人造植被CultivatedVegetation人工栽种植物课件.ppt

植被 Vegetation,植被的特性,植被(Vegetation)生物圈中植物的成分，上限可達水平面上千米的高度，下限達海平面以下千米的海底深處。生物圈中最活躍和最重要的部份。特別是綠色植物將太陽供應的能量固定，提供給生物圈內所有生物。植被在地球表面呈斑塊狀，不連續地構成一層植物，像蓋被一樣覆蓋著大地，所以稱為植被Vegetation cover。一群植物有規律地組合在一起，佔總生物量的99%。,A)植被的種類,自然植被(初生植被)(Primary Vegetation)由自然環境因素而決定的植物群落，不受人類活動影響。由環境因素決定如氣候 climatic、土壤edaphic、地勢 topographic、生物 biotic 等因素影響。其中氣候因素最為重要，所以地球上的自然植被分佈與氣候區域類同。品種繁多，生物量高。相對地穩定，不受環境因素影響。因為自然植被是由環境因素決定，所以能夠生存的植物都能適應環境。,次生植被(Secondary Vegetation)在一片原生植被被清除的土地上重新生長的植物。清除的原因可能是自然因素或人為因素。重生植被不是由人類活動所造成的，即不是由人類種植的植被。品種數量較少，大部分是生命力較強或較粗生的植物，稱為先鋒植物 pioneer plants。系統穩定性較低，因為環境因素較為不利。次生植被會經過一連串的轉變而最後才會達致平衡。,人造植被(Cultivated Vegetation)人工栽種植物，如農作物、植林區等。品種稀少，通常只有一、兩種植物。生態系統較為簡單。植物品種經過選擇性生長，只有對人類有利的植物才能生長。系統極之不穩定，容易受環境變異影響，所以需要人類其他活動來輔助。如灌溉系統、施肥等。,A model of vegetation development,B.影響植被的環境因素,氣候因素(Climatic Factors)土壤因素(Edaphic Factors)地形因素(Topographic Factors)生物因素(Biotic Factors)人類活動(Anthropogenic factors),降水 水分是植物生長過程中的必需物質.水分提供養分給植物，另外在光合作用中，水分是必需物質。水分數量決定植物的種類:降水充足地區 森林 降水不足地區 草原 降水缺乏地區 沙漠 根據水分需求數量，植物可分為下列各類 水生植物(hydrophytes)在水中生長。濕生植物(halophytes)在水分充足地區生長。中生植物(mesophytes)在水分適中地區生長。旱生植物(xerophytes)在水分不足地區生長。,1.氣候因素(Climatic Factors),溫度 溫度決定植物生長季節的長短，亦影響植物生長的過程.溫度亦影響植物的生物過程，如呼吸作用和新陳代謝等。對植物來說，某些溫度有特殊意義 00C(冰點)對大部分植物來說，00C是一個決定性的溫度。當溫度到達00C時，植物體內的水分會變為固體，水分體積會膨脹，導致植物的身體組織受到破壞.60C 當溫度降至60C以下時，植物生長過程會減慢，影響植物的生長過程。,根據對環境溫度的需求，植物可分為下列各類 高溫植物(megatherms)最冷月溫度高於180C。中溫植物(mesotherms)最冷月溫度介乎60C至180C，最熱月溫度高於220C。低溫植物(microtherms)最冷月溫度高於60C，最熱月溫度介乎100C至220C。極溫植物(hekistotherms)最熱月溫度低於100C。,結果：溫暖地區 森林 forest闊葉常綠林 broad leave evergreen 落葉林 deciduous forest針葉林 coniferous forest寒冷地區苔原 tundra苔蘚 mosses地衣 lichens,光線 植物在光合作用中需要陽光，所以光線是植物生長過程的必需品。