夜间不同环境稳定性条件下杨树水分生理过程的生物物理控制

【目的】以杨树人工林生态系统为研究对象,研究环境因子与内源性昼夜节律对树木叶片水分生理和树干液流的生物物理调控机制,旨在揭示树木水分生理过程(叶片气孔导度、叶片蒸腾、叶片水势和树干液流)在夜间对不同环境稳定性条件的响应模式和影响因素。【方法】对位于北京市顺义区潮白河沿岸的欧美杨人工林,在生长季期间选定7个晴朗的昼夜,连续监测3棵样树的叶片气体交换和叶片水势。同时,使用热扩散探针技术监测样树的树干液流密度变化,同步记录环境因子变化,并使用日落后历时量化昼夜节律的影响。【结果】1)夜间出现树木气孔开放的现象,叶片蒸腾和液流同步发生。夜间环境稳定(v=0且ΔVPD≤0.1 kPa)条件下,树木水分生理指标主要受大气和土壤温度影响(P<0.05),且较弱。夜间液流与叶片气孔导度显著负相关(P<0.01),表明液流主要用于茎干补水。2)夜间环境波动(v>0或ΔVPD≥0.1 kPa)条件下,叶片气孔导度和树干液流密度受大气温度(T_(a))和VPD的正向调控,与空气湿度(RH)显著负相关(P<0.05),且T_(a)为主导影响因素。叶水势主要受T_(a)、土壤含水量(SWC)和温度(ST)的共同影响。夜间液流与叶片气孔导度、蒸腾速率和水势显著正相关(R^(2)=0.67)。3)日间环境波动较强,叶片水分生理指标与树干液流密度的相关性显著高于夜间,但叶片气孔导度与VPD呈负相关,且气孔导度与液流密度之间表现出解耦现象(P=0.078)。4)以日落后历时为表征的昼夜节律对树木水分生理指标的作用方式随夜间环境稳定性变化而不同。在夜间环境稳定条件下,日落后历时显著影响叶片气孔导度、叶片水势和叶片蒸腾(P<0.01);而在夜间环境波动条件下,该因子对叶片水分生理指标的影响程度均有所降低且对气孔导度和叶片水势的影响不显著(P_(1)=0.066,P_(2)=0.08),说明夜间环境波动影响了昼夜节律对树木水分生理过程的作用方式和程度。【结论】在夜间不同环境稳定性条件下,树木水分生理的生物物理过程和调控机制有显著差异,当环境因子波动较小时,树木水分生理过程受昼夜节律调控形成了显著的夜间模式,此时应考虑其对植物水分的影响。本研究强调了昼夜节律在调控林木水利用中的关键作用,并建议制定基于时间和环境稳定性的灌溉策略,以优化水分管理和应对气候变化。

平茬对四翅滨藜补偿生长及水分生理特征的影响

【目的】四翅滨藜是荒漠化防治区广泛引种的优质旱生灌木,平茬是其主要抚育管理措施,揭示其平茬后恢复过程中的适应性和补偿生长机制,可为四翅滨藜发展成荒漠区优质饲料提供理论支撑。【方法】以人工种植的5年生四翅滨藜植株为研究对象,在平茬处理(留茬高度10cm)后,测定四翅滨藜恢复过程中的株高、冠幅、光合反应、叶片水势、叶片导水率和水分利用效率,并探讨功能性状间的关系。【结果】(1)四翅滨藜平茬后的株高、冠幅和地上生物量经过1个生长季后能恢复至平茬前状态;(2)平茬植株的叶水势、叶导水率、水分利用效率、光合参数均高于对照植株;(3)线性拟合分析显示,平茬植株的正午叶水势和气孔导度与生长速率呈显著正相关。【结论】四翅滨藜平茬后具有良好的补偿生长能力;平茬植株在恢复生长前期表现出较高的补偿生长能力和典型的获取性策略,后期随着水力状况降低又转向保守性策略;平茬植株会将更多的生物量和资源分配到枝、叶等地上组织的生长,后期的资源分配又转向促进地下部分生长。

