草地培育学-3-非生物因素课件

1、草地生态系统非生物因素Grassland Physical Characteristics Instructor: Shen Yuying 草地生态系统非生物因素草地生态系统组成草地生态系统非生物环境气候地势土壤火Outlines草地生态系统组成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. 气候（ Climate）气候决定草地类型及其分布降水、光照、温度、风一. 气候（ Climate）气候决定草地类型及其分布降水量 降水分布 相对湿度 降水变率1. 降水 Precipitation降水量1. 降水 Precipitation 降水特征重要性 草原地带: 降水少，变率大；年降水450 mm时,降水变率高；800mm，产量较少受降水变率影响

3、 降水特征重要性世界范围内降水量分布典型草原 300-400 mm荒漠100 mm，农牧交错带北线40% 400 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: 500 mm 地区,65-75% 世界范围内降水量分布比全年降水量更为重要。 如：降水接近，降水分布在夏季, 秋冬季降水连续两年或以上低于平均值,植被受影响远远大于“低正常”年际变化格局。1977年发生严重干旱，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为重要。降水分布格局过牧

4、导致草地退化,干旱条件下,轻度和中度放牧的草地产量高于干旱条件下未放牧草地 预先思考题过牧导致草地退化, 随干燥度增加而增加 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, 频临海洋，植物夜间吸水。降水变率 Precipitation variation 随干燥度增加而增加降水变率 Precipitati甘肃西峰的降水变率（1961-2019年）甘肃西峰的降水变率（1961-2019年） 西峰降水图 西峰降水图 运转光合作用产物通过气孔散到空气中，影响土壤蒸腾的因素也影响植物的蒸散萎蔫系数决定了植物的永久凋萎点草地植物经常面临着水分胁迫植物生长通过进化，避免干旱

5、胁迫叶龄水分 water水分 water 美国大平原30年代罕见的干旱，轻度或不放牧条件下，植被恢复历时5-15年。 1951-1956年，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。 30年后，黑垂穗草种群在极轻的放牧率下，仍然没有恢复。干旱抑制草地植物生长 美国大平原30年代罕见的干旱，轻度或不放牧条件下，植干旱区降水脉冲效应在降水稀少的生长季格兰马（Bouteloua eriopoda）ANPP较高是由于前一年生长季降水是多年平

6、均值的1.3倍；降水充足生长季ANPP值较低是由于前一年生长季降水是多年平均值的0.64倍。干旱区降水脉冲效应在降水稀少的生长季格兰马（Boutelou降水与植被生产力的关系是全球变化研究热点。区域尺度上（crosssites），年降水量是植被生产力变化的决定因子。时间尺度上（within-site），植被生产力与年降水量的相关性较弱，受植被生活型、地形、养分、光照和水分等因素的限制；降水极大变异，ANPP对降水响应的滞后性降水与植被生产力的关系是全球变化研究热点。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

8、, 水分在高山处丢失,形成降水。地形效应 Orographic influences 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，空从太平洋来的气团，海拔上升，气团变冷，水分丢失,形成降水 （ 引自 John N. Smith )从太平洋来的气团，海拔上升，气团变冷，水分丢失,形成降水 降水与地形变化的关系-垂直分布华盛顿州降水比62km哥伦比亚盆地高10-14。呼和浩特海拔1063m，降水417 mm。 大青山(1500-2000 m) 降水600 mm。降水与地形变化的关系-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. 温度 Temperature温度决定植物生长和生存;温度具有地带性效应（纬度）三基点温度比平均温度重要0-5, 25/31，15/2515以上萌发2. 温度 Temperature温度决定植物生长和生存; 温度年际和季节变化热带温度的效应比较弱；山地:温度效应与水分一样重要 春季温度高于平均温度，降水低于平均值，产量高于平均值，春季低温，草地年产量低于平均产量. 温度年际和季节变化风造成水热在地表分布不均匀;增加蒸发和植物蒸腾。对土壤20-30 cm以下影响小，典型草原无树,风速大,蒸发强烈。春季,土壤水分在土壤温度升高前蒸发消失，导致干

10、旱。 3. 风 wind风造成水热在地表分布不均匀;3. 风 wind 沙尘天气土壤失墒 牧草返青 林果发芽、开花 城市交通 空气质量 沙尘天气土壤失墒2019年3月5日，山丹军马场2019年3月5日，山丹军马场 生长期，牧草短缺。高山草原地带 ( 100天以内),高海拔地区,冬季青绿饲草短缺是一大限制因子。Frost-free period 生长期，牧草短缺。高山草原地带 ( 100天以内),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 我国青藏高原牧草生长短缺和家畜生长需求之矛盾，任继周，2019 2 空气中的水分，相对湿度：现有空气湿度与空气中保持的最大湿度的比率。冷空气中持有的水分比热空气中少。湿度减少时，土壤蒸发和植物蒸散均增加，相同降水，空气相对湿度大的草地产量高于湿度低（微气候的差异）。4. 湿度 humidity空气中的水分，相对湿度：现有空气湿度与空气中保持的最大湿度的Hopkins bioclimatic law 生物气候律北美温带，纬度向北移1

