草地农业生态系统通论

草地农业生态系统通论

1. 课程性质与任务

《草地农业生态学与系统工程》是草业科学专业（本科）的主要专业课。论述了草地农业生态系统的非生物亚系统、生物亚系统，草地农业力能学，草地农业生态系统的效益评价及其分析与设计的原则与实例，此外还对世界主要草地农业生态系统作了扼要论述，创造性地提出了草地农业生态系统的前初级生产层、初级生产层、次级生产层及后次级生产居四个生产层次，并以此为主干，论述了草地生态系统的农业化过程及其规律。提出了倒金字塔的经济效益。同时讲述系统工程的原理和方法在草业生产中的应用。要求学生通过对上述理论的学习，掌握草地农业生态学的基本知识和理论、为将来从事草地农业生产建设和草业科学研究打下基础。

2. 教学的目的与基本要求

教学的目的是通过学习本课程，要求学生了解草地农业生态系统的非生物亚系统、生物亚系统，草地农业力能学，草地农业生态系统的效益评价及其分析与设计的原则与实例，草地农业生态系统的前初级生产层、初级生产层、次级生产层及后次级生产居四个生产层次，草地生态系统的农业化过程及其规律。掌握常见系统工程方法在草业生产中的应用。使学生掌握畜牧业或草业生产中草地生产工作中的基础知识和技术，为将来从事相关的业务打下基础。

第一章 绪论（5学时）

基本知识点：草地农业生态学的涵义、草地农业生态学的基本内容、草地农业生态学产生的时代背景与发展过程，研究草地农业生态学的意义。

重点：草地农业生态学的涵义、草地农业生态学的基本内容。 难点：草地农业生态学的涵义。

第一节 草地农业生态学的涵义；

草地农业生态系统（agro-grassland ecosystem）是农业生态系统（agricultural ecoststem ）的一个分支，是自然生态系统经过人类劳动，加以农业化（agriculturalized ）的过程和结果。

第二节 草地农业生态学的基本内容；

草地农业生态系统有三个基本界面，即草丛-地境，草地-动物以及草畜生产-经营管理界面，研究发生于各个界面的一系列生态学过程，揭示系统行为特征。草地农业生态系统有四个生产层，即前植物，植物，动物和外生物生产层。草地农业生态学主要研究系统耦合与系统相悖以及与生产层之间互作用，不同生产层之间的系统耦合，可产生系统进化，多方面释放系统潜势，生态系统健康水平是其结构和功能的反映，健康评价是对其有序度和服务价值的度量。

第三节 草地农业生态学产生的时代背景与发展过程；

一切农业系统都是自然生态系统人为农业化的结果，这一基础决定了草地农业生态系统的双重性：既要遵循片段生态系

统的基本规律，又要满足农业生产的要求，更确切地说，就是要在生态系统健康发展的基础上，从系统输出农业产品。草地农业生态系统由初会因素、生物因素和其他非生物因素构成。

第四节 研究草地农业生态学的意义。

天然草地生态系统经过人为农业化而形成草地农业生态系统。一切农业生态系统，包括后来的农耕系统，都源于此。它具有生态系统的一切特征。任何农业系统如违反生态系统的基本法则，或迟早受到自然规律的惩罚。难以持续发展。 中国是历史悠久农业大国，经历了漫长的发展过程，从原始的采集农业发展到以伏羲氏为代表的畜牧业为主的农业系统，又进一步发展到以神农氏为代表的栽培农业系统，在自然和人文的双重影响下，长期稳定于西北半壁的畜牧业与东南半壁的农耕业互相割裂，走上各自封闭发展的道路。自秦汉以来形成的农业宗法社会构架，形成了以谷物生产为主的华夏文明，其农业内涵就是“殖谷曰农”的单一人物生产的农业系统，经过历代的不断基因和发展，后来终于达到“以粮为纲”的极致形态，单一人物生产的农业系统对国土资源造成严重损害，也使得中国农民、农村和农业的经济发展受到严重伤害。从20世纪中叶以来，生态、人口、能源问题逐渐引起社会关注，而其中的核心问题是具有大尺度时空影响的农业问题。80年代开始，联合国首先提出“确保全球的

