不同环境条件下不同植物类别的物质能量代谢与碳同化效率规律

One usually foucuses on how to relieve the increasing atmospheric CO2 concentration and global warming by reducing human activities. However, they pay less attention to whether ecosystem can restrain the increase of CO2 concentration and global temperature.Therefore, in current project, the topic is about whether and how to increase NPP and carbon assimitation effeciency in.ecosystem. We will evaluate the production and carbon use efficiency (i.e. CUE) of plant across species (i.e. wood plant, herb and crop) and environmental conditions by the theoretical framewok for a whole-plant carbon assimilation efficiency based on Metabolic Theory of Ecology. And also assess the carbon use efficiency and the effect of CUE on global climate change and their role and function in global terrestrial ecosystem. Moreover, we will futher explore the general rule of energy and material metabolism and their cycle, and CUE for plant. In order to relieve the increase of CO2 concentration and global warming, ultimately, this study will provide a theoretic support and approach to how to slecet plant species with the higher production and CUE in afforestation and ecological restoration.

在全球气候变化背景下，人们通常聚焦于如何减少人类生产活动来缓解大气CO2浓度升高及全球气候变暖；而对自然生态系统本身是否能缓解大气CO2浓度升高及全球气候变化的关注则相对较少。因此，如何提高生态系统生产力以及生态系统碳同化效率即为本项目关注的焦点。本项目将基于已建立的估算植物物种整个生长季碳同化效率的模型，来评估预测不同植物物种间（包括树木、草本和农作物）及同一物种在不同环境条件下的碳同化效率是否存在显著差异；阐释森林、草地和农田对全球生态气候变化的影响及在陆地生态系统中的地位与作用；并进一步探索植物物质能量代谢及碳同化效率与碳循环的一般性规律。从而为植树造林或生态恢复等方面筛选出既具有高的生长速率，也具有较高碳同化效率的优势物种，最终缓解大气CO2浓度升高和候全球气候变暖。总之，该研究不但是对代谢生态理论体系的进一步拓展和完善，更是尝试对该理论体系的科学应用价值的转换与挖掘。

本项目在2年的执行期间，带领研究团队既持续立足于我国西部极端生态环境，又瞄准代谢生态理论国际研究前沿。主要取得以下研究成果：1）开创性地建立了水分调控植物物质能量代谢规律以及代谢异速指数转变的机理模型，并得到大量实验数据的验证，相关成果发表在国际著名理论生态期刊American Naturist（Huang et al. 2020）上，以及投稿到New Phytologist（Huang et al. 2020，revising）杂志；2）揭示了干旱荒漠灌木和草本植物生活史的特异性驱动了灌木和草本植物物质能量地上、地下分配模式的异性差异,并已发表在美国生态学会期刊Ecoshpere上(Chen et al. 2019)；3）系统分析了不同植物物种，在不同水分和土壤营养条件下物质能量代谢、分配规律，以及碳同化效率和水分利用效率。上述研究无疑对进一步创新性拓展代谢生态理论体系具有非常重要的意义，而且对我国生态文明建设和生态保护有着十分重要的理论指导意义。项目申请人以第一完成人荣获2019年度教育部自然科学一等奖；此外，依托本项目已培养毕业博士研究生1人，硕士毕业研究生3人。