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。

黄土丘陵区山杨展叶期树干液流分*析

利用热扩散式液流探针于2009年4月14日至5月22日,在延安市燕沟流域对山杨(Populus davidiana)展叶期树干及枝条边材液流进行连续监测,并同期监测相应的环境因子(土壤水分、光合有效辐射强度、气温、相对湿度和风速)。研究结果表明:(1)液流日变化呈单峰曲线。(2)在不同天气条件下树干上下部液流存在差异性:晴朗天气树干上部液流流速大于树干基部液流流速,阴雨天树干上部液流流速小于树干基部液流流速。(3)在干旱胁迫下,液流明显下降。树干上部枝条液流提前达到峰值,然后迅速下降;而下部液流峰值则有推后的趋势。(4)在山杨展叶期虽然土壤水分呈下降趋势,但能够充分保证树木的蒸腾耗水。(5)边材液流速率与光合辐射强度、气温、相对湿度、VPD和风速密切相关,液流流速可用气象因子的线性表达式来预测。

黄土高原半干旱区人工林刺槐展叶期树干液流动态分析

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4月26日至5月31日,在黄土高原半干旱区安塞县对人工林刺槐展叶期树干液流及其气象、土壤水分等6个指标进行连续测定。结果表明:刺槐展叶期可分为芽期、展叶初期、中期和全叶期。在芽期,刺槐树干液流速率日变化无明显昼夜波动;在展叶初期至全叶期日变化呈现出从微弱波动逐渐增大到趋于平稳的剧烈波动;在展叶中期以后液流速率表现为上升快、下降缓慢的单峰曲线;在全叶期平均峰值约为0.0027cm.s-1;树干液流速率与光合有效辐射强度、大气温度、水蒸气压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度依次为光合有效辐射强度>大气温度>水蒸气压亏缺>相对湿度>风速,且可用光合有效辐射强度和大气温度线性表达式来估测;土壤水分在展叶期呈逐渐减少趋势,但对树干液流的胁迫不显著;在展叶期刺槐单株日蒸腾耗水量随直径的增大而增大并与胸径呈良好的线性关系,可用来估算展叶期刺槐人工林蒸腾耗水量。

棉花根系生长与叶片衰老的协调性

为探索棉花根系生长和叶片衰老之间的协调性,选用早熟性一致但衰老快慢有明显差异的棉花基因型百棉1号(叶片衰老慢)和DP99B (叶片衰老快),于2011-2012年,在田间条件下研究了其根系生长和活力、叶片衰老和产量。结果表明, 2年间百棉1号的纤维产量(皮棉及霜前皮棉)均显著高于DP99B。百棉1号的叶片光合作用或基于吸收光能的性能指数显著高于DP99B。百棉1号的根系长度密度和根系深层分布比例及根系活力(以伤流液总量和伤流液蛋白质含量表示)显著高于DP99B。2012年结果显示,DP99B根系生长比百棉1号快,并且DP99B根系长度密度及根系活力分别在8月中旬和7月下旬显著高于百棉1号,且伤流液分泌总量是百棉1号的1.7倍。棉花盛花期后,根系密度大、伤流液分泌多和叶片衰老晚具有一致性,证实棉花叶片衰老受后期根系生长和活力的调控。

北京山区落叶阔叶林中核桃楸在生长中期的树干液流研究

北京山区落叶阔叶林优势种——核桃楸在生长中期没有水分亏缺的条件下，树干的液流速率在很大程度上为微气候因子所决定，特别是大气相对湿度、温度和太阳辐射强度等。核桃楸树干液流速率的日进程和大气相对湿度、温度的日进程具有很好的生态学同步性。在一天中树干液流速率会出现数次波动，有多个峰值，最高峰一般出现在１５：００左右，可达到１６００ｇ／ｈ。在夜晚时核桃楸树干液流速率非常低，一般在５０ｇ／ｈ 以下，但总是存在，据此判断核桃楸存在根压。

