生态计量学1课件.pptVIP

1.生态化学计量学概述 1.2 地位 2.生态化学计量学研究历史 阶段一——研究起源 化学计量学理论在生态学上的应用可以追溯到1862年李比希提出的最小量定 律(Liebig’s law of the minimum)。他的理论促成了一系列对有机体适应贫瘠环境 的生态学和生理学研究，其中许多研究表明，限制性元素含量不同，有机体元素 组成会产生相应变化。 此后，Lotka(1925)在他的《物理生物学的基础》(Elements of Physical Biology)一书中，提出了捕食者-猎物相互作用模型，定量阐述了生物之间的相互 作用关系。Lotka是第一个考虑将物理-化学系统热力学定律与生物世界相联系的 人，他的思想在生态学得到广泛应用并发展出了许多生态学基础理论，其中 Redfield比率(106:16:1)及其受海洋环境和生物相互作用调节的开创性研究成为 以后生态化学计量学的奠基之作(Redfield,1958)。 2.生态化学计量学研究历史 阶段二——理论发展 Tilman(1982)在Lotka-Volterra理论的基础上提出了资源比理论，这 个理论认为单个物种的生长速率是限制性资源可利用量的函数，而资源 的可利用量又是环境的资源供应速率和物种消耗速率的函数；资源在物 种生长速率和物种间的竞争中起着关键的作用，因此，可以利用资源的 流动和含量来预测物种的多度格局、物种共存和生物多样性。同时， Vitousek(1982)提出了养分利用效率的概念，它表述了碳(生物量)与养分 的比值关系，这一概念提出后逐渐成为生态系统生态学的一个中心概念。 2.生态化学计量学研究历史 Reiners(1986) 在其文章“Complementary models for ecosystems”中 首次明确地把化学计量学理论作为生态系统研究的一个补充理论，从而 使生态学与化学计量学有机结合起来。在该文中，Reiners 阐明了化学 计量学理论在生态学中的应用，并且提出了结合化学计量学理论的生态 学研究理论模型。尽管作者并未直接使用生态化学计量学一词表示这一 理论，但实际上该理论模型已经很清晰地阐明了生态化学计量学的基本 理论框架。 2.生态化学计量学研究历史 Reiners的生态化学计量学思想提出后，许多研究者，特别是海洋生 物学家开始注意这一新的理论，大量的研究开始于20世纪90年代，这些 研究验证并补充了生态化学计量学理论。以Sterner和Elser(2002)的著作 《生态化学计量学:从分子到生物圈的元素生物学》一书的出版为标志， 生态化学计量学理论基本得到完善，表明了层次较低的化学计量过程能 够创建较高层次的生态学过程和格局。这一理论也逐渐被许多生物学家 认同( Harris,2003;Schindler,2003)。著名生态学家Vitousek认为该书的 出版是生态学研究史上的重要里程碑。 2.生态化学计量学研究历史 从Elser和Hassett (1994)以及Elser等(2000) 的重要文章，到之后 Sterner 和Elser (2002)的专著《Ecological Stoichiometry》的出版，标 志着生态化学计量学理论的系统化和逐步成熟。2004年著名生态学杂志 《Ecology》 (85卷1177页)和2005年《Oikos》(109卷3页)分别出版了 “Ecological stoichiometry”专辑，我国《植物生态学报》和《生态学报》 等也相继刊出曾德慧 (2005)、贺金生(2010)、王绍强于贵瑞(2008)等人 的综述报告，进一步推动了这一领域的发展。 3.生态化学计量学基本理论 化学计量学在生态学上的应用已有很长的历史，因此生态化学计量 学理论在很短的历史里形成了两个重要的具体理论——动态平衡原理和 生长速率理论。 3.生态化学计量学基本理论 3.1 动态平衡原理 动态平衡使生物的化学物质组成产生不同程度的变化以及保持一定程度的稳定，因此，它是生态化学计量学存在的理论基础。 3.2 生长速率理论 “生长速率理论”(Growth rate hypothesis，GRH )是有机体生态化学计 量控制的基本途径，这个理论提供了生态化学计量控制生命进化、细 胞生物学特性、种群动态和生态系统功能机制的基本框(Reiners,1986; Elser et al.,2000b; Vanni et al.,2002)。这种与C:N:P化学计量比、 RNA分配和有机体生活史相关的机制称为生长速率理论(Elser et al., 1996, 2000a)。 3.生态化学计量学基本理论 3.2 生长速率理论 GRH最初起源于