温带次生林生态系统不同功能型树种碳转移机制研究

Exploring plant carbon turnover and allocation mechanism is very important for further revealing the forest ecosystem carbon cycle. The research will be performed in secondary forests in North-eastern China, and three different functional type tree species (i.e. evergreen coniferous species, deciduous coniferous species and deciduous broad-leaved species) will be selected. In the start, middle and end of growing season, δ13C and δ18O in dry mass and water soluble organic matter of different organs at three heights plus δ13C in respired CO2 from stem and root for different functional type plants will be determined. According to combined analysis of δ18O and δ13C for different organs along canopy gradient with different heights and their diurnal variations, photosynthetic carbon isotope fractionation associated with the effects of stomatal conductance and carbon fixation will be separated. By determining the diurnal changes of δ13C and starch concentration of different organs, especially for leaves, we aim to elucidate the relationships of δ13C with carbon storage and remobilization. By Combining the measurements of photosynthetic parameters and environmental conditions, and performing time lag cross-correlation analysis, we aim at revealing the allocation and transfer process of photosynthetic products and post-photosynthetic 13C fractionation in the different functional type tree species at different growing seasons. The results in this project not only will be helpful for further studying carbon cycle process in secondary forest ecosystems, but also may promote the researches on post-photosynthetic carbon isotope fractionation and carbon transfer mechanisms.

明确树木个体水平上碳分配及转移过程是揭示森林生态系统碳循环的关键。本项目以东北典型次生林生态系统为对象，选择常绿针叶、落叶针叶和落叶阔叶三种不同功能型树种，测定不同季节（季初、季中和季末）树木各器官（根、茎、枝、叶）干物质和可溶性有机质δ13C、δ18O以及树干、根部呼吸产生的CO2δ13C。通过比较各器官δ13C、δ18O在冠层间不同高度以及日尺度上的变化动态，分离光合作用碳同位素分馏；分析各器官δ13C及淀粉含量日尺度变化特征，阐明δ13C与碳积累与再活化的关系；结合光合参数及环境要素监测，依据时滞互相关分析，揭示不同季节、不同功能型树种光合作用最初产物的分配及转移过程，明确光合作用后13C分馏机理；研究结果不仅为次生林生态系统碳循环研究奠定基础，更可推动有关光合作用后碳同位素分馏、碳转移机制研究进程。

明确树木个体水平上碳分配及转移过程是揭示森林生态系统碳循环的关键。本项目以东北典型次生林生态系统为对象，选择常绿针叶、落叶针叶和落叶阔叶三种不同功能型树种，测定了树木各器官干物质和可溶性有机质δ13C、δ18O以及树干、根部呼吸产生的CO2δ13C。研究了各器官非结构性碳含量、δ13C、δ18O在冠层间及日尺度上的变化动态，阐明了不同功能型树种光合作用最初产物的分配及转移过程，明确光合作用后13C分馏机理，尤其是树干呼吸对光合作用后分馏的影响。研究结果不仅为次生林生态系统碳循环研究奠定基础，更可推动有关光合作用后碳同位素分馏、碳转移机制研究进程。.1、通过测定大气CO2浓度及CO2δ13C，揭示出8‰的大气CO2δ13C并非植物吸收的CO2同位素值，不能用于计算碳同位素分馏背景值，全球碳循环研究中，应用8‰将有较大偏差。冠层高度对大气CO2δ13C及CO2浓度有明显影响，且影响高度为4-5m，与以往有1m高度的影响不同，在研究林分内叶片δ13C随高度变化的影响因素、利用δ13C研究树木碳转移模式及光合作用后分馏时应考虑冠层影响。.2、利用Picarro G2101-i分析仪实现了树干及土壤呼吸的原位连续测定，突破了以往只能连续测定呼吸通量，而无法测定稳定碳同位素比值的瓶颈。通过连续三年的测定，发现不同功能型树种树干呼吸CO2速率、CO2δ13C速率以及CO2δ13C/CO2比值明显不同，不同季节也存在明显不同，这与树木的生理生态特性有关。另外，证实光合作用后碳同位素分馏在不同功能型树种之前有明显差异，在相同的气候条件下不同功能型树种有明显不同的光合作用后碳同位素分馏。.3、通过测定冠层不同高度树干、枝条及叶片非结构性碳含量，同时测定了可溶性糖的δ13C，进一步证实了不同功能型树种存在明显不同的碳分配模式，常绿针叶树种不同冠层高度叶片基本满足同等高度枝条及树干生长的光合产物所需；而落叶针叶和落叶阔叶树种需从冠层上部向中下部运输，从而满足其生长所需，运输过程中使得不同冠层高度的枝条及树干可溶性糖的同位素没有显著性差异。