广西师范大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (2): 218-227.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2025010201

• 生态环境科学研究 • 上一篇    下一篇

柳杉人工林枝叶非结构性碳水化合物含量及分配策略

简毅1,2, 李冬青3,4,5, 林静1,2*, 游成铭3,4,5, 谭波3,4,5, 徐振锋3,4,5, 徐琳3,4,5, 张可欣1,2   

  1. 1.四川龙门山森林生态系统国家定位观测研究站,四川 绵阳 622550;
    2.森林和湿地生态恢复与保育四川省重点实验室,四川省林业科学研究院,四川 成都 610081;
    3.长江上游森林生态与保育四川省重点实验室(四川农业大学),四川 成都 611130;
    4.四川峨眉山森林生态系统国家定位观测研究站(四川农业大学),四川 成都 611130;
    5.四川农业大学 林学院,四川 成都 611130
  • 收稿日期:2025-01-02 修回日期:2025-04-07 发布日期:2026-02-03
  • 通讯作者: 林静(1983—),女,四川富顺人,四川省林业科学研究院副研究员,博士。E-mail: linjing121004@163.com
  • 基金资助:
    国家科技部科技基础资源调查专项资金(2022FY100200);四川省自然科学基金(2023NSFSC1191);中国博士后科学基金(2023M742511)

Non-structural Carbohydrate Content and Allocation Strategies in Branchesand Leaves of Cryptomeria japonica Plantations

JIAN Yi1,2, LI Dongqing3,4,5, LIN Jing1,2*, YOU Chengming3,4,5, TAN Bo3,4,5, XU Zhenfeng3,4,5, XU Lin3,4,5, ZHANG Kexin1,2   

  1. 1. Longmenshan Forest Ecosystem Research Station, National Forestry and Grassland Administration of China, Mianyang Sichuan 622550, China;
    2. Ecological Restoration and Conservation for Forest and Wetland Key Laboratoryof Sichuan Province, Sichuan Academy of Forestry, Chengdu Sichuan 610081, China;
    3. Sichuan Provincial KeyLaboratory of Forest Ecology and Conservation in the Upper Reaches of the Yangtze River (Sichuan AgriculturalUniversity), Chengdu Sichuan 611130, China;
    4. Sichuan Mt. Emei Forest Ecosystem National Observation andResearch Station (Sichuan Agricultural University), Chengdu Sichuan 611130, China;
    5. College of Forestry, Sichuan Agricultural University, Chengdu Sichuan 611130, China
  • Received:2025-01-02 Revised:2025-04-07 Published:2026-02-03

摘要: 非结构性碳水化合物是植物生长代谢的重要碳组分,植物通过调节枝叶间非结构性碳水化合物(NSC)的分配格局来优化生存策略。为探究不同林龄柳杉人工林枝叶的NSC含量特征,以华西雨屏区柳杉人工林幼龄林(6 a)、中龄林(12 a)、近熟林(23 a)、成熟林(27 a、32 a)和过熟林(46 a、52 a)为研究对象,测定分析新鲜枝叶和凋落枝叶的非结构性碳水化合物及其组分含量。结果发现:1)柳杉新鲜枝可溶性糖含量、可溶性糖/淀粉含量比值、NSC含量随林龄增加而降低,新鲜叶NSC及其组分含量随林龄增加呈现先升高后降低的趋势;2)凋落枝NSC及其组分含量随林龄增加变化趋势不明显,可溶性糖/淀粉含量比值在12 a最低;3)新鲜叶片、凋落叶片NSC及其组分含量均分别高于新鲜枝条和凋落枝条,且凋落叶淀粉含量与叶片氮、磷含量呈显著正相关;凋落枝NSC与叶片氮含量呈显著负相关;4)同一林龄柳杉新鲜枝叶的NSC及其组分含量与凋落枝叶的比值均大于1,说明柳杉在衰老前会将NSC从凋落组织转移至新鲜组织,以优化碳资源利用。这些结果有助于深入理解不同林龄柳杉维持生长的碳代谢平衡策略,为通过合理调控林龄结构和优化林分管理以提高柳杉林生产力提供了理论依据。

