元宝枫苗木的水力结构特征

在温室条件下,控制不同干旱梯度,用改良的冲洗法测定了4年生元宝枫苗木的水力结构参数．研究表明,随着小枝水势的降低,水力结构各参数随茎段功能木质部直径的变化可以用不同的方程来模拟;导水率的大小受茎段所在区域的影响,限速区的导水率明显低于非限速区,限速区的存在对苗木个体的生存竞争有利．导水率、比导率和叶比导率都和功能木质部直径和小枝水势呈明显的正相关．较粗茎段的叶比导率远高于多次分枝的未端细小分枝,有利于苗木在干旱时保存那些光合积累较大的器官．在落叶之前,相同直径枝条的胡伯尔值随小枝水势的变化很小,说明苗木水分胁迫主要源于木质部空穴和栓塞．     

干旱胁迫对油松和侧柏水分运输安全性和有效性的影响

通过采用改良的冲洗法测定5年生苗木油松(Pinus tabulaeformis)和侧柏(Platycladus orientalis)在不同干旱胁迫时期的水力结构参数,结果表明随着干旱胁迫增加,不同分枝级和茎段所在区域的导水率损失(PLC)增加,比导率(Ks)减少。油松和侧柏在0级,1级和2级分枝级的发生栓塞的水势阈值分别为-0.55、-0.49、-0.43和-0.90、-0.78、-0.74MPa。随着相对分枝级的增加,油松和侧柏的水势阈值增大,栓塞脆弱性变大。非限速区PLC大而Ks小,限速区PLC小而Ks大。油松和侧柏相对分枝级和茎段所在区域的栓塞脆弱性大小为2级1级0级,限速区非限速区,且油松大于侧柏。油松和侧柏在不同干旱胁迫,不同相对分枝级,不同茎段所在区域采取不同的方式来适应由水势降低而引起的栓塞变化。其采取的生态策略包括:保持较高的水分安全性;减轻安全性而对有效性的折衷;同时降低有效性和安全性但不终止任何生产力或树高的组织生长所需水的限制。     

CO_2浓度升高对4种乔木幼树水力结构的影响

以油松(Pinus tabuliformis)、侧柏(Platycladus orientalis)、元宝枫(Acer truncatum)和刺槐(Robinia pseudoacacia)幼树为研究对象,采用改良冲洗法测定不同分枝级和茎段所在区域的水力结构参数,研究CO_2浓度升高对4个树种水力结构及水分运输安全性和有效性的影响。结果表明:CO_2浓度升高,4个树种在3个分枝级(0、1和2级分枝)的比导率(Ks)和叶比导率(LSC)增加,而侧柏和刺槐在3个分枝的导水率损失(PLC)均下降,油松2级和元宝枫0和1级分枝的PLC下降,其中2级分枝的参数变化最为显著,侧柏、油松和刺槐2级分枝的Ks升高了12.8%、19.6%和51.24%,PLC下降了11.80%、9.6%和51.01%,而元宝枫2级分枝的Ks和PLC均升高。CO_2浓度升高对油松和侧柏非限速区的导水率(Kh)的提高大于限速区,元宝枫和刺槐则相反,而PLC不受CO_2浓度升高的影响。高CO_2浓度对侧柏和元宝枫提高非限速区Ks和LSC大于限速区,油松和刺槐则相反。4个树种在不同分枝级采取不同的方式来适应CO_2浓度的升高,采取的生态策略包括:保持较高的水分运输有效性,同时提高有效性和安全性,和减轻安全性而对有效性的折衷;而在不同茎段所在区域采取保持较高的水分运输效率来适应大气CO_2浓度的升高。     