持续发展”的概念，随后1992年在里约热内卢举行的世界环境发展大会，提出全球“制定可持续发展的行动纲领”的号召。我国于1993年制定了《中国21世纪议程草案》，社会和农业的可持续发展问题被提上日程。这就是我国农业在走出原始的草地农业生态系统以后，经过几千年的艰苦历程，又重新走向草地农业系统的时代背景，这是必然的历史回归。草地农业生态系统是世界农业螺旋式上升的新阶段。这个新阶段的草地农业生态系统由社会因素、生物因素和非生物因素三类男子群构成。其中生物因素居于核心地位，社会因素和非生物因素是生态系统存在的人文和自然的立地条件。而对生态系统农业化过程的营力来自社会因素。 因为社会发展是有阶段性的，因此草地农业生态系统的发生与发展也必然具有阶段性。

因为自然因素是有地带性的，因此草地农业生态系统也必然具有地带性特征。草地农业生态系统的地带性除了传统认知的空间性牲以外，还有不容忽视的时间地带性特征。时间地带性和空间地带性的结合，为草地农业生态系统提供了广阔的发展前景。

第二章 草地农业生态系统概述（6学时）

基本知识点：草地农业生态系统的基本特征、基本功能、基本结构，系统的管理和外延。

重点：草地农业生态系统的基本特征、基本功能、基本结构。

难点：系统的管理和外延。

第一节 生态系统的基本概念；

生态系统：由生物和非生物两大部分构成，是有一定结构和功能的、有生命的、有序存在的系统。生态系统可能由若干子系统组成。系统中各个有机体以一定的关系互相联系，形成有机整体。生态系统内部生物各组分存在能量、元素和信息交换。同时，也通过对外界的能量、元素和信息交流。实现其开放特性。

1. 可分为相互联属、大小不等的生态系统。生态系统无论大小，都有其稳定的结构、明确的界面和开放的、可使能量与元素输入输出的功能。

2. 生态系统由生存环境、生产者、消费者和分解者四个组成部分构成。这种生物之间以食物营养关系彼此联系起来的序列，在生态学上被称为食物链。食牧链从一个环到另一个环的关系称为营养级。各营养级间成1/10斜率缩小的趋势，被形象地称为“营养级金字塔”。

3. 生态系统处于不断演替之中，并逐渐趋于成熟。

4. 种群是草地生态系统基本的功能单位。观测种群的变化，是观测生态系统动态的重要方法。具有相似生态位的两个种不能稳定的共存。“竞争排除法则”

不论植物还是动物，它们的个体间都存在对同种或异种个体的感应范围，这就是生态场（Wu Sing-I, 1985）

5. 生态系统对能的固定是有限的，但潜力是巨大的。

6. 生态系统有其发生与发展的阶段性。

第二节 草地农业生态系统的基本特征；

草地农业生态系统是地球生物圈内主要的陆地生态系统之一，它是草地与农业相结合的生态系统。草地农业生态系统是在一定的非生物环境中形成的、有一定结构的，以草本植物为主或有一定树木和灌丛存在，有家畜或野生动物生存，含有前植物生产、植物生产、动物生产、后生物生产四个生产层的农业系统。它以收获饲料用植物和动物及动物产品为主要生产方式，但同时兼有景观效益和产品加工流通等社会功能，它具有多种基本特征。

1. 有一定的环境；可分为两类，包括大气和土地等构成的非生物环境，生产水平和管理水平等社会环境。

2. 有一定的界面；草地农业生态系统有一相对稳定的界面系统，并以此界面系统易将草地农业生态系统的全体即各个子系统包围，相当于它所包围的内涵物。是草地农业生态系统本身结构的组成部分及系统本体活动的边界。是生态系统功能的密集区和压力的敏感区。生态系统由若干子系统构成，每一个系统都有自己的界面，因而界面也组成了从低级到高级的界面系统。草地农业生态系统的界面系统由三个基本界面构成：草丛－－地境界面，形成草地子系统；草地――动物界面，形成了草畜子系统；草畜――社

会界面，最终形成草地农业系统。这三个界面将草地农业4个生产层联缀形成完整的草地农业系统。界面具有分隔与连通的双重性。界面是生态系统间，以及生态系统与非生态系统间的分界，也是生态系统与外界连通的中介。界面的开放功能使系统内与系统间实现草地农业系统耦合，形成新的高一级生态系统。界面的共同特性具有开放性、不均质性，但各层次的界面亦存在独特性。