叶斑病对白桦树干液流的影响

应用热扩散法,对白桦树干液流进行连续两个生长旺期测定.与健康白桦相比,患叶斑病的白桦树干液流格局发生明显改变.在晴天树干液流密度日变化由单峰曲线转变为双峰曲线,或单峰曲线峰值较光合有效辐射峰值显著提前或推后;液流密度峰值及全天均值远远低于同期的健康白桦,且晚上及凌晨输水比例明显升高,表明晚上主要靠根压输送水分,维持光合作用必需原料及生长所需的矿物质;并且此时树干液流密度变化受外界环境因子的决定比重减小或根本无相关显著的环境因子.叶感病白桦树干液流具有以上特点,是因为具有较强的蒸腾生理调控力,以适应叶部病害而求得生存.

不同天气条件下荒漠绿洲区酿酒葡萄植株耗水规律

研究葡萄植株耗水变化规律,是优化葡萄园灌溉制度、充分挖掘葡萄种植节水潜力的理论基础。本研究利用包裹式茎流计对荒漠绿洲区葡萄植株液流动态进行了一个生育期的连续观测。结果表明:在生育初期,叶面积线性决定液流变化(R2=0.65),而在中后期,各环境因子成为影响液流的主要因素。通过区分晴天(日照百分率>60%)和阴天(日照百分率<60%)后发现,在生育中后期,葡萄植株液流对净辐射、大气温湿度和土壤水分在不同天气下的响应形式存在显著差异:阴天液流与辐射和大气温湿度的相关性明显高于晴天,而液流与土壤水分的相关性则明显低于晴天;不同天气条件下影响液流的主要气象因子亦有所不同:晴天主要为净辐射,阴天则主要为空气相对湿度。该研究揭示了不同天气条件下荒漠绿洲区葡萄植株耗水控制机制,并对科学灌溉制度的建立提供了理论依据。

甘蓝饲养小菜粉蝶幼虫对两种寄主植物叶片汁液的行为及电生理反应

【目的】探讨小菜粉蝶幼虫对2种寄主植物(甘蓝和旱金莲)叶片汁液的行为及电生理反应,为阐明植食性昆虫寄主植物选择机制提供一定的理论依据。【方法】小菜粉蝶幼虫孵化后饲养在甘蓝叶片上,选用进入5龄24~48 h的小菜粉蝶幼虫供试;植物叶片榨出汁液,用行为试验双选法测试幼虫对汁液的行为反应,用顶端记录法测试幼虫侧栓锥和中栓锥味觉感受器对汁液的电生理反应。【结果】行为试验结果表明,甘蓝饲养小菜粉蝶幼虫取食含有甘蓝叶片汁液的玻璃纤维滤纸圆片极显著多于取食含有旱金莲叶片汁液的圆片(P<0.001)。电生理试验表明,侧栓锥味觉感受器对2种叶片汁液的电生理反应均显著强于中栓锥味觉感受器(P<0.01),且侧栓锥味觉感受器对旱金莲叶片汁液的电生理反应显著强于甘蓝叶片汁液(P<0.01),而中栓锥味觉感受器的反应对两者无显著差异(P>0.05);侧栓锥味觉感受器有3个味觉神经元对叶片汁液有反应,中栓锥味觉感受器只有2个味觉神经元对叶片汁液有反应,且侧栓锥味觉感受器中味觉神经元1和神经元2对旱金莲叶片汁液的反应频率极显著强于对甘蓝叶片汁液的反应频率(分别为P<0.01和P<0.001),味觉神经元3对两者反应无显著差异(P>0.05);中栓锥味觉感受器中味觉神经元1和神经元2对旱金莲叶片汁液和对甘蓝叶片汁液的反应频率则无显著差异(P>0.05)。【结论】甘蓝饲养小菜粉蝶幼虫对旱金莲叶片汁液有拒食行为,这种拒食行为与侧栓锥味觉感受器中相关味觉神经元的激活有关。小菜粉蝶幼虫侧栓锥味觉感受器对2种寄主植物叶片的反应均显著强于中栓锥味觉感受器,说明在对寄主植物的探测上侧栓锥味觉感受器可能起到更重要的作用。