不同冲洗液对毛白杨和油松枝条水力导度和抵抗空穴化能力测定值的影响

植物通过木质部管道系统进行水分运输, 木质部的水分运输效率和抗空穴化能力等水力结构特征对于植物物种的分布、抗逆能力等方面起关键性作用。目前, 国内外学者一般采用“冲洗法”进行木质部水力结构研究, 然而在该方法中使用的不同冲洗溶质可能对植物木质部水力结构等产生较大影响, 因此该文研究了3种溶质的冲洗溶液对毛白杨(Populus tomentosa)和油松(Pinus tabulaeformis)枝条的水力导度和抵抗空穴化能力的影响。实验结果表明: 相对于去离子水, 用0.01 mol·L^-1的草酸和0.03 mol·L^-1KCl溶液作为冲洗溶液, 均导致毛白杨木质部导管和油松管胞的水力导度测定值的增大。KCl导致毛白杨和油松木质部抵抗空穴化能力测定值的提高, 草酸导致杨树抵抗空穴化能力测定值增强, 但导致油松抗空穴化能力显著(p<0.01)减弱。小枝水平上, 毛白杨和油松的水分运输效率和抗空穴化能力之间没有显著相关性。另外, 在截枝实验中发现, 毛白杨小枝木质部水力导度随长度增加变化不大, 而油松枝条的木质部水力导度有逐渐增大的趋势。以上的实验结果表明不同溶质下毛白杨和油松枝条的木质部水力导度和抵抗空穴化能力不同, 草酸和KCl可能对木质部管道系统及纹孔处的果胶等产生作用, 从而使毛白杨和油松的水力结构发生变化。毛白杨与油松水力结构在去离子水、草酸和KCl的作用下的不同结果及两物种截枝试验下水力导度的不同变化趋势表明, 导管运输系统和管胞运输系统可能具有不同的水分运输影响因素。     

陕北沙地3种典型灌木根木质部解剖结构及水力特性

比较了陕北沙地沙柳、柠条和沙棘3种典型灌木不同土壤深度(0～20和30～50 cm)根木质部解剖结构和水力特性.结果表明： 沙柳具有较高的叶水势,根木质部导管平均最大直径(d_max)、平均最小直径(d_min)、平均导管面积(A_lum)以及导管面积占木质部面积比例(A_ves/A_xyl)显著高于柠条和沙棘,根导管密度(VD)与沙棘相当但显著高于柠条;沙柳根的比导水率分别为柠条和沙棘的5.0和2.8倍;沙柳根栓塞脆弱性指数与柠条根相当,但显著高于沙棘根.表明沙柳属耗水型水分利用策略,而柠条和沙棘属节水型水分利用策略,且柠条更耐旱.3种灌木在2个土层深度的d_max、d_min和A_lum无显著差异,但30～50 cm土层根VD和A_ves/A_xyl显著高于表层;30～50 cm土层根比导水率显著高于表层根,但脆弱性指数小于表层根,深层根具有高的水分传输效率和低的水力脆弱性.     

浙江天童木本植物水力结构与树高的关联性

垂直分层是森林群落的基本结构,但有关群落不同垂直层次植物水力结构策略的研究仍然比较缺乏。以浙江天童木荷林内25株高度不同的9种木本植物为对象,通过测量其枝条直径、边材面积、干材密度、导管直径、内腔面积以及枝条水分比导率,旨在检验植物水力结构与树高的关联性。结果显示：除干材密度外,枝条直径、导管直径、枝条和导管内腔面积、边材面积、水分比导率均随树高增加而显著增大。作为重要的水力结构特征,比导率与导管直径和内腔面积、枝直径和内腔面积、边材面积显著正关联。该结果强调了局域群落内不同垂直层次植物水力结构特征的显著差异,以及植物水分生态位在不同垂直层次的分化过程。     

