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。     

模拟喀斯特生境条件下干旱胁迫对青冈栎苗木的影响

为了研究喀斯特"双层"地质结构对植物的影响,以及在干旱环境下,喀斯特地区植物的生理变化与适应策略,建立"土壤层-岩石(石灰岩)层-岩溶水层"水分供应分层模拟柱,对‘土壤层’设置不同水分梯度,种植青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)苗木进行干旱胁迫试验,测定青冈栎的叶面积、比叶面积、生物量、渗透调节物质含量、相对叶绿素含量。结果表明:在模拟柱‘岩溶水层’加水条件下,植物根系能下扎至‘岩溶水层’,‘土壤层’干旱胁迫对青冈栎的生理变化没有产生影响;在‘岩溶水层’无水条件下,青冈栎生理变化受‘土壤层’干旱胁迫影响显著,‘土壤层’水分含量越低,青冈栎的叶面积、生物量、叶绿素含量、叶片相对含水量越小,青冈栎干鲜比、根冠比、可溶性糖、丙二醛和脯氨酸含量越高。青冈栎幼苗利用岩溶水层水分是适应喀斯特干旱环境的重要策略。     

4种沙生灌木幼苗PV曲线水分参数对干旱胁迫的响应

以柠条、沙木蓼、杨柴和花棒4种沙生灌木幼苗为材料,采用盆栽法在适宜水分、中度干旱和重度干旱(田间持水量的75%、50%和35%)3种土壤水分条件下,应用PV技术测定了它们在膨压为0时的渗透势(ψstlp)、相对水含量(RWCtlp)和相对渗透水含量(ROWCtlp),以及饱和含水时的渗透势(ψssat)、束缚水含量(Va)、膨压随叶水势下降而降低的速率b值和组织细胞总体弹性模量(ε′)等水分参数,并用隶属函数值法对4种苗木在干旱下保持膨压的能力进行了综合评价.结果显示:与适宜水分条件下相比较,除花棒幼苗在中度及重度干旱下ψssat值、柠条苗在中度干旱下ψssat和ψstlp差值和在中度及重度干旱下Va值、沙木蓼苗在中度干旱下ε′和RWCtlp值均变化很小以外,4种苗木其它水分参数在不同程度干旱胁迫下均有较明显的变化,且其变化幅度随干旱胁迫的加剧而增加,从而使苗木保持膨压及吸水保水的能力较适宜水分下明显增强;苗木保持膨压能力的综合评价结果为:中度干旱下柠条>花棒>杨柴>沙木蓼,重度干旱下柠条>花棒>沙木蓼>杨柴.研究表明,柠条幼苗对干旱胁迫具有极强的渗透调节适应性.     

两种苹果砧木根系水力结构及其PV曲线水分参数对干旱胁迫的响应

研究干旱胁迫对平邑甜茶(Malus hupehensis)和楸子(Malus prunifolia)根系水力结构及其PV曲线水分参数的影响.设定正常与干旱2种水分处理,对2种苹果砧木进行氯化汞-巯基乙醇处理和压力室-容积(PV)曲线测定试验,并利用高压流速仪(HPFM),测定平邑甜茶和楸子根系水力结构.结果表明:随着水分胁迫的加重,平邑甜茶和楸子的根系导水率、根系叶比导水率、根系茎比导水率出现减少趋势.在适宜水分和重度干旱条件下,平邑甜茶根系叶比导水率分别为楸子根系叶比导水率的95％和92％,平邑甜茶根系茎比导水率分别为楸子根系茎比导水率的52％和62％,楸子与平邑甜茶相比在根系茎比导水率和根系叶比导水率上出现增加趋势.干旱胁迫可能会导致水通道蛋白的活性受到抑制,致使其根系导水率出现降低,继而导致了地上部分气体交换受到影响.严重干旱时,楸子与平邑甜茶相比可能具有更大的水孔蛋白表达量来抵御干旱胁迫.在2种水分条件下,楸子的初始质壁分离时的渗透势(ψstlp)、饱和含水时的渗透势(Ψssal)、初始质壁分离时的相对水含量(RWCtlp)、初始质壁分离时的相对渗透水含量(ROWCtlp)、组织细胞总体弹性模量(ε')值与平邑甜茶相比较均处于较低水平,束缚水含量(Va)值处在较高水平.对PV曲线水分参数进行隶属函数综合评价得出的△值为楸子大于平邑甜茶,平邑甜茶和楸子之间b值差异不明显.在适宜水分和重度干旱条件下楸子所体现出的输水策略优于平邑甜茶.PV曲线水分参数同苹果砧木根系的水力结构一样能够随着植物所处的环境做出相应的调整.对于PV曲线水分参数研究发现,楸子在膨压保持方面与平邑甜茶相比,其抗旱性优于平邑甜茶.     

模拟岩溶水分供应分层的干旱胁迫对青冈栎光合特性和生长的影响

根据喀斯特地质特点,建立水分供应分层模拟柱(土壤层-岩石层-岩溶水层),并设置不同土壤水分梯度:重度干旱、中度干旱、水分适宜和水分饱和(相当于土壤田间持水量的30％～40％、50％ ～ 60％、70％ ～ 80％和90％～100％),研究2年生青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)苗木在模拟喀斯特生境下地经生长量、枝条生长量、光合曲线特征以及光合参数变化.结果表明:土壤干旱胁迫能显著降低青冈栎地径和枝条生长量,但在岩溶层有水的条件下,地径生长量不受土壤干旱胁迫影响;青冈栎的光合作用-光响应曲线符合非直角双曲线函数模型,不同处理光响应曲线的变化趋势基本一致;最大净光合速率和表观量子效率均表现为水分饱和＞水分适宜＞中度干旱＞重度干旱;土壤干旱胁迫使青冈栎光饱和点降低、光补偿点升高,但岩溶水层有水时情况发生改变.     

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。     

油松Ｐ—Ｙ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φ8sat、初始质壁分离时的渗透势φ8tlp、渗透水相对含量Ftl p,和相对含水量RWCtlp,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φ8sat、φ8tlp、Ftl p和RWCtlp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。     

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.     

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.     

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。