修枝对欧美杨107杨水分生理的影响

以欧美107杨为研究对象,从树干液流、蒸腾速率(Tr)以及叶水势(LWP)等杨树水分生理指标角度,探讨修枝处理对这些生理指标在生长季(6—9月)内的影响及其变化规律,并做相应的分析和讨论。试验地Ⅰ以4年生107杨为样木,试验地Ⅱ以6年生107杨为样木。试验地Ⅰ,Ⅱ均设计3个处理组,每个处理组设有3种处理,即对照处理CK(不修枝)、中度处理P1(修掉树冠高度的1/3)、重度修枝P2(修掉树冠高度的2/3)。研究结果表明:1)发生旱情季节(6—8月),液流通量及液流速率呈现P1>CK>P2的规律;正常月份(9月),液流通量及液流速率呈现出CK>P1>P2的规律;P1的液流通量及速率在旱季或正常月份大小基本相同。这表明同正常月份未修枝CK相比,适当修枝(P1)使杨树树干液流始终保持在一定的较低水平,抗旱能力得到一定程度的提高。2)整个生长季内,蒸腾速率(Tr)和叶水势(LWP)都呈现出CK<P1<P2的规律,表明修枝后杨树的单叶水分生理能力得到显著提高。

修枝对8年生三倍体毛白杨生长及生理的短期影响

以8年生三倍体毛白杨优良无性系B301速生人工林为对象,从胸径、树高、材积生长、叶片净光合速率、树干边材液流等生长、生理角度,探讨修枝对三倍体毛白杨的短期影响。结果表明,修枝第二年,消除初始条件影响后,轻度修枝三倍体毛白杨胸径年生长量显著大于对照(P=0.034);5月中旬到6月中旬,轻度修枝胸径生长量显著大于重度修枝和对照(P=0.024),分别为重度和对照的1.59和1.69倍。修枝可提高三倍体毛白杨材积生长,轻度修枝材积生长显著高于对照(P=0.008),较对照和重度修枝分别高140.66%和90.16%,重度修枝也较对照高26.56%。对照和轻度修枝叶片净光合速率较重度高9.43%(P>0.05),但在某些特殊点,不同处理间净光合速率差异显著。修枝对三倍体毛白杨树干边材液流无影响,未修枝处理较修枝平均高3.36%。总体来看,修枝可促进三倍体毛白杨林木生长,提高其整体水分利用效率,轻度修枝最佳。

荒漠绿洲农田防护树种二白杨生长季节树干液流的变化

热脉冲技术已经成为确定林木耗水的有力工具。利用澳大利亚 GREENSPAN技术公司 SF- 30 0热脉冲树干液流仪 ,在生长季节对荒漠绿洲区农田防护树种二白杨树干液流速率进行了连续观测 ,结果表明 :二白杨树干液流速率的日变化规律为 ,夜间液流速率较低 ,其中最低值出现在 2 :0 0～ 3:0 0 ,7:0 0～ 8:30开始升高 ,1 3:0 0～ 1 4 :0 0达到最大值 ,1 6 :0 0～ 1 8:30开始下降 ;树干液流速率日平均值介于 1 0 .1± 4 .9g/ (cm2· h)～ 2 3.3± 8.2 g/ (cm2· h)之间。二白杨树干液流速率 8月份最高 ,7月份次之 ,5月与 9月份基本一致。树干液流与边材面积、叶面积指数呈显著线性相关 ,而与胸径、胸径平方与树高之积呈复合指数函数关系 。

不同水分条件下棉花茎流、叶温及茎粗变化规律

应用Phytalk植物生理生态监测系统和Globelog土壤水分温度监测系统,研究了江西省赣抚平原灌区棉花在不同水分条件下的茎流、叶温及茎粗变化规律。结果表明:棉花茎流呈明显的昼夜变化规律,晴天呈双峰曲线,多云天呈单峰曲线,阴天值较低且稳定,高的土壤含水率下峰值更高;棉花叶温变化与茎流类似,不过有滞后现象,叶温达到33℃左右时保持稳定;棉花茎粗与茎流和叶温变化规律相反,茎直径最大值出现在9点左右,最小值出现在18点左右,在中午12点左右会出现萎缩现象。

