荒漠优势灌木植物限制性资源利用速率与种群结构间关系的研究

The desert ecosystem is always one of the harshest environments on the earth. The decreasing stability and desertification have been directly threatening the survivable sapce of human being. One is paying more attention to the prevention of desertication and maintenance of desert ecosystem. However, it is very necessary and important for ecologists to address how to sufficiently use the natural resources in the desert ecosystem and maintain its stability. Here combining the energetic equivalence based on the Metabolic Theory of Ecology and the interactions of plants, we propose a hypothesis that the rate of key limiting resources use for plant per unit ground area regulate the dynamic structure of plant population. We will investigate the main morphological traits for the dominant shrub species the at the plant individual and the population levels, and measure the content of C,N.P and stable carbon isotope of plant individual and local soil along the moisture gradient. On the one hand, these experiments can test our theoretical predictions, on the other hand, we can quantitatively analyze the optimal scaling relationship of plant mass and population density and estimate the maximal capacity within the local enviroments, which is very significant to plantation of trees and herbs, prevention of deserfication and ecological restoration in the both of thoery and practice.

荒漠生态系统一直是地球上最脆弱的生态环境之一，它的稳定性的下降或荒漠化的加剧直接威胁到人类的生存空间。随着近年来地球气候反常频率和幅度的增加，人们更加注重荒漠化的防治和荒漠生态系统稳定性的维护。然而，我们应该如何高效地利用荒漠生态系统的自然资源并维系它的稳定性已成为学术界关注的焦点。本项目结合基于代谢理论提出的能量平衡法则和植物个体相互作用理论，提出了植物种群单位面积限制性资源利用速率调控植物种群结构动态变化新的理论假说。我们将通过对不同干旱程度环境中荒漠自然优势灌木种群进行基本的形态指标调查，和对植株个体、土壤的C,N,P以及稳定同位素碳的含量进行测定分析。一方面我们可以检验理论预测，另一方面我们可以定量分析在不同干旱胁迫程度的地理环境中，植物种群密度与个体大小间的最适比例关系，并估算出它的最大生态环境承载力。这将在退耕还林还草、荒漠化防治和生态恢复过程中具有重要理论和实践指导意义。

本项目在近四年的研究过程中，按照研究计划对干旱荒漠植物群落结构、物质能量分配以及代谢速率与自疏异速指数如何转变的这些重要科学问题顺利地进行了一系列的理论和实验研究。对干旱荒漠植物个体和土壤的C、N、P基本营养元素的含量也进行了较系统的测定分析。我们基于代谢比例理论分别建立了荒漠灌木和草本植物物质能量分配规律，调控植物种种群动态结构以及估算植物生长季碳同化效率的模型体系。这些理论模型均已得到大量实验数据验证。其中部分研究成果已在Tree Physiology等国际著名学术期刊上发表，而且还有相关重要研究成果已经分别投送到Nature Communications（编辑邀请修改） 和Ecology Letters（编辑邀请修改）等杂志上。此外，依托于该研究项目，不但培养了10余名研究生；而且也促使项目负责人成功入选2015年国家“万人计划”青年拔尖人才支持计划；2015年教育部青年长江学者奖励计划和2016年科技部中青年创新领军人才推进计划。