植被净初级生产力是指绿色植物单位时间和单位面积上所产生的有机干物质总量,是反映植被固定大气中CO2的能力,是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,也是评价生态系统结构和功能的重要指标。长期以来，年平均温度和降雨被认为是影响全球尺度植物群落NPP的主要因子，但其调控过程还不清楚。一方面，气候因子通过调控植物的代谢过程（光合作用、呼吸作用等）而直接影响植物群落NPP。另一方面，气候可以通过调控生长季长度、群落生物量和年龄结构等，间接影响植物群落NPP。例如，在一定气候条件下，植物能够通过对局域环境的适应和驯化，调节其代谢过程与温度、水分的相关关系进而达到最大生长速率。因此，相对于寒带和温带地区，热带地区植物群落的高生产力可能不是因为单位生长季内生长速率较快，而仅仅是因为其每年的生长季长于寒带和温带造成的。

为深入研究气候对NPP的影响机理，中美学者通过将降雨量、温度、生长季长度、生物量和群落年龄纳入代谢生态学理论（metabolic scaling theory，MST）的核心模型，构建了新的分析框架，阐明了各因子对全球陆地植物群落NPP的共同和独立影响。结果表明，气候因子（降雨和温度）的独立影响几乎不能解释全球陆生木本植物群落NPP的变异。相反，全球NPP分布格局主要是受群落生物量和年龄结构所驱动的。因此，气候因子可能是通过影响植物群落的生物量和年龄结构来间接影响群落NPP。同时，该研究成果还揭示了全球NPP的变异可以用一个包含生物量和群落年龄的异速生长模型来解释。将该异速生长关系与全球变化模型进行整合，必将提高我们对植物生态系统功能适应未来环境变化的预测能力。

来自亚利桑那大学、福建师范大学等处的研究员人员在一项意义重大的研究中证实，相比于温度和降水，植物的大小和年龄对于它们的生产力具有更大的影响。研究发表在7月20日的《自然》（Nature）杂志上。

亚利桑那大学教授Brian Enquist及福建师范大学的程栋梁（Dongliang Cheng）副教授是这篇论文的共同通讯作者。程栋梁主要从事植物生理生态与理论生态学研究。迄今发表学术论文40余篇。

在这篇文章中，研究人员结合一种新的数学理论与来自世界各地1,000多个森林的数据，证实气候对于净初级生产力（net primary production）具有相对较小的直接影响。

Enquist说：“就气候对生态系统功能的影响我们的模型做出了一个基本推断：温度和降水直接影响了植物吸收和利用二氧化碳的速度。”

“人们基本上都认为温暖和潮湿的气候使得植物代谢加快，而寒冷和较干燥的气候会使得植物代谢减慢，由此降低生态系统生物量生产(biomass production)。这一假设有其道理，因为我们从无数的实验中知道温度和水分控制了植物的生长速度。然而当将其应用于整个生态系统时，这一假设似乎并不正确。”

为了在生态系统规模上验证这一假设，该研究小组开发了一种新的数学理论来评估几个假定的净初级生产力推动因素的相对重要影响。随后利用由世界各地1000多个不同森林地域组合出来海量新数据集，对这一理论进行了评估。

分析结果揭示出了支配全球陆地生态系统净初级生产力变化的一种新型、普遍性数学关系。研究小组发现植物的大小和年龄控制了大多数的植物生产力变化，而非传统上认为的温度和降水。

论文的主要作者、亚利桑那大学生态学和进化生物学系博士后研究人员Sean Michaletz 说：“这一普遍的关系表明，气候并没有通过改变植物生长潜在的代谢反应率来影响生产力，而是通过决定植物可生长至多大以及它们存活的时间来影响了生产力。这意味着在温暖、潮湿的环境中植物能够更好的生长，是因为更大的体型和更长的生长期使得它们获得了更多的资源，而不是因为气候提高了它们的代谢速度。”

研究人员说，但这一研究结果并不意味着气候对植物生产力不重要。

Michaletz说：“气候仍然是一个重要的因素。但对于它是如何影响生态系统功能的，现在我们的认识发生了改变。”

研究小组的新研究结果表明，通过阐明植物大小和年龄对于净初级生产力的影响，可以改进数学模型来预测全球气候改变的影响。

“清楚地了解气候如何控制净初级生产力，对于认识控制气候改变的植物-大气相互影响具有重要的意义，”Michaletz说。

“换句话说，想更好地预测生态系统随气候的改变，我们需要了解随着植物年龄的增长什么影响了特定区域植物生物量，”Enquist说。

原文摘要：

Convergence of terrestrial plant production across global climate gradients

Variation in terrestrial net primary production (NPP) with climate is thought to originate from a direct influence of temperature and precipitation on plant metabolism. However, variation in NPP may also result from an indirect influence of climate by means of plant age, stand biomass, growing season length and local adaptation. To identify the relative importance of direct and indirect climate effects, we extend metabolic scaling theory to link hypothesized climate influences with NPP, and assess hypothesized relationships using a global compilation of ecosystem woody plant biomass and production data. Notably, age and biomass explained most of the variation in production whereas temperature and precipitation explained almost none, suggesting that climate indirectly (not directly) influences production. Furthermore, our theory shows that variation in NPP is characterized by a common scaling relationship, suggesting that global change models can incorporate the mechanisms governing this relationship to improve predictions of future ecosystem function.

原文地址：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13470.html#corres-aut

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