德夯岩溶河谷异质生境中半蒴苣苔的水分生理生态适应性

以湘西世界地质公园德夯岩溶河谷内克隆植物半蒴苣苔(Hemiboea subcapitata)为材料,测定其生长、形态与光合水分生理指标,探究其对德夯岩溶台地河谷演化中形成的三类异质生境(峡谷岩壁表面、风化碎裂岩表和河岸有机质层)的水分生理生态适应性。结果显示:(1)异质生境中半蒴苣苔单(分)株叶片自然含水量仅有较小差异(<2%),而相对含水量和自然饱和亏则无显著差异;异质生境中叶片水分需求随基质含水量降低而明显增加,但叶片水势也随之显著降低。(2)单株生长差异大但群体累积生物量无明显差异。如峡谷岩壁表面单株的株高和叶面积均显著高于河岸有机质层单株,但群体累积株高、累积叶面积差异不显著。(3)单株外部形态变化显著,匍匐茎长度、直径和根着生密度均呈现峡谷岩壁表面>风化碎裂岩表>河岸有机质层的趋势;峡谷岩壁表面单株叶片比河岸有机质层单株平均增厚近60μm,比叶面积则降低至其78.2%,气孔密度则显著降低至其66%。(4)光合生理指标中,叶片气孔限制值随叶片水势降低而显著增加,同时气孔导度明显提升,故而胞间CO_(2)浓度并无明显变化,但峡谷岩壁表面单株叶片的净光合速率仅达到河岸有机质层单株叶片的69.6%。(5)水分亏缺最多的峡谷岩壁表面单株叶片水分利用效率却最低(3.029±0.461μmol CO_(2)·mmol^(-1)H_(2)O),仅为河岸有机质层单株的73%。表明,半蒴苣苔可通过自身水分维持机制来保证岩溶异质生境中单株水分的相对稳定,并以增加根系密度、匍匐茎长度、叶片厚度和重量,减少气孔密度等形态可塑性来适应干旱的岩溶岩壁生境,通过增加气孔导度保持蒸腾拉力来维持胞间CO_(2)浓度,以高耗水来维持生长状态相对稳定的方式达成对岩溶河谷水分异质性生境的适应。

高温干旱环境下11种园林绿化树种的水分生理特性研究

在全球气候变暖及水资源日益紧缺的背景下,节水型、耐旱型园林绿化树种的筛选应用尤为重要。在夏季长时间高温晴热天气条件下,对淮南市11种常见园林绿化树种叶片的水势、相对水分亏损、失水率、束缚水与自由水比值等水分生理指标进行测定分析,并采用隶属函数法对各树种进行耐旱性综合评价。结果表明:(1)11种园林绿化树种所测参数的值各不相同,存在显著差异,对干旱胁迫表现出不同的反应特征。综合来看,迎春和红花檵木的水分胁迫程度严重,植株水分生理状态较差,耐旱能力差;垂柳、朴树、法国冬青和大叶黄杨的水分胁迫程度较轻,生理代谢活动较为旺盛,具备较强的耐旱能力;荷花玉兰具有较高的水分利用效率,水分自然散失速率较低,有可能度过较长时间的严苛外界高温干旱环境。(2)隶属函数综合评价结果显示,11种供试树种的耐旱性排序为垂柳>朴树>大叶黄杨>法国冬青>银杏>日本晚樱>荷花玉兰>红花檵木>金森女贞>迎春>海桐。(3)系统聚类分析将供试树种划分为耐旱性高、中、低3个类群,其中大叶黄杨、法国冬青、垂柳和朴树的耐旱能力相对较高。单就耐旱性考虑,垂柳和朴树为淮南市园林绿化首选树种;若耐旱性结合节水性综合考虑,大叶黄杨为淮南市园林绿化首选树种。本研究结果可为淮南市及沿淮地区其他城市节水型、耐旱型园林建设提供数据支撑和参考依据。

模拟降水对羊草光合水分生理的影响

降水是影响水文过程的关键因素,为揭示羊草生理生态对降水变化的响应,以内蒙古锡林浩特与海拉尔地区的经过放牧和围封处理的典型羊草草原为研究对象,采用人工模拟降水实验,研究了不同生境管理方式差异下的羊草光合水分生理响应,及其降水和土壤水分的变化规律。结果表明:(1)不同大小降水事件土壤水分的维持时间不同,降水5 mm后60 h土壤水分低于降水前水平,降水10~15 mm后60 h土壤水分与降水前相同,降水20 mm后60 h是降水前的1.5倍。(2)典型草原羊草叶片净光合速率对降水的敏感性显著高于草甸草原,围封羊草叶片光合作用参数对降水的响应幅度高于放牧。羊草叶片气孔导度和蒸腾速率达到降水前水平,水分利用效率是降水5 mm和10 mm的近2倍。(3)羊草叶片的光合水分生理受土壤水分和温度的共同作用,其中典型草原与围封的土壤水分和土壤温度解释叶片净光合速率的31%~45%,草甸草原与放牧解释12%~17%。综上所述,降水处理后的羊草光合和生理特性产生了不同程度的影响,羊草叶片光合、蒸腾及水分利用效率提升的关键因素离不开土壤水分和土壤温度的增加或降低,为草地生态系统修复及管理提供重要的科学依据。

