桂西南喀斯特季雨林木本植物的水力安全

桂西南喀斯特地区生物多样性丰富、特有种多,同时也是石漠化问题较为严重的区域。由于该喀斯特地区土层浅薄、岩石裸露、表层储水能力差,植物在干旱季节经常会受到水分胁迫。植物水力学特征不仅是探讨喀斯特地区植物的生理生态适应性的关键,还能够为石漠化地区的植被恢复提供重要参考。该研究测定了桂西南喀斯特季雨林17种代表性木本植物(包括不同生活型、叶片习性和生境)的木质部脆弱性曲线、最低水势、叶片膨压丧失点和边材密度等水力性状,结果发现:(1)喀斯特植物木质部导水率丧失50%时的水势值(P50)的种间差异较大(–0.51––2.51MPa),其中常绿种的抗栓塞能力比落叶种强;(2)喀斯特植物的木质部水力安全边界值(最低水势与P50之间的差值)的均值为0.36 MPa,说明喀斯特森林植物在自然最低水势状况下木质部发生栓塞的程度较高;但是不同植物种间存在显著差异,这可能与喀斯特峰丛洼地生境的复杂性以及物种不同的抗旱策略有关;(3)由于喀斯特植物水分适应机制的多样化,导致木质部水力安全边界与叶片膨压丧失点、边材密度的相关性并不显著。在区域气候干热化的背景下,结合喀斯特植物的栓塞脆弱性和长期水势监测(尤其极端干旱事件)分析它们的水力安全,对预测未来喀斯特森林物种分布和群落动态具有重要的指示作用。     

中国热带珊瑚岛优势木本植物抗风桐和草海桐的水分适应策略解析

植物水力性状能够反映植物对不同水分条件的适应能力，研究热带珊瑚岛特殊生境下优势植物的水力功能特征对深入理解热带珊瑚岛植物的水分适应策略，从而选择热带珊瑚岛植被构建和恢复的适生物种具有重要意义。该研究以中国热带珊瑚岛生境中2种优势适生木本植物：抗风桐(Pisonia grandis)和草海桐(Scaevola sericea)为研究对象，比较了其叶片和枝条的水力性状，并分析了其水分适应策略。结果表明, 抗风桐的叶片栓塞抗性、枝条边材比导水率和叶片膨压丧失点显著高于草海桐，而枝条栓塞抗性、叶片导水率、边材密度和叶面积边材面积比均显著低于草海桐。抗风桐的叶片具有比枝条更强的抗栓塞能力，对水分胁迫敏感，但同时选择以高效的枝干水分运输来满足叶片高蒸腾需求的充足供水。草海桐枝条与叶片则存在水力脆弱性分区，在面临水分胁迫时叶片充当“安全阀”以保证枝干木质部的水力安全。抗风桐与草海桐能够通过协调叶片与枝条水力性状采取不同的水分适应策略，从而更好地适应热带珊瑚岛的特殊生境。     

自然和人工生境被子植物枝木质部结构与功能差异

水是植物生存与生长的基础条件, 水分有效性影响植物木质部解剖结构、水力功能, 使之形成特定的适应特征。因此, 对比自然与人工生境中同一植物的水力功能与解剖结构差异, 有助于理解植物对水分环境的适应机理。该研究以湿润区三角槭(Acer buergerianum)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)和女贞(Ligustrum lucidum)为研究材料, 对比分析了自然和人工生境中各物种的栓塞抗性(导水率损失50%时的水势(P₅₀))、输水效率(比导率(K_s))和解剖结构(导管直径(D)、导管壁厚(T)、导管密度(N)、木质部密度(WD)、厚度跨度比(t/b)²)特征, 探究了同生境种内与跨生境、跨物种水平的效率-安全权衡关系, 量化分析了水力功能与解剖结构的关系。结果发现: 1) 3种被子植物在自然生境中K_s更大, P₅₀更小, 与其更大的D、更小的(t/b)²有关。2)同生境种内K_s与P₅₀不存在权衡。3)功能性状和解剖结构相关分析表明: 同生境种内D与P₅₀不存在显著的相关关系; 除自然生境女贞外, T、(t/b)²均与P₅₀正相关。相对于人工生境, 在水分有效性低或无额外浇灌的自然生境中, 植物通过增大导管直径显著提高其输水效率, 从而避免水势下降、降低潜在栓塞风险。     

