草原生態系統 - 華人百科

草原生態系統中物質與能量的流轉跨越兩個或兩個以上的營養級，是層次多且過程長的開放系統。

在各個營養級中所包含的許多能量轉化環節，一方面,它們都可接受外界的能量輸入, ... 草原生態系統草原生態系統，以各種多年生草本植物佔優勢的生物群落與其環境構成的功能綜合體。

中文名稱草原生態系統外文名稱GrasslandEcosystem類型草甸草原、典型草原、荒漠草原性質功能綜合體基本信息以飼用植物和草食動物為主體的生物群落與其生存環境共同構成的動態系統。

農業生態系統的一個組成部分，以生產飼用植物、動物和動物產品為主。

在世界範圍內，草原比耕地面積大1倍多，在中國約比耕地面積大3倍。

全世界植物生物量約為1.17×10～1.27×10噸，其中約36％來自草原生態系統。

草原基本結構草原生態系統包括植物、動物、微生物等生物因子和日光能、礦物元素、水分等非生物因子，並有人類生產勞動的不同程度的幹預，是不斷地進行著物質和能量流動的錯綜復雜的網路結構（圖1）。

其中，綠色植物是初級生產者（或稱第一性生產者），它從土壤吸收礦物元素和水分，通過光合作用製造有機物質，所提供的凈生物量(或稱凈第一性產量,見森林生態系統),是一切家畜和野生動物所需營養物質的最基本的來源。

草食動物是一級消費者，是草原生態系統中的重要組分。

由于它可將所採食的植物體轉化成肉、奶、皮、毛等產品，又可稱為次級生產者（或第二性生產者）。

這兩個營養級間的轉化效率(或稱生態效率)因科學技術及生產水準而異,一般為1/5～1/10。

草食動物除把植物有機物轉化為動物產品,從而提高系統內物質與能量的轉化速度外,還通過放牧行為如採食、踐踏、排泄糞尿等對草地產生影響。

以草食動物為營養源的肉食動物是二級消費者。

在草原生態系統中如狐、貂以及嚙齒類動物的天敵等肉食動物屬于這一營養級。

它在整個草原生態系統中，與草食動物相比雖居次要地位，但對維持生態平衡有重要作用。

植物或動物的屍體通過微生物的分解，有機物被礦化為簡單的無機鹽類返回土壤，這類微生物被稱為分解者。

絕大多數分解者雖然並不直接提供產品，但它是促進營養物質再迴圈以及活化生態系統的重要因素。

為便于研究，通常把草原生態系統分解為若幹亞系統，如初級生產亞系統（圖2）、次級生產亞系統（圖3）。

每一亞系統內又可包含若幹次亞系統，如初級生產亞系統中的天然草地次亞系統、人工草地次亞系統等。

任何級別的系統都由若幹具體的組分構成，如初級生產系統中的豆科牧草、禾大學部牧草次級生產系統中的馬、牛、羊等。

功能及其利用草原生態系統中物質與能量的流轉跨越兩個或兩個以上的營養級，是層次多且過程長的開放系統。

在各個營養級中所包含的許多能量轉化環節，一方面,它們都可接受外界的能量輸入,特別是人的生產手段的幹預從而增大或降低其能量轉化效率和整個生態系統的生產效益；另一方面，它們也都可輸出產品。

如草地通過輪牧、割草，一年可收獲多次牧草；飼養動物如奶牛通過每天擠奶，綿羊通過一年1～2次剪毛，也可在較短周期內多次收獲各種畜產品等；其中任何一次收獲，也都加速了系統中能量與物質的流轉。

由于人的幹預能力，亦即生產技術和管理水準不同，草原生態系統的生產能力也有差別。

如遊牧型、半遊牧型、粗放型和集約型等不同草原生態系統的生產能力可相差數倍乃至數百倍。

為了最大限度地發揮草原生態系統的生產效益，農牧業生產上常根據系統中物質、能量、運動和伴隨的信息傳遞規律，利用系統的某些功能，對草原生態系統加以人為的設計與改造。

如利用系統的開放功能，使草原生態系統的產品輸出與人為輸入的物質、能量建立動態平衡,可以使由此形成的農學草原生態系統的生產力,遠高于自然生態系統。

利用系統的適應功能，通過品種選育、種群配置以及施肥、灌溉等農牧業技術措施，可以使系統內植物與動物、生物因子與非生物因子之間的適應過程大為加速，從而完善系統的協調程度。

