温带不同材性树种非结构性碳与树干径向生长

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非结构性碳水化合物(Non-Structural Carbohydrates,NSC)是参与植物代谢过程的重要光合产物,NSC的存储和分配可以在一定程度上反映植物体内碳代谢的平衡关系,并且NSC对于维持植物体渗透调节、水力传输、生长发育以及缓冲树木在年际、季节和器官间碳供需关系起着至关重要的作用。目前对温带森林不同树种NSC浓度的种间差异及其与树木生长关系的研究较少。本研究测定了穆棱红豆杉国家级自然保护区典型温带针阔混交林32个树种树干各组织和树冠的NSC浓度,并计算了树干各组织NSC的面积加权浓度,分析不同木材孔性树种各器官NSC浓度差异以及NSC浓度与径向生长的关系。主要结果如下:(1)叶和枝NSC浓度的种间变异较大,器官、木材孔性及其交互作用均显著影响冠层NSC浓度。叶片可溶性糖和淀粉的浓度比均大于3,显著高于枝条,表明叶片具有较高的生理活性。叶可溶性糖、总NSC浓度均表现为无孔材>散孔材>环孔材,枝淀粉浓度则表现出了相反的趋势,表明不同材性树种叶和枝的功能分化存在差异。叶和枝器官间NSC浓度的相关性分析结果显示,散孔材的相关性最好,表现为显著的正相关,无孔材次之,环孔材最低。这些结果表明不同木材孔性的树种在NSC的储存和分配策略上存在差异。(2)树干不同组织NSC浓度差异较大,树皮可溶性糖(7.52%)和淀粉(4.78%)浓度均为最高,边材次之,心材最低。3种组织可溶性糖、淀粉、总NSC浓度以及糖/淀粉比的种间变异较大,变异系数最低为37%(树皮总NSC浓度),最高达到101%(心材淀粉浓度),树种、组织和木材孔性均显著影响树干的NSC浓度。散孔材、环孔材可溶性糖、淀粉和总NSC浓度均随径向深度增加而降低,无孔材心材NSC及其组分浓度略高于边材。无孔材树皮的可溶性糖浓度显著高于散孔材和环孔材,而边材中的淀粉和总NSC浓度为环孔材>散孔材>无孔材,与枝中总NSC浓度变化趋势相同,表明随着树木的演化,木质部储存NSC的能力提高。无孔材可溶性糖、淀粉和总NSC浓度边材和心材比均在1左右,显著低于散孔材和环孔材,而且无孔材边材和心材之间淀粉浓度相关较紧密,表明被子植物的边材、心材功能分化较裸子植物更为明显。尽管不同木材孔性的树种树干各组织可溶性糖浓度之间存在显著差异,但树干可溶性糖面积加权浓度并未表现出显著差异,表明在对树干NSC含量进行估算时应考虑其不同组织生物量和可溶性糖浓度的差异。树干淀粉面积加权浓度变化趋势表现为环孔材>散孔材>无孔材且不同材性之间差异显著,表明随着树木的演化,树干中NSC储量逐渐增加,有利于提高树木抗逆性。(3)不同材性树种近十年的径向生长情况不存在显著差异,较短时间尺度内的环境影响并未使不同材性树种的生长情况产生差异。对径向生长参数与树木各器官NSC浓度的相关性分析结果显示,无孔材径向生长与叶淀粉浓度显著负相关,散孔材和环孔材的树干径向生长与枝和边材的淀粉浓度呈显著的负相关关系,表明NSC浓度可以用来预测树木的径向生长情况。不同木材孔性树种树干径向生长与各器官NSC浓度的关系存在差异,表明在树木演化过程中各器官功能产生了不同程度的分化。我们发现木材孔性影响了温带树种树干NSC存储策略,未来研究整树NSC以及树木生理生态学功能需要区分树干组织。较短时间尺度内的环境变化并未使研究地不同木材孔性树种的径向生长产生差异。不同木材孔性树种的径向生长与各器官NSC浓度存在差异,不同木材孔性树种各器官的功能分化存在差异。我们的研究结果为探讨温带树木NSC存储分配特征及其与树种演化关系提供支持,同时为预测气候变化背景下树木生长的机理解释提供参考。
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