黄土高原人工林体内非结构性碳、氮和磷分配格局和含量变化对干旱的响应研究

Carbon starvation is formulated for explaining physiological mechanisms for drought-induced tree mortality. According to this new hypothesis, stomatal closure to prevent drought causes deficits in carbon uptake, which together with continued metabolic demand can deplete carbohydrate reserves. However, there is a lack of evidence to support it. The main task of the current project is to deep understand the relation between non-structural carbohydrates(NSC) and drought stress by using evergreen tree Pinus tabulaeformis and deciduous tree Robinia Pseudoacacia on the Loess Plateau.To achieve this aim, the allocation patterns and concentrations of NSC in these two tree species will be measured under rainfall gradient from south to north of the Loess Plateau in spatial variation, and also will be continuous-measured within different years and seasons on permanment sample plots in temporal variation. Meanwhile, the elements of N and P also will be obtained to find the relation with NSC.The main hypothesis of this applied project is that Pinus tabulaeformis and Robinia Pseudoacacia have different responses on the allocation patterns and concentrations of NSC to drought stress on the Loess Plateau in temporal and spatial variation. The outcome of the applied project would be provide an new physiology mechanisma viewpoint to explain the tree growth stress on the Loess Plateau. In futher, it would be useful to discover the survival strategy of tree species on the Loess Plateau, and for the valuable tactics for vegetation restoration and reconstruction for degraded ecosystem on the Loess Plateau.

林木受干旱胁迫而耗尽体内储存的非结构性碳，使得林木因饥饿死亡是最新提出解释干旱诱发林木死亡的碳饥饿理论，然而非结构性碳与干旱之间的关系尚未有充足且一致的认识。本项目拟通过野外调查和定点连续监测相结合的方法对黄土高原常绿树种油松和落叶树种刺槐人工林林木体内非结构性碳、氮和磷在不同器官的含量进行测定。分析在不同降水梯度下和不同干旱季节内，油松和刺槐体内非结构性碳分配格局和含量变化的特点和差异，并阐明非结构性碳变化与氮和磷变化之间的联动效应关系。本研究旨在通过对黄土高原常绿和落叶林木体内非结构性碳分配格局和含量的时空变化研究来深化认识非结构性碳与干旱之间的关系。本研究为进一步揭示黄土高原林木生长不良，小老树的形成探索新的依据，为研究全球气候变化下黄土高原林木的生存应对策略，以及为该地区退化生态系统植被恢复和生态系统重建提供理论基础。

碳、氮、磷元素作为陆地生态系统生物生长和重要生态过程的限制因子，在生态系统物质循环中起重要作用。碳、氮、磷元素在植物体内的分配格局和生态化学计量学特征可以反映出植物对环境资源的利用能力，及对生存环境胁迫，如干旱、的适应能力。本项目通过野外调查测量以刺槐和油松为主的人工林生态系统中不同组分（乔，灌，草，凋落物和土壤）的碳（非结构性碳水化合物）、氮和磷含量，试图阐明在不同程度干旱胁迫下，不同生长阶段以及不同季节和年际等条件下以刺槐和油松为主人工林生态系统碳氮磷的含量和储量分配格局以及碳氮磷生态化学计量变化规律。现有重要数据显示研究油松非结构性碳水化合物、可溶性糖和淀粉含量明显高于刺槐，但刺槐的氮磷含量及氮磷化学计量比明显高于油松。虽然油松和刺槐干中非结构性碳水化合物、氮和磷含量均为最低值，总非结构性碳水化合物和淀粉在粗根中含量最大，可溶性糖、氮和磷的含量在叶中最大。通过对刺槐幼苗施加干旱胁迫的盆栽试验显示不同程度土壤干旱胁迫对非结构性碳水化合物的影响不同。与无土壤干旱胁迫处理相比较，中等干旱胁迫对刺槐非结构性碳水化合物没有显著影响，但严重干旱胁迫会显著降低刺槐非结构性碳水化合物含量。在不同土壤干旱处理阶段，在干旱胁迫初期和中期，干旱胁迫下刺槐非结构性碳水化合物的变化和对照基本一致，但在干旱胁迫后期，严重干旱胁迫导致刺槐非结构性碳水化合物含量的变化显著不同于其他水分条件，其导致刺槐非结构性碳水化合物含量出现显著降低的提前消耗，且消耗主要发生在干和粗根。本项目研究结果为进一步揭示黄土高原林木生长不良，小老树的形成探索新的依据，为研究全球气候变化下黄土高原林木的生存应对策略，以及为该地区退化生态系统植被恢复和生态系统重建提供理论基础。