毛白杨根系液流与水力再分配特征

为确定毛白杨(Populus tomentosa)根系是否存在水力再分配现象,并探究其发生特征与影响因子,该研究以四年生毛白杨为研究对象,利用热比率法对3株样树的共计7条侧根(R1–R7)进行长期液流监测,并对土壤水分以及气象因子进行同步测定。结果显示:毛白杨存在两种水力再分配模式,分别为干旱驱动的水力提升和降雨驱动的水力下降,水力再分配的发生模式与特征受侧根分布深度与直径大小的影响。在整个生长季尺度上,毛白杨根系再分配的水量较低;但在极端干旱条件下,部分侧根再分配的水量可达其日总液流量的64.6%,表明水力再分配会为干旱侧根提供大量水分。根系吸水与气象-土壤的耦合因子(太阳辐射(R_s)×土壤含水率(SWC)、水汽压亏缺(VPD)×SWC、参考蒸散发(ET_o)×SWC)间存在显著相关关系,但水力再分配与所选因子基本不相关。此外,毛白杨浅层根中存在特殊的日间逆向液流现象,其液流量最高可占日液流总量的79.2%(R1)到90.7%(R2),该现象可能对浅层根系抗旱起到重要作用。     

植物根系水力再分配的研究进展

植物根系水力再分配(hydraulic redistribution,HR)是一种普遍现象,其提升数量大小与研究方法和影响因素有关.常用的研究方法包括土壤水分法、同位素示踪法、液流法、Ryel模型,每种方法均有缺点,单独使用其中任一方法其结果都存在差异.HR发生具有两个条件,即土壤水势(ψs)小于叶片水势(ψ1)且蒸腾...     

植物-土壤系统中水分再分配作用研究进展

在过去100多年里,植物与土壤之间水分关系的研究多侧重于植物本身的水分利用方式、水分利用效率及其植物根系对水分的吸收等.然而进入20世纪80年代后期,植物生理生态学研究人员开始将注意力转移到植物根系对土壤水分的调节作用,即水分再分配（hydraulic redistribution）作用,具体地讲是在水势差的驱动下水分由根系向土壤中释出的一种双向和被动的水分运转过程,其中既包含水分由深层土壤向表层土壤的释出,也包括由表层土壤向深层土壤的流动,同时还涵盖了水分在水平方向上的侧向运输过程.伴随着研究手段的不断提高和对生态系统水平衡问题的关注,水分再分配逐渐成为近代植物生态学和水文学的交叉学科生态水文学（ecohydrology）的核心研究内容之一.目前该领域的研究已经阐明水分再分配作用在不同程度上对植物个体蒸腾、碳同化速率有很大贡献,有利于提高根系生活力和土壤养分;另外,在不断扩展的生态系统生态学研究中,也加强了对制约水分再分配作用发生的外部因子的认识.回顾和分析了水分再分配的研究历史、生态学意义、影响因素、测定方法等,特别提出阐述浅根系植物对水分再分配作用的依赖性与依赖程度,从植物进化学角度解释水分再分配作用发生的生理学基础和意义及水分再分配作用对土壤微生物活性的影响等方面将是未来研究的几个重点方向.     

恢复演替中草地斑块动态及尺度转换分析

研究了９ａ草地恢复油潜系列中斑块边界形状和斑块面积分布动态,并进行了凡度转换分析。獐茅斑块的边界分维数和斑块化指数最高,羊草斑块的较低,碱蓬斑块的斑块化指数略小于羊草斑块,边界分维数大于洋草斑块。共他类型斑块的两种指数基本上介于獐茅斑块之间,斑块化指数的年限变动滞后于斑块边界分维数,斑块边发维数在整个试验的尺度范围内符合同一自相似规律,斑块的面积分布格局在不同的尺度上有不同的自相似规律。     

