分解和生态生理控制在生态系统和全球活动中的作用.pptx

第一节 分解1.1 引言1.2 枯枝落叶质量和分解速率1.3 工业分解速率和养分矿化的关系1.4 分解的最终产物1.1 引言 植物枯枝落叶的分解涉及到物理的和化学的过程，后者将枯枝落叶还原为CO2、水和矿质养分。在绝大多数陆地生态系统的养分循环中，这是一个关键的过程，通过分解回归至大气的碳是全球碳的最主要的组分。植物遗体腐殖质(极为稳定)分解CO2及其他养分根分泌物和其他源于根的有机物微生物CO2泥炭或煤(暂时离开碳循环)大气在营养供应水平较高的条件下，并入土壤微生物或以CO2的形式而损失。当养分供应不足时，土壤微生物利用根源物质较慢，因为它们的生长受到养分供应而不是受碳的限制。泥碳地碳的猝灭速率，受低的死有机体分解速率，而不是受高的初期生产速率决定的。由于地球上有大量泥碳覆盖，因此，作为CO2库的泥碳沼泽的变化将影响全球碳的平衡1.2.1 植物种对枯枝落叶质量的影响：与生态对策的关系1.2 枯枝落叶质量和分解速率 某些植物整体性状预测叶片残渣的分解速率，这些特性反映植物对其环境的生理适应。这些特性包括生长类型、落叶还是常落、残叶的秋季颜色、属和物种在扰乱和多产环境下的表现等。比较树种时，枯枝落叶的比叶面是分解速率的良好指标。草本植物之间比较，这样的关系不太容易找到，因为草本植物的功能类型很广，长命叶片合成重要的化学防卫物质多，一般SLA(比叶面积)较低。研究发现分解速率与叶寿命呈负相关。褐色与酚类物质有关，而酚类物质减慢分解速率，这与其对蛋白质消化的影响一样。枯枝落叶分解速率与木质素与养分比及木质素浓度呈负相关。秋季叶片颜色与分解有关，也是叶片次生化学物质的一种反映例如，泥炭藓生长在养分极其贫乏和湿润的环境，由于在沼泽环境缺氧酸性的条件和泥炭藓枯枝落叶的化学组成，枯枝落叶分解相当慢。泥炭藓各个种都合成许多酚类化合物，其中最重要的是泥炭藓酸。泥炭藓的渣汁也减慢其它植物枯枝落叶的分解速率。分解速率往往与碳：氮比呈负相关，特别是草本植物，它们的氮和磷浓度变异很大，但一般在叶片中防卫化合物的浓度较低。可见，碳和营养化学影响着分解速率，虽然它们的相对重要性因植物种类而异。由于叶片、茎和根的化学组成有很大的差异，因此种间分配上的差异会强烈影响分解。茎和根含木质素多，氮浓度低，分解要比叶片慢。茎和叶分配上的不同造成的枯枝落叶质量种间差异，往往要超过叶片质量变异所致的差异。在评价植物种对碳和养分循环的整体效应时，除叶片外，对分配和分解速率上的这些差异尚未进行过充分的分析。生长缓慢、演替迟的种，它们的木质茎含有较高的防卫化合物浓度，分解要比快速生长种的木质茎慢。矮桦是一种 tundra 落叶灌木，如从整株上看，其分解速率相当低，而它的叶片分解速率较快。1.2.2 环境对分解的影响影响植物枯枝落叶的质量直接影响微生物活动 环境对微生物活动的直接影响与其对植物生产的影响相似，表现为暖和湿润环境下分解较快。在嫌气土壤中，分解要比植物生长更受限制，从而有碳的不断积累。植物种通过影响环境而强烈影响分解。与枯枝落叶表面分解有关的微生物呼吸往往在晚上较高。环境也影响组织化学，因此影响枯枝落叶的质量。1、例如，在北极，苔藓的隔热性能很强，使土壤温度较低，从而延缓分解，这要比它们的枯枝落叶质量低所产生的影响要大。某些苔藓，如泥炭藓，产生的枯枝落叶酸性很强，进一步减慢分解。2、这是因为露水微生物提供了水分，而在白天由于枯枝落叶变得干燥，呼吸减弱。在干燥环境下，植被下较潮湿的条件有利于分解。3、生长在肥沃土壤的植物，组织的氮和磷浓度较高，使枯枝落叶的养分浓度较高。木本植物中，在贫乏土壤上生长防卫化合物增加，这样由此产生的枯枝落叶分解较慢。