八个树种叶水力性状对水分条件的响应及其驱动因素

树木叶片的水力效率和安全性会对水分条件的改变做出一定的响应, 进而影响树木的生长和分布, 然而叶导水率(K_leaf)和叶水力脆弱性(P₅₀)对不同水分条件的响应模式及其影响因素尚不清楚。该研究选取了晋西北关帝山和黑茶山两种水分条件下的8种树种, 测量其水力性状、叶片导管和形态性状, 比较两地不同树种的K_leaf和P₅₀的变化, 分析叶片水力效率和安全性之间的权衡关系, 并探讨叶片水力性状在不同树种及水分条件下的响应模式及其驱动因素。结果表明: 对同一树种而言, 湿润的关帝山叶最大导水率(K_max)和P₅₀均高于干旱的黑茶山; 对同一地区而言, 从在高水分条件下生长的树种到在易干旱环境生长的树种, K_max和P₅₀均逐渐下降。K_max、P₅₀、膨压丧失点水势(TLP)之间均存在显著相关关系。两地叶片P₅₀与导管密度、导管塌陷预测值((t/b)³)、叶片厚度、比叶质量显著正相关, 与导管直径、叶面积显著负相关, 不同树种的K_leaf和P₅₀与叶导管性状的关系大于叶形态性状。同一树种的关帝山到黑茶山P₅₀变化量(δP₅₀)与比叶质量和叶干物质含量在两地的变化量显著正相关, 同一树种δP₅₀与叶形态性状变化量的关系大于与叶导管性状的。以上结果表明: 随着水分条件变差, 叶片水力效率降低, 水力安全性提高, 不同树种叶片水力效率与安全性之间存在一定的权衡关系, 不同树种叶水力性状的差别受叶导管性状影响的程度大于受叶形态性状的影响, 同一树种叶水力安全性对水分条件变化的响应主要依靠叶形态性状的驱动, 树木在提高自身叶水力安全的同时增加了叶构建的碳投资。     

木本植物木质部栓塞脆弱性研究新进展

木质部空穴化和栓塞是木本植物在干旱等条件下遭受水分胁迫时产生的木质部输水功能障碍, 在全球气候变化的大背景下, 栓塞脆弱性对干旱响应的研究已成为热点和重要内容。近年来有关木质部栓塞脆弱性与植物输水结构和耐旱性的关系已有大量研究并取得一定成果, 但是, 不同学者在不同地区对不同材料的研究结果存在很大不同。该文就近年来这一研究领域取得的成果及争议问题进行了概括和总结, 主要涉及木质部栓塞脆弱性(P₅₀)及脆弱曲线的建立方法、木质部栓塞脆弱性与木质部结构(导管直径、导管长度、纹孔膜、木质部密度、纤维及纤维管胞)间的关系和木质部栓塞脆弱性与耐旱性的关系, 并对未来工作进行展望, 提出在未来的工作中应对同一树种使用Cochard Cavitron离心机法、Sperry离心机技术与传统方法建立的脆弱曲线进行比较验证、计算P₅₀值、分析植物个体器官水平差异(根、茎、叶)、测定树种生理生态指标, 探索植物栓塞脆弱性与输水结构和耐旱性的关系, 从而评估不同类型植物在未来气候变化下的耐旱能力。     

不同原生境的6种棕榈科植物叶片水力性状的对比研究

为揭示生长在湿润生境和季节性干旱生境棕榈科植物的水分生理生态适应的差异,在中国科学院华南植物园中选取3种原分布于湿润生境(SOMH)植物:澳洲轴榈(Licualaramsayi)、槟榔(Arecacatechu)和所罗门皱籽棕(Ptychosperma salomonense),以及3种原分布于季节性干旱生境(SODH)植物:大丝葵(Washingtonia robusta)、澳洲蒲葵(Livistona australis)和大蒲葵(L. saribus),对叶片和叶柄的结构与功能性状进行测定。结果表明,与SODH物种相比,3种SOMH植物的水力加权导管直径(Dh)、理论导水率(Kth)、膨压丧失点(TLP)、脆弱性指数(VI)和比叶面积(SLA)较高,而其叶脉密度(VD)较低。TLP、VI均与Kth呈显著正相关,说明水力效率和水力安全之间存在权衡关系。可见,SOMH棕榈的叶片水力效率高于SODH棕榈,但叶片水力安全低于SODH,这揭示了生长于不同生境棕榈科植物在水分生理生态策略上的差异。     

