油松P-V曲线主要水分参数随季节和种源的变化

借助P-V曲线,研究了油松主要水分参数(包括饱和含水时的最大渗透势φ_(?)~(sat)、初始质壁分离时的渗透势φ_(?)(tlp)、渗透水相对含量F_(tlp),和相对含水量RWC_(tlp)以及质外体水相对含量AWC)随季节和种源的变化。结果表明,油松P-V曲线主要水分参数是随生长发育阶段和环境条件的改变而发生变化的。其中φ_(?)~(sat)φ_(?)(tlP) F_(tlp),和RWC_(tlp)值在夏季生长高峰期达到最高,以后逐渐降低,到严冬季节达到一年中的最低水平,随春季来临又将升高。而AWC值表现了与此相反的季节变化趋势。油松林木主要水分参数随季节发生的变化,与林木的抗寒锻炼过程表现了很大的一致性。油松不同种源水分参数上的差异亦很明显,表现最典型的是在冬季。根据水分参数所计算的综合指标表明,在油松不同气候生态型中,抗旱性强弱的顺序是,东北型、中部型、东部型、西南型、西北型、中西型、南部型。     

暖温带森林生态系统主要树种若干水分参数的季节变化

本文通过PV技术对暖温带落叶阔叶林主要树种辽东栎(Quercus liaotungensis)、棘桦(Betula dahurica)、五角枫(Acer mono)、大叶白蜡(Fraxinus rhychophylla)及其林下灌木六道木(Abelia biflora)、山地针叶林的主要树种油松(Pinus tabulaeformis)以及次生灌丛主要树种山杏(Prunus armeniaca var.ansu)、山桃(Prunus davidiana)、大果榆(Ulmus macrocarpa)、北京丁香(Syringa pekinensis)的日最低叶水势Ψmin、饱和含水量时的最大渗透势Ψs sat、初始质壁分离时渗透势Ψs tlp、初始质壁分离的渗透水的相对含量(ROWCtlp)、相对含水量(RWCtlp)、质外体水的相对含量(AWC)6种水分生理指标的季节变化进行了研究。结果表明：1)所研究的10种树种叶水势Ψw min的季节进程基本与土壤湿度的变化一致。乔木Ψw min季节均值由低到高的顺序为油松<辽东栎<大叶白蜡<棘皮桦<五角枫。次生灌丛4种树种Ψw min季节均值由低到高依次为：山杏<山桃<北京丁香<大果榆。在生长季的不同时期,同为灌木、生长于落叶阔叶林下的六道木Ψw min均高于灌丛样地4类树种的同期值,且季节变幅较小。2)各树种饱和含水量时的最大渗透势Ψs sat和初始质壁分离时渗透势Ψs tlp,表现出随季节进程而不断降低的趋势;Ψs tlp和Ψs sat的季节变化并未表现出与土壤水分状况变化的一致关系,而与树木自身生长发育的物候节律有关。从Ψs tlp和Ψs sat指标所反映的树木耐旱能力的季节变化来看,表现为随季节进程不断上升的趋势。一般在展叶和随后的生长旺盛期,上述树种的耐旱能力较弱。3)初始质壁分离的渗透水的相对含量(ROWCtlp)和相对含水量 (RWCtlp)的季节变化在各树种间呈现大体相同的趋势,5月下旬的生长高峰期,达到生长季中的最高值。而后随林木当年生叶的成熟和嫩枝的木质化,ROWCtlp和RWCtlp呈下降趋势。4)各树种质外体水的相对含量(AWC)表现为随季节进程而上升的趋势。     

岩溶干旱胁迫下青冈栎水分参数变化

根据岩溶生境特点设计表层岩溶水-岩石(灰岩)-土壤水分供应分层模拟柱,对青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)进行水分控制试验;运用压力容积(P-V)技术,研究了在水分胁迫下青冈栎的日水势(P)、饱和含水量时的最大渗透势(ψsats)、初始质壁分离时的渗透势(ψtlps)、初始质壁分离时渗透水相对含量(ROWCtlp)、初始质壁分离时相对含水量(RWCtlp)、质外体水的相对含量(AWC),以及饱和含水量时最大渗透势与初始质壁分离时的渗透势之差(△P)的变化.结果表明,在无表层岩溶水-岩石-土壤处理中,随着土壤干旱胁迫程度的增加,ROWCtlp、RWCtlp、ψsats、ψtlp呈明显下降,而AWC值上升;在有表层岩溶水-岩石-土壤处理下,青冈栎受土壤水分胁迫不明显,水分参数变化不显著.表层岩溶缺水时,土壤水分含量是影响青冈栎水分参数变化的主要因素,在一定的干旱胁迫范围内,随着干旱程度的提高,青冈栎耐旱性不断增加.     

