草地培育學(xué)-3-非生物因素課件

1、草地生態(tài)系統(tǒng)非生物因素Grassland Physical Characteristics Instructor: Shen Yuying 草地生態(tài)系統(tǒng)非生物因素草地生態(tài)系統(tǒng)組成草地生態(tài)系統(tǒng)非生物環(huán)境氣候地勢(shì)土壤火Outlines草地生態(tài)系統(tǒng)組成Outlines solar energy Fire Man Topography Temperature Grassland soil Air Vegetation Animalswater Most important factor in long-term changes to rangeland plant comm

2、unities.Normal variationYear-to-year (annual)Long-TermDrought Impacts on plant compositionMost important factor in long-一. 氣候（ Climate）氣候決定草地類型及其分布降水、光照、溫度、風(fēng)一. 氣候（ Climate）氣候決定草地類型及其分布降水量 降水分布 相對(duì)濕度 降水變率1. 降水 Precipitation降水量1. 降水 Precipitation 降水特征重要性 草原地帶: 降水少，變率大；年降水450 mm時(shí),降水變率高；800mm，產(chǎn)量較少受降水變率影響

3、 降水特征重要性世界范圍內(nèi)降水量分布典型草原 300-400 mm荒漠100 mm，農(nóng)牧交錯(cuò)帶北線40% 400 mm非洲:50%降水500 mm，20% 250 mm澳大利亞:70%地區(qū),500 mm，30%的地區(qū)大于 250 mm墨西哥:74%地區(qū) 500 mm，40%250 mm南美洲: 500 mm 地區(qū),65-75% 世界范圍內(nèi)降水量分布比全年降水量更為重要。 如：降水接近，降水分布在夏季, 秋冬季降水連續(xù)兩年或以上低于平均值,植被受影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“低正?！蹦觌H變化格局。1977年發(fā)生嚴(yán)重干旱，1978年降水高于平均值，植物的死亡率低。降水分布格局比全年降水量更為重要。降水分布格局過(guò)牧

4、導(dǎo)致草地退化,干旱條件下,輕度和中度放牧的草地產(chǎn)量高于干旱條件下未放牧草地 預(yù)先思考題過(guò)牧導(dǎo)致草地退化, 隨干燥度增加而增加 甘肅河西走廊，年降水僅121 mm，蒸發(fā)則高達(dá)2800 mm，南非西北荒漠區(qū), 頻臨海洋，植物夜間吸水。降水變率 Precipitation variation 隨干燥度增加而增加降水變率 Precipitati甘肅西峰的降水變率（1961-2019年）甘肅西峰的降水變率（1961-2019年） 西峰降水圖 西峰降水圖 運(yùn)轉(zhuǎn)光合作用產(chǎn)物通過(guò)氣孔散到空氣中，影響土壤蒸騰的因素也影響植物的蒸散萎蔫系數(shù)決定了植物的永久凋萎點(diǎn)草地植物經(jīng)常面臨著水分脅迫植物生長(zhǎng)通過(guò)進(jìn)化，避免干旱

5、脅迫葉齡水分 water水分 water 美國(guó)大平原30年代罕見(jiàn)的干旱，輕度或不放牧條件下，植被恢復(fù)歷時(shí)5-15年。 1951-1956年，年降水僅是正常年份的55%，60% 黑垂穗草（black grama）( Bouteloua eriopoda）消失，腺牧豆樹(shù)（honey mesquite)（Prosopis glandulosa）入侵。 30年后，黑垂穗草種群在極輕的放牧率下，仍然沒(méi)有恢復(fù)。干旱抑制草地植物生長(zhǎng) 美國(guó)大平原30年代罕見(jiàn)的干旱，輕度或不放牧條件下，植干旱區(qū)降水脈沖效應(yīng)在降水稀少的生長(zhǎng)季格蘭馬（Bouteloua eriopoda）ANPP較高是由于前一年生長(zhǎng)季降水是多年平

