毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿水分吸收的影响模拟

植物可利用水分是决定沙生灌木生长的主要因子,生物土壤结皮(简称生物结皮)在降雨期影响降水入渗,而在干旱期改变土壤蒸发,从而影响土壤水分分布,最终可能影响灌木水分吸收。然而,关于不同降水条件下生物结皮对灌木水分吸收和水分胁迫的影响机制认识不清。以油蒿为研究对象,基于试验数据和1990—2019年气象数据,采用数学模拟,定量研究了毛乌素沙地不同降水条件下生物结皮对土壤水分分布和油蒿水分吸收的影响,评价干旱期生物结皮对油蒿水分胁迫的影响。结果表明:与无结皮处理相比,生物结皮处理的土壤蒸发降低了5.1%;生物结皮改善了干旱期的土壤水分条件;生物结皮降低了植物水分胁迫的比例,平均降低比例为8.1%;生物结皮提高了植物水分吸收,平均增加比例为12.8%;生物结皮和对照植物水分吸收的比值随季节降水量的增加而降低,均值为1.13。综上,生物结皮的出现并未消极地影响沙生灌木的水分吸收。研究结果有助于理解生物结皮与灌木的共生或竞争关系。

细枝赤齿藓(Grythrodontium leptothallum)水分吸收特征

研究了细枝赤齿藓(Grythrodontiumleptothallum)的水分吸收动力学。结果表明,它能吸收其干重17.32倍的水分,动力学曲线为一条饱和曲线,总吸水过程的表观Km值和表观Vmax值分别为32.36g和15.72g/gDW·min。该吸水过程可分离为外吸水和内吸水,其相对应的表观Km值和表观Vmax值分别为29.58g、12.57g/gDW·min和53.78g、3.33g/gDW·min。

玉米/大豆间作条件下的作物根系生长及水分吸收

通过田间试验研究了玉米/大豆条带间作群体的根系分布及土壤水分吸收规律.结果表明:水分充足条件下,土壤剖面内玉米和大豆根系的分布模式近似于三角形;玉米根系水平分布范围较大,侧向伸展长度约为58cm,16～22cm土层的玉米根系侧向伸展最远,玉米根系不仅分布于间作条带行间,而且生长到大豆条带的行间;大豆根系水平分布于相对有限的区域内,侧向伸展长度约为26cm.作物根质量密度随着距作物行(玉米或大豆)距离的增加而减少,玉米行和边行大豆根质量密度的90%分布于0～30cm土层.距玉米行10cm处玉米的根质量密度高于大豆,距玉米行20cm处大豆的根质量密度大于玉米,两种作物根质量密度的85%都分布于0～30cm土层内.间作条带内水分变化主要集中在0～30cm土层,水分变化量依次为:玉米区域>大豆区域>条带行间.表明在水分充足条件下,间作作物优先在自己的区域吸水,根系混合区吸水滞后发生.

铵态氮和硝态氮营养对水、旱稻根系形态及水分吸收的影响

为研究不同形态氮素营养对水稻和旱稻根系生长及水分吸收的影响,采用水培供应不同形态氮素(铵态氮、硝态氮、铵态氮和硝态氮混合)的方法培养水稻和旱稻,并对水稻和旱稻的根系形态进行了扫描分析;同时,通过测定根系伤流液和采用HgCl2抑制水通道蛋白活性的方法,比较了水稻和旱稻根系对不同氮素形态响应的差异。铵态氮营养水稻(或旱稻)的根干质量明显低于硝态氮营养水稻(或旱稻),但单位根表面积的水分吸收与根系伤流液量比硝态氮营养高;3种形态氮素营养水稻(或旱稻)运输水分的主要方式均是水通道蛋白的跨膜运输途径,但铵态氮营养水稻(或旱稻)的根系通过水通道蛋白跨膜运输途径运输水分的能力明显高于硝态氮营养水稻(或旱稻);与水稻相比,旱稻对硝态氮营养具有较强的适应性。

