植物/植被水分经济与碳经济与其区域分异规律研究-从干旱区到湿润区

This proposal is inspired by our two basic understanding on plant/vegetation water relations. (1) On the resource (water or nutrients) acquisition of plant/vegetation, efficiency is not always the most important thing. Tradeoff between efficiency and safety is the key. From humid to arid region, safety becomes more and more important for plant/vegetation. (2) There is a knowledge gap between experimental study and large scale modelling in this regard, which makes the conclusions from experimental studies can not be incorporated into models. We intend to conduct a study through field investigation along precipitation gradient (from north-west to south-east of China) and a net-work experimental study of three national field stations, to get a complete understanding on how the plants realize its tradeoffs at different scales, and judge which characters of the plants can explain these tradeoffs. We expect to reveal the general principle of these tradeoffs: with lest possible characters to explain tradeoffs under most background conditions. At the end, we expect to identify these characters and their variation along the precipitation gradient, and finalized with their mathematical expressions. These mathematical expressions can be incorporated into large scale models, and thus partially fill the gap between experimental study and modelling. We also expect that our study will be helpful to the practice of vegetation recovery and vegetation planting.

该申请的原始启发来自于我们对植物（植被）水分关系的两个基本认识：（1）在植物（植被）的资源获取（水分、养分）与资源分配（植物个体形态与器官构建）策略中，效率并不总是第一位的，效率-安全的权衡是核心问题：从湿润区到干旱区，效率逐步让位于安全需求。（2）在实验研究与大尺度模型之间，存在一个知识断层，从而导致大量实验研究结果不能被大尺度模型所吸纳。为此，我们拟通过沿水分梯度（从我国西北到东南）的样带调查与联网实验研究来理解植物（植被）如何通过“权衡”实现其在不同尺度上的生态策略；鉴定出哪些“性状”可以解释这些权衡。我们期望研究结果具有普适性，即用尽可能少而关键的性状来解释尽量多的背景下的权衡，并揭示这些功能性状沿水分梯度的变异规律，最终给出数学表达。这些数学表达可为大尺度模型提供植物（植被）水分相关模块，从而部分弥补实验研究与大尺度模型间的知识断层，同时可为植被恢复与人工植被建设提供理论支撑。

从我国西北干旱区至东南湿润区，是一条由降水量（或干燥度）驱动的梯度带，覆盖了从极旱荒漠到亚热带森林的所有生态系统类型，具有极其丰富的物种多样性和植被类型，承载着巨大、多样的生态系统服务功能。. 首先，我们发现：“万物皆有生存之道（适应策略）”。在该梯度带上，植物“生存之道”表现为：水/碳经济相关的功能性状呈现显著的区域分异、并通过调控性状协作网络，来适应梯度带上不断变化的环境。在该梯度带上，我们量化了林木功能性状在不同的空间尺度（从点到样带）分异规律，揭示了不同生物学尺度（从气孔到群落甚至生态系统）上性状网络的调控机理，从而为理解植物适应策略以及植物形态和功能多样性的奠定了相关基础。反过来，基于功能性状的适应策略为预测气候变化对生态系统的影响提供了相关理论和数据支撑。. 其次，我们发现：全球气候变化导致的降水格局改变正在深刻影响着林木与其所在生态系统。生长于干旱区和湿润区的林木及其所在生态系统对降水变化响应存在巨大差异，我们的研究揭示了林木与其所在生态系统物质循环对降水增加和减少的响应行为在干旱区和湿润地区的具体差异，为气候变化背景下林木生存状况预测及生态系统功能预测提供了重要数据支持。. 总之，该项研究聚焦降水梯度带（从湿润到干旱）连续变化环境下的植物行为和生态系统过程变化，在不同生物学尺度（从器官到生态系统甚至全球尺度）上开展研究，取得了一系列突破性成果。