不同呼吸组分权衡对植物代谢指数的调控机理研究

研究树木呼吸速率与个体生物量之间的关系,能更精确、有效地计算森林碳收支，对全球环境变化等研究意义重大。目前代谢生态学研究认为：生长发育过程中不同器官（根、茎、叶）生物量分配模式的转变导致植物代谢指数在小个体时接近1.0，而在大个体中接近3/4。但该模式无法解释我们前期所发现的较大个体植物代谢指数趋近1.0的实测结果，迫切需要解决。基于不同呼吸组分（维持呼吸和生长呼吸）权衡的原理和前沿进展，提出代谢指数的呼吸组分权衡与个体发育耦合的调控模型。以马尾松和刨花楠为对象，在区分维持呼吸和生长呼吸的基础上，通过分析不同季节、不同生境下呼吸速率-个体生物量之间异速生长关系的变化规律，旨在探明代谢指数的阈值转变范围，揭示不同呼吸组分权衡对代谢指数的调控机理。研究成果有助于深化植物代谢生态学理论，并为建立更加精确的森林群落呼吸量估算模型、研究森林生态系统稳定及其对全球环境变化的响应等提供理论依据。

研究木本植物呼吸速率与个体生物量之间的关系能够更精确有效地计算森林的碳收支，对降低大气CO2浓度，减缓气候变暖具有重大意义。基于植物维持呼吸和生长呼吸组成存在显著的季节变化规律，且与不同呼吸组分与生物量之间的异速生长指数具有显著差异，课题组提出了代谢指数的呼吸组分权衡耦合调控假说。通过对被子植物（刨花楠、闽楠）裸子植物（马尾松、杉木）不同季节呼吸速率，生物量，养分状况的连续观测，以及不同尺度植物生态化学计量特征、气候因子对代谢过程的影响分析，课题组取得以下阶段性成果：（1）植物呼吸速率-生物量之间的异速生长指数存在显著的季节变化规律，且针叶树的代谢指数显著低于阔叶树种。主要表现为针叶树春季与秋季的代谢指数显著高于冬季和夏季的代谢指数，而阔叶树在秋季的代谢指数最高，春季的代谢指数最低，冬季与夏季的代谢指数差异不显著；（2）阔叶植物呼吸速率与N、P含量异速生长指数显著高于针叶树种，导致种间植物呼吸速率与N、P含量的异速生长指数显著大于1.0；（3）植物细根N、P含量间呈现显著的正相关关系,且N:P随着P含量的增加而显著降低，表明细根的N:P变化主要由P元素决定；（4）在个体与群落水平上，亚热带不同森林类型林下植被地上生物量正比于地上生物量，支持生物量等速分配模型；（5）代谢生态学理论认为温度以玻尔兹曼系数的方式对植物的代谢速率进行调控，与美国Enquist教授团队合作，通过对目前代谢生态学理论的拓展，构建了新的气候因子对群落代谢速率的影响模型，课题组研究发现：气候因子（温度和降雨）几乎不能解释植物瞬时代谢速率的变异。这主要是由于大气温度与植物生理温度之间的不匹配造成的，以后的研究要注重植物生理温度对植物代谢过程的影响。