6、均值的1.3倍；降水充足生長(zhǎng)季ANPP值較低是由于前一年生長(zhǎng)季降水是多年平均值的0.64倍。干旱區(qū)降水脈沖效應(yīng)在降水稀少的生長(zhǎng)季格蘭馬（Boutelou降水與植被生產(chǎn)力的關(guān)系是全球變化研究熱點(diǎn)。區(qū)域尺度上（crosssites），年降水量是植被生產(chǎn)力變化的決定因子。時(shí)間尺度上（within-site），植被生產(chǎn)力與年降水量的相關(guān)性較弱，受植被生活型、地形、養(yǎng)分、光照和水分等因素的限制；降水極大變異，ANPP對(duì)降水響應(yīng)的滯后性降水與植被生產(chǎn)力的關(guān)系是全球變化研究熱點(diǎn)。ANPP, PPT, SpaceANPP = - 45.13 + 0.67*MAP r2= 0.76Bai et al (2019

7、)ANPP=-34+0.60*MAPr2=0.94Sala et al (1988)ANPP=-30+0.47*MAPMcNaughton et al (1989)Great PlainsSouth AmericaMongolian PlateauANPP, PPT, SpaceANPP = - 45.13Sala et al 2019, Philosophical Transactions of the Royal Society BSala et al 2019, Philosophical 降水分布與地形和距海洋遠(yuǎn)近相關(guān)，空氣團(tuán)移動(dòng)沿海拔上升時(shí)，空氣團(tuán)變冷，冷氣團(tuán)持有水分的能力小于熱氣團(tuán)

8、, 水分在高山處丟失,形成降水。地形效應(yīng) Orographic influences 降水分布與地形和距海洋遠(yuǎn)近相關(guān)，空氣團(tuán)移動(dòng)沿海拔上升時(shí)，空從太平洋來(lái)的氣團(tuán)，海拔上升，氣團(tuán)變冷，水分丟失,形成降水 （ 引自 John N. Smith )從太平洋來(lái)的氣團(tuán)，海拔上升，氣團(tuán)變冷，水分丟失,形成降水 降水與地形變化的關(guān)系-垂直分布華盛頓州降水比62km哥倫比亞盆地高10-14。呼和浩特海拔1063m，降水417 mm。 大青山(1500-2000 m) 降水600 mm。降水與地形變化的關(guān)系-垂直分布 新墨西哥州1220m 降水 250 mm 1220-1820m 360mm 1820m以上 4

9、10mm 新墨西哥州1220m 降水 250 mm2. 溫度 Temperature溫度決定植物生長(zhǎng)和生存;溫度具有地帶性效應(yīng)（緯度）三基點(diǎn)溫度比平均溫度重要0-5, 25/31，15/2515以上萌發(fā)2. 溫度 Temperature溫度決定植物生長(zhǎng)和生存; 溫度年際和季節(jié)變化熱帶溫度的效應(yīng)比較弱；山地:溫度效應(yīng)與水分一樣重要 春季溫度高于平均溫度，降水低于平均值，產(chǎn)量高于平均值，春季低溫，草地年產(chǎn)量低于平均產(chǎn)量. 溫度年際和季節(jié)變化風(fēng)造成水熱在地表分布不均勻;增加蒸發(fā)和植物蒸騰。對(duì)土壤20-30 cm以下影響小，典型草原無(wú)樹(shù),風(fēng)速大,蒸發(fā)強(qiáng)烈。春季,土壤水分在土壤溫度升高前蒸發(fā)消失，導(dǎo)致干

10、旱。 3. 風(fēng) wind風(fēng)造成水熱在地表分布不均勻;3. 風(fēng) wind 沙塵天氣土壤失墑 牧草返青 林果發(fā)芽、開(kāi)花 城市交通 空氣質(zhì)量 沙塵天氣土壤失墑2019年3月5日，山丹軍馬場(chǎng)2019年3月5日，山丹軍馬場(chǎng) 生長(zhǎng)期，牧草短缺。高山草原地帶 ( 100天以內(nèi)),高海拔地區(qū),冬季青綠飼草短缺是一大限制因子。Frost-free period 生長(zhǎng)期，牧草短缺。高山草原地帶 ( 100天以內(nèi)),高海 2 4 6 8 10 Month Herbage overplus Herbage store (%) Sheep demand (t) Sheep weight (kg) Herbage yie

