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∝M3／4。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...
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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∝M3／4。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MA、地下MR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(MA∝MR≈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。
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