氮沉降增加对暖温带-亚热带过渡区优势树种木质部形成与冠层物候间协调关系的影响

Xylem formation and canopy phenology play a critical role in tree growth and carbon cycle. Therefore, under the dramatically increasing atmospheric nitrogen deposition, it is essential to precisely investigate wood formation and canopy phenology, as well as their coordination relationship and the mechanism behind. This may allow better understanding and quantification of the role of nitrogen deposition playing in tree growth and forest productivity, which may greatly improve the prediction capability of ecosystem energy exchange and carbon cycle models. Our study will be conducted at a long-term N manipulative experimental site built in 2013, which locates in the Jigongshan National Nature Reserve of Henan Province, within a transitional zone from subtropical climate to warm temperate climate region. This study aims to investigate the responses of xylem formation and canopy phenology of dominant species in mixed deciduous forest to increasing nitrogen deposition during three growing seasons (2020-2022) by micro-sampling and near-surface remote sensing approaches. Moreover, this study will explore the coordination relationship between xylem formation and canopy phenology under nitrogen addition treatment and its potential relationship with environmental factors by using linear and nonlinear mixed effect models. This study is expected to reveal the response mechanism of tree growth, forest productivity and carbon cycle to nitrogen deposition in the transitional zone from warm temperate to subtropical climate zone.

树木的木质部形成和冠层物候在森林生态系统固碳中起着至关重要的作用。在大气氮沉降增加日益严峻的背景下，研究树木木质部形成与冠层物候间的协调关系及其适应性响应，有助于深入理解持续增加的大气氮沉降在树木生长及森林生产力变化中的作用，从而提高对森林生态系统碳循环的评估精度。本研究拟在河南省鸡公山国家自然保护区内的“林冠模拟氮沉降”野外控制试验平台(2013年建立)开展，以暖温带-亚热带过渡区的落叶阔叶混交林优势树种为研究对象，采用微采样技术和数码相机近地遥感物候监测技术，在连续3个生长季内(2020-2022年)监测树木木质部形成和冠层物候在不同处理之间(对照、林冠及林下氮添加)的差异。同时，利用混合效应模型定量分析氮添加下木质部形成和冠层物候之间的协调关系及其与环境因子之间的潜在适应关系。本研究可为深入理解暖温带-亚热带过渡区树木生长、森林生产力及碳循环对氮沉降的响应机制提供新的认识。

在大气氮沉降增加日益严峻的背景下，研究树木木质部形成与冠层物候及其适应性响应，有助于深入理解持续增加的大气氮沉降在树木生长及森林生产力变化中的作用，从而提高对森林生态系统碳循环的评估精度。本项目依托河南省信阳市鸡公山国家自然保护区内建立的“林冠模拟氮沉降”野外长期控制试验平台进行。通过持续监测氮添加处理下暖温带地区典型树种树木生长的响应，本项目探讨了氮沉降增加对暖温带-亚热带落叶阔叶混交林优势树种的生长将产生何种影响及其与气象因子的相互关系。结果表明，经过3年的氮添加处理后，在干燥的生长季早期，木质部生长量对降雨量增加的响应大于对氮添加的响应；降雨量增加对木质部生长的正效应可以通过氮资源的增加抵消。经过持续6年的氮添加处理后，该森林的典型树种栓皮栎的径向生长及其相关的解剖结构（如导管面积、导水率等）对林冠和林下氮添加处理出现了差异性响应（负面和正面的影响）；当年及前一年的温暖及光照充足的春季对栓皮栎第一排早材导管起促进作用，而前一年光照充足的盛夏则对其起抑制作用。加氮处理可能对生长季早期的树木水分运输力起到了一定的促进作用，这种正向的促进作用也最终对当年的径向生长产生了正向影响。通过本项目研究，我们发现氮添加和其他环境因子（特别是水分条件）对树木生长过程的影响是复杂的，因不同生长时期和当地气候条件而异，同时某些广泛分布的树种（如栎属）可能会通过改变木质部的某些生理结构（特别是与水分输送有关的结构，如导管）来应对不同氮添加处理方式的影响，以此适应最大化生长和环境变化之间的补偿和平衡。这一结果对准确理解和评估日益增加的氮沉降对中国中部地区森林树木生长及森林生态系统能量和水分循环具有重要意义。