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生态系统类型草地生态系统

生态系统类型-草地生态系统

1987）

（1）草原草地生态系统

由喜温、旱生、多年生草本植物为主组成的植物群落，主要是由所在地区的气候因素和历史条件决定的，是一种地带性植被。

在组成关系上，多年生禾木科草本或禾草类型的丛生草，以及一部分地衣和地面藻类植物组成的层片有显著的地位，能忍受长期的干旱。

而在许多情况下，又具有忍受相当程度的暂时湿润的能力。

这种半干旱半湿润气候条件不足以支持森林的发育，从而阻止其向森林或疏林发育，但却足以维持耐旱的多年生草本植物，尤其是禾草类的繁茂生长。

据Lieth（1972）统计，全球温带草原面积约900多万平方公里，除一小部分恳为农田外，大部分地段作为天然放牧场。

由于地球上水陆分布的关系，草原多分布在北半球，面积最大的是欧亚大陆草原。

在南半球，草原面积不大，只见于南美的阿根廷和非洲东南部山地。

草原地区的气候夏季温和，冬季寒冷，春季和晚夏有一明显的干旱期，由于低温少雨，草群较低，地上部分一般不超过1m。

典型的草原土壤为栗钙土。

草原在地球上的分布是有一定的地带性规律的。

一般来说，它处于湿润的森林区与干旱的荒漠区之间。

靠近森林一侧，气候半湿润，草群繁茂，种类丰富，有时还出现岛状森林，如欧亚大陆的草甸草原和北美的高原草原；而靠近荒漠一侧，雨量减少，草群低矮稀疏，种类组成简单，并常混生一些旱生小半灌木或木质植物，如北美的矮草草原与欧亚大陆的荒漠草原，两者之间则为辽阔的典型草原。

草原草地生态系统采用生态外貌原则可划分为草甸草原、典型草原（真草原）及荒漠草原，依据气候所决定的群落季节戒律特征或各种气象因素的剧烈季节性变化可将草原分为：

温和夏旱气候草原、温和冬旱气候草原、温和高位山地气候草原、干燥亚热带草原。

（2）草甸草地生态系统

草甸植物群落由多年生中生或旱生中生植物所构成，并且常常和地下水相联系（李博，1960）。

通常是中生性的地面芽植物占优势，许多植物在雪被覆盖下，至少在整个冬季部分保持绿色。

草甸植被处于森林气候的温带或亚极地，无明显的干季。

草甸一般不逞地带性分布，是特殊生境的产物，是一种隐域性植被。

它广泛分布于欧、亚、美各洲的森林地带。

草甸大多是森林破坏后形成的次生植被，而在高纬度或高海拔的草甸可有其原生类型。

依生境或生态原则来划分，草甸草地生态系统可划分为5类：

真草甸，或真中生草甸；草原化草甸，或真旱中生草甸；荒原化草甸，或高山寒土中生草甸；水生草甸，或沼泽化草甸；酸中生草甸或泥炭化草甸。

依生境分类（即地形学）分类，草甸草地生态系统可分为：

大陆草甸；河漫滩草甸。

（3）稀树草原草地生态系统

稀树草原，是热带或亚热带草地，生长在具有周期性干湿季节交替的热带地区，群落以草本植物为主，乔灌木通常有规则地出现在草被之中，这些散生乔木都是旱生结构，如半矮生、多分枝、树干不整齐、树冠呈伞状、叶多为羽状具毛茸等。

