白扦（Picea meyeri）年轮形成与非结构性碳水化合物关系研究

This study aims at revealing the interactive relationship between the intra-annual xylem growth and the non-structural carbohydrate contents within tree tissues of Picea meyeri in its tree-ring formation process. The study will choose the Guancen Mountains, the Xiaowutai Mountains and the Hexigten World Geopark as sampling sites, to form two transects of hydro-thermal gradients, one laid out from Central-North China to South Inner Mongolia as a south-north horizontal transect and the other from the piedmonts to the summits of those mountains as vertical ones. By means of the tissue section, the chemical analysis on the non-structural carbohydrate content including soluble sugar and starch, as well as the measurement of environmental parameters in situ, the research will detect the allocation of the non-structural carbohydrate among different tree stem tissues and organs, along with the xylem development. Based on the expected findings from those experiments and analyses, the study may be able to answer the following scientific questions: (1) Does the non-structural carbohydrate content in the “source” organs related to the xylem development, and which period during the xylem development requests the carbohydrate mostly? (2) How, and in what features, does the non-structural carbohydrate content response to the dynamic changes in environmental factors and the tree tissue growth process? And (3) under which conditions and in which growth periods does the growth limitation for Picea meyeri occur as a result of imbalanced carbohydrate allocation?

本项目拟在华北地区管涔山、小五台山和内蒙古南部克什克腾世界地质公园选择多个研究样区，以白扦为研究对象，沿水热条件变化水平梯度和垂直梯度带，研究其年轮形成中木质部生长与非结构性碳水化合物的相互影响关系。项目将以植物组织切片、非结构性碳水化合物含量和组分分析、环境要素原位观测等技术方法，检测随着木质部生长变化过程，非结构性碳水化合物在白扦不同器官和组织中的分配格局及其动态变化。本项研究旨在回答以下主要科学问题：（1）“源”器官中的非结构性碳水化合物含量是否与木质部生长过程相关，以及木质部生长不同阶段中，哪个阶段是非结构性碳水化合物转化为结构性生长的主要阶段？（2）非结构性碳水化合物含量对环境要素变化和生长过程变化响应的各自特征是什么？（3）与碳平衡机制相关的生长受限是否发生？在何种条件下、哪个生长阶段发生？

以白扦为研究对象，在华北地区管涔山建立观测垂直样带，并在与内蒙古自治区接壤的河北坝上地区采集样本，沿水热条件变化梯度，研究年轮形成过程中木质部生长与非结构性碳的关系；同时对采样点生境条件进行实时监测，探索影响非结构性碳含量的生境因素。得出以下结论：.（1）发现了白扦木质部活动的年内节律：木质部活动开始时间在5月下旬（DOY 122-146），快速生长期在6月下旬的夏至日前后，结束时间在8月中下旬（DOY 230-244）。这个结果为研究树木生长与非结构性碳含量的关系奠定了基础。（2）揭示了针叶、小枝、茎干的生长过程及其在时间上的先后关系。茎干最先启动生长，大约1周之后叶片和枝条启动生长。针叶最先达到生长高峰，1-2周之后，枝条达到生长高峰，枝条达到生长高峰的1-2周之后，茎干达到生长高峰。生长结束时间则是针叶最早，枝条次之（晚于针叶1-6周），茎干最晚。（3）双因素方差分析结果显示，采样时间和海拔对白杄各组织非结构性碳含量均有显著影响。从采样时间看，可溶性糖含量均从休眠末期到生长末期呈现出先减小再增加的趋势，茎干可溶性糖含量在生长初期最低，末期最高；淀粉含量在生长旺盛期最低；非结构性碳总含量的变化与可溶性糖一致。（4）生长旺盛期，针叶和茎干中的非结构性碳含量随着海拔升高而增加，枝和根中的非结构性碳含量则随着海拔升高先减少后增加。生长季末期也有类似规律，生长季初期则在除粗根以外的其他器官中，均没有表现出海拔分异。（5）混合线性回归分析的结果表明，对于枝、茎和根而言，土壤水分是影响可溶性糖和非结构性碳含量空间分异的主要因素，对于针叶而言，土壤水分和空气温度则共同影响了非结构性碳含量的空间分异。