中国典型人工林冠层与根系统功能协同对树木生产力的调控机制

A fundamental goal of forest cultivation is to enhance long-term productivity of plantations, and through management, to maximize productivity and timber harvest. This proposal will study four common plantation species, i.e., larch, Chinese fir, eucalyptus, and rubber tree, quantify belowground and aboveground productivity, and measure organ functional traits associated with productivity patterns. Three scales of investigation will be used in this project: at the continental scale, key differences in above- and belowground productivity will be identified; at the regional scale, systematic variation of productivity patterns and functional traits of different organs along the fertility gradient will be elucidated; at the plot scale, plasticity of functional traits and process rates (photosynthetic rates and root nitrogen uptake rates) will be monitored to understand plant traits are integrated with flux rates to maximize organ performance and overall tree performance. The project will incorporate large-scale productivity patterns, region-scale fertility regulation mechanisms, and plot-scale monitoring, will combine the understanding of aboveground and belowground functioning, and will integrate static traits and dynamic physiological processes, to fully understand the mechanisms of forest productivity and propose possible plantation management theories.

森林培育根本目标之一是维持并提高人工林的长期生产力，通过经营管理，最大限度提高树干的生产力并收获木材。本项目针对落叶松、杉木、桉树、橡胶等四种人工林，从三个尺度上刻画这些树种的地下和地上生产力及植物功能属性的时空变异，探讨调控人工林生产力的地上地下功能协同机制和树木功能属性可塑性对资源利用的优化机制。在全国尺度，关注四个树种人工林各器官间的生产力分配特征；在样带尺度，定量人工林生态系统生产力与功能属性在不同土壤肥力梯度上的变异；在林木尺度，精细测定林分的养分吸收、光合、水分运输等生物学过程速率，阐明树木不同器官对光环境、养分斑块的响应和适应过程。项目将通过“大尺度生产力格局分析—样带肥力调控机理探索—小尺度样地多要素系统观测研究”的思路，把静态的树木功能属性与动态的生理学过程相结合，开展地上冠层与地下根及菌根的功能协同研究，从生物学角度理解森林生产力的形成机制并提出可能的人工林管理理论。

本项目研究了我国典型人工林根叶功能属性与生产力分配格局，以根与共生真菌为核心，研究了树木不同器官对光环境、养分斑块的响应和适应机制，在全国范围共建立149个人工林样地，收集超过5000份的植物样品和1000多份的土壤样品，构建了地下碳分配为特色的中国人工林生产力数据库。获取如下成果：1）阐明了杉木林根与菌根的养分获取策略。2）发现了丛枝菌根真菌NPP变异是解释施肥条件下杉木树干NPP变异最重要的因子。3）发现橡胶林主要以根和叶在数量上（而非形态属性）的变异来适应海拔和土壤养分变异。4）发现了落叶松资源获取策略沿林龄梯度进行调整。5）提出木本被子植物叶片模块化构造的理论假说。6）揭示了全球植物根功能属性的生物地理格局及进化。7）发现被子植物和裸子植物一级根对环境梯度的响应模式不同。8）阐明了邻居树种对杉木NH4+和NO3−吸收的影响。9）依托本项目，已发表SCI期刊论文5篇，其中1篇发表在Nature上；培养了5名博士研究生，2名博士后。圆满完成本项目的既定研究目标。