底物供应状况对湿地松树干呼吸及其温度敏感性的影响机制

Stem respiration is an important part of the carbon cycling in forest ecosystems and has received considerable attentions, especially under climate change. However, there is unclear that how the substrates supply impacts the stem respiration and its temperature sensitivity of trees. Meanwhile, the Michaelis-Menten function suggests that substrate availability may change the temperature sensitivity of respiration. Unfortunately, the theory has not got a better validation in the field experiments. In this project we will conduct a field experiment in a typical slash pine (Pinus elliottii Engelin) plantation in subtropical China. The substrates supply will be changed by canopy pruning and stem girdling, and then the stem CO2 efflux and non-structural carbohydrates (NSC) will be measured continuously. This project aims to examine the effects of canopy pruning and stem girdling on the temporal and spatial distribution pattern of NSC from different stem parts, orientations, and growing stages. The main objectives of this project are to understand the effects of substrate supply on the stem respiration and the stem respiration sensitivity in a slash pine forest. These results are crucial for understanding the process of forest ecosystem carbon cycling and estimating the carbon storage ability of forests, especially under future climate change.

树干呼吸是森林生态系统碳循环过程的重要组成部分，在当今气候变化背景下尤其受到关注。然而，光合产物供应如何影响树干呼吸及其温度敏感性这一科学问题至今没有得到很好的回答。同时，基于Michaelis-Menten方程的理论认为底物供应改变呼吸的温度敏感性，但却没有在野外实验中得到较好的验证。本研究拟以湿地松人工林为例，通过修枝和环剥方式改变光合产物的供应状况，测定树体不同部位非结构性碳水化合物浓度，同时连续测定树干表面CO2通量,旨在从不同部位、不同方向、不同生长阶段等多角度探讨修枝和环剥对非结构性碳水化合物时空分配格局的影响，从而阐明光合产物供应对树干呼吸产生影响的内在机制，揭示树干呼吸温度敏感性对底物供应状况的响应机理，同时验证基于Michaelis-Menten方程理论的科学假设。本项目不仅为深入理解森林生态系统碳循环过程提供理论依据，而且还为森林生态系统碳储量的准确估算提供数据支撑。

树干呼吸作为森林生态系统碳循环的重要组成部分，在当今气候变化背景下尤其受到广泛关注。然而，树干呼吸与底物供应状况的关系还存在很大的不确定性。同时，基于Michaelis-Menten方程的理论认为随着底物供应的增强，呼吸的温度敏感性也将随之增加，但该理论至今并未在树干呼吸研究中得到验证。本项目以湿地松人工林（纯林和混交林）为研究对象，通过修枝和环剥改变底物供应状况，探讨其对树干呼吸及其温度敏感性的影响机制。结果发现修枝显著降低了树干呼吸速率，即修枝导致树干呼吸速率相比对照降低，其原因可能是由于修枝降低了底物的供应和分配，导致树干下部生长的降低，进而导致树干呼吸速率的下降。然而，本研究却未发现修枝对树干呼吸的Q10产生影响，其原因可能是修枝对底物供应的影响是非常有限的。为加大底物供应改变的强度，本项目还采用环割的方法在不同季节通过彻底阻断光合产物向下传输，并将树种扩展到湿地松和枫香两个树种。研究结果发现，环剥对树干呼吸及其Q10的影响随着树种和季节的不同而变化。在生长季环剥枫香导致非结构性碳水化合物含量和树干呼吸均为环剥位置上部增加而环剥位置下部轻微下降，并且环剥位置以上的Q10相比于对照显著增加，而环剥位置以下明显下降，充分验证了基于Michaelis-Menten方程的科学假设。然而，在非生长季对枫香进行环剥，树体的非结构性碳水化合物含量和树干呼吸速率及其Q10均未发生显著变化。对湿地松来说，生长季环剥湿地松，树干呼吸速率呈现出环剥位置上部先增加后降低，但环剥位置下部却轻微下降，非结构性碳水化合物含量和树干呼吸速率的Q10均没有发生明显变化。在非生长季进行环剥，树干呼吸速率呈现与生长季相一致的变化趋势，但环剥位置上部的淀粉含量显著增加。本项目的顺利实施不仅阐明了底物供应状况对树干呼吸及其温度敏感性的影响机制，验证了基于Michaelis-Menten方程的科学假设，建议在树干呼吸估算模型中考虑底物有效性对温度敏感性的影响，可有效改进和完善碳循环估算模型的精度。