲人常用的方法，草类生长均匀的地方测量效果较好，用直径6㎝，深8.5㎝钻头的土钻取样得到根系数据。
土块法：
地上部刈割之后，取3-5个50㎝×50㎝的方土块，按每10cm一层，从上向下取，根据草地类型、根系深浅、研究目的决定取样深度。
（针茅草原50-70cm,羊草草原100cm）
b、根系的冲洗石灰性土中加入1%的偏磷酸钠，盐土中加入一定量的氯化钠或二氧化钙，反复冲洗，在通过50㎜的铜筛过筛。
c、活根与死根的挑选与分离洗好的根再清除杂质，最后将活根与死根分开，烘干称重，换算为1㎡的根量（g/㎡）。
d、地下部净生产量的估算方法通过地下部生物量的测定，可以得到不同层次中地下生物量的季节性变化，将一年不同层次地下生物量的差值相累加，即是当年地下部的年生产量。
5、在世界围，草地生产力表现为随降水和温度的升高而增加的总趋势。
生产力最低的草地出现在高温而少雨的地区，生产力最高的草地出现在年降水量高于800mm和年均温高于15°C的地方。
6、中国部分天然草地植物群落的生物量：
1.总生物量，地上和地下生物量，一般都是，湿润草地>干旱草地；
2.几种草地的地下生产量>地上生物量；地下部与地上部的比值在2.76-10.74；
3.亚热带地区，除河谷草丛外，地下生物量都随海拔的升高而增多，这与温度条件有关，在水分条件相似的情况下，温度高有机质易于分解，温度低微生物活力弱，有机质分解较慢。
7、全世界草地生态系统的净第一生产力：
热带稀树草原>耕地>温带禾草草原；沼泽与湿地虽高，但不完全为草地，且利用价值不大。
全世界的生物量：
热带稀树草原>沼泽与湿地>温带禾草草原、耕地>荒漠与半荒漠
8、中国草原存在的主要问题（4个方面）：
面积减少、“三化”（退化、沙化和盐碱化）严重、
生产力降低、生物多样性减少
第三节第一性生产的生产效率
影响第一性生产效率的因子：
1、草地植物群落结构与光能的利用
（1）具有良好叶层结构的牧草种和品种的筛选和应用
（2）叶面积指数
（3）混合草群与光能利用（4）被利用后的群落结构与光能利用
2、利用频度和强度对生产效率的影响
3、肥料对生产效率的影响
4、环境因素与第一性生产效率（降水量、温度、土壤的紧实度、气体组成等）
5、植物病虫害和牧草生命代过程中自身腐烂物质引起的损失
提高第一性生产效率的途径：
改善生产者的生存环境,改良植物种、种群和群落,调节动物和植物的关系,向系统输入物质
要求掌握的重点容
1、重要概念：
第一性生产、总生产量、净生产量、生物量、生长量、现存量、总生产力、净生产力
2、第一性生产力的测定方法：
收获法
3、影响第一性生产效率的因子：
草地植物群落结构与光能的利用,利用频度和强度对生产效率的影响,肥料对生产效率的影响,环境因素与第一性生产效率,植物病虫害和牧草生命代过程中自身腐烂物质引起的损失
4、提高第一性生产效率的途径：
改善生产者的生存环境,改良植物种、种群和群落,调节动物和植物的关系,向系统输入物质
5、中国草原存在的主要问题（4个方面）：
面积减少、“三化”（退化、沙化和盐碱化）严重、
生产力降低、生物多样性减少
第五章草地生态系统的第二性生产
1、草地生态系统的第二性生产（secondaryproduction）：
是异养生物（主要是初级消费者）利用第一性生产的产品，形成动物有机物（包括动物产品及动物本身）的过程。
第二性生产过程相当复杂，分为两个部分，即农业第二性生产和非农业第二性生产。
农业第二性生产是农业动物利用第一性产品形成动物有机物质的过程；非农业第二性生产指野生食草动物利用第一性产品形成动物有机物的过程。
2、水对反刍动物是重要的，幼畜体含75-80%的水分，成年育肥时仅含50%。
3、产肉量：
肉用家畜的生产量通常用胴体重表示，其计算方法为：
胴体重=空腹活重-（头重+蹄重+脏重+血重）
胴体重=空腹活重×屠宰率
4、农业动物乳品生产力的评定：
动物乳生产力的高低主要通过日产乳量，一个泌乳期的产乳量及平均乳脂率来评定。
平均乳脂率=（∑（F×M）/∑M）×100%
F：
抽样月份的乳脂率（%）；M：
抽样月的产乳量（kg）。
5、影响生产效率的主要因素（8点）：
（1）生长率效率（E）主要由供给饲料所能达到的生长率所制约，即产品的生产效率主要决定于，用来生产产品的饲料摄入量。
也就是用来生产产品的饲料摄入量越高，产品产量越高，从而生产效率也越高。
（2）产品大小动物随着年龄和体重的增长，生产效率逐渐降低。
（3）母畜体躯大小由于母畜体躯大小对后代的潜在产品有影响，并决定繁殖母畜所需的维持饲料，所以对生产效率有影响。
（4）繁殖率的影响繁殖率对生产效率的影响在绵羊和家兔生产中表现尤为明显。
在后代能得到良好饲养条件时，则效率将随着产仔数和繁殖频率而增加。
（5）寿命的影响母畜延续生殖的时间长度对效率会发生影响。
因为寿命长，繁殖次数多，其所消耗的饲料就比饲养一个新的繁殖母畜所花费的饲料要少的多。
（6）生态环境的影响生态环境条件，会对生产效率发生影响。
气候因素可以直接作用于动物种群，风、雨、极端温度，以及过强
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