更新时间:2021-01-29 08:38
生态化学计量学是研究有机体所需的、并能影响生态系统生产力、营养循环以及食物网动态的各种元素(主要是碳、氮、磷)之间多重平衡的一种工具。生态化学计量学在揭示生态系统稳态转化机制中具有重要作用。
生态化学计量学是研究生物体在生态相互作用过程中多种化学元素(主要是N、P、C)平衡关系的一门科学。生态化学计量学结合了生物学、化学和物理学等基本原理,包括了生态学和化学计量学的基本原理,考虑了热力学第一定律、生物进化的自然选择原理和分子生物学中心法则的理论。这一研究领域使得生物学科不同层次(分子、细胞、有机体、种群、生态系统和全球尺度)的研究理论能够有机地统一起来。
生态化学计量学研究最早主要是针对水生生态系统开展的,海洋生态学家和地球化学家应用了化学计量学原理指导养分限制和养分循环的研究已有50多年的历史了。生态化学计量学是生态学与生物化学、土壤化学研究领域的新方向,也是研究土壤-植物相互作用与碳、氮、磷循环的新思路。当前,生态化学计量学已经广泛应用于种群动态、生物体营养动态、微生物营养、寄主-病原关系、生物共生关系、消费者驱动的养分循环、限制性元素的判断、养分利用效率、生态系统比较分析和森林演替与衰退及全球碳氮磷生物地球化学循环、资源竞争理论等研究中,并取得了许多研究成果。当前,生态化学计量学在土壤养分循环与限制作用研究中的应用受到了更多的关注。
生态化学计量学的关键参数——化学计量内稳性(stoichiometric homeostasis,简称H)链接小尺度过程与大尺度格局之间的桥梁,被成功地用于揭示湖泊生态系统的稳态转化(清水⇄浊水)机制:与由低内稳性物种占优势的生态系统相比,高内稳性沉水植物占优势的生态系统具有较高的生产力、稳定性和可塑性(由高营养盐阈值所表征);高内稳性植物占优势的生态系统具有较宽的双稳态区,在前行衰退轨迹的末端具有较低的生物量,但由于保守的营养盐利用策略和较低的生长速率,在沿着恢复轨迹趋于平衡时具有较高的丰度。低内稳性的沉水植物群落由于较低的突变阈值而先行崩溃,这恰好可用作湖泊生态系统从清水到浊水转化的早期预警信号(图1)。但同时由于低内稳性植物具有较快的恢复能力,因此可作为生态修复的先锋物种。化学计量内稳性在决定沉水植物占优势的湖泊生态系统的结构、稳定性和可塑性中扮演的角色具有重要意义。