栓皮栎非结构性碳年内动态变化及与树木生长的协调关系研究

Non-structural carbohydrates (NSC) have multiple key functions in trees, such as transport, energy metabolism and osmoregulation. NSC reflects the balance between net photosynthetic carbon uptake and investments in structures or loss of carbon. Therefore, feedbacks between the NSC status of trees and process of wood formation could significantly improve our understanding of the NSC allocation in xylem formation and its regulation for growth processes. Chinese cork oak (Quercus variabilis Bl.) is one of the most important tree species in China, which dominates in warm temperate deciduous broad-leaved forest. The objectives of this study are (1) to analysis the seasonal dynamic pattern of NSC concentration among different organs at the whole-tree level; (2) to evaluate the interplay between NSC, phenology, and tree growth, by simultaneous weekly monitored (i) phenological events from direct observations, (ii) the xylem growth using micro-cores and (iii) NSC content from sampling; (3) to contrast the possible differences in xylem anatomy and NSC levels of oak at its upper and lower distribution limits, and to assess main climatic factors influencing allocation of NSC to growth. The study will have important implications for the way to reveal the Chinese cork oak’s carbon allocation strategy and mechanism of environmental adaptation, offer fundamental data for research of terrestrial forest C cycle, and provide theoretical basis for sustainable forests management under future climate change.

非结构性碳（NSC）是反映植物体内碳平衡的主要指标之一，其含量变化能有效评价植物碳供需状况。目前，以树木年内径向生长节律为基础，开展的NSC与生长协调关系研究尚不深入，而推进此研究对于更精准理解树木生长过程中的碳分配策略将起到关键作用。本项目以暖温带落叶阔叶林建群树种栓皮栎(Quercus variabilis Bl.)为研究对象，通过同周期物候观测、径向生长（微树芯法）和NSC采样以及气象要素的同步监测，分析树木个体水平上NSC的年内变化规律，研究生长关键期NSC与树木生长的协调关系，探讨不同海拔对NSC分配策略的影响。研究结果有助于揭示栓皮栎生长中的碳供需机制和环境适应机制，为全球气候变化背景下的森林碳循环研究提供基础数据，为森林可持续经营提供理论参考。

非结构性碳（NSC）是反映植物体内碳平衡的主要指标之一，其含量变化能有效评价植物碳供需状况。以树木年内径向生长节律为基础，开展NSC与生长协调关系研究有助于更精准理解树木生长过程中的碳分配策略。本项目以暖温带落叶阔叶林建群树种栓皮栎为研究对象，在其核心分布区域秦岭东段，通过同周期物候观测、径向生长（微树芯法）监测和NSC采样，研究了生长关键期NSC变化与树木生长的协调关系及其对环境的适应机制。主要研究结果如下：（1）栓皮栎的年内径向生长期集中在3月至9月。早春升温和夏末干旱，会使栓皮栎径向生长启动和停止时间提前。第一轮早材导管环特征（时间、直径）可以很好反映春季降水变化。（2）栓皮栎NSC含量存在明显的年内动态变化。NSC含量低值出现在生长旺盛期，而高值在生长初期和末期。粗根NSC含量最高（11%左右），其次为叶片和枝条，茎干NSC含量最低（6%左右）。栓皮栎NSC组分随器官、季节而发生改变。由于器官功能不同，叶片和枝条更倾向于以可溶性糖形式存储NSC，而粗根倾向于以淀粉形式存储NSC。（3）生长关键期栓皮栎存在不同器官间的碳调配。径向生长启动早于展叶的栓皮栎，茎干生长启动所需的碳很可能来源于粗根；生长季前期，枝条中的碳存储对叶片重建具有重要作用；径向生长快速期，叶片新生成的碳更多的被输送到树木碳需求器官（茎干），同期叶片和枝条NSC同时达到年内最低值。这种不同器官间的碳供需协同变化，有利于增强其应对极端环境（如干旱）的抵抗性和适应性。（4）除粗根外，海拔对栓皮栎其余器官NSC及其组分影响差异不显著，均表现为低海拔大于高海拔。低海拔的水热平衡对栓皮栎更重要，高温引起的水分胁迫通过抑制光合作用，降低NSC含量。因此，与高海拔相比，低海拔栓皮栎对干旱变化更为敏感。研究结果有助于揭示栓皮栎生长中的碳供需机制和环境适应机制，为全球气候变化背景下的森林可持续经营提供理论参考。