3. 有一定的空间；既要包含自然地理空间，也要包括社会文化空间，只有这二维空间的含义得到满足，才能形成。

4. 有一定的时间阶段；分大尺度阶段和小尺度阶段两种特征。就农业发展的系统来看，大体经历了原始综合农业阶段、自发农业初始阶段、自发农业后期阶段、现代农业阶段。伏羲氏时期、神农氏时期以及以后的各个社会发展阶段，都不可能脱离当时的历史条件单独存在。中国农业归结为三个主要阶段：手工农业阶段、机械农业阶段和知识经济农业阶段。小尺度阶段性有两重含义：其一是系统复合体组建过程的阶段性。其二是系统本身的阶段性。

5. 有一定的组分与组合单元：通常含有植物、动物、微生物等生物学成分，这是系统的核心部分；也包括大气、土地等非生物学成分：还包括对上述各成分有影响的社会因素。这些成分以一定的结构存在于生态系统内，可以称为组分。

6. 有一定的能量、元素和信息流程

7. 有外延趋势：草地农业生态系统的农学性主要体现在它的开放性，这一我使其能量和元素与外界沟通。表现为外延趋势。

8. 特定的生产格局。草地农业生态系统中的外延通路、组合单元和能量、元素、信息流程组成了它的生产格局。生产格局既取决于系统本身的特性和优化目标，也依赖于和其他系统的相对关系。

9. 有一定的生产潜势力；四个方面：（1）来自农业资源本身的时代价值的提高。（2）来自系统内所含组分的生产潜力。

（3）来自系统的优势潜力。（4）来自系统间系统耦合的潜力。

第二节 草地农业生态系统的基本功能；

1. 开放的功能；生态系统的开放功能是生态系统具有生命的特征，是生态系统最基本的功能，是系统发生与发展的基础，也是系统进化的基本的依据。生态系统氢系统以外的日光能、水分、矿物元素及支持性能量输入系统之中以维持并充实系统的生存与运动；同时又可以把植物或动物有机物输出系统之外。这是自然生态系统必然具备的功能，但在人为的农业化措施之下，利用其输入功能，得以使农业措施及其他科学技术如施肥、灌溉等对系统施加影响，以提高其生产水平。利用其输出功能，

得以从生态系统的能量与元素的流程中收获动、植物产品，以取得农业生产收益；还可以加速生态系统的能量和元素周转速度，使其生机生产水平得以提高。

2. 反馈的功能；反馈（feedback ）是指系统的输出作为信息返回系统本身，以决定系统下一次输入行为。这就是生态系统适应性的依据。反馈是有生命系统的必备品质。生太系统作为控制论系统（cybernetic system），其反馈功能 须具备本体（位置点）、输出、输入、反馈通路这四项要素。分正反馈（positive feedback ）和负反馈(negative feedback)两类。正反馈使偏离加大，例如生长过程中生物得到的反馈，可以使生物不断增长。而负反馈则使偏离缩小。生命过程中，偏离的稳态的趋势是常在的，因而反馈是经常需要的。良好的反馈功能取决于：（1）信息项目选择正确。（2）信息的传递要及时、准确，尽可能减少中转环节，并应有校正系统，以保正其准确无误。（3）对所得信息应做出正确解译，以足够的专业知识判断某一信息或某些信息群的正确含义。切忌主观臆断，随意取舍，妄加解译。（4）通过解译信息，对系统的组分及其流程求解，以取得满意答案，并付诸实施。反四功能说明草地农业生态系统的农业生产特性，也说明了草地农业生态系统受到外部各种压力时，在一定的限度内表现出弹性。当压力消除时，可以自行

恢复其生态平衡，即表现出系统的生态稳定。但当压力超过一定的限度时，系统弹性消失，失去自我恢复能力而解体。

3. 适应的功能；生态系统通过反馈，调整自身功能，使之向稳态发展。这种调节功能 可以有多种方式。系统内各组分之间及各个亚系统之间，可以在系统运动之中自我调节以相互适应，从而形成全系统对其生存环境的适应能力。这种适应性可能来自生物体本身的可逆性，即根据立地条件的约束，在一定的限度内改变其自身，以适应环境。更多的方面是通过生物种群的调节来实现对环境的适应。在自然状态下，生态系统的知识性主要依靠生物因子来实现；而在农业经营条件下，也可通过改变非生物条件来调节生态系统的知识性。

