红松不同器官非结构性碳水化合物和化学计量特征对疏伐的响应

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2026.02.013

摘要/Abstract

摘要：

非结构性碳水化合物（non-structural carbohydrates， NSC）与生态化学计量特征共同构成了植物碳-养分平衡的核心，分别调控植物能量储存与养分利用效率，是揭示植物环境适应策略的关键。然而，疏伐条件下不同器官间NSC的分配规律和元素化学计量特征尚不明确。因此，本研究以吉林省上营森林经营局人工红松（Pinus koraiensis）中龄林为研究对象，设置对照（control，CK，0）、轻度（light，LT，10%）、中度（moderate，MT，20%）和重度（heavy，HT，30%）4个疏伐处理，探究叶、枝、干、根器官中NSC、碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及其化学计量特征对疏伐的响应。结果表明：疏伐显著提高了各器官NSC含量（P<0.05），且均在MT处理下达到最高值。针叶C含量保持稳定，而N、P含量呈现单峰趋势，在MT处理时较高，分别较CK处理增加17.6%和34.9%，同时C∶N（质量比）和C∶P（质量比）较低。HT处理导致枝、干N、P含量显著下降，分别较CK下降8.9%和26.9%（P<0.05）。根系C含量随疏伐强度增加而上升，HT处理较CK增加11.3%，N、P变化趋势与叶片一致，C∶N、C∶P在HT处理下较CK分别升高23.5%、33.3%。此外，主成分分析（principal component analysis，PCA）结果显示，LT处理中主成分1（principal component 1，PC1）和主成分2（principal component 2，PC2）的累积贡献率为82.6%；MT处理下前2个主成分的累积贡献率为93.8%；HT处理下前2个主成分的累积贡献率为92.2%。在3种疏伐强度下，PC1中可溶性糖、NSC、P的贡献较大，而PC2中C、N和N∶P（质量比）的贡献较大。综上，中度疏伐较为适宜，研究结果为深入理解疏伐对林木NSC和化学计量学的影响提供了重要参考。

关键词: 疏伐强度, 红松人工林, 非结构性碳水化合物, 化学计量特征

Abstract:

Non-structural carbohydrates（NSC） and ecological stoichiometric characteristics form the foundation of plant carbon-nutrient balance， regulating energy storage and nutrient use efficiency， respectively. These elements are essential for elucidating plant adaptation strategies to environmental conditions. However， the allocation patterns of NSC and stoichiometric characteristics across different plant organs under varying thinning intensities remain poorly understood. To address this gap， a middle-aged artificial Pinus koraiensis forest in the Shangying Forest Bureau of Jilin Province was selected as the study site. Four thinning treatments were applied： control（CK， 0）， light（LT， 10%）， moderate（MT， 20%）， and heavy（HT， 30%）. Measurements of NSC， carbon（C）， nitrogen（N）， and phosphorus（P） were conducted in leaves， branches， stems， and roots to evaluate the effects of thinning. Results indicated that thinning significantly increased NSC levels in all organs（P<0.05）， with the highest contents observed under the MT treatment. Leaf C content remained stable， while N and P contents exhibited a unimodal trend， peaking under the MT treatment. Compared to the CK treatment， N and P levels increased by 17.6% and 34.9%， respectively， under the MT treatment， accompanied by lower C∶N and C∶P ratios. Conversely， the HT treatment caused a significant reduction in N and P contents in branches and stems， with decreases of 8.9% and 26.9%， respectively（P<0.05）. Root C content increased with thinning intensity， rising by 11.3% under the HT treatment compared to the CK treatment. Changes in N and P in roots mirrored those in leaves， while the C∶N and C∶P ratios in the HT treatment were 23.5% and 33.3% higher than those in the CK treatment. PCA revealed that the cumulative contribution rates of the PC1 and the PC2 were 82.6% in the LT treatment， 93.8% in the MT treatment， and 92.2% in the HT treatment. Across all thinning intensities， soluble sugar， NSC， and P contributed significantly to PC1， whereas C， N， and N∶P had higher contributions to PC2. In conclusion， moderate thinning emerged as the optimal treatment， enhancing understanding of how thinning influences tree non-structural carbohydrates and stoichiometric characteristics.

Key words: thinning intensity, Pinus koraiensis plantations, non-structural carbohydrates, stoichiometric characteristics

中图分类号:

S753.7

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图/表 7

表1

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处理 Treatment	疏伐强度 Thinning intensity/%	坡位 Slope position	坡向 Aspect	海拔 Elevation/m	平均树高 Average tree height/m	平均胸径 Average DBH/cm	Hegyi竞争指数 Hegyi competition index
对照CK	0	中	东	384	20.87±1.97^d	22.40±1.98^c	2.30±0.35^a
轻度疏伐LT	10	下	东	371	21.23±2.18^c	22.53±2.85^c	1.79±0.79^b
中度疏伐MT	20	下	东	377	22.15±3.62^a	23.22±2.23^a	1.17±0.63^c
重度疏伐HT	30	下	东	369	21.63±2.53^b	22.81±1.67^b	0.95±0.22^d

因素 Factor	F
因素 Factor	可溶性糖 SS	淀粉 ST	非结构性碳水化合物 NSC
疏伐Thinning	119.519^**	262.840^**	595.509^**
器官Organ	3 922.712^**	3 224.880^**	2 966.793^**
疏伐×器官 Thinning×Organ	12.018^**	35.796^**	44.222^**

因素 Factor	F
因素 Factor	C	N	P	C∶N	C∶P	N∶P
疏伐 Thinning	1814.328^**	80.831^**	507.184^**	387.735^**	234.195^**	141.931^**
器官 Organ	10856.168^**	9779.718^**	2961.448^**	21618.581^**	2288.668^**	3544.846^**
疏伐×器官 Thinning×Organ	203.319^**	25.002^**	58.871^**	286.150^**	39.180^**	38.813^**