Nutrient-mediated tree growth responses are governed by internal resource allocation: intra-organ water-carbon trade-offs and inter-organ carbon concentration gradient

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides mechanistic insights into nutrient-carbon interactions in forests, useful for refining carbon cycle models.

抄録 栄養塩の沈着は森林の生産性を再形成しているが、窒素（N）とリン（P）の増加を樹木の成長に結びつける生理学的メカニズムは未だ完全には解明されていない。我々は、内部の資源配分戦略—具体的には、器官内での水と炭水化物資源の間のトレードオフ、および器官間の炭水化物濃度勾配—が、栄養塩駆動型の樹木成長応答を媒介するという仮説を立てる。亜熱帯のスギ（Cunninghamia lanceolata）人工林における長期施肥実験を用いて、乾季に相対含水率（RWC）と従来の資源濃度［可溶性糖（SS）濃度；デンプン（ST）濃度］を測定した。我々は、全試料にわたり各器官タイプ内でRWC、SS、STを順位変換した。器官内の水-炭素トレードオフは、2つの正規化比として定量化した：RWC:SSについてはln(RWCrank/SSrank)、RWC:STについてはln(RWCrank/STrank)であり、値が高いほど、それぞれ膨圧維持に対する溶質依存度が高いこと、またはST貯蔵体積割合が大きいことを示す。器官間の炭素濃度勾配は、葉と小枝の間のSSまたはSTの差（SSleaf-twig、STleaf-twig）、および吸収根と輸送根の間の差として定量化した。我々は、3つの重要な栄養塩特異的応答を実証した：(i) N添加は輸送根のln(RWCrank/SSrank)を促進し、葉のln(RWCrank/STrank)を高め、STleaf-twigを増幅した；(ii) P添加は葉と小枝のln(RWCrank/SSrank)を低下させた；(iii) N+P併用添加は小枝のln(RWCrank/SSrank)を低下させ、葉と小枝のln(RWCrank/STrank)を増加させた。これらの再編成パターンは成長に直接的な影響を及ぼした：従来の資源濃度が成長変動の26.0%を説明したのに対し、派生属性を組み込むことで説明力は43.5%増加し（総分散の37.3%を説明）、小枝のln(RWCrank/STrank)が単独で最も強い成長予測因子として浮上し、N+P誘導によるST優位が成長速度の向上と相関した。N富化は輸送根におけるSS優位を高めたが、このパターンは幹の成長を犠牲にして生じる可能性がある。我々の結果は、地球規模の変化下において栄養塩媒介性の炭素管理パターンを森林生産性に機構的に結びつける内部資源配分フレームワークを確立し、N+Pの同時富化が単一栄養塩効果を超えて炭素資源の貯蔵と利用を相乗的に最適化することを明らかにする。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Abstract Nutrient deposition is reshaping forest productivity, yet the physiological mechanisms linking nitrogen (N) and phosphorus (P) enhancement to tree growth remain incompletely resolved. We propose that internal resource allocation strategies—specifically intra-organ trade-offs between water and carbohydrate resources and inter-organ carbohydrate concentration gradient—mediate nutrient-driven tree growth responses. Using a long-term fertilization experiment in subtropical Cunninghamia lanceolata plantations, we measured relative water content (RWC) and traditional resource concentrations [soluble sugar (SS) concentration; starch (ST) concentration] during drought season. We rank-transformed RWC, SS, and ST within each organ type across all samples. Intra-organ water-carbon trade-offs were quantified as two normalized ratios: ln(RWCrank/SSrank) for RWC:SS and ln(RWCrank/STrank) for RWC:ST, where higher values indicate greater solute dependence for turgor maintenance or greater ST storage volume fraction, respectively. The inter-organ carbon concentration gradient was quantified as differences in SS or ST between leaves and twigs (SSleaf-twig, STleaf-twig) and between absorptive roots and transport roots. We demonstrated three key nutrient-specific responses: (i) N addition promoted transport root ln(RWCrank/SSrank) while enhancing leaf ln(RWCrank/STrank), amplifying STleaf-twig; (ii) P addition reduced leaf and twig ln(RWCrank/SSrank); and (iii) combined N+P addition reduced twig ln(RWCrank/SSrank), while increasing leaf and twig ln(RWCrank/STrank). These reorganization patterns had direct growth consequences: while traditional resource concentrations explained 26.0% of growth variation, incorporating derived attributes increased explanatory power by 43.5% (to 37.3% total variance explained). Notably, the twig ln(RWCrank/STrank) emerged as the single strongest growth predictor, where N+P induced ST dominance correlated with enhanced growth rate. N enrichment enhanced SS dominance in transport roots, a pattern that may occur at the expense of stem growth. Our results establish an internal resource allocation framework that mechanistically links nutrient-mediated carbon management patterns to forest productivity under global change, revealing how N+P co-enrichment synergistically optimizes carbon resource storage and utilization beyond single-nutrient effects.

• openalex https://doi.org/10.1093/treephys/tpag109first seen 2026-08-10 04:50:09