叶片水力性状研究进展

叶片水力性状表征了叶片为适应外在环境而形成的水分传输方面的生存策略。叶片水力性状会限制整个植株的水分传输,并影响植物的气体交换及其对干旱的响应,因此关于叶片水力性状的研究已成为植物水分关系领域的研究热点之一。本文概括了叶片水力性状的基本指标(包括叶片整体水力导度(Kleaf)、叶片木质部水力导度(Kxylem)、叶片木质部外水力导度(Kout-xylem)等)和叶片水力导度的5种主要测量方法;总结了叶脉网络结构和环境因素对叶片水力性状的影响、叶片水力性状与叶片功能指标(气孔导度、叶片水势、叶片最大光合速率)的匹配与权衡关系,以及叶片水力性状与植物抗旱性关系的最新研究进展;对今后叶片水力性状的研究提出了两点建议:1)将叶片水力性状与气体交换和叶解剖结构等相结合,构建叶片碳-水耦合模型,揭示叶片应对外界环境变化而采取的生态策略,以及植物的水-碳投资机理;2)开展植株各部分(根-茎-叶)间水分传输的交互作用研究,筛选出水力系统高效安全的物种。     

长白山阔叶树种木质部环孔和散孔结构特征的分化导致其水力学性状的显著差异

木质部的解剖结构特征对树木水分传输功能有重要的影响,阔叶树种木质部环孔和散孔结构特征的分化,很可能导致两个功能类群在水力学结构上存在显著差异,但是有关两个功能类群间细致的水力学性状的对比研究还较少,二者整枝水平的导水率及纹孔水平的细致结构差异尚未见报道.本试验以长白山阔叶红松林常见的3个环孔材和4个散孔材乔木树种为研究对象,对比了两个功能类群树种的整枝导水率(k_shoot)、枝条木质部栓塞脆弱性(p_50)等重要水力学相关生理功能特征,并分析了两个功能类群间的木质部组织水平和纹孔水平上的解剖结构特征差异.结果表明:与茎段导水率差异一致,环孔材树种的整枝导水率也显著高于散孔材,但枝条木质部气穴化抵抗力显著弱于散孔材,二者的差异反映了整枝水平上木质部导水效率和安全性之间的权衡关系,与两个功能类群的水力学生理特征存在显著差异一致,二者在最大导管长度、导管直径、纹孔开口面积、纹孔开口比例等光学和扫描电镜观测解剖结构特征上都存在显著差异;木质部解剖特征(组织水平、纹孔水平)和k_shoot、p_50等生理特征间,以及木质部不同解剖特征之间存在显著的相关,且两个功能类群遵循相同的规律,反映了木质部结构对水分传输功能的重要影响,而导水率和气穴化抵抗力对木质部对立的结构要求,体现了树木水分传输系统构建的生物物理局限性.     

土壤干旱胁迫对樟树（Cinnamomum camphora (L.) Presl）苗木水力结构特征的影响

植物水力结构特征通常用导水率(Kh)、比导率(Ks)、叶比导率(LSC)、胡伯尔值(Hv)等参数来表征.设置了3种土壤干旱胁迫强度和对照共4种处理,每一处理5个重复,采用"冲洗法"对喀斯特地区造林树种两年生樟树(Cinnamomum camphora (L.) Presl)苗木的水力结构相关参数进行测定.结果表明:樟树苗木在正常水分和不同强度土壤干旱胁迫条件下,其茎段导水率、比导率、叶比导率、胡伯尔值均与茎段直径呈正相关关系,并可以用不同类型函数进行拟合.随着干旱胁迫强度的加剧,不同处理的导水率、比导率、叶比导率降低,胡伯尔值在不同处理间的差异不显著.这说明较粗的茎段,其单位横截面积的导管投入与使用效率明显高于较细茎段,且供给末端叶片水分所需要的压力梯度小于较细茎段.结果为进一步探讨土壤干旱对樟树苗木水力结构作用机理及在石漠化山地造林的适应性提供理论依据.     