干旱半干旱地区植物叶片水分吸收性状

为了研究在干旱半干旱地区植物叶片是否能利用发生频率较高而又无法被植物根系吸收利用的小量级降雨,以宁夏中部干旱半干旱地区50种植物为研究对象,测定叶片的单位面积吸水量(leaf water uptake content,LWUC)、含水量增加率(percentage increase in leaf water content,RW)、水分饱和亏(leaf water saturation deficit,WSD)、叶绿素含量(chlorophyll content,ChlC)、比叶面积(specific leaf area,SLA)和叶片干物质含量(leaf dry material content,LDMC),分析植物各叶片性状的分布规律及其相互间的关系,并比较不同功能群植物叶片吸水性状的变异特征.模拟结果表明:叶片可以吸收水分,具有利用小量级降水的能力;与其他区域的研究结果相比,研究区50种植物叶片性状值偏小,说明该区域植物能较好地适应贫瘠的环境;叶片性状存在较大的种间差异;不同叶片质地植物的LWUC、RW存在差异,肉质多汁和叶片退化显著高于草质、革质、膜质和纸质者(P<0.05),与WSD相比差异无统计学意义(P>0.05);不同植物生活型相比,地下芽植物的LWUC、RW和WSD均显著高于地上芽植物(P<0.05);不同植物生长型物种的LWUC和RW存在显著差异,半灌木植物的LWUC和RW显著高于乔木/小乔木和1年生/2年生草本(P<0.05),而与WSD相比差异无统计学意义(P>0.05);且不同叶面性状植物的LWUC和RW也有所不同,周身覆毛大于双面覆毛(P>0.05)、单面覆毛(P<0.05)和背被白粉(P<0.05),而与WSD相比差异无统计学意义(P>0.05).总之,叶片吸水对于干旱半干旱地区植物最大限度地利用有限的水资源具有重要的意义.

不同氮素形态和水分胁迫对水稻水分吸收及光合特性的影响

采用PEG模拟水分胁迫、根系烫伤处理和0.5 mmol.L-1HgCl2处理等方法,研究不同质量比(9∶1、5∶5、1∶9)NH4+-N/NO3--N营养对水稻幼苗生长和水分吸收的影响。结果表明:正常水分条件下,NH4+-N/NO3--N比为5∶5处理的水稻生物量最大,水分胁迫条件下,1∶9处理的水稻生物量最大;根系烫伤处理后,正常水分条件下,NH4+-N/NO3--N比为9∶1、5∶5、1∶9处理的水稻吸水量分别降低26.5%、24.1%、36.3%,而水分胁迫条件下,各处理分别降低30.6%、23.9%、21.0%;加HgCl2处理后,正常水分条件下,NH4+-N/NO3--N比为9∶1、5∶5、1∶9处理的水稻吸水量分别降低47.1%、46.3%、31.8%,而在水分胁迫条件下,各处理分别降低46.6%、42.4%、23.5%。正常水分条件下,NH4+-N/NO3--N比为9∶1处理的水稻光合速率最高,5∶5处理的水稻气孔导度、细胞间CO2浓度及蒸腾速率最低;水分胁迫后,9∶1、1∶9处理的水稻气孔导度、细胞间CO2浓度及蒸腾速率比正常水分处理降低,而5∶5处理的水稻气孔导度、细胞间CO2浓度及蒸腾速率较正常水分处理高。

不同氮素形态及水分胁迫对水稻苗期水分吸收、光合作用及生长的影响

采用室内营养液培养,聚乙二醇(PEG6000)模拟水分胁迫处理、HgCl2抑制水通道蛋白活性的方法,在3种供氮形态下(NH4+-N/NO3--N为100/0、50/50和0/100),研究了水稻苗期水分吸收、光合及生长的状况。结果表明,在非水分胁迫下,水稻单位干重吸水量以单一供NO3--N处理最高,加HgCl2抑制水通道蛋白活性后,单一供NO3--N、NH4+-N和NH4+-N/NO3--N为50/50处理的水稻水分吸收分别下降了9.6%、20.7%和16.0%;但在水分胁迫下,单一供NO3--N的处理水分吸收量显著降低,低于其它2个处理,加HgCl2抑制水通道蛋白活性后,水分吸收量分别降低了1.0%、18.8%和23.5%。在2种水分条件(水分胁迫与非水分胁迫)下,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和细胞间隙CO2浓度等指标均以单一供NH4+-N处理最大,NH4+-N/NO3--N为50/50处理次之,单一供NO3--N处理最小。HgCl2处理结果表明,不同形态氮素营养能够影响水稻幼苗根系水通道蛋白活性。在2种水分条件下,NH4+-N/NO3--N为50/50处理的生物量(干重)均最大。本研究为水稻苗期合理施肥以壮苗提供了理论依据。

电阻率成像法在树干水分吸收过程研究中的应用

将地球物理学中广泛运用的电阻率成像法成功地运用于树干内部截面电阻率分布特性的监测,利用电阻率平面分布图来分析树干内水分的空间分布和动态变化特征。结果表明:截面内树干水分的含量具有从核心部沿径向向外逐渐递增的趋势;位置较高的截面比较低的截面具有更多的水分含量,但充足的水分补给能打破这种水分分布的规律性,靠近补给源的截面含水率上升幅度最高;即使是在水分补给充足的情况下,树干内水分的吸收并不是面状饱和推进的过程,而是存在着优先纵向流动的生理机制;利用电阻率的变化,可以实现水分在截面上的优势流的定位。

