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红三叶草地生态系统结构及其光能利用(1)

已有 3600 次阅读 2012-5-27 15:43 |个人分类:植物群落生态|系统分类:论文交流|关键词:系统,生态| 生态, 系统


题记:这是一篇专论,写于2010年,原为《红三叶草地生态系统管理》一书的第三章,共4节,即:(1)红三叶群落的物种组成与外貌结构特征;(2)红三叶草地生态系统初级产物的积累量结构;(3)红三叶草地生态系统同化器官的结构特征及其与太阳辐射的关系;(4)红三叶草地生态系统中气候因子及其利用效率的季节变化。由于某种原因,这部专著未能问世,现以博文发布。


红三叶草地生态系统结构及其光能利用

目录

前言

第一节 红三叶群落的物种组成与外貌结构特征

1.红三叶群落的物种结构

2.红三叶群落的外貌结构

第二节 红三叶草地生态系统初级产物的积累量结构

1.红三叶群落干物质积累量的结构特征

2.红三叶种群及其群落的热量积累量结构特征

3.红三叶种群营养物质积累量结构特征

第三节 红三叶草地生态系统同化器官的结构特征及其与太阳辐射的关系

1红三叶种群同化器官的时间结构特征

2.红三叶种群叶片面积的垂直空间结构

3.太阳辐射在红三叶群落中的分布

第四节 红三叶草地生态系统中气候因子及其利用效率的季节变化

1.红三叶草地生态系统中气候因子的季节变化

2. 红三叶群落地上部气候资源利用效率的季节变化

参考文献






红三叶草地生态系统结构及其光能利用(1)



前言

草地生态系统结构是指其各个组分的时空配置关系,主要包括植物群落结构及其生境因子结构两个方面。前者包含植物种类及其生活型组成、外貌特征和植物体的数量结构等,后者主要包含日光辐射、大气降水、湿度、温度及土壤等生态要素。

植物群落的数量结构包含有时间和空间两个方面。时间结构主要是指其季节变化和年度变化,空间结构包括水平结构和垂直结构。与天然草地比较,人工栽培的红三叶草地的植物种类组成简单,水平分布较为均匀。所以其群落结构特征,就植物种类而言,核心是红三叶种群;从数量特征来看,主要是表现于季节变化的时间结构和反映在垂直变化上的空间结构。其数量结构,一是直观地表露在高度、盖度、密度和叶面积等外部表征上,一是反映在生物量、热能和营养物质等生产结构上。红三叶结构特征的形成,不仅与其生态-生物学特性密切相关,而且受到环境条件的影响,特别是其量值的大小。

研究草地生态系统结构,特别是生产结构,不仅可以深入了解群落形成及其物质生产过程,而且有助于对草地进行合理利用和科学管理。

我们于1992~1995年,在四川省巫溪县红池坝地区对红三叶人工草地结构及其光能利用进行了研究。

红三叶(Trifolium pratense)人工草地建植于山间盆地;海拔高度约1800m。采用当地品种巫溪红三叶作为实验材料。依据用途,可将其分为2类:以收获种子为目的的种用草地和以割草或放牧方式利用其营养体的草用草地。

在野外,对红三叶群落进行以地上部生物量和叶面积为主要内容的样方测定。生物量用收获法测定,样方面积为50×50cm,重复5次。(姜恕,1988)叶面积用干重系数法测定;(杜占池,1997)为保证测定精度,每期均随机选取红三叶植株各个部位的复叶50片(即150片小叶)。

对于种用红三叶群落,从3月上旬红三叶返青开始,到结实末期结束,共测定8次。时间依次为44(苗期)、55(分枝期)、528(现蕾期)、614(开花期)、630(结实初期)、727(结实中期)、824(结实后期)、924(结实末期)。

对于草用红三叶群落,全年刈割3次。时间分别在6月上旬(开花初期)和7月下旬(开花盛期)和9月下旬(开花初期)。其实验设计,详见表3-1。将3次刈割利用作为一级处理,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ;在每个一级处理中,将5次测定视为二级处理,即abcde。对上述实验所获结果,进行整理分析,即形成了红三叶群落的时间结构。

群落的垂直空间结构,采用分层刈割法测定,每10cm一层。对于种用群落,共测定4次,依次为分枝期、现蕾期、开花期和结实初期。对于草用群落,共测定3次,分别为69日(开花初期)、731日(开花盛期)和923日(开花初期)。(木村 允,1981

表1 草用红三叶种群3次刈割利用的时间及其生长天数

             期初   a         b        c         d          e

第1次利用(Ⅰ)  5/3

测定期                   26/3     15/4     30/4       16/5       1/6

生育期                   苗期     苗期    分枝期    现蕾初期   开花初期

生长天数                  21       14       56         72        88

第2次利用(Ⅱ)  4/6

测定期                   15/6      26/6      5/7       15/7       25/7

生育期                   苗期     分枝期   现蕾初期   开花初期   开花盛期

生长天数                  11         22       31         41         51

第3次利用(Ⅲ)  28/7

测定期                   8/8      18/8      30/8       12/9       27/9

生育期                   苗期     苗期     分枝期    现蕾初期   开花初期

生长天数                  11       21        33          46        61

参考文献

[1]杜占池.测定草原植物群落叶面积的适用方法的研究[A]. 草原生态系统研究(第5集)[C].北京:科学出版社,1997.165-178.

