CO2浓度升高对木荷植物资源利用效率权衡的调控机制

The plant resources (light, nitrogen and water) utilization efficiency of plant is a key indicator reflecting the adaptive ability to environment. CO2 enrichment would increase photosynthesis substrate supply and nutrient absorption in plants，and also may lead to insufficient supply of soil nitrogen, thus change the trade-offs relationship between plant resource utilization efficiency. Although the trade-offs between plant resource utilization has become a hot topic in plant ecology research, the knowledge on the impact of CO2 enrichment on the trade-offs between plant resources efficiency is still weak. The research program is designed to conduct regular sampling analysis by combined methods of OTC (Open top champers) simulation test, situ observations and lab measurement，in order to know the effects of CO2 enrichment on trade-offs between plant resource utilization efficiency and the regulation mechanism. This study will test the hypothesize that long-term CO2 enrichment would change the trade-offs between resources utilization efficiency in Schima superba, and answer two scientific questions: (1) how to adapt to CO2 enrichment and corresponding environmental changes by trade-offs between plant resources utilization efficiency, and（2）whether there is a difference between leaf and individual scale in the trade-offs between plant resource utilization efficiency in Schima superba. The results of the study are expected to provide further scientific support for the management of the Schima superba forest resource to adapt to climate change.

植物资源（光、氮、水）利用效率是反映植物环境适应对策的关键指标，CO2浓度升高会增加植物光合作用的底物供应和养分吸收，也可能导致土壤氮供应不足，从而改变植物资源利用效率间的权衡关系。尽管植物资源利用权衡已成为植物生态学研究的热点问题，但是目前关于CO2升高对植物资源利用效率权衡影响的研究还比较薄弱。本研究拟通过开顶式气室模拟CO2浓度升高、原位观测和室内测试相结合的方法，定期抽样分析，了解CO2升高对木荷植物资源利用效率权衡的影响，并阐明调控机制。研究拟验证假设：持续的CO2浓度升高会改变木荷光、氮、水利用效率间的权衡关系；并回答科学问题：（1）木荷光、氮、水利用效率将如何权衡适应CO2浓度升高和相应的环境变化？（2）木荷单叶和个体水平的植物资源利用效率权衡是否存在差异？研究结果有望为木荷森林资源适应气候变化的经营管理提供进一步科学支持。

植物资源（光、氮、水）利用效率是反映植物环境适应对策的关键指标，CO2浓度升高会增加植物光合作用的底物供应和养分吸收，但是，也可能导致土壤氮供应不足，从而改变植物资源利用效率间的相互关系。尽管植物资源利用权衡已成为植物生态学研究的热点问题，但是目前关于CO2升高对植物资源利用效率权衡影响的研究还比较薄弱。为研究CO2升高对木荷植物资源利用效率的影响，本项目利用开顶式气室设置了自然大气、550ppm和750ppm 三个CO2浓度处理，并对木荷和土壤样品开展了定期抽样测试，测试指标主要包括木荷叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶氮含量、叶磷含量、光合色素含量、比叶重以及土壤硝态氮和铵态氮含量等，并在此基础上比较分析了CO2升高对木荷光、氮、水利用效率的影响及其调控机理。结果表明：在氮供应相对充足时，CO2浓度升高可同时提高木荷叶片的光、氮、水利用效率，但是随着实验时间的持续，各CO2浓度处理中的木荷均出现氮供应不足，且高浓度CO2处理加剧了木荷的氮限制。经过一个生长季后，木荷出现“光合适应”现象，即CO2浓度升高处理对木荷光合生产的增强作用消失。在CO2浓度升高后，木荷主要通过提高气孔导度、比叶重以及光合色素含量等途径提高其叶片的光合生产能力。土壤硝态氮含量是调控木荷叶片氮含量的关键因子，同时，土壤硝态氮供应水平也会间接影响叶片光合色素含量。因此，我们推测氮限制是木荷出现“光合适应”现象的主要原因。与之前的假设不同，木荷在面临氮限制时没有表现出明显的氮水利用效率间的权衡策略，这可能与氮素营养的极端匮乏有关。本项工作的研究结果有助于深入理解木荷对大气CO2浓度升高的响应过程，并为制定木荷森林资源适应气候变化的管理措施提供了科学依据。