全球变化对植物水分生理生态的影响

全球变化是当今世界面临的重大挑战,涵盖气候变化、土地利用变化和人类活动等多个关键因素。植物作为生态系统的基石,在这一变化过程中发挥着关键的角色。植物水分生理生态特征的变化对于生态系统的稳定性和可持续发展具有重要影响。深入研究全球变化对植物水分生理生态特征的影响以及植物对全球变化的响应机制对于揭示植物与环境之间的相互作用关系至关重要。目前,有关全球变化如何影响植物的研究已受到学者们的广泛关注,但大多聚焦于全球气候变化过程,对土地利用变化和人类活动对植物的影响描述仍十分有限。本文旨在综述全球变化对植物水分生理生态特征的影响,并重点关注气候变化、土地利用变化和人类活动对植物水分关键过程的影响。通过综合分析相关研究成果,总结已有观察和实验结果,本文对全球变化背景下植物水分生理生态特征的变化进行了全面深入的讨论。通过这样的努力,为揭示植物与全球变化之间的复杂关系提供新的见解,并为环境保护和生态可持续发展提供科学指导。

《氾胜之书》中的水分生理知识和科学思想

通过研读《氾胜之书》,发现其中蕴含着丰富的水分生理知识和科学思想。《氾胜之书》非常重视“保泽”,并且将“趣时”“和土”“务粪泽”三个总原则有机结合;在耕作、播种、灌溉、施肥、锄草、收获等多个操作环节都注重“看天、看地、看庄稼”,注意收集各种形式的降水,并注重以水调温,促进作物生长,给出了栽培作物的准确灌溉量,经济高效地灌溉;记载了渗灌、浸润灌溉、冬灌、集雪灌溉等技术雏形,这些水分生理知识和科学思想为后世农书和群众广泛继承和发展提供了借鉴,足见其先进之处,时至今日,《氾胜之书》仍具有重要的借鉴价值。

干旱胁迫对不同种源文冠果幼苗水分生理特性及渗透调节物质的影响

以6个种源文冠果一年生幼苗作为研究对象,采用盆栽称质量控水的方法设置3个水分梯度,研究了不同种源文冠果幼苗在不同水分梯度上的水分生理特征及渗透调节变化规律,利用模糊数学隶属函数法对不同种源文冠果幼苗进行抗旱性综合评价。结果表明:随着干旱胁迫的加剧,不同种源的文冠果幼苗叶片含水量降低,渗透调节物质含量增加;通过对不同种源文冠果幼苗抗旱性的综合评价,种源间抗旱性由大到小依次为内蒙乌丹、新疆察县、山西汾阳、河北新华区、辽宁建平、河南陕州区。

策勒绿洲多枝柽柳灌溉前后水分生理指标变化的初步研究

在位于塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲对引洪灌溉后多枝柽柳清晨叶水势、水势日变化和蒸腾速率的变化特点进行了研究 .结果表明 ,灌溉后柽柳的清晨水势值 (- 0 .93MPa)比灌溉前的清晨水势值(- 1.0 4MPa)有所增加 ,但幅度不大 .因此 ,灌溉对柽柳清晨水势的恢复有一定的作用 .灌溉后柽柳水势的日变化均值 (- 2 .2 9MPa)比灌溉前的水势日变化均值 (- 1.6 9MPa)有较大降低 .灌溉后柽柳蒸腾速率的日变化值 (0 .5 0 5mmol·m-2 s-1)比灌溉前的蒸腾速率日变化值 (0 .18mmol·m-2 s-1)有较大增加 .从灌溉前后样地土壤含水量的变化和柽柳的根系分布情况看 ,这是柽柳利用地下水的结果 .柽柳通过深根系和地下水相接 。

半干旱黄土丘陵区沙棘的水分生理生态及群落特性研究

1 977～ 1 998年在陕西吴旗、安塞半干旱黄土丘陵区对沙棘的水分生理生态及群落学特性进行了分析研究。试验结果表明 :( 1 )沙棘有一定的耐旱能力 ,为广生态幅植物 ;( 2 )沙棘生长迅速 ,竞争力强 ,第 3～ 4年即可形成茂密的单优群落 ,以后随着自然稀疏 ,能形成良好的灌木—草本群落 ;( 3)沙棘适应半干旱黄土丘陵区生境的水分生理生态特性是 :束缚水含量随干旱加剧而上升 ,束缚水与自由水比值随干旱加剧而增大 ,同时 ,在旱季 ,沙棘蒸腾强度减弱 ,叶水势降低 ,临界饱和亏增大 ,持水力增强。研究沙棘水分生理生态及群落特性为沙棘的抗旱造林、引种、育种、提高水分生产力及改善沙棘林的经营管理提供了科学依据。