相互更换枯枝落叶质量和环境明显不同的森林中的枯枝落叶，往往表现为对分解的影响，枯枝落叶质量要比温度或湿度差异的影响大。1.3 分解速率和养分矿化的关系1.3.1 枯枝落叶质量对矿化的影响分解与养分供应紧密相关。养分再吸收后，植物枯枝落叶的碳氮比往往要高于微生物。组织养分浓度强烈影响矿化速度。碳质量（即碳水化合物的组成）的种间差异，由于枯枝落叶养分浓度的影响，加大矿化速率上的差异。1、在大多数生态系统中，分解释放的养分要提供植物90%以上的氮和磷。当枯枝落叶或土壤有机质含量超过微生物的需求时，在分解过程中土壤微生物释放氮和磷（净矿化），这些养分对植物有效。另一方面，当有机质含养分少时，那么微生物通过吸收土壤溶液中的养分来满足它们的养分需求，这样引起植物和微生物争夺养分。2、大量观察表明，碳：氮比高于 20：1 这一临界值时，微生物从土壤溶液中吸收养分，产生养分的净固定。随着微生物分解有机质和吸收碳满足其生长和生存的呼吸作用的进行，枯枝落叶的碳：氮比下降。其结果往往是，由于微生物的固定作用，在净矿化作用发生前，新的枯枝落叶初期表现为养分浓度增加。3、在植物枯枝落叶的氮和磷浓度很低的情况下，净固定的程度较大，持续时间较长。在植物生长受氮源限制的生态系统中，枯枝落叶的碳：氮比强烈地控制着分解和氮的固定，而磷的矿化较快，而在氮供应充足的地方，碳：磷比控制着分解，氮的矿化进行得较快。肥沃土壤上植物枯枝落叶的氮和磷浓度较高，以及较高的生长速率和 SLA，促进养分矿化；而以生长慢 SLA 低的植物为主体的生态系统中，矿化作用较慢。4、在叶寿命长的植物中，较高的次生代谢物浓度阻碍分解，因为这些物质对微生物有毒害作用，而且难以分解。分解较慢的酚类化合物包括木质素和丹宁。高的丹宁浓度减慢枯枝落叶的矿化速率，因此，土壤中大多数氮以有机氮和丹宁的复合物形式存在，而不是以硝态氮、铵和氨基酸。丹宁及其它束缚蛋白质的酚类化合物也抑制硝化作用。1.3.2 根系分泌和根际效应活根的存在内生菌根直接利用枯枝落叶中的有机质提供促进或延缓土壤微生物生长和活动的碳源显著地影响着枯枝落叶的分解和矿化由于原生虫更活跃地吞嗜细菌，根也可以促进矿化。提高 CO2浓度，通过影响根际的一些活动而影响矿化。根际群落的性质影响根系分泌物的数量和质量，土壤中分泌速率远远高于培养液条件。土壤细菌和真菌的不同群体对根系分泌物的数量和质量有深刻的影响，因此进而影响根际的矿化模式。1、只有当微生物消耗分泌的碳水化合物以及分解根际的土壤有机物时，根的分泌物才促进矿化。具有高生产速度但降解复杂基质能力较弱的格氏阴性细菌，通常是受分泌物促进的主要微生物。在低养分有效性条件下，这种引发效应往往不太明显。土壤肥力可能通过对细菌C/N平衡和土壤有机质的顽拗性，决定着根分泌物影响营养的结果。2、在根际，由于分泌物的作用，细菌生长加加快，从而吸引原生虫，后者利用细菌的碳维持生长和生存。原生虫排泄矿化的养分，这些对植物是有效的。可以预料，在肥沃土壤上，由于细菌生长快，由细菌吞嗜生物释放的养分最为明显。细菌对根系分泌物的反应生长加快，可能也积极影响植物，使其竞争上胜过对植物有不良影响的微生物。3、在肥力相对较高的土壤中，提高 CO 2 浓度促进氮的矿化，而在肥力较低的草地，观察的结果正好相反。在其它情况下，CO 2 浓度对微生物活动的影响因植物种的不同而有变化，这说明，植物种的组成可能影响土壤氮循环如何对 CO 2 提高的反应模式。1.4 分解的最终产物植物枯枝落叶的分解是大多数陆地生态系统养分循环的一个关键过程。分解速率强烈取决于化学组成，含有高浓度的酚类化合物和低浓度的氮，速率较慢。