关键词: 柳杉, 人工林, 林龄, 非结构性碳水化合物, 分配策略

Abstract: Non-structural carbohydrates (NSC) are key carbon components for plant growth and metabolism. Plants optimize their survival strategies by regulating NSC allocation patterns between branches and leaves. In order to investigate the content characteristics of NSC in the branches and leaves of Cryptomeria japonica plantations of different ages, young (6 a), middle-aged (12 a), near-mature (23 a), mature (27 a, 32 a) and over-mature (46 a, 52 a) were selected as the research objects. The contents of NSC and its components in fresh and litter branches and leaves were determined. The results showed as follows: 1) The contents of soluble sugar, soluble sugar/starch and NSC decreased with the increase of age. The highest starch content was in 23 a. The content of NSC and its components in fresh leaves increased first and then decreased with the increase of age, and the highest content was found at 32 a. The content of soluble sugar/starch was the highest at 23 a. 2) The change trend of NSC and its component content in litter was not obvious with the increase of stand age. The contents of NSC and its components in litter increased first and then decreased with the increase of stand age, and the highest values were found at 23 a or 27 a. The content of soluble sugar/starch was the lowest in 12 a. 3) The contents of non-structural carbohydrate and its components in fresh and litter leaves were higher than those in fresh and litter branches, respectively. The content of starch in leaf litter was positively correlated with the content of nitrogen and phosphorus. There was a significant negative correlation between NSC and leaf nitrogen content in litter. 4) The ratio of the contents of NSC and its components in the fresh branches and leaves of the same age to that in the litters was greater than 1, indicating that C. japonica transfers NSC from senescent tissues to fresh tissues prior to senescence to optimize carbon resource utilization. These findings not only enhance the understanding of the carbon metabolism balance strategies employed by C. japonica stands of varying ages to sustain growth, but also provide a theoretical basis for improving the productivity of C. japonica plantations through rational regulation of stand age structure and optimization of forest stand management.

Key words: Cryptomeria japonica, artificial forest, forest age, non-structural carbohydrates, allocation strategy

