中亚热带林木P素内循环对N沉降的响应

Phosphorus is dominant control on forest productivity in tropical and subtropical area under the background of N deposition. However, the characteristics of phosphorus internal recycle in tree of mid-subtropical forest were still obscure. Castanopsis carlesii natural forest and Cunninghamia lanceolata plantation are selected to performed the simulated experiments of nitrogen deposition. By way of comparing P resorption efficacy of leaf and fine root for the two tree species, and analyzing the difference of P concentration and pool in the different organs(leaf,branch,stem and fine root), P resorption characteristics and allocation pattern in different organs are explored., Seedlings of the two typical trees were cultured in pots with the same nitrogen addition as the field experiment. P concentration and the allocation pattern of four fractions P in different organs and root branch are assayed to explored P allocation pattern in tree. The relative growth rate of Castanopsis carlesii and Cunninghamia lanceolata are detected to better understand the effects of N deposition on P internal recyle. Carrying out this project will explore the potential influence of nutrient use strategy of trees of mid-subtropical region under nitrogen deposition in the future, estimate the nutrion flux aboveground and belowground of forest more accurately, forcast the change of the structure and function of forest in the future, and supply fundamental data to predict the response of productivity and nutrient cycle of forest in mid-subtropical to global climate change.

N沉降背景下P是限制热带亚热带森林生产力的关键因素，而中亚热带林木P内循环特征仍不明确。本项目拟选取米槠天然林及杉木人工林施行模拟N沉降梯度实验，比较两种林木叶及细根P重吸收效率；分析二者不同P库（叶、树枝、树干及细根）P含量，探讨N沉降下林木P重吸收特征及P在林木不同器官间的分配模式。并通过盆栽幼苗施加N素控制实验，深入剖析林木不同序级细根P含量，四种形态P在不同序级细根及不同器官中分配特征，探讨林木P分配格局。结合米槠及杉木相对生长速度，以探讨N沉降下P内循环对林木生长的重要意义。项目的开展有助剖析未来N沉降增加对中亚热带森林植物养分策略的潜在影响。并可望对森林地下养分流变化进行更精确估算，预测未来该地区森林结构与功能动态变化，为探讨中亚热带森林生态系统生产力及养分循环对全球气候变化的响应机理提供基础数据。

申请者在南北半球森林分别展开研究(1)北半球亚热带木荷长期模拟氮沉降实验。1.早期N沉降促进光合作用，植物地上地下生长，随着氮沉降水平和时间增加，光合作用下降，氮沉降促进叶片生长，而抑制地下部分（如，细根等）生长。长期氮沉降同时降低叶片水分利用效率且细根形态学特征发生变化。2.氮沉降使叶和细根的P都下降，磷利用效率C/P上升。其中细根对N和P的利用较叶更高，且叶更易受到P限制。3.叶片细胞内部发生P的重新优化分配。代谢磷下降并转移至其余三种磷。残余磷最敏感，而核酸磷与结构磷相比，与代谢磷相关性更高。说明氮沉降可能使木荷磷酸蛋白（如酶）增加，RNA上升，用于合成生物膜的磷脂增加。而氮沉降使残余P在细根的P优化分配中占比增大（甚至超过结构P），更为敏感，说明细根在应对氮沉降过程可能主要是磷酸酶活性增强，而不是“扩张地盘”。同时叶和细根4种P动态变化受地上地下物候，土壤养分，温度和降水共同影响。4.氮沉降降低了P重吸收效率。除此之外，细根NRE和PRE也受4种P分配影响。(2)北半球亚热带米槠P利用策略。1.阔叶树米槠幼苗的P显著低于针叶树杉木幼苗，幼苗的不同P库（叶和小枝）中米槠叶P高于小枝，而杉木无差异。C/P与P的结果正好相反。两树种成树P均显著低于幼苗，而P利用效率C/P更高。两树种P及C/P随树高变化无显著上升或下降趋势，即树高的变化不受P限制。2.米槠P利用特征受不同母岩（花岗岩和砂岩）影响显著，二者相比花岗岩生长米槠P含量高于砂岩生长米槠。其中花岗岩生长的米槠小枝P库较高，而砂岩生长米槠叶P库较高， C/P结果正好相反。3.群落水平上叶面积指数LAI对米槠影响>多样性梯度。植物多样性对米槠幼苗资源利用策略影响支持中性理论。且多样性梯度受叶面积指数影响显著，说明中亚热带森林群落发育过程与光密切相关，光较其他群落特征对植物幼苗影响更大。LAI，土壤N及pH对中亚热带森林物种丰富度有显著影响，而土壤P却对物种丰富度无影响。(3)南半球亚热带天然林P利用策略。火烧措施对澳大利亚亚热带天然林凋落物磷季节特征的影响得出，有关P限制这一假说随样地差异而变化。N素是森林树木吸收P的关键因子。影响P吸收的因子根据重要性分别为火，N素和季节变化。项目的开展有助预测未来南北半球亚热带森林结构与功能动态变化，为未来南北半球亚热带森林生产力及养分循环应对全球气候变化提供基础数据。