塔克拉玛干沙漠公路防护林苗木对干旱胁迫的水分生理响应

以塔克拉玛干沙漠公路防护林的乔木状沙拐枣(Calligonum arborescens)、多枝柽柳(Tamarix ramosis-sima)和梭梭(Haloxylon ammodendron)2年生苗木为材料,采用盆栽试验,设置10d(处理Ⅰ)、20d(处理Ⅱ)和40d(处理Ⅲ)的自然干旱胁迫周期,探讨其不同干旱处理下的水分生理特征及其耐旱性。结果表明:(1)3种苗木的水势均随着干旱胁迫程度增强而降低,水势最大降幅均在第2个干旱处理周期内,在第3个干旱处理周期内水势有较大回升,且以乔木状沙拐枣水势最高,梭梭水势最低。(2)乔木状沙拐枣的PV水分参数均随着干旱胁迫强度的增强而降低,其渗透势在第3个干旱周期内开始回升,而初始质壁分离的相对含水量(RWCtlp)一直呈降低趋势,质外体水分含量(AWC)呈现出"降-升-降"的波动状态。乔木状沙拐枣的耐旱能力随着干旱胁迫程度的增强变化不明显,它主要通过减少水分散失适应干旱环境。(3)多枝柽柳的PV水分参数在处理Ⅰ和处理Ⅱ之间差别很小,处理Ⅲ第60天就枯亡;其Ψsat和Ψtlp在第1个干旱周期降低,第2个干旱周期开始回升,而其AWC随胁迫时间在不断增大;多枝柽柳的耐旱能力随着干旱的增强急剧降低,耐旱性最差,它主要通过增加水分散失适应干旱环境。(4)梭梭的Ψsat和Ψtlp在处理Ⅱ、Ⅲ之间非常接近,且都低于处理Ⅰ,RWCtlp与AWC随着干旱强度增强而增大,同期处理Ⅱ和Ⅲ的AWC都高于处理Ⅰ。梭梭的耐旱能力随着干旱的增强不断增强,它通过增加体内水分含量,减少水分散失应对干旱胁迫。(5)3种植物的耐旱能力强弱为:梭梭>乔木状沙拐枣>多枝柽柳,所以梭梭最适合做沙漠防护林树种。     

北京杨水分生理生态特性研究

对北京杨水分生理生态的研究表明 ,生长期北京杨蒸腾速率的日变化呈早晚低、中午高的抛物线型。生长期北京杨蒸腾速率 ( Tr)的平均值为 598.8mg/ gld· h。蒸腾速率的日变化分别与光照强度 ( L)及光照强度 ( L)与气温 ( T)和相对湿度 ( H)的复合因子 ( L· T;L/ H)相关性极显著。生长期北京杨小枝水势 ( Wp)的平均值为 -1 .0 50 6MPa;早、晚高、午间低。小枝水势日变化与 L及复合因子 L· T、L/ H 相关性极显著。 8～ 1 0月光合速率 ( Pn)的平均值为 1 1 .94 mg/ dm2· h;光合速率日变化与 L日变化的关系显著。北京杨饱和含水时的最大渗透势 ( Ψsat)、膨压为零时的渗透势 ( Ψtlp)和质外体水相对含量 ( AWC)的变化规律表现为从生长期初到生长期末 (绝对值 )逐渐升高的趋势 ;而膨压为零时的渗透水相对含量( ROWCtlp)和膨压为零时的相对含水量 ( RWCtlp)呈波动变化 ,但仍具有生长活跃期 ( 5、6和 8月份 )较高的特点。     

