森林享有“地球之肺”的美譽(yù)，是陸地上最廣袤、最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。森林生態(tài)系統(tǒng)具有固碳釋氧、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、防控自然災(zāi)害、提供林產(chǎn)品、支撐生物多樣性等功能。但森林的生長發(fā)育及生態(tài)功能的發(fā)揮通常受到養(yǎng)分元素的制約。因此，研究氮、磷、鉀、鈣、鎂等必需元素在森林中的積累與分配對于森林動態(tài)模擬、森林經(jīng)營管理等至關(guān)重要。

　　中國科學(xué)院武漢植物園張全發(fā)團(tuán)隊，歷經(jīng)十年潛心研究，揭示了全球森林氮、磷、鉀、鈣、鎂的分配規(guī)律。張全發(fā)團(tuán)隊首次報道了全球主要森林類型各林齡階段單位面積的養(yǎng)分積累量，以及樹葉、樹干、樹根等器官中養(yǎng)分的分配比例；提出了“養(yǎng)分根冠比”這一生態(tài)參數(shù)并量化了主要?dú)夂騾^(qū)不同年齡森林的養(yǎng)分根冠比；發(fā)現(xiàn)了全球森林地上、地下養(yǎng)分分配的異速生長尺度律(Allometric scaling)；探討了影響森林養(yǎng)分分配的生物與非生物因素。

　　科學(xué)家研究表明，每公頃熱帶森林、亞熱帶森林、溫帶森林、北方森林（Boreal forest）的樹木中，平均氮儲量分別為577.0、530.4、 513.2、336.7千克。就全球森林而言，平均25%的氮素被分配到樹葉、53%的氮素被分配到樹干和樹枝。研究人員表示，“這個比例意味著，伐木時如果收獲并帶走林木的地上部分生物量，那么將導(dǎo)致78%的氮素?fù)p失；而如果選擇將樹葉留在原地，則只損失53%的氮素。可見，量化主要森林類型中氮、磷、鉀、鈣、鎂這些重要養(yǎng)分的積累量及其在各器官的分配比例，對于森林經(jīng)營管理有重要的指導(dǎo)意義。特別是對于那些更新或連栽的林地，經(jīng)營者需知道至少要補(bǔ)充多少養(yǎng)分才能彌補(bǔ)因林木收獲而導(dǎo)致的養(yǎng)分損失”。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，在全球尺度上，生長在較冷區(qū)域的森林傾向于分配更多養(yǎng)分到根系。這可能與冷涼環(huán)境中生命活動相對較弱以及土壤養(yǎng)分的可利用性相對較差有關(guān)。與被子植物森林（闊葉樹為主）相比較，針葉樹為主的裸子植物森林分配更多的養(yǎng)分到樹葉，但它們分配到樹干和樹枝的養(yǎng)分比例明顯低于被子植物森林。“我們提出，這種分配大量養(yǎng)分到光合作用器官的方式可能是針葉樹種耐受貧瘠環(huán)境的重要機(jī)制之一。對于這些非常有意思的生態(tài)現(xiàn)象，我們正在安排進(jìn)一步的實驗進(jìn)行驗證”，研究人員表示。

　　研究成果發(fā)表在著名國際期刊Global Change Biology上，該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（“碳專項”）等的資助。

熱帶森林（T）、亞熱帶森林（S）、溫帶森林（E）、北方森林（B）的養(yǎng)分密度