4. 排序的功能：系统内各亚系统及各组分之间，保持一定的层次及结构模式。它们之间具有不可逆转的流程网络关系，从而使草地农业生态系统表现出严整的有序性，因而使草地农业生态系统成为可知的客观实体，也是草原现象及其农业化过程的客观规律，以及由此所具有的预见性和可重复性的依据。生态系统的各个组分和亚系统都是由食物链与食物网组成的。这些食物链与食物网就是能的通路。能流驱动生态系统，也是生态系统自组织过程。能流组织有一定的层级系统。最基本的层级系

统就是营养级。从细胞开始，系统逐步扩大，经历了器官（组织）、个体、种群、群落、生态系统、景观、生物圈构成层级。

第四节 草地农业生态系统的基本结构；

a. 前植物生产层，也可称为景观层（landscape level）。它不以植物产品和动物产品为主要生产目标，而是以自然景观作为社会产品提供社会效益，即以景观整体为产品向社会输出。包括风景、水源涵养区、自然保护区、旅游地等。概括地说，就是以生态效益为目的。为草地农业生态系统所特有。

b. 植物生产层，也称初级生产（primary production）。指植物利用日光能将无机盐类和水通过光合作用组成有机物质。总体看来，植物生产有两个系统，即籽实生产系统与营养生产系统。

c. 动物生产层，草食动物既是初级消费者，又是次级生产者，它的生物量又被下一级肉食动物消耗。输出1kg 畜产品，从运输量来看相当于输送5－10kg 的饲料。

d. 后生物生产层，也称次级生产层，是指对草畜产品的加工、流通和分配的全过程。生物学效率表现为金字塔形，经济效益则倒金字塔。自然生态系统没有前植物生产和后动物生产，也没有社会投入和社

会效益，只有自我维持的植物生产和动物生产。管理对草地农业的切入点：一是管理结构的切入，二是生产层次的切入，三是生产过程的切入。生产过程包含生产技术(technology)和生产方法(methology)。过去我们偏重技术而方法。方法即过程，它是从科学到技术的方法论。

小结：草地农业生态系统的基本特征归结为九项，即环境、界面、空间、时间、单元、流程、外延、格局和潜势。排序功能决定生态系统格局和本质，生态系统健康与否取决于该系统的“有序度”，一旦有序度超近于零，系统即将崩溃。

第五节 草地农业生态系统的管理和外延。

管理对现代产业化草地农业的切入点主要在三个方面。一是管理结构的切入。二是生产层次的切入，三是生产过程的切入。完善的草地农业生态系统的管理，应该在充分发挥各个生产层效益的基础上，实施系统耦合。系统耦合可以从多方面解放系统的生产潜力，实行代农业分级管理，发挥系统的外延优势，大幅度提高生态系统整体的生产水平。系统耦合过程中将不可避免地出现系统相悖，系统相悖是系统耦合过程中出的系统间的不协调因子群。克服这些系统相悖的因子，才能充分发挥系统耦合的潜力势。系统相悖蕴藏着巨大的生产潜势和丰富的科学内涵，有待探索。

第三章 草地农业生态系统的非生物亚系统（5学时）

基本知识点：水在草地农业系统中的流动和利用，元素在草地农业系统中的循环和利用，能在草地农业系统中的流程和利用，水流和能流交叉（水热交叉）的综合作用。

重点：元素在草地农业系统中的循环和利用，能在草地农业系统中的流程和利用，水流和能流交叉（水热交叉）的综合作用。

难点：水流和能流交叉（水热交叉）的综合作用。

第一节 水流次亚系统；

海洋、大气和陆地的水，在自身位能、太阳能、气象因子、生态环境以及人类活动的综合作用下，进行着连续的大规模的交换，使自然界中的水形成了一个随时间和空间变化的复杂的动态系统。水使地球上的大气圈、水圈和生物圈相互联系起来，并成为它们之间能量的贮存者、变换者和运输者，水循环是地球上各种特制循环的中心循环。