光線的強度和數量隨時間、地點而不斷改變。影響光線的因素包括緯度、季節、地形、氣候和與其他植物的距離。根據對光線的需求，植物可以分為兩類 陰生植物(Sciophytic Plants)植物喜歡在陰暗的環境下生長。陽生植物(Heliophytic Plants)植物喜歡在陽光下生長。,風速-風速影響蒸發率，影響植物對水分的需求。風速越高，蒸發率越大，水分需求越多.風速亦間接影響土壤水分蒸發，令土壤變乾，導致土壤流失，影響植物生長。強風可以直接破壞植物莖部，影響植物生長。風亦可以有利植物生長，如幫助傳播種子，有利植物繁殖。,土壤因素(Edaphic Factors),土壤是植物生存的媒介。土壤的質地和結構影響水分和空氣分量，直接影響植物根部的吸收。土壤的成分決定植物的養分供應，影響植物的生長。土壤中微生物的活動影響腐殖質的分解，影響養分的還原。土壤和植物的關係是一個相向關係，即是土壤影響植物，植物亦影響土壤。,3.地形因素(Topographic Factors),高度 altitude溫度和降水隨高度改變，導致垂直植被分佈。例如在熱帶地區 山腳可能是熱帶雨林。隨著高度上升，植被會變為落葉林、草原、針葉林和苔鮮類植物。,坡度 slope angle山坡坡度影響土壤的肥沃度和疏水性，所以影響植物的生長情況。在陡峭山坡的地區，土壤的發展受到影響。土層較薄、養分不足、疏水性較高。植物面對缺乏養分和水分的情況，生長過程受到影響。在坡度平緩的地區，土壤不斷積累，土層較厚，養分充足。地下水流動較慢，水分充足。,山坡座向 Aspect 北半球的向南坡和南半球的向北坡，陽光直射的機會較大，生長條件較理想，植物的品種和數量都較多。相反，北半球的向北坡和南半球的向南坡，植物的品種和數量都較少。山脈的向風坡和背風坡亦有不同的水分狀況，導致不同的植物分佈。,4.生物因素(Biotic Factors),微生物和細菌負責有機物質的還原過程，影響土壤的養分供應，對植物的生長有直接的影響。雀鳥和動物可以替植物傳播種子，有利植物繁殖。在一個生態系統中，不同生物的數量應該互相平衡，任何一種生物發生變化，都會影響植物生長。,5.人類活動(Anthropogenic factors),人類活動對植物的影響可以是正面，亦可以是反面的。人類可以改變植物的數量、品種和組成。人類亦可以通過改變植物的居住環境，而影響植物的生長。,植物群落的演替,植物群落(Plant community)泛指在大致相同的環境中，有規律地互相結合生長在一起的植物群體。任何植物群落都不會靜止不變，而是隨時間不斷變化和發展。當各種植物因利用環境資源而產生複雜相互關係，以致不斷改造環境，最後由新的植物群落取代原有的植物群落，這過程稱為植物演替(Plant succession)。,植物群落的演替,原生演替 Primary succession開始於沒有植物生長的裸露地面，由先鋒植物pioneer species 首先進入，透過演替達到穩定的植被，與該區的氣候條保持著平衡狀態的植被，是為演替的終點，稱為演替頂極 climax。達到頂極的植物群落稱為頂極群落climax community。在生物種類之間，處於動態平衡狀態，在沒有干擾出現前，此群落不再產生方向性之變化，且可維持一段較長時間。,正常演替系列,lichens,mosses,Herbs,grasses,shrubs,trees,地衣 lichens,先鋒植物,蕨類Ferns,苔蘚 mosses,灌木 scrubs,苔蘚 及 灌木,樹林,http:/www.ust.hk/webpepa/pepa/Protection-Plant/habitats_c.htm,原生演替,旱生演替系列Xeroseres,原生演替,水生演替系列 Hydroseres,次生演替 Secondary succession,倘若頂極群落遭外力干擾和破壞，演替又會重新開始，最終向本地頂極群落發展。