胡杨根系水力提升作用的证据及其生态学意义

生长在塔里木河流域的荒漠河岸林植被虽长期忍受着高温和干旱的威胁, 然而它们却能够一直延续并保存至今。除了植物深根系吸水作用外, 另一个更主要的原因可能就是荒漠河岸林植被存在水力提升的效应。该文采用HRM热比率法茎流仪对3株胡杨(Populus euphratica)主根和侧根的液流速率分别进行了为期4 d的连续监测; 利用自动气象站对微气象因子：风速、空气相对湿度、叶面温度和地表温度进行连续监测; 同时采用了烘干法对不同深度土层在不同时刻的土壤含水率进行了取样分析。试验结果表明：胡杨主根液流在白天和夜间均表现为正值, 相反的, 胡杨侧根液流速率则出现了明显的夜间负向流动。胡杨根系0~120 cm土层土壤水分含量具有下湿上干的变化趋势; 胡杨侧根在夜间发生负向流动后, 土壤含水率显著升高, 尤其在60~120 cm土层中, 4:00土壤含水率上升幅度达到4:00时刻土壤含水率的22%~26%。影响胡杨侧根液流速率的主要气象因子主要是叶面水汽压亏缺。     

沙丘多枝柽柳灌丛根层土壤含水量变化特征与根系水力提升证据

分析干旱区深根型荒漠植物的根层土壤水分是揭示荒漠植物与土壤水分关系机理的重要方面。在黑河中游一片风沙侵蚀区域的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)人工林地中, 对表层0.3 m到3 m深的土壤不同深度的含水量进行了连续的动态观测。结果显示, 多枝柽柳根系层土壤含水量可以分为明显不同的3层: 浅层(0.2-1.7 m深)相对湿润层、中间(1.7-2.7 m深)相对干层和深层(2.7 m以下)有效含水层。在多枝柽柳生长盛期, 浅层相对湿润层土壤含水量呈现明显的昼夜变化特征, 同时, 在晚上植物根系与浅层土壤之间存在正水势梯度, 这说明存在根系水力提升现象。水力提升是干旱气候下根层浅层土壤含水量保持相对湿润的主要原因, 并因此维系浅层根系的发育, 也为多枝柽柳具备的防风固沙功能提供了可能的解释。据初步估算, 多枝柽柳根系水力提升占每天耗水量的5%-8%, 耗水的主要水分来源仍然是充足的土壤深层有效含水层。     

干旱区水力提升的生态作用

水力提升是某些植物通过深层根系从较湿的深层土壤中吸取水分再通过浅层根系在较干的浅层土壤中释出的过程。水力提升所释出水量及其释出过程具有积极的生态学意义,它不但为伴生植物提供新的水源、改善其邻近植物的蒸腾作用、缓解水分亏缺、提高水分利用效率．而且促进植物的养分吸收、促进上层干土中分解、硝化和矿化等生化过程．尤其是发生在克隆植物植株间的水分共享这种特殊的水力提升,还影响群落的形成。然而,对于一般的水力提升而言,水力提升所释出水量到底有多少。其生态学作用有多大．有待深入研究。结合研究实践认为．要研究水力提升具有多大的生态学作用．必须准确地区分水;勺提升的水量和毛管水的上升水量。还建议了研究水力提升新的研究方法。     

不同灌溉条件下杨树人工林蒸腾过程及环境响应

研究不同土壤水分阈值灌溉下毛白杨(Populus tomentosa)生长季蒸腾与环境因子的关系, 对于科学制定毛白杨高效水分管理策略至关重要。该研究以毛白杨人工林为研究对象, 设置不同灌溉处理: 充分灌溉(DF, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-18 kPa时灌溉)、控水灌溉(DC, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-45 kPa时灌溉)和无灌溉(CK, 空白对照)。采用热扩散技术, 对毛白杨生长季树干液流通量进行连续观测, 并同步监测太阳辐射(SR)、空气温度(T_a)、空气湿度(RH)、土壤体积含水率(SWC)和风速(WS)等环境因子。结果显示: 1)不同灌溉处理下毛白杨树干液流通量日变化趋势相似, 呈现单峰型, 并存在显著的夜间液流活动。灌溉处理不会影响树干液流的启动时间, 但会造成树干液流峰值时间出现差异, 充分灌溉会使液流峰值到达时间提前。灌溉会增大毛白杨蒸腾量, 毛白杨的蒸腾量随着土壤水分灌溉阈值的减小而增大。2)毛白杨树干液流密度与SR和空气水汽压亏缺(VPD)存在明显的时滞现象, 树干液流通量变化提前于VPD, 而滞后于SR。不同灌溉处理对时滞现象无显著影响。3) 3个处理下, 蒸腾与VPD、SR及SWC具有显著正相关关系, 与风速具有显著负相关关系, 且对气象因子的响应程度不同。综上所述, 灌溉能够有效调节人工林水分生理对环境因子的适应过程, 但增加灌溉未必会造成蒸腾相应增加。根据林分蒸腾需水和自然降雨的关系, 生长季前期(该研究为4-7月)进行灌溉有利于毛白杨人工林水分生理活动的进行。     