1. 水在草地农业生态系统中的功能：水是动植物营养物质的载体；水是植物逃命作用的基本材料，在光合作用中，水释放出氧，提供氢，成为有机界与无机界之间联系的纽带。水是生物有机体的主要组成成分，植物体含水量通常达60%－90%，哺乳动物为55%－60%，昆虫为46%－92%。

2. 水在草地农业生态系统中的流程：循环有下列途径：截

留、渗透、蒸发、蒸腾、渗入地层深处、地表径流和排水。海洋、大气和陆地的水，在自身位能、太阳能、气象因子、生态环境以及人类活动的综合作用下，进行着连续的大规模的交换，使自然界中的水形成了一个随时间和空间变化的复杂的动态系统。

3. 草地农业生态系统中水资源的利用；潜在蒸发量（potential Evapotransporation ）是指充分供水下垫面（即充分湿润表面或开阔水体）蒸发/蒸腾到空所中的水量，又称可能蒸发量或蒸发能力。草原群落蒸发蒸腾是一个由各种因素综合影响的复杂问题。影响群落蒸发蒸腾的首要因素是大气蒸发力与植物根际土壤含水量。牧草的产量与温度、光照、水分、肥料等因素有密切关系，在其他因素不变的条件下，牧草的需水量与肥力相耦合呈现出规律性变化关系。在一定的阈值范围内，牧草的产量与肥料水平呈现正相关关系，而水分利用率却表现出负相关关系。通过调节土壤肥力可以获得较满意的水分利用效率。多数研究表明，若CO2含量升高，则叶片的净光合速率随之加快，且气孔阻力增大，蒸腾速率变慢，从而增加了水分利用效率。干旱地区在有充分饮水保证的情况下，放牧家畜的生产力可提高25%－40%，绵羊的剪毛量可提高10%－12%。

第二节 能流次亚系统；

1. 能在草地农业生态系统中的作用：能量转化和物质循环是生态系统的基本功能，也是草地农业生态系统最重要的研究内容之一。维持所有生态系统的能量是太阳能（两种形式，热能和光能）。热能推动力水分循环，形成水的环流，光能通过初级生产者光合作用，被固化为生物化学能。

2. 能在草地农业生态系统中的流程；能量的机理和特征：在生态系统中，能量流动始于太阳辐射能的固定，终于生物体的完全分解。生物做功有下列用途：（1）维持生命，即维持呼吸及其他代谢活动，这种消耗同时具有动力和形态维持的性质，在此过程中生命过程得以不断更新。（2）空间位移，即生物的行动，这是生活的消耗。

（3）全成新的原生质，以保证生长。（4）形成贮存物，植物做功形成种子和贮存的碳水化合物，动物做功形成胚胎和贮存的脂肪。根据热力学第二定律，非生物能的转换，总是由集中的形式逐渐变成分散的形式，最终热能分散为均态，直到两者温度相等为止。

3. 能量流动力的渠道：在生态系统中，食物链和食物网是能量流动的渠道。以食物营养为联系，如同形成一环扣一环的链条，这称为食物链。实质上是由生产者和消费者组成的能量运输序列。在生态系统中食物链可分为两在类，一类是以活的生物为食的食物链，（生食食物链

〈grazing food chain〉; 另一类是以死的生物为食的食物链，（腐食食物链saprophagic food chain）。由于能量利用的关系，各个长短不等的食物链又相互交织在一起而形成复杂的食物网（food web, food complex ）。根据生态系统的能量保存规律，消费者只能将食物源的5%－20%转变成为自身的原生质，因而食物链的环节最多只有4－6个。

4. 能量流动的主要过程：三个过程，一是生产过程；以植物生长量为100%，直到可用畜产品，能的转化率有0%－16.3%。二是还原过程；少量的分解者通过一系列的反应，可把比其自身大得多的死的有机物转换为热能与牧草可再次利用的无机物质。这个过程实质上是增加土壤肥力的重要过程。三是贮存过程；据Hirata 等在Paspalum notatum 草地上的测定，牧草的贮藏能（包括人工收贮的牧草和牧草地下部分的贮藏能）总计为

