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

气候因子是草地生态系统的重要组成部分；是植物赖以生存的基础；直接制约着植物的生长发育及其物质生产。其中，太阳辐射、水分和热量在草地生产实践中最为重要。

太阳辐射是草地生态系统的能量源泉。它通过光量、光质和光时对植物产生光合效应、光形态效应和光周期效应，并影响热量和水分等资源的分配状况。其中，总辐射是光能量值的主要标志，光合有效辐射（0.38～0.71μm）是植物用以进行光合作用的能量。（Larcher W.1997)

水分是植物体的重要组分，是光合作用的原料，是营养物质的输送者。在测定区，降水多，土壤湿度大。在生长季节，最长连续无降水日数通常不超过6天，在此条件下，土层0～30cm的相对含水量（土壤含水量/田间持水量×100）仍达86.6%；其储水量（土壤容重×土壤含水量）为109.0mm。所以，一般无须对红三叶草地进行灌溉。故而，草地的水分来源基本上为天然降水。

热量的重要性在于，植物生理、生化反应的正常进行均需要一定的温度；且温度对其光能和水资源的利用效率有明显影响。本文用平均气温和积温2个指标来表达热量特征。某一地区草地的放牧和刈割制度，在很大程度上与热量有关。

植物的光能利用能力，是指群落通过光合作用固定太阳能的效率。可用2种方式进行表达，一是干物质的重量（g），一是所含的热能（J）。为区别起见，可将前者称为光能利用效率（SUE），单位为g/ J·m²；后者称之为光能利用率（η），单位为%。二者的含义相同；量值不同；运用时各有所长。群落的光能利用能力不仅决定于植物的种类、群落的结构，而且与光辐射有关。其计算式分别如下：

              SUE（g/MJ·m²）=△W／∑Q

η（%）=△W × a／∑Q×100

式中，△W为某段时间干物质生产量（g/m²），ΣQ为同一时段内的太阳辐射量(MJ/m²) ，a为干物质储存的热能（MJ/g）。（成升魁，2001）为区分起见，设SUE₁和SUE₂分别为总辐射ΣQ₁(MJ/m²)和光合有效辐射ΣQ₂(MJ/m²)的的光能利用效率；η₁和η₂为相对应的光能利用率。

热量利用效率（HUE）和降水量利用效率（WUE）分别按下式计算：

HUE(g/℃·m²)=△W／ΣT

WUE（g/mm·m²）=△ W／ΣP

式中，△w为某段时间干物质生产量(g／m²),ΣT为同一时段内的积温（℃），ΣP 为同一时段内的降水量（mm）。(钱锦霞，2008)

1.红三叶草地生态系统中气候因子的季节变化

1.1红三叶草地生态系统中太阳辐射的季节变化

图3-21为1993年红三叶生育期间节太阳辐射的实测值，从3月至6月太阳辐射强度逐

渐增大，6月份呈现高峰，月总辐射及光合有效辐射分别为487.1和223.0 MJ/m²，比3月份

高出70.5%。其后，渐渐降低；但9月份又有所升高。从图3-22可以看出，该年8月份的

日照时数和日照百分率明显低于多年平均值。其中，日照时数≥60%的平均日数分别为1.0d

和6.7d；日照百分率分别为11%和30%。故此，这一年年8月份辐射量的测值偏低。但方

差分析表明，二者3～9月份日照时数或日照百分率的差异并不显著（F>0.1）。

1.2红三叶草地生态系统中降水量和大气湿度的季节变化

测定年份3～9月份的降水量与多年平均值比较，前者偏多，分别为1954.1和1674.8mm；

其中，8月份的降水日数和降水量更是明显偏高。但降水相对变率较小，为13.2%。方差分析表明，二者3～9月份降水量的差异并不显著（F>0.1）。多年平均降水量以7月份最大，为346.1mm，而测定年份以8月份最高，为556.3mm。（图3-23）

大气湿度，测定年份和多年平均值相近，3～9月份相对湿度的平均值分别为86%和84%；水汽压均为12.2hpa。（图3-24）差异均不显著（F>0.2）。

1.3红三叶草地生态系统中热量的季节变化

   图3-25显示，测定年份与多年平均值比较，3～9月份平均气温和积温均基本一致。前者，分别为11.5℃和11.9℃；后者分别为2469和2545℃。二者差异不显著（F>0.5）。在生长期间，以7月份最高，平均气温分别为17.3和17.7℃；积温分别为536和549℃。

2. 红三叶群落地上部气候资源利用效率的季节变化

2.种用红三叶群落地上部气候资源利用效率的变化

图3-26显示，光能、热量和降水量利用效率均为单峰型。光能利用效率的高峰值，出现在5月5～28日（分枝期～现蕾期），SUE₁和η₁值分别为1.15g/MJ·m²和2.12%；SUE₂和η₂值分别为2.52g/MJ·m²和4.64%。WUE的高峰偏晚，在5月28日～6月14日（现蕾期～开花期），量值为2.01g/mm·m²。HUE的峰值维持的时间较长，在5月5日～6月14日（分枝期～开花期），量值在1.2 g/℃·m²左右。

在整个测定期间，η₁、SUE₁ 、WUE和HUE的平均值为0.76%、0.42 g/MJ·m²、0.54 g/mm·m²和0.43g/℃·m²。

2.2刈割利用条件下红三叶群落地上部气候资源利用效率的变化

由图3-27可以看出，在刈割条件下，第1次利用（处理Ⅰ）时， SUE₁和η₁的高峰值出现在4月30日～5月16日（分枝期～现蕾初期），其量值分别为0.83g/MJ·m²和1.52%。WUE和HUE的高峰值均出现于4月15~30日（苗期～分枝期），量值分别为9.11g/ mm·m²和1.04 g/℃·m²。在该次利用期间，SUE₁、η₁、WUE和HUE的平均量值分别为0.55g/MJ·m²、1.0%、0.95g/mm·m²和0.85g/℃·m²。

第2次利用（处理Ⅱ）时，SUE₁、η₁和HUE的高峰值在7月5～15日（现蕾初期～开花初期），量值分别为0.97g/MJ·m²、1.75% 和1.00g/℃·m²。WUE的高峰值在6月26日～7月5日（分枝期～现蕾初期），量值为4.51g/mm·m²。在该次利用期间，SUE₁、η₁、WUE和HUE的平均量值分别为0.50g/MJ·m²、0.91%、0.85g/mm·m²和 0.48g/℃·m²。

第3次利用（处理Ⅲ）时，4个指标的高峰均出现于8月30日～9月12日（分枝期～现蕾初期），SUE₁、η₁、HUE和WUE依次为0.74g/MJ·m²、1.36%、0.85g/℃·m²和1.13g/mm·m²。在该次利用期间，SUE₁、η₁、WUE和HUE的平均量值分别为0.44g/MJ·m²、0.80%、0.35g/mm·m²和0.32g/℃·m²。

由上述可见，3个处理比较，其最高值，SUE和η为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，而HUE和WUE为Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ。其平均值，各指标均为处理Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ。

参考文献

[1]成升魁，张宪洲，许毓英，钟志明，2001.西藏玉米生物生产力及其光能利用率特征[J].资源科学，2001，23（5）：58～61.

[2]钱锦霞，胡良温．山西省玉米气候资源利用效率分析. 玉米科学，2008，16(4)：192～195.

[3]Larcher W.(翟志席，郭玉海，马永泽，等译)．植物生态生理学（第五版）[M]．北京：中国农业大学出版社，1997．

（参加本项研究工作的还有：钟华平、孙庆国、李继由）