三种苏铁植物呈现出迥异的水力安全边界北大核心CSCD

为探究苏铁植物的水力安全边界(hydraulic safety margins,HSM),该试验选用经典的自然干燥法和最新发表的抽气法测定三种同质园苏铁植物抗旱性(即叶轴木质部脆弱性曲线),获得抗旱指标P_(50)和P_(88)(导水率丧失或气体抽取量分别为50%和88%时的木质部水势),与叶片正午水势计算HSM,结合管胞性状分析。结果表明:(1)苏铁(Cycas revoluta)、越南篦齿苏铁(C.elongata)、摩瑞大泽米苏铁(Macrozamia moorei)的管胞长度分别为(4413±378)、(5146±730)、(6954±862)μm,苏铁、越南篦齿苏铁与摩瑞大泽米苏铁差异显著(P<0.05)。(2)两种方法测定的脆弱性曲线都呈典型的“S”型,苏铁、越南篦齿苏铁、摩瑞大泽米苏铁的P_(50H)(导水率丧失50%时的木质部水势)和P_(50P)(气体抽取量为50%时的木质部水势)分别为-2.5、(-2.4±0.5)MPa,-2.3、(-3.6±0.7)MPa,-1.5、(-1.8±0.2)MPa,在已发表的裸子植物数值范围内。P_(50)和P_(88)具有显著一致性(除了越南篦齿苏铁的P_(50P)比P_(50H)更低,表示更强抗旱性),与已发表的其他木质部管胞物种通过水力学法和抽气法获得的P_(50)和P_(88)比较分析,具有显著相关性(R^(2)=0.72,P=0.0081;R^(2)=0.87,P=0.0007)。(3)自然干燥法和抽气法计算的HSMs具有相同的趋势,摩瑞大泽米苏铁为负值,而苏铁和越南篦齿苏铁为正值。综上所述,三种苏铁植物的抗旱性均在已发表的裸子植物范围内,两种方法都适于测定木质部管胞结构的苏铁类植物脆弱性曲线,苏铁、越南篦齿苏铁与摩瑞大泽米苏铁具有不同的水力安全边界。利用脆弱性曲线和正午水势探讨苏铁植物的水力安全边界,为苏铁植物的水分监测、管理和保育提供依据。     

九种不同材性的温带树种叶水力性状及其权衡关系

不同材性树种的解剖、叶脉分布等结构性状差异会影响树木的水分运输效率和水分利用策略, 进而限制树木的生存、生长和分布。然而, 材性对叶导水率、水力脆弱性及其潜在的权衡关系的影响尚不清楚。该研究选择东北温带森林中不同材性的9种树种(散孔材: 山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tilia amurensis)、白桦(Betula platyphylla); 环孔材: 蒙古栎(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica); 无孔材: 红皮云杉(Picea koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)、红松(Pinus koraiensis), 测量其基于叶面积和叶质量的叶导水率(K_area和K_mass)、水力脆弱性(P₅₀)、膨压丧失点水势(TLP)及叶结构性状, 以比较不同材性树种叶水力性状的差异, 并探索叶水力效率与安全的权衡关系。结果表明: 3种材性树种的K_area、K_mass和P₅₀均差异显著(p < 0.05)。无孔材树种的K_area和K_mass最低, 而散孔材和环孔材树种差异不显著; 环孔材树种P₅₀最高, 而散孔材和无孔材树种差异不显著。K_area和K_mass均与P₅₀显著负相关(p < 0.05), 但散孔材、环孔材和无孔材树种的相关关系分别呈线性、幂函数和指数函数关系。这表明叶水力效率与安全之间存在一定的权衡关系, 但该关系受树木材性的影响。K_mass与TLP显著负相关(p < 0.01), 其中散孔材和环孔材树种呈线性负相关, 无孔材树种呈负指数函数关系; P₅₀随TLP的增加而增加, 这表明树木在面临水分胁迫时, 其质外体和共质体抗旱阻力共同协调保护叶片活细胞, 防止其水分状况到达临界阈值。K_mass与叶干物质含量、叶密度、比叶重均显著负相关, 而P₅₀与之显著正相关(p < 0.01, P₅₀与比叶重的关系除外), 表明树木叶水力特性的变化受相同叶结构特性驱动, 树木增加对水力失调的容忍需要在叶水力系统构建上增加碳投资。     