立地条件和树龄对刺槐和小叶杨叶水力性状及抗旱性的影响

以形成黄土高原“小老树”的2种典型树种刺槐和小叶杨为对象,研究了立地条件(沟谷台地和沟间坡地)和树龄对两种树木叶水力学性质和抗旱性的影响,探讨“小老树”形成的水力生理机制.结果表明:水分较好的沟谷台地上生长的两种树木的叶最大水力导度(Kmax)明显大于水分较差的沟间坡地,叶水力脆弱性(P50)也较高;随树龄增加,两种树木的Kmax明显下降,但P50差异不大.台地上生长的两种树木的叶表皮导度和PV曲线参数(膨压损失点时的相对含水量RWCtlp、膨压损失点时的水势ψtlp饱和含水量时的渗透势ψsat)均大于 坡地;随树龄增加,两种树木的叶表皮导度显著下降,PV曲线参数出现不同程度的下降.两种树木Kmax与ψtlp呈显著正相关,P50与PV曲线参数之间存在一定的相关性,表明Kmax与抗旱性之间存在一种权衡关系,P50是反映两种树木的抗旱性特征之一.     

一种用SigmaPlot求PV曲线水分参数ψtlp的方法

以扶桑(Hibiscus Rose-sinensis)为例,用SigmaPlot for Windows软件分别绘制PV曲线双曲线和直线部分的散点图,同时拟合双曲线和直线方程.然后通过联立方程组求出质壁分离点的坐标值,计算出质壁分离时的渗透势(ψtlp)、相对水含量(RWCtlp)和相对渗透水含量(ROWCtlp).并与常用的直线回归法的结果进行了比较.该方法具有简单、准确、快速等特点,是获得PV曲线主要参数的一种新方法.     

一种用SigmaPlot求PV曲线水分参数φtlp的方法

以扶桑(Hibiscus Rose-sinensis)为例,用SigmaPlot for Windows软件分别绘制PV曲线双曲线和直线部分的散点图,同时拟合双曲线和直线方程。然后通过联立方程组求出质壁分离点的坐标值,计算出质壁分离时的渗透势(φtlp)、相对水含量(RWCtlp)和相对渗透水含量(ROWCtlp)。并与常用的直线回归法的结果进行了比较。该方法具有简单、准确、快速等特点,是获得PV曲线主要参数的一种新方法。     

长叶红砂主要水分参数随季节和生境的变化

运用压力容积(PV)技术,研究了4种盐分生境下长叶红砂饱和含水量时最大渗透势(Ψ_s^sat) 、初始质壁分离时的渗透势(Ψ_s^tlp)、初始质壁分离时渗透水相对含量(ROWC^tlp)、初始质壁分离时的相对含水量(RWC^tlp)、质外体水的相对含量(AWC) 、束缚水与自由水的比值(V_a/V_o) ,以及饱和含水量时最大渗透势与初始质壁分离时的渗透势之差(ΔP)的季节变化.结果表明：长叶红砂的主要水分参数Ψ_s^sat、Ψ_s^tlp值为5月＞7月＞9月,AWC、V_a/V_o 和ΔP值表现为5月＜7月＜9月.说明长叶红砂在季节变化中历经了逆境锻炼,其耐水分亏缺能力随5、7、9月逐渐递增,这与植物的生长发育节律相吻合;与其他荒漠旱生植物相比,长叶红砂的Ψ_s^sat和Ψ_s^tlp值非常低,具有很强的忍耐高渗压和维持低水势的能力.以3个月份4种不同生境所测水分参数值为基础,运用模糊数学隶属函数法对不同生境长叶红砂耐水分亏缺能力进行综合评价,得出重盐土＞非盐渍土＞盐渍土.     

不同种源栓皮栎幼苗叶片水分关系和保护酶活性对干旱胁迫的响应

 为了鉴别不同种源的栓皮栎（Quercus variabilis）耐旱性,对4个种源的3年生盆栽幼苗进行了控制条件下的土壤干旱胁迫实验,系统测定了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性、MDA（丙二醛）含量、膜透性,以及叶片P-V曲线导出的水分关系参数（Ψπsat、Ψπtlp、WSDtlp、εmax）。结果表明：在土壤干旱胁迫下,种源4（黄龙）和种源3 (秦岭北坡) 抗氧化能力较强, 种源2 (伏牛山)居中, 种源1（巴山）的表现最差。干旱胁迫使各种源 MDA的含量及膜透性均有不同程度的提高,其中种源4的MDA含量及膜透性比较平稳, 种源1变化剧烈。在干旱胁迫下,各种源渗透调节和保持膨压的能力均有提高,但存在差异,以种源4和种源3表现较好,种源2居中,种源1较差。应用Fuzzy方法,对不同种源的叶片水分关系参数、保护酶活性和膜透性在干旱胁迫中的动态进行综合评判,认为不同种源的耐旱性强度次序为：种源4>种源3>种源2>种源1。其中种源4与种源1和种源2差异显著(p<0.05)。     

