红豆杉科、三尖杉科和罗汉松科植物叶片结构的比较观察

扫描电镜和光镜下的叶表皮特征以及叶片解剖结构的研究结果,支持在红豆杉科内建立白豆杉属的处理方式;赞同在三尖杉属内建立篦子三尖杉组,叶片解剖结构方面,三尖杉科和红豆杉科的穗花杉属的相似之处颇多。而叶表皮形态特征方面又表现为三尖杉科和罗汉松科更加接近。反映了出了红豆杉科、三尖杉科和罗汉松科之间的密切而又复杂的系统关系。     

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。     

6个耐旱树种木质部结构与栓塞脆弱性的关系

木质部栓塞脆弱性对干旱响应的研究已成为全球气候变化背景下的热点和重要内容。该文以6个耐旱树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、榆树(Ulmus pumila)、元宝枫(Acer truncatum)、旱柳(Salix matsudana)、榛(Corylus heterophylla)为研究对象, 采用Cochard Cavitron离心机技术建立木质部栓塞脆弱曲线, 计算木质部栓塞脆弱性, 利用染色法、硅胶注射法等测定木质部导管直径、导管内径跨度、导管连接度、导管密度、导管长度和木质部密度, 探究木质部结构与栓塞脆弱性的关系, 区分6个耐旱树种木质部结构在抗栓塞性上的差异, 以期建立6个耐旱树种在木质部结构方面的抗栓塞性指标。结果表明: 6个耐旱树种木质部栓塞脆弱性大小为刺槐>榆树>沙棘>旱柳>元宝枫>榛, 其中, 刺槐、沙棘和榆树的栓塞脆弱曲线为“r”形, 而元宝枫、旱柳和榛的栓塞脆弱曲线为“s”形, 脆弱曲线为“r”形的树种与脆弱曲线为“s”形的树种栓塞脆弱性差异极显著(p < 0.01)。线性分析表明: 木质部结构影响各树种的栓塞脆弱性, 其中, 木质部密度影响最大(t = 0.702), 导管直径次之(t = 0.532), 导管长度影响最小(t = 0.010)。     

水杉和柳杉抗栓塞能力与管胞解剖结构及机械特性的关系

裸子植物抵抗栓塞的能力是表征其抗旱性的一个重要指标,主要取决于木质部管胞结构及其机械特性。该研究采用离心机方法,建立水杉(Metasequoia glyptostroboides)和柳杉(Cryptomeria fortunei)2个园林树种的脆弱性曲线,比较二者之间管胞解剖结构和机械特性的差异,以明确2树种的水分利用策略,为生产中合理栽植提供理论依据。结果表明:(1)水杉的比导水率[(1.73±0.21)kg·m~(-1)·s~(-1)·MPa~(-1)]高于柳杉[(0.47±0.02)kg·m~(-1)·s~(-1)·MPa~(-1))],但柳杉的抗栓塞能力[P_(50)=(-4.99±0.11)MPa]较水杉[P_(50)=(-2.28±0.09)MPa)]强。(2)水杉的管胞平均直径[Dmean=(13.61±0.46)μm)]、平均长度[Lmean=(1 511.93±125.31)μm]及其水力直径[Dh=(15.57±0.05)μm]均大于柳杉[Dmean=(9.48±0.18)μm、Lmean=(1 293.48±78.56)μm、Dh=(11.68±0.02)μm],但管胞密度[(2 260±77)N/mm~2]小于柳杉[(2 970±171)N/mm~2]。(3)水杉管胞间纹孔塞-环的弹性比柳杉强。(4)Ca~(2+)降低了2个树种的纹孔塞环-结构弹性。研究认为,柳杉较强的抗栓塞能力与其管胞直径小、长度短、密度大和纹孔膜塞-环结构弹性小有关,而且柳杉更适宜生长在相对干旱的生境中。     

