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为探究温度对树木形成层活动及木材形成的影响，以及非结构性碳水化合物（NSC）动态与木材形成的关系，研究人员监测了长白山云杉（Picea koraiensis）和落叶松（Larix olgensis）的相关指标。结果发现二者受不同温度指标调控，NSC 动态与形成层活动密切相关。该研究有助于预测森林对气候变化的响应。
全球气候变暖，森林深受其害，树木生长也受到极大影响。温度作为影响树木生长的关键环境因素，却仍有许多未解之谜。比如，在温带树木中，虽然大家都知道温度对形成层活动的启动起着重要作用，但空气温度和土壤温度在树木生长起始阶段的相对贡献并不明确，缺乏精确量化；同时，温度对树木生长停止的调控作用也没得到足够重视。此外，非结构性碳水化合物（NSC，包括可溶性糖和淀粉）在树木生长和代谢中至关重要，其动态变化反映了树木的碳平衡策略，但不同树种间 NSC 动态变化与木材形成的关系尚不清晰。为了深入了解这些问题，来自国内的研究人员开展了此项研究，旨在揭示温度、物候和 NSC 动态在调控树木木质部生长和碳分配中的相互作用，这对于预测温带森林如何响应气候变化意义重大。该研究成果发表在《Environmental and Experimental Botany》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在环境数据监测方面，通过安装微型气象站监测空气和土壤温度，以此计算生长度日（GDD）和寒冷度日（CDD） 等温度指标；对于树木生长监测，在不同海拔选取云杉和落叶松，定期采集微芯样本，观察木材形成过程；在 NSC 研究上，采集叶片、木质部和韧皮部样本，运用生化分析方法测定 NSC 浓度；最后利用统计分析，明确环境变量与树木生长之间的关系。
研究结果
- 不同海拔的环境温度：2023 年与长期（2000 - 2022 年）气候条件相比无显著差异。不同海拔的空气和土壤温度都随海拔升高而降低，且土壤温度波动小于空气温度。
- 不同海拔的年内木材形成动态：云杉和落叶松的木质部细胞分化动态在海拔和物种间差异显著。海拔升高，二者木材形成起始延迟，且云杉各阶段起始均早于落叶松。通过 Gompertz 函数模拟发现，不同海拔的木材形成模式呈相似的 S 形曲线，但生长增量和峰值生长时间存在差异。
- 温度与生长起始和停止的关系：生长起始与多个温度指标显著正相关，其中 GDD 相关性最强，土壤温度影响较弱。生长停止与空气、土壤温度指标无显著关系，仅 CDD 与之正相关。
- NSC 浓度的季节变化：不同器官的可溶性糖、淀粉和 NSC 浓度差异显著，采样日期对其影响不显著。不同树种的淀粉浓度有差异，糖和 NSC 浓度差异不明显。各器官在不同时间达到浓度最值，且与木材形成阶段相关。
研究结论与讨论
研究表明，云杉和落叶松木材形成的起始和停止受不同温度阈值控制，生长起始主要由 GDD 驱动，生长停止与 CDD 有关，土壤温度对生长起始影响有限，对生长停止无显著影响。尽管云杉和落叶松的叶物候不同，但 NSC 的调动都与形成层活动紧密同步。在木质部发育过程中，各器官淀粉浓度最低、糖浓度最高时，正是细胞扩大和壁增厚最明显的时候，这表明 NSC 调动以支持树木生长是一种普遍策略。该研究为理解气候变化下树木生长物候和碳分配策略提供了重要依据，有助于预测温带森林对未来气候条件变化的响应，对森林生态系统保护和管理具有重要的指导意义。