,棄耕農田演替,限制因子Limiting factor,任何生物生長及繁殖，均需要最低限量的有效養分物質，並且在此以外的因子如溫度、水分、光照等，稱為生物的限制因子。若不足或過多，都會使生物不能生存或衰退，其間的幅度稱為耐性限度 limits of tolerance當某一環境因子接近其耐性極限時，便是其限制因子，即決定一生物種能否生存。,耐性範圍 Range of tolerance生態最適範圍 Ecological Optimum,環境梯度 Environment gradient,通常當一個因子改變，生物對於另一個或其他因素的最適度亦作出改變。環境梯度即是在耐性範圍內的環境因素在空間方向上的連續變化。環境的改變必然導致植物的分異，從而形成不同的生態景觀。,兩種生物對某環境因子作出的反應,温度梯度 導致從熱帶森林到極地苔原的緯向植被分異,Tropical rain forest,Subtropical forest,Temperate deciduous forest,Temperate mixed forest,Boreal forest,Tundra,熱帶範圍內 濕度梯度 造成的雨林到荒漠的植被分異,Tropical rain forest,Seasonal forest,Thorn forest,Thorn scrub,Desert scrub,温帶範圍內 濕度梯度 形成的從森林到草原和荒漠的植被分異,Mesophytic forest,Oak-Hickory forest,Oak woodlands,Prairie,Dry grasslands,Desert,南美熱帶山地温度梯度 導致的由下往上從熱帶雨林到高山草甸的植被分異,Tropical rain forest,Lower montane forest,Montane rainforest,Montane thicket,Elfin woodland,Paramo,氣候梯度對植物的影響,世界植被分佈,熱帶植被Tropical：熱帶雨林Rainforests熱帶稀樹草原Tropical grasslands/Savanna荒漠 Deserts亞熱帶植被 Subtropical：照葉林Temperate broad leaved evergreen forests硬葉林Mediterranean forests,溫帶植被 Temperate：落葉闊葉林Deciduous broad-leaved forest溫帶草原Temperate grasslands/Steppes寒帶植被 Cold：北方針葉林Coniferous forest/boreal forest苔原 Tundra,地理分類法：按植物在緯度位置,世界植被分佈,高能植被：熱帶雨林Rainforests照葉林Temperate broad leaved evergreen forests落葉闊葉林Deciduous broad-leaved forest,中能植被：熱帶稀樹草原Tropical grasslands 北方針葉林Coniferous forest 硬葉林Mediterranean forests溫帶草原Temperate grasslands低能植被：苔原 Tundra荒漠 Deserts,生產力分類法：按植被固定能量的NPP分類,世界植被分佈：以生產量力分類,Zone Productivity Index A 50 B 10-50 C 3-10 D 1-3 E 0.25-1 F 0.25,I=TmP 120 TrWhere I=Patersons Index Tm=最高月份的平均溫 Tr=年溫差 P=年雨量,水平地帶與垂直系譜的關係,個案：世界最高峰的垂直帶譜,不同環境下的植被,熱帶雨林 tropical rain forest荒漠 desert 苔原 tundra,1.