立地条件的变化会改变落叶松人工林中的氮循环策略以及供需平衡

《BMC Plant Biology》：Stand development shifts nitrogen cycling strategies and supply-demand balance in larch plantations

　　

摘要

氮素（N）常常限制森林的生产力，但在寒温带人工林中，随着林分发育，氮素利用策略及生态系统氮平衡的变化情况仍不甚明了。本研究在中国北方选取了4个不同龄级（11年、23年、37年和47年）的落叶松（Larix principis-rupprechtii）人工林，对其植被、凋落物和土壤中的氮素储量及关键通量进行了量化分析。通过计算养分策略指数来描述氮素的获取与内部循环过程，并运用分段结构方程模型作为描述性路径分析工具，以总结各种变量之间的关联关系。随着时间推移，树层生物量及氮素储量逐渐增加：在37年生时树层生物量达到256.77 t·hm?2的峰值，而氮素储量则在47年生时达到0.94 t·hm?2的最大值。在所有龄级的林分中，土壤都是生态系统氮素储存的主要载体，占比超过87%。土壤中的有效氮素储量始终高于植物每年的氮素吸收量，其中37年生林分的氮素盈余最大，约为0.01 t·hm?2，这表明在研究期间氮素供应总体上能够满足植物的需求。养分利用指标显示，随着林分年龄的增长，植物对氮素获取的依赖程度逐渐降低，而内部氮素循环能力则不断增强，具体表现为凋落物中氮素返回量的增加以及氮素再吸收效率的提高。37年生林分的氮素利用效率达到了最高值。在分段结构方程模型中，氮素获取与植物的养分状况关联更为密切，而氮素循环则与林分年龄及凋落物中的养分状况关联更紧密。这些研究结果表明，林分发育在调节落叶松人工林的氮素利用策略方面起着重要作用。