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红三叶草地生态系统结构及其光能利用(4)

已有 3613 次阅读 2012-10-9 16:22 |个人分类:植物群落生态|系统分类:论文交流|关键词:学者| 生态, 系统, 结构

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

3-211993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487.1223.0 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

6.7d;日照百分率分别为11%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39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5528日(分枝期~现蕾期),SUE1η1值分别为1.15g/MJ·m22.12%SUE2η2值分别为2.52g/MJ·m24.64%WUE的高峰偏晚,在528日~614日(现蕾期~开花期),量值为2.01g/mm·m2HUE的峰值维持的时间较长,在55日~614日(分枝期~开花期),量值在1.2 g/℃·m2左右。

在整个测定期间,η1SUE1 WUEHUE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, SUE1η1的高峰值出现在4月30日~516日(分枝期~现蕾初期),其量值分别为0.83g/MJ·m2和1.52%。WUEHUE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·m21.04 g/℃·m2。在该次利用期间,SUE1η1WUEHUE的平均量值分别为0.55g/MJ·m21.0%0.95g/mm·m20.85g/℃·m2

第2次利用(处理Ⅱ)时,SUE1η1HUE的高峰值在7月515日(现蕾初期~开花初期),量值分别为0.97g/MJ·m21.75% 1.00g/℃·m2WUE的高峰值在6月26日~75日(分枝期~现蕾初期),量值为4.51g/mm·m2在该次利用期间,SUE1η1WUEHUE的平均量值分别为0.50g/MJ·m20.91%0.85g/mm·m2 0.48g/℃·m2

第3次利用(处理Ⅲ)时,4个指标的高峰均出现于830日~912日(分枝期~现蕾初期),SUE1η1HUEWUE依次为0.74g/MJ·m2、1.36%、0.85g/℃·m2和1.13g/mm·m2。在该次利用期间,SUE1η1WUEHUE的平均量值分别为0.44g/MJ·m20.80%0.35g/mm·m20.32g/℃·m2

由上述可见,3个处理比较,其最高值,SUEη为Ⅱ>>Ⅲ,而HUEWUE为Ⅰ>>Ⅲ。其平均值,各指标均为处理Ⅰ>>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)



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