生態系統在一定的組分參與下都有一定的結構，並由此形成一定的物質、能量流程網路，即具有自然排序的功能。

通過對排序的研究，還可在系統的流程網路中不斷找出較為薄弱的區段，有針對性地強化農業措施，導致有益的連鎖反應，取得較好的農學效益。

如對某一草地配以合理的畜群結構，可使牧草利用均勻，維持草地健康，提高初級生產水準；同時其次級生產水準也可因充分利用了初級產品而獲得提高。

此外，草原生態系統自身任何一項因子或子系統的改變，還會通過信息網路反作用于系統本身，即具有反饋的功能。

農牧業生產上可以利用這一功能,在網路中若幹敏感的通路,取得具有重要生產和生態意義的信息，提高草原工作的科學性和預見性。

如根據中國內陸草地對之特別敏感的早春水分條件，預測當年牧草產量，進而預定全年家畜飼養量及飼養管理計畫；根據家畜與草地關系的若幹信息，預測草地發展動態；根據反饋的基本規律，對草原生態系統進行系統分析，提出最佳化方案等。

科學研究草原生態學是現代草原科學的生長點。

草原科學資料在全球規模的大量積累和電子電腦的廣泛使用，已為草原生態系統的研究和最佳化方案的設計提供了條件。

20世紀60年代以來，聯合國國際生物學計畫(簡稱IBP)先後在世界各地組織50多個試驗點對草原生態系統進行了為期10年的定位研究，並在全世界形成了若幹草原生態系統研究中心，如聯邦德國的索靈試驗站等。

中國自80年代初以來，分別在斯太普草地（內蒙古、吉林）、高山與凍原草地（甘肅、青海）以及黃土高原（甘肅）等不同類型的草地設立了定位試驗站，在能量流程、氮素轉化、植被結構及其演替動態等方面進行了研究，在內蒙古、青海、吉林、甘肅等地區就能量、若幹元素及水分動態作了模擬；在甘肅省黃土高原還進行了草原農學系統的系統分析及最佳化模型研究，都取得一定成績（見森林生態系統、農業生態系統）。