阿克苏地区骏枣果实水分吸收变化与裂果关系研究

为了探明骏枣裂果发生过程中的水分吸收规律,测定了枣果吸收水分的动力曲线、枣果水势日变化和季节变化。结果表明,当枣果吸水量达到饱和时,裂果现象最易发生。吸水率越高裂果率越高,白熟期和脆熟期枣果吸收水分开裂的饱和值分别为8.64%,9.86%。枣果持续吸收水分72h后,吸水率和裂果率基本趋于稳定。白熟期骏枣果实较脆熟期更易开裂。室内浸果实验不能真实反映大田裂果的实际情况。根系吸收的水分能够输送给枣果而引起裂果的作用有限,地上部分枣果和叶片直接吸水对裂果的起主导作用,裂果的形成和降雨量多少、果实表面与水分接触时间长短有关。枣果水势日变化呈"V"字形,初步推断水势与裂果之间存在负相关,果实水势越低裂果发生趋势越明显。

不同氮素形态营养及水分胁迫对分蘖期水稻水分吸收及光合特性的影响

室内营养液培养,采用聚乙二醇(PEG6000)模拟水分胁迫处理、根系烫伤处理测定质外体途径水分吸收和0.5mmol.L-1HgC l2处理抑制水通道蛋白活性的方法,在3种供氮形态下(NH4+-N、NO3--N、NH4+-N与NO3--N(等浓度混合)),研究了苗期水稻的生长和水分吸收状况。结果表明,无论在非水分胁迫条件下,还是在水分胁迫条件下,NH4+-N与NO3--N混合处理的水稻生物量最大。在非水分胁迫条件下,NO3--N处理和NH4+-N与NO3--N混合处理的水稻单位干质量吸水量高于NH4+-N处理的水稻;烫伤处理和加HgC l2抑制水通道蛋白活性后,各处理水稻在单位时间内单位干质量水分吸收量都下降。NO3--N与NH4+-N混合营养处理的水稻净光合速率、气孔导度和蒸腾速率高于NH4+-N处理和NO3--N处理。在根系烫伤处理和HgC l2处理后0.5 h内,各处理水稻的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率迅速下降。

供氮形态与部位对局部根区水分胁迫下玉米水分吸收与利用的影响

试验以玉米品种金海五号幼苗为材料,在分根条件下采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟局部根区水分胁迫,设置3种供氮形态(硝态氮、铵态氮、两者各占50%的混合氮)和2种供氮部位(水氮同区,氮加入到无PEG侧;水氮异区,氮加入到含PEG侧),研究局部根区水分胁迫下氮形态与供应部位对玉米水分吸收和利用的调节与作用机制,为局部根区灌溉水分高效利用提供理论依据.结果发现:(1)同一氮形态下水氮同区供应的植株蒸腾速率、耗水量、木质部汁液流速和生物量较高,加有硝态氮源处理无PEG侧根系的导管数目及单一氮形态处理无PEG侧根系的导管直径较高,但木质部汁液、叶片中脱落酸(ABA)浓度以及水分利用效率均较低.(2)同一供氮部位下,植株的蒸腾速率、耗水量、木质部汁液流速和生物量的顺序均为混合氮>硝态氮>铵态氮依次,但单一铵态氮处理植株的ABA浓度较高,水分利用效率较高.研究表明,同一氮形态下水氮同区供应植株生长较好、水分吸收能力较强,但水氮异区供应下植株的水分利用效率较高;同一供氮部位下,植株生长和水分吸收能力的顺序为混合氮>硝态氮>铵态氮,但单供铵态氮植株的水分利用效率较高.

果树根系水分吸收与传导研究进展

掌握果树根系的组织结构和形态特征,对研究果树根系水分吸收与传导、阐明果树抗旱机理和促进水资源的高效利用具有重要意义。通过对果树根系结构、根系分布特征以及土壤水分对果树根系水分吸收与传导的影响进行综合分析,探讨了水分胁迫下根系水分吸收与传导的机理,以及分区交替灌溉对果树根区水分的影响。

