人工林养分限制的林龄机制研究取得新进展

近期，中国林科院亚林所研究团队在林学领域TOP期刊ForestEcologyandManagement（《森林生态和管理》）连续发表题为“The effects of stand age on leaf N:P cannot be neglected: A global synthesis（林龄对叶片氮磷比的影响不容忽视：全球整合分析）”（2022）、“Tree stoichiometry and nutrient resorption along a chronosequence of Metasequoia glyptostroboides forests in coastal China（中国沿海不同林龄水杉林树木的化学计量特征和养分重吸收）”（2018）和“Does stoichiometric homeostasis differ among tree organs and with tree age?（化学计量内稳性在树木器官和林龄间表现不同）”（2019）的研究论文。研究成果强调在探索人工林养分规律时需要考虑林龄的重要性，揭示了磷（P）养分缺乏是人工林退化的主要因素，为全球或区域人工林养分科学经营管理提供理论依据。
树木的养分需求会随生长而变化，不同生长阶段的树木在生理过程和营养需求方面存在巨大差异，导致树木营养化学计量特征随林龄发生变化。课题组通过整理和分析已发表的研究数据，收集31个物种共192组数据，探讨了全球人工林植物叶片N:P在不同林龄阶段的变化规律。研究发现林龄与生活型和气候因子显著影响叶片氮磷比（N:P），叶片N:P随着林龄的增加而增加。落叶林叶片N:P与林龄显著正相关；在湿润的亚热带地区，人工林叶片N:P随着年龄的增加而上升。研究结果表明随着林龄的增加，全球人工林由N限制转变为P限制，树龄对树木化学计量特征的影响不容忽视。
为排除环境对林龄效应的干扰，以立地条件相似的中国亚热带沿海幼龄、中龄和成熟水杉林为研究对象。研究发现幼龄林叶片P含量均高于中老龄林，而叶片碳磷比（C:P）和N:P则低于中、老龄林，叶片P、C:P和N:P受土壤化学计量特征的影响较大，叶片P含量、N:P分别随土壤P含量和N:P的增加呈指数增加。研究结果证实了随着林龄的增加，P养分缺乏是水杉林退化的主要因素。
为了进一步佐证上述观点，我们选择幼龄林（6年生）和中龄林（24年生）进行了N、P添加实验（图1a）。研究发现幼龄林存在叶片N、N:P的内稳性系数，中龄林中存在叶片P和N:P的内稳性系数（图1b）。中龄林叶片N:P的内稳性系数值大于幼龄树。内稳性系数在中龄树各器官间差异显著，中幼龄树差异不显著（图1c）。研究结果进一步验证了幼龄林受N限制和成熟林受P限制的发现。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目、浙江省重点研发项目的资助。论文第一作者为亚林所已毕业博士研究生张慧、硕士研究生王建楠，通讯作者为亚林所吴统贵研究员，美国克莱姆林大学王高峰教授参与了相关研究工作。（童冉/亚林所）
童冉 中国林科院亚林所 2022-06-06

关键词 人工林  养分规律  林龄  磷  养分缺乏  人工林退化  图片