植物根系水力再分配模型参数分析与尺度转换

植物根系水力再分配(Hydraulic redistribution)是近几年提出的对植物根系水力提升现象一种更准确的描述。Ryel等(2002)建立的根系水力再分配模型(以下简称Ryel模型)模拟结果表明根系水力再分配是土壤水分动态的一个重要组成部分。该文基于Ryel模型,对模型中涉及的重要参数进行敏感性分析,更准确地阐述参数变化下根系水力再分配模型的行为动态,从而定量分析环境及植物自身等因素对根系水力再分配的影响。Ryel模型时间尺度和土层厚度的设定限制了模型的应用,该文通过参数调整,将模型从时间尺度为小时、土层厚度均一转换到时间尺度为天、土层厚度不等,并应用到内蒙古皇甫川流域。     

三倍体毛白杨不同方位树干边材液流特性研究

利用热扩散式边材液流探针(TDP)和多种气象、土壤因子传感器组成的全自动气象站,于生长季对三倍体毛白杨速生纸浆林不同方位树干边材液流及环境因子进行了系统观测分析,以揭示不同方位三倍体毛白杨边材液流的差异性、相互关系及其对环境因子的响应.结果表明,(1)不同方位树干边材液流速率日变化规律相似,晴天呈"双峰型",阴天和雨天呈"单峰型";晴天和阴天树干东、南、西、北4个方位间树干液流速率差异不显著(P>0.05),而雨天东向液流速率(0.906 cm/s)显著大于南向(0.267 cm/s);(2) 三倍体毛白杨各方位液流速率间呈极显著正相关,通过东、西、北3方位与南方位建立的回归方程也达到极显著水平;(3) 三倍体毛白杨边材液流变化受太阳辐射、空气温度、空气相对湿度、风速和土壤温湿度等环境因子的影响,但不同天气条件、不同时段和不同方位影响的主导因子不同;(4) 三倍体毛白杨具有明显的夜间液流特性,晴天、阴天、雨天夜间累计液流密度分别占全天累计液流密度的18.84%、19.13%、40.77%.     

毛白杨叶片膨压变化规律及其对环境因子的响应

明确毛白杨叶片膨压变化规律及其对环境因子的响应, 可以为以叶片膨压作为水分亏缺指标指导灌溉提供理论依据。该研究以滴灌条件下的二年生毛白杨(Populus tomentosa)人工林为研究对象, 对充分灌溉(FI)和控水灌溉(CK)的叶片磁力探针压力输出值(P_p)进行了连续监测, 并同步监测了土壤温度(T_s)、土壤水势(Ψ_s)、液流速率(V_SF)和气象因子, 探讨了不同水分处理下毛白杨叶片膨压变化规律及其与环境因子的关系。结果表明: 1)不同天气条件下的P_p均呈明显的“昼高夜低”变化规律, 且晴天的峰值宽度最大; 2)标准化相对叶片膨压(ΔP_p)与V_SF在不同天气条件下均呈正相关关系, 都可用二项式函数描述, 决定系数(R ²)从大到小依次是: 晴天(R ² = 0.87) >阴天(R ² = 0.72) >雨天(R ² = 0.31); 3)影响P_p变化的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)、空气温度(T_a)、空气相对湿度(RH)以及饱和水汽压差(VPD), 其中PAR与P_p协同变化最一致; 4) ΔP_p对不同环境因子均存在时滞效应, 且不同水分处理的时滞圈大小不同; 5)不同水分处理的P_p曲线形状有明显差异。综上所述, 毛白杨叶片膨压变化规律与环境因子关系密切, 且与晴天液流速率存在高度的协同变化, 有作为水分亏缺诊断指标的潜力。     