黄土高原陕北丘陵沟壑区不同立地条件下刺槐水分生理生态特性研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同立地条件下刺槐水分生理生态特性进行了初步研究.结果表明,不同立地刺槐林地0～500cm土壤平均含水量(2003年)分别为阳坡6.96%、半阳坡7.62%、半阴坡8.06%、阴坡8.87%,阴坡、半阴坡与阳坡差异达极显著,与半阳坡达显著水平,半阳坡与阳坡差异显著,而阴坡与半阴坡差异不显著.不同立地条件下刺槐叶片相对含水量和饱和亏与各立地土壤含水量关系密切,阳坡刺槐叶片相对含水量和叶水势始终维持在较低水平,而半阴坡和阴坡尤其是阴坡维持在较高水平.刺槐日蒸腾平均值大小顺序为阴坡(4.07μg·cm-2·s-1)>半阴坡(3.89μg·cm-2·s-1)>半阳坡(3.05μg·cm-2·s-1)>阳坡(2.70μg·cm-2·s-1),各立地刺槐蒸腾出现较大差异的时间在11:00和13:00.不同立地条件除阳坡外其刺槐蒸腾速率均与光照强度显著相关,各立地均与大气相对湿度显著相关,与土壤水分密切相关.阴坡生物量最高(8.50kg·株-1),高于其他3种立地,阳坡最低(5.79kg·株-1).

石新733小麦的水分生理特点及节水灌溉效应

石新733是一个高产优质小麦新品种,为探明其是否适用于节水高产栽培,于2003—2004和2004—2005年度进行了节水灌溉对其水分生理性状和产量影响的田间试验。结果表明,石新733的叶片渗透调节能力比邯麦9、石麦9和衡7228的平均值高71.6%,叶水势比衡7228约高0.1 MPa。石新733的离体叶片失水速率较高;蒸腾速率、净光合速率和气孔导度与石麦9和邯麦9接近,均高于衡7228;胞间CO2浓度和蒸腾效率品种间没有明显差别。与灌5水处理相比,灌2水处理的叶水势和叶片气体交换参数均相近而灌浆盛期的光合功能和蒸腾效率较高。石新733的产量高于其他3个品种,其中,不灌水和灌2水处理分别比其他3个品种平均产量增加11.3%和7.0%。全生育期只灌拔节和抽穗开花期2水的节水处理比灌4水的常规灌溉处理增产5.6%,说明该品种可在节水高产栽培上应用。

不同岩溶干旱胁迫下青冈栎水分生理对比研究

通过对广西弄拉典型峰丛洼地生态系统中不同地貌类型的青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)叶片的生理生化指标进行测定,结果表明:山顶青冈栎的含水量比山中部的高,但水分饱和亏和需水程度比山中部的低。山顶的小气候环境相对恶劣,青冈栎受到的水分胁迫比较严重,相反,山中部的青冈栎的需水程度比山顶高。山顶青冈栎为适应干旱的环境形成各种结构,如缩小的叶面积、加厚的角质层、凹陷的气孔等,以降低它的蒸腾速度,能有效地控制水分的损失,而对水分供应不足的适应同时也降低了光合作用,因此,岩溶山顶青冈栎的径向生长速度要比山腰的慢得多。

柠条（Caragana korshinskii）的水分生理生态学特性

柠条的水分生理生态学研究表明．蒸腾速率为３９５．１±２３４．４ｍｇ·ｇ－１·ｈ－１（平均值±标准差）；小枝水势为－１．５８８ＭＰａ；叶含水率为６０．１２±３．２９％；蒸腾系数为７２．８２±１９．８８ｇＨ２Ｏ·ｇＤＷ－１。林地土壤水分含量与蒸腾速率、小枝水势和叶含水率的关系十分密切。响应于年生长发育节律和水分条件的变化，柠条的抗旱性在年生长期初（５月）和旺盛生长阶段（８～９月）较弱．在高温干旱阶段（６～７月）和入冬之前（１０月）较强。在年生长期中间（６～９月），柠条的抗旱性与蒸腾速率、小枝水势和叶含水率之间均具有负相关性。

