散孔材与环孔材树种枝干、叶水力学特性的比较研究

为揭示散孔材与环孔材树种树木水分生理特性的差异,选取了常见的3种散孔材落叶树种(毛白杨、法国梧桐和樱花)和3种环孔材落叶树种(刺槐、合欢和白蜡),研究了其枝干与叶水力学性质的差异及其协调性。结果表明:3种环孔材树种枝干横截面积基础上的最大比导水率(Ks-max)大于3种散孔材树种,但其木质部对空穴化的脆弱性(P50branch)高于散孔材树种,6种树木枝干的水分传输能力和抵抗空穴化能力之间存在一种相互制约的权衡关系。3种散孔材与3种环孔材树种的叶最大水力导度(Kl-max)和水力脆弱性(P50leaf)并无显著差异;对于3种散孔材树种,叶的水力脆弱性要高于枝干,但对3种环孔材树种而言,枝干的水力脆弱性要高于叶。6种树木枝干和叶的水力学性质(Kmax、P50)之间并无相关关系。这些结果表明:散孔材与环孔材树种的枝干水力学特性有明显差异,但叶水力学特性无差异;枝干与叶水力学性质之间是相互独立的。     

散孔材和环孔材树种叶水分传输能力及其与抗旱性的关系

选取树龄相同的3种散孔材(杨树、梧桐和樱花)和3种环孔材(刺槐、合欢和白蜡)树种,用3种不同方法(解剖法、加压法和水容法)研究了其叶水力导度的差异及与抗旱性(PV曲线参数)的关系.结果显示:解剖法估算的最大叶水力导度高于加压法和水容法,加压法和水容法在6个树种中的5个上测定值完全一致,3种散孔材与环孔材树种的叶最大水力导度无显著差异.3种散孔材树种的饱和渗透势和膨压损失点渗透势与3种环孔材相比差异不大,但膨压损失点的相对含水量则低于环孔材树种,质外体含水量高于环孔材树种,导致其综合抗旱性指数也高于3种环孔材树种.研究表明,散孔材和环孔材树种的叶最大水力导度与其抗旱性之间并无显著相关关系.     

气候过渡区环孔材和散孔材树种的水分利用特征

采用Granier树干液流监测系统, 于2014年6-9月份监测河南信阳鸡公山自然保护区内的枫香(散孔材)和栓皮栎(环孔材)水分利用特征及其对环境因子的响应。结果显示: 在7月份干旱天气和虫灾情况下, 导致环孔材树种叶面积大量减少, 7-9月份期间枫香和栓皮栎的日间平均树干液流密度值分别为33.1 g·m^–2·s^–1和24.8 g·m^–2·s^–1; 而6月份的数值分别为31.6 g·m^–2·s^–1和44.2 g·m^–2·s^–1。枫香和栓皮栎的树干液流密度与大气水汽压亏缺(VPD)呈对数函数关系, 决定系数R²分别为0.38和0.91。液流速率与lnVPD的斜率/ VPD =1下的液流速率, 枫香和栓皮栎分别为0.62和2.87; 此比值受栓皮栎的叶面积和水力导度的影响。枫香的实际蒸腾速率普遍比通过方程计算的预测值低。由于栓皮栎水分利用对环境的较高敏感性, 水分胁迫会导致水分利用下降从而影响生长速率, 进而减缓木材产出的时间。因此在气候变化背景下(极端干旱事件频繁发生), 需要根据不同的林业管理目标合理配置两种木材结构树种。     

九种不同材性的温带树种叶水力性状及其权衡关系

不同材性树种的解剖、叶脉分布等结构性状差异会影响树木的水分运输效率和水分利用策略, 进而限制树木的生存、生长和分布。然而, 材性对叶导水率、水力脆弱性及其潜在的权衡关系的影响尚不清楚。该研究选择东北温带森林中不同材性的9种树种(散孔材: 山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tilia amurensis)、白桦(Betula platyphylla); 环孔材: 蒙古栎(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica); 无孔材: 红皮云杉(Picea koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)、红松(Pinus koraiensis), 测量其基于叶面积和叶质量的叶导水率(K_area和K_mass)、水力脆弱性(P₅₀)、膨压丧失点水势(TLP)及叶结构性状, 以比较不同材性树种叶水力性状的差异, 并探索叶水力效率与安全的权衡关系。结果表明: 3种材性树种的K_area、K_mass和P₅₀均差异显著(p < 0.05)。无孔材树种的K_area和K_mass最低, 而散孔材和环孔材树种差异不显著; 环孔材树种P₅₀最高, 而散孔材和无孔材树种差异不显著。K_area和K_mass均与P₅₀显著负相关(p < 0.05), 但散孔材、环孔材和无孔材树种的相关关系分别呈线性、幂函数和指数函数关系。这表明叶水力效率与安全之间存在一定的权衡关系, 但该关系受树木材性的影响。K_mass与TLP显著负相关(p < 0.01), 其中散孔材和环孔材树种呈线性负相关, 无孔材树种呈负指数函数关系; P₅₀随TLP的增加而增加, 这表明树木在面临水分胁迫时, 其质外体和共质体抗旱阻力共同协调保护叶片活细胞, 防止其水分状况到达临界阈值。K_mass与叶干物质含量、叶密度、比叶重均显著负相关, 而P₅₀与之显著正相关(p < 0.01, P₅₀与比叶重的关系除外), 表明树木叶水力特性的变化受相同叶结构特性驱动, 树木增加对水力失调的容忍需要在叶水力系统构建上增加碳投资。     

小麦-玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化Ⅰ.磷肥产量效应及土壤总磷库、无机磷库的变化

研究了冬小麦-夏玉米→春玉米轮作中,长期施用磷肥、有机肥对土壤总磷库、无机磷库的影响及磷肥的产量效应.结果表明,长期施用磷肥、有机肥土壤全磷、总无机磷均有不同程度的积累,土壤磷素的积累以无机磷为主.根据土壤磷素的收支平衡状况,计算出维持土壤磷素收支平衡磷肥的临界用量:冬小麦-夏玉米种植年份为P₂O₅94.7kg·hm^-2,春玉米种植年份为P₂O₅51.5kg·hm^-2.根据肥料效应函数计算出磷肥(P₂O₅)的经济最佳、最高产量用量分别为:冬小麦-夏玉米种植年份为135.8、149.8kg·hm^-2,春玉米种植年份为88.6、95.9kg·hm^-2.     

