北京地区黄栌树干液流变化的环境驱动机制

为探究北京主要造林树种黄栌树干液流在季节与昼夜尺度上的环境调控机制,为人工林经营管理提供科学支持,以蟒山国家森林公园主要造林树种黄栌(Cotinus coggygria)为研究对象,在2021年生长季(4—9月),采用热扩散技术对黄栌树干液流速率进行原位连续观测,并同步观测环境要素如空气温度(T_(a))、相对湿度(R_(H))、光合有效辐射(PAR)和土壤体积含水量(VWC),通过回归与通径分析方法探究环境因子对树干液流的驱动机制。主要研究结果:黄栌生长季累积蒸腾量为90 mm。昼夜尺度液流速率(J′s)主要受PAR调控,呈正相关关系(R^(2)=0.93),二者到达峰值的时间存在0.5 h的时滞。季节尺度,日平均液流速率(J_(s)^(d))主要受蒸气压差(VPD)调控,VPD对液流速率的调控阈值为1.5 kPa:当VPD<1.5 kPa时,VPD直接驱动液流变化,呈正线性相关关系(R^(2)=0.94);当VPD>1.5 kPa时其对液流速率的调控作用减弱,气孔导度(g_(s))对液流速率的调控作用增强,且g_(s)随VPD的上升呈指数型下降(R^(2)=0.88)。在生长旺期(6—8月),J_(s)^(d)随T_(a)、VPD、PAR的上升而上升,但与VWC间没有明显关系。研究发现黄栌具有低耗水性,昼夜尺度液流主要受光合有效辐射限制,季节尺度液流速率主要受蒸汽压差调控,黄栌可通过调节气孔导度适应大气干旱,为北京营造水源涵养林、水土保持林树种选择提供科学依据。

兴隆山青扦液流特征及其与环境因子的关系

在2018年5月1日-10月31日,对兴隆山青扦树干液流、气象因子、土壤温湿度和土壤电导率进行连续监测,分析监测期内青扦液流特征及其与环境因子之间的关系.结果表明,不同时间尺度上青扦液流量均呈单峰变化,呈先增后减趋势,相比于晴天,青扦阴天液流启动时间和液流峰值出现时间均存在滞后现象.当年生长季内,青扦蒸腾总量为273.79 mm,日均蒸腾量1.49±0.71 mm.青扦夜间液流活动与日间液流量呈极显著相关.小时和日尺度上影响青扦液流的主要环境因子是土壤电导率和空气温度,可以分别解释78.4%和81.1%的液流量变异,饱和水汽压差是月尺度上的主要影响因子,可以解释月尺度97.3%的液流量变异.

胡杨异形叶渗透调节物质及抗氧化酶活性对地下水埋深梯度的响应

以塔里木荒漠区建群种胡杨(Populus euphratica Oliv.)为实验材料,研究3种典型异形叶的渗透调节物质和抗氧化酶活性沿地下水埋深(GWD)梯度的变化规律及适应干旱胁迫的策略。结果显示:(1)随GWD的增加,3种异形叶的相对含水量、叶水势、可溶性蛋白质(SP)含量和过氧化物酶(POD)活性呈降低趋势,水分饱和亏缺、游离脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖(SS)含量和丙二醛(MDA)含量呈增加趋势,而超氧化物歧化酶(SOD)始终保持较高活性且较稳定。(2)条形叶Pro、SS含量与GWD呈极显著正相关,卵形叶SS、SP含量与GWD呈显著正相关,锯齿阔卵形叶SS含量与GWD呈极显著正相关。(3)条形叶主要以Pro和SS协同维持细胞渗透势以应对水分胁迫,卵形叶以增强渗透调节能力(SP、Pro、SS)来提高其抗旱性,锯齿阔卵形叶则以SS、Pro维持细胞膨压,并通过POD、SOD清除活性氧(ROS)协同适应干旱的荒漠环境。

