Mori, S. et al. (2010).
PNAS, 107(4): 1447-1451.
关键词：allometry, metabolic scaling, mixed-power function, whole-plant respiration, simple-power function
Abstract：The scaling of respiratory metabolism with body mass is one of the most pervasive phenomena in biology. Using a single allometric equation to characterize empirical scaling relationships and to evaluate alternative hypotheses about mechanisms has been controversial. We developed a method to directly measure respiration of 271 whole plants, spanning nine orders of magnitude in body mass, from small seedlings to large trees, and from tropical to boreal ecosystems. Our measurements include the roots, which have often been ignored. Rather than a single power-law relationship, our data are fit by a biphasic, mixed-power function. The allometric exponent varies continuously from 1 in the smallest plants to 3/4 in larger saplings and trees. Therefore, our findings support the recent findings of Reich et al. [Reich PB, Tjoelker MG, Machado JL, Oleksyn J (2006) Universal scaling of respiratory metabolism, size, and nitrogen in plants. Nature 439:457–461] and West, Brown, and Enquist [West GB, Brown JH, Enquist BJ (1997) A general model for the origin of allometric scaling laws in biology. Science 276:122 -126.]. The transition from linear to 3/4-power scaling may indicate fundamental physical and physiological constraints on the allocation of plant biomass between photosynthetic and nonphotosynthetic organs over the course of ontogenetic plant growth.
简单摘要：呼吸代谢（与生物量增长率密切相关）与现存生物量的尺度推移函数是生物学最重要的普遍现象之一。使用一个单一的分配计量学方程（Y = FM f， f往往取值3/4，但是这个值来自动物的研究）来描述在现实中的尺度推移关系，或者评估不同的代谢率假说，备受争议。这篇文章中，以日本科学家为主，使用一个直接测定呼吸速率的方法，追踪测量了生物量在九个不同数量级的271棵整株植物的呼吸代谢，从幼苗到大树，从热带到北极都有分布。而且他们的测量包含地下的根，这在以往的研究中是常被忽略的。结果证明，并不存在统一的一个幂函数关系，实验数据更倾向于解释为两阶段的组合幂函数。分配计量指数从幼苗的1到稍大的幼树和大树的3/4连续变化。因此，这一结果支持了Reich等2006年的发现，以及West、Brown和Enquist的分配计量学一般模型（即生态学代谢理论模型）。呼吸代谢率与生物量的关系从线性到3/4幂函数的变化可能说明，随着植物个体发育的进行，植物生物量在光合和非光合器官之间的分配将受到基本的物质和生理的限制（例如，大树需要更多死亡的结构支持物质）。
评论：很多生态学的经典理论如果要在森林这种异质性极高的群落中进行验证，往往需要大尺度的通力合作，本文就是跨国合作的典型。不过我们不可能像这些日本生态学家那样把整棵树罩住测呼吸，然后连根拔起过地磅来确定生物量，资金是不允许的。但是，我们也有我们的优势，无论是时间尺度还是空间尺度。本文中重要参数之一的呼吸代谢实际上表示的是代谢率或者生长率，另一个重要参数是生物量，在我们的大样地复查数据中完全可以估算出来——第一次调查的胸径值按照经验公式换算出生物量，第二次的如法炮制；幼苗可以按高度和基径选择标准木现测；两次相减除以时间就可以得到五年的平均生长率。几块大样地又分布在不同的纬度带，这对于验证生态学代谢理论是很有意义的。
（长白山样地 赵玉强提供） |
