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1、第四节第四节 植被的功能植被的功能n生态系统的基本功能是能量流动、物质循环和n信息传递。n在这些过程中，植被起着先导的作用。n生态系统中的物质生产主要由植物群落担当，n植物群落是第一性生产者，它不仅为系统中的n消费者以及分解者直接或间接提供“食物”，同n时也为它们提供栖息场所。n 植物群落是生态系统存在和发展的基础，生态系统的结构、功能、动态在很大程度上都是由植物群落决定的，生态系统的分类与分布主要也以植物群落为依据。n一 植被提供净初级生产量和丰富多样的产品n1 相关概念n（1）初级生产（第一性生产）n生态系统中，绿色植物通过光合作用积累n有机质的过程。n（2）总初级生产量（GPP,GP,P
2、g）n（初级生产力）n 在单位时间单位面积上生产者在光合作用过程中固定的太阳能或所制造的有机物质总量。n 即包括呼吸消耗在内的全部生产量。n（3）净初级生产量(NP、Pn）n（净初级生产力)n 在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的这部分生产量称为净初级生产量。n即：植物除去呼吸消耗后余下的有机物n 积累量。n总初级生产量、净初级生产量、呼吸量n三者之间的关系是：n GP=NP+Rn式中：GP总初级生产量，J(m2a)；n NP净初级生产量，J(m2a)；n R 呼吸所消耗的能量J(m2a)。n（4）生物量(B)n 在某一特定调查时刻单位面积上积存的存活n有机物
3、质的数量。n单位是 g干重m2 或J m2。n nB=某一时间段内 Pn 积累量 n生态系统中的净初级生产量可看成是n某一时间范围内生物量的变化率。n Pn=Pg-RndB/dt=Pn-H-D nH：被植食动物取食的有机质的数量n D：死亡的有机质的数量2初级生产者的生产效率1 总初级生产效率（群落能量利用系数）=总初级生产量/总入射日光能在自然条件下，总初级生产效率很难超过 3%，全球平均：大概是0.2%0.5%。n在富饶肥沃的地区总初级生产效率可以n达到1%2%；n在贫瘠荒凉的地区大约只有0.1%。n2 组织生长效率nE=Pn/An=NP/GPn大多数情况下，生产者的组织生长效率n大约为6
4、0%70%。n3、影响陆地群落生产力的影响因素n（1）群落类型n 净同化率（NAR）n 植物在单位时间和单位同化面积上增加的干物质的重量。n即植物积累的没有被呼吸作用消耗掉的光合作用产物。n NAR=dW/（dtA）n dW是已知时间间隔（dt）内干物质增加的重量，A为叶面积。n NAR的单位是：植物每天（或每周）每平方分米叶面积所增加的干物质克数。n 要从在不同时间测定的A和W的一组数据中计算NAR的办法之一是利用下列公式：nNAR=(W2-W1)/(A2-A1)ln(A2/A1)/(t2-t1)n式中 W1和A1分别代表在时间t1时整株的干重和叶面积;nW2和A2分别代表在时间t2时整株的
5、干重和叶面积;nNAR是整个时间间隔内的平均值。n温带草本植物的平均净同化率为0.050.1g.dm-1.d-1n木本植物（幼树、灌丛）的平均净同化率为0.010.02g.dm-1,d-1n 叶面积指数（LAI）n 叶片是植物进行光合、生产有机物的主要器官。单位土地面积上的叶面积大小，发展分布是否合理，影响到群体光合的高低、有机物质生产积累的多少和产量的高低。n n 叶面积的大小通常用叶面积指数来表示。n 叶面积指数是指单位土地面积上的叶面积与土地面积之比。n 叶面积指数(LAI)=叶面积土地面积n n 农业上，在一定范围内，作物LAI越大，光合积累量就越多，产量便越高。但LAI太大植株过密，