一次结实植物的衰老与氮再分配

对一次结实植物衰老过程中氨再分配、硝酸还原、氨基酸代谢、蛋白质降解及调节、产量形成、品质改良和氨的经济利用等方面作了概述,并展望了未来的研究趋势。     

植物根系水力再分配测定与模拟方法研究进展与展望

水力再分配(hydraulic redistribution,HR)指在根-土界面水势梯度驱动下,水分经由根系在土壤不同部位之间的一种被动运输过程。目前,已在全球不同生态系统超过120种植物中发现了HR现象,试验观测与模型模拟的HR大小相差2个数量级:试验观测的HR在0.04~1.3 mm·d-1,而模型模拟的HR在0.1~3.23 mm·d-1,这主要受方法差异的影响。目前,HR测定所采用的方法主要有土壤水分法、同位素示踪法和液流法;任何一种单一的观测方法都存在缺陷,且由于各种观测结果之间缺乏系统的比较,造成HR的测定结果存在不确定性。HR模拟方法主要以土层连接模型为代表,而其他基于物理过程的大根模型、中尺度水分动态模型和动态根廓线模型,因其结构复杂、参数较多而未得到推广。未来,HR的大小量化和机理理解仍将是这一课题面临的难点问题。     

植物营养生长期同化物分配的机理模型

将营养生长期的植株分为叶、茎、根三部分,在同化物供应条件下,将根系吸水能力与叶片蒸腾特性结合起来,以各器官之间的功能平衡为约束条件,得出了同化产物在各器官中的分配模型,该模型能够解释地上部分与地下部分生长的相互关系,能够解释环境因子对同化物分配的影响。利用Ｎａｇａｒａｊａｈ（１９８３）的实验资料对模型进行了验证,结果表明,此模型能较好地模拟它的实验结果。     

沙地草地景观的降水再分配模型

提出了一个简单的沙地草地的三级台阶(硬梁、软梁、滩地)景观内各组成部分的降水再分配模型。基本假设是当土壤水分小于田间持水量时,再分配流动可以忽略。而当降水强度较大,以致使土壤水分大于田间持水量时,超过田间持水量部分的土壤水会很快流往较低的台阶。还以实际降水数据检验了降水强度的指数分布,在此基础上求出了模型的解。     

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.     

基于模式识别的景观格局分析与尺度转换研究框架

景观格局分析和尺度转换是生态学和地理学研究的核心问题之一.尽管多年来投入了大量的精力,然而由于尺度效应的复杂性和尺度转换过程的不确定性,仍然没有找到合适的方法.目前关于尺度转换的研究存在两个误区,其一是过分重视空间尺度的转换,忽略了过程尺度的转换;其二是过分强调了对不同尺度间数量关系的外推与转换,忽略了不同尺度间生态规律的外推与转换.在系统分析了景观格局与尺度转换研究现状、存在问题和难点的基础上,提出了借用模式识别的原理和方法,针对特定的生态过程,开展景观格局分析与尺度转换的思路.认为尺度转换的关键在于通过识别不同尺度上影响生态过程的主导因子,找到各个尺度上“格局（环境因子空间组合）-过程”、尺度间“格局-格局”之间的对应关系,通过建立“环境-格局-过程”模式识别数据库,就能够建立不同尺度之间基于模式识别的尺度转换方法.     

土壤水分与温度共同作用对植物根系水分传导的效应

 本文根据不同大气环境温度和土壤温度及不同土壤含水率处理条件下的玉米、向日葵、台湾相思(Acacia confusa)、银合欢(Leucaena glauca)的试验资料，分析了土壤水分和温度以及土壤水分与温度共同作用对植物根系水分传导的效应。台湾相思和银合欢的试验结果表明，在一定的土壤水分范围内，高温(白天/夜晚的温度为40／30℃)环境中的根系水分传导大于低温(30/25℃)环境中的，但当根系水分胁迫十分严重(台湾相思根系水势小于-1.5MPa，银合欢根系水势小于-2.0MPa)时，30/25℃环境的根系水分传导反而大于40／30℃环境的；玉米、向日葵的试验结果表明，在一定土壤温度范围内，根系水分传导随土壤温度增加而增加，其增加的幅度与生育阶段有关；在向日葵生育期土壤温度高于35℃、玉米生育期高于30℃时，其根系水分传导随温度增加而降低。通过植物根区土壤逐渐干旱和干旱复水后的试验，其结果表明复水后根系水分传导上升较快，银合欢复水1.5d、向日葵复水3d后测得的根系水分传导即可达到受旱前的水平，其后的水分传导还略高于一直充分供水处理的，表明根系经受一定程度的干旱锻炼后，对其水分传导具有明显的补偿效应。在干旱和复水过程中根系水分传导与根水势的变化规律相一致。     

