2018年4月，《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了由方精云院士組織的“Climate change, policy, and carbon sequestration in China”專題系列論文。在方精云院士的領(lǐng)導(dǎo)下，城市與環(huán)境學(xué)院唐志堯副教授課題組與中科院植物所謝宗強研究員共同組織了碳專項灌叢課題的相關(guān)工作。在此PNAS專題中，唐志堯與中科院植物所、華南植物園等單位合作，揭示了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的的化學(xué)計量機制。

植被生產(chǎn)是生態(tài)系統(tǒng)固碳的主要途徑，葉片是植被生產(chǎn)的主要器官。局域尺度的個體的研究表明，植被生產(chǎn)力受制于葉片氮、磷含量。然而以往研究僅在個體水平開展，缺乏區(qū)域尺度植被生產(chǎn)力與植物化學(xué)計量之間關(guān)系的研究；然而由于生態(tài)系統(tǒng)中不同物種的個體數(shù)量懸殊，植物主要器官的氮、磷功能差異顯著，因此基于個體的葉片養(yǎng)分與生產(chǎn)力的關(guān)系難以推演到生態(tài)系統(tǒng)。

 

 

圖1 中國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)氮、磷利用效率隨年均溫和年降水的變化

 

 

本研究中，唐志堯課題組與合作通過大量的野外調(diào)查取樣，獲取了4,159個樣地中常見物種不同器官（根、莖、葉）的碳、氮、磷含量以及生物量，首次通過生物量加權(quán)研究了群落層次植物不同器官碳、氮、磷化學(xué)計量的大尺度格局及其與生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)：在國家尺度，不同植物器官之間的植物養(yǎng)分含量符合冪函數(shù)關(guān)系，葉片養(yǎng)分含量比根、莖養(yǎng)分含量更穩(wěn)定；生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力與葉片氮磷儲量均成正相關(guān)關(guān)系，但在不同生態(tài)系統(tǒng)類型中，總初級生產(chǎn)力與葉片氮磷儲量之間的關(guān)系取決于養(yǎng)分在不同器官之間的分配策略及優(yōu)勢植物的葉壽命。他們進而計算了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的植物葉片平均氮、磷生產(chǎn)效率(即單位質(zhì)量的葉片氮或磷所生產(chǎn)的總初級生產(chǎn)力)分別為250 gC GPP/gN.yr-1 和 3,158 gC GPP/gP.yr-1，該生產(chǎn)效率隨溫度和降水的增加而增加；未來氣候變暖背景下，生態(tài)系統(tǒng)可能會通過提高其氮、磷效率來增加總初級生產(chǎn)力。這一研究將植物養(yǎng)分的大尺度化學(xué)計量研究由個體以及單個器官擴展到群落層次，為進一步估算植物養(yǎng)分儲量及模擬生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力對氮、磷沉降的響應(yīng)提供了科學(xué)依據(jù)。

論文“Patterns of plant carbon, nitrogen, and phosphorus concentration in relation to productivity in China’s terrestrial ecosystems” (http://www.pnas.org/content/115/16/4033)于2018年4月17日在線發(fā)表。北京大學(xué)唐志堯副教授、中科院植物所徐文婷博士和中科院華南植物園周國逸研究員為論文的共同第一作者，北京大學(xué)方精云院士與中科院植物所謝宗強研究院為共同通訊作者，城環(huán)學(xué)院朱江玲博士也參與了論文的工作。

此外，唐志堯還作為共同一作參與了該專輯中論文“Carbon pools in China’s terrestrial ecosystems: new estimates based on an intensive field survey” (http://www.pnas.org/content/115/16/4021)。

工作得到了中國科學(xué)院先導(dǎo)專項和國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體的資助。