科尔沁沙地玉米叶面蒸腾与棵间蒸发特性

利用Dynamax包裹式茎流测量系统、小型蒸渗仪和LI-6400光合作用系统分别测定了科尔沁沙地玉米(Zeamays)的茎秆液流、棵间土面蒸发和叶面蒸腾速率。结果表明,拔节至成熟期间,科尔沁沙地玉米的逐日平均茎秆液流量为7.3～29.8 g/h,叶面蒸腾量为0.9～3.6 mm,棵间蒸发量约占同期总蒸散量的20%,但灌溉后的蒸发比例在30%以上。上、中、下三层叶片的蒸腾速率均与茎秆液流的日变化趋势显著正相关(P<0.05),表明叶片的瞬时蒸腾速率测定可以代表玉米茎秆液流的动态变化特征。同时与水量平衡法对比验证了茎流计间接法可以较好地测定作物蒸散量。

不同水分胁迫下保水剂与肥料混合对苗木蒸腾速率的影响

以核桃、山杏、刺槐、毛白杨幼苗为试材,采用正交试验设计,将不同比例的保水剂和肥料混合,控制土壤水分,进行盆栽试验,测定了不同树苗的蒸腾速率和叶水势。结果表明:土壤含水量在9%时,15 g保水剂、1 g聚天门冬氨酸、10 g复合氮肥混合配方能提高核桃幼苗的蒸腾速率,土壤含水量在7%时,10 g复合氮肥能提高山杏幼苗的蒸腾速率,土壤含水量在15﹪时,20 g保水剂、0.5 g聚天门冬氨酸、10 g复合氮肥混合配方能提高刺槐幼苗的蒸腾速率,土壤含水量在15%时,15 g保水剂、1.5g聚天门冬氨酸、5 g复合氮肥混合配方能提高毛白杨幼苗的蒸腾速率;当受到不同程度的土壤水分胁迫时,苗木幼苗蒸腾速率与叶水势之间的关系可以拟合为指数函数:T=ae-bψ;树种、保水剂、复合氮肥、土壤含水量对苗木蒸腾速率影响显著,土壤含水量在7%～9%时,加入15 g保水剂、1 g聚天门冬氨酸、10 g复合氮肥混合配方的山杏对土壤中有效水分的吸收最容易。

黑河中游沙枣树干液流的动态变化及其与林木个体生长的关系

利用热脉冲树干液流仪,在生长季节对黑河中游防风固沙树种沙枣树干液流速率进行了连续观测,结果表明:沙枣树干液流速率没有明显的昼夜变化规律,树干液流日平均值在(1 41±0 52)～(2 00±0 66)g·cm-2·h-1之间;树干液流速率8月份最高,7月份次之,6月与9月份基本一致。不同的单株在相同月份平均树干液流速率存在差异。树干液流与树木的胸径、胸径的平方与树高之积呈复合指数函数关系,与边材面积呈线性关系,与叶面积指数呈现三次幂函数关系。

施用氮肥对提高旱地作物利用土壤水分的作用机理和效果

在年降水丘４５０～５１０ｍｍ的半湿润易旱地区的壤质红垆土上，以春玉米为供试作物进行了大田试验。玉米生长期间，每隔１０天分别测定不同栽培和施氮量处理的蒸腾强度，叶面积，伤流量，伤流液成分，叶水势，叶片糖分含量，并刈割玉米地上部分，测定生长量，分层采取２ｍ土层的土壤，测定含水量，以研究施用Ｎ肥对提高旱地作物利用土壤水分的作用机理和效果。试验表明，施用氮肥促进了作物根系发育，扩大了作物觅取水分和养分的土壤空间，增大了蒸腾强度和伤流量，降低了叶水势，提高了伤流液中氨基酸含量，使根系活性增强，作物吸取和运转土壤水分的能力提高。利用直接测定的结果计算，施肥不仅提高了作物蒸腾量，减少了土壤水分蒸发量，增高了Ｔ／ＥＴ比值，而且提高了蒸腾效率，增加了叶片的糖分含量，使蒸腾的水分得到了更有效地利用。施氮区与无氮区相比，消耗的土壤水分无明显区别，但由于施肥区显著增产，水分的利用效率明显提高。用蒸散量计算出来的水分利用效率，ＷＵＥ（ＥＴ），随施氮量增高而增高；用蒸腾量计算出来的水分利用效率，ＷＵＥ（Ｔ），因产物而不同：籽粒的水分利用效率与施氮量成直线关系，而干物质的水分利用率不因施氮量而变化，表明施肥对提高经济产物的水分利用效率更?

