相关生长关系与生态学研究中的尺度转换——方精云——2003.7.pdfVIP

( ) 北京大学学报 自然科学版 ,第 39 卷 ,第 4 期 ,2003 年 7 月 述 　评 Acta Scientiarum Naturalium R eview Universitatis Pekinensis , Vol. 39 , No. 4 (July ,2003) 相关生长关系与生态学研究中的尺度转换1) 韩文轩 　方精云 (北京大学环境学院生态学系、北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室 ,北京 ,100871) 摘 　要 　生态学研究常常涉及不同的尺度 , 而不同尺度之间生态属性的转换是生态学研究的一个 难点 ,也是近年备受理论生态学界 ,尤其是植物生态学界重视的问题之一。相关生长理论及其应 用的研究使一些生态属性的尺度转换成为可能。相关生长关系反映出生物身体大小对其身体结 构、生理过程等属性的影响 ;而种群和群落甚至更大尺度上的许多生态特征都可以从有限的个体 特征中表现出来。因此 ,人们有可能应用这些定量的相关生长关系 ,解决生态学研究中可能出现 的无法直接测量或表征的不同尺度的问题。本文就相关生长理论模型进展及其在植物生态学中 一些应用做一介绍。 关键词 　相关生长 ; 尺度转换 ; 尺度 ; 分形分配网络模型 ; 能量相当 ; 生物量分配 中图分类号 　Q 141 0 　引　言 生态学以生物个体、种群、群落和生态系统等多个尺度为研究对象 ,因此 ,有关生态尺度转 换问题的研究十分重要[1～3 ] ,成为生态学基础研究的前沿领域之一。同时 , 由于生态学中缺少 像物理、化学等其他自然学科那样雄厚的数学理论基础 ,传统理论生态学的研究方法一直是以 普通的数理统计方法为主 ,缺少严密的数学推理和严格的数学语言表达。而缺乏科学方法论 ( ) 上的革新 ,则使得生命科学及其相关学科 包括生态学 实际上成为以实验和定性描述为主的 学科 ,这种状况对植物生态学尤其突出[4 ] 。 [5 ] 早在 1963 年 , 日本著名学者Yoda 等人提出的植物 - 32 自疏法则 ,被认为是开创了植 物种群生态学数量研究的新纪元[4 ] 。此后 , 尤其是最近几年 ,理论生态学中的上述状况发生 了可喜的变化。现代基础科学的发展 ,促使生物学家们开始寻求存在于生命世界中的、普遍 ( ) 的、能用简单数学方法“定量”表达的规律、法则。相关生长规律 allometric scaling laws 的理论 和应用就是其中的研究热点之一。生态学家们[6～16 ] 猜测 ,生物世界中众多的 14 相关生长关 系都有着相似的机理 :体现出有限的环境资源和生物体内传输能力对生物生长的限制 , 以及进 化论对个体生理过程效率最优化的要求 ;而种群和群落以至生态系统尺度上的许多生态特征 ( ) [9 ,17 ] 都可以从有限的个体特征 如 ,各种相关生长关系 中得到体现 。这些研究也许为理论生 态学 ,特别是植物生态学发展新的数理方法提供理论基础 ,并为生态学中许多跨尺度问题的解 决提供有益的思路。 ) ( ) 　1 国家自然科学基金委试点创新研究群体科学基金资助项目