11、ld (kg) 11000 9000 7000 5000 3000 Sheep weight (kg) 60 50 40 30 Herbage deficiency 我國(guó)青藏高原牧草生長(zhǎng)短缺和家畜生長(zhǎng)需求之矛盾，任繼周，2019 2 空氣中的水分，相對(duì)濕度：現(xiàn)有空氣濕度與空氣中保持的最大濕度的比率。冷空氣中持有的水分比熱空氣中少。濕度減少時(shí)，土壤蒸發(fā)和植物蒸散均增加，相同降水，空氣相對(duì)濕度大的草地產(chǎn)量高于濕度低（微氣候的差異）。4. 濕度 humidity空氣中的水分，相對(duì)濕度：現(xiàn)有空氣濕度與空氣中保持的最大濕度的Hopkins bioclimatic law 生物氣候律北美溫帶，緯度向北移1

12、,經(jīng)度向東移5,或上升122米，植物在春天和初夏延期5d，晚夏和秋天提前4d。海拔每增高305m ,物候相當(dāng)于向北推進(jìn)107 km。 二、 地勢(shì)因素Hopkins bioclimatic law 生物氣候律 箭頭既是家畜的運(yùn)動(dòng)方向，也是生態(tài)時(shí)段的變化趨勢(shì) 海拔 2900m 2600m 2300m 冬季 牧場(chǎng) 春季 牧場(chǎng) 秋季 牧場(chǎng) 夏季 牧場(chǎng) 4月份低海拔地區(qū)可放牧，山區(qū)可能仍然被雪覆蓋，家畜夏季在高海拔地帶放牧, 秋季向低海拔轉(zhuǎn)移。 箭頭既是家畜的運(yùn)動(dòng)春季：南坡、西坡的牧草生長(zhǎng)比北坡和東坡快夏季：放牧適宜在北坡和東坡，牧草可能長(zhǎng)的不好，遮陰條件好。冬季：南坡、西坡溫暖,適宜放牧1.坡向 As

13、pect決定溫度1.坡向 Aspect決定溫度 影響草地產(chǎn)量和家畜利用 隨坡度增加，徑流和雨水入滲減低,牧草產(chǎn)量隨之降低。 牛放牧高度隨坡度的增加而下降。2. 坡度 slope 影響草地產(chǎn)量和家畜利用2. 坡度 slope 光是植物生活的能源之本葉綠素+ 日光能 碳水化合物(植物生長(zhǎng)的需要) 采食 草食動(dòng)物 捕食 肉食動(dòng)物 3.光照 Solar energy 光是植物生活的能源之本3.光照 Solar energy 影響植物生長(zhǎng)形態(tài)長(zhǎng)日照促進(jìn)溫帶植物開(kāi)花，抑制熱帶植物開(kāi)花，短日照相反;日照小時(shí)增加，溫帶和熱帶禾草的分蘗速率;長(zhǎng)日照降低根的生長(zhǎng)速度，影響植物地上部分的分室。日照小時(shí) 影響植物生長(zhǎng)

14、形態(tài)日照小時(shí) 紫外線強(qiáng)度隨海拔變化 高原 vs平原 葉面積減少，矮化,莖變短 單子葉植物更加敏感 光合速度和蒸騰速率下降 光質(zhì)量 紫外線強(qiáng)度隨海拔變化光質(zhì)量光強(qiáng)度在不同的地區(qū)有顯著的生態(tài)意義。隨緯度變化時(shí)，光數(shù)量是光強(qiáng)度的函數(shù)；日照時(shí)間越長(zhǎng)，植物利用的效率越高，植物種的光利用效率決定了光利用強(qiáng)度。光強(qiáng)度光強(qiáng)度在不同的地區(qū)有顯著的生態(tài)意義。光強(qiáng)度溫帶植物對(duì)中度以上的光強(qiáng)反映不強(qiáng)（1/4 或1/3）熱帶種生長(zhǎng)隨光強(qiáng)的增加而增加，夏季生長(zhǎng)達(dá)最大。 溫帶植物對(duì)中度以上的光強(qiáng)反映不強(qiáng)（1/4 或1/3）土壤特征，分類是草地經(jīng)營(yíng)和管理所必備的知識(shí)一定氣候帶下，土壤決定草地產(chǎn)量三、 土壤條件 三、 土壤條件