熱帶雨林(炎熱而潮濕的環境),熱帶雨林,位置 北緯度至南緯度地區。,環境狀況 氣候穩定、一致，欠缺季節性變化。溫度高、平均溫度，年溫差小。太陽輻射充足，生長季節長。降雨量充足，超過 毫米。雨量平均分佈，以對流雨為主。濕度高，平均超過 80%。,植被特徵:常青樹 evergreen生長迅速、連續，不受季節干擾。樹木全年有葉，不會有特定落葉季節。以濕生植物為主。,分層作用 樹木有不同高度，大致可分為四層,分層作用 露生層(Emergent Trees)單獨生長，並非群居植物.熱帶雨林中最高的樹木、高度可達米。樹冠層(Canopy Layer)樹木群居生長，形成一個連綿不絕的樹冠層。高度約米至米。由於植物間競爭大，樹木需要向橫擴展，增加吸收陽光機會。,http:/www.blueplanetbiomes.org/world_biomes.htm,矮樹層(Shrub Layer)主要由幼樹和灌木組成。高度在米以下。樹木受樹冠遮蔽，陽光不能到達此層，幼樹生長受到影響。地面層(Ground Layer)由陰生植物所佔據。植物的數量由到達地面的陽光所決定。在原始森林中，樹木茂盛，地面植物稀少。但在次生森林中，樹木較為稀疏，地面植物數量大增。,樹冠形狀 在森林不同部份，樹冠的形狀都有不同。在樹冠層，樹冠向橫擴展，盡量佔據空間，吸收陽光。在矮樹層，樹冠形狀呈錐型，方便在兩樹之間吸取陽光。,品種繁多 在熱帶雨林中，植物品種繁多。由於生長環境理想，炎熱而潮濕，大部份植物都可以生存。,植物以不同形態出現 攀緣植物(Climbers)木質植物，由土壤中開始生長，圍繞寄主(host tree)向上伸展。有獨立的根部，從泥土中吸收養分。植物發展出針刺、荊棘伸入寄主的身體內，藉以向上爬，直伸展上樹木頂層吸收陽光。,攀緣植物,附生植物(Epiphytes)草本類植物，沒有獨立的根部，不能從泥土中吸收養分。這類植物亦不會從寄主身上吸收養分，寄主只提供支持作用，供植物向上攀爬。附生植物在森林樹木間伸展，形成網狀結構。森林中的落葉被困於網間，分解腐化，而養分則被附生植物吸收。,附生植物,寄生植物(Parasities)攀爬類植物，但沒有獨立的根部。寄生植物將根部伸展入樹木組織之內，主要從寄主身上吸收養分。可能導致寄主植物逐漸枯萎，以致死亡。,根:根的作用是吸收養分和支橕植物。熱帶雨林樹木的根部十分淺，並與樹木的高度不合比例。樹木的高度可以達到至米，但根部往往只伸入泥土至米深。(原因養分分佈、地下水位。)由於泥土中根部發展不足以支持樹木的高度，所以較高大的樹木需要發展板根 buttress roots 來支橕樹幹。(板根在泥土以上發展，呈三角狀的樹木根部。),紅樹林(秋茄)支柱根,板根,樹皮:樹皮的作用是保護樹木免受低溫和火的影響.熱帶雨林並無低溫和火的影響，所以樹皮較薄，亦較有利樹木中的水分流失。樹皮表面光滑，有利莖流和減少被攀緣植物附生的機會。,莖花:花的作用是吸引昆蟲採花蜜，幫助植物繁殖。由於熱帶雨林中的樹木繁多，競爭大，植物需要特別的適應方法。,雨林中植物的花生長在樹幹之上，而不是在樹冠 之上，以方便昆蟲採蜜。,花朵亦以大量集結的形式出現，以增加繁殖的機 會。,葉:葉的作用是吸收陽光，亦是植物蒸騰水分的媒介。,在露生層，樹葉數量較少，面積細小。有些樹葉 表面呈皮革狀，以減少由蒸騰作用導致的水分流 失。,在樹冠層和矮樹層，樹葉的數量較 多，面積較大，以便吸收更多陽光。