水分胁迫下德兰臭草对内生真菌感染的生理响应

为探究不同水分胁迫下德兰臭草对内生真菌感染生理指标的影响,以内生真菌侵染德兰臭草植株(E+)与未侵染植株(E-)为材料进行盆栽控水试验,以土壤含水量60%~65%FWC为对照(CK),并设置土壤含水量85%~90%FWC为高湿处理(W)、15%~20%FWC为干旱处理(D),研究高湿与干旱处理下E+植株与E-植株生理指标的差异。结果表明:在胁迫7 d时,E+植株与E-植株的Pro含量、SOD活性在高湿与干旱条件下均有显著性差异(P<0.05);在胁迫14 d时,E+植株与E-植株的叶绿素含量、Pro含量、MDA含量、SOD活性、POD活性、APX活性和CAT活性在高湿和干旱条件下均有显著性差异(P<0.05);在胁迫21 d时,E+植株的MDA含量、细胞膜相对透性在高湿与干旱条件下均显著高于E-植株(P<0.05)。内生真菌感染可以提高德兰臭草在水分胁迫下的抗性。

木荷幼苗对干旱胁迫的生理响应

本研究旨在探究木荷幼苗在自然干燥条件下的生理响应,为其培育提供科学依据。采用自然干燥法研究不同水分梯度对木荷幼苗叶片生理指标的影响,通过预试验确定木荷幼苗在自然干燥条件下的生长情况,每隔3 d进行1次取样,测定不同干旱处理时间点(CK:第0天、P1:第3天、P2:第7天、P3:第11天、P4:第15天)叶绿素(Chl)、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白(SP)含量以及过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)酶活性,并对测定的6个生理指标进行综合评价。结果显示,随着干旱程度的增加,Chl含量逐渐降低,MDA含量和CAT酶活性总体上呈上升趋势,POD和SOD酶活性先升高后降低,而SP含量呈先下降后上升的趋势;通过主成分分析和相关性分析,Chl、MDA、POD、SOD的得分较高,且存在显著的相关性;抗旱性综合响应函数Y值在干旱胁迫程度增加过程中呈先增后减趋势,在第3天达到最小值,第11天达到最大值。干旱初期,木荷幼苗适应能力较强,随胁迫持续,适应力渐弱。

植物水分利用效率的研究进展

阐述了水分利用效率概念和测定方法的发展、水分利用效率的时间和空间变化规律、不同生活型植物的水分利用效率与水分利用效率的外在和内在影响因子、水分利用效率的遗传背景分析、水分利用效率和抗旱性关系及提高水分利用效率的措施,最后分析了今后水分利用效率的研究趋势。

干旱条件下水稻幼苗的保护酶活性及其与耐旱性关系

对干旱条件下３种不同耐旱性的水稻幼苗相对含水量（ＲＷＣ）、丙二醛含量及保护酶活性进行了比较研究。耐旱品种超氧物歧化酶（ＳＯＤ）活性在水分胁迫下降低幅度较小，不耐旱品种酶活性降低幅度较大。在轻度水分胁迫下耐旱品种过氧化物酶（ＰＯＤ）活性提高，不耐旱品种ＰＯＤ活性无变化，３个品种的过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性均提高，耐旱性越强，活性提高幅度越大。严重水分胁迫下ＰＯＤ和ＣＡＴ活性均降低，耐旱性越强，活性降低幅度越小。

基于δD和δ^(18)O的青海湖流域芨芨草水分利用来源变化研究

水分条件是限制干旱半干旱地区植物生长重要的生态因子,为了揭示青海湖流域典型生态系统下芨芨草植物的水分利用来源及其如何响应水分条件的变化,选择了自然和干旱控制条件下芨芨草植物,通过测定芨芨草植物茎水和各潜在水源(土壤水、地下水及降水)中δD、δ^(18)O组成,并利用直接比较分析法和多源混合模型计算芨芨草植物对土壤水的利用比例。研究结果表明:表层土壤水分和土壤水中δD、δ^(18)O值表征出较大波动范围,其直接受降水和蒸发作用影响,土壤蒸发线的斜率和截距明显小于大气水线斜率和截距,表明土壤水中同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程,而芨芨草茎水中δD、δ^(18)O值都集中分布土壤水蒸发线附近,说明芨芨草根系主要利用不同深度的土壤水。自然条件下芨芨草在生长季初期(6月)利用表层土壤水(0—10cm,45.1%),8—9月份大降水事件影响土壤含水量和同位素组成,降水入渗深度较深且芨芨草根系对土壤水分吸收的比例相差不大,表明根系在土壤含水量较高时均能吸水不同深度土壤水。在干旱控制条件下芨芨草在7月初主要利用表层土壤水(0-30cm),随着表层土壤水分的减少,根系吸收深度转向较深土壤层,而灌溉后表层土壤水分明显增加,其吸收深度又转向表层,表明芨芨草根系吸收深度能敏感地响应土壤水分的变化。另外还发现芨芨草在生长季内并未直接利用地下水。