15、 土壤中礦質(zhì)顆粒 按顆粒大小分為:粘粒 0.002 mm 粉粒 0.02-0.002 mm細(xì)砂 0.02-0.2 mm粗砂 0.2-2.0 mm1. 質(zhì)地土壤中礦質(zhì)顆粒 按顆粒大小分為:1. 質(zhì)地砂土 （sand）壤砂（loamy sand）砂壤（sandy loam）粉砂壤土（silt loam）粘壤土（clay loam）砂土 （sand）Soil texture designation based on percentages of sand, silt ,and clay.ClaySandSiltLoamSoil texture designation basedSoil textur

16、e designation based on percentages of sand, silt ,and clay.ClaySandSiltLoamy sandSilty loamLoamClay loamSandy clay loamSilty clay loamSandy claySilty claySandy loamSoil texture designation based土壤質(zhì)地決定土壤肥力。黏土的養(yǎng)分， N，P、K 等含量遠(yuǎn)高于砂土。土壤表面的小顆粒比大顆粒更易附著養(yǎng)分。土壤-質(zhì)地土壤質(zhì)地決定土壤肥力。土壤-質(zhì)地黏土孔隙小，不容易滲水，含水量高于砂土壤土滲水性能和含水量最佳，具

17、有砂土、粘粒和黏土的混合性能。草原地帶，砂質(zhì)土壤比黏土更適宜禾草生長(zhǎng)，降水快速入滲。降水高地區(qū)，土壤水分和養(yǎng)分共同影響植物生長(zhǎng)。土壤質(zhì)地影響土壤的透水性黏土孔隙小，不容易滲水，含水量高于砂土土壤質(zhì)地影響土壤的透水甘肅西峰 壤砂土澳大利亞南澳州紅土（變性土）甘肅西峰 壤砂土澳大利亞南澳州紅土（變性土）土壤顆粒影響水分入滲層狀結(jié)構(gòu)（platelike）：土壤母質(zhì)；單粒結(jié)構(gòu)（Single-grained）：顆粒之間相互不粘連；塊狀結(jié)構(gòu)（massive）：無(wú)孔隙，不易滲水； 棱柱狀結(jié)構(gòu)（ Prismlike）：干旱區(qū)常見(jiàn)；垂直結(jié)構(gòu)，表面成棒狀時(shí)（Columnar），在干旱鹽堿區(qū)常見(jiàn)；塊型結(jié)構(gòu)（bloc

18、klike）：呈立體狀排列，多見(jiàn)于表土； 粒狀結(jié)構(gòu)（spheroidal）：持水能力和滲透性好，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，理想草原土壤2. 土壤結(jié)構(gòu)土壤顆粒影響水分入滲2. 土壤結(jié)構(gòu) 土壤顆粒直徑與持水力圓球A直徑為B中小球的2倍，球重和體積=8個(gè)B B 8個(gè)小球總表面積是A的2倍，之間細(xì)孔隙用于儲(chǔ)藏水分，易排空的水分較少。 土壤顆粒直徑與持水力圓球A直徑為B中小球的2倍，球重和體綠豆,棉花容水能力差異。紅色部分為0-20 cm，水分易蒸發(fā)，藍(lán)色表明植物根系可利用的水分 綠豆,棉花容水能力差異。紅色部分為0-20 cm，水分易蒸發(fā) 土表到巖石的距離，決定土壤持水性能和肥力。 土壤厚但降水少時(shí)可能比土壤層次薄，降水更多時(shí)的產(chǎn)量要高。3. 土壤深度 土表到巖石的距離，決定土壤持水性能和肥力。3. 土壤深度干旱草原，土壤薄，有不透水層時(shí)，產(chǎn)量甚至高于砂質(zhì)較多的土壤，不透水層將水分固定在禾草須根可以利用的層次。土層厚度，質(zhì)地和結(jié)構(gòu)決定了土壤耕作的性能，對(duì)人工草地的建植很重要。干旱草原，土壤薄，有不透水層時(shí)，產(chǎn)量甚至高于砂質(zhì)較多的土壤，土壤的中可交換離子的狀態(tài)北方大部分草地土壤堿性基質(zhì)，南方草地酸性土壤管理措施和選用的物種不同4. 土壤-pH土壤的中可交換離子的狀態(tài)4. 土壤-pH 土壤有機(jī)質(zhì)是部分分解的腐殖質(zhì)和部