8.1MJ/(m·a) ，占净初级生产力能量的4.05%。

5. 能量流动的生态学效率；食物链是生态系统中能量转化的渠道，链上各环节的能量之比用百分率表示，称为生态学效率。草地农业生态系统中的生态学效率重要的几种：（1）牧草的同化效率＝牧草固定的能量/太阳辐射量，Er=P/R；此即光能转化率。太阳辐射量可以是总辐射量，也可以是光合有效辐射量。 2

（2）农畜的同化效率＝

（3）牧草的刈收效率＝农畜吸收的牧草能量家畜采食的牧草能量刈收的牧草能量

草地生产的牧草能量，E a =，E h =A G F 。; 此式也可以是多次刈收H

的牧草总能量与草地同期多次生产的牧草总能量。

（4）家畜的放牧效率＝家畜采食的牧草能量

草地生产的牧草能量，E g =G

G ; 此式也可以是多次放牧

采食的总能量与草地同期多次生产的牧草总能量之比。

（5）家畜的转化效率＝家畜产品的能量/家畜采食的牧草能量，Ep=S/G.

（6）家畜生产的牧草利用效率＝家畜产品的能量/草地同期生产的牧草能量，Er ＝S/F；此式也用E f =Eg×E p 表示。

6. 能流语言；Odum(1967)提出了一套符号语言（Sysbolic language ），并用它们编成能量电路图，用以表达生态系统中的能量流。这种能量电路图也称为能流语言(Energy-flow language). 其建立在能源学基础上，依赖于热力学第一、第二定律，及生态学竞争分离原理和Lotka 的最大能量选择原理，它更多地基于牧理学和生态学原则，而较少依赖于经验。Odum 能流语言符号的意义：（1）能源。指各种能源：（2）能量贮存器。指能量的状态；（3）潜能作工。指能量在贮存状态下的损失；（4）净能接受器。指自养生物对太阳能的固定；

（5）生产者。指在高质的能源控制下，收集和转换低质能源的多数绿色植物。（6）热散失。指能量在做功时产生的热损耗；（7）工作门。也称工作阀，指几个能量汇集的地方，

起着对能量开关的作用；（8）消费者。指具有自我组织功能的动物个体或群体，也称自我维持元件；（9）经济处理。指物质在出售或提供服务时和货币的交换关系，也称交换器；

（10）定常放大器。表示输入和输出有一定比例关系，但是这种变化在能源S 有效的情况下是一个常量；（11）能量流。指能量流动的方向；（12）信息流。指信息传递。 草地农业生态系统中能资源的利用：

直接投入草地农业生态系统的能量，除了太阳能，还可以有不同类型的自然补助能（大气环流流、降水、水流、生物固氮等）和人工补助能。根据这种能量的供给，将草地农来生态系统分三类：纯太阳能供给草地农业生态系统；有自然补助能的太阳能供能草地农业系统；有人类补助能的太阳供能草地农业生态系统。

第三节 元素次亚系统

1. 元素在草地农业生态系统性中的作用；生命活动所必需的元素有30－40种，它们对生命体所发生的一系列生物化学反应都是不可缺少的，在生物体中构成蛋白质的4种元素C 、H 、O 、N 是基本元素，在生命中起关键作用，称为关键元素，点生物体组分的95%－97%。P 、K 、Ca 、Mg 、S 、Na 、Cl 、Fe 等需要量相对较多，称大量元素，它们对于维持生态系统的功能有重要作用。Cu 、Zn 、B 、Mn 、Mo 、Co 、Se 、I 、Ni 、Cr 、F 、Sn 、

Si 、V 等虽然生物需要量很少，但又不可缺少，缺少那一种，生物生长发育都会发生异常，这些元素称为微量元素。此外还有一些元素如Ag 、Ba 、Rb 、U 、Ra 等需要量仅为10－13－10，因此称为超微量元素。生命所－6

必需的元素或生物体中存在的元素称为生态系统的营养元素。元素在细胞的结构和功能中具有生物化学的活化作用。放牧家畜对草地农业系统的牧草营养和元素循环具有重要的影响，主要表现在四方面：排泄物分布的影响，草地家畜的排泄物多集中在很小的面积上，造成草地某种营养元素的不足和过多，影响元素正常循环。