晋西黄土区苹果树边材液流速率对环境驱动的响应

为明确环境因子对树木蒸腾过程的驱动机制,以晋西黄土残塬沟壑区的苹果树(红富士)为对象,利用热扩散式液流技术监测生长季苹果树树干液流的动态变化,并同步监测了气象和土壤水分等环境要素的季节动态.结果表明: 在众多环境因子中,太阳净辐射(R_n)、大气水分亏缺(VPD)与液流速率(J_s)间的相关性最强.在小时或日尺度,环境因子主成分分析中前3个主成分的累积方差贡献率均在86%以上.其中,第一主成分主要包含VPD、R_n等因子,方差贡献率达52%(小时尺度)和63%(日尺度)以上,可归为蒸发需求因子(EDI),是影响该地区果树树干液流的关键综合环境要素集;第二主成分主要包括土壤含水率(SWC)等因子,归为土壤水热供给因子;第三主成分主要包括风速等因子,归为大气水热散失动力因子.在小时或日尺度上,J_s对两种环境因子综合变量(EDI或潜在蒸发散ET₀)的响应都呈显著的指数增长关系,在小时尺度上,基于EDI模拟苹果J_s的指数模型精度更高(R²=0.72),在日尺度上,基于ET₀模拟苹果J_s的指数模型模拟精度更高(R²=0.88).研究结果对于明确苹果树水分传输对环境驱动的响应规律,根据气象要素估算苹果树蒸腾耗水量,并指导果园水分管理均具有重要意义.     

Patterns of variations in leaf turgor pressure and responses to environmental factors in Populus tomentosa

明确毛白杨叶片膨压变化规律及其对环境因子的响应, 可以为以叶片膨压作为水分亏缺指标指导灌溉提供理论依据。该研究以滴灌条件下的二年生毛白杨(Populus tomentosa)人工林为研究对象, 对充分灌溉(FI)和控水灌溉(CK)的叶片磁力探针压力输出值(P_p)进行了连续监测, 并同步监测了土壤温度(T_s)、土壤水势(Ψ_s)、液流速率(V_SF)和气象因子, 探讨了不同水分处理下毛白杨叶片膨压变化规律及其与环境因子的关系。结果表明: 1)不同天气条件下的P_p均呈明显的“昼高夜低”变化规律, 且晴天的峰值宽度最大; 2)标准化相对叶片膨压(ΔP_p)与V_SF在不同天气条件下均呈正相关关系, 都可用二项式函数描述, 决定系数(R ²)从大到小依次是: 晴天(R ² = 0.87) >阴天(R ² = 0.72) >雨天(R ² = 0.31); 3)影响P_p变化的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)、空气温度(T_a)、空气相对湿度(RH)以及饱和水汽压差(VPD), 其中PAR与P_p协同变化最一致; 4) ΔP_p对不同环境因子均存在时滞效应, 且不同水分处理的时滞圈大小不同; 5)不同水分处理的P_p曲线形状有明显差异。综上所述, 毛白杨叶片膨压变化规律与环境因子关系密切, 且与晴天液流速率存在高度的协同变化, 有作为水分亏缺诊断指标的潜力。     

休眠前期玉兰树干液流的变化及其对环境因子的响应

2011年9月26日-11月5日,利用热平衡技术连续测算了引种北京4年的红花玉兰[抗寒型(HK)和非抗寒型(HF)]、黄玉兰(HY)和二乔玉兰(EQ)的树干液流,结合同步观测的环境因子数据,分析休眠前玉兰的树干液流和综合环境因子的变化,以及在0.5h尺度和日尺度下液流对各环境因子的响应.结果表明:休眠前,玉兰的树干液流呈明显的逐日下降趋势.影响玉兰树干液流的7个环境因子可分为气象因子(MI)和土壤因子(SI)两类.树干液流与MI具有同步的单峰节律性变化规律,与SI呈同步降低趋势.MI和SI对树干液流的共同影响程度为69.8％ ～73.2％.0.5 h尺度和日尺度下,玉兰树干液流与总辐射(Rs)、空气水汽压亏缺(D)、相对湿度(RH)、气温(Ta)和风速(w)极显著相关;在0.5h尺度下与土壤温度(Ts)和土壤含水量(SWC)的相关性不显著,在日尺度下与Ts、SWC和昼长(Z)极显著相关,相关系数在0.8左右.日尺度下进入各回归模型的环境因子有Rs、Z和D,而0.5h尺度下除SWC和Ts外其余环境因子均进入模型,且日尺度逐步回归决定系数(0.92 ～0.96)大于0.5h尺度(0.77 ～0.87)(除HF外).除HF外,其余玉兰的液流变化规律与各单一环境因子间的相关程度一致,这与HF无法正常越冬而其余玉兰在北京顺利越冬的实际情况相一致.     

