森林享有“地球之肺”的美誉，是陆地上最广袤、最复杂的生态系统。森林生态系统具有固碳释氧、调节气候、涵养水源、防控自然灾害、提供林产品、支撑生物多样性等功能。但森林的生长发育及生态功能的发挥通常受到养分元素的制约。因此，研究氮、磷、钾、钙、镁等必需元素在森林中的积累与分配对于森林动态模拟、森林经营管理等至关重要。
中国科学院武汉植物园张全发团队，历经十年潜心研究，揭示了全球森林氮、磷、钾、钙、镁的分配规律。张全发团队首次报道了全球主要森林类型各林龄阶段单位面积的养分积累量，以及树叶、树干、树根等器官中养分的分配比例；提出了“养分根冠比”这一生态参数并量化了主要气候区不同年龄森林的养分根冠比；发现了全球森林地上、地下养分分配的异速生长尺度律(Allometric scaling)；探讨了影响森林养分分配的生物与非生物因素。
研究表明，每公顷热带森林、亚热带森林、温带森林、北方森林（Boreal forest）的树木中，平均氮储量分别为577.0、530.4、 513.2、336.7千克。就全球森林而言，平均25%的氮素被分配到树叶、53%的氮素被分配到树干和树枝。研究人员表示，“这个比例意味着，伐木时如果收获并带走林木的地上部分生物量，那么将导致78%的氮素损失；而如果选择将树叶留在原地，则只损失53%的氮素。可见，量化主要森林类型中氮、磷、钾、钙、镁这些重要养分的积累量及其在各器官的分配比例，对于森林经营管理有重要的指导意义。特别是对于那些更新或连栽的林地，经营者需知道至少要补充多少养分才能弥补因林木收获而导致的养分损失”。
研究人员发现，在全球尺度上，生长在较冷区域的森林倾向于分配更多养分到根系。这可能与冷凉环境中生命活动相对较弱以及土壤养分的可利用性相对较差有关。与被子植物森林（阔叶树为主）相比较，针叶树为主的裸子植物森林分配更多的养分到树叶，但它们分配到树干和树枝的养分比例明显低于被子植物森林。“我们提出，这种分配大量养分到光合作用器官的方式可能是针叶树种耐受贫瘠环境的重要机制之一。对于这些非常有意思的生态现象，我们正在安排进一步的实验进行验证”，研究人员表示。
研究成果发表在Global Change Biology上，该研究得到了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（“碳专项”）等的资助。
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热带森林（T）、亚热带森林（S）、温带森林（E）、北方森林（B）的养分密度