中图分类号:  S791.31;Q948

[1] 潘庆民, 韩兴国, 白永飞, 等.植物非结构性贮藏碳水化合物的生理生态学研究进展[J].植物学通报, 2002, 37(1):30-38.DOI:10.3969/j.issn.1674-3466.2002.01.004.
[2] 李娜妮, 何念鹏, 于贵瑞.中国东北典型森林生态系统植物叶片的非结构性碳水化合物研究[J].生态学报, 2016, 36(2):430-438.DOI:10.5846/stxb201312182983.
[3] 胡仪, 吴福忠, 吴秋霞, 等.三个亚热带森林优势种凋落物非结构性碳水化合物含量的季节动态[J].生态学报, 2022, 42(5):1901-1910.DOI:10.5846/stxb202103050606.
[4] 王凯, 宋琪, 张日升, 等.科尔沁沙地防护林主要树种的非结构性碳水化合物分布特征[J].林业科学, 2020, 56(12):39-48.DOI:10.11707/j.1001-7488.20201205.
[5] 于丽敏, 王传宽, 王兴昌.三种温带树种非结构性碳水化合物的分配[J].植物生态学报, 2011, 35(12):1245-1255.DOI:10.3724/SP.J.1258.2011.01245.
[6] 张海燕, 王传宽, 王兴昌.温带12个树种新老树枝非结构性碳水化合物浓度比较[J].生态学报, 2013, 33(18):5675-5685.DOI:10.5846/stxb201304210762.
[7] 章异平, 师志强, 竹磊, 等.秦岭东段不同海拔栓皮栎粗根非结构性碳水化合物含量的季节动态[J].生态学杂志, 2021, 40(3):712-720.DOI:10.13292/j.1000-4890.202103.017.
[8] 秦慧君, 焦亮, 周怡, 等.祁连山优势树木碳水化合物资源分配的海拔和树种效应[J].植物生态学报, 2022, 46(2):208-219.DOI:10.17521/cjpe.2021.0262.
[9] 章异平, 海旭莹, 徐军亮, 等.秦岭东段栓皮栎枝条非结构性碳水化合物含量的季节动态[J].植物生态学报, 2019, 43(6):521-531.DOI:10.17521/cjpe.2018.0325.
[10] 王凯, 雷虹, 夏扬, 等.杨树幼苗非结构性碳水化合物对增加降水和氮添加的响应[J].应用生态学报, 2017, 28(2):399-407.DOI:10.13287/j.1001-9332.201702.012.
[11] HARTMANN H, TRUMBORE S.Understanding the roles of nonstructural carbohydrates in forest trees-from what we can measure to what we want to know[J].New Phytologist, 2016, 211(2):386-403.DOI:10.1111/nph.13955.
[12] 杜建会, 邵佳怡, 李升发, 等.树木非结构性碳水化合物含量多时空尺度变化特征及其影响因素研究进展[J].应用生态学报, 2020, 31(4):1378-1388.DOI:10.13287/j.1001-9332.202004.001.
[13] 吴秋霞, 吴福忠, 胡仪, 等.亚热带同质园11个树种新老叶非结构性碳水化合物含量比较[J].植物生态学报, 2021, 45(7):771-779.DOI:10.17521/cjpe.2021.0010.
[14] 王凯, 王欣, 张日升, 等.科尔沁沙地银中杨与白榆非结构性碳水化合物的季节动态比较[J].生态学杂志, 2024, 43(12):3624-3631.DOI:10.13292/j.1000-4890.202412.039.
[15] COTRUFO M F, SOONG J L, HORTON A J, et al.Formation of soil organic matter via biochemical and physical pathways of litter mass loss[J].Nature Geoscience, 2015, 8(10):776-779.DOI:10.1038/ngeo2520.
[16] 刘宁, 刘佩雯, 何浩勇, 等.凋落物对喀斯特檵木土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响[J].广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(1):161-173.DOI:10.16088/j.issn.1001-6600.2024080202.
[17] 周冰倩, 郭志国, 刘隋赟昊, 等.不同发育阶段柽柳沙堆土壤和叶片 C、N、P 化学计量特征及影响因素[J/OL].草业科学, 2024:1-24[2024-12-12].https://doi.org/10.11829/j.issn.1001-0629.2024.0466.
[18] RYAN M G, BINKLEY D, FOWNES J H.Age-related decline in forest productivity:pattern and process[M]//Advances in Ecological Research Volume 27.Amsterdam:Elsevier, 1997:213-262.DOI:10.1016/s0065-2504(08)60009-4.
[19] DENG X X, XIAO W F, ZENG L X, et al.Trade-off of NSC allocation in response to the phosphorus limitation caused by increased stand age in Pinus massoniana[J].Forest Ecology and Management, 2024, 561:121883.DOI:10.1016/j.foreco.2024.121883.
[20] 张瑞香.不同林龄野生南方红豆杉碳氮磷生态化学计量与非结构性碳水化合物特征研究[D].郑州:河南农业大学, 2023.
[21] 杨家慧, 谭伟, 冯艳.不同龄组柳杉人工林土壤肥力特征[J].森林与环境学报, 2019, 39(5):505-514.DOI:10.13324/j.cnki.jfcf.2019.05.009.
