[目的]研究旨在明确巨峰葡萄枝条木质部导水能力与温度的量化关系,探索节对水分运输效率与安全性的影响.[方法]以巨峰葡萄1年生枝条为材料,在0.5～40 ℃温度范围,利用低压液流计法测试节间和带节茎段的导水率、比导率及导水率损失(PLC)随温度的变化,分析节与节间茎段导水特性的差异.[结果]巨峰葡萄茎段导水率和比导率均与温度呈极显著的线性关系.当温度从0.5 ℃升高至40 ℃,节间茎段的初始导水率、最大导水率、初始比导率、最大比导率分别升高154％、198％、157％和200％.节间茎段的导水率和比导率显著大于带节茎段,且差异随着温度升高呈增大趋势.节间茎段的PLC显著大于带节茎段,而带节茎段的导水率和比导率受温度的影响小于节间茎段.利用线性回归方程可对不同温度下的导水率和比导率进行预测.导水率和比导率与各温度下水的粘滞系数进行权衡后,各温度下的权衡导水率和权衡比导率没有明显差异.[结论]葡萄茎段导水率和比导率随着温度升高而增大,节对水分运输的效率和安全性有权衡作用.

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制.以连续 3 年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置 3 个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘幼苗的光合特性、生物量的分配、NSC各组分含量、水力特性的变化及其碳水两者之间的相关关系.结果表明:(1)适宜供水、中度干旱、重度干旱胁迫下,枝条的栓塞程度分别为 30.7%、41.8%和 42.3%,枝条导水率分别为 0.95、0.71、0.65 kg m-1 s-1 MPa-1.(2)重度干旱胁迫显著降低了净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率.(3)重度干旱胁迫导致地上和粗根生物量显著降低,细根生物量和根冠比显著增加.此外,各器官的NSC含量显著降低,其根系NSC消耗量最高,根系的可溶性总糖和淀粉含量显著降低,枝条的可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖含量增加了 12.9%、31.1%和 45.7%,而淀粉含量降低了 40.7%.(4)枝条栓塞程度和导水率与可溶性总糖、淀粉、蔗糖和葡萄糖含量显著相关,其栓塞程度与可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖呈正相关,而与淀粉呈负相关(P＜0.01).综上所述,干旱导致连翘枝条木质部的栓塞程度增加,导水率、光合作用和水分运输效率均显著降低,但连翘通过提高枝条内可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖含量和降低淀粉、NSC含量以提高植物在干旱条件下的存活机率及旱后水分恢复能力,研究为半干旱区连翘培育和经营提供理论依据.

水分是干旱沙区植被重建和恢复的主要限制性因子,土壤有效水分含量直接影响植物木质部水分运输能力.但是不同水分条件下不同物种、不同年龄木质部水力特性和叶片气体交换的差异以及土壤水分含量对其影响的相关研究目前尚不明确.因此,该研究以10年和30年树龄人工固沙区的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和中间锦鸡儿(C.liouana)为实验材料,研究它们在旱季和雨季下水力特性和光合特性的差异及其关系.研究结果表明,树龄对柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿木质部导水率、导水率损失百分比、叶片水势和相对含水量等无显著的影响,而土壤水分含量对其功能性状的影响较显著.树龄和土壤水分含量均对灌木叶片光合作用有显著影响,但在土壤水分条件良好的情况下树龄对其影响不显著.此外,土壤含水量与叶片水分含量和木质部茎比导水率之间呈显著的正相关关系;木质部导水率与叶片水分状态和气孔导度也存在显著的正相关关系,而光合速率与木质部导水率和叶片水分含量存在显著正相关关系,这表明土壤水分含量通过影响木质部导水率和栓塞程度而直接影响了叶片水分状况和光合碳同化能力.总而言之,柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿的木质部导水能力和叶片光合碳同化能力显著地响应了土壤水分含量的变化.

植物水力性状能够反映植物对不同水分条件的适应能力,研究热带珊瑚岛特殊生境下优势植物的水力功能特征对深入理解热带珊瑚岛植物的水分适应策略,从而选择热带珊瑚岛植被构建和恢复的适生物种具有重要意义.该研究以中国热带珊瑚岛生境中2 种优势适生木本植物:抗风桐(Pisonia grandis)和草海桐(Scaevola sericea)为研究对象,比较了其叶片和枝条的水力性状,并分析了其水分适应策略.结果表明,抗风桐的叶片栓塞抗性、枝条边材比导水率和叶片膨压丧失点显著高于草海桐,而枝条栓塞抗性、叶片导水率、边材密度和叶面积边材面积比均显著低于草海桐.抗风桐的叶片具有比枝条更强的抗栓塞能力,对水分胁迫敏感,但同时选择以高效的枝干水分运输来满足叶片高蒸腾需求的充足供水.草海桐枝条与叶片则存在水力脆弱性分区,在面临水分胁迫时叶片充当"安全阀"以保证枝干木质部的水力安全.抗风桐与草海桐能够通过协调叶片与枝条水力性状采取不同的水分适应策略,从而更好地适应热带珊瑚岛的特殊生境.