由于养分贫乏环境下，植物积累较多的次生化合物，而积累的氮较少，因此它们的枯枝落叶分解相当慢，这样加剧了养分的贫乏。菌根共生体对于活化含有高浓度酚类物质的枯枝落叶的氮，已经证明起着关键性的作用。第二节 生态生理控制2.1 引言2.2 生态系统生物量与生产力2.3 养分循环2.4 生态系统能量交换和水分循环2.5 从生理学到全球的分级2.2.1 从植物至生态系统的分级2.2 生态系统生物量与生产力 控制生态系统各个过程的光、水和养分的供应量是地面面积及土壤体积的函数。确定植物个体各过程与生态系统的各过程之间的关系上，最初的一个关键步骤是决定植物大小和密度与植被生物量的关系。在稀疏的植被上，植物大小与密度之间并无一定的关系，这样，不改变密度，植株重量增加。随着植株间竞争的出现，死亡使植株的密度按一定的规律下降。与环境大致处于平衡状态的群体，表现为生物量和密度（均以自然对数表示）之间呈负相关，其斜率为-3/2。2.2.2 生产力的生理学基础 最初净生产力(NPP)是单位时间植被的生物量净增量。控制 NPP(gm-2yr-1)的主要植物性状有生物量(gm-2)和相对生长率(gg-1yr-1)：NPP=生物量相对生长率 在木本植物群落中，生物量对 NPP 发挥着主导性影响，林地的 RGR 虽然一般较低，但它们的生产力要大于灌木地和草地。草本群落中，最大生物量受缺乏木质支持结构的限制，但它们的 RGR 对 NPP 的作用一般要比生物量更为重要。在全球规模上，气候是生物量和生产力的主要决定因子，因为它同时影响植物个体的生产和能有效竞争的植物种类。带雨林的生物量和生产力最高，因为暖和湿润的条件有利于植物生产和形成高大的植株；而沙漠和冻原的生物量和生产力最低，因为稀少的雨水和低的温度分别制约着生产在温度并不是限制因子的热带，雨林的生产力大于干燥的落叶林，而后者要大于稀树草原。在水分供应充分的地区，生物量和生产力同样受温度的制约，从热带到温带再至北方林，最后为冻原，依次降低。正如前面所讨论的，生产力最高的生态系统是那些树占主导 RGR 较低的系统。虽然生产条件有利，但树木本身内在的生产速率较低，它们的生产力高是因为有大的个体而不是高的 RGR。在地区规模上，气候仍然是一个重要因子，生产力的明显差异与温度及雨量的纬度梯度和坡面温度差异有关。但是，在地区规模上，由于土壤排水和淋洗运输上地形差异以及母质差异等原因，土壤水分和养分的变异对生产力有更大的影响。在特定地区规模上，由于植物种特性的差异，即使气候与母质相同，生产量和生产力仍存在着差异。一些外来种往往与邻近原生长的种有很大的差异。1、例如，沼泽地具有较高的水分和养分有效性，它是大多数气候区最有生产力的环境。在生产与分配上曾经讨论过，低湿和低养分环境上一般以慢生长型种为主，这些植物的比叶面、单位叶重的光合速率和叶面积比均较低。这些特性，有时与低的植株密度相结合，结果是生产量和生产力低。2、在加利福尼亚，桉树林已经种在原本为草地的地方。桉树林的生物量和生产力远大于草地，尽管气候与母质相同。桉树扎根深，可以吸取草本植物不能吸取的水分，从而支持了较大的生物量和生产力。一旦草地或林地建立后，不同的植物种要难以在此栖息。其结果是，同一环境下存在着生物量和生产力明显不同的交替型稳定群落类型。在沙漠，深根的地下水湿生植物与浅根种相比，能吸取较深层的水分，支持较大的生物量和生产力。可见，虽然气候与资源供应控制着生物量和生产力的大规模模式，但特定地区的实际模式强烈地决定于以往支配植物种在该地生存的一些因素。2.2.3 干扰和演替 植被年龄修饰环境对生物量和生产力的控制。受干扰后，最普遍的原初植物是那些具有高生殖分配、散种有效及在埋藏的种子库具有较好代表性的草林植物。由于生产具有指数性质，初期生物量呈指数增长。