湿润区3种杉科植物枝和根木质部的水力功能与解剖结构的关系

【目的】全球变暖导致干旱强度增大、频率更高。研究湿润区3种杉科植物枝条和根系的水力功能性状和木质部结构性状的差异,以及木质部结构性状与水力功能性状的数量关系,有助于了解湿润区植物的干旱适应机制,为湿润区树木死亡风险在时空上的相对可预测性提供数据支持。【方法】以湿润区池杉、落羽杉和北美红杉为研究对象,测定枝条和根系的导水率和脆弱曲线,制作石蜡切片观察枝条和根系的木质部解剖结构,并计算管胞结构和纹孔结构参数。【结果】3个树种根系的P20、P50、P88(导水率损失20%、50%、88%时所对应的木质部水势,代表枝条和根系栓塞抗性的大小)均小于其枝条;枝、根比导率与P50相关分析的决定系数接近0(R2=0.01,P=0.62)。木质部解剖结构与功能性状的相关分析发现:管胞直径与比导率显著正相关(r=0.82,P=0.001),管胞密度与比导率显著负相关(r=-0.68,P=0.01);纹孔塞面积与P50正相关(r=0.4,P=0.19)。冗余分析表明:管胞直径对比导率有显著影响且解释度达80.1%(P=0.004);纹孔塞面积对P50影响较大且解释度达70.1%(P=0.18)。【结论】杉科3个树种根系的栓塞抗性均比枝条弱。其枝、根木质部导水系统无效率-安全权衡关系,因为决定其输水效率(比导率)的是管胞直径,决定其栓塞抗性(P50)的是纹孔塞面积,即枝、根木质部导水系统不具备效率-安全权衡的基础。3个树种均为低效率低安全性物种。

湿润地区3种松属植物枝和根导水系统的效率-安全关系

【目的】干旱导致的树木衰退甚至死亡并不局限于干旱地区,湿润区树木干旱适应能力弱,更易因水力失效而死亡。建立湿润区树木器官水平上的木质部结构与水力功能性状(包括输水效率和安全)的数量关系,是解答湿润区树木干旱致死机制的关键。【方法】以湿润地区马尾松、日本五针松和湿地松为对象,测定其枝条、根的木质部水力功能性状(导水率与栓塞抗性)和结构性状(管胞、纹孔特征等)。结合已发表的其他松属树种相关数据,检验了松属枝条与根的水力效率-水力安全权衡;定量分析了木质部输水效率(K_(s),单位边材面积的导水率)和栓塞抗性(P_(50),导水率损失50%时的木质部水势)的结构基础。【结果】1)对所研究的松属3个种,根比导率(K_(sr),根单位边材面积的导水率)>枝条比导率(K_(ss),枝条单位边材面积的导水率),根P_(50)>枝条P_(50);K_(ss)与K_(sr)正相关,枝条P_(50)与根P_(50)也呈正相关;3个种均属低效率低安全性树种。2)相关分析表明:K_(ss)与枝条P_(50)负相关,枝条存在效率-安全权衡;K_(sr)与根P_(50)的决定系数接近0(R^(2)=0.01,P=0.94),即根无效率-安全权衡。这种功能权衡关系由其解剖结构决定:K_(ss)与枝条P_(50)对结构的需求趋异(枝条有效率-安全权衡),而K_(sr)与根P_(50)对结构的需求趋同(根无效率-安全权衡)。3)冗余分析表明,枝条纹孔膜面积对K_(ss)解释度最高,枝条纹孔塞面积对枝条P_(50)解释度最高;根木材密度对K_(sr)解释度最高,根塞缘面积对根P_(50)解释度最高。【结论】枝条和根的输水效率、栓塞抗性主要由木质部结构决定,其中纹孔结构影响最大,木材密度与管胞壁厚度次之。马尾松、日本五针松和湿地松的枝条存在效率-安全权衡,而根不存在这种权衡,其相关的结构性状解释为:效率与安全的结构需求趋异存在权衡,趋同则无权衡。

基于越野车行李架的风力发电试验装置研制

风力发电作为目前为止技术最成熟、效率最高的可再生能源,已经受到了世界各国的重视。2012年底我国民用汽车保有量与2011年相比,增长率为16%,高出近几年来增长的平均水平。目前绝大多数汽车都在消耗世界上已所剩不多的石油资源。本文通过研发利用固定在越野车车顶的永磁风力发电机的结构的优化和安装,达成利用汽车风力发电,给汽车用电器供电,不但减少车燃料消耗,减少汽车尾气排放,而且为汽车新能源的开发提高新思路。

罗汉松科3种植物茎和根木质部水分运输、解剖结构与机械强度之间的关系

水力失效是植物干旱死亡的主要机制。量化分析水力性状的种间和器官间差异是预测树木在气候变化下的响应甚至生存能力的基础。该研究对比分析了罗汉松科3种植物器官(茎和根)水平上水力功能性状的差异,并探讨其与解剖结构和机械强度之间的关系。在湿生同质园内选择罗汉松科3种植物,测定了茎和根木质部水力功能性状(最大比导率(K_(s))和栓塞抗性(P_(50)))、解剖结构性状(管胞直径(D_(t))、水力直径(D_(h))、管胞密度(N_(t))、管胞壁厚(T_(w))、纹孔膜直径(D_(p))和纹孔密度(N_(p)))和机械强度(木材密度(WD)和管胞厚度跨度比((t/b)^(2)))。结果发现:(1)罗汉松科3种植物茎木质部不存在效率-安全权衡,而根木质部存在权衡。(2)茎Ks与Dp显著正相关,与(t/b)^(2)和WD无关;茎P_(50)与D_(p)极显著负相关,与(t/b)^(2)和WD无关。(3)根K_(s)与D_(h)显著正相关,与Tw和(t/b)^(2)极显著负相关;根P50与Tw、(t/b)^(2)和WD均极显著正相关。在罗汉松科植物中,根木质部性状与输水效率和栓塞抗性的密切关系是解释其存在效率-安全权衡的基础,而茎木质部的过度建造是茎不存在效率-安全权衡的原因,木质部的过度建造仍需要更多的实验证据。

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(P_(50)))、输水效率(比导率(Ks))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Ks更大,P_(50)更小,与其更大的D、更小的(t/b)^(2)有关。2)同生境种内Ks与P_(50)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P_(50)不存在显著的相关关系;除自然生境女贞外,T、(t/b)^(2)均与P_(50)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。