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。     

油松、侧柏林种内竞争特点的对比研究

植物竞争研究一直是种群生态学最活跃的研究领域之一,论文以林木个体相对胸径、相对树高、相对冠幅、相对冠长、相对冠面积、树冠体积、树冠伸展度、冠长率、圆满度、投影比、生长空间指标、生长空间竞争指数和简单竞争指数13个变量作为对比研究油松、侧柏林个体之间竞争关系的指数,采用这些指标的变异系数对其种内竞争的差异程度进行比较研究,并用这些变量作为评价指标将其竞争能力分为两类:种内竞争性强的树种和种内竞争性弱的树种。油松为种内竞争性强的树种,而侧柏为种内竞争性弱的树种,已有的研究结果已从生物量、根系特征、抗旱机理、耗水特性、分布及结构特点五个方面为这种划分提供了理论支持。     

干旱胁迫对苗木蒸腾耗水的影响

采用Lico-6400便携式光合系统测定仪和BP3400精密天平等仪器研究了9个北方主要造林树种的蒸腾速率及实际蒸腾耗量;用压力室法分阶段测定了苗木的叶水势。得出了苗木在正常水分条件下及干旱胁迫过程中的蒸腾耗水规律。比较分析了不同水势梯度下、昼夜不同时间段的各树种的蒸腾耗水量及蒸腾耗水速率。结果表明,蒸腾耗水以白天为主,在相同的水分条件下,不同的苗木有不同的蒸腾耗水量,同种苗木的蒸腾耗水量随干旱胁迫的加重而减少,在受到严重干旱胁迫时,针叶树油松和侧柏的耗水量均降至正常水分条件下的11.7%,阔叶乔木树种降至6．6％,灌木树种降至16．9％。通过研究苗木在不同水势梯度下的耗水特性和蒸腾耗水量。为在水量缺乏的情况下,进行有效的林木培育和植被恢复重建提供依据。     

土壤水分对黄土高原主要造林树种细根表面积季节动态的影响

在黄土丘陵沟壑区陕西省安塞县,于2007年生长季内,采用根钻法对刺槐(Robinia pseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)林地的细根和土壤水分进行了动态调查。结果表明:生长季内,刺槐、侧柏、油松林地0-200cm土层的土壤含水量变动较大,此土层是树木细根表面积的主要分布层,分别有82.4%(侧柏)、86.5%(刺槐)和87.5%(油松)的细根表面积分布。侧柏、刺槐、油松细根表面积垂直分布与剖面土壤水分间呈显著的正相关关系(p0.05)。模型S=AhB(C+Dh+Eh2+Fh3)可以较好地拟合不同树种细根表面积的垂直分布,拟合决定系数R2均在0.85以上。刺槐、侧柏、油松林地土壤含水量的动态变化均表现为10月4月6月8月。刺槐、油松细根表面积在6月出现1个高峰,侧柏在6月和10月各出现1个高峰。树木细根表面积动态与土壤含水量的季节动态不完全一致。侧柏、刺槐、油松生长所需的水分约87%来自降水的补给。但是,总体上侧柏、刺槐、油松细根表面积与林地土壤含水量的相关性不显著(p0.05)。全面了解树木细根季节动态的机理,还需对水分、温度、养分和树种本身遗传特性等影响因子进行综合研究。     

油松幼苗非结构性碳水化合物对干旱胁迫的阶段性响应

为探讨干旱胁迫对油松非结构性碳水化合物（NSC）的影响及其响应机制,以2年生油松幼苗为对象,设置适宜水分、轻度、中度和重度干旱胁迫处理（即80%、60%、40%和20%田间持水量）,比较幼苗在不同胁迫时间（15、30、45和60 d）各器官NSC含量的变化规律。结果表明：不同干旱胁迫处理程度与时间对油松幼苗当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根的可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。干旱胁迫15 d时,当年生叶NSC含量在干旱胁迫处理显著低于适宜水分处理,细根NSC含量在轻度和重度胁迫处理显著高于适宜水分处理。干旱胁迫45 d时,随着胁迫程度增加,当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根淀粉含量均呈增加趋势。干旱胁迫60 d时,随着胁迫程度增加,细根淀粉含量呈下降趋势,细根可溶性糖及NSC含量在胁迫处理显著低于适宜水分处理。综上所述,油松幼苗胁迫初期,NSC优先供给细根以促进吸收水分,而长期胁迫,将导致NSC向下运输受阻,根系生长和吸收功能下降。这种NSC对干旱胁迫阶段性响应策略的揭示为东北地区油松幼苗造林最佳时间选择及水分管理提供数据支持。     