热带稀树草原有多种多样的类型，从没有树木的干旱草原直到几乎郁闭的森林都可以见到。

从演替角度来看，稀树草原是一种气候顶级群系，或是一种主要受放牧和周期性火焚所制约的生物顶级群落，或者是一种由特殊土壤条件形成的土壤顶级群落。

稀树草原是较特殊的植被类型，关于它的分类一向有较多争议。

Ellenberg和Mueller-Dombois（1967）把稀树草原与草原、草甸并列，同属于陆生草本群落这一最高分类单位。

《中国植被》把它作为一个独立植被型与草原植被型平行组成草原和稀树草原植被型组，而与草甸植被型组并列。

1.2.2天然草地生态系统功能

草地（grassland）是人类重要的自然资源。

世界草原、草甸（meadow）、森林区的次生草地和可利用的稀疏矮灌丛草地共计约5×107km2，占世界陆地面积的33.5%（Horton，1979）。

草地在人类生存空间占有相当重要的地位，它不仅是草原畜牧业的生产基地，也在防止水土流失、土壤沙化及防风固沙等方面起着积极重要的作用。

基于草地重要的经济、环境、社会价值，很久以来，它都是中外生态学家所关注的热点。

天然草地作为全球重要的陆地生态系统，起着十分重要的作用，这种作用可概括为两方面，及经济功能和生态功能。

（1）经济功能

提供食物来源。

草地是地球上的生产者，人类的食物有相当一大部分靠其为主。

首先，草地是野生动物重要的食物来源，天然草地上具有丰富的动物资源，种类繁多的野生动物不仅是陆地生态系统中的重要组成部分，而且也是当地牧民狩猎业的对象和经济来源。

其次，草地也是家畜重要的实用饲料，尤其是禾木科、豆科的一些种是优良的牧草。

我国草地面积近4×106km2，占国土面积的41%左右，是我国农田面积的3倍多。

据1990年统计，全国牧业产值1964.07亿元，占农业总产值的25.63%，今年来又有新的发展。

草地孕育了丰富的野生动物，为人类提供了大量的肉、禽、蛋、奶制产品，丰富了人们的饮食结构。

再次，随着科学技术的发展和绿色食品工业的兴起，天然草地也是食品植物的重要产地，如蕨菜、黄花菜、白蘑等早已被利用。

衣着。

利用兽皮、绒毛、毛和裘皮为衣着，这是草地对人类健康做出的巨大贡献，使人能抵御比无衣着时所能忍受的更为寒冷的气候。

在人类需要的衣着中（包括毡毯和动物性纤维的其他家庭用途方面等），原料来自家畜的或来自整个草地动物的比例是很高的。

其他。

高大的草本植物是造纸的原料之一，如芦苇、大叶章、芒、五节芒等。

沙棘、西伯利亚杏等是饮料食品的重要原料。

草原地区还可提供多种药用植物（如人参、党参等）、野生花卉植物、资源动物、珍惜动植物和许多珍贵的家畜品种。

草地重要的经济功能促进了草地产业的迅速兴起，。

早在20世纪80年代初，著名科学家钱学森就提出了“立草为业”的概念。

现经过20年的发展，人们已经开发出了草地的许多新的经济功用。

但这种开发又必须注意合理与适度，因为草地还具有另外一个重要的功能即生态功能。

（2）天然草地生态系统的生态功能与社会功能

长期以来，我们都比较看重草地的经济功能，一提到草地，都注意到草地是重要的生产资料，是重要的可更新的资源，能生产肉、奶、皮、毛、能提供大量的产品，有大量的宝贵的特有的经济职能，而往往忽略其生态功能与社会功能。

2000年10余次袭击北京的沙尘暴，西部大开发，长江的洪灾等许多大问题，使我们对此有所反思。

认识到草地的生态功能其实更为重要、更为突出。

天然草地的生态功能与社会功能，概括起来，主要有保持水土、形成土壤、净化空气、调节气候、防风固沙、维持碳氧平衡等。

a.保持水土

草的水土保持功能十分重要，在许多情况下，它比树的作用更为突出。

据西北水保所测定，种草的坡地在大雨状态下可减少地面径流47%，减少冲刷量77%，保持水土能力比农田大数十倍。

生长2年的草地拦截地面径流和含沙能力分别为54%和70.3%，比3~8年林地拦截地面径流和含沙能力高出58.5%和88.5%。

b.土壤形成的主要因素

地球表面覆盖的一层薄薄的土地，对于大自然，对于我们人类本身都具有十分重要的作用。

没有肥沃的土壤，就不会有茂盛的植物，丰富的大自然和我们人类的今天。

在土壤形成中，草地的作用尤为重要。

栗钙土、黑钙土、草甸土、沼泽土等草原土壤的形成，是草地植被作用的结果。

与木本植物相比，草地植被在形成、改良土壤中的作用十分重要，而且很有特色。

c.调节气候

草地调节气候的功能主要有三方面作用:

（1）草地可截留降水，且比空旷地有较高的渗透率，对涵养土壤中的水分有积极作用。

据试验，冰草的降水截留量可达50%。

（2）由于草地的蒸腾作用具有调节气温和空气中湿度的能力，与裸地相比，草地上湿度一般较裸地高20%左右。

（3）由于草地可吸收辐射外地表面的热量，故夏季地表温度比裸地低3~5℃，而冬季相反，草地比裸地高6~6.5℃。

1.2.3草地生态系统的组分、影响因素及其相互关系（图）

草地生态系统结构模型（图）

1.2.4草地生态平衡

草地生态平衡是指草地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的、化学的环境条件，通过能量流动和物质循环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。

结构和功能的相互适应，相互完善，使生态系统在一定时间内各组分通过制约、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，在外来因素的一定程度干扰下，通过自我调节可以恢复到原初的稳定状态。

任何一个草地生态系统都具有一定的自我调节能力，以保持系统的稳定性和生态平衡。

这种调节能力与其成分的多样性、能量流动和物质循环途径的复杂性密切相关。

如果一个草地生态系统成分多样，能量流动和物质循环复杂，则较容易保持稳定，因为系统的一部分发生机能障碍，可以被不同部分的调节所补偿。

但这种自我调节能力有一定的生态范围和条件，如果干扰过大，超过了生态系统本身调节能力的限度，草地生态平衡就会破坏，即超过临街限度“生态阈限”。

如今的许多草地退化问题都是由于草地的不合理开发和使用，破坏了草地生态系统的能量流动、物质循环和信息传递，从而超过了草地的生态平衡而引起的。

1.2.5关于草地畜牧业

在漫长的历史岁月中，由于自然选择和人类活动的影响，草地上的野生动物，无论是种类和数量，均已发生很大变化。

但现在，在广袤的草地上仍然有许多飞禽走兽和各种野生动物。

如果实行合理保护和措施，进一步研究它们在生态系统中的地位和给予科学的调控，将会诱导出对人类更有益的生态效果。

草地上丰富的植物种类为各类草地提供了多样性的食物，因此草地动物（leimocole）也是丰富多彩的。

草地退化是一种全球普遍的现象，据Oldeman（1981）等人估计，全球退化土地面积中的34.5%都是由于过度放牧引起的。

草地是一类重要的可更新资源，大面积的草地退化使人们越累越认识到草地的承载力是有限的。

牲畜超载放牧导致大面积退化和荒漠化，所以我们要考虑草地放牧的强度必须保持在怎样的范围才不会导致草地退化和荒漠化，这就是草地载畜量的问题。

载畜量（stokingcapacity）概念在近一个世纪的发展过程中，出现过形形色色意义相近的术语和定义。

根据1989年美国《草原管理名词术语汇编》给出的权威定义，载畜量是指在与维持和改进植被资源并行不悖的条件下，一定面积草地牧场上可能饲养的家畜头数。

载畜量与草地气候生产潜力有关。

一个草地生产系统，在没有人为干扰的条件下是自我维持的。

其能量输入主要来自太阳辐射，而物质循环几乎是封闭的。

如果人们为了追求产品无限制地增加牲畜数量，过多的消耗第一性产品，并随时将产品取走，势必造成生态系统的物质亏缺，导致生态平衡的破坏。

所以再利用天然草地时核心是控制载畜量。

另外，不同地区、不同草地类型的生产力和载畜量是不同的。

应对不同草地类型的生产力和动态进行详细研究，并在此基础上制定最适载畜量。