沙冬青对土壤水分变化的生理响应

沙冬青 (Ammopiptanthusmongolicus (Maxim) )是生长在沙漠地区及干旱荒漠区的常绿灌木 ,在干旱环境条件下形成了独特的生物学特性与生理生态适应性。研究结果表明 ,灌水前后沙冬青的光合作用和蒸腾作用变化很大。在土壤干旱时 ,其光合速率变化的日平均值仅为 2 14μmol·m-2 ·s-1,其最大值仅为 3 5 μmol·m-2 ·s-1;此时叶片蒸腾速率变化的日平均值为 7 0 3mmol·m-2 ·s-1,最大值为 10 5mmol·m-2 ·s-1。而在土壤水分充足时 ,其光合强度和蒸腾强度明显提高 ,叶片光合速率的日平均值为 5 97μmol·m-2 ·s-1,最大值为 8 5 μmol·m-2 ·s-1,均为干旱时的 2倍以上 ;此时叶片蒸腾速率的日平均值为 2 3 5mmol·m-2 ·s-1,最高值达 30 1mmol·m-2 ·s-1,均为干旱时的 3倍左右。分析沙冬青叶片气孔的调节作用与叶片的光合作用和蒸腾作用的关系可知 ,其气孔活动与蒸腾作用保持较为密切的相关关系 ,而其光合作用虽然也受气孔活动的影响 ,更主要是与其自身的生理生化特性有关。

水杨酸对水分胁迫黄瓜幼苗叶片生理过程的影响

研究了外源水杨酸 salicylic acid,SA 对水分胁迫下黄瓜幼苗叶片主要生理过程的影响 . 1m mol/L 的 SA处理黄瓜幼苗 2 4 h后 ,叶片中 POD活性剧增 ,SOD活性增加不明显 ,H2 O2 清除酶 CAT和 APX活性受抑制 ,H2 O2 含量上升引起膜脂过氧化产物 MDA含量上升 ,造成轻度氧化胁迫 ;在随后水分胁迫过程中 ,经 SA预处理积累的 H2 O2 诱导 APX和 CAT活性上升并清除产生的 H2 O2 ;SA预处理后 ,叶片中 Rubisco含量及其基因转录水平明显高于对照 ,光合作用受影响较小 .这表明 SA使黄瓜幼苗生理活性有较大改善 。

克隆植物的水分生理整合及其生态效应

水分生理整合是克隆植物生理整合过程中非常重要的一部分,是克隆植物生长发育和生态适应过程中的重要机制之一。本文主要从理论上对克隆植物水分生理整合的存在性、方向性、整合的程度、范围及其与克隆植物的功能分工、表型可塑性和觅养行为、风险分摊等行为表现的关系进行了深入分析,并对迄今有关克隆植物水分整合的最新研究进展和研究方法进行了系统总结和评述。提出克隆植物的水分生理整合包括水平和垂直两个方向,而水力提降为垂直方向的水分生理整合提供了一个重要途径。认为在今后,应加强对克隆植物水分生理整合的精确定量化研究,同时,应运用生态学、生理学、生物化学及分子生物学等方法,综合深入地研究克隆植物水分整合的机理。

极端干旱区荒漠河岸林胡杨生长季树干液流变化

应用热脉冲技术和自动气象站对极端干旱区荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphraticaOliv.)的树干的液流流速及其环境因子进行了为期2a的连续观测,对胡杨树干液流日、季变化及其与环境因子相关性进行了深入的研究。结果表明:胡杨树干液流速率日变化具有明显的昼夜节律性。白天树干液流流速变化曲线呈多峰型。夜间,胡杨同样存在明显的树干液流现象,这主要是由根压引起的。胡杨树干液流速率7月最高,6月、8月次之,9月液流速率高于5月,10月最小,主要生长期6—8月胡杨日均蒸腾量占整个生长季的70%以上。不同林龄的胡杨树干液流速率不同,表现为15龄>25龄>50龄。树干液流量变化与环境因子中气象因子的变化密切相关。逐步回归结果表明,液流速率与净辐射、空气温度、空气相对湿度呈显著线性相关,同时给出了依据常规气象因子估算液流速率的统计模型。

