草地生態系統

草地生態系統是指在中緯度地帶大陸性半濕潤和半乾旱氣候條件下，由多年生耐旱、耐低溫、以禾草占優勢的植物群落的總稱，指的是以多年生草本植物為主要生產者的陸地生態系統。草地生態系統具有防風、固沙、保土、調節氣候、淨化空氣、涵養水源等生態功能。草地生態系統是自然生態系統的重要組成部分，對維繫生態平衡、地區經濟、人文歷史具有重要地理價值。

基本介紹

• 中文名：草地生態系統
• 外文名：Grassland ecosystem
• 概述：多年生草本植物的陸地生態系統
• 作用：防風、固沙、保土、調節氣候
• 貢獻：生態平衡、地區經濟、人文歷史
• 系統結構：垂直結構、水平結構、時間結構
• 能量流動方式：能量輸入與能量輸出

系統的組成

不同類型的草地生態系統具有不同的外貌景觀，其環境條件和生物種類組成也不一樣，但任何生態系統都可以分為生產者、消費者、分解者和環境四個部分，前三者為生物成分，後者為非生物成分。生物成分包括植物、動物和微生物；非生物成分包括土壤、水、無機鹽類和二氧化碳等。

生產者

草地生態系統中的生產者的主體是禾本科、豆科和菊科等草本植物。其中優勢植物以禾本科為主。如針茅屬具有“草原之王”之稱。禾本科植物的葉片能夠充分利用太陽光能，能忍受環境的激烈變化，對營養物質的要求不高，還具有耐割、耐旱、耐放牧等特點。這些草本植物是草地生態系統中其他生物的食物來源，也是草地生態系統進行物質循環和能量循環的物質基礎。

氣候對草地生態系統的生產者組成有明顯的影響。溫帶草原以耐寒耐旱的多年生草本植物占優勢，如針茅屬、羊茅屬等，並混生耐旱的小灌木；高山高原草地生態系統以非常耐寒的矮生草本植物占優勢．並經常混生一些墊狀植物和其他高山植物；熱帶亞熱帶稀樹草原生態系統以黍族禾草為主，並混生一些耐旱的喬木和灌木。

消費者

為草地生態系統中的異養生物．直接或間接依賴於生產者生產的有機物質為營養來源。按其在營養級中的地位和獲得營養的方式不同可分為：①草食動物，是直接採食草類植物來獲得營養和能量的動物，如一些草食性昆蟲(蝗蟲、草地毛蟲)、齧鹵類動物(黑線倉鼠、達烏爾鼠、莫氏田鼠、五趾跳鼠等)和大型食草哺乳動物(野兔、長頸鹿、黃牛、氂牛、綿羊、山羊、野馬、野驢、駱駝、斑馬等)。食草動物又被稱為一級消費者或初級消費者。②肉食動物，是以捕食草食動物來獲得營養和能量的動物，以捕食為生的貓頭鷹、狐狸、鼬、蛙類、狼、獾等占優勢。這些以草食動物為食物的動物又被稱為二級消費者或次級消費者。

分解者

亦為異養生物，其作用是把動植物殘體的複雜有機物分解為簡單無機化合物供給生產者重新利用，並釋放出能量。草地生態系統中的分解者是一些細菌、真菌、放線菌和土壤小型無脊椎動物如蚯蚓、線蟲等。它們在草地生態系統的物質循環中起著非常重要的作用，沒有它們，物質循環將停止，生態系統將毀滅。

非生物環境

指無機環境，是草地生態系統的生命支持系統，包括：草地土壤、岩石、砂、礫和水等，構成植物生長和動物活動的空間；參加物質循環的無機物和化合物(如碳、氮、二氧化碳、氧、鈣、磷、鉀)；連線生物和非生物成分的有機質(如蛋白質、糖類、脂肪和腐殖質等)；氣候或溫度、氣壓等物理條件。