（2）粪和尿中的元素含量差异的影响。（3）粪和尿中的元素可利用性的影响。尿中元素易被吸收，粪中化合物分解较慢。（4）粪尿对牧草的窒息和污染的影响。

2. 元素在草地农业生态系统中的循环

碳循环：草地中贮存的碳总量约为266.3Pg （1Pg ＝1015g ），占陆地生态系统的12.7%，其中90%存在于土壤，生物量中仅为10%。在草地生态系统中，植物、凋落物、土壤腐殖质构成了系统的三大碳库。A 、草地植物碳库；草地初级生产力在一定程度上反映了不同草地群落类型光合固碳能力。B 、草地凋落物碳库；草地群落地上净生产力问总量中，至少应有20%－50%的产量能够以凋落物和家畜粪便的形式进入土壤库。据估计，凋落物库中碳的贮量在

30－400g/m2之间，平均水平稍高于地上部生物量中的碳量水平。C 、草地土壤碳库；在草地生态系统中，草地土壤的碳贮量约占草地总碳贮量的89.4%。土壤有机碳的来源主要是植物残根，凋落物层的分解等，以有机质的形式存在，主要集中在地表0－20cm 。地下生物量一温度存有明显的负相关。草地开垦为农田会使土壤碳素总量损失30%－50%。过牧与开垦一样。在平衡状态下，土壤异养呼吸量等于植被净初级生产力。草地土壤与大所CO2交换总特征以排放为主，CH4表现出吸收特点。

氮循环：从环境进入草地的氮有四个来源，A 、电化学固氮，大所中氮通过电离现所固定，成硝酸盐及氮的氧化物被降水带入系统。量很少，为1－10kg/（hm 2·a) 。B 、非共生微生物固氮。C 、共生微生物固氮（根瘤菌）。D 、工业固氮。草地植物生长所必需的氮主要从封有机质、共生固氮作用或肥料中得到。

磷循环：土壤中的磷以植物不能吸收的化合物的形态存在，稳定性强，流动性差。一年的各个时期尽管循环的磷库的量可能逐年有变化，但磷库的总量都超于保持一个相对稳定的量。磷循环中可给态磷的最大来源是土壤有机质以及动植物物遗体分解、硫化所提供的磷，其次是施肥和给家畜补饲所提供的磷。草地中总磷的循环取决于家畜对牧草的利用率。磷的损失主要为淋溶、径流、和畜产品。

钾循环：钾和磷一样，没有气态，钾循环也是在土――草――畜――土的系统中进行旱地钾有典型的封闭性；在降水丰富区由于淋溶作用，有近于开放型。

硫循环：来源土壤、大气、施肥。损失的主要途径是淋溶，牧草和畜产品的输出。在硫循环库中，有机物是主要的库。 钙循环：主要来源是风化的母质，大气。畜产品输出是主要损失通道。

镁循环：来源土壤，微生在生长过程中需要镁的程度远超过钙。损失以淋失为主。

草地农业生态系统中元素资源的利用；提高利用率可采用下列调控方法：A 、调控土壤理化性质，（1）调整改善土壤质地，增加土壤有机质，增强土壤对阳离子的吸附能力；

（2）使地面平整，保持水土，以防止和减少元素的淋失和流失；（3）调控改善土壤PH 值，使元素的水解、微生物的活动、植物根系的生长及吸收机能，有一个良好的生物化学环境。B 、施肥：合理原则是根据草地增产的效果，选择元素间的种类和施用量。还要注意元素间的协同与拮抗。拮抗典型：钼过剩使铜缺乏，钾过剩使钙、镁缺乏。铝、铁、锰过剩使磷缺乏。C 、加强腐生食物链，促进有机物分解和矿化。D 、补饲。E 、草地的钊牧兼用。F 、改进家畜的放牧管理。

第四节 水流和能流交叉（水热交叉）的综合作用。

1. 水热综合与草地农业生态系统的类型；草地生产取决于：地理位置、地面形态结构、所获能量、所获水分、草层的形态结构与家畜的各类组合。湿润度和温度。

2. 水热综合与元素的利用：水热综合对元素利用的最根本意义在于，热量决定着水的存在形式。当热量与液态水成为有效的组合时，能量才能驱动生态系统，使植物进行光合作用，使动物对植物进行有机物的转化，使微生物对死的有机物进行分解，元素也就在这些过程中进行循环。不同的水热组合决定着生态系统对元素的利用和循环强度。