随着植株的长大和彼此出现竞争时，RGR 下降。另外，当演替进行时，往往快速生长的种被生长较慢的木本植物所替代，后者长的较高，遮荫原先生长的那些植物。这各替代使相对生长速率进一步下降，虽然生物量和生产力不断增加。在某些生态系统中，演替后期由于土壤养分有效性降低，生产力下降，而在一些森林中，因为老叶水分传导减弱，相应地叶面积和光合能力下降，也使生产力下降。可见，演替过程中生产力的变化初期受栖息和RGR 速率的控制，以后则受向木本群落逐渐转变的控制，木本植物 RGR 较低，但其植株个体大，从而使生产力进一步增加。干扰形式决定着某一地区早或迟演替植被的相对比例。植物特性强烈影响生态系统的干扰形式。1、火是一种干扰的自然因素，这在中等湿度的地区相当普遍。在沙漠，缺乏足够的燃料助火，且对流风弱，火源少。相反，在多雨的温带和热带生态系统以及低蒸发蒸腾的北极生态系统，土壤和植被太湿不能起火。在草地，起火频繁发生，使木本植物难以栖息，所以这种环境以相对生长速率高和生产力中等的草本植物为主。这些植被特性对于哺乳动物是有利的，这又增加了一种对木本植物栖息的干扰。大多数草地有充足的水分和养分支持木本植物的生长。因此，主要是干扰形式维持着草地高的RGR 和较少的木本植物。2、在草地，因为草类植物有高的 SLA、叶生产速率和低的叶片寿命，生产了大量细结构的燃料，它们在干燥很易燃烧。丰富的地下贮藏物质和分生组织使草类植物在火后或牧后容易恢复生长。因此，正是对耐草食的适应性，形成了草地中一些助火特性的形成。草类植物引入森林或灌木地生态系统，可增加起火频率，造成森林被取代。一旦草类植物生产了这种高起火频率的干扰后，树木和灌木苗就不再形成。一种分级方法是根据光合作用和光吸收的关系，直接从叶片的碳交换推论至生态系统水平。这一方法在农业上早已应用，已经扩大用于估计自然生态系统下的碳交换模式。植物吸收的光合有效辐射（APAR）或转换为新的生物量（NPP），或散失。APAR与总叶面积及其垂直分布和光合能力有关。自然生态系统的生产力差异达 10-100 倍之多。利用标准化差异植被指数（NDVI），APAR 可通过卫星受感器测定2.2.4 光合作用和光的吸收2.2.5 生态系统的碳净平衡 一个生态系统碳的生态系统净生产(NEP，gCm-2yr-1)决定于初期净生产(NPP，gCm-2yr-1)和异养呼吸(Rh,gCm-2yr-1)之间的平衡，或总光合作用（Pg gCm-2yr-1)和总生态系统呼吸(Re gCm-2yr-1),它是 Rh和植物呼吸(Rp,gCm-2yr-1)的总和。NEP=NPP-Rh=Pg-Re NEP是一个重要的参数，因为它是生态系统中贮藏的碳增量的短期测定值。我们已经讨论过植物生理和环境条件对 NPP的限制作用。分解者(微生物)占异养呼吸的主要部分，它们的呼吸受湿度和温度的控制，也受植物生产的有机质的数量、质量和分配的影响。一般，有利于高 NPP的条件也有利于高 Rh。例如，NPP 和分解，热带要高于北极，雨林要高于沙漠，这是由于 NPP 和 Rh对环境的敏感性相似。生产力高的种与生产力低的种相比，生产较多和较高质量的枯枝落叶。因此，高生产力占主导的环境，具有高分解速率的特点。NPP 和 Rh之间存在着必然的功能联系。NPP 提供支持 Rh的有机材料，而 Rh释放支持 NPP 的矿质养分。由于以上各种原因，NPP 和 Rh在处于稳态的生态系统中是紧密配合的。所谓稳态，根据定义，NEP 和碳贮藏的变化很小，与 NPP 或 Rh无相关。事实上，泥碳沼泽地-生产力最小的生态系统，是碳长期贮藏最大的生态系统。NEP，这是生态系统的碳交换量，是总光合作用和生态系统呼吸这两个大流量的微小差值。