[2]姜恕,李博,王义凤,等.草地生态研究方法[M].北京:农业出版社,1988.

[3]木村 允.(姜恕译).陆地植物群落的生产量测定法[M].北京:科学出版社,1981.

第一节 红三叶群落的物种组成与外貌结构特征

1.红三叶群落的物种结构

在重庆市巫溪县红池坝地区,红三叶人工草地群落的植物种类有30余种。其生活型组成,主要为多年生草本植物,又可分为双子叶直立茎型、蔓生茎型、莲座型和草质腾本型,单子叶根茎型及丛生型。直立茎型有:建群种红三叶(Trifolium pratense)以及灰苞蒿(Artemisia roxburghiana)、马兰(Kalimeris indica)、珍珠菜(Lysimachia clethroides)、香薷(Elsholtzia ciliata)、地榆(Sanguisorba officinalis)、石竹(Diathus chinensis)、酸浆(Physalis alkekengi)、大黄(Rheum officinale)、牛蘩缕(Malachium aquaticum)、紫草(Lithospermum erythrorhizon);蔓生茎型有白三叶(Trifolium repens)、过路黄(Lysimachia christinae)、爵床(Rostellularia procumbens);莲座型有委陵菜(Potentilla chenensis)、草莓(Fragaria ananassa)、车前(Plantago asiatica)蒲公英(Taraxacum mongolicum);草质腾本型有铁线莲(Clematis florida)。单子叶根茎型有穗序剪股颖(Agrostis hugoniana)、草地早熟禾(Poa pratensis)、川滇苔草(Carex schneideri)、灯芯草(Juncus effusus);丛生型为鸭茅(Dactylis  glomerata)、多年生黑麦草(Lolium perenne)。此外,还有一年生植物马唐(Digitaria sanguinalis)、通泉草(Mazus japonicus)、一年蓬(Erigeron annuns)、鸭趾草(Commelina communis)、漆姑草(Sagina japonica)、蘩缕(Stellaria mediall)、水蓼(Polygonum nydropipper)。从垂直空间看,以红三叶为主的直立茎型植物、以鸭茅为主的丛生型植物和以穗序剪股颖为主的根茎型植物,位于群落上层;蔓生茎和莲座植物分布在群落下层。

现将上述植物分为红三叶种群与其他草群2类,用现存生物量来衡量其在群落中所占的地位。由图3-1和图3-2可见,在整个生长季节,红三叶种群的生物量均占绝对优势。各次测定的平均值,在种用群落占92.9%,在草用群落中占86.4%。各生育阶段比较,种用红三叶群落在生育初期(苗期)和晚期(结实末期),红三叶种群占比例相对较小,低于90%;在生长旺盛的结实初期所占比例最大,高达97.6%。在刈割利用条件下,红三叶种群生物量所占比例,以第2次利用(6月4~7月25日)者较大,为91.0%;第1次利用(3月5日~6月1日)者较小,约82%。




2.红三叶群落的外貌结构

在草地利用与管理过程中,最简单而常用的表面特征参数,是群落或植物的高度、密度和盖度。如图3-3所示,种用红三叶草地的群落高度,以开花期最高,达60.4cm;结实初期~中期,维持在较高的水平,在53cm以上。分析表明,其高度与生长时间大致成二次多项式函数关系(y=-cx2+bx+a),相关极显著(α=0.001。盖度从分枝期至结实后期均在97%以上,只有苗期和结实末期较低,在80%以下。红三叶种群的密度以分枝期最大,枝条数为341 /m2;而后呈直线下降α=0.001,到结实末期仅为45/m2

在刈割利用条件下,红三叶群落高度从开始生长到刈割,均呈直线增长,与生长时间的相关系数均达到了显著水平,处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为α=0.01α=0.001α=0.05。其直线的斜率和群落高度均为处理Ⅱ>>Ⅲ。其斜率依次为:1.2890.8010.2863次刈割时的高度分别为:54.058.119.4cm。(图3-4

在同一地区,红三叶群落外貌特征的时间结构,主要决定于建群种红三叶的生育期;其次,还受生境条件的影响。


(参加本项研究工作的还有:钟华平、孙庆国、李继由)



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