Na_2CO_3胁迫对青海星星草种子萌发过程中水分吸收及膜透性的响应

采用不同质量分数Na2CO3溶液对青海星星草Puccinellia tenuiflora cv.Qinghai种子进行培育,结果表明:青海星星草种子萌发吸水过程可以分为3个阶段,其吸水量随着Na2CO3浓度增高而逐渐降低。但不同阶段吸水量随Na2CO3浓度的上升而下降的幅度不同,第1阶段降低幅度较小,第3阶段较大。当Na2CO3浓度大于4.00%时,青海星星草种子不萌发,吸水停滞于第2阶段。青海星星草种子的膜透性在吸涨初始时较大,随着吸水过程的进行,膜逐渐得以修复。Na2CO3胁迫下,膜系统修复受阻,Na2CO3浓度与膜透性正相关极其显著,膜修复受阻是Na2CO3胁迫抑制星星草种子萌发的重要原因之一。

铜胁迫下玉米叶片的水分吸收光谱响应及其污染程度预测模型

通过不同浓度硫酸铜(CuSO_4)污染土壤的盆栽玉米培养胁迫试验,并依据不同铜胁迫浓度下玉米叶片的反射光谱及其Cu^(2+)含量实验室测定数据,分析不同铜浓度下叶片水分吸收波段的多种光谱参数和含水量指数变化趋势,讨论水吸收光谱区间吸收深度及吸收面积与叶片中Cu^(2+)含量之间的相关性,提出相应的铜污染程度预测模型。试验结果表明,当玉米受到重金属铜污染时,叶片含水量减少,水分吸收谷变浅,且随着铜污染梯度的升高,光谱曲线在水吸收波段呈水平趋势;水吸收深度、吸收面积以及各叶片含水量指数与叶片中Cu^(2+)含量有显著相关性。研究得出,基于叶片光谱的水吸收深度、吸收面积以及归一化水指数(NDWI)可以有效地预测玉米受重金属铜污染程度。

盐旱复合胁迫对小麦幼苗生长和水分吸收的影响

为明确盐害、干旱及盐旱复合胁迫对小麦幼苗生长和水分吸收的影响,从而为盐害和干旱胁迫下栽培调控提供理论依据。以2个抗旱性不同的小麦品种(扬麦16和耐旱型洛旱7号)为材料,采用水培试验,以NaCl和PEG模拟盐旱复合胁迫,研究了盐旱复合胁迫下小麦幼苗生长、根系形态、光合特性及水分吸收特性的变化。结果表明,盐、旱及复合胁迫下小麦幼苗的生物量、叶面积、总根长与根系表面积、叶绿素荧光和净光合速率均显著下降,但是复合胁迫处理的降幅却显著低于单一胁迫。盐旱复合胁迫下根系水导速率和根系伤流液强度显著大于单一胁迫,从而提高了小麦幼苗叶片水势和相对含水量。盐胁迫下小麦幼苗Na^+/K^+显著大于复合胁迫,但复合胁迫下ABA含量却显著小于单一的盐害和干旱胁迫。因此,盐旱复合胁迫可以通过增强根系水分吸收及降低根叶中ABA含量以维持较高光合能力,这是盐旱复合胁迫提高小麦适应性的重要原因。洛旱7号和扬麦16对盐及盐旱复合胁迫的响应基本一致,但在干旱胁迫下洛旱7号表现出明显的耐性。

Na_2CO_3胁迫对朝鲜碱茅草种子萌发中水分吸收及膜透性的影响

为了解Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅草种子萌发过程中水分吸收及膜透性的影响,采用不同浓度Na2CO3溶液对朝鲜碱茅草种子进行培养。结果表明:朝鲜碱茅草种子萌发吸水过程可以分为4个阶段,朝鲜碱茅草种子的吸水量随着Na2CO3浓度增高而逐渐降低。不同阶段吸水量随着Na2CO3浓度的上升而下降的幅度不同,第1阶段降低幅度较小,第3阶段较大。当Na2CO3浓度大于4.00%时,朝鲜碱茅草种子不萌发,吸水停滞于第2阶段。朝鲜碱茅草种子的膜透性在吸胀初始时较大,随着时间的延长,膜逐渐得以修复。Na2CO3胁迫下,膜系统修复受阻,Na2CO3浓度与膜透性正相关极其显著,膜修复受阻是Na2CO3胁迫抑制朝鲜碱茅种子萌发的重要原因之一。

3种草坪草叶片的水分吸收特性研究

采用草坪草活体浸水试验方法,研究3种草坪草叶片在降雨截留发生时对截留在叶片表面水分的吸收过程,并通过小尺度草坪及其与叶面积的关系获得了草坪草群体的最大吸水能力。结果表明,叶片吸水速率随时间变化呈现幂函数关系,前期增长迅速,后期增长缓慢。3种草坪草单位叶面积和单位干物质的最大吸水量存在差异,高羊茅的单位叶面积叶片饱和质量最大,而单位干物质饱和质量最大的是早熟禾。得到了3种草坪群体冠层叶片吸水量与修剪高度之间的关系。