荒漠河岸林植物木质部导水与栓塞特征及其对干旱胁迫的响应

 以同处于干旱区的塔里木河下游(铁干里克)和黑河下游(乌兰图格)断面为研究区, 比较了荒漠河岸林主要建群种胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix spp.)、疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和花花柴(Karelinia caspia)在长期遭受不同干旱胁迫下的根、枝条木质部导水力和栓塞化程度的变化特征, 并分析了木质部导水对干旱胁迫的响应及适应策略。结果表明: 1) 黑河下游荒漠河岸林植物的导水能力显著高于塔里木河下游, 其中柽柳、胡杨、疏叶骆驼刺和花花柴根木质部的初始比导率(K_s0)分别高11.97、6.74、7.10和3.73倍, 枝条的K_s0分别高9.48、3.65、2.07和1.88倍, 地下水埋深导致的干旱胁迫程度不同是诱发荒漠植物导水能力差异的根本原因; 2)柽柳耐干旱能力最强, 适应范围较宽, 而花花柴、疏叶骆驼刺的耐旱性相对较弱, 适生范围较窄, 这可能与植物的根系分布有关; 3)干旱胁迫较轻时, 枝条木质部是荒漠河岸林植物水分传输的主要阻力部位, 干旱胁迫严重时, 根木质部是限制植株水流的最大阻碍部位; 4)荒漠河岸林植物主要通过调节枝条木质部的水流阻力来适应干旱胁迫, 且其适应策略与干旱胁迫程度有关, 干旱胁迫轻时, 植物通过限制枝条木质部水流来协调整株植物的均匀生长; 干旱胁迫严重时, 植物通过牺牲劣势枝条、增强优势枝条水流来提高植株整体生存的机会。     

冰川退缩地26种丛藓科植物叶中肋细胞结构的研究

该研究应用离析方法,并通过光学显微镜对新疆天山一号冰川退缩地的26种丛藓科植物叶片中肋细胞的形态结构进行比较分析,结果表明:(1)丛藓科植物叶片的中肋细胞的长、宽和细胞壁厚度、纹孔场数目及细胞端尾数目在一定程度上存在着差异,反映出各中肋细胞的功能及导水作用在同属及不同属植物之间存在一定的差异。(2)中肋细胞的端尾多以及细胞壁的波状结构都具有增强细胞间的联系、提高机械固着和支撑作用。(3)不同生境下,中肋细胞侧壁的纹孔场数目能有效控制导水和物质交换的速度。这些特征可能都是冰川地区苔藓植物对恶劣生境的积极响应,具有一定的生态学和分类学意义。     

两种麻黄根与茎次生木质部的解剖与进化和干旱环境的关系

用光镜及扫描电镜对两种麻黄根、茎次生木质部进行了解剖研究,结果表明：轴向系统主要由导管和管胞组成。横向系统由细胞壁木质化了的射线薄壁组织细胞组成。导管直径甚小,多孔式穿孔板,并存在导管与管胞之间的管状分子类型,推断麻黄属是裸子植物中最早出现导管的类群;管胞中有一些两头尖、胞腔小、具缘纹孔含纹孔塞的长分子,可视作纤维状管胞,使管胞的输导作用被削弱,而支持功能被加强;射线异型多列,已不具备裸子植物具较窄射线的特点。导管与管胞并存,恰好起到了一般沙生被子植物具宽窄两种类型的导管、复孔率高等典型的对干旱环境的适应特征的作用,茎中导管分子的长度和宽度均小于根,这与茎部需要较强的机械支持力相一致。     

南亚热带10种造林树种的水力结构和水力安全

南亚热带地区人工纯林面积大, 但是结构简单, 对气候变化响应敏感。在区域气候干旱化的背景下, 造林树种的生理生态策略及其对季节性干旱的响应亟待研究。该研究选择南亚热带地区10种造林树种(包括6种乡土种和4种外来种), 测定这些树种的平均生长速率、水力学性状以及经济学性状, 分析性状与生长速率之间的相关关系, 并比较水力安全边际和气孔安全边际的种间差异。结果发现: (1)造林树种的生长速率与木质部导水率显著正相关, 但与木材密度、比叶面积以及水力安全性指标无显著相关性。(2)造林树种的水分传导效率性和安全性之间没有权衡关系, 外来树种Acacia crassicarpa和Eucalyptus grandis × urophylla同时具有较高的木质部导水率和较强的抗栓塞能力。(3)造林树种的水力安全边际和气孔安全边际的种间差异显著, 大叶相思(Acacia auriculiformis)、红锥(Castanopsis hystrix)、壳菜果(Mytilaria laosensis)和阴香(Cinnamomum burmannii)在干季发生水力失败的风险较高。建议南亚热带人工林的生态监测指标体系中应包括树木水力学性状, 进而为人工林的可持续经营管理提供重要参考。     