立地条件和树龄对刺槐和小叶杨叶水力性状及抗旱性的影响

以形成黄土高原“小老树”的2种典型树种刺槐和小叶杨为对象,研究了立地条件(沟谷台地和沟间坡地)和树龄对两种树木叶水力学性质和抗旱性的影响,探讨“小老树”形成的水力生理机制.结果表明: 水分较好的沟谷台地上生长的两种树木的叶最大水力导度(K_max)明显大于水分较差的沟间坡地,叶水力脆弱性(P₅₀)也较高;随树龄增加,两种树木的K_max明显下降,但P₅₀差异不大.台地上生长的两种树木的叶表皮导度和PV曲线参数(膨压损失点时的相对含水量RWC_tlp、膨压损失点时的水势ψ_tlp、饱和含水量时的渗透势ψ_sat)均大于坡地;随树龄增加,两种树木的叶表皮导度显著下降,PV曲线参数出现不同程度的下降.两种树木K_max与ψ_tlp呈显著正相关,P₅₀与PV曲线参数之间存在一定的相关性,表明K_max与抗旱性之间存在一种权衡关系,P₅₀是反映两种树木的抗旱性特征之一.     

三峡库区濒危植物疏花水柏枝的生理生化特性研究

对三峡库区特有濒危植物疏花水柏枝的光合作用、蒸腾作用、水势等生理特性以及丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性等进行分析测定。结果显示,疏花水柏枝在水淹胁迫后,能快速地恢复其光合与蒸腾生理作用。植株在秋季和夏初的光合作用和蒸腾作用的日动态呈单峰曲线,最高值出现在中午。夏初的光合强度与蒸腾强度一般高于秋季,表明夏初是该物种的生长旺季。该物种10月份水势的日动态在-0.97～1.82MPa之间变动,水势与光合作用与蒸腾作用呈显著负相关。该物种虽是一种对水淹和干旱胁迫适应能力较强的物种,但土壤水分状况仍对植物的生长有较大影响。植株的生长发育阶段对疏花水柏枝的抗逆性有影响,在花前的抗逆性总体高于花后。还对疏花水柏枝的迁地保护提出了相应的建议。     

濒危种四合木与其近缘种霸王水分关系参数和光合特性的比较

运用压力室-容积技术(P-V技术)对西鄂尔多斯地区特有的濒危植物四合木(Tetraena mongolica Maxim.)和生长于同一生境的近缘种霸王(Zygophyllum xanthoxylon (Bunge) Maxim.)的7个水分关系参数饱和含水量时最大渗透势(Ψ_s^sat) 、初始质壁分离时的渗透势(Ψ_s^tlp) 、初始质壁分离时渗透水相对含量(ROWC^tlp) 、初始质壁分离时的相对含水量(RWC^tlp) 、质外体水的相对含量(AWC) 、束缚水与自由水的比值(V_a / V₀),以及细胞最大弹性模量(ε^max)进行了测定,同时利用Li-6400光合作用测定系统测定了二者叶片气体交换参数的日变化,从生理生态学角度探讨了二者生存力、适应力的差异。结果表明:1)四合木的ε^max、ROWC^tlp值和RWC^tlp值均显著低于霸王,而Ψ_s^sat值Ψ_s^tlp值、AWC和V_a / V₀高于霸王。二者保持膨压的能力和方式不同,四合木表现为较小的细胞体积和较强的持水能力,主要以高的组织弹性来保持膨压,而霸王主要以增加细胞质浓度的渗透调节来维持膨压,弹性调节较弱。且四合木保持最大膨压的能力和维持最低膨压的极限渗透势低于霸王,耐旱性弱于霸王。2)自然条件下,四合木和霸王叶片的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)日进程均呈"双峰"曲线,主峰出现在11:00时,次峰出现在15:00时左右,光合作用的午间降低是由气孔导度(Gs)降低造成的。二者相比,四合木光合速率和水分利用效率(WUE)低于霸王,光合能力和对干旱环境适应能力弱于霸王。研究表明四合木在生理生态学方面的生存力、适应力弱于霸王。     

