木材密度与树木功能特征的链接及对温度的响应机制

Wood density as an important factor for estimating the biomass of forest ecosystem is a integrated functional trait which can reflect the carbon assimilation and the water flux within the plant, and is strongly correlated with the ecophysiological features of leaves and xylem. Carbon starvation and hydraulic failure have been recently two mechanisms for understanding the ecophysiological responses of forest ecosystems to the environmental stresses. In addition, trees can respond to climate changes by regulating the stomatal aperture and changing the transport systems of xylem. Therefore, the underlying mechanism of response in forest ecosystems to climate changes can be revealed by the wood density. In this project, the variations in air temperature along the altitude gradient are applied. The effects of variations in air temperature on the functional traits and the correlations of wood density with the functional traits are explored by measuring the functional traits of leaves and xylem including wood density of dominant tree species in four subtropical forest ecosystems along the altitude gradient in Southern China, the environmental variables and δ13C andδ18O of leaves. The results can enrich the theory about structure and function of forest ecosystem, and provide the theoretical support for predicting the effects of global climate changes on carbon sequestration of forest ecosystems.

木材密度是准确估算生物量的重要因子，综合反映了树木碳吸收和水分传输的功能特征，与叶片和木质部的生理生态特征紧密链接。树木会通过气孔的调节和木质部输水组织结构的改变协同响应环境变化，因此，木材密度能够揭示森林对气候变化响应的内在机制。目前，"碳饥饿"和"水力失衡"是理解森林树种响应气候变化的两个重要假说，本项目借助海拔高度梯度表征温度的变化，通过测定华南地区亚热带森林优势树种的木材密度、叶片和树干功能特征参数、环境因子，结合叶片的δ13C和δ18O，探讨各功能特征的时空变异程度以及与木材密度的关系，深入分析温度对木材密度与叶片和树干功能特征之间关系的影响，基于碳饥饿和水力失衡机制的树种响应温度变化的解析，揭示亚热带森林树种木材密度对大气温度变化的功能响应机理。研究结果将丰富森林生态系统功能与结构关系的理论，为预测未来全球气候变化对森林碳吸存的影响提供理论支持。

木材密度是准确估算生物量的重要因子，综合反映了树木碳吸收和水分传输的功能特征，与叶片和木质部的生理生态特征紧密链接。树木会通过气孔的调节和木质部输水组织结构的改变协同响应环境变化，因此，木材密度能够揭示森林对气候变化响应的内在机制。目前，"碳饥饿"和"水力失衡"是理解森林树种响应气候变化的两个重要假说，本项目借助海拔高度梯度表征温度的变化，通过测定华南地区亚热带森林优势树种的木材密度、叶片和树干功能特征参数、环境因子，结合叶片的δ13C和δ18O，探讨各功能特征的时空变异程度以及与木材密度的关系，深入分析温度对木材密度与叶片和树干功能特征之间关系的影响，揭示亚热带森林树种木材密度对大气温度变化的功能响应机理。结果显示：木材密度不随树干方位而改变，木材密度随树干深度的变化与树种有关；高叶片构建成本（较小的比叶面积、较高的叶片全碳含量和单株叶面积）与高叶片δ18O（反映了降低的气孔导度）、叶片水分利用效率（由增加的叶片δ13C指示）和较小的木材密度共同构建具有较高机械稳定性的树木结构；树木采用保守型的资源利用策略适应海拔的升高，如降低比叶面积和叶片水势，增加木材密度；木材密度与叶片功能性状紧密链接，随比叶面积和叶片水势的减小及由叶片δ13C表征的水分利用效率的增加而增加，并且这些关系不受海拔梯度的影响。研究结果将丰富森林生态系统功能与结构关系的理论，为预测未来全球气候变化对森林碳吸存的影响提供理论支持。