3种藓类植物水分含量与光合作用、呼吸作用和水势的关系

对湿地匍灯藓〔Plagiomniumacutum(Lindb.)T.Kop.〕、大羽藓〔Thuidiumcymbifolium(Dozy&Molk.)Dozy&Molk.〕和垂藓〔Chrysocladiunretrorsum(Mitt.)Fleisch.〕的水分含量与光合作用、呼吸作用和水势的关系进行了初步研究（1999年5月20日到6月10日）。在这3种藓类植物中,其水分含量与光合作用速率（Pn）的关系可以分为2种类型一种类型如大羽藓和垂藓,在藓体水分含量20%～70%时,Pn随着水分含量增加而增加,但是在80%～95%时,Pn随水分含量增加而下降,光合最适水分含量约70%～80%;另一种出现在湿地匍灯藓,水分含量20%～80%时,Pn随着水分含量增加而增加,在80%～95%时,Pn维持一个较高的水平,光合最适水分含量为80%～90%。在一个大的水分含量范围内（60%～95%）,暗呼吸（Rd）保持相对稳定,但是在水分含量较低时（20%～70%）,Rd随着水分含量的下降而下降。在藓体水分含量与水势之间的关系方面,3种藓类植物相似,水分含量与水势对数之间的回归曲线为S形曲线。     

阐释、自治和互设：景观设计与理论之间的3种关系

本文写作的初始动力来源于现实的问题意识。在过去几十年的风景园林领域内,景观设计与理论的关系始终存在着某种模糊和混乱的状态,在一定程度上,这种境况同时干扰着行业的实践与学术的研究。鉴于此,为了一定程度上回应上述困境,本文假设景观设计与理论之间存在着3种关系：阐释、自治和互设,并且以此33种关系分述每一种关系中相对应的功能、价值和生产机制等内容。本文期待的效应如下：首先,尽可能地避免景观设计与理论之间的错位带来的迷惑。其次,3种关系的界定不仅能够通过特定的理论形式激发特定设计实践的创造力,还可以进一步促进风景园林的智识性探索。最后,在设计与理论的思辨框架中,甚至能够进一步促进和发展精细化、具体化和导向性的设计批评。     

Relationships among xylem transport, biomechanics and storage in stems and roots of nine Rhamnaceae species of the California chaparral

Here, hypotheses about stem and root xylem structure and function were assessed by analyzing xylem in nine chaparral Rhamnaceae species. Traits characterizing xylem transport efficiency and safety, mechanical strength and storage were analyzed using linear regression, principal components analysis and phylogenetic independent contrasts (PICs). Stems showed a strong, positive correlation between xylem mechanical strength (xylem density and modulus of rupture) and xylem transport safety (resistance to cavitation and estimated vessel implosion resistance), and this was supported by PICs. Like stems, greater root cavitation resistance was correlated with greater vessel implosion resistance; however, unlike stems, root cavitation resistance was not correlated with xylem density and modulus of rupture. Also different from stems, roots displayed a trade-off between xylem transport safety from cavitation and xylem transport efficiency. Both stems and roots showed a trade-off between xylem transport safety and xylem storage of water and nutrients, respectively. Stems and roots differ in xylem structural and functional relationships, associated with differences in their local environment (air vs soil) and their primary functions.     

六种木本植物木质部栓塞化生理生态效应的研究

对６个树种１年生枝木质部栓塞及水势进行了１４个月的连续观测。测定结果表明,木质部栓塞化直接引起木质部导水率下降,从而对树木生长发育节律造成影响。对导水率的影响可通过脆弱曲线看出,６种落叶阔叶树的２类脆弱曲线模型建立：ｙ＝ａｅｂ／ｘ和ｙ＝ｘ＾２／（ａ＋ｂｘ＾２）。通过模型求解,探讨和确定了参数ａ、ｂ的生理生态学意义,并据此比较不同树种木质部栓塞脆弱性的大小,结果为沙棘＞刺槐≥白榆＞加杨＞榛木＞元宝枫     