草地生態系統是系統中生物與生物、生物與環境相互作用、相互制約，長期協調進化形成的相對穩定、持續共生的有機整體。

系統的結構

生態系統結構包括垂直結構、水平結構、時間結構，草地生態系統也同樣具有上述三種結構。

垂直結構

草地生態系統的垂直結構主要指群落的分層現象，也稱為群落的成層性。例如，松嫩平原上比較複雜的羊草+雜類草草甸，其地上部分可分為三個亞層：第一層高50～60 cm，主要由羊草、野古草、牛鞭草、拂子茅等中生根莖禾草組成；第二層高25～35 cm，主要由水蘇、通泉草、旋覆花等中生雜類草組成；第三層高5～15 cm，主要由蔓委陵菜、寸草苔和糙隱子草等組成。群落的垂直結構不僅表現在地上部分，地下的根系也有明顯的分層性。不同種類的根系可分布在不同的土層深度。在乾旱的荒漠草原或沙地草地群落中，某些植物的根系可達數米深。但是，最大根量仍主要分布在土壤的表層，這與土壤養分主要分布在土壤表層有關。

水平結構

群落的水平結構是指群落的水平空間格局。由於環境資源分布的不均勻性、植物傳播種子的方式差異、動物的行為影響等原因使種群個體在其生活空間中的位置狀態或布局有所不同，種群的水平空間格局大致有三種類型：均勻型、隨機型和成群型。

草地生態系統中由於環境條件的不均勻性，如小地形或微地形的起伏變化、土壤濕度、鹽鹼度、人為影響、動物影響(如挖穴)以及其他植物的積聚性影響(如草原上的灌木)等，草地植物群落往往在水平空間上表現出斑塊相間的鑲嵌性分布現象，即群落的鑲嵌性。

每一個斑塊是一個小群落，它們彼此組合形成群落的鑲嵌性水平結構，是成群型分布的一個典型體現。灌叢化的草原就是群落鑲嵌性分布的典型例子。在這些群落中往往形成直徑1～5 m的圓形或半圓形的灌叢匠阜，在灌叢內及周圍伴生有各種禾草或雙子葉雜類草，組成小群落。這些小群落內部具有較好的養分和溫濕條件，形成一種優越於周同環境的局部小生境。因此，小群落內的植物往往返青早，生長發育好，植物種類也較周圍環境豐富，有的甚至可以生長一些越帶分布的植物。

時間結構

生態系統形態結構的另一表現是時間變化，即時間結構。在不同的時期或不同季節，同一個生態系統存在著有規律的形態變化，草原生態系統也不例外。

在溫帶草原群落中，由於溫帶氣候四季分明，其外貌形態變化也十分明顯。早春，氣溫回升，植物開始發芽、生長。草原出現春季返青景象。盛夏季節，水熱充沛，植物開始繁茂生長，百花盛開，色彩豐富，出現五彩斑斕的華麗景象。秋末冬初，植物地上部分開始乾枯休眠，呈紅黃相問的景觀。冬季則是一片枯黃或是被白雪覆蓋。草原上的動物隨季節變化也十分明顯。例如，大多數典型草原上的鳥類在冬季來臨都向南方遷徙；熱帶草原上的角馬在乾旱季節要跋涉上千里往水草豐美的地方遷移；一些草原嚙齒類動物在冬季要進入冬眠。

系統的能量流動

草地生態系統是能量儲存與散逸的系統。能量傳遞服從熱力學基本定律，該系統的能量既不能創造，也不能消滅。草地生態系統的能量流動是能量輸入與輸出的過程。

能量輸入

草地生態系統的能量輸入，對於異養生物來說，就是太陽輻射能；對於異養生物來說，就是食物中的化學能。但從整個系統來說，所有輸入的能量都來自太陽能。草地植物是草地生態系統的生產者，通過光合作用將進入系統的太陽能轉化為化學能固定儲存在植物體內。植物被食草動物採食，肉食動物捕獲草食動物，食草動物或小型的肉食動物又被大型肉食動物捕獲，能量則沿著草地生物之間的食與被食的關係所形成的有機鏈條即食物鏈而傳遞，從一個營養級傳遞到下一個營養級。

能量輸出

能量在沿食物鏈傳遞的過程中，並不是所有的能量毫無損失地從一個營養級轉移到下一個營養級上。每一個營養級的生物體維持自身的生命過程。不間斷地進行著新陳代謝，需要消耗大量的能量。因此，輸入每一個營養級的能量更多地被用於呼吸作用而耗散。能流沿食物鏈越來越細，直到以廢熱形式全部散失。