6、叶片重叠过于严重，群体呼吸消耗加大，反而使干物质积累量减少。n 能使干物质积累量或产量达最大的LAI称为最适LAI。n 多数资料表明，水稻在LAI为7，小麦为5，玉米为6左右时，通常能获得较高的产量。n 生长期限n 生长期限的长短也是决定植物群落年光合产量的重要因素。n 在热带和亚热带地区，尽管净同化率中等，因为有利于光合作用的时间足够长，也可得到可观的产量；n 在高山或极地或干旱地区，即使植物具有高的光合作用能力，群落的产量也很少。n（2）温度n（3）水分n（4）营养条件n（5）捕食n4、地球上主要植被类型的初级生产力n 陆地各植被类型的净初级生产力大约在03500 g.m-2.a-1 范围
7、内,可以划分为四个n 等级。n（1）2000-3000g.m-2.a-1n 高标准的生产力，属于温湿地区，尤其是多雨地区的森林、沼泽植被以及在优异条件下处于演替过程中森林，还有农业集约栽培的水稻田和甘蔗田。n 这些植被虽然外貌不同，但水分条件好，温度较高，土壤养分可得到持续供应。n（2）1000-2000 g.m-2.a-1n 是陆地适宜气候条件下净初级生产力的标准值，也是世界上大多数相对稳定的森林的平均值。这些森林不受土壤以及地形的限制或破坏，水分和温度也不成为限制因子。此级别包括一部分草地以及温带地区生产力较高的农耕地。n（3）250-1000g.m-2.a-1n 干燥的疏林灌丛或矮林以及
8、大部分草地，n 还包括许多农田植被。n（4）0-250 g.m-2.a-1n 净初级生产力的最低值，植被常分布在极端干燥和低温地区，也就是大面积的荒漠植被和冻原植被以及高山植被。n二 植被能够维持生物多样性 n 地球上的生物多样性大部分存在于森林、稀树草原、草原、荒漠、河流、海洋等自然生态系统中，农田、风景林、药材基地、果园等环境中也保存了部分生物多样性，各种基因库、植物园、动物园、种质资源库也作出了一定的贡献。n 水分在群落中的循环水分在群落中的循环大气降水大气降水群落截留群落截留-蒸发到大气中蒸发到大气中到达地面到达地面地表径流地表径流-流出群落流出群落土壤渗透土壤渗透蒸散蒸散-回到大气中
9、回到大气中潜水径流潜水径流地下水地下水n1 群落对降水的截留n 无论哪种形式的降水,在有群落存在的地段,总有部分降水被群落截留，这部分降水附着在植物表面，大部分最终被直接蒸发而不能到达地面。例如森林林冠层截留的降水可占到降雨量的15%-40%。n影响植物群落截留降水的能力的因素n （1）群落类型、密度及其种类组成成分的形态特征。n 针叶树种（云杉、松树）比阔叶树种截留的降水多。n 随着盖度的下降，截留降水能力减小，当森林盖度由100%降到4050%时，林冠截留作用下降60%左右。n（2）降水的性质及降水时的气象条件。n 降水强度越小，降水时间越短，群落截留降水的比例越大。n2 林地中的枯枝落叶
10、层如同海绵一样，能够吸水，并能暂时蓄积水分，可使雨水缓缓进入土壤，减少地表径流，减少对土壤的侵蚀。一公顷枯枝落叶层最多可以吸收240吨水，只要有一厘米的枯枝落叶层，就可以把地表径流降低到裸地的1/4以下，泥沙量减少94%。n 由于群落截留降水的作用，以及群落内枯枝落叶层能够吸收大量的水分，延缓了降水落地的时间，削弱了水滴对土壤表层的溅击强度，降低土壤受雨水侵蚀的程度，有助于减少地面径流，增加水分渗透。n 对黄土高原不同植被类型的地上部分和枯枝落叶层的截留降水作用或减少径流作用的研究表明：n 试验区汛期雨量达到213566mm（平均为375.7mm），与农田相比，n 柠条成林平均每年减少径流88
11、.8%,n 刺槐幼林可减少径流63.30%,n 沙打旺草地减少径流70.1%,n 紫花苜蓿草地减少径流33.1%,n 荒坡草地径流比农田增加35.5%.n 3 森林中的土壤有机质丰富，质地疏松，吸水力强，林地土壤比非林地土壤有更好的蓄水性。n n4 植被有固持土壤的作用。n 主要是通过发达的根系固持网络土壤和其地上部分，各种植物的根系都有固持土壤的作用，乔灌木树种依靠其深长的垂直根系和扩展较广的侧根系，能以相当大的深度和幅度固持土体，加之树木之间根系相互交错，构成地下“钢筋”，固土作用就更大。n。n 一株平茬后三年生沙棘，其根系向水平方向延伸最长可达6.3米，新生根蘖苗95株，固土面积4.8平