Hydraulic redistribution in three Amazonian trees

About half of the Amazon rainforest is subject to seasonal droughts of 3 months or more. Despite this drought, several studies have shown that these forests, under a strongly seasonal climate, do not exhibit significant water stress during the dry season. In addition to deep soil water uptake, another contributing explanation for the absence of plant water stress during drought is the process of hydraulic redistribution; the nocturnal transfer of water by roots from moist to dry regions of the soil profile. Here, we present data on patterns of soil moisture and sap flow in roots of three dimorphic-rooted species in the Tapajós Forest, Amazônia, which demonstrate both upward (hydraulic lift) and downward hydraulic redistribution. We measured sap flow in lateral and tap roots of our three study species over a 2-year period using the heat ratio method, a sap-flow technique that allows bi-directional measurement of water flow. On certain nights during the dry season, reverse or acropetal flow (i.e.,in the direction of the soil) in the lateral roots and positive or basipetal sap flow (toward the plant) in the tap roots of Coussarea racemosa (caferana), Manilkara huberi (maçaranduba) and Protium robustum (breu) were observed, a pattern consistent with upward hydraulic redistribution (hydraulic lift). With the onset of heavy rains, this pattern reversed, with continuous night-time acropetal sap flow in the tap root and basipetal sap flow in lateral roots, indicating water movement from wet top soil to dry deeper soils (downward hydraulic redistribution). Both patterns were present in trees within a rainfall exclusion plot (Seca Floresta) and to a more limited extent in the control plot. Although hydraulic redistribution has traditionally been associated with arid or strongly seasonal environments, our findings now suggest that it is important in ameliorating water stress and improving rain infiltration in Amazonian rainforests. This has broad implications for understanding and modeling ecosystem process and forest function in this important biome.     

Root biomass distribution of triploid Populus tomentosa under wide- and narrow-row spacing planting schemes and its responses to soil nutrients

三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)是我国华北地区主要纸浆林品种, 在该地区多采用宽窄行模式栽植。为基于根系结构特征制定该模式下毛白杨人工林高效水肥管理策略和明确影响其根系空间分布的主要因子, 在5年生林分中于8株样树周围挖取2106个土柱, 研究该栽植模式下毛白杨根系生物量的空间分布特征, 并分析了细根垂直分布对土壤有机质、速效磷和碱解氮等的响应。结果表明, 一维垂向上, 宽行内细根根重密度(FRBD)在0-30 cm土层中随深度增加而递减, 但在30 cm以下土层呈均匀分布(p = 0.079); 窄行内FRBD呈“双峰”分布, 即在0-20 cm (22%)和70-110 cm (31%)土层均有较多细根分布; 10-150 cm各土层中, 窄行FRBD较宽行高17%-148%。宽、窄行内, 随深度增加, 粗根根重密度(CRBD)均呈先增后减变化, 而细根粗根比(F/C)无显著变化(p > 0.05), 窄行平均F/C较宽行高60%。一维径向上, 宽、窄行内FRBD均呈近均匀分布, 而CRBD和F/C均随距离增加分别显著递减和增大。二维尺度上, FRBD在窄行内分布相对均匀, 但在宽行内主要集中在表土层且随距离增加细根浅层化程度增强; CRBD在树干两侧呈“不对称”分布; 垂向0-20 cm、径向160-300 cm范围是宽行内平均FRBD和F/C较高区域, 分别为宽行相应指标总平均的2.8和1.1倍。FRBD在0-30 cm土层中随土壤有机质、速效磷和碱解氮含量的增加而逐渐增大, 但在30 cm以下土层中无明显变化趋势。研究结果表明, 宽、窄行间毛白杨根系分布的差异性主要体现在细根一维垂直分布和细根、粗根二维分布上。土壤有机质、速效磷和碱解氮是0-30 cm土层中毛白杨细根垂直分布的重要影响因子, 但对下层土壤中根系分布无影响。对宽窄行栽植的毛白杨林分灌溉时, 灌溉水应供给到窄行区域; 施肥时, 缓释肥和速效肥应分别浅施在宽行中央附近和窄行内。     