系統的基本功能

草地農業生態系統，在人為的干預下，不斷向農業化方向發展，使它逐漸具備了自然生態系統所難以具備的各種功能。這些功能將隨著社會生產水平及科技水平的不斷提高而日趨完備和強大。

開放的功能

它可以把系統以外的日光能，水分、礦物元素及支持性能量輸入系統之中，以維持並充實系統的生存與運動，同時又可以把植物或動物有機物輸出系統之外。這本是自然生態系統必然具備的功能，但在人為的農業化措施之下，利用其輸入的功能，得以使農業措施及其他科學技術如施肥、灌溉等對“系統”施加影響，以提高其生產水平。利用其輸出的功能，得以從在生態系統的能量與元素的流程中收穫動、植物產品，以取得農業生產收益，還可加速其能量和元素周轉速度，使生態系統的生機旺盛，生產水平得以提高。如在自然狀態下，草原生態系統的日光能利用率約為0.005%-0.01%，而給以適當農業措施，可以使光能利用率成10倍地提高，達到0.1%左右。

適應的功能

系統內各組分之間及各個亞系統之間，可以在系統運動之中自我調節以相互適應，從而形成全系統對其生存環境的適應能力。這種適應性來自生物體本身的可塑性，即根據立地條件的約束，在一定限度以內可改變其自身，以適應環境。植物和動物對所需水分、養分及溫度等生活環境有所波動時，在一定限度內都可自我調節其需求壓力，直到作出應激反應，另一方面生物種群的量和結構也具有一定調節能力，當個體調節已難以適應時，則可隨著營養源的豐歉而使種群數量增加或減少，隨著環境的改變而使種群的品種結構有所改變等。在自然狀態下，生態系統的適應性主要依靠生物因子來實現，而在農業經營條件下，也可通過改變非生物條件以調節生態系統的適應性，如通過淺耕滅茬以消滅害蟲，通過施磷肥以增加草地豆科牧草的適應性從而增加豆科牧草的比重等。

排序的功能

系統內各亞系統及各組分之間，保持一定的層次及結構模式。它們之間具有不可逆轉的流程網路關係，從而使草地農業生態系統表現了嚴整的有序性，因而使草地農業生態系統成為可知的客觀實體，也是草原現象及其農業化過程的客觀規律以及由此所具有的預見性及可重複性的依據。對生態系統流程網路的最佳化，就是對排序的人為干預，其中蘊藏著巨大的生產潛勢，往往以數倍甚至數十倍計。生態系統之排序愈嚴整其生態系統也愈牢固，愈有效。如排序不合理，生態系統會形成紊亂，低效。如趨向無序，生態系統則趨向崩潰。

反饋的功能

系統在生存與運動中所製造的後果可以反作用於系統自身，從而對全系統的各個組分發生相應的影響。這種全系統的自我監測是保障各組分與各功能之間的協調發展並保持其適應功能的基本條件之一。自然生態系統靠其本身的信息系統，完成反饋過程。而農業生態系統，必須有較為周密及時和準確的反饋通路。良好的反饋功能取決於：

1、信息項目選擇正確在大量信息群中，如何選擇最本質的、精煉的信息項目和必要的信息量是重要的。應當防止信息項目越全越好、信息量越大越好的偏向，以減少計算機處理的困難。同時也應防止對信息項目及信息量要求過苟，以致難以作出準確判斷。

2、信息的傳遞應及時、準確，儘可能減少中轉環節，並應有校正系統，以保證其準確無誤。

3、對信息的解釋和處理對所得信息應作出正確解譯，以足夠的專業知識判斷某一信息或某些信息群的正確含意。切忌主觀臆斷，隨意取捨，妄加解譯。同時，根據對信息的解譯及對系統的組分及其流程求解，以取得滿意答案，並付諸實施。

上述功能既表明了草地農業生態系統的農業生產特性，還說明了草地農業生態系統受到外部各種壓力時，在一定限度內表現出彈性。當壓力消除時，可以自行恢復其生態平衡，即表現出系統的生態穩定性。但當壓力超過一定限度時，如對草原濫墾或長期重牧而導致沙漠化，系統即失去自我恢復的能力而解體。