End of season carbon supply status of woody species near the treeline in western China

SummaryAs trees and shrubs approach the high elevation tree limit, it is often assumed that they fall short in photosynthate (source limitation). Alternatively, low temperature may restrict carbon investment (growth, sink limitation). The content of mobile non-structural carbohydrates (NSC) in tissues is considered a measure of the carbon source–sink balance. To test the source vs. sink limitation hypothesis, we compared late-season NSC concentrations of various woody taxa across altitudinal gradients from the subalpine forest to the treeline at the eastern edge of the Tibetan Plateau. Since we were interested in the generality of trends, we present “community” trends across four taxa, namely Quercus aquifolioides, Abies faxoniana, Rhododendron fabri subsp. prattii and Sorbus rufopilosa. NSC concentrations increased significantly with altitude in branch wood, current-year and last-year leaves, while there were no significant trends in stem sapwood and root xylem. The sugar to starch ratio was roughly 1:1 in branches and evergreen leaves, while stems and roots showed a higher starch fraction. Analyses of total nitrogen in leaves and wood tissues indicated no change in the trees’ nitrogen supply with elevation. The overall altitudinal trends of NSC in this group of woody plant species revealed no depletion of carbon reserves near the tree limit, suggesting that sink limitation predominates woody plant life across this treeline ecotone community.

ZusammenfassungDer Status der Kohlenstoffversorgung bei holzigen Arten nahe der Baumgrenze im westlichen China. Wenn sich Bäume und Sträucher der Baumgrenze in großen Höhen nähern wird häufig angenommen, dass sie durch die Photosynthese limitiert werden (Quellenlimitierung). Alternativ könnten die niedrigen Temperaturen die Kohlenstoffinvestition beschränken (Wachstum, Senkenlimitierung). Der Gehalt mobiler, nichtstruktureller Kohlenhydrate (NSC) in den Geweben wird als ein Maß für das Quellen-Senken-Gleichgewicht des Kohlenstoffs betrachtet. Um die Quellenlimitierungs- vs. Senkenlimitierungs-Hypothese zu testen, verglichen wir die NSC-Konzentrationen in der Spätsaison bei verschiedenen holzigen Taxa entlang eines Höhengradienten, der von subalpinen Wäldern bis zur Baumgrenze am östlichen Rand der tibetischen Hochebene reichte. Weil wir an der Allgemeingültigkeit der Trends interessiert waren, präsentieren wir „Gemeinschafts“-Trends für vier Taxa, nämlich Quercus aquifolioides, Abies faxoniana, Rhododendron fabri subsp. pratii und Sorbus rufopilosa. Die NSC-Konzentrationen stiegen signifikant mit der Höhe im Holz der Äste sowie in den diesjährigen und letztjährigen Blättern, während es keine signifikanten Trends für das Saftholz des Stammes und das Wurzelxylem gab. Das Verhältnis von Zucker zu Stärke war im Groben 1:1 in den Ästen und immergrünen Blättern, während die Stämme und Wurzeln einen höheren Stärkeanteil zeigten. Analysen des Gesamtstickstoffs in den Blättern und Holzgeweben der Bäume wiesen auf keine Veränderung der Stickstoffversorgung mit der Höhe hin. Die allgemeinen Höhentrends der NSC in dieser Gruppe holziger Pflanzenarten zeigten keinen Mangel an Kohlenstoffreserven nahe der Baumgrenze und lassen vermuten, dass die Senkenlimitierung das Leben holziger Pflanzen in der Gemeinschaft des Baumgrenzen-Ökotons bestimmt.