木质部是植株体内水分传输的主要通路,其水力特性的变化会影响植株的水分关系和果实的水分积累.目前关于番茄植株木质部解剖结构和水力特性对水分和盐分胁迫的响应及其与植株生长和果实含水量之间的关系尚不明确.本研究通过日光温室番茄盆栽试验,设置3 个处理:对照,土壤含水量(θ)为75%～95%田间持水量(FC),初始电导率(EC)为0.398 dS·m-1;水分胁迫,开花前θ为75%～95%FC,开花后至成熟期θ为45%～65%FC,EC为0.398 dS·m-1;盐分胁迫,θ为75%～95%FC,EC为1.680 dS·m-1,研究了樱桃型番茄(红宝石)和中果型番茄(北番501)植株在水分和盐分胁迫下的植株生长、果实含水量以及木质部水力特性的变化.结果表明:与对照相比,水分和盐分胁迫下茎秆横截面积和木质部导管直径分别减小了22.0%～40.7%和10.0%～18.3%,茎秆比导水率和桁架柄比导水率分别降低了 8.8%～41.1%和 12.9%～28.4%,抑制了植株生长,减少了地上部鲜重、果实大小、果实鲜重和含水量,且与樱桃型番茄相比,中果型番茄的降幅更大.此外,果实含水量分别与茎秆和桁架柄比导水率呈显著正相关.综上,番茄植株在水分和盐分胁迫下木质部水力特性指标减小,生长被抑制,果实鲜重显著降低,最终导致产量降低.其中,中果型番茄相较于樱桃型番茄对水分和盐分胁迫更敏感.

了解和量化城市树木耐旱性的变异性和潜在的驱动机制对于预测和管理全球气候变化下的城市生态系统稳定性至关重要.该研究以北京市常见行道树绒毛梣(Fraxinus velutina)为研究对象,选取6个不同不透水表面比例(用归一化建筑指数(NDBI)反映)的实验地点.利用遥感数据提取各地的NDBI和月地表平均温度(Ts)参数,并实地测定了空气水汽压亏缺(VPD)和黎明前水势(Ψpd),在生长季采用自然干燥法拟合各地点绒毛梣枝条木质部脆弱性曲线,并计算得到木质部栓塞脆弱性,测定各地点凌晨和中午枝条的自然栓塞化程度以获取不同地点木质部栓塞的恢复程度;同时测定了比导率(ks)和叶比导率(LSC)、气孔导度(Gs)和最大光化学量子效率(Fv/Fm).研究了不同不透水表面比例下树木栓塞脆弱性(耐旱性)的适应性,以及耐旱性与其他水力性状之间的相关性.结果表明:1)不透水表面比例与50％导水率损失对应的水势值(Ψ50)显著负相关,不透水表面比例越高耐旱性越高;2)Ψ50与Ψpd及VPD显著相关;3)ks与Ψ50间有显著权衡,但LSC与Ψ50相关关系不明显;4)栓塞修复能力与Ψpd呈正相关关系;5)处于不同不透水表面比例地区的绒毛梣的Fv/Fm无显著差异;6)随不透水表面比例的增加,绒毛梣光合速率下降.该研究结果表明,不透水表面比例是影响绒毛梣耐旱性的关键城市环境指标之一,不透水表面比例提高导致绒毛梣耐旱性的提高,同时绒毛梣白天出现的栓塞可以在夜晚进行积极的修复,这两个特征均说明城市树木对于城市环境表现出水力结构的适应性,但这种适应性以光合速率下降为代价.该研究结果为快速城市化和全球气候变化场景下北京城市生态系统健康程度、弹性和稳定性评价提供了重要研究数据,并为决策者制定切实可行的北京城市树木管理策略提供了理论依据.

木质部的解剖结构特征对树木水分传输功能有重要的影响,阔叶树种木质部环孔和散孔结构特征的分化,很可能导致两个功能类群在水力学结构上存在显著差异,但是有关两个功能类群间细致的水力学性状的对比研究还较少,二者整枝水平的导水率及纹孔水平的细致结构差异尚未见报道.本试验以长白山阔叶红松林常见的3个环孔材和4个散孔材乔木树种为研究对象,对比了两个功能类群树种的整枝导水率(Kshoot)、枝条木质部栓塞脆弱性(P50)等重要水力学相关生理功能特征,并分析了两个功能类群间的木质部组织水平和纹孔水平上的解剖结构特征差异.结果表明:与茎段导水率差异一致,环孔材树种的整枝导水率也显著高于散孔材,但枝条木质部气穴化抵抗力显著弱于散孔材,二者的差异反映了整枝水平上木质部导水效率和安全性之间的权衡关系,与两个功能类群的水力学生理特征存在显著差异一致,二者在最大导管长度、导管直径、纹孔开口面积、纹孔开口比例等光学和扫描电镜观测解剖结构特征上都存在显著差异;木质部解剖特征(组织水平、纹孔水平)和Kshoot、P50等生理特征间,以及木质部不同解剖特征之间存在显著的相关,且两个功能类群遵循相同的规律,反映了木质部结构对水分传输功能的重要影响,而导水率和气穴化抵抗力对木质部对立的结构要求,体现了树木水分传输系统构建的生物物理局限性.