三种灌木杜鹃花瓣和叶片的栓塞脆弱性分析

气候变化引发的干旱频度和强度严重影响植物生长发育,在全球气候变化背景下,量化植物木质部抗栓塞的能力对评估植物耐旱性尤为重要。为评价杜鹃品种间的耐旱性及筛选强抗旱性品种,该文以锦绣杜鹃‘紫鹤’(Rhododendron×pulchrum‘zihe’)、西洋杜鹃‘杨梅红’(Rhododendron×hybridum‘yangmeihong’)、映山红(R.simsii)3种灌木杜鹃为材料,利用光学技术构建花瓣和叶片栓塞脆弱性曲线,测定花瓣和叶片解剖结构性状,并分析木质部水力功能和解剖结构性状的相关性。结果表明：(1)锦绣杜鹃‘紫鹤’、西洋杜鹃‘杨梅红’、映山红3种杜鹃花瓣的P₁₂、P₅₀和P₈₈值(分别发生12%、50%和88%栓塞时对应的水势值)大于叶片。(2)3种杜鹃的花瓣和叶片栓塞脆弱性存在一定的变异,花瓣和叶片发生栓塞的快慢不一致,这种变异可能是杂交园艺花卉植物的重要特征。(3)P₅₀值与其形态特征相关性分析显示,叶片P₅₀值与叶片栅栏组织厚度呈负相关,花瓣P_50...     

季节性干旱胁迫对石灰山三种常绿优势树种的水分和光合生理的影响

以西双版纳地区石灰山季节雨林三种优势常绿树种油朴(Celtis wightii)、尖叶闭花木(Cleistanthus sumatranus)和轮叶戟(Lasiococca comberi var.pseudoverticillata)为材料,研究了季节性干旱对树木枝条水分传导、最大光合速率(Amax)和渗透调节相关的叶片的生理生态特征等的影响.结果表明,与雨季相比三种植物的叶片凌晨水势在旱季都有显著的降低,说明该生境的植物在旱季遭受较为严重的土壤干旱胁迫.除油朴的枝条边材比导率(Ks)在旱季和雨季没有显著性差异外,尖叶闭花木和轮叶戟的Ks在旱季都有显著的降低;而枝条的叶比导率(Kl)三树种在两个季节间均无显著变化.Kl在旱季没有显著性降低,可能是常绿树种在旱季通过脱落部分叶片以调整其水力结构来保持较高的单位叶面积的水分供应.在旱季三树种Amax都有显著减小.Ks和Kl都和Amax呈正相关关系,说明了枝条木质部的水分传导对叶片光合作用有较直接的影响.三树种叶片膨压丧失点的水势和饱和渗透势在旱季也均显著降低,表明三树种都通过较强的渗透调节来适应季节性的干旱.与同一生境中两种常见落叶树种相比较,三树种木质部导管抵抗空穴化的能力较强,能在较低的木质部水势下保持其水分传导,以在旱季仍能维持叶片较为正常的生理功能.这些结果初步揭示了石灰山常绿优势树种通过水力结构的调整和渗透调节等来适应季节性干旱的策略.     