黄土丘陵区油松、沙棘生长旺盛期树干液流密度特征及其影响因素

使用热扩散探针法(TDP)监测黄土丘陵区2015年7—9月人工林中油松和沙棘树干液流密度(J_s)的动态变化,并通过植物的水分利用生理特征判断2个树种的水分利用类型.结果表明: 油松和沙棘的J_s在降水前后均表现为单峰型日变化特征,油松生长旺盛期的J_s(12.62 mL·m^-2·s^-1)显著高于沙棘(2.60 mL·m^-2·s^-1).2个树种J_s与光合有效辐射、水蒸汽压差、土壤体积含水量(SWC)呈显著正相关.8月和9月降水前后,2个树种的J_s都主要受气象因素影响.9月降水导致SWC对沙棘J_s的解释量增加4.2%,而8月和9月的降水导致SWC对油松J_s的解释量均降低了0.3%.油松中午叶片水势显著高于沙棘且变异系数(7.3%)低于沙棘(11.7%),而沙棘具有较高的叶片气孔导度,因此可以判断出油松属于恒水型植物,沙棘属于变水型植物.     

Azimuthal variation in nighttime sap flow and its mainly influence factors of Populus tomentosa

为明确毛白杨(Populus tomentosa)不同方位夜间蒸腾量(Nt)及茎干充水量(Sr)等夜间液流活动的规律, 探究不同方位Nt和Sr的主要影响因子, 该研究使用热扩散的方法监测了宽窄行模式下栽植的毛白杨茎干不同方位夜间液流, 并用图像法区分Nt和Sr。使用自动气象站和机械式张力计监测太阳总辐射(R_s, kW·m^-2)、空气温度(T_a, ℃)、空气相对湿度(RH, %)、风速(v, m·s^-1)、土壤水势(ψ, kPa)等环境因子。通过比较各方位的Nt和Sr等液流活动的大小情况及其与环境因子之间的相关性得到方位间夜间液流的差异性以及各方位夜间液流的主要影响因子。结果显示: 宽行距位于东侧的样树西方位的Nt和Sr均最大, 其中西方位的Sr显著大于其他3个方位; 北方位的Nt显著小于其他3个方位; 其他方位间的Nt和Sr无显著差异; 各方位夜间茎干充水量占夜间液流量的比例(Sr/Q)无显著差异。宽行距位于西侧的样树西方位的Nt和Sr亦均最大, 其中西方位的Sr显著大于东方位和南方位; 南方位的Nt最小, 显著小于西方位和北方位, 其他方位间的Nt和Sr无显著差异; 南方位的Sr/Q显著大于其他3个方位。各方位的Nt和Sr均与水汽压亏缺(VPD)有显著的正相关关系, 部分方位Nt和Sr与T_a和RH有显著相关关系, 没有任何方位Nt和Sr与v和ψ有显著相关关系。Nt和Sr方位间的差异(Nt_CV、Sr_CV)与VPD、T_a、RH、v和ψ均无显著相关关系。此外, Sr受白天的液流活动的影响显著。综上所述, 毛白杨不同方位Nt和Sr等液流活动具有较大的差异, 且西方位是优势方位; VPD是影响各方位Nt和Sr的主要气象因子。     