虽然NEP 在稳态的生态系统中平均接近零，但它的季节性变异很大，足以造成北半球全球规模上的大气CO2浓度的季节性变异，大气 CO2在夏季减少，冬季增加。生态系统之间 NEP差异的最明确原因是干扰和恢复的演替周期性发生。大多数干扰最初造成负的 NEP。起火由于燃烧直接释放 CO2，并通过促进有利于 Rh的条件而造成更大的碳损失。干扰后的演替期间，由于 NPP 的增加要快于 Rh，通常表现为植物生物量和土壤有机质增加。由于光合作用与呼吸作作用有不同的环境反应，年度间 NEP有很大的变异。1、去除植被往往减少蒸腾，这样引进水分增加，同时由于辐射吸收增多，土温提高。暖和湿润的土壤促进 R h，而植物生物量减少则降低 NPP，从而使起火后的几年里 NEP 为负值。农业耕作打破土壤团聚体，增加土壤微生物进入土壤有机质，这样自然生态系统转化为农业后同样引起 R h 增加和负的 NEP。草原土壤往往在转为农业后在几十年内失去一半左右的碳。2、北部生态系统在暖和的年份表现为有净的碳源，而在寒冷的年份则为碳库，因为在冷的气候中异养呼吸对温度的反应要比光合作用更强。2.2.6 全球碳循环 最近大规模的全球环境变化会改变 NEP，假如它们对光合作用和呼吸作用有不同的影响的话。每年人类活动排放的碳只有一半留在大气，其它部分被海洋或陆地生物圈所去除。大气 CO2的这种丢失库的位置，难以通过直接测定确定，因为其总量仅为全球 NPP 的 5%，远小于测定误差和一般年内变异。光合作用的同位素分辨为确定这种丢失库的数量与位置提供了重要的解决办法。1、光合作用对大气 CO 2 浓度的反应要比异养呼吸强，这样，陆地生物圈对化石燃料燃烧和土地利用变化有关的生物量焚烧而引起的 CO 2 提高的反应，或许增加 CO 2 净吸收。如果CO2 浓度抑制呼吸作用的话，这种 CO2 浓度对碳平衡的效应会进一步扩大。但是，在大多数陆地生态系统中，NPP 是受营养限制的，从而强烈地抑制了植被对 CO 2 升高反应的能力。因此，对 CO2 升高反应的 NPP 增加，最明显的证据来自氮沉积区，那里树的生长表现为大量增加。但是，NPP 仅为这一事件的一半，即如 NEP 增加时 NPP 的变化应大于 R h。2、以逆向模式运行大气运输模型，可以估计与大气 CO 2 和 13CO 2 浓度地理和季节模式相匹配的 CO 2 源和库的全球分布。可以将陆地生物圈吸收的 CO 2 与溶解在海洋的 CO 2 区分开来，因为光合作用期间同位素有很强的分辨性。CO 2 和 O 2 之间的大气计量化学同样可以将改变大气CO 2 浓度的生物学原因和物理原因分开。虽然仍存在着许多不明之处，但这些模型启示出，陆地生态系统要占丢失库的一半，且这些陆地库集中在北部的中、高纬度区。3、目前的估计是，丢失库的陆地组分中有一半，是对大气 CO2 升高光合作用反应的结果，有 25%是由于氮沉积植物生长加快的结果，另有 25%是 19 世纪和 20 世纪初森林破坏后中纬度地区森林重新生长的结果。2.3 养分循环2.3.1 植被对养分吸收和损失的控制 植被对养分吸收和损失的控制，基本上与个体植株上发生的相似。植物通过根系生物量和离子吸收动力学直接控制养分吸收，也通过影响养分供应速率间接地发生影响。根系生物量是制约植被养分吸收的主要因素。在资源丰富的环境中，植物总的生物量很大，根系的绝对生物量可能也很大。但是，根系生物量在不同生态系统中的变异要比植物总生物量的变异小，因为在资源贫乏的环境中，根的分配比例相对较高。在养分贫乏的环境中，植被通过高的根系生物量、共生联合体和溶解非可溶液性无机磷或有机氮及磷等途径，达到最大的养分获得量。