12、方米。n 5 植被对土壤具有改良作用。n 主要是通过植被的生理活动，改善土壤的形成条件，对土壤物质的某些更新和增加的过程而实现的。n 植被是生产有机物质的“工厂”，林木通过其强大的根系向深层土壤吸收无机盐分，制造有机物质，每年有70%的有机物质以枯枝落叶的形式归还到土壤里，这样就提供了植被土壤肥力改善条件。n 另一方面植被的根系从土壤中吸收养分建造自身的同时，又向土壤内分泌碳酸和其它有机化合物，增加了土壤中无机化合物和有机化合物的分解和溶解，为土壤的微生物活动创造了良好的条件，经过微生物的分解，使土壤腐殖质含量增加。n四 植被能够调节气候，增加局部降水n1 对太阳辐射的影响n 太阳光投射到群落
13、上，一部分被反射，一部分被吸收，一部分投射到地面，这三方面的比例在不同群落中是不同的。n 光在植物群落中的分布主要决定于叶子的密度及其排列方式，辐射在穿过植冠的过程中，随着总盖度的增加，光强度几乎呈指数降低。n 群落内的太阳辐射不仅在强度上显著减弱，在光质上也与群落外不同。群落内直射光照射的时间短，强度弱，面积小，因而群落中以漫射光为主，其中生理有效光减少，以绿光为主的生理无效光增加。n2 植被对温度的调节n 群落内温度变化的大小与群落类型及其结构密切相关，群落结构越复杂，对气温的影响越大。其中森林植被对温度的调节作用最显著。n 森林内部日间最高气温低于旷地，夜晚最低气温又高于旷地，昼夜最高气
14、温和最低气温相差较小，温度的年变化也较为缓和，起着缓和气温的作用。n 群落内土壤的温度于旷地也有很大不同，在稠密植被保护下的土壤，防御了强烈的日射和热能的丢失，温度的昼夜变化很小，愈往深层温度变化愈小。n3 植被对大气湿度的调节n 由于林冠的荫蔽，白天林内的温度较低，林内的风速较小，又有枯枝落叶层的覆盖，都可以较少林内土壤的蒸发，全年可比旷地少1/31/2，另一方面，植物本身的蒸腾作用可以增加空气中的水汽含量，因此林中的湿度都较无林地高。在夏季的晴天，一般群落被的相对湿度要比旷地高20%40%。n4 森林对降水量的影响n 大面积森林上空的空气湿润，气温较低，容易成云致雨，增加地域性的降水量。n
15、 广州省雷州半岛建国后造林24万公顷，覆盖率达到36%，造林后29年中，降雨量比造林前40年平均降雨量增加31%，蒸发量减少75%，相对湿度增加1.5%，改变了过去林木稀少时的严重干旱气候。n五 植被能够保护环境，净化空气n1 植被吸收二氧化碳，放出氧气，维持大气组成成分的平衡n不同类型城市绿地光合作用效应比较类类 型型吸吸收收 CO2量量(kg d-1 m-2)产产生生 O2量量(kg d-1 m-2)公公 园园 绿绿 地地0.090.065阔阔叶叶林林(生生长长季季)0.100.073(生生长长良良好好的的)草草坪坪0.0360.026n2 植被吸收有害气体n 有害气体虽对植物生长不利,但
16、在一定条件下，有许多植物对它们具有吸收和净化作用。n 例如植物叶片表面可吸收SO2。正常植物中都含有一定数量的S,当植物处于被SO2污染的大气中时,其含量可为正常含量的510倍。n一般地说,对SO2抗性越强的植物,吸收SO2n的能力也越强;阔叶树对SO2的抗性比针叶树n强。臭椿吸取SO2能力特别强,超过一般树木n的20倍，另外,夹竹桃、罗汉松、龙柏、银n杏和广玉兰等也有极强的吸收SO2的能力。从另一些实验中也证明,不少园林植物对于氯气、氟化氢、氨以及汞、铅蒸气等也分别具有不同的吸收能力。因此,在散发有害气体的污染源地区附近,选择与其相应的具有高吸收和强抗性能力的树种进行绿化,对于防止污染、净化空气是有很大意义的。n3 植被吸滞烟尘和粉尘n 植物,特别是树木对烟尘和粉尘有明显的阻挡、过滤和吸附作用。n 这一方面由于枝叶茂密,具有强大的减低风速的作用;另一方面也由于叶子表面粗糙、有绒毛或黏性分泌物,当空气中的尘埃经过树木时,便附着于其叶面及枝干上。经过雨水的冲洗,又能恢复其吸滞能力。草地不仅和树木一样具有吸附灰尘的作用,并且还可固定地面的尘土。绿化树木的滞尘效应树树 种种区区 域域滞滞 尘