特點現狀世界草原的總面積為45億公頃，約佔陸地面積的24%，僅次于森林生態系統。

在生物圈固定能量的比例中，草原生態系統約為11.6%，也居陸地生態系統的第二位。

草原生態系統所處地區的氣候大陸性較強、降水量較少，年降水量一般都在250-450毫米，而且變化幅度較大。

蒸發量往往都超過降水量。

另外，這些地區的晴朗天氣多，太陽輻射總量較多。

這種氣候條件，使草原生態系統各組分的構成上表現出了一些與之適應的特點。

初級生產者的組成主體為草本植物，這些草本植物大多都具有適應幹旱氣候的構造，如葉片縮小，有蠟層和毛層，借以減少蒸騰，防止水分過度損耗。

草原生態系統空間垂直結構通常分為三層：草本層、地面層和根層。

各層的結構比較簡單，沒有形成森林生態系統中那樣復雜多樣的小生境。

草原生態系統的消費者主要是適宜于奔跑的大型草食動物，如野驢和黃羊。

小型種類如草兔、蝗蟲的數量很多。

另外還有許多營洞穴生活的嚙齒類，如田鼠、黃鼠、旱獺、鼠兔和鼢鼠等。

肉食動物有沙狐、鼬和狼。

肉食性的鳥類有鷹、隼和鷂等，除此而外的鳥類主要是雲雀、百靈、毛腿沙雞和地鵏。

它們之中有的棲居于穴洞之中。

草原也是我國主要的自然生態系統類型之一。

據《中國統計年鑒》(1988)提供資料，我國可利用的草原面積為3.365億公頃，佔世界草原總面積的7.1%左右。

我國草原的類型較多，從整體上看，內蒙古草原以多年生、旱生低溫草本植物佔優勢，建群植物主要是禾大學部草類，其中以針茅和羊草最有代表性。

前者為叢生禾草，後者為根莖禾草，根莖發達，對防風固沙起著重要作用;我國中部為稀疏草原，以大針茅為主;西部為荒漠草原，以叢生戈壁針茅為主。

草原對大自然保護有很大作用，它不僅是重要的地理屏障，而且也是阻止沙漠蔓延的天然防線，起著生態屏障作用。

另外，它也是人類發展畜牧業的天然基地。

從整體情況看，草原生態系統的物種多樣性遠不如森林生態系統，但食物網的結構也很復雜(圖6-11)。

對光能的利用率不如森林生態系統高，通常為0.1-1.4%左右。

前蘇聯的草甸草原可達1.32%，而我國和其它一些荒漠草原尚不及0.1%。

水常常是草原生態系統初級生產力的決定因素。

據統計，全世界草原生態系統的凈初級生產力的均值為500g/m2·a，但水分不足的溫帶幹旱地區卻隻有100-400g/m2·a，水分較充足的亞熱帶草原，可提高到600-1500g/m2·a。

草原生態系統凈初級生產力的最高水準可達3000-4500g/m2·a(Breymeyer)，1978)。

草原生態系統的初級生產力中，地下部分的生物量所佔的比例較大。

我國草甸草原初級生產力的分配是地下/地上=2.29。

一般地講，草原初級生產力在所有陸地生態系統中屬于中等或中下等水準。

初級生產量通過食物鏈轉入草食動物和肉食動物各營養級之間的轉化效率為1%-20%左右。

以牛為例，一條牛所採食的植物能中，約有48%因維持正常生理活動而消耗掉，43%的能量以糞便形式排出，隻有9%用于軀體組織的建造。

但不同種類或不同品系之間，能量的轉化效率差別很大。

選擇適宜的動物種類，組建合理的食物鏈以提高初級生產的轉化效率，是草原生態學所研究的主要課題之一。

草原退化、鹼化和沙化、氣候惡化以及嚴重的鼠害等一系列生態問題，在全國絕大多數草原均程度不同地存在著，這是人類對草原不合理利用所造成的生態惡果。

草原退化的標志之一是產草量的下降。

據調查，全國各類草原的牧草產量普遍比50-60年代下降30-50%。

如新疆烏魯木齊縣，1965年每畝草場平均產草量85千克，到1982年已降至53千克，平均每年減少1.5千克。

草原退化的標志之二是牧草質量上的變化，可食性牧草減少，毒草和雜草增加，使牧場的使用價值下降。

例如，青海果洛地區，草原退化前，雜、毒草僅佔全部草量的19-31%，退化後增加到30-50%，優質牧草則由33-51%下降到4-19%。

草原退化，植被疏落，導致氣候惡化，許多地方的大風日數和沙暴次數逐漸增加(表6-1)。

氣候的惡化又促進了草原的退化和沙化過程。

我國是世界上沙漠化受害最重的國家之一。

我國北方地區沙漠化面積已近18萬平方公裏，從50年代末到70年代末的20年間，因沙漠化已喪失了3.9萬平方公裏的土地資源。

草原鼠害也日益嚴重，據1982年全國草原滅鼠會議反映，全國草原牧區受鼠害面積達6600萬公頃，有的草場鼠洞密度多達每公頃4600個以上。

使草場完全被破壞而失去使用價值。

據估計全國每年因鼠害損失的牧草約有50億公斤，直接經濟損失有十幾億元。

鼠害的發生既是草原生態系統平衡失調的惡果，也是造成草原生態環境進一步惡化的原因之一。

破壞原因超載過牧長期以來，我國牧業生產不是以畜產品的數量和質量作為成長指標，而強調的卻是牲畜頭數的總成長率或存欄頭數的凈成長率，由此導致的是牲畜頭數越養越多，而每頭牲畜佔有的草地面積越來越少，牲畜生長速度下降，存欄時間不斷延長，這又必然使載畜量上升，打破了畜草之間內在的平衡。

這種超載過牧所導致的草原退化是個漸變過程。

單位面積上牲畜增多，可食性牧草被牧食的就越多，于是就沒有足夠的草籽維持牧草的再生，牧草產量要麽下降，要麽是毒草和雜草增多。

這種局面若得不到控製，將出現惡性迴圈的局面：單位面積上可食牧草減少而牲畜量卻很多，牲畜不得不增大覓食範圍和頻次，這就加重了對草場土壤結構的物理性破壞，而這又反過來限製了牧草的生長。

