黄土区人工林地下生产力及化学计量生态学研究

Albeit the importance of secondary forestry succession and belowground parts in ecosystem study and biogeochemical cycles, it is still unclear how belowground productivity and stoichiometric C, N, and P vary with stand development. As stand ageing, species composition, resource quality and quantity change accordingly, and thus expected to influence the dynamics of belowground productivity and stoichiometry with stand development. Quantifying patterns of those dynamics may help us better the understanding of ecosystem structure and function, and in predicting how ecosystems respond to disturbances. Focusing on forests in Loess Plateau, we will address how forest succession affects site productivity, biomass production, and carbon storage, soil greenhouse gas fluxes, and biodiversity, and will examine stoichiometric changes. We will focus our efforts on two dominant forest types: pure stands and mixedwoods. A mechanistic understanding of the interactions between resource use and ecological functions, and biodiversity in Loess Plateau forests will allow us to make recommendations for the forest sector on how to design management regimes that minimize negative ecological impacts while maintaining site productivity and promoting stand regeneration.

森林群落演替是生态学研究的一个重要内容，但对此过程中的地下生产力及碳氮磷化学计量生态学变化等还不清楚。鉴于其在生物地球化学循环和全球变化中的重要作用及我国黄土高原生态系统的特殊性，本项目以黄土区的两种主要人工林类型（纯林及混交林）为对象，研究森林演替过程中地下生产力及碳氮磷化学计量生态学变化的规律，并结合生物量和地上部分以及其它相关的一些生态学指标，探讨影响地下生产力及碳氮磷化学计量生态学变化的主导因素与机制。研究结果将与项目组已完成的加拿大北方森林相比较，从而揭示更广义上的森林演替过程中的地下部分生态学过程变化规律，进而解释陆地生态系统与环境变化的相互作用机制，为陆地生态系统生产力中长期动态模型预测和检验提供可靠的参数，从而更好地准确理解全球变化影响陆地植物和生态系统的机理和未来趋势，并为预测全球变化背景下我国黄土区人工林生态系统碳氮磷循环的可能改变及适应性管理提供科学依据。

尽管地下部分对陆地生态系统的碳氮循环具有重要的作用，但人们对森林演替过程中地下部分的变化仍存在许多不清楚之处。本项目以黄土高原的两种主要人工林类型－刺槐林和油松林为研究对象，利用研究森林演替和土壤发育所常用的年龄序列方法，从两种林型中各选择4个龄级，各3个重复，随机分布，利用“空间代替时间”方法，尽量减小空间自相关性，研究森林演替过程中地下根系生物量、生产力及碳氮磷化学计量生态学变化的规律。通过本项目，我们首次通过实测研究了黄土区的地下生产力，而不仅仅是研究地下生物量或地上生产力及通过地上部间接估算；首次研究黄土区的生态化学计量学变化，并与其它相关生态过程联系起来；对比研究黄土高原不同人工林型的演替变化。这些研究对进一步阐明黄土区全球变化的相关规律，为陆地生态系统生产力中长期动态模型预测和检验提供可靠的参数，从而更好地准确理解全球变化影响陆地植物和生态系统的机理和未来趋势，并为中国植物和生态系统的适应性管理提供科学依据。这些研究成果对推动我国地下生态学研究等也具有较为重要的学术价值。