亚热带人工林补植树种根叶功能属性环境可塑性及其对生产力的影响

The area of artificial plantation in China comprises approximately one third of the national forest, but most of them are monocultures and associated with low ecosystem services, low stability and vulnerability to disturbances. Replanting broadleaf seedlings under pure coniferous plantations is an important measure to optimize the structure of monospecific forests. Studies indicated that the fine root of understory vegetation had higher plasticity in terms of morphological traits and thus presented higher nutrient absorption rates than trees. Therefore, it is the key to understand the plasticity of functional traits of fine roots and leaves of the replanted seedlings towards biotic and abiotic environments. The aims of this project are to clarify the plasticity, mycorrhizal colonization, and anatomical structure of fine root and leaf of replanting trees under different biotic and abiotic environments. We also wish to reveal the mechanisms of interspecific competition or coordination between the replanted broadleaf seedlings and the existing different life forms, including canopy trees, understory bushes and grasses, in coniferous monocultures. These results will help us to understand the adaptation strategies of broadleaf seedlings under different environmental conditions, and to develop a measure in species selection and managing practices in structure optimization of pure plantation in subtropical China.

人工林占我国森林面积三分之一，但结构单一、稳定性差、功能低下。林下补植是当前人工林结构优化、质量提升的最有效途径。研究显示，乔木树种的环境适应性和竞争力往往不及灌草植物，因此，研究补植树种根叶功能属性的环境可塑性并提出管理策略是保证人工林结构优化成功的关键。本项目依托已有的亚热带人工针叶林结构优化补植试验，结合野外调查和温室实验，利用同位素示踪等技术，综合研究亚热带主要人工林和补植树种细根形态可塑性、真菌侵染特征以及根叶解剖结构和生理生态属性对生物、非生物环境和树龄的响应规律，揭示不同环境条件下补植树种与既存乔、灌、草对养分的竞争与协同关系以及光合属性的影响，阐明林下补植树种生产力形成的根、叶功能属性协同机制，探索人工林结构优化与生态服务功能提升的树种补植和管理策略，促进亚热带人工林培育学科的发展，支撑国家生态文明建设。

人工林占我国森林面积三分之一，但结构单一、稳定性差、功能低下。林下补植是人工林结构优化、质量提升的最有效途径。但乔木树种的环境适应性和竞争力往往不及灌草植物。根叶是林木主要资源利用器官，研究补植树种根叶功能属性的环境可塑性并提出管理策略是保证人工林结构优化成功的关键。项目围绕林木根叶关键功能属性随生物及非生物环境的演变规律、根叶关键功能属性与生长策略的协同关系等关键科学问题，依托野外试验平台，结合区域调查和温室控制实验，在植物经济谱理论框架下，深入研究了补植树种关键根叶功能属性可塑性的种间差异。揭示了亚热带主要造林和补植树种根叶功能属性组织模式随个体发育的变化规律，识别了驱动林木生长策略演变的关键根叶属性维度；阐明了补植树种根叶功能属性随生物和非生物环境的变异规律，揭示了根叶功能属性环境可塑性对生产力的驱动机制；阐明了补植阔叶树与既有林分乔灌草间的环境适应策略差异和种间竞争机制；创建了基于菌根类型、林木水分利用策略和营养生态位三位一体的补植阔叶树优选与林下植被结构管理技术体系。项目共发表论文35篇。在New Phytologist、Journal of Ecology、Tree Physiology等期刊发表SCI论文29篇(第一标注22篇，第二标注7篇)，CSCD论文6篇(第一标注5篇，第二标注1篇)。包括，2篇亮点论文(New Phytologist,2020; Tree Physiology,2021)，1篇ESI数据库高被引论文(Tree Physiology,2019)，1篇高影响力论文（植物生态学报，2019）。培养研究生14名。完成了任务书指标(发表有影响力的论文25-30篇，其中SCI论文10-15篇；培养研究生5名)。打造了1支亚热带人工林结构优化与质量提升创新团队，培养了国家百千万人才工程1人，国家优青2人，中科院特聘研究岗位4人，江西省“双千计划”1人。获得江西省科学技术进步一等奖（2021），江西省第十九次社会科学优秀成果奖三等奖（2021），第十届梁希林业科学技术奖二等奖（2019）。项目成果促进了森林培育学科发展，为亚热带红壤丘陵区森林生态系统可持续发展提供了科技支撑。