喀斯特季节性雨林植物叶片碳同位素组成及水分利用效率

研究喀斯特季节性雨林不同生境代表性树种及同一树种不同生境下叶片δ¹³C值及水分利用效率(WUE),丰富喀斯特季节性雨林物种生态位分化及物种共存理论,可为喀斯特地区石漠化治理树种选择及配置提供参考.结果表明: 喀斯特季节性雨林树种叶片δ¹³C值的范围为-34.13‰～-29.69‰,平均值为(-31.40±1.19)‰,WUE的范围为9.08～58.76 μmol·mol^-1,均值为41.79 μmol·mol^-1,低于更高纬度的亚热带和暖温带森林,但高于更低纬度的热带雨林和同一纬度的非喀斯特季节性雨林;从洼地到山顶,随着干旱指数的增加,不同生境代表性树种的水分利用效率逐渐增大;同一树种δ¹³C值和WUE也是从洼地到山顶逐渐增高.树种水分利用效率除了与气候等因子相关外,还与植物所处生境的地质背景、水分可利用性相关.同一气候条件下,喀斯特区植物的水分利用效率要高于非喀斯特区、干旱生境植物的水分利用效率高于湿润生境,说明不同的水分利用效率是喀斯特地区植物适应不同生境、实现多物种共存的策略之一.     

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。     

三种裸子植物木质部结构与功能对不同生境的适应

生境异质性是影响植物生长发育的重要因素。植物木质部水力系统是土壤-植物-大气连续体的主要通路, 直接影响植物的基本行为和功能, 同时也反映了植物对环境变化的适应性。为对比天目山3种裸子植物枝条木质部水力功能、机械和解剖结构性状在不同生境(自然生境与人工生境)的差异, 揭示裸子植物对不同生境的适应机制, 该研究以金钱松(Pseudolarix amabilis)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和雪松(Cedrus deodara)为研究对象, 测定枝木质部导水率、栓塞抗性(导水率损失50%时的水势)、机械以及解剖结构性状。结果发现: 1)人工生境植株比自然生境植株水力效率弱, 但栓塞抗性强。2)自然生境雪松木质部导水系统存在效率-安全权衡; 不论自然还是人工生境杉木、金钱松木质部导水系统均无效率-安全权衡。3)人工生境雪松和金钱松木质部存在机械-安全权衡。相比人工生境, 土壤水分有效性低的自然生境中, 植物采用增大纹孔膜直径来提高水力效率, 此外, 还可通过增加木材密度、扩大管胞直径来避免栓塞带来的威胁。     

罗汉松科3种植物茎和根木质部水分运输、解剖结构与机械强度之间的关系

水力失效是植物干旱死亡的主要机制。量化分析水力性状的种间和器官间差异是预测树木在气候变化下的响应甚至生存能力的基础。该研究对比分析了罗汉松科3种植物器官(茎和根)水平上水力功能性状的差异, 并探讨其与解剖结构和机械强度之间的关系。在湿生同质园内选择罗汉松科3种植物, 测定了茎和根木质部水力功能性状(最大比导率(K_s)和栓塞抗性(P₅₀))、解剖结构性状(管胞直径(D_t)、水力直径(D_h)、管胞密度(N_t)、管胞壁厚(T_w)、纹孔膜直径(D_p)和纹孔密度(N_p))和机械强度(木材密度(WD)和管胞厚度跨度比((t/b)²))。结果发现: (1)罗汉松科3种植物茎木质部不存在效率-安全权衡, 而根木质部存在权衡。(2)茎K_s与D_p显著正相关, 与(t/b)²和WD无关; 茎P₅₀与D_p极显著负相关, 与(t/b)²和WD无关。(3)根K_s与D_h显著正相关, 与T_w和(t/b)²极显著负相关; 根P₅₀与T_w、(t/b)²和WD均极显著正相关。在罗汉松科植物中, 根木质部性状与输水效率和栓塞抗性的密切关系是解释其存在效率-安全权衡的基础, 而茎木质部的过度建造是茎不存在效率-安全权衡的原因, 木质部的过度建造仍需要更多的实验证据。     