植物根特异性基因表达研究

植物根中基因表达的调控近几年渐始受到注意,一些分离自植物病原的外源基因启劝子能在植物根中特异性地启动编码基因表达。部分植物基因组基因查明存在根特异表达调控元件和反式作用因子,已分离和克隆了部分未知功能的根特异性表达基因。     

棉花根系生长和空间分布特征

结合田间根钻取样和图像扫描分析方法, 研究了不同棉花品种根系的长度、直径和表面积动态及 0~ 10 0cm深和 0~ 4 0cm宽土壤范围内的空间分布特征。该方法与常规直尺测量结果相比相关系数R2 达到 0.899 (n =1318), 显示了较好的可靠性。研究结果表明, 棉花平均根长密度 (RLD) 在花铃期为 1.2 1~ 1.2 7mm·cm-3, 吐絮后降至 1.0 4~ 1.12mm·cm-3, 收花时为 0.76mm·cm-3 。棉花根平均直径在不同基因型间存在显著差异, 抗虫杂交棉的根直径最粗, 平均为 0.5 2mm ;早熟类型品种根直径较细, 平均为 0.36mm。在土壤深度上根直径的差异不显著, 但距棉行距离越远, 根的平均直径越小。在明确根系长度和直径动态规律的基础上, 提出了根表面积指数 (RAI) 的概念, 与地上部叶面积指数具有相似的含义和生物学意义, 且呈较好的指数相关关系 (R2 =0.779) 。RAI在生理发育时间 (PDT) 小于等于 4 0前, 其增长动态符合LOGISTIC生长规律 (R2 =0.84 9), 在PDT大于 4 0后, 呈线性递减趋势 (R2 =0.5 70~ 0.895 ), 且杂交抗虫棉的RAI在全生育期内均明显高于其它类型品种, 而早熟类型品种相对略低。RAI空间分布特征表现为, 开花前在浅根层内 (0~ 30cm) 分布最多, 花铃期以中层根系 (40~ 6 0cm) 为主, 吐絮后主要以深层 (70~ 10 0cm) 和距棉行较远的行间较多。研究结果为制定合理的施肥、灌溉措施提供了理论依据, 并量化了棉花根系的时空变化, 为进一步提高生长发育模拟模型的精度奠定了基础。     

水曲柳幼苗根系在不同浓度NH4NO3溶液中水流导度的变化

水分吸收过程是根系重要的生理过程。水孔蛋白在根系水分径向运输中起着重要的作用,根系水流导度(L_p)的测定是研究水孔蛋白的重要途径。该研究采用压力流的方法,对相同生长条件下的水曲柳(Fraxinus mandshurica)幼苗根系进行研究,测定了根系在去离子水和不同浓度NH₄NO₃溶液中的L_p。结果表明:未经处理的水曲柳幼苗根系,L_p随NH₄NO₃浓度的增加而上升,而且NH₄NO₃溶液中的L_p比去离子水中的L_p平均高77%;经HgCl₂处理后,水曲柳幼苗根系的L_p仍然随NH₄NO₃浓度的增加而增大,但是根系L_p在去离子水下降了22%,而在NH₄NO₃溶液中下降了68%,与以前的研究相比发现,经HgCl₂处理后,以营养液为吸水基质的根系L_p的降低值普遍高于以去离子水为基质的试验。因此,基质中养分离子的存在对根系中水孔蛋白活性产生了重要的影响,进而影响根系水分的吸收过程。     