载畜量一旦确定，就应严格执行，坚决制止无休止增加牲畜头数的盲目做法，以保持草地的生态平衡。

草地主要畜产品：

乳、肉、毛、皮等。

我国天然草地总体上是利用过重，南北差异大。

北方草地大部分已过度利用，南方草地开发利用不足，尚有很大潜力。

目前我国草地载畜量合计约5亿到6亿的绵羊单位，超过全年合理载畜量约20%。

北方广大牧区冬季草地已超载50%，少数地区已超载1~1.5倍；南方草地大约30%利用过度，30%轻度利用，40%尚未利用，有待开发。

1.2.6草地生态学模型

草地生态学模型是对草地生态的特征、特性和运动规律的定量抽象和概括方式，通过它以获得某种遇见。

应用模拟模型进行系统分析已成为草地生态学研究的重要手段之一。

这一途径使我们有可能把复杂的草地生态系统作为整体研究，并应用于草地的实际管理。

1.2.7.草地退化与荒漠化

（1）草地退化

草地退化（degeneration）是荒漠化（desertification）的主要表现形式之一。

我国有4×106km2不同类型的草地，其中90%以上处于不同程度的退化之中。

最新的《中国环境状况公报》数字表明，全国草地退化、沙化、盐碱化呈发展趋势。

草地严重退化已是影响我国草地生态功能发挥，生产力提高的重要限制因素。

科学家们认为，草地退化的草地生态系统在其演化过程中，其结构特征和能流与物质循环等功能的恶化，即草地生态系统的生产与生态功能衰退的现象。

它即包括“草”的退化，也包括“地”的退化。

它不仅反映在构成草地生态系统的非生物因素上，也反映在生产者、消费者、分解者三个生物组成上，因而草地退化是整个生态系统的退化，是指土地物理因子和生物因子的改变所导致的生产力、经济潜力、服务性能和健康状况的下降或丧失。

（2）草地退化的动因

引起草地退化的原因有自然的、如长期干旱、风蚀、水蚀、沙尘暴、鼠、虫害等，也有人为因素如过牧、滥垦、樵采、开矿等。

对导致草地退化的主导因素曾有过争议。

有人认为气候变干是主导因素，单据气象资料分析，近百年来北方草原区气候尽管有波动，却未发生过重大变化，尤其是近40年来气候比较平稳，可见20世纪60年代以来全国范围的草原退化，气候并非决定因素，而主要是认为造成的（李博1997b）。

究其实质，是由于长期不合理、甚至掠夺式利用，从草地不断带走大量的物质，而得不到补偿，长期入不敷出，违背了生态系统中能量与物质流转平衡的基本一种，因而导致了生态系统功能的紊乱、失调和衰退，使草地的生态与生产能力不断下降。

如果这种衰退不断积累，超出了系统所能承受和恢复的阈限，最终导致草地生态系统完全丧失物质生产能力，草地不复存在。

（3）草地退化的类型和阶段

草地退化类型可按其所在区域、成因及表现等大致分为以下几种：

荒漠型退化：

主要发生在我国西北干旱风沙地区，是自然和认为造成的气候土壤旱化和植被被破坏所致，是目前草地退化最主要的形式之一。

荒漠化与草地退化互为因果，在干旱地区，草地长期无休止退化的结果就是荒漠化，直至变为沙漠。

盐渍型退化：

与荒漠化密切相关的是土壤盐渍化，这类土地主要分布在西北内陆绿洲下游和边缘，河湖及滨海滩涂。

黑土滩型退化：

主要发生在我国青藏高原半湿润和湿润的高寒草甸类草地上，包括西藏、青海、川西北、甘南等地，主要是过牧、鼠类危害，再加上干旱，是原有植被破坏后不能恢复，而变成裸露的黑土滩。

毒杂草型退化：

主要是在家畜过牧及鼠类等活动下，优良牧草被过度啃食而不能恢复，原来以优质牧草为优势种的草地演变为以毒草为优势的植物群落，如北方草原上最常见的棘豆、醉马草、狼毒等，这类植物不但没有利用价值，家畜误食后还会中毒甚至死亡。