The determinants of leaf turgor loss point and prediction of drought tolerance of species and biomes: a global meta-analysis

Increasing drought is one of the most critical challenges facing species and ecosystems worldwide, and improved theory and practices are needed for quantification of species tolerances. Leaf water potential at turgor loss, or wilting (π(tlp) ), is classically recognised as a major physiological determinant of plant water stress response. However, the cellular basis of π(tlp) and its importance for predicting ecological drought tolerance have been controversial. A meta-analysis of 317 species from 72 studies showed that π(tlp) was strongly correlated with water availability within and across biomes, indicating power for anticipating drought responses. We derived new equations giving both π(tlp) and relative water content at turgor loss point (RWC(tlp) ) as explicit functions of osmotic potential at full turgor (π(o) ) and bulk modulus of elasticity (ε). Sensitivity analyses and meta-analyses showed that π(o) is the major driver of π(tlp) . In contrast, ε plays no direct role in driving drought tolerance within or across species, but sclerophylly and elastic adjustments act to maintain RWC(tlp,) preventing cell dehydration, and additionally protect against nutrient, mechanical and herbivory stresses independent of drought tolerance. These findings clarify biogeographic trends and the underlying basis of drought tolerance parameters with applications in comparative assessments of species and ecosystems worldwide.     

极端干旱条件下多年生植物水分关系参数变化特性

通过对生长在塔克拉玛干沙漠南缘极端干旱区野外生境条件下的4种多年生植物胡杨、柽柳、沙拐枣和骆驼刺的主要水分关系参数(P100为膨压最大时的渗透势;P0为膨压为零时的渗透势;emax为最大细胞弹性模量;RWCa为细胞在质壁分离点时的相对含水量)在植物生长周期内的变化特征进行了分析,结合对植物清晨水势和土壤含水率变化的系统进行测定。结果表明:4种植物在低水势下保持膨压能力大小的排序为柽柳>胡杨>骆驼刺>沙拐枣。4种植物应对水分胁迫的共同反应是在细胞出现质壁分离时,保持高的体内含水量;在耐旱机理上,沙拐枣和骆驼刺属于高水势延迟脱水类型,胡杨和柽柳属于低水势忍耐脱水类型;在植物生长期内,4种植物清晨水势的变化特征是,骆驼刺的清晨水势值最高,沙拐枣和胡杨的清晨水势值的季节变化较为稳定,柽柳的清晨水势值最低;植物清晨水势的变化趋势同其水分关系参数的变化特性基本一致;4种植物没有受到严重的水分胁迫,灌溉对植物水分关系参数变化的影响不显著;植物处并利用地下水来满足其生存和生长需求,维持地下水位的基本稳定,是保证多年生植物恢复重建的重要前提。     

Cold hardiness and water relations parameters in Rhododendron cv. Catawbiense Boursault subjected to drought episodes

We determined whether increase in cold hardiness of Rhododendron cv. Catawbiense Boursault induced by water stress was correlated with changes in tissue water relations. Water content of the growing medium was either maintained near field capacity for the duration of the study or plants were subjected to drought episodes at different times between 15 July and 19 February. Watering during a drought episode was delayed until soil water content decreased below 0.4 m³ m⁻³ then watering was resumed at a level to maintain soil water content between 0.3 and 0.4 m³ m⁻³. Cold hardiness was evaluated in the laboratory with freeze tolerance tests on detached leaves. Water relations parameters were determined using pressure-volume analysis. Exposure to drought episodes increased cold hardiness during the cold acclimation stage in late summer and fall but not during the winter. When water-stressed plants were re-watered to field capacity, the previous gain in cold hardiness gradually disappeared. Water relations parameters correlating with seasonal changes of cold hardiness included dry matter content (r =−0.67). apoplastic water content (r =−0.60), and water potential at the turgor loss point (r = 0.40). Changes of cold hardiness in water-stressed plants in reference to well-watered plants were correlated with changes of all water relations parameters, except for osmotic potential at full turgor (r = 0.13). It is proposed that water stress reduced the hydration of cell walls, thereby increasing their rigidity. Increased rigidity of cell walls could result in a development of greater negative turgor pressures at subfreezing temperatures and therefore increased resistance to freeze dehydration.