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1、第四节 植被的功能,生态系统的基本功能是能量流动、物质循环和信息传递。在这些过程中，植被起着先导的作用。生态系统中的物质生产主要由植物群落担当，植物群落是第一性生产者，它不仅为系统中的消费者以及分解者直接或间接提供“食物”，同时也为它们提供栖息场所。,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。,一 植被提供净初级生产量和丰富多样的产品1 相关概念（1）初级生产（第一性生产）生态系统中，绿色植物通过光合作用积累有机质的过程。,（2）总初级生产量（GPP,GP,Pg）（初级生产力）在单位时间单位面积上
2、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。即包括呼吸消耗在内的全部生产量。,（3）净初级生产量(NP、Pn）（净初级生产力)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。即：植物除去呼吸消耗后余下的有机物 积累量。,总初级生产量、净初级生产量、呼吸量三者之间的关系是：GP=NP+R式中：GP总初级生产量，J(m2a)；NP净初级生产量，J(m2a)；R 呼吸所消耗的能量J(m2a)。,（4）生物量(B)在某一特定调查时刻单位面积上积存的存活有机物质的数量。单位是 g干重m2 或J m2。B=某一时间段内 Pn 积累量,生态系
3、统中的净初级生产量可看成是某一时间范围内生物量的变化率。Pn=Pg-RdB/dt=Pn-H-D H：被植食动物取食的有机质的数量 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%。,在富饶肥沃的地区总初级生产效率可以达到1%2%；在贫瘠荒凉的地区大约只有0.1%。2 组织生长效率E=Pn/An=NP/GP大多数情况下，生产者的组织生长效率大约为60%70%。,3、影响陆地群落生产力的影响因素,（1）群落类型 净同化率（NAR）植物在单位时间和单位同化面积上
4、增加的干物质的重量。即植物积累的没有被呼吸作用消耗掉的光合作用产物。,NAR=dW/（dtA）dW是已知时间间隔（dt）内干物质增加的重量，A为叶面积。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。,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：NAR=(W2-W1)/(A2-A1)ln(A2/A1)/(t2-t1)式中 W1和A1分别代表在时间t1时整株的干重和叶面积;W2和A2分别代表在时间t2时整株的干重和叶面积;NAR是整个时间间隔内的平均值。,温带草本植物的平均净同化率为0.050.1g.dm-1.d-1木本植物（幼树、灌丛）的平均
5、净同化率为0.010.02g.dm-1,d-1,叶面积指数（LAI）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。,叶面积的大小通常用叶面积指数来表示。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。叶面积指数(LAI)=叶面积土地面积,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，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。能使干物质积累量或产量达最大的LAI称为最适LAI。多数资料表明，水稻在LAI为7，小麦为5，玉米为6左右时
6、，通常能获得较高的产量。,生长期限 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。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；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。,（2）温度,（3）水分,（4）营养条件,（5）捕食,4、地球上主要植被类型的初级生产力,陆地各植被类型的净初级生产力大约在03500 g.m-2.a-1 范围内,可以划分为四个 等级。（1）2000-3000g.m-2.a-1 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
7、和甘蔗田。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。,（2）1000-2000 g.m-2.a-1 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。,（3）250-1000g.m-2.a-1 干燥的疏林灌丛或矮林以及大部分草地，还包括许多农田植被。（4）0-250 g.m-2.a-1 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。,二 植被能够维持生物多样性 地球
8、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。,1 群落对降水的截留 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%。,影响植物群落截留降水的能力的因素（1）群落类型、密度及其种类组成成分的形态特征。针叶树种（云杉、松树）比阔叶树种截留的降水多。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%
9、时，林冠截留作用下降60%左右。,（2）降水的性质及降水时的气象条件。降水强度越小，降水时间越短，群落截留降水的比例越大。,2 林地中的枯枝落叶层如同海绵一样，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%。,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。,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
10、水作用或减少径流作用的研究表明：试验区汛期雨量达到213566mm（平均为375.7mm），与农田相比，柠条成林平均每年减少径流88.8%,刺槐幼林可减少径流63.30%,沙打旺草地减少径流70.1%,紫花苜蓿草地减少径流33.1%,荒坡草地径流比农田增加35.5%.,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。,4 植被有固持土壤的作用。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
11、大。,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平方米。,5 植被对土壤具有改良作用。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。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。,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
12、含量增加。,四 植被能够调节气候，增加局部降水1 对太阳辐射的影响 太阳光投射到群落上，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。,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。,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。,2 植被对温度的调节 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
13、用最显著。,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。,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。,3 植被对大气湿度的调节 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%。,4 森林对降水量的影响 大
14、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。,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。,五 植被能够保护环境，净化空气1 植被吸收二氧化碳，放出氧气，维持大气组成成分的平衡不同类型城市绿地光合作用效应比较,2 植被吸收有害气体 有害气体虽对植物生长不利,但在一定条件下，有许多植物对它们具有吸收和净化作用。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
15、。,一般地说,对SO2抗性越强的植物,吸收SO2的能力也越强;阔叶树对SO2的抗性比针叶树强。臭椿吸取SO2能力特别强,超过一般树木的20倍，另外,夹竹桃、罗汉松、龙柏、银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。,3 植被吸滞烟尘和粉尘 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。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
16、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,不同类型区域的树种滞尘状况,4 植被减少空气中的含菌量 绿地可以减少空气的含菌数量,这一方面是由于绿地上空灰尘减少,从而减少了黏附其上的细菌;另外一方面还由于许多植物本身具有分泌杀菌素的能力,如悬铃木、桧柏、白皮松、雪松等都是杀菌能力较强的绿化树种,各类林地和草地的含菌量比较,六 植被能够防风固沙，保堤护田植被的枝叶可以降低风速，根系可以固土固沙。,植被防风效益是从降低风速和改变风向两个方面来实现的。一条10米高的林带，在其背风面150米的范围内，风力平均降低50%以上，在250米范围内，降低30%以上。,如果林带和林网配置合理，可将灾害性的风变成小风。凡是植树种草的地区，风沙灾害就大大减轻。在1995年5月西北特大沙尘暴袭击中，林草覆盖度在30%以上的地带和农田防护林占地10%以上形成防护林体系的农田，都没有受灾或受灾很轻。,国内外农田基本建设、江河堤坝以及交通沿线都注重防风林网、防风林带和防浪林带的设置。防风林带和农田防风林网不仅能够降低风速，还能增加和保持田间湿度、减轻干热风的危害。,