三株耐铅锌菌的分离、鉴定及其吸附能力

以铅锌矿渣盆栽试验中长势较好的耐性植物夹竹桃(Nerium indicum)的根际土壤为材料,进行耐铅锌优势菌株的分离鉴定,探讨影响铅锌吸附的因素及其吸附机理。结果表明:(1)从土样中分离筛选出3株耐铅锌菌株(B1、B4、B14),3株菌均能在Pb2+、Zn2+浓度为600 mg·L-1的牛肉膏蛋白胨培养基上生长,经形态和分子生物学鉴定分别为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)或炭疽杆菌(Bacillus anthracis)、解硫胺素硫胺素芽孢杆菌(Aneurinibacillus aneurinilyticus)和藤黄微球菌(Micrococcus luteus)。(2)对影响菌株吸附铅、锌的p H、吸附时间、初始菌量3个因素进行分析,发现菌株B1在p H为5.0、吸附时间为50 min、初始菌量为0.06 g时,对Pb2+、Zn2+的去除率分别可达84.22%和70.66%。菌株B4在p H为6.0、吸附时间为50 min、初始菌量为0.18 g时,对Pb2+、Zn2+的去除率分别可达72.63%和54.17%。菌株B14在p H为4.0、吸附时间为60 min、初始菌量为0.10 g时对Pb2+、Zn2+的吸附率分别为77.56%和50.63%。(3)扫描电镜观察和红外光谱分析显示:3株菌对Pb2+、Zn2+的吸附主要是细胞表面的吸附,还存在一定的内部吸收;羟基(O-H)、胺基(N-H)、烷基、酰胺基(CONH-)是吸附、络合或螯合金属离子或原子的主要活性基团,重金属与菌株表面的活性基团结合反应是其吸附Pb2+、Zn2+的主要作用机制。     

What do we know about growth of vessel elements of secondary xylem in woody plants?

Despite extensive knowledge about vessel element growth and the determination of the axial course of vessels, these processes are still not fully understood. They are usually explained as resulting primarily from hormonal regulation in stems. This review focuses on an increasingly discussed aspect – mechanical conditions in the vascular cambium. Mechanical conditions in cambial tissue are important for the growth of vessel elements, as well as other cambial derivatives. In relation to the type of stress acting on cambial cells (compressive versus tensile stress) we: (i) discuss the shape of the enlarging vessel elements observed in anatomical sections; (ii) present hypotheses regarding the location of intrusive growth of vessel elements and cambial initials; (iii) explain the relationship between the growth of vessel elements and fibres; and (iv) consider the effect of mechanical stress in determining the course of a vessel. We also highlight the relationship between mechanical stress and transport of the most extensively studied plant hormone – auxin. We conclude that the integration of a biomechanical factor with the commonly acknowledged hormonal regulation could significantly enhance the analysis of the formation of vessel elements as well as entire vessels, which transport water and minerals in numerous plant species.     

降水梯度带榆树枝叶协作关系的区域分异规律

伴随着降水特征变化(如干旱、干季延长或干湿交替加剧), 与之相耦合的植物功能性状也将随之发生变异, 继而引发植物功能性状的协作关系(单个器官内或多个器官间)发生相应调整, 以此为基础的植物行为和适应策略随之改变。但对这一过程背后的数量关系和作用机制仍然不清楚。以功能性状为切入点, 沿降水梯度带跨区域原位测量共有种对气候环境的特异性反应, 量化这些特异性反应背后的性状-环境关系, 阐明其调控机制, 揭示共有种功能性状及其适应策略的区域分异规律, 将为气候治理提供数据支撑和坚实的科学基础。该研究在中国东南至西北的降水梯度带上选取10个样地, 以样带共有种榆树(Ulmus pumila)为实验对象, 测量其枝和叶共28个功能性状。分析了榆树枝和叶性状以及性状间权衡关系的区域分异规律, 进一步量化不同器官(枝和叶)间功能性状协作关系沿降水梯度带的区域分异, 揭示了榆树对不同水分环境的适应策略。结果表明: (1)在湿润区, 榆树枝条具有最大的输水效率(K_s)和最小的栓塞抗性(P₅₀); 随降水量减少, 叶片厚度、叶组织紧密度增加, 榆树的抗旱能力增强。(2)在整个降水梯度带上, 榆树同一器官(枝)内及不同器官(枝和叶)间均存在效率-安全权衡; 但在区域尺度上, 这种权衡关系随降水量的减少而解耦。(3)枝和叶功能性状相关分析表明: 在整个降水梯度带上, 最大净光合速率(P_n)和比叶质量(LMA)均与K_s负相关, 与P₅₀正相关。榆树通过枝水分运输能力和叶功能性状(叶片厚度和气孔打开比率)协同调控光合能力, 枝和叶功能性状的调整与协作是榆树适应不同水分环境的重要机制。     

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。