黄土高原半干旱区柠条(Caragana korsh inskii)树干液流动态及其影响因子

应用热脉冲技术在黄土高原神木县六道沟小流域于2006年6月13至25日测定了两种不同密度柠条(Caragana korshinskii)群落的树干液流动态。同时测量了土壤水分、太阳辐射、大气温度、相对湿度、风速、水汽压亏缺和作物参考蒸散等环境因子,并根据植物蒸腾的P-M公式,反推计算冠层导度。结果表明,除风速外,柠条树木液流与太阳辐射、大气温度、相对湿度、水汽压亏缺、作物参考蒸散均显著相关,且可用太阳辐射的线性表达式来估测。不同密度群落的日蒸腾量随叶面积指数增大而增加,叶面积指数为2.3的群落平均日蒸腾为3.83mm d-1m-2,而叶面积指数为1.1的林分平均日蒸腾1.64mm d-1m-2。冠层导度与气象因子关系复杂,当土壤水分不存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子显著相关,与水汽亏缺和相对湿度因子无相关性;当土壤水分存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子无相关关系,而与水汽亏缺和相对湿度因子显著相关。

黄土塬区不同生育期小麦光合性能及茎流速率变化规律

通过陕西长武黄土塬区的田间品种试验,就2个小麦品种拔节期和开花期的叶面积指数、光合性能和茎流速率日变化做了研究,并对蒸腾速率(Tr)和茎流速率之间的相关性做了分析。结果表明:2个品种的叶面积指数开花期大于拔节期,陕麦893大于郑农16;叶片光合速率(Pn)拔节期呈现先升高后下降再升高和下降的双峰曲线模式,开花期呈现单峰曲线;Tr日变化在不同时期基本上都呈现先升高后降低的趋势,拔节期的值大于开花期;同时拔节期和开花期的茎流速率日变化也都呈现先升高后下降的趋势;陕麦893的产量为4 093.0kg/hm2,大于郑农16(3 464.5kg/hm2)。对不同时期日茎流速率和叶片Tr变化进行时间同步性相关分析得出,茎秆茎流速率比叶片的Tr滞后。

苹果树蒸发蒸腾量的测定和计算

采用热脉冲技术 -微型蒸渗仪和水量平衡原理 ,测定和计算了树体大小不均匀的苹果树蒸发蒸腾及其组成 ,利用冠层分析仪测定了叶面积指数动态变化。两种不同的方法测定和计算的蒸发蒸腾量之间的偏差很小 ,最大偏差不超过 10 %。在夏季 ,蒸发蒸腾主要由果树蒸腾组成 ,而在春季和秋季 ,刚好相反。作物系数 (Kc)和叶面积指数成线性关系 。

高产大豆品种的生理特征和产量性状研究

2009～2010年,以普通大豆品种九农21为对照,比较了其与高产品种长农13和吉育88的生长动态、主要农艺性状及产量,并对形态指标和产量构成因素进行了典型相关分析。结果表明:高产品种的叶面积指数、地上部生物量、根系指标(根系活力、伤流量、根系体积和干重)、产量以及株高、单株荚重、单株粒重和百粒重等主要农艺性状均高于对照品种,但主茎节数和分枝数低于对照;通过典型相关分析发现,单株粒重与R5期根系体积呈显著正相关,而与R6期叶面积指数呈显著负相关,表明合理调控鼓粒期的群体结构,有助于增产。