割脂和氮沉降对马尾松树干呼吸的影响及其与地下碳通量的关联

Stem CO2 efflux, an important component of the forest ecosystem carbon cycle, has received considerable attention. However, it is unclear how resin tapping and nitrogen deposition affect stem respiration and its components. Additionally, there remains a lot of uncertainty about the linking between aboveground and belowground CO2 efflux.We will conduct this project in a masson pine plantation. We will alter the carbon and nitrogen allocation via resin tapping and nitrogen addition, and measure nonstructural carbohydrates, stem radial growth, sap flow, CO2 concentration of xylem sap,stem CO2 efflux and soil CO2 efflux. The objectives of this project are to (1)illuminate the impact of resin tapping and on nitrogen deposition nonstructural carbohydrates allocation;(2)investigate the relationship between stem CO2 efflux, substrate allocation, and growth, (2) reveal the linking between aboveground and belowground CO2 efflux,and (3) determine the relative contribution of internal and external fluxes of CO2 to stem respiration and their response to resin tapping nitrogen deposition. The project will contribute to understand deeply the physiological and ecological mechanism of stem respiration and provide theoretical foundation and scientific support for sustainable management of pinus massoniana for resin tapping under the background of elevated atmospheric nitrogen deposition.

树干呼吸作为森林生态系统碳循环的重要组成部分受到广泛关注。然而，割脂和氮沉降对树干呼吸影响机制还不清楚。此外，地下碳通量如何影响树干呼吸也存在很大的不确定性。本项目将结合马尾松采脂林可持续经营的实践需求和全球氮沉降研究的前沿问题，抓住碳氮分配格局对树干呼吸的影响及其与地下碳通量的关联这一科学问题，以马尾松为研究对象，通过割脂和氮添加改变碳氮分配格局，监测非结构性碳、树木生长、树干液流速度、树体中CO2浓度、树干表面及土壤CO2通量等，旨在阐明割脂和氮沉降对树体中非结构性碳分配的影响机制，探讨树干呼吸与非结构性碳分配格局及树木生长的内在关系，揭示地下碳通量和地上树干呼吸的关联以及割脂和氮沉降对其的影响，明确树干呼吸各组分通量的相对贡献及其对割脂和氮沉降的响应。本项目的实施将有助于正确认识树干呼吸的生理生态机理，为实现全球氮沉降背景下马尾松采脂林的可持续经营提供理论基础和科学支撑。

树干呼吸是森林生态系统碳循环的重要组成部分，但割脂和氮沉降对树干呼吸及其关键组分的影响机制还不清楚。本项目结合马尾松采脂林可持续经营的实践需求和全球氮沉降研究的前沿，探讨了非结构性碳分配格局对树干呼吸的影响并估算了不同组分通量的相对贡献。结果发现：（1）氮沉降和割脂均没有对总非结构性碳及其组分（可溶性糖和淀粉）产生显著影响，但是不同器官间差异显著；（2）割脂导致树干表面CO2通量下降了23.5%，生长速率也显著下降，这主要归因于光合产物分配的改变。割脂以后，大量非结构性碳水化合物转化为松脂，导致用于树干呼吸和树木生长的底物降低，这证明了非结构性碳与树木生长和呼吸过程的紧密耦合；（3）马尾松树干表面CO2通量及其δ13C值均呈现明显的季节变化特征，且树干温度是调控季节模式的主要因素。树干表面CO2通量随温度呈指数增加，树干温度可以解释其季节变率的82%，而δ13C值则随温度的增加而下降，树干温度可以解释其季节变率的33%。相比于生长季，非生长季树干表面CO2通量的δ13C富集量超过了4‰，呼吸底物由可溶性糖转变为淀粉只能部分解释该差异，我们推测低温条件下呼吸途径的改变也是生长季和非生长季δ13C差异的重要原因；（4）采用质量平衡法估算了树干呼吸的不同组分通量。发现割脂并没有改变树干呼吸不同组分通量的相对贡献。不同处理树干表面CO2通量对树干总呼吸的贡献均最大，且在不同时段不同组分对总呼吸的相对贡献有所差异。夜间树干表面CO2通量几乎贡献了全部的总呼吸。上午随着液流速度的增加，树干液流中CO2运输通量的相对贡献明显增加，且在下午时段其贡献达到了一天中最大值。而树干中储存的CO2在上午时段开始减少，到下午时段其相对贡献则变的微乎其微。本项目的实施为实现全球氮沉降背景下马尾松采脂林的可持续经营提供理论基础和科学支撑。