3. 草地净初生产力模型研究进展；单位面积的草地在单位时间所能累积的有机干物质，包括草地地上部分（含凋落物和立枯物）和地下部分有机物质的数量，称为草地净第一性生产力（NPP ）。A 、气候生产力模型：NPP 对气候(温度、降水等) 因子及营养元素（C 、N 、P 等）具有很强的依赖性。Miami 模型：净初级生产力与年平均湿度及降水之间的经验关系。Thornthwaite Memoria 模型：蒸腾蒸发量（ET ）与气温、降水和植被之间的关系，所含因子较全面。B 、半经验半理论模型： Chikugo模型，根据净辐射和辐射干燥度计算植被净第一生产力模型；朱志辉模型，为弥补 Chikugo模型对草原及荒漠考虑不足，在次基础上加以改；周广胜模型，根据植物生理生态学特点与联系能量平衡方程和水量平衡方程的区域蒸散模式，建立了联系植物生理生态学特点和水

热平衡关系的植物净第一性生产力模型。C 、过程模型：包括了光合作用、有机物分解及营养元素的循环等生理过程，从而可用于详细研究各种因素对NPP 的影响。牧草生长模拟模型，能定量和动态地描述牧草生长、发育和产量形成过程及其对环境反应的计算机模拟程序；景观和区域生理生态仿真模型，通过对太阳能转化为化学能的过程，以及植物冠层蒸散与光合作用相伴随的植物体及土壤水分散失的过程进行模拟，对评价初级生产力、模拟生长、研究草地与气候的相互作用、预测生态环境的变化等方面，起到了极大的促进作用；光能利用率模型，绿色植被对太阳可见光有很强的吸收能力，对近红外光有很强的反射能力。

第四章 草地农业生态系统的生物亚系统（8学时）

基本知识点：草地农业生产系统中初级生产和次级生产系统。

重点：初级生产次亚系统；大草食动物次亚系统。 难点：初级生产次亚系统；大草食动物次亚系统。

第一节 初级生产次亚系统；

第二节 小草食动物次亚系统；

第三节 大草食动物次亚系统；

第四节 肉食动物次亚系统；

第五节 分解者次亚系统。

第五章 草地农业力能学及其效应（6学时）

基本知识点：草地农业系统初级、次级力能学效益，草地农业生态系统效价评定。

重点：草地农业系统初级、次级力能学效益，草地农业生态系统效价评定。

难点：草地农业生态系统效价评定。

第一节概述；

第二节初级生产层的力能学效应；

第三节次级生产层的力能学效应；

第四节草地农业力能学分析实例；

第五节草地农业生态系统效价评定。

第六章 草地农业生态系统的效益评价（6学时）

基本知识点：前初级生产展的评价，初级生产展的评价，次级生产层评价，后次级生产层评价。

重点：初级生产展的评价，次级生产层评价。

难点：后次级生产层评价。

第一节 前初级生产展的评价；

第二节 初级生产展的评价；

第三节 次级生产层评价；

第四节后次级生产层评价。

第七章 世界主要草地农业生态系统（4学时）

基本知识点：热带草地农业生态系统、温带草地农业生态系统、寒带和高山草地农业生态系统、荒漠草地农业生态系统。

第一节 概述；

第二节 热带草地农业生态系统；

第三节 温带草地农业生态系统；

第四节 寒带和高山草地农业生态系统；

第五节 荒漠草地农业生态系统。

第八章 草地农业生态系统分析与设计（草原系统工程）（12学时）

基本知识点：系统及系统工程技术，草原系统工程的定义和基本特征。草地农业生态系统分析与设计的原则，草地农业生态系统优化、预测、评价和决策的基本方法。

重点：草地农业生态系统分析与设计的原则，线性规划法，灰色关联度理论，层次分析法。

难点：层次分析法。

第一节概述

第二节系统优化方法；

第三节系统预测方法；

第四节系统评价方法；

第五节系统决策方法。