毛白杨茎干不同方位夜间液流变化规律及其主要影响因子

为明确毛白杨(Populus tomentosa)不同方位夜间蒸腾量(Nt)及茎干充水量(Sr)等夜间液流活动的规律, 探究不同方位Nt和Sr的主要影响因子, 该研究使用热扩散的方法监测了宽窄行模式下栽植的毛白杨茎干不同方位夜间液流, 并用图像法区分Nt和Sr。使用自动气象站和机械式张力计监测太阳总辐射(R_s, kW·m^-2)、空气温度(T_a, ℃)、空气相对湿度(RH, %)、风速(v, m·s^-1)、土壤水势(ψ, kPa)等环境因子。通过比较各方位的Nt和Sr等液流活动的大小情况及其与环境因子之间的相关性得到方位间夜间液流的差异性以及各方位夜间液流的主要影响因子。结果显示: 宽行距位于东侧的样树西方位的Nt和Sr均最大, 其中西方位的Sr显著大于其他3个方位; 北方位的Nt显著小于其他3个方位; 其他方位间的Nt和Sr无显著差异; 各方位夜间茎干充水量占夜间液流量的比例(Sr/Q)无显著差异。宽行距位于西侧的样树西方位的Nt和Sr亦均最大, 其中西方位的Sr显著大于东方位和南方位; 南方位的Nt最小, 显著小于西方位和北方位, 其他方位间的Nt和Sr无显著差异; 南方位的Sr/Q显著大于其他3个方位。各方位的Nt和Sr均与水汽压亏缺(VPD)有显著的正相关关系, 部分方位Nt和Sr与T_a和RH有显著相关关系, 没有任何方位Nt和Sr与v和ψ有显著相关关系。Nt和Sr方位间的差异(Nt_CV、Sr_CV)与VPD、T_a、RH、v和ψ均无显著相关关系。此外, Sr受白天的液流活动的影响显著。综上所述, 毛白杨不同方位Nt和Sr等液流活动具有较大的差异, 且西方位是优势方位; VPD是影响各方位Nt和Sr的主要气象因子。     

Water uptake and hydraulic redistribution across large woody root systems to 20 m depth

Deep water uptake and hydraulic redistribution (HR) are important processes in many forests, savannas and shrublands. We investigated HR in a semi‐arid woodland above a unique cave system in central Texas to understand how deep root systems facilitate HR. Sap flow was measured in 9 trunks, 47 shallow roots and 12 deep roots of Quercus, Bumelia and Prosopis trees over 12 months. HR was extensive and continuous, involving every tree and 83% of roots, with the total daily volume of HR over a 1 month period estimated to be approximately 22% of daily transpiration. During drought, deep roots at 20 m depth redistributed water to shallow roots (hydraulic lift), while after rain, shallow roots at 0–0.5 m depth redistributed water among other shallow roots (lateral HR). The main driver of HR appeared to be patchy, dry soil near the surface, although water may also have been redistributed to mid‐level depths via deeper lateral roots. Deep roots contributed up to five times more water to transpiration and HR than shallow roots during drought but dramatically reduced their contribution after rain. Our results suggest that deep‐rooted plants are important drivers of water cycling in dry ecosystems and that HR can significantly influence landscape hydrology.     

基于整树称重法的Granier经验公式对毛白杨树干液流测定的适用性

为了评估Granier经验公式在树干液流测定中的适用性,以毛白杨为对象,利用热扩散式探针法(TDP)测定树木的液流速率,以整树称重法进行同步测定,对比分析Granier经验公式在毛白杨树干液流测定中是否存在误差,并对整树称重法测定的蒸腾速率与热扩散法测定的温差系数K进行幂指数回归拟合,建立校正的Granier公式。结果表明:与整树称重法测定的蒸腾速率相比,通过Granier经验公式计算的液流速率低估了67.7%;建立了毛白杨的Granier校正公式F_d=0.0135K^0.6952(R²=0.77),校正后Granier公式的计算结果与整树称重法测定的蒸腾速率相比仅降低了3.4%,具有较好的一致性。因此,采用Granier经验公式计算毛白杨树干液流速率需进行校正。     

控水条件下侧柏冠层气孔导度对土壤水的响应

建立了不同控水条件下(无降水、一半降水、自然降水和二倍降水)的侧柏样地,于2016年8月—2017年8月监测了样地土壤含水量(SWC)、降水量、液流密度(J_s)、叶面积指数(LAI)和水汽压亏缺(VPD)等因子,分析SWC对侧柏冠层气孔导度(g_s)的影响。结果表明: 一半、自然和二倍降水样地的SWC与降水量呈正相关,SWC变化范围分别为4.9%～16.0%、7.2%～22.9%、7.4%～29.6%,无降水样地的SWC在8—10月下降50%;7月的日g_s在14:00达到峰值(166.64 mmol·m^-2·s^-1),显著高于其他月份,且出现双峰现象, 1月的日g_s在12:00达到峰值(54.1 mmol·m^-2·s^-1);3个降水条件下,侧柏g_s与SWC呈负二次相关关系,且g_s达到峰值,对应的SWC分别为8.5%、12.5%和18.5%,均趋近于年平均SWC。不同控水样地内侧柏g_s对VPD的敏感性(δ)/参比冠层气孔导度(g_sref)均≥0.6,表明不同控水条件下土壤水分状况较适合侧柏蒸腾用水的需求。当SWC在3.7%～7.5%时,δ和g_sref值迅速增大,说明气孔调节能力更好,植物气孔对VPD的响应更敏感;当SWC上升到11%时,SWC变化对g_sref和g_s对VPD响应敏感性的影响不显著。可能存在侧柏产生适应状态的SWC阈值,植物体在自身的生命活动中关闭或减小气孔开度,降低叶片水势以适应过高的VPD,保护植物不会引起过度蒸腾,从而对蒸腾的调控更加有效。     