[22] 覃世杰, 覃德文, 聂珍臻, 等.柳杉人工林经济效益评价[J].湖北农业科学, 2016, 55(1):269-273.DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.01.067.
[23] 谢云, 王洪荣, 黄从德.四川洪雅林场森林植被碳储量的空间分布特征研究[J].四川林业科技, 2016, 37(4):14-18.DOI:10.16779/j.cnki.1003-5508.2016.04.003.
[24] JUSTINE M F, YANG W Q, WU F Z, et al.Dynamics of biomass and carbon sequestration across a chronosequence of Masson pine plantations[J].Journal of Geophysical Research:Biogeosciences, 2017, 122(3):578-591.DOI:10.1002/2016JG003619.
[25] 刘宣, 崔宁洁, 谭飞川, 等.华西雨屏区柳杉人工林土壤持水能力及其对土壤有机碳的指示作用[J].应用与环境生物学报, 2023, 29(3):670-679.DOI:10.19675/j.cnki.1006-687x.2022.03034.
[26] CHEN F S, NIKLAS K J, LIU Y, et al.Nitrogen and phosphorus additions alter nutrient dynamics but not resorption efficiencies of Chinese fir leaves and twigs differing in age[J].Tree Physiology, 2015, 35(10):1106-1117.DOI:10.1093/treephys/tpv076.
[27] 魏晨, 张小平, 罗子渝, 等.兰州市南山和北山3种乔木叶片生态化学计量特征的对比研究[J].生态学报, 2021, 41(6):2460-2470.DOI:10.5846/stxb201909061861.
[28] 刁浩宇, 王安志, 袁凤辉, 等.特定化合物同位素分析技术在树木非结构性碳水化合物研究中的应用[J].应用生态学报, 2020, 31(12):4291-4300.DOI:10.13287/j.1001-9332.202012.024.
[29] FAJARDO A, PIPER F I, PFUND L, et al.Variation of mobile carbon reserves in trees at the alpine treeline ecotone is under environmental control[J].New Phytologist, 2012, 195(4):794-802.DOI:10.1111/j.1469-8137.2012.04214.x.
[30] SALA A, WOODRUFF D R, MEINZER F C.Carbon dynamics in trees:feast or famine[J].Tree Physiology, 2012, 32(6):764-775.DOI:10.1093/treephys/tpr143.
[31] 王凯, 逄迎迎, 张日升, 等.不同年龄沙地樟子松非结构性碳水化合物分布特征[J].生态学杂志, 2021, 40(5):1264-1274.DOI:10.13292/j.1000-4890.202105.022.
[32] 郑云普, 王贺新, 娄鑫, 等.木本植物非结构性碳水化合物变化及其影响因子研究进展[J].应用生态学报, 2014, 25(4):1188-1196.DOI:10.13287/j.1001-9332.2014.0110.
[33] CAO J X, WANG X P, TIAN Y, et al.Pattern of carbon allocation across three different stages of stand development of a Chinese pine (Pinus tabulaeformis) forest[J].Ecological Research, 2012, 27(5):883-892.DOI:10.1007/s11284-012-0965-1.
[34] 植可翔, 关欣, 黄苛, 等.杉木不同组织/器官非结构性碳水化合物含量及其对修枝的响应[J].生态学报, 2024, 44(20):9391-9400.DOI:10.20103/j.stxb.202306191305.
[35] LIU Q Q, HUANG Z J, WANG Z N, et al.Responses of leaf morphology, NSCs contents and C:N:P stoichiometry of Cunninghamia lanceolata and Schima superba to shading[J].BMC Plant Biology, 2020, 20(1):354.DOI:10.1186/s12870-020-02556-4.
[36] ZHANG K R, SONG C H, ZHANG Y L, et al.Global-scale patterns of nutrient density and partitioning in forests in relation to climate[J].Global Change Biology, 2018, 24(1):536-551.DOI:10.1111/gcb.13860.
[37] MARTÍNEZ-VILALTA J, SALA A, ASENSIO D, et al.Dynamics of non-structural carbohydrates in terrestrial plants:a global synthesis[J].Ecological Monographs, 2016, 86(4):495-516.DOI:10.1002/ecm.1231.
[38] LI N N, HE N P, YU G R, et al.Leaf non-structural carbohydrates regulated by plant functional groups and climate:Evidences from a tropical to cold-temperate forest transect[J].Ecological Indicators, 2016, 62:22-31.DOI:10.1016/j.ecolind.2015.11.017.
