生態化學計量學

生態化學計量學是研究生物體在生態相互作用過程中多種化學元素（主要是N、P、C）平衡關係的一門科學。生態化學計量學結合了生物學、化學和物理學等基本原理，包括了生態學和化學計量學的基本原理，考慮了熱力學第一定律、生物進化的自然選擇原理和分子生物學中心法則的理論。這一研究領域使得生物學科不同層次(分子、細胞、有機體、種羣、生態系統和全球尺度)的研究理論能夠有機地統一起來。 ^[1] 

生態化學計量學研究最早主要是針對水生生態系統開展的，海洋生態學家和地球化學家應用了化學計量學原理指導養分限制和養分循環的研究已有50多年的歷史了。生態化學計量學是生態學與生物化學、土壤化學研究領域的新方向，也是研究土壤-植物相互作用與碳、氮、磷循環的新思路。當前，生態化學計量學已經廣泛應用於種羣動態、生物體營養動態、微生物營養、寄主－病原關係、生物共生關係、消費者驅動的養分循環、限制性元素的判斷、養分利用效率、生態系統比較分析和森林演替與衰退及全球碳氮磷生物地球化學循環、資源競爭理論等研究中，並取得了許多研究成果。當前，生態化學計量學在土壤養分循環與限制作用研究中的應用受到了更多的關注。

生態化學計量學的關鍵參數——化學計量內穩性（stoichiometric homeostasis，簡稱H）鏈接小尺度過程與大尺度格局之間的橋樑，被成功地用於揭示湖泊生態系統的穩態轉化（清水⇄濁水）機制：與由低內穩性物種佔優勢的生態系統相比，高內穩性沉水植物佔優勢的生態系統具有較高的生產力、穩定性和可塑性（由高營養鹽閾值所表徵）；高內穩性植物佔優勢的生態系統具有較寬的雙穩態區，在前行衰退軌跡的末端具有較低的生物量，但由於保守的營養鹽利用策略和較低的生長速率，在沿着恢復軌跡趨於平衡時具有較高的丰度。低內穩性的沉水植物羣落由於較低的突變閾值而先行崩潰，這恰好可用作湖泊生態系統從清水到濁水轉化的早期預警信號（圖1）。但同時由於低內穩性植物具有較快的恢復能力，因此可作為生態修復的先鋒物種。化學計量內穩性在決定沉水植物佔優勢的湖泊生態系統的結構、穩定性和可塑性中扮演的角色具有重要意義。 ^[2]