离子吸收的 Imax 一般在生长快的植物中较大，因此在资源丰富的环境中，它对高的养分吸收发挥了作用。总体上，NPP 和植被吸收之间存在着紧密相关(图 11-10)。这样，对于植物的养分吸收和损失，不同生态系统上观察到的差异与各种植物的驯化和适应模式所预测的相似，但是数值上要更大一些，因为在适宜的环境下植物个体要长的较大。植被每年的养分损失量，在养分丰富的环境中较大，这些环境下NPP和生物量高，养分在植物中平均滞留的时间短，枯枝落叶的养分浓度高。2.3.2 植被对矿化的控制 气候和资源有效性对养分供应的影响与它们对分解的影响相似，表现为良好的环境条件养分供应速率较高。但是，在受环境因子限制的条件下，植物特性通过它们对根分泌物、微环境和枯枝落叶质量的影响而强烈影响养分供应。枯枝落叶质量不同生态系统间差异很大，强烈影响矿化速度。根系分泌物提供了一定的糖、有机酸和氨基酸的碳源，它们可能促进或抑制矿化作用。可以预料，碳丰富的分泌物会促进贫乏土壤中的氮固定，而在肥沃土壤上可能会促进其它碳源的分解。在较长的时间范围内，植被的演替变化修饰土壤温度（遮荫）、土壤湿度（蒸腾作用）及有机质的数量与质量（枯枝落叶和根分泌物）。2.4 生态系统能量交换和水分循环2.4.1 植被对能量交换的影响2.4.1.1 表面反射 生态系统中能量交换不仅反映在叶片和茎的个体特性，而且也反映为植物性质与其相邻表面的特性的不同。大气对太阳的短波辐射几乎是透明的，因此某地或全球的大气温度主要取决于吸收的和地球表面散失的能量数量。这样，植被对表面反射的影响对气候可能有实质性的影响。1、雪与沙的表面反射要大于植被，因此它们减少表面的辐射吸收。在草地，植株高度对于雪层深度的增加和高大灌木或树密度的提高，将掩盖雪减少反射，这样提高周围大气的温度。模型模拟表明，如果北部森林转换成雪覆盖的草地，则北部区的年平均大气温度将下降 6，这种温度效应大的足以扩展至热带。同样，当 6000 年前温度升高到最大时，树种向北推进，这样减少表面反射，增加了能量吸收。同期发生的气候增温，据估计近一半是由于树种向北推移引起的，另一半则是由于太阳辐射增加(图 11-11)。比较温和的气候，反过来有利于树木的生殖和成林，这样对地区的增温产生了正向反馈作用。可见，相对于雪层的植被高度上的变化，可能对地区的气候有很大的影响。对表面反射的植被效应也反映干旱地区的区域气候。不同植被表面之间，表面反射上的差异要比植被与雪或沙的差异要小。植被表面反射主要取决于生物气候学。1、中东地区的过度放牧减少了植物密度，增加了裸地面积，这样使辐射吸收减少。其结果是减少受热和上层大气的对流，从而使来自地中海的水分移流减少，雨量降低。这样的干旱加重正反馈作用进一步减少植物生产和生物量，导致区域气候的永久性干旱。2、落叶生态系统中，出叶后如果土壤呈深色则增加反射，如是浅色则减少反射。常绿群落的表面反射变异较小。植物种间表面反射的细小差异对气候而言可能是很重要的。例如，草地的表面反射一般要大于森林，因为前者叶片转换较快，有较多的死叶滞留。2.4.1.2 能量分配 潜在热和感受热之间能量分配的种间差异可能有极大的影响。叶面积指数(LAI)是决定蒸发蒸腾的最重要因子，因为它决定着：(1)冠层截获和雨后很快蒸发的雨量；(2)蒸腾面的大小。未受干扰的群落，LAI 主要决定于植株的大小，其次则为生物气候学，因为常绿植物的蒸腾面在年内可持续大部分时间。植物生物量间接地影响蒸发蒸腾，因为它与土壤表面的枯枝落叶量相关，而枯枝落叶的多少强烈地影响水分从土表流失和渗入土内的比例。在森林和其它枯枝落叶层高度发达的群落，土表流失可忽略不计。