長時間的這種惡性迴圈便使草原逐漸貧瘠、退化直至沙化。

在我國北方草原沙化的成因中，超載過牧是居第二位的重要因素(表6-2)。

據研究，美國一些州的沙漠化就是在歐洲殖民者入侵後的幾百年間，由于過度放牧而造成的。

人和自然兩種因素都可以控製草原載畜量，但人的控製是自覺控製，可以達到既發展畜牧又保護草原生態平衡的效果，是有利的。

而自然控製是草原生態系統超載過牧的反應，是一種災難性控製，其結果往往是大批牲畜死亡，影響牧業的發展。

不適農墾在人類的發展過程中，開墾草原一直是增加農田耕種面積的主要途徑之一。

而且古今和國內外也確有許多草原變成了“大糧倉”。

但是，由于草原多處于氣候條件比較嚴酷、生態平衡脆弱的幹旱與寒冷地區，盲目的開墾以及墾後的管理不當，常常造成既達不到糧食增產的目的而又使草原原有植被遭破壞的局面。

國內外均有這方面的事例和教訓，例如在我國的青海省，50年代曾在草原區農墾近40萬公頃，到1963年就棄耕21萬公頃，有些土地開墾後根本就不能耕種，既浪費了大量人力物力，又破壞了草原植被。

3.人類對資源的掠奪性開採：從表6-2中可以看出，草原生態環境被破壞的諸多因素中，自然因素所佔的比例還不足6%，由于人口的增加和經濟活動的增強，給草原生態系統造成了很大的壓力。

尤其是對草原資源的掠奪式開採，也使一些草場遭受嚴重破壞。

例如，內蒙古蘇尼特右旗的草原上生長著發菜、蘑菇和葯材，每到採收季節，成千上萬的人擁進草原大量挖掘這些植物，使這個旗20%的草場遭到破壞。

恢復對策草原生態系統的保護已引起了國家重視，我國《草原法》已于1985年10月1日起正式實施，這是我國對草原地位作用及草原生態環境惡化危害認識達到了一個新水準的標志，也是我國對草原生態系統由自然利用走向科學管理的開端。

根據我國的具體情況，草原生態系統的保護和恢復對策特別應著重于以下幾方面：科學管理我國草原生態系統遭受破壞的主要原因之一就是長期以來缺乏科學的、有效的管理措施。

國際上自本世紀60年代末就開始套用系統分析的方法對草原生態系統進行科學管理(Eoodall，1979)。

而我國迄今為止，大部分草原還是處于“牧草自生自滅”和“靠天養畜”的落後狀態。

加強草原生態基礎理論如載畜能力、牧業生產最佳方式以及科學管理技術的研究，是草原生態系統保護對策中應首先引起重視的問題。

包括改革某些落後的經營方針，實行適度放牧、以草定畜、推行季節牧業以減輕草場壓力，給牧草提供休養生息的時機以及其他可使草原植被得以恢復和發展的各種措施，實行科學化管理方式。

人工草場建立圍欄，實行分區輪放，合理利用草場等，都是已被證明的保護和恢復草原生態系統結構和功能的有效措施。

否則，我國草原退化等問題還將要繼續發展。

根據中國農業科學院草原研究所的預測，若不能盡早改進目前牧業的生產經營方針，在今後的15年內，內蒙古全區草原產草量年平均下降率可達2.3%，全國主要牧業省、區的草原產草量在1990年和2000年時，將比目前分別下降15%和30%，局部地區將出現牧草枯竭的嚴重局面。

另外，從長遠考慮，通過技術改造和適當增加投資，實行集中化經營的草業，其經濟效益更大。

在畜牧業要發展、草原生態環境要保護的情況下，必須要以人工草地和種植飼料來獲得高的經濟效益和環境效益。

目前我國人工草場的面積僅佔草原總面積的0.4%，隻是美蘇等國的1/25。

而據專家們的估計，種植牧草0.5-1%，可增加全部生產能力的0.5-1.0倍。

可見發展人工種植牧草業是一項短期內即可獲得巨大經濟效益的措施，同時又利于草原生態系統的恢復。

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