不同抗旱性玉米幼苗根系抗氧化系统对水分胁迫的反应

以抗旱性不同的 2个玉米品种为材料 ,研究不同程度水分胁迫下玉米根系活性氧清除系统的变化及膜脂过氧化水平。明确了轻度水分胁迫下玉米根系 POD、CAT、APX等保护酶活性明显提高 ;中、重度胁迫下其活性急剧下降 ,但几种酶对水分胁迫的敏感程度不同。SOD对水分胁迫表现最不敏感 ,在中度水分胁迫下仍保持上升趋势 ;抗氧化剂 GSH含量变化趋势与保护酶相似 ;而 As A含量在不同程度水分胁迫下持续下降 ;MDA含量随水分胁迫程度加剧而增加。其中抗旱性强的鲁玉 1 4与抗旱性弱的掖单 1 3相比具有较高的保护酶活性和抗氧化剂含量 ,膜脂过氧化程度较轻 ,除 POD外 ,品种间抗氧化酶活性 (抗氧化剂含量 )呈极显著差异 。

花棒液流变化规律及其对环境因子的响应

在西北干旱沙区,采用茎流热平衡技术对花棒主茎、一级分枝和二级分枝液流进行研究.结果表明,在整个生长季内液流速率日变化曲线峰型表现各异,但在短时间段内其液流速率日变化有较强的规律性.主茎和一级分枝液流速率的曲线在生长季中期出现了剧烈动荡,在生长季末期到达最大值后同一数值维持较长时间;二级分枝的液流量在生长季初期出现了“昼低夜高”、生长季中期的液流量低于6、9月份液流量;主茎和一级分枝单日液流量的最大值出现在7月份,分别为5 781.6 g和3 180 g,二级分枝的最大值出现在9月份(480 g).日液流量大小依次为主茎>一级分枝>二级分枝,而液流通量在整个生长期内表现比较复杂.通过对同时观测的气象因子的分析,表明在整个生长季影响花棒液流速率的主导因子是土壤含水率,而在一个较短的时间段内,光照强度、气温和水汽压亏缺则是影响花棒液流速率的主导因子.

植物根系吸水模型研究进展

植物根系吸水模型是当前生态水文和陆面过程建模领域最为活跃的研究方向,是研究流域水文、生态、环境以及水资源可持续利用等科学问题中最为关键的部分,研究植物根系吸水的物理和生理机制及其影响因素,是建立植物根系吸水模型的基础.本文通过对植物根系吸水模型研究的回顾,讨论了水分和盐分胁迫在根系吸水中的作用、根系吸水的多维模型、根系吸水在陆面过程中的作用等问题,指出植物根系吸水模型发展所面临的问题并展望了未来的发展方向.

沙枣树干液流的动态研究

利用热平衡方法，研究了黑河下游额济纳绿洲中沙枣（Elaeagnus angustifolia L．）树干液流的特点及其与环境因子的关系，结果表明：①在整个生长季的晴天，沙枣树干液流的日变化呈现明显的单峰窄峰曲线；液流在10：00时迅速上升，在12：00时达到高峰，14：00时又迅速下降；日累计液流为2．43L·d^-1，白天液流量占全天的92．6％～93．9％，晚上占6．1％～7．4％；由于存在根压，沙枣在夜间有微弱上升液流。②1月份液流量最小为22．0L；7月份最大，为76．6L；非生长季节的液流量占全年液流的35．6％；生长季节占64．4％。③生长季液流速率与环境因子逐步回归分析表明，树干液流受环境因子的综合影响，在日变化中大小依次是净辐射、总辐射、空气温度、风速和相对湿度，相关系数为0．69，决定系数为0．49；在季节变化中影响大小依次是空气温度，总辐射、净辐射、相对湿度和风速，相关系数和决定系数都是0.91。

