中国植物生态学研究40年：历程、进展与展望 (连载之三)

蒋高明 刘美珍 李彩虹  郭立月 原寒  徐子雯

中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室

本文载中国生态学会主编《中国生态学学科40年发展回顾》，科学出版社，2020，pp.173-187

2.4 全球变化研究（1990-今）

 1995年以后，全球变暖问题越来越突出，气侯变化研究逐渐变成植物生态学研究热点。中国生态学家有一部分人从经典的植被生态学分离出来，研究陆地生态系统对气侯变化的响应，该领域研究就与国际前沿比较贴近。与人类生产活动关系密切的全球变化主要包括二氧化碳浓度升高、温度升高、氮沉降、干旱等（Yuan & Chen, 2015; Yan et al., 2016）。国内学者全球变化对植物的影响是生态学研究始于1990年前后，当时主要针对CO2浓度加倍后植物的生理生态响应，包括光合作用、蒸腾作用、气孔导读、生物量与产量等。

在未来CO2 浓度、温度及降水同时增加的情景下, 长白落叶松林NPP明显增加。单独增加温度会减小长白落叶松林的NPP, 而降水及CO2浓度增加能够在一定程度上促进NPP的增加, 但降水增加的正效应明显弱于温度升高的负效应(解雅麟等, 2017)。研究人员还通过氮添加来模拟氮沉降，进而研究其对植物的影响，主要集中在氮磷化学计量方面(田地等，2018)。模拟氮沉降研究发现养分供应量会影响叶片氮磷计量特征在不同个体间的变异，即“养分供应量-个体间变异”假说（Yan et al., 2018）；氮沉降还会造成温带草原的物种缺失（Tian et al., 2016）。

近十年来，国内学者围绕全球变化背景下的高寒生态系统结构与功能等主题开展了大量工作，主要呈现以下两个特点(杨元合，2018)：第一，多以样带调查等大尺度研究为主，而基于定位观测和室内培养的研究较少。通过样带调查等大尺度研究，基本阐明了青藏高原高寒植被属性(He et al., 2009)、土壤特征、微生物属性以及主要生态系统功能(Jin et al., 2015)的空间分布规律及其影响因素。第二，青藏高原的控制实验研究近年来不断增加，主要集中在增温和施氮等少数全球变化因子上。受技术手段(核磁共振分析、14C同位素、微生物功能基因等)的限制，控制实验研究重点还是在阐述不同生态过程对各种全球变化因子的响应上，尚未从机制上剖析全球变化要素对高寒生态系统的影响途径。

2.5 植物光合生理与生理生态（1985-2010）

在生理生态学向宏观方向发展的同时 , 由于分子生物学、 生物技术的兴起 , 植物生理生态学也向器官、 细胞水平、分子水平发展。研究多种环境因素对植物行为的影响是植物生理生态学的经典内容，植物生理生态学研究的另一个重要发展是与进化观结合。有关进化途径研究，还导致了对不同生境中生态型紧密相关种的生理行为比较研究。随着研究手段、方法和理论的发展, 当代植物生理生态学主要集中在几个紧密相关的领域即植物的碳获取, 水分平衡和资源分配等方面(钟章成和曾波, 2001)。

中国科学家针对植物的个体生态，从草原植物的光合作用（杜占池等，1999），到城市植物在污染胁迫下的生态响应（Lin & Huang,1989; 蒋德明等,1992; 孔国辉等，2003）都进行了大量的研究工作；围绕森林、荒漠、湿地植物的个体生态，不同学者也开展了相关研究。模拟温室气体浓度升高，或臭氧浓度变化对农作物气体交换以及产量影响，取得了一系列成果，相关论文在国际知名刊物发表（Biswas,2008;2011）。

面对国家重大战略需求，国家启动了首批973项目，主要农作物光合作用研究被列入首批973项目，由中国科学院植物所研究所匡廷云主持。地球每年通过光合作用合成的有机物约为2200亿吨，相当于人类每年所需能耗的10倍。植物干重的90%~95%来自光合作用的产物，光合作用是作物和能源植物产量形成的物质基础。提高作物光能利用效率，是提高作物产量的必由之路。中科院遗传发育所李振声研究组和植物所卢从明团队对小麦个体、群体进行高光效特性和抗光氧化QTL初步定位，并利用高光效和抗光氧化种质筛选体系，配备多种组合，选育出系列高光效小麦新品系。这些研究为挖掘水稻、小麦高光合效率基因，开展高光效作物遗传育种奠定了材料基础(王佳，2013)。

2.6 恢复生态学研究（1990-2015）

改革开放以来，国民经济快速发展，资源开采造成的生态破坏很严重，森林、草原、荒漠、湿地都出现了不同程度的退化。中国科学院华南植物研究所、植物研究所、新疆生物地理研究所、山东大学、中国地质大学、山西农业大学等，陆续围绕热带雨林、草原、荒漠、矿山废弃地等开展了大量恢复生态学研究，获得了一系列研究成果（蒋高明等，1993；白中科等，1999；彭少麟，2000；胡振琪等，2002）。1993年，在香港举行了华南退化坡地恢复与利用国际研讨会，系统探讨了中国华南地区退化坡地的形成及恢复问题。

自上世纪60年代中期开始，中国科学院华南植物研究所在广东省茂名小良开展了长达20年的恢复生态研究。研究地点地带性土壤为花岗岩风化而成的砖红壤，顶级植被为热带季雨林的退化森林。由于人类活动不断干扰，原始森林已破坏殆尽，水土流失达百年之久，表土层大部分已遭严重破坏，侵蚀土肥力非常低，有机质含量仅0.6%，全氮含量0.03%，物理性状非常差。经过20多年的生态恢复，已初步恢复了结构与功能良好的热带雨林森林生态系统（余作岳和任海，1993）。《广东热带沿海侵蚀地的植被恢复途径及其效应》项目1986年获中国科学院科技进步一等奖，1989年获国家科技进步二等奖；《热带亚热带植被恢复生态学研究》1999年获中国科学院科技进步一等奖。

进入新世纪以来，围绕退化生态系统恢复重建工作，中国科学院于2000-2010年实施了“中国科学院西部行动计划” (前后二期)。第一期在5个典型区域，即北方草地、黄土高原、黑河流域、塔里木河流域、岷江上游，进行不同类型退化生态系统恢复试验与示范研究；二期增加了西南喀斯特、三峡库区和三江源区等3个试区。中国科学院植物研究所、新疆生态地理研究所、成都生物所、水土保持研究所等，先后开展了内蒙古草原生态恢复、黑河流域遥感、地面观测同步试验与综合模拟平台建设、青藏铁路冻土路基稳定性、太阳能等特色资源开发，及其它服务于西部大开发的高技术研究与产业化等研究，取得了重要进展（冯仁国，2005；黄铁青等,2007）。其中，中国科学院植物研究所在浑善达克沙地进行的生态恢复工作被美国《科学》杂志报道(Normile, 2007)，并进入了美国大学教科书《地质与环境》(第6版)。