分解过程是生态学理论的“学科基石”,支撑了生态系统演替、生物地球化学循环、食物网和生物多样性-生态系统功能等多个核心生态学概念与理论,是驱动地球生命和物质循环关键过程。树皮是树木最外层的结构组织,是运输养分和抵御病虫害、火灾、冻害等重要“防护层”。树皮约占木本植物2-20%的生物量,是森林长期碳储存的重要载体和“缓释碳库”,也调节着氮磷等养分向土壤释放的速率和模式。
树皮分解研究从微观的酶反应和微生物代谢,到宏观的生态系统物质循环和能量流动均有涉及,特别是质量-基质理论、微生物分解代谢与分解级联假说以及“酶锁”假说等方面取得重要进展。然而,由于树皮自身的高度复杂性以及外部因素的交互作用,传统的单样点研究难以解耦大尺度树种和气候之间的联系,导致更精确的分解过程机理和分解速率参数难以纳入地球系统模型。针对这一问题,成都山地所山地生态过程与生态安全创新团队牵头,联合北京大学、中国科学院西双版纳植物园、台州学院、阿姆斯特丹自由大学(荷兰)多家单位,开展树皮分解速率全球数据构建、生物因素和非生物因素驱动树皮分解机理、不同气候区的树皮分解速率预测系统研究。
研究发现,树皮的全球平均分解速率是树干(树皮自然存在)的2.9倍。树皮分解速率呈现显著的纬度梯度效应,分解常数从北方地区的0.093/年向热带地区的1.339/年递增。被子植物树皮分解常数为0.450/年,裸子植物为0.198/年。年平均温度、年平均降水和树皮磷含量是最主要的调控因素。气候变化背景下不同气候区树皮分解的响应具有空间异质性,树皮的分解速率在气候温暖/湿润地区会降低,在气候寒冷/干燥地区会增加。构建全球碳循环模型时引入树皮分解速率十分必要,直接关系到对全球气候变化下碳源/汇的预测精度。将树皮效应纳入造林差异化策略制定,是生态工程实践基于自然解决方案的优先选项之一。
相关成果以题为“Climate and traits drive bark decomposition patterns at global scale”发表在Nature Communications上。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金和西藏自治区重点研发计划等项目资助。成都山地所常晨晖项目研究员、北京大学博士生刘佳媛为共同第一作者,成都山地所王小丹研究员为通讯作者。

野外腐木甲虫啃食后的树皮

不同气候区的树皮分解速率

未来气候变化背景下树皮分解速率空间格局