[39] 王轶浩, 周建岗, 符裕红.林龄对重庆武陵山区马尾松天然次生林C、N、P生态化学计量特征的影响[J].生态学报, 2022, 42(23):9537-9547.DOI:10.5846/stxb202201100093.
[40] 王维奇, 徐玲琳, 曾从盛, 等.河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征[J].生态学报, 2011, 31(23):134-139.DOI:10.20103/j.stxb.2011.23.016.
[41] 王强, 杨鸿淋, 徐春晖, 等.涪江中游4种造林树种碳氮磷化学计量及养分重吸收特征[J].四川农业大学学报, 2023, 41(3):437-445.DOI:10.16036/j.issn.1000-2650.202211191.
[1] 左晓东, 汪星星, 许祖元, 郑宏, 曹光球, 曹世江. 不同林分密度对杉木林土壤特性及林下植被的影响[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2025, 43(4): 201-212.
[2] 石媛媛, 赵隽宇, 宋贤冲, 覃祚玉, 唐健. 广西人工林不同类型土壤肥力质量评价及环境驱动因子分析[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2023, 41(6): 192-201.
[3] 赵隽宇, 石媛媛, 覃祚玉, 潘波, 黄小芮, 唐健. 南亚热带桉树人工林土壤肥力障碍因子评价[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(4): 205-214.
[4] 李玉凤, 秦佳双, 马姜明, 杨章旗, 李明金, 陆绍浩, 宋尊荣. 南亚热带马尾松人工林地上生物量模型构建及分配特征[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2021, 39(4): 170-180.
[5] 张惠, 刘红影, 张宇宁, 马姜明, 莫燕华, 零天旺, 杨章旗, 李明金. 马尾松人工林近自然恢复过程中林下木本植物生活型谱与叶相[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2021, 39(1): 119-127.
[6] 王永琪, 秦佳双, 马姜明, 菅瑞, 潘小梅, 杨章旗, 零天旺, 李明金. 南亚热带马尾松人工林林下木本植物的物种多样性[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2020, 38(6): 131-139.
[7] 宋尊荣, 秦佳双, 李明金, 马姜明, 钟凤跃, 杨章旗, 颜培栋. 南亚热带马尾松人工林根系生物量分布格局[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2020, 38(1): 149-156.
[8] 潘小梅, 李明金, 杨章旗, 马姜明, 零天旺, 颜培栋. 广西南亚热带不同林龄马尾松人工林林下植物区系研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2019, 37(4): 136-143.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 田晟, 赵凯龙, 苗佳霖. 基于改进YOLO11n模型的自动驾驶道路交通检测算法研究[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(1): 1 -9 .
[2] 徐秀虹, 张进燕, 卢羽玲, 梁小平, 廖广凤, 卢汝梅. 萝藦科药用植物中新C21甾体的研究进展(Ⅱ)[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 1 -16 .
[3] 王星宇, 郑浩楠, 刘肖, 崔世龙, 蔡进军. 壳聚糖基吸附材料的制备及其吸附去除水中污染物的研究进展[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 17 -30 .
[4] 田晟, 冯帅涛, 李嘉. 一种基于复合框架的城市道路场景车辆轨迹提取方法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 31 -51 .
[5] 吕辉, 司可. 基于改进RT-DETR的光伏板缺陷检测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 52 -64 .
[6] 宋冠武, 李建军. 基于自蒸馏边缘细化的遥感图像语义分割[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 65 -76 .
[7] 王旭阳, 梁宇航. 多尺度非对称注意力遥感去雾Transformer[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 77 -89 .
[8] 张胜伟, 曹洁. 融合傅里叶卷积与差异感知的钢材表面微小缺陷检测算法[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 90 -102 .
[9] 王巍, 李智威, 张赵阳, 张洪, 周蠡, 王振, 黄放, 王灿. 基于IFA-BP神经网络模型的变电站碳排放预测[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 103 -114 .
[10] 罗缘, 朱文忠, 王文, 吴宇浩. 基于改进PatchTST的多步水质预测模型[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2026, 44(2): 115 -131 .
版权所有 © 广西师范大学学报(自然科学版)编辑部
地址:广西桂林市三里店育才路15号 邮编:541004
电话:0773-5857325 E-mail: gxsdzkb@mailbox.gxnu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发