水分胁迫下氮形态对水稻根系孔隙度及水分吸收的影响

采用室内营养液培养及PEG6000模拟水分胁迫的方法,研究不同氮素形态(NH■-N、NO■-N)和水分条件(正常水分条件、模拟水分胁迫条件)对籼稻(汕优63、扬稻6号)和粳稻(86优8、武运粳7号)根系孔隙度的影响及根系孔隙度与水分吸收的关系。结果表明:在正常水分条件下,籼稻品种根系伤流在铵态氮和硝态氮处理间均没有显著差异,粳稻品种供硝态氮处理后根系伤流液流速较供铵态氮处理高56%;在水分胁迫条件下,供硝态氮品种汕优63、扬稻6号、86优8、武运粳7号伤流量流速仅为供铵态氮品种的46%、29%、38%和77%,比在正常水分条件下分别显著降低了64%、76%、60%、70%。水分胁迫条件下,供铵态氮和供硝态氮品种根系水分吸收能力分别比其在正常水分条件下下降22%～30%和35%～44%。水分胁迫条件下,供硝态氮品种汕优63、扬稻6号、86优8、武运粳7号根系孔隙度分别比其在正常水分条件下增加267%、151%、133%和255%,而对铵态氮处理影响不显著。供硝态氮条件下水稻根系通气组织的发育程度与根系伤流液流速呈显著线性负相关关系,供铵态氮条件下二者之间没有相关性。因此,硝态氮营养条件下水稻根系孔隙度的增加可能是造成根系水分吸收下降的关键因素。

柴达木盆地灌区枸杞根系水分吸收来源研究

探讨柴达木盆地灌区作物水分利用特征,可为灌溉系统设计和水资源高效利用提供理论依据。以柴达木盆地怀头他拉灌区主要作物枸杞为对象,将枸杞潜在水源划分为浅层(0~20cm)、中层(20~60cm)和深层(60~100cm)土壤水,利用稳定氧同位素示踪技术以及MixSIAR模型定量研究不同田间管理模式下[平作裸地(CK)、平作覆膜(MF)和垄作覆膜(MR)]枸杞根系水分吸收特征。结果表明:萌芽展叶期浅层土壤水分环境相对较好,CK和MF处理枸杞主要吸收浅层土壤水分,利用比例分别为45.9%和37.7%,MR处理对浅层、中层和深层土壤水源的利用比例相当;开花坐果期各层土壤水分都有所提高,相比于CK,MF处理浅层土壤水分利用比例增加13.5%,MR处理浅层土壤水分利用比例减少11.1%;果熟期枸杞蒸腾耗水量增加,相比于CK,MF和MR处理对浅层土壤水分的利用比例分别增加11.7%和24.0%;落叶期浅层土壤含水量较低,3个处理都主要吸收深层土壤水分。浅层土壤水源的利用比例与该层土壤水分呈正相关,枸杞对浅层土壤水分变化较敏感。3种管理模式下枸杞根系水分吸收来源差异明显。覆膜和垄作措施均提高了土壤含水量。相比于CK,MF和MR处理枸杞都增加了对浅层水源的利用。MR处理下土壤水分状况较好且枸杞根系水分吸收利用模式更加灵活,对柴达木盆地灌区是一种较优的田间水分管理模式。

氮素形态及水分胁迫对水稻根系水分吸收的影响机制

采用室内营养液培养及PEG6000模拟水分胁迫的方法,研究不同形态氮素营养(铵态氮和硝态氮)和水分条件对4种基因型水稻汕优63、扬稻6号、86优8、武运粳7号根系生理特性和水分吸收途径的影响。结果表明,在2种水分条件下,供铵营养水稻整株生物量均显著高于硝营养水稻,在水分胁迫条件下表现出较强的抗旱性。水分胁迫条件下供铵态氮营养水稻的根系具有较高的根系活力、吸收面积和水分吸收能力。在非水分胁迫条件下,供铵态氮和硝态氮营养水稻根系水分吸收和运输途径相同;水分胁迫后,硝营养水稻的水分运输途径以运输阻力较大的质外体途径为主,尤其在粳稻品种中表现显著。就不同基因型水稻品种而言,籼稻品种在供铵态氮营养时地上部干重显著高于粳稻品种,且籼稻品种在水分胁迫条件下供铵态氮营养时根系总吸收面积、活跃吸收面积和根系活力也显著高于粳稻品种,表现出较强的水分吸收能力。