,滴水葉尖(Drip-tip leaves)樹葉的 前端呈尖狀，方便被截留的水分隨 葉子下垂滴下地面。,在森林的不同部份，樹葉的 數量和體積有很大的分別。,年輪:由於熱帶雨林的生長條件理想，一年中生長過程無需中斷，所以年輪並不清晰。,養分循環：雨林中養分循環迅速。樹木生長茂盛，枯枝落葉到達地面後，迅速分解，將養分釋放到泥土中，樹木亦迅速吸收土壤中的養分，以免被水沖走。這樣便形成了一個封閉式的養分循環。一旦植物被清除後，養分循環便會迅速崩解。,在熱帶雨林中，不同的環境狀況會產生不同的植物種類。在沼澤地區，地下水位高，會造成紅樹林的出現.在山區，植物的種類會隨著高度而改變，產生不同的植物區。,熱帶沙漠(炎熱而乾燥的環境),位置緯度度至度地區。大陸中心地區.,環境狀況 降雨量不足，年降雨量少於毫米。雨水分佈不平均，變異率甚大。濕度低，平均低於%。降雨以對流雨為主。下雨以暴雨形式發生，時間短而雨勢大。平均溫度高，白天溫度可達以上。但散熱快，晚間溫度迅速下降至以下。日溫差大。整體而言，溫度足夠，但水份不足。,c.植物特徵,沙漠植物大多為旱生植物（xerophytes）。植物生長面對的問題包括乾旱缺水、烈日灼傷、強風折斷、蒸發率高、鹽鹼土壤、流沙覆蓋等。主要分三大類：短生植物(Ephemeral Annuals)肉質植物(Succulents)非肉質植物(Non-succulents)荒漠植被的特殊適應,i.短生植物(Ephemeral Annuals),佔沙漠植物總數50-60%。生命循環短促，整個過程在六至八星期內完成。生長過程在沙漠短暫的潮濕時期發生，例如在暴雨過後的時間。這類植物的種子通常有厚厚的保護層，可以抵禦長期的乾旱。當有雨水降臨時，種子的外殼吸收水分後，外殼溶解，種子吸收水分迅速發芽。這類植物是逃避沙漠的乾旱情況，而不是抵抗乾旱。植物的體積細小，根部淺。體積細小是因為沒有時間去發展身體組織。根部淺是因為水分大多集中於泥土表層。,ii.肉質植物(Succulents),植物身體內有部份組織可用作貯水用途。例如仙人掌的莖部有海綿體供貯水用。植物倚靠這些水份渡過長久的乾旱季節.植物亦有其它適應方法來減慢蒸騰作用，以減少體內水分流失。,iii.非肉質植物(Non-succulents),沙漠中大部分的植物都屬於非肉質植物，它們有不同的方法去適應環境。這些方法包括外形上和結構上的特徵，亦有些生長上的型態去抵抗乾旱環境。這些植物稱為旱生植物(Xerophytes)。非肉質植物的生長有特別的型態。當種子在泥土中萌芽後，首先在泥土上長出數片葉子，以便吸引陽光作光合作用。但當有足夠的葉子後，莖部的發展便停下來。反而泥土下的根部會繼續深入泥土深處，以便吸收水分。當根部的發展完成後，莖部才會恢復生長。,非肉質植物：外形上的特徵,莖部發展緩慢，植物外形密集，減少表面面積，避免水分流失.植物矮小，接近地面，避免受強風影響。莖部與根部的比例懸殊，可達 至。即是莖部的高度是一米時，根部的深度可達三至六米。沙漠植物的葉子有很多不同的方法去減少蒸騰作用。例如針刺形的樹葉、細小的樹葉、絨毛狀的樹葉和捲葉，都有同一個目的減少表面面積，降低水分流失。部份植物會落葉，甚至放棄部份莖部，以抵抗乾旱。,非肉質植物：外形上的特徵,根部發達，向橫和向下發展，以便佔據更多土地，收集水分。根部的發展情況，視乎個別地區情況而定。在土壤深厚地區，根部會向下發展，伸入地下深處，甚至可以到達地下水位。在土壤較淺地區，根部只可以向橫發展，以便收集更多水分。,非肉質植物：結構上的特徵,植物外層有加厚了的角質層(cuticle)，以減少水分流失。葉子表面有一層蠟質，可以控制水分進出。植物的細胞壁內有一層角質，可以減少水分流失。植物組織的最外層有一層加厚了的硬化礦物，可以防止植物細胞因缺水而萎縮。普通植物，葉子表面有一對對的守護細胞控制水分的該入和流出。