虽然常绿植物的叶片生物量比例要比相同大小的落叶植物大，但这一特性被其较低的气孔传导所抵消，因此，特定大小的常绿树和落叶树在相同的环境条件下，水分损失速度相近。植物大小，它是环境中资源有效性的综合反映，是冠层水分损失的主要决定因子，虽然气孔传导对植物水分状况的影响在干旱时非常显著。蒸发蒸腾的种间差异会对气候产生影响。环境条件可能影响植被对雨量的反馈。影响植物生长和生理特性的环境因子之间的互作调节着许多陆地因子对气候的反馈。在大多数生态系统，蒸发蒸腾与总合光速率呈紧密相关，因为高的叶面积和气孔传导对以上两个过程均有促进作用。但在资源贫乏的群落中，冠层稀疏，土壤或者是表面的苔藓是蒸发蒸腾的主要组分。LAI小于 4，蒸发蒸腾随表面蒸发呈比例增加，而与光合作用解偶。2.4.1.3 表面粗糙度 冠层表面的粗糙度决定植物和大气的偶合程度，并在某种程度上气孔传导影响潜热与传导热的分配。粗糙度主要受地貌和植被结构，而不是受各种植物的特性决定的。地貌平整，如草原，植株大小对表面粗糙度也有很大的影响，矮小的草类与高大的树木相比，粗糙度较低，边界层较厚。矮小植被较低的粗糙度，减少了各叶片气孔调节对冠层整体传导失水的影响，这种情况在湿润的条件下更为明显。2.4.2 植被对水分循环的影响 如果植被影响蒸发蒸腾，它必定也影响水分流失，因为这种流失是雨量和蒸发蒸腾的差值。最明显的植被效应是森林砍伐后流失增加，但是，影响蒸发蒸腾的植物特性也影响土壤水分和流失。这样，高的蒸发蒸腾使土壤干燥，减少进入流失流的量。1 在干旱环境下，气孔传导和扎根深度对蒸发蒸腾有一定的影响。耐旱种在较低的有效水分下气孔仍开放，因此它们在旱期的蒸发蒸腾要大于那些生长在湿润环境下的植物种。高大的植物，如树一般蒸腾的水分要多于草本植物，因为前者的根系深广，叶面积大。这样，森林砍伐减少蒸发蒸腾，但增加流失，特别是在植物快速生长期。蒸发蒸腾的种间差异会对气候产生影响。模拟研究表明，Amazon 盆地从森林转化为草地将会造成南美永久性的炎热与干旱，这是因为草地较浅的根系将减少蒸发蒸腾，使更多能量以传导热的形式散失。这种干燥的条件对草地的生存且是有利的。在墨西哥，由于过度放牧造成的蒸腾减少，增加了传导热流动，引起地区温度升高。从大西洋向加拿大北级运动的夏季气流量，所载的水分仅为该地雨量的 25%。也就是说，其它75%的雨量来自当地的蒸发蒸腾量。换言之，陆地表面与大气之间的水分循环占该地雨量的绝大部分。例如，预计大气 CO2 浓度加倍造成的全球变暖将使雨量增加 8%。但是，这种由 CO2 浓度上升引起的气孔传导减少，使预期的雨量增加量减小到仅为 5%。另一方面，氮沉积增加引起的植物生长和气孔传导增加也许将增加蒸发蒸腾，并由此增加雨量。2.5 从生理学到全球的分级 种之间的生理学差异对生态系统和全球过程有重要且可预测的影响。气候有利和资源丰富的支持那些具有高生产力的植物的生长，这些植物抑或株型高大，抑或 RGR 大，依受干扰后时间而异。相反，不适宜的环境则支持缓慢生长的植物，它们具有大量化学防卫物质，大大减少食草生物和减小分解。速长植物的光合速率、蒸腾速度、组织转换速率、食生生物和分解均较大。植株大小是碳、养分、能量和水交换的主要决定因子。植株大小和生长速率的差异反过来又加大自然环境的差异，这主要是因为高大植物减少土壤水分，速生植物产生促进养分有效性提高的枯枝落叶较多。在地区规模上，较大的植株和高的气孔传导促进蒸发蒸腾，进而增加雨量，而矮小的植株和稀疏的植被散发较多的传导热，这样使大气温度提高。在高纬度，高大植株由于遮挡阳光而减少表面反射，因此在冬春季节提高温度。更好地认识到植物特性在影响生态系统过程和气候上的重要性，是生理生态学在生态系统和全球过程研究中核心。谢谢 谢谢 !