Water-stress-induced xylem embolism in three species of conifers

Abstract. The mechanism of water-stress-induced xylem embolism was studied in three species of conifers: Abies balsamea (L.) Mill., Picca rubens Sarg, and Juniperus virginiana L. Each species showed a characteristic relationship between xylem tension and the loss of hydraulic conductivity by air embolism. Abics balsamea and Picca rubens began to embolize at tensions between 2 and 3 MPa and were completely non-conducting between 3 and 4 MPa. Juniperus virginiana was least vulnerable, beginning to embolize at 4 and still retaining approximately 10% conductivity at 10 MPa. As with a previous study of the vessel-bearing Accr saccharum Marsh., a brief perfusion of branch segments with an oxalic acid and calcium solution (10 and 0.1 mol m⁻³. respectively) increased the vulnerability of the xylem to embolism; this was especially pronounced in Abies balsamea . In order to test whether embolism was caused by aspiration of air into functional tracheids from neighbouring embolized, ones (the 'air-seeding'hypothesis), hydrated branch segments were injected with air at various pressures and measured for embolism. Results supported the air-seeding hypothesis because the relationship between injection pressure and embolism for both native and oxalic-calcium-treated segments was essentially the same as for embolism induced by xylem tension. Structural and experimental evidence suggested the air seeding occurred through inter-tracheid pit membranes when the thickened torus region of the membrane became displaced from its normal sealing position over the pit aperture. Thus, the embolism-inducing tension may be a function of pit membrane flexibility. This tension is of ecological significance because it reflects to some extent the range of xylem tensions to which a species is adapted.     

Climate-related trends in sapwood biophysical properties in two conifers: avoidance of hydraulic dysfunction through coordinated adjustments in xylem efficiency, safety and capacitance

In the Pacific north‐west, the Cascade Mountain Range blocks much of the precipitation and maritime influence of the Pacific Ocean, resulting in distinct climates east and west of the mountains. The current study aimed to investigate relationships between water storage and transport properties in populations of Douglas‐fir (Pseudotsuga menziesii) and ponderosa pine (Pinus ponderosa) adapted to both climates. Sapwood thickness, capacitance, vulnerability to embolism, and axial and radial conductivity were measured on samples collected from trunks of mature trees. The sapwood of ponderosa pine was three to four times thicker than Douglas‐fir. Radial conductivity was higher in west‐side populations of both species, but axial conductivity was higher in the east‐side populations and in Douglas‐fir. Eastern populations of both species had sapwood that was more vulnerable to embolism than west‐side populations. Sapwood capacitance was similar between species, but was about twice as great in east‐side populations (580 kg m^?3 MPa^?1) as in west‐side populations (274 kg m^?3 MPa^?1). Capacitance was positively correlated with both mean embolism pressure and axial conductivity across species and populations, suggesting that coordinated adjustments in xylem efficiency, safety and water storage capacity may serve to avoid embolism along a gradient of increasing aridity.     

大小龄红松木质部解剖特征的年龄效应及其对气候变化的响应差异

树龄是影响树木生长的最重要因素之一。在气候变暖背景下,利用树干木质部解剖特征,分析不同树龄生长-气候关系,对准确评估树木对气候变化的响应和适应策略、预测气候变化下的森林动态至关重要。利用木材解剖学方法,比较了小兴安岭溪水地区针阔混交林内大、小龄红松(Pinus koraiensis)木质部解剖特征及其对气候变化的响应异同。结果表明:大龄红松主要管胞特征值随年龄增加而呈上升趋势,但小龄红松的变化趋势并不明显,两者均在1840-1890年和1980-2010年间出现剧烈的波动。大、小年龄红松部分管胞特征与气候因子的关系具有一致性,管胞数量和理论导水率分别与月最高温度负相关和正相关;总管胞面积(负相关)、理论导水率(正相关)、平均水力直径(正相关)与月最低温度的关系一致;理论导水率与月总降水正相关;管胞占比、平均管胞面积、理论导水率、平均水力直径均与平均相对湿度正相关,且大龄红松相关性更强。大、小年龄红松管胞特征与气候因子的关系的不一致表现在,大龄红松管胞占比、平均管胞面积、总管胞面积和平均水力直径与月最高温度正相关,而这些关系在小龄红松则表现为负相关。大龄红松管胞数量与7-9月最低温度正相关,而在小龄红松表现为显著负相关;大、小龄红松除理论导水率外其他管胞特征与降水关系基本相反,其中管胞数量的相关性更强;大龄红松与7月、9月、年总降水量显著正相关,而小龄红松与6月和年总降水显著负相关;与月平均相对湿度的相关关系大龄红松表现为正相关或不显著,而小龄红松呈负相关关系。温度是限制大、小龄红松管胞特征生长的主要气候因子,降水的影响相对较弱,平均相对湿度对大小龄红松的影响差异不大。近几十年,小兴安岭地区气候暖干化趋势逐渐增强,这种暖干化会造成大、小龄红松生长的响应差异。若气候持续变暖或加剧,小龄红松会出现严重生长衰退。     

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。