但在沙漠植物，這些守護細胞並不是集中於植物表面，而是在葉子組織的深處，甚至在葉子背面，以便減少水分從這些細胞流失。,荒漠植被,Barrel cactus,Triangle-leaf bursage,Joshua Tree,http:/www.blueplanetbiomes.org/world_biomes.htm,荒漠植被的特殊適應：撮要,防止水分散失,減少表面積，防止水分散失、抵禦陽光,功能,特殊適應,荒漠植被的特殊適應：撮要,抵禦強風，防止折斷,功能,特殊適應,苔原地區(寒冷而乾旱的地區),位置緯度度至度地區。主要在北半球.亦可以在高山地區出現。,環境狀況 氣候因素,氣候寒冷，溫度低。一年內有幾個月低於。最暖月溫度，但高於。最冷月溫度可達。年溫差大，可達以上，日溫差小。降水量少，年降水量少於毫米。降水多以 降雪 形式發生。太陽輻射量呈季節性變化。夏季日照時間長，輻射量較多。冬季日照時間短，輻射量更少。生長季節較短，每年少於三個月。,環境狀況土壤,潛育土，酸性。受氣候影響，土層下某一深度有永凍層(permafrost)存在。永凍層之上是活躍層(active layer)，冬天時會冰封，夏天融雪時則會水浸。夏天融雪時，土壤上層積水，重量增加。在斜坡上容易引起塊體移動，產生融凍泥流(solifluction)。,高原凍土及草甸,植物特徵:,苔原植物的細胞液有特殊的方法去適應低溫，部份可以在零下三十度也不會結冰。青苔甚至永遠不會結冰，而且可以適應極端溫度變化。植物體積細小和密集，而且在接近地面處生長。這樣可以令植物避免受寒泠的強風影響。接近地面溫度較高亦有利植物生長。部份植物生命循環短促，往往可以在三個月內完成生命循環，充分利用苔原地區的夏季。植物亦可以在溫度高於時立即進行光合作用，爭取生長時間。,植物特徵:,由於生長季節短，植物如果以種子來繁殖，生長時間可能不足夠。所以有些植物會以營養繁殖(vegetative reproduction)的方式，來進行繁殖。苔原植被會將本來在一年來完成的生物過程，分開兩年來完成。例如植物會在第一年開花，但在第二年才結果。另外部份植物會在種子傳播之前，已經開始萌芽，以便節省時間。,苔原地區植物品種稀少，整個地區只有數百類植物。大部份為草本類植物，甚少有樹木出現。由於土壤下有永凍層的存在，植物根部的發展受到限制，只可以在土壤上層水平發展。大部份的植物都可以適應酸性泥土。,苔原的植被,Arctic moss,Bearberry,Diamond-leaf willow,Caribou moss,http:/www.blueplanetbiomes.org/world_biomes.htm,苔原地區本地因素(local factor)對植被的影響,這些本地因素包括 山坡座向在北半球的向南坡，陽光較多，樹木較多。在沒有陽光到達的向北坡，缺乏植物。風力強勁的苔原地區，樹木很少生長。但在背風面遮蔽地區，如在凹坡或岩石背後，常生長了矮小的柳樹、赤楊及樺樹。大部份樹木有耐旱特性，樹幹短小，樹葉有革質組織和發展針狀，與荒漠植物相似。,苔原地區本地因素(local factor)對植被的影響,苔原地區的地形和高度影響冰雪覆蓋的深度和時間，亦影響土壤中的水分含量。在貧瘠的河盆凹坡和積水的低窪地區，多為綿絮狀的草本植物、青苔和地衣散佈。在坡度較大的地區，植物需要忍受生理性乾旱(physiological drought)，只有草和蘆葦生長。苔原地區土壤發育不完整，土層淺薄，養分不足。在缺乏土壤地區或岩石裸露表面，只有青苔和地衣生長。在其他土壤發展較好地區，植物群落發育較完整，它們多為低矮的木質灌叢，有帶木質柔順的莖和厚厚角質層的細小窄長葉子，這類植物的例子有金鳳花(buttercups)和白頭翁(amemones)。,