子午岭林区3种典型树木的水力结构特性比较

为揭示黄土高原子午岭林区植被演替过程中的水分利用特性,该研究对子午岭林区演替早期种(山杨和白桦)和演替顶级种(辽东栎)的水力结构特性,包括比导水率(Ks)、比叶导水率(Kl)、Huber值(HV)和水力脆弱性等进行了比较研究。结果表明:(1)辽东栎叶片的饱和渗透势(Ψsat)、膨压损失点对应的渗透势(Ψtlp)和相对含水量(RWCtlp)明显低于山杨和白桦,且有高的叶水容。(2)辽东栎的最大Ks高于山杨和白桦,但HV值低于山杨和白桦,导致3种树种的最大Kl差异不大。(3)无论是叶还是枝干,辽东栎抵抗栓塞的能力均大于山杨和白桦,其水分传输安全距离(旱季叶最低水势Ψmin与导水率损失50%时对应的叶或枝干木质部水势Ψ50之差)和叶对枝干的水力保护作用(叶与枝干的Ψ50之差)也明显大于山杨和白桦。(4)2种演替早期树种山杨和白桦的水力结构特性差异不大。研究认为,黄土高原子午岭林区植被演替顶极种辽东栎耐脱水能力强、叶水容大、抵抗栓塞能力相对强以及水分传输安全性高等特性是其耐旱性强于演替早期种山杨和白桦的重要原因。     

Seasonal variation in native hydraulic conductivity between two deciduous oak species

植物抗旱性机制包括耐旱性和避旱性。耐旱性的特征主要是木质部易栓塞性和膨压损失点,而避旱性的特征则是叶片脱落和落叶性。虽然这些机制可以权衡物种连续性,但对于干旱引发的叶片脱落和持续时间的变化如何影响木质部和叶片耐受性之间的关系却知之甚少。在本研究中,我们研究两种具有不同叶片脱落叶行为的橡树(栎属)的耐旱性程度差异。我们预测了Quercus deserticola 在旱季结束时落叶(晚落叶)而面临更大的空化风险,导致其比Q. laeta更耐旱,对水分的利用也更加保守。Q. laeta 只在旱季中期很短的时间内落叶(短落叶)。本研究在墨西哥中部进行,两种橡树各具有单个种群,它们之间相距1.58公里,海拔差为191米。Q. deserticola (晚落叶)多出现在下坡,而Q. laeta (短落叶)多出现在沿坡度海拔较高的地方。我们评估了样地内茎干的水分传导率的季节差异(雨季和旱季),并检测了两个物种间木质部对空化的脆弱性、叶片水分利用和叶片膨松损失点的差异。两种橡树在耐旱性状方面没有显著差异,主要包括木质部易栓塞性、叶片膨松损失点和气孔导度。然而,两种植物在旱季都有不同的表现：短落叶植物对木质部功能的负面影响要比晚落叶植物低。综上所述,两种橡树在植物生理性能方面的季节变化取决于冠层叶面积的减少。     

7种木本植物根和小枝木质部栓塞的脆弱性

用脆弱曲线表示的植物木质部栓塞脆弱性反映了植物木质部栓塞程度与其水势间的关系。众多学者的研究结果表明,脆弱曲线能够提供有关植物的许多生理生态信息,与植物的木质部结构、部位、分布、抗寒、抗旱性等存在一定关系,但各国学者利用不同材料研究得出的结果各异,为了研究木质部栓塞的这种差异是否由于树木对环境适应性不同引起,选取西北农林科技大学西林校区内自然状况下生长良好的5个耐旱树种:刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、元宝枫(AcertruncatumBge.)(低水势忍耐脱水耐旱树种)、白榆(UlmuspumilaL.)(亚低水势忍耐脱水耐旱树种)、油松(PinustabulaeformisCarr.)、白皮松(PinusbungeanaZucc.ex.Endl.)(高水势延迟脱水耐旱树种),及中生的女贞(LigustrumlucidumAit.)和柳树(SalixmatsudanaKoidz.f.pendulaSchneid.)为研究对象,绘制了它们根和小枝的木质部栓塞脆弱曲线,探讨了中生树种和不同耐旱类型树种根和小枝木质部栓塞脆弱性的差异。结果表明:根和小枝的栓塞脆弱性主要由木质部结构决定,栓塞脆弱性顺序基本一致,小枝容易发生木质部栓塞的,其根也较容易发生栓塞;同一树种根和小枝的木质部栓塞脆弱性与植物的耐旱性有关,与树种的耐旱策略无关;一般是中生树种的栓塞脆弱性:小枝>根;耐旱树种的栓塞脆弱性:根>小枝。     

