森林享有“地球之肺”的美譽，是陸地上最廣袤、最復雜的生態系統。森林生態系統具有固碳釋氧、調節氣候、涵養水源、防控自然災害、提供林產品、支撐生物多樣性等重要功能。不過，森林的生長發育及生態功能的發揮通常受到養分元素的制約。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模擬、森林經營管理等至關重要。
中國科學院武漢植物園張克榮博士在張全發研究員的指導下，歷經十年潛心研究，揭示了全球森林氮、磷、鉀、鈣、鎂的分配規律。這項近期發表于國際學術期刊Global Change Biology的研究中，張全發團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分積累量以及樹葉、樹干、樹根等器官中養分的分配比例；提出了“養分根冠比”這一生態參數并量化了主要氣候區不同年齡森林的養分根冠比；發現了全球森林地上、地下養分分配的異速生長尺度律(Allometric scaling)；探討了影響森林養分分配的生物與非生物因素。
張全發團隊的這項研究表明, 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，那么將導致78%的氮素損失；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、鎂這些重要養分的積累量及其在各器官的分配比例，對于森林經營管理有著十分重要的指導意義。特別是對于那些更新或連栽的林地，經營者需知道至少要補充多少養分才能彌補因林木收獲而導致的養分損失”。
另外，研究人員發現，在全球尺度上，生長在較冷區域的森林傾向于分配更多養分到根系。這可能與冷涼環境中生命活動相對較弱以及土壤養分的可利用性相對較差有關。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分到樹葉，但它們分配到樹干和樹枝的養分比例明顯低于被子植物森林。“我們提出，這種分配大量養分到光合作用器官的方式可能是針葉樹種耐受貧瘠環境的重要機制之一。對于這些非常有意思的生態現象，我們正在安排進一步的實驗進行驗證”，研究人員表示。
Global Change Biology的審稿人對該項研究給予高度評價，認為“your work is challenging, the research has done properly”、“The paper will make a useful new contribution in this field”。該研究得到了國家自然科學基金（31470499，31770562，31130010）、中國科學院戰略性先導科技專項（“碳專項”，XDA05060500）等項目的資助。
論文鏈接：Global-scale patterns of nutrient density and partitioning in forests in relation to climate
（http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1111/(ISSN)1365-2486/earlyview）
圖1熱帶森林（T）、亞熱帶森林（S）、溫帶森林（E）、北方森林（B）的養分密度