念珠藻发菜的水分生理特性

对野生风干发菜水分生理指标进行了测定与分析,结果表明:风干含水量为7.3%～11.2%,饱和含水量为616.0%～1258.4%,相对含水量1%左右,水分饱和亏为99%左右,水势为-8.2MPa;最大吸水速率为8.029gH2O·g-1·min-1,饱和吸水后其体积膨大10～14倍,平均吸胀率为1286.9%,其中伸长率为23.5%,增粗率为235.0%;导水力极弱;干燥发菜具有超强的吸水力,能在相对湿度>28.4%的空气中吸取水分;发菜的保水力随环境而变,在阴暗或弱光照的环境中具有较强的保水力.另外,探讨了不同种源发菜的水分生理指标与环境因子的关系.

肉苁蓉寄生对梭梭幼苗水分生理特征及生长的影响

为研究肉苁蓉的寄生对其寄主梭梭幼苗水分生理代谢及其生长的影响,以寄生和未寄生肉苁蓉的梭梭为研究对象,分别测定其同化枝的含水量、自然饱和亏、离体同化枝保水力及蒸腾速率,同时测定了2种条件下梭梭的株高、地径、冠幅,并对其当年新生枝的生长量进行定期连续测定。结果表明:寄生肉苁蓉后,梭梭同化枝的组织含水量、相对含水量及保水力均小于未寄生肉苁蓉的梭梭,水分饱和亏增大,抗旱能力减弱。寄生肉苁蓉后,梭梭的蒸腾速率下降,其树高、地径、冠幅和新生枝生长量普遍小于未寄生肉苁蓉的梭梭。

扁担木叶片和次生木质部解剖和水分生理特征的可塑性

基于叶片和次生木质部解剖特征及水分生理指标观测,研究了淮北相山不同群落中扁担木的表型可塑性.结果表明,扁担木叶片结构表现出中生特点:叶为异面叶,较薄,角质层不甚发达,气孔密度较小.次生木质部表现出旱生特点:导管频率和复孔率较高,导管分子短而窄,纤维很短,射线很低.扁担木叶片、次生木质部的解剖和水分生理特征均表现出一定的可塑性,其可塑性指数高低顺序为次生木质部解剖特征(0.24)>水分生理特征(0.19)>叶片解剖特征(0.18).与侧柏林和混交林相比,灌丛中扁担木个体对干旱生境有一定的适应能力,表现在次生木质部导管分子短,导管频率高,单孔率低,木纤维短,射线矮小,具有较大的相对输导率和较小的脆性指数;叶片水势、组织含水量、自由水含量较低,叶面积、比叶面积较小,而束缚水含量、束缚水自由水比值较高.扁担木的解剖和生理可塑性,使之能忍受群落演替早期的干旱生境,更好地适应演替后期的中生环境,从而成为广布种和混交林中的优势种.

驼绒藜属牧草种子水分生理及幼苗耐旱性研究

对驼绒藜属 7份材料的种子及幼苗进行水分生理和耐旱性研究。结果表明 ,种子萌发时的吸水能力很强 ,需水量高 ,达到种子重量的 4～ 7倍 ;种子吸水能力在种间和生态型间存在差异 ;种子萌发时的吸水量与其原产地的降水量呈负相关 ,而与种子苞片的重量呈正相关 ,其中生长在恶劣生境条件下的材料 ,苞片毛较重而密 ,种子吸水量较高 ;种子萌发吸胀吸水期的吸水速率与其活力呈负相关。供试材料的耐旱性很强 ,但是幼苗的耐旱性很差 ,主要表现在种子萌发时的需水量较高 ,幼苗生物量低 ,与其属于低营养短寿命类型的遗传特性有关 ;幼苗生长的最低需水量与种子的活力呈正相关 ,而与成熟植株的耐旱性无关。驼绒藜属牧草种子萌发和幼苗生长的水分条件是制约目前生产开基的技术关键。

食松、油松和樟子松抗旱水分生理比较研究

在严重干旱胁迫条件下,对食松、油松和樟子松苗的针叶相对含水量、束/自比值、保水力、清晨叶水势、蒸腾速率、质膜相对透性和丙二醛含量等水分生理指标及苗木伤害指标进行了比较研究,并应用隶属函数值法对三树种基于以上7项指标的抗旱性进行了综合评价。食松抗旱性仅略低于樟子松,但明显优于油松。在以水分为主要限制因子的干旱半干旱区,食松有着广泛的适生范围,陕西境内的毛乌素沙区、黄土高原丘陵沟壑区及渭北旱塬区均具有发展前景。