另外，还有水土流失型退化（黄土高原区）、鼠害型退化（青藏高原区），石漠性退化（南方多石山区）等等。

各种不同类型草地退化的相互影响，叠加和累积，使草地面临前所未有的困境。

草地退化一般分为三个阶段：

①草群变矮，盖度、产量下降，这时的草地如果给予适当的利用或休歇，渴望2年恢复。

②植被组成成分发生变化，劣质、低质杂草及毒草大量滋生，这时采取一定的管理措施尚可在较长时期内恢复。

③生草土层完全破坏，这时无论是组成植物成分还是生境都发生了变化，想要恢复到原来植被极其困难，只能改良成其他草地类型。

（4）草地退化指标及等级

草地退化范围很广，动因复杂，制定统一指标有困难。

从草地对家畜可利用性考虑，采用5个指标（张金屯2001）。

a.产草量。

草地生态系统是一个太阳能固定于转化系统，太阳能利用率以及在系统内的转化效率是衡量系统状态的最重要的指标。

在不同的草地生态系统中，太阳能利用率很有不同，产草量也差别很大。

一般情况下，草群生产能力随退化程度的增强而递减，但有时不可食的杂草或毒草就会随退化程度递增，所以从生产力角度衡量，应以可食牧草产量为标准来评估退化程度，并与同一类型的原始状态比较。

b.草地质量。

草地质量在这里指的是营养成分与适口性的高低，一般可由种类组成来衡量。

因为大部分草地植物的营养成分是已知的，在我国北方草地中，绝大部分优势种具有较高的营养价值与适口性，因此，在放牧利用下他们首先被采食，随着放牧强度的增加，优势种与适口性较好的植物逐渐减少，而适口性差、营养价值较低的一些杂草则随放牧强度的增加而增加，甚至可代替原来的优势种。

在此意义上，用现有群落的种类组成与顶级群落种类组成的距离来衡量草地退化程度是可行的。

c.草地环境。

在强度放牧影响下，草地覆盖度降低、土壤表层裸露、反射率增高、潜热交换份额降低，土表硬度与土壤容重明显增加、毛管持水量降低，风蚀与风积过程或水蚀过程增强，小环境变劣，进而土壤质地变粗、硬度变大、有机质减少、肥力下降，土壤向贫瘠化方向发展。

d.草地结构。

一个顶级草地生态系统，其结构是较为复杂的，食物链也比较长，从生产者到草食动物、第一级肉食动物、第二级肉食动物齐全，但在退化草地上，其食物链缩短、结构简化。

e.草地恢复力。

草地自我恢复能力是草地生态系统是否健康的重要标志。

过牧影响下，自我恢复功能逐渐降低，直至完全丧失。

根据草地退化程度将其分为5级：

弱度退化、轻度退化、中度退化、强度退化和季度退化。

各级的主要特征表5.10所示。

（174页）

（3）荒漠化

荒漠化（desertification）是威胁全球人类生存与社会发展的重大生态环境问题。

据1994年在巴黎签署的《联合国关于在发生严重干旱和荒漠化的国家特别是非洲防治荒漠化的公约》的定义，“荒漠化是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱的干燥半湿润地区的土地退化……‘土地退化’是指由于使用土地和由于一种营力或数种营力结合致使干旱、半干旱和干旱半湿润地区耕地、草原、牧场和林地的生物或经济生产力和复杂性下降或丧失，其中包括：

①风蚀和水蚀致使土壤物质流失；②土壤的物理、化学和生物特性或经济特性退化；③自然植被长期丧失”。

荒漠化类型包括风蚀沙化、水土流失、盐渍化和冻融荒漠化，其表现则是土地生产力的退化（赵雪2000）。

荒漠化的成因可分为自然因素和人为因素，其中认为因素是最主要的，其表现形式是超过生态系统自我恢复能力的滥牧、滥垦、滥伐及其他环境破坏活动，其中放牧直接针对草地植被，滥垦也以草地为首选地土地类型，滥伐中的过度采挖野生药材等破坏性活动也大都发生在草原上。