Decline of leaf hydraulic conductance with dehydration: relationship to leaf size and venation architecture

Across plant species, leaves vary enormously in their size and their venation architecture, of which one major function is to replace water lost to transpiration. The leaf hydraulic conductance (K(leaf)) represents the capacity of the transport system to deliver water, allowing stomata to remain open for photosynthesis. Previous studies showed that K(leaf) relates to vein density (vein length per area). Additionally, venation architecture determines the sensitivity of K(leaf) to damage; severing the midrib caused K(leaf) and gas exchange to decline, with lesser impacts in leaves with higher major vein density that provided more numerous water flow pathways around the damaged vein. Because xylem embolism during dehydration also reduces K(leaf), we hypothesized that higher major vein density would also reduce hydraulic vulnerability. Smaller leaves, which generally have higher major vein density, would thus have lower hydraulic vulnerability. Tests using simulations with a spatially explicit model confirmed that smaller leaves with higher major vein density were more tolerant of major vein embolism. Additionally, for 10 species ranging strongly in drought tolerance, hydraulic vulnerability, determined as the leaf water potential at 50% and 80% loss of K(leaf), was lower with greater major vein density and smaller leaf size (|r| = 0.85-0.90; P < 0.01). These relationships were independent of other aspects of physiological and morphological drought tolerance. These findings point to a new functional role of venation architecture and small leaf size in drought tolerance, potentially contributing to well-known biogeographic trends in leaf size.     

树干自然温度梯度变化对热扩散法测算树干液流速率的影响

为了揭示树干自然温度梯度的变化规律及其对树干液流速率测算结果的影响,于2007年5月至10月利用改进的SF-L型热扩散式树液流测定装置,对北京低山区生长的油松和侧柏的树干自然温度梯度、加热温差和气象、土壤水分因子进行了连日同步监测。结果表明:(1)树干自然温度梯度对加热针温差的影响,侧柏大于油松。(2)树干自然温度梯度对液流速率计算结果的影响具有显著的统计意义(P0.01),平均误差大于30%,误差峰值出现在太阳高度角较小的时候。(3)影响树干自然温度梯度最重要的环境因子是光照强度,其次是空气温度。上述结果说明,树干自然温度梯度对热扩散法测定的液流速率的影响不可忽视,研究树木耗水机制时应予以充分考虑。光照强度和空气温度是影响树干自然温度梯度最重要的两个因子,但其影响机制仍需进一步研究。     

木本植物水力结构与抗旱性

着重介绍了水力结构及其种种上参数（即导水率Ｋｈ、比导率Ｋｓ、叶比导率ＬＳＣ、胡伯尔值Ｈｖ以及水溶量Ｃ）的生理意义,树木和其它木本植物的水力结构格局以及树木水力结构研究的发展趋势,并试图从机理上阐述树木力结构和抗旱性之间的关系。     

渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究

采用土钻法研究了油松、刺槐、樟子松、华山松、侧柏和山杏6个树种的垂直根系分布特征.结果表明,立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在;土壤种类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大影响;油松在幼年期(8年生)即可达到根系分布的最大深度,但根系密度却随着林龄的增大呈明显的增大趋势;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大差异,其中刺槐根系分布最深.根据各树种根系垂直分布特征,在黄绵土阳向立地上各树种生产力的大小次序为:刺槐>山杏>油松>樟子松>华山松>侧柏.