12、,经度向东移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 ,物候相当于向北推进107 km。 二、 地势因素Hopkins bioclimatic law 生物气候律 箭头既是家畜的运动方向，也是生态时段的变化趋势 海拔 2900m 2600m 2300m 冬季 牧场 春季 牧场 秋季 牧场 夏季 牧场 4月份低海拔地区可放牧，山区可能仍然被雪覆盖，家畜夏季在高海拔地带放牧, 秋季向低海拔转移。 箭头既是家畜的运动春季：南坡、西坡的牧草生长比北坡和东坡快夏季：放牧适宜在北坡和东坡，牧草可能长的不好，遮阴条件好。冬季：南坡、西坡温暖,适宜放牧1.坡向 As

13、pect决定温度1.坡向 Aspect决定温度 影响草地产量和家畜利用 随坡度增加，径流和雨水入渗减低,牧草产量随之降低。 牛放牧高度随坡度的增加而下降。2. 坡度 slope 影响草地产量和家畜利用2. 坡度 slope 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 3.光照 Solar energy 光是植物生活的能源之本3.光照 Solar energy 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，短日照相反;日照小时增加，温带和热带禾草的分蘖速率;长日照降低根的生长速度，影响植物地上部分的分室。日照小时 影响植物生长

14、形态日照小时 紫外线强度随海拔变化 高原 vs平原 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 光质量 紫外线强度随海拔变化光质量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。光强度光强度在不同的地区有显著的生态意义。光强度温带植物对中度以上的光强反映不强（1/4 或1/3）热带种生长随光强的增加而增加，夏季生长达最大。 温带植物对中度以上的光强反映不强（1/4 或1/3）土壤特征，分类是草地经营和管理所必备的知识一定气候带下，土壤决定草地产量三、 土壤条件 三、 土壤条件

15、 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 mm1. 质地土壤中矿质颗粒 按颗粒大小分为:1. 质地砂土 （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土壤质地决定土壤肥力。黏土的养分， N，P、K 等含量远高于砂土。土壤表面的小颗粒比大颗粒更易附着养分。土壤-质地土壤质地决定土壤肥力。土壤-质地黏土孔隙小，不容易渗水，含水量高于砂土壤土渗水性能和含水量最佳，具

17、有砂土、粘粒和黏土的混合性能。草原地带，砂质土壤比黏土更适宜禾草生长，降水快速入渗。降水高地区，土壤水分和养分共同影响植物生长。土壤质地影响土壤的透水性黏土孔隙小，不容易渗水，含水量高于砂土土壤质地影响土壤的透水甘肃西峰 壤砂土澳大利亚南澳州红土（变性土）甘肃西峰 壤砂土澳大利亚南澳州红土（变性土）土壤颗粒影响水分入渗层状结构（platelike）：土壤母质；单粒结构（Single-grained）：颗粒之间相互不粘连；块状结构（massive）：无孔隙，不易渗水； 棱柱状结构（ Prismlike）：干旱区常见；垂直结构，表面成棒状时（Columnar），在干旱盐碱区常见；块型结构（bloc

18、klike）：呈立体状排列，多见于表土； 粒状结构（spheroidal）：持水能力和渗透性好，土壤有机质含量高，理想草原土壤2. 土壤结构土壤颗粒影响水分入渗2. 土壤结构 土壤颗粒直径与持水力圆球A直径为B中小球的2倍，球重和体积=8个B B 8个小球总表面积是A的2倍，之间细孔隙用于储藏水分，易排空的水分较少。 土壤颗粒直径与持水力圆球A直径为B中小球的2倍，球重和体绿豆,棉花容水能力差异。红色部分为0-20 cm，水分易蒸发，蓝色表明植物根系可利用的水分 绿豆,棉花容水能力差异。红色部分为0-20 cm，水分易蒸发 土表到岩石的距离，决定土壤持水性能和肥力。 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。3. 土壤深度 土表到岩石的距离，决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。干旱草原，土壤薄，有不透水层时，产量甚至高于砂质较多的土壤，土壤的中可交换离子的状态北方大部分草地土壤碱性基质，南方草地酸性土壤管理措施和选用的物种不同4. 土壤-pH土壤的中可交换离子的状态4. 土壤-pH 土壤有机质是部分分解的腐殖质和部