与乔、灌木植被相比，草本植被地上部分空间结构简单，冷季枯萎衰亡，地下根系较浅，遭受破坏发生退化后，抗风蚀和水蚀能力更弱，出现风蚀水蚀破口并迅速扩展。

而风蚀和水蚀在荒漠化自然营力中分布最广、作用最强，因此，草地生态系统是最易因管理和利用不当而产生荒漠化、最易受危害的生态系统（陈怀顺2000）。

（4）草地退化与荒漠化的防治

同荒漠化的发展过程一样，荒漠化的逆转过程也必须是主要依靠人为干预促使植被和土地生产力恢复的过程。

荒漠化土地的治理要因地制宜，综合治理。

如干旱地带沙质荒漠过程的绿洲要以建立以绿洲为中心的防护体系；在半干旱农牧交错区要将调整土地利用结构与防护措施相结合；在各种措施中，都要对草本植物给予足够重视。

具体来说，对于风蚀引起的，即沙漠化防治包括沙丘固定、防止土壤风蚀和绿化以增加植被等三部分，以生物工程措施为主，以保持和人工扩大林草植被为中心，建立防、治、用有机结合的治沙工程体系；对于物理化学营力引起的土地盐渍化，应采取：

①明沟排水、竖井排水以降低其地下水位；②淡化地下潜水；③采用平面田面、减少田面的不平衡的蒸发积盐面，同时采取农业措施培肥土地，增加农田植被的覆盖。

草地生态建设时防治荒漠化的主要措施，理由是：

①草地退化是荒漠化的主要表现形式，对大面积的荒漠化土地来讲，恢复到较好的草地植被最适宜于当地的自然环境；②适于荒漠化区域生长的草本植物多样性远大于乔灌木，选择性多且需水量少，进行草地生态工程建设单位面积投资少，收效快；③我国大部分荒漠化地区为贫困区，人口增长快，生存压力巨大，为使公众具有参与的自觉性和积极性，治理荒漠化的生态环境建设必须考虑生态效益与经济效益、长远利益与近期利益相结合。

在荒漠化区心开发种植业虽效益高但受水土资源严重制约，保护性的林业缺少近期直接效益，因而草业生态建设是上述两个结合的最佳连接点。

1.2.8.草地灾害

我国的草地所处的自然条件较为严酷，夏季少雨，冬季严寒，是自然灾害频繁发生的地区。

近年来，草地自然灾害频繁发生且某些灾害有愈演愈烈之势，这不仅给草地产业造成极大危害，久而久之将酿成巨大的生态灾难。

减轻自然灾害造成的损失和从根本上防止自然灾害，对于我国草地来说已刻不容缓。

（1）草地雪灾

草地雪灾在牧区称之为“白灾”。

主要发生在我国内蒙古、新疆、青海、西藏等省区及甘肃、四川的部分地区。

在雪灾易发区有两个高发中心：

其一位于大兴安岭以西至贺兰山以东、阴山和燕山以北与呼伦贝尔盟以南的区域内，中心在内蒙古锡林郭勒盟；另一在青藏高原东北部，即长江、黄河上游至青海湖和祁连山东段、唐古拉山东段至唐古拉山西段，中心位于西藏那曲地区。

草地雪灾来势迅猛，覆盖面积大，灾情持续时间长，往往给当地畜牧业生产和牧民的生命财产带来沉重的损失。

雪害来临后2~3天便暴发成灾。

积雪覆盖面积可达数十万公顷，有时表层结成冰壳，数月不融，道路封堵，交通中断，救灾人员和物资不能及时到达灾区，救灾工作难以实施。

草地雪灾发生频繁，危害面积大，已成为草地畜牧业发展的制约因素（周禾1999）。

（2）草地火灾

（3）沙尘暴

（4）草地鼠害