桂西南喀斯特地区生物多样性丰富、特有种多,同时也是石漠化问题较为严重的区域.由于该喀斯特地区土层浅薄、岩石裸露、表层储水能力差,植物在干旱季节经常会受到水分胁迫.植物水力学特征不仅是探讨喀斯特地区植物的生理生态适应性的关键,还能够为石漠化地区的植被恢复提供重要参考.该研究测定了桂西南喀斯特季雨林17种代表性木本植物(包括不同生活型、叶片习性和生境)的木质部脆弱性曲线、最低水势、叶片膨压丧失点和边材密度等水力性状,结果发现:(1)喀斯特植物木质部导水率丧失50％时的水势值(P50)的种间差异较大(-0.51--2.51 MPa),其中常绿种的抗栓塞能力比落叶种强;(2)喀斯特植物的木质部水力安全边界值(最低水势与P50之间的差值)的均值为0.36 MPa,说明喀斯特森林植物在自然最低水势状况下木质部发生栓塞的程度较高;但是不同植物种间存在显著差异,这可能与喀斯特峰丛洼地生境的复杂性以及物种不同的抗旱策略有关;(3)由于喀斯特植物水分适应机制的多样化,导致木质部水力安全边界与叶片膨压丧失点、边材密度的相关性并不显著.在区域气候干热化的背景下,结合喀斯特植物的栓塞脆弱性和长期水势监测(尤其极端干旱事件)分析它们的水力安全,对预测未来喀斯特森林物种分布和群落动态具有重要的指示作用.

枝条最大水分导度是植物水分生理学研究中的核心指标之一,冲洗法是当前用来测定该指标最常用的方法,但在实验测定之前首先必须要找到获得稳定的最大水分导度的可靠方法.本研究中,我们以刺槐(Robinia pseudoacaciaL.)不同年龄枝条为实验材料,通过枝条采集后立即用于实验测定和枝条经超纯水中浸泡过夜后再用于实验这两种不同处理方式对不同年龄枝条最大水分导度测定的影响,检测两种处理方式中枝条最大水分导度随冲洗时间的延长是否保持恒定来判断最大水分导度测定值的可靠性,探讨提高枝条最大水分导度测定结果稳定性的有效方法.结果 显示:①未浸泡过夜的当年生枝条,经150 kPa压力冲洗达到最大导水率后,继续延长冲洗时间枝条导水率会呈近线性下降,而经超纯水浸泡过夜的当年生枝条以同样实验方法达到最大导水率后,继续延长冲洗时间枝条的导水率基本保持稳定.②二年生枝条无论是否经超纯水浸泡过夜处理,经150 kPa压力冲洗达到最大导水率后枝条的导水率都基本保持稳定,但经超纯水浸泡过夜后,二年生枝条达到最大导水率所需的冲洗时间明显比未浸泡处理短.③根据茎横截面上木质部面积所占百分比和枝条木质密度判断,实验期间当年生枝条的木质化程度明显比二年生枝条低.我们推测未经浸泡过夜的当年生枝条出现木质部水分导度随冲洗时间延长而下降是由于枝条遭受机械性损伤后产生的分泌物在冲洗过程中被引入导管堵塞导管腔所致,而超纯水浸泡枝条过夜可有效降低分泌物被引入导管的可能性.因此,我们认为超纯水浸泡枝条过夜,可提高枝条最大水分导度测定结果的稳定性.

本研究以耐涝性不同的星花玉兰、'皮鲁埃特'玉兰和'朱迪'玉兰为材料,通过双套盆法模拟淹水处理,研究淹水胁迫对其木质部水分运输的影响.结果表明:3个品种均为散孔材树种,导管较小,输水阻力较大;导管类型为进化的梯纹导管和孔纹导管,孔纹导管占比为68％～82％,导管穿孔板为梯状穿孔板和单穿孔板并存;纹孔类型为具缘纹孔,均呈椭圆型.淹水胁迫下各品种水分运输均受到显著影响,水力结构参数均显著降低,栓塞程度增加,水分运输安全性均减弱.耐涝性强的'皮鲁埃特'玉兰,其水力结构参数受涝害影响小,导水率、比导率和导水损失率变化幅度小,水分运输有效性更强,纹孔径向运输能力强.枝条导水率与单孔率和导管聚合度显著相关,导水损失率与管孔平均面积显著相关,其他导管和纹孔数量特征与水力结构参数无相关性.