植物生物量分配模式與生長(zhǎng)速率的相關(guān)規(guī)律研究.pdf

1、代謝生態(tài)學(xué)理論(metobolic theory of ecology)是目前生態(tài)學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。代謝理論假定植物的代謝速率，B，和動(dòng)物一樣，將正比于個(gè)體大小，M,的3/4次冪，即：B∝M<'3/4>。然后將生物體的其它屬性同代謝速率相聯(lián)系，并進(jìn)行一系列的時(shí)間、空間和組織水平的尺度轉(zhuǎn)換，從而代謝生態(tài)學(xué)理論可以解釋個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育、種群動(dòng)態(tài)、分子進(jìn)化，以及物種多樣性等問(wèn)題。因此，代謝生態(tài)學(xué)理論在生態(tài)學(xué)界引起了熱烈的討論。 本論文從

2、四個(gè)不同的方面來(lái)驗(yàn)證和探討代謝理論的兩個(gè)重要推論： (1)在個(gè)體水平上，地上生物量(樹(shù)干和樹(shù)葉生物量的總和)正比于地下(根)生物量；(2)森林生長(zhǎng)率(rates of biomass production)，P，正比于個(gè)體大小的3/4次冪。因?yàn)檫@兩個(gè)推論對(duì)一系列的生態(tài)和進(jìn)化現(xiàn)象(例如，根生物量估算、森林生態(tài)系統(tǒng)碳流通、全球研究等)有深遠(yuǎn)影響。 第一部分研究環(huán)境因子對(duì)生物量分配模式的影響。沿水分梯度(干燥度變化范圍：0.95-1.

3、98)對(duì)中國(guó)西北干旱、半干旱5個(gè)區(qū)域的天然植被群落地上M<,A>、地下M<,R>生物量進(jìn)行了研究。利用回歸模型Ⅱ(Model Type Ⅱ regression)來(lái)比較不同區(qū)域地上生物量和地下生物量之間的相關(guān)生長(zhǎng)指數(shù)(雙對(duì)數(shù)作圖中的斜率)是否存在統(tǒng)計(jì)上的顯著差異。研究表明：5個(gè)干燥度區(qū)域，地上生物量均正比于地下生物量，且不同區(qū)域的相關(guān)指數(shù)之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)上的顯著差異。即：相關(guān)生長(zhǎng)指數(shù)接近于1.0(M<,A> ∝ MR<'≈1.0>)，這支持

4、存在一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”的地上．地下生物量分配模式。但不同區(qū)域相關(guān)生長(zhǎng)常數(shù)存在顯著差異，這主要是因?yàn)椴煌瑓^(qū)域地下生物量的絕對(duì)值不同造成的。 第二部分研究的目的是進(jìn)行生物量分配模式的尺度擴(kuò)展。代謝生態(tài)學(xué)理論表明個(gè)體水平上地上生物量(樹(shù)干+樹(shù)葉生物量)正比于地下(根)生物量。那么，根據(jù)相關(guān)生長(zhǎng)關(guān)系，我們預(yù)期在群落水平上這種等速生長(zhǎng)關(guān)系依然存在，并且同群落組成無(wú)關(guān)。我們利用2份中國(guó)森林群落水平的地上、地下生物量數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證該假設(shè)。研究發(fā)現(xiàn)：個(gè)體

5、水平上的地上．地下生物量關(guān)系可以尺度上推到群落水平。即，群落水平上地上生物量正比與地下生物量(而與數(shù)據(jù)的分類(lèi)方式無(wú)關(guān))。 第三部分，我們?cè)噲D通過(guò)擴(kuò)展代謝生態(tài)學(xué)的生物量分配模式，從而為區(qū)域生物量的估算提供一種新的方法。該擴(kuò)展模型基于我們假定森林樹(shù)枝生物量正比于樹(shù)干生物量，進(jìn)而推導(dǎo)出樹(shù)干、地上生物量(樹(shù)枝+樹(shù)干+樹(shù)葉)和整體生物量(地上+地下)之間存在等速生長(zhǎng)關(guān)系。實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)：地上生物量、整體生物量均正比于樹(shù)干生物量。這種相關(guān)生長(zhǎng)

6、關(guān)系對(duì)于任一森林類(lèi)型在個(gè)體水平和群落水平上都是成立的。同時(shí)，同一森林類(lèi)型的相關(guān)生長(zhǎng)關(guān)系不受立地條件(如，降雨、溫度、年齡等)的影響，為區(qū)域尺度的森林生物量估算提供了一種新的方法。 第四部分研究了生長(zhǎng)率(P)-生物量之間的相關(guān)生長(zhǎng)關(guān)系。代謝理論認(rèn)為生長(zhǎng)率正比于個(gè)體大小的3/4次冪，并與立地年齡無(wú)關(guān)。該推論對(duì)于碳流通的估算，生態(tài)系統(tǒng)健康和全球碳預(yù)算等一系列問(wèn)題都有深遠(yuǎn)的影響。我們將中國(guó)森林?jǐn)?shù)據(jù)按照20年一個(gè)區(qū)間，劃分為10組(20-