干旱胁迫下毛白杨和元宝槭的水力学调控

毛白杨(Populus tomentosa)和元宝槭(Acer truncatum)是华北平原人工林的主要树种, 研究两者水力结构和干旱-复水过程中茎非结构性碳水化合物(NSC)含量动态, 可揭示其水力学调控策略, 为全球气候变化背景下华北人工林水分平衡的科学管理提供理论依据。该研究以相同生境下分布的毛白杨和元宝槭幼树为研究材料, 测量两者的茎抗栓塞能力与水力安全阈、水力面积、叶膨压损失点等水力结构参数; 开展干旱-复水实验, 测定茎NSC含量动态以及干旱胁迫解除后复水阶段的木质部栓塞修复能力。结果表明: 毛白杨导水率损失50%对应的水势(-1.289 MPa)高于元宝槭(-2.894 MPa), 且膨压损失点时的渗透势低, 水力安全阈小, 木材密度小, 气孔调节偏向于变水行为, 表现为易栓塞的低水势忍耐脱水耐旱特性, 水分调节对策趋于冒险; 元宝槭则倾向于不易栓塞的高水势延迟脱水耐旱特性, 水分调节对策趋于保守。在干旱-复水实验中, 毛白杨可溶性糖、淀粉和茎NSC含量先减后增, 元宝槭则先增后减; 并且毛白杨表现出比元宝槭更高的栓塞修复能力, 这与植物体内茎NSC含量变化差异具有一定联系。毛白杨较高的栓塞修复能力也为其易栓塞的低水势忍耐脱水耐旱特性及冒险的水分调节对策提供水力安全保障。两树种在水力学调控上表现出的较大差异可能与其生活史特性相关。     

Transverse hydraulic redistribution by a grapevine

Root hydraulic redistribution has been shown to occur in numerous plant species under both field and laboratory conditions. To date, such water redistribution has been demonstrated in two fundamental ways, either lifting water from deep edaphic sources to dry surface soils or redistributing water downward (reverse flow) when inverted soil Ψ_s gradients exist. The importance of hydraulic redistribution is not well documented in agricultural ecosystems under field conditions, and would be important because water availability can be temporally and spatially constrained. Herein we report that a North American grapevine hybrid (Vitis riparia × V. berlandieri cv 420 A) growing in an agricultural ecosystem can redistribute water from a restricted zone of available water under a drip irrigation emitter, laterally across the high resistance pathways of the trunk and into roots and soils on the non-irrigated side. Deuterium-labelled water was used to demonstrate lateral movement across the vine's trunk and reverse flow into roots. Water redistribution from the zone of available water and into roots distant from the source occurred within a relatively short time frame of 36 h, although overnight deposition into rhizosphere soils around the roots was not detected. Deuterium was eventually detected in rhizosphere soils adjacent to roots on the non-irrigated side after 7 d. Application of identical amounts of water with the same deuterium enrichment level (2%) to soils without grapevine roots showed that physical transport of water through the vapour phase could not account for either downward or transverse movement of the label. These results confirmed that root presence facilitated the transport of label into soils distant from the wetted zone. When deuterium-labelled water was allowed to flow directly into the trunk above the root–trunk interface, reverse flow occurred and lateral movement across the trunk and into roots originating around the collar region did not encounter large disproportionate resistances. Rapid redistribution of water into the entire root system may have important implications for woody perennial cultivars growing where water availability is spatially heterogeneous. Under the predominantly dry soil conditions studied in this investigation, water redistributed into roots may extend root longevity and increase the vines water capacitance during periods of high transpiration demand. These benefits would be enhanced by diminished water loss from roots, and could be equally important to other cited benefits of hydraulic redistribution into soils such as enhancement of nutrient acquisition.