生态化学计量学在陆地生态系统碳-氮-水耦合循环理论体系中作用初探.pdf

《生态化学计量学在陆地生态系统碳-氮-水耦合循环理论体系中作用初探.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、Vol_34．NO．4第34卷第4期第四纪研究2014年7月QUATERNARYSCIENCESJuly，2014doi：10．3969／j．issn．1001—7410．2014．04．21文章编号1001—7410(2014)04—881—10生态化学计量学在陆地生态系统碳一氮一水耦合循环理论体系中作用初探木于贵瑞李轩然赵宁何念鹏王秋凤(中国科学院地理科学与资源研究所，生态系统网络观测与模拟重点实验室，中国生态系统研究网络(CERN)综合研究中心，北京100101)摘要生态化学计量学(Ecologica

2、lstoichiometry)是利用元素比率来研究生态过程和生态作用的学科，它通过化学计量关系将从分子至生态系统的各个层次有机联系起来，已成为联系微观与宏观生态学研究的有力工具。生态化学计量学的两个非常重要的假设是内稳性假说(Homeostatichypothesis)和生长率假说(Growthratehypothesis)，已在不同的研究层次上得到了验证或应用。前者是指在生活环境(或资源)的化学元素组成发生变化的情况下，生物体具有的保持自身化学元素组成相对稳定的能力；后者是指生物体的C：N：P比率对其生长

3、速率具有较强的调控作用，通常生长速率较高的组分会具有高的N：C和P：C比以及较低的N：P比值。经过近20年的发展，生态化学计量学的研究已从化学计量内稳性较高的水生生态系统扩展到化学计量特征变化范围较大的陆地生态系统，研究对象已涉及酶、微生物、动物、植物、食物链和食物网等多个层次，并逐渐被应用于解决或预测区域甚至全球的生态环境问题。生态系统不同组分的C：N：P计量关系的内稳性以及其生长率与异速分配相适应的调节机理，是维持生态系统结构和功能的重要机制之一。然而，目前学术界还未对生态化学计量学在陆地生态系统碳一氮

4、一水耦合循环理论体系中的作用给予关注，更缺乏相关的理论研究和系统性的论述。本文回顾了生态化学计量学研究的发展历程及其在不同领域的进展与应用；在此基础上，探讨了生态化学计量学在陆地生态系统碳一氮一水耦合循环理论体系中的潜在作用，并展望了生态化学计量学与生态系统碳一氮一水耦合循环理论整合研究的理论基础和重点发展方向，期望能推动相关研究领域的快速发展。主题词生态系统内稳性假说生长率假说元素比率生态化学计量学结构养分中图分类号Q148，X171．1，S132文献标识码A果的不确定性，仍然是生态学家在未来一段时间所1

5、引言面临的重大挑战。人类活动大量排放的二氧化碳(CO，)、甲烷和碳循环、氮循环和水循环是陆地生态系统3个氧化亚氮等温室气体是全球气候变暖的主要因素，最重要的物质循环，三者之问通过地理格局的资源据估计过去130年全球气温升高约0．85~C¨。过供给与需求的计量平衡关系、资源利用与转化效率去几十年来，全球和区域陆地生态系统碳循环研究的生物制约关系以及生物学、物理学和化学过程的经历了碳储量清查、碳循环过程机制、碳收支评估耦合机制而相互依赖和相互制约，协同决定着生态和增汇潜力评价等发展阶段，当前更加关注全球和系统的

6、结构和功能。科学家对陆地生态系统碳一区域性碳源汇空间格局和碳循环过程与管理。氮一水耦合循环及其理论体系和逻辑框架已进行了全球变化引起的气温升高、大气CO浓度增加、降初步阐述。。，这一理论框架认为：陆地生态系统的水格局改变以及大气氮沉降增加等因素正在强烈改碳循环、氮循环和水循环通过土壤一植物一大气系统变陆地生态系统的碳汇强度及其分布格局，因一系列的物质循环、水分传输和能量转化过程紧密此，深入理解陆地生态系统对全球变化的响应和适地耦联在一起，共同制约着土壤一植物与大气系统应规律，准确评估其固碳速率和潜力，降低评

7、估结之间的碳一氮一水交换通量及其三者问的平衡关第一作者简介：于贵瑞男55岁研究员生态学与碳氮水耦合循环研究E-mail：yugr@igsnrr．ac．cn十国家自然科学基金重大项目(批准号：31290221)、国家重点基础研究发展规划项目(973项目)(批准号：2010CB833504)和中国科学院战略性先导科技专项项目(批准号：XDA05050702)共同资助2014—03—17收稿，2014—04—24收修改稿882第四纪研究2014年系。同时，生态系统的土壤一生物系统的碳一氮心思想就是在生物体生长过程

8、中的体内元素组成平耦合循环过程则是由一系列生物参与的氧化与还原衡至关重要，稳定状态下，任何特定因子的存在量化学反应过程网络所构成，不同微生物功能群通过低于该种生物的最小需要量时，该因子便会成为决对不同基质的利用与竞争，制约着土壤不同形态碳定该物种生存或分布的限制性因子。1925年，和氮的循环通量、土壤一大气系统的碳氮气体交换Lotka首次将物理一化学系统热力学定律与生态通量及其两者的平衡关系。学相结合，提出了Lo