森林生态与模拟研究组在我国南亚热带树木生长对氮沉降响应的研究中取得新进展

工业革命以来,人为活动的加剧导致大气氮沉降日益增多,从而改变了全球范围内的氮循环。虽然适量的氮沉降有利于植物生长和碳固存,但过量的氮沉降可能导致土壤酸化和生物多样性减少,导致森林生态系统的结构和功能发生变化。树木的次级生长是决定森林碳汇功能的重要环节,因此研究氮沉降对树木次级生长的影响,对于评估氮沉降对森林生态系统的碳汇功能有重要意义。已有研究表明,日益加剧的氮沉降对树木的木质部形成已经产生了重要影响,然而由于喷氮方式、氮添加速率不同等因素,并未得出统一的结论。尤其在我国南方的亚热带森林系统中,树木生长对氮沉降的响应仍然未知。此外,与传统的林下氮添加相比,人们一致认为林冠氮添加可以模拟天然氮沉降,从而更好地了解大气氮沉降对木质部形成过程的影响。在此研究背景下,中国科学院华南植物园森林与生态模拟研究组博士研究生郭霞丽在黄建国研究员的指导下通过我国南方亚热带森林冠层氮添加(50 kg N ha-1 yr -1)的模拟试验,利用微采样技术连续监测了氮添加对锥栗2015和2016年两个生长季内木质部形成动态的影响。研究发现,锥栗木质部形成时间为2月至12月,其生长速率在4到5月达到最高峰。相比于对照组,林冠氮添加可以显著促进木质部年轮宽度。通过进一步分析发现,氮添加主要提高了锥栗在生长季前期(2月-5月)的生长速率,而对其生长季后期(6月-12月)的生长没有显著效应。我们的研究结果表明,即使是在富含氮的亚热带森林,其阔叶树种锥栗仍然可以受益于日益增加的氮沉降,从而提高其森林生态系统的碳汇功能。同时,研究指出,氮沉降对树木木质部生长的影响具有明显的季节性差异,即生长季前期的木质部生长对氮添加更为敏感。我们的研究为评估短期氮沉降对亚热带森林树木木质部形成的影响提供了依据,从而为气候变化下我国南亚热带森林管理工作提供了有益的参考。

本研究结果以“Nitrogen addition to the canopy of Castanopsis chinensis (Sprengel) Hance promoted xylem formation in a subtropical forest in China”(链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s13595-020-00962-0)为题发表在SCI林学经典期刊Annals of Forest Science上(2019年IF 2.72),我园为第一和通讯作者单位。该研究得到国家自然科学基金(面上和国际合作)以及广东省自然科学基金等的资助。

图1: 对照组(CK)和加氮处理组(CN)锥栗在2015年(左图)和2016年(右图)的木质部年轮宽度和生长速率。黑色圆点和红色圆点分别代表对照组和加氮处理组锥栗的木质部宽度观测值。黑线和红线分别代表对照组和加氮处理组锥栗的木质部年轮宽度以及生长速率的拟合值。

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