木本植物木质部的冻融栓塞应对研究进展

冻融栓塞在中高纬度地区木本植物中普遍存在。抗冻融栓塞能力对在寒冷环境中木本植物的生长和安全越冬十分关键, 这直接决定植物分布范围。冻融栓塞是由于冰中气体溶解度低, 木质部水分在低温下冷冻, 使之前水中溶解的气体逸出到导管中, 随后木质部中的冰融化又使气泡扩张而引发的栓塞现象。木质部解剖结构的差异会影响植物的抗冻融栓塞能力, 植物还可以通过调节木质部正压、代谢耗能等方式主动修复冻融栓塞, 也可通过增加树液溶质含量等逃避冷冻, 以减少低温损伤。然而, 与干旱栓塞相比, 目前对木质部冻融栓塞的形成以及植物响应和调节机制的理解不足。为此, 该文首先综述了木质部冻融栓塞的形成机制和植物的逃避、忍耐、修复等3种冻融栓塞的应对策略, 然后总结了木质部抗低温胁迫能力的生理表现、影响因子和评价指标, 并在此基础上讨论了低温抗性、干旱抗性和水力效率之间的多元权衡关系, 最后提出今后该领域中的5个优先研究问题: (1)不同植物冰冻的最低温度阈值; (2)是否存在应对低温胁迫的水力脆弱性分割机制; (3)冻融栓塞修复与代谢消耗的关系; (4)低温抗性、干旱抗性和水力效率之间的权衡关系; (5)抗冻融栓塞性状是否能够纳入经济性状谱系。     

8种木本植物木质部栓塞变化与生理生态指标关系的研究Ⅰ.与植物木质部水势的关系

以自然状况下生长良好的耐旱树种刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、元宝枫(Acer truncatum Bge.)、沙棘(Hippophae rhamnoides L.)、白榆(Ulmus pumila L.)、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、白皮松(Pinus bungeana Zucc.ex Endl.)及中生树种女贞(Ligustrum lucidum Ait.)、柳树(Salix matsudana Koidz. f. pendula Schneid.)为研究对象,用压力室法测定木质部水势,用冲洗法测定木质部栓塞程度,研究不同生长季节木质部栓塞与水势间的关系.结果表明针叶树油松、白皮松在各季节水势均较高,水势变化幅度较小,木质部不易发生栓塞,这与其木质部由管胞构成,对木质部栓塞不敏感,在干旱时采用高水势延迟脱水的耐旱策略有关.阔叶树刺槐、元宝枫、沙棘、白榆、女贞和柳树的木质部栓塞现象是其在每天正常生长过程中不可避免的 "平常事件",是它们适应干旱的一种方式.它们的木质部栓塞程度与水势表现出了相反的变化趋势,即同一树种在同一季节内水势值越低,木质部栓塞程度越大,但在不同树种及同一树种的不同季节不存在这种关系.由此可见,植物木质部栓塞对水势的敏感程度(即木质部栓塞脆弱性)主要由树种的木质部结构决定,同时受到树种特性、树木生长发育时期、外界环境因子的影响,木质部栓塞的脆弱性也具有季节变化特征.     

锐齿栎水力结构和生长对降雨减少的响应

为探究气候变化背景下降雨减少对森林的影响,2013年在宝天曼锐齿栎天然次生林原位建立了3块降水减少(截雨)样地,研究降雨减少对锐齿栎水碳关系和生长的影响。结果表明:降雨减少后锐齿栎枝条水势显著低于对照,最低水势为(-1.36±0.11)MPa,但锐齿栎木质部栓塞88%的水势值为-3.19MPa,叶片气孔关闭时的水势值为-2.5MPa,故降雨减少在这一地区没有对锐齿栎水力结构造成严重的干扰。降雨减少后,锐齿栎的叶片、韧皮部和木质部的总非结构性碳浓度与对照没有显著差异。木质部导管密度和叶片气孔密度变大,而导管直径和气孔长度变小。在天气较为干旱时,降雨减少处理的锐齿栎气孔导度日变化呈"双峰"曲线,而在湿润天气时呈"单峰"曲线且中午峰值显著大于对照。降雨减少处理的锐齿栎木材密度、Huber值、比叶面积和胸径生长与对照没有显著差异。降雨减少后锐齿栎树木没有遭受水力失衡或碳饥饿的危害,生长也没有受到显著影响,但是水力输导系统发生了适应性调节。