植物生物量分配模式与生长速率的相关规律研究

发布时间：2017-04-08 18:30

  本文关键词：植物生物量分配模式与生长速率的相关规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 代谢生态学理论(metobolic theory of ecology)是目前生态学研究的一个热点。代谢理论假定植物的代谢速率，B，和动物一样，将正比于个体大小，，M，的3／4次幂，即：B∝M~(3／4)。然后将生物体的其它属性同代谢速率相联系，并进行一系列的时间、空间和组织水平的尺度转换，从而代谢生态学理论可以解释个体生长、发育、种群动态、分子进化，以及物种多样性等问题。因此，代谢生态学理论在生态学界引起了热烈的讨论。 本论文从四个不同的方面来验证和探讨代谢理论的两个重要推论：(1)在个体水平上，地上生物量(树干和树叶生物量的总和)正比于地下(根)生物量；(2)森林生长率(rates of biomass production)，P，正比于个体大小的3／4次幂。因为这两个推论对一系列的生态和进化现象(例如，根生物量估算、森林生态系统碳流通、全球研究等)有深远影响。 第一部分研究环境因子对生物量分配模式的影响。沿水分梯度(干燥度变化范围：0.95-1.98)对中国西北干旱、半干旱5个区域的天然植被群落地上M_A、地下M_R生物量进行了研究。利用回归模型Ⅱ(Model TypeⅡregression)来比较不同区域地上生物量和地下生物量之间的相关生长指数(双对数作图中的斜率)是否存在统计上的显著差异。研究表明：5个干燥度区域，地上生物量均正比于地下生物量，且不同区域的相关指数之间没有统计上的显著差异。即：相关生长指数接近于1.0(M_A∝M_R~(≈1.0))，这支持存在一个“标准”的地上-地下生物量分配模式。但不同区域相关生长常数存在显著差异，这主要是因为不同区域地下生物量的绝对值不同造成的。 第二部分研究的目的是进行生物量分配模式的尺度扩展。代谢生态学理论表明个体水平上地上生物量(树干+树叶生物量)正比于地下(根)生物量。那么，根据相关生长关系，我们预期在群落水平上这种等速生长关系依然存在，并且同群落组成无关。我们利用2份中国森林群落水平的地上、地下生物量数据来验证该假设。研究发现：个体水平上的地上-地下生物量关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与地下生物量(而与数据的分类方式无关)。 第三部分，我们试图通过扩展代谢生态学的生物量分配模式，从而为区域生物量的估算提供一种新的方法。该扩展模型基于我们假定森林树枝生物量正比于树干生物量，进而推导出树干、地上生物量(树枝+树干+树叶)和整体生物量(地上+地下)之间存在等速生长关系。实际研究发现：地上生物量、整体生物量均正比于树干生物量。这种相关生长关系对于任一森林类型在个体水平和群落水平上都是成立的。同时，同一森林类型的相关生长关系不受立地条件(如，降雨、温度、年龄等)的影响，为区域尺度的森林生物量估算提供了一种新的方法。 第四部分研究了生长率(P)-生物量之间的相关生长关系。代谢理论认为生长率正比于个体大小的3／4次幂，并与立地年龄无关。该推论对于碳流通的估算，生态系统健康和全球碳预算等一系列问题都有深远的影响。我们将中国森林数据按照20年一个区间，划分为10组(20-200年)来验证这一推论。研究发现：按照不同年龄划分的10组中，生长率-生物量均具有相同的接近于1.0的相关生长指数。同时各个分组中指数之间没有统计上的显著差异。这表明，森林的生长率正比于生物量。但相关生长常数随年龄的增加而系统地减小，表明生长率的绝对值在随年龄的增加而下降。该结果不支持代谢理论的生长率-生物量之间的3／4次幂推论。这主要是由于群落中个体大小频率变化导致的密度和平均生物量改变引起的。
【关键词】：相关生长关系 生长率 干旱-半干旱植物 干燥度指数 代谢生态学理论 植物生物量分配 树干、地上和整体生物量分配
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：Q948
【目录】：

• 中文摘要6-8
• 英文摘要8-11
• 缩写词表11-12
• 第一章 绪论12-28
• 1 相关生长关系(ALLOMETRIC RELATIONSHIP)12-14
• 1.1 动物代谢速率与个体大小之间的3/4相关生长关系13
• 1.2 植物生长率与个体大小之间的3/4相关生长关系13-14
• 2 相关生长关系模型-代谢理论14-19
• 3 代谢理论在植物中的应用19-24
• 3.1 代谢理论和生物量分配模式20-23
• 3.2 生长率-个体大小之间的关系23-24
• 4 本研究的目的和意义24-28
• 4.1 水分胁迫对地上-地下生物量分配模式的影响24-25
• 4.2 地上-地下生物量分配模式的尺度从个体推到群落水平25
• 4.3 生物量分配模式的扩展-区域生物量估算25-26
• 4.4 年龄对生长率-个体大小关系的影响26-28
• 第二章 荒漠植物地上和地下生物量研究28-35
• 1 材料和方法29-31
• 1.1 实验点和数据收集29-30
• 1.2 统计方法30-31
• 2 结果31-33
• 3 讨论33-35
• 第三章 森林群落的地上地下生物量分配研究35-48
• 1 材料与方法37-38
• 1.1 数据收集37
• 1.2 统计方法37-38
• 2 结果38-43
• 3 讨论43-48
• 第四章 森林地上、整体和树干生物量相关关系研究48-67
• 1 材料与方法49-51
• 1.1 相关生长关系模型49
• 1.2 数据收集49-50
• 1.3 统计方法50-51
• 2 结果51-64
• 2.1 个体水平上树干、地上和整体生物量之间的关系53
• 2.2 群落水平上树干、地上和整体生物量之间的关系53-63
• 2.3 群落水平预测误差分析63-64
• 3 讨论64-67
• 3.1 个体水平上的树干，地上和整体生物量之间的关系64-65
• 3.2 群落水平上的树干，地上和整体生物量之间的关系65
• 3.3 群落水平生物量的估算65-67
• 第五章 林分年龄对森林生长率-生物量相关关系的影响67-81
• 1 材料和方法68-69
• 1.1 数据来源68-69
• 1.2 统计方法69
• 2 结果69-76
• 3 讨论76-81
• 第六章 主要结论81-83
• 6.1 地上-地下生物量的相关关系与水分胁迫无关81
• 6.2 个体水平上的地上、地下生物量的分配模式可以尺度上推到群落水平81
• 6.3 森林地上、整体和树干生物量之间成等速相关生长81-82
• 6.4 不同年龄分组条件下，生长率-生物量之间成等速相关生长82-83
• 参考文献83-96
• 发表论文96-97
• 致谢97

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