Ca2+对小麦种根及其根毛生长发育的影响

低浓度的ＣａＣｌ２对小麦种根生长、根毛发生和生长无明显影响,高浓度的ＣａＣｌ２（０．１ｍｏｌ／Ｌ）对种根和根毛生长有抑制作用,但不影响根毛的发生。Ｃａ２＋专一性螯合剂ＥＧＴＡ抑制种根生长和根毛的发生及生长,添加一定浓度的外源ＣａＣｌ２,这种抑制作用可被消除。ＣａＭ抑制剂ＴＦＰ（三氟拉嗪）和ＣＰＺ（氯丙嗪）对种根生长、根毛发生和生长均有抑制作用,添加外源ＣａＭ可减弱或消除这种抑制作用。     

水稻苗期根系性状的数量遗传分析

根系不仅是水稻吸水吸肥和支持地上部的重要器官 ,同时也是许多重要生理活性物质的合成器官 ,发达的根系是水稻生长发育和产量形成的基础〔1,2〕。在我国水稻生产中具有重要地位的杂交水稻之所以高产稳产 ,其生理基础之一就是其根系发达 ,吸肥吸水能力强 ,生理代谢旺盛 〔3,4〕。由于对根系的观测很烦琐 ,因此在过去的育种实践中很少将其列入育种计划。今天 ,随着分子标记技术的发展 ,分子标记辅助选择 (marker- assisted selection,MAS)使得育种学家能较简便地对根系性状进行有针对性的选择和改良〔5,6〕。因此 ,有必要进一步加强对水稻…     

THE SCALING OF PLANT AND ANIMAL BODY MASS,LENGTH, AND DIAMETER

The interspecific scaling exponents of body mass M and diameter D with respect to length L were determined to evaluate the predictions of three scaling hypotheses (geometric, stress, and elastic similitude). The relation between M and L was determined for data from a total of 133 aquatic and terrestrial species (66 plant and 67 animal species); the relation between D and L was determined independently for a total of 753 aquatic and terrestrial species (667 plant and 86 animal species). Organisms were crudely classified as to their geometry (spheres, spheroids, cylinders) and shape (defined as the body slenderness factor, L/D) to examine whether geometry and shape evinced size-dependent variations. Regression indicated M = 1.29L^2.95 (r² = 0.91, N = 133; α_RMA = 3.09 ± 0.088). The stress and elastic similitude (which respectively predict α_RMA = 5 and α_RMA = 4) were rejected; geometric similitude was not (α_RMA = 3). For animals and plants, α_RMA = 2.81 ± 0.061 (r² = 0.98), and α_RMA = 2.95 ± 0.093 (r² = 0.94), respectively. For aquatics and terrestrial organisms, α_RMA = 2.82 ±0.134 (r² = 0.97, N = 36), and α_RMA = 3.08 ±0.111 (r² = 0.89, N = 97), respectively. These results were interpreted to support the hypothesis of geometric similitude. For the pooled plant and animals data, D = 0.05L^1.00 (r² = 0.95; α_RMA = 1.03 ± 0.009), which was compatible with the hypothesis of geometric similitude. For plants, D = 0.05L^1.06 (r² = 0.95; α_RMA = 1.09). For animals, D = 0.29L^0.98 (r² = 0.95; α_RMA = 1.01 ± 0.025). Also, for aquatics, α_RMA = 0.951 ± 0.151, whereas for terrestrial plants and animals, α_RMA = 1.03 ± 0.089. Although the scaling exponent for D differed among individual groupings of animals and plants, the results of regression analyses were interpreted to indicate that, on the average, body diameter scaled isometrically with respect to length as predicted by geometric similitude. For the pooled data set, organic shape varied over 3 orders of magnitude; L varied over 9 orders of magnitude reflecting 22 orders of magnitude of M. In terms of body geometry and the absolute numbers of species in the total data set: spherical shaped species (L = D) < unassigned species < prolate spheroidal species < cylindrical (squat < slender) species. The largest organisms in the data set were slender (L/D > 20) cylindrical plants; the smallest organisms were spherical plants and animals. Although not subject to statistical inference, these data were interpreted to indicate that organic shape and geometry evince size-dependent variations. These variations as well as size-dependent changes in bulk density are hypothesized to account for the scaling exponents of M and D determined for individual plant and animal clades and grades.