土壤水分条件对温室黄瓜需水规律和水分利用的影响

在日光温室盆栽条件下,以不同生育时期为试验因素,采用正交设计研究了不同土壤水分条件在开花期、初瓜期、盛瓜期和生育后期等生育时期对黄瓜蒸腾量、生物量和水分利用效率的影响,并通过黄瓜的需水规律提出实现高产高效的土壤水分对策。研究结果表明:(1)黄瓜对水分的需求基本上呈现为开花期和初瓜期小、盛瓜期大、后期小的规律。需水高峰出现在盛瓜期,需水强度达到3.977mm/d;(2)开花期蒸腾速率为0.544mm/d。此时保持土壤含水量在80%～90%田间持水量范围内,不仅有利于水分的利用,而且可促进同化产物在根冠之间的合理分配;(3)初瓜期对水分的需求大幅度增加,蒸腾速率达到1.956mm/d。80%～90%田间持水量的含水量更有利于果实的形成和生长;(4)盛瓜期对水分的需求也达到了整个生育时期的顶峰,蒸腾速率达到3.83mm/d。90%～100%田间持水量的土壤水分条件可以获得最高产量,并实现水分利用与产量的高效统一;(5)生长后期保持70%～80%田间持水量的土壤含水量即可满足生长对水分的需求;(6)在开花期控制土壤水分为80%～90%田间持水量、初瓜期保持为80%～90%田间持水量、盛瓜期提高为90%～100%田间持水量和后期降至70%～80%田间持水量的土壤水分处理,不仅可获得最高产量,而且可以达到最大的水分利用效率。

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)夜间树干液流特征及影响因素

利用SF-300树干液流仪对祁连山中段青海云杉(Picea crassifolia)2011年生长季树干液流进行监测,研究了在典型天气条件下青海云杉的夜间树干液流特征,以及气象因子和树形特征对其夜间液流变化的影响.结果表明:典型晴天、阴天,夜间树干液流速率分别在(2.78±0.64)^(5.02±1.06)g·cm-2·h-1、(2.31±0.62)^(3.94±1.22)g·cm-2·h-1之间波动,其平均值分别为(3.55±0.28)g·cm-2·h-1、(3.06±0.24)g·cm-2·h-1;夜间树干液流量分别占当日总液流量的(34.51±6.20)%、(46.06±11.20)%.夜间树干液流速率与饱和水汽压差、气温呈显著相关关系,与风速相关性不显著;夜间树干液流与胸径、树高、边材面积、胸径平方与树高之积呈显著线性相关,与冠幅相关性不显著.青海云杉夜间树干液流的变化是其生理特征与环境因素综合作用的结果,夜间树干液流可能用于夜间蒸腾和植物体内部的水分补充.

NO对小麦叶片干旱诱导膜脂过氧化的调节效应

分析了一氧化氮(NO)对小麦(TriticumaestivumL.)叶片干旱诱导膜脂过氧化的影响。结果表明:不同浓度NO均能使干旱胁迫下小麦叶片的相对含水量先降后升,而MDA含量先升后降,O-·2释放速率下降,SOD活性升高,POD活性降低;同时,NO可以提高脯氨酸含量。这些结果表明NO提高了小麦叶片的抗氧化能力,降低了干旱胁迫诱导的膜脂过氧化损伤。

非充分灌溉及其生理基础

介绍了非充分灌溉的概念及内涵。主要阐述了在非充分灌溉条件下 ,作物体内产生的适应性生理反应。经非充分灌溉及轻度干旱处理 ,作物气孔阻力增加 ,蒸腾失水减少 ,作物水分散失对气孔开度的依赖性大于光合对其的依赖性。可通过气孔调节作物光合与水分的关系 ,最终提高作物的水分利用效率 ;有限度的水分亏缺 ,有利于同化物向籽粒调运。利用 1 4 CO2标记研究表明 ,生长后期水分亏缺下 ,小麦体内存在对花前营养器官“临时库”同化物的再动员和对产量的补偿机制 ;适度水分亏缺促进了小麦等作物初生根的生长发育 ,增加深层土壤中的根系与根系活性 ,防止后期根系早衰。总之 ,在非充分灌溉条件下 ,作物能够在营养生长、物质运输和产量形成等方面产生有效的补偿机制 ,可作为非充分灌溉的重要理论基础。