基于SURM模型解析落叶松-水曲柳混交林养分分配格局与竞争互作机制

本文通过表观不相关混合效应模型（SURM）量化了落叶松-水曲柳混交林中碳（C）、氮（N）、磷（P）的器官分配规律。研究发现种间与种内竞争显著影响养分分配策略：落叶松展现更强的碳分配效率，水曲柳则偏向氮积累；叶片的N、P浓度显著高于其他器官（p<0.05）。研究为混交林养分循环优化提供了量化框架，对森林可持续经营具有重要实践意义。

　　

Highlight

不同组分的养分浓度差异

混合效应模型显示植物各组分间碳浓度存在显著差异（p<0.05），根部碳浓度显著低于茎部。种间差异尤为明显：水曲柳整体碳浓度低于落叶松，其树皮和根部的碳浓度显著较低（p<0.05）。氮浓度在不同组分间差异显著（p<0.05），叶片氮浓度远超其他组织。磷浓度同样呈现组分特异性变化（p<0.05），叶片磷浓度最高，而心材最低。

各组分养分浓度差异解析

我们的混合效应模型揭示了C、N、P浓度存在明显的组分和物种特异性模式。两种树木的树皮养分浓度均数倍高于心材和边材。树皮由外部死区（外皮）和内部活区（内皮）构成，后者是光合产物传输的通道（Wittmann and Pfanz, 2018; Rosell et al., 2023a）。木材同样分为边材（负责水分运输和养分储存）和心材（代谢惰性且养分含量低）。叶片作为光合作用核心器官，表现出最高的N、P浓度，这与其富含酶、色素和核酸的生理特性直接相关。根部作为养分吸收器官，其N、P浓度显著高于木质部但低于叶片。这些发现印证了"功能平衡假说"——植物会依据各器官功能需求差异化分配资源。

结论

结果凸显了种间与种内竞争对C、N、P分配的不同影响：种间竞争促进茎部碳分配，而种内竞争降低根部氮磷投资。物种特异性响应显著，落叶松和水曲柳通过不同的竞争适应策略（种间竞争下优化垂直生长，种内竞争下调整横向生长）实现养分分配优化。我们开发的SURM模型为混交林养分循环研究提供了可靠工具。