不同材性树种枝木质部水力与解剖结构的关系

2023-09-20 15:31:31 点将科技 75

       气候变化是本世纪最大的挑战,通常我们认为幼树更易受干旱影响而死亡,但最近的证据表明,高大及成熟的树木在面对干旱时也很脆弱。干旱造成的森林衰退可以使世界的热带雨林在本世纪内从净碳汇转变为大型碳源。

      当干旱来临,植物蒸腾速率增大,通过木质部运输的水分处于过度的负压下,因此产生“栓塞”堵塞木质部导管,削弱植物将水从土壤输送到光合部位的能力,严重时导致植物死。木本植物的干旱致死机制与其木质部导水系统栓塞抗性密切相关,而植物木质部栓塞抗性和 降水量又有很强的相关性。不同树种栓塞抗性具有差异性,木质部栓塞抗性的变化与年均降水量和植物生长环境的干旱程度有关。

木质栓塞

     因此研究团队在研究时选择了 8 种不同材性的木本植物作为研究对象,所选树种都是常见的造林植物,同时具有较高的生态和经济价值。供试植物包括 5 个散孔材树种(白檀A. ginnala、 茶条槭 S. paniculata、枫香 L. formosana、旱柳 S. matsudana、深山含笑 M. maudiae)和 3 个环孔材树种(槲 Q. dentata、楝 M. azedarach、野核桃 J.cathayensis)。

导水率的测定方法:采集的样品运送到实验室后,迅速将枝条被的切割一端浸入自来水中,另一 端紧紧包裹在不透明的塑料袋中。然后迅速在水中多次修剪树枝,目的是剪去栓塞的茎段。而后在水下切割去除所有剩余的侧枝以消除被测茎段的所有叶子。并用螺纹密封胶带将切割产生的疤痕包裹,以隔绝空气。在进行导水率测定之前,用电子卡尺测定茎段的长度和两端的直径。随后连接到木质部导水率与栓塞测量系统 XYL’EM-Plus(Bronkhorst,Montigny-les-Cormeilles,France),用于测量液压导水率(Kh, kg·s-1·MPa-1)。测量溶液(20 mmol·L-1 KCl + 1 mmol·L-1 CaCl2 混合溶液)流经 0.20 μm 的滤膜,过滤杂质后用于测量和冲刷茎段。茎段在高压(120 kPa)下冲刷 20 min,以确保去除潜在栓塞,随后在低压(6 kPa)下测量 茎段最大液压导水率(Khmax,kg·s-1·MPa-1),为获得准确的最大液压导水率值。

木质栓塞

     木质部栓塞脆弱曲线的测定:通过空气注入法获取木质部脆弱曲线(VC)(Wang et al., 2014)。过去的研究表明了使用此法可以获得可靠的水力脆弱性曲线(Ennajeh et al., 2011)。在确定最大液压导水率后,将茎段放入长度约为 8 cm 的双端压力套中,加压 10 min 以诱导栓塞形成。加压结束后,将茎段从压力套上取下,用测量最大液压导水率(Khmax)的方法测定相应导水率(Khi;kg·s-1·MPa-1)。重复加压 5-8 次,直到导水损失率(PLC)达到 90%这个过程中压力以 0.2-0.5 MPa 的增量逐渐增大(不同物种可做相应调整)。导水率损失百分比计算如下:PLC = 100 ×(1 - Khi/Khmax)。在 R 中使用 fitplc 软件包拟合 PLC 与水势之间的脆弱性曲线通过 getPx()函数计算 P50。

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结论:

1、散孔材树种的栓塞抗性比环孔材树种更强

2、在跨物种水平上,环孔材树种的比导率显著大于散孔材树种

3、散孔材和环孔材树种的比导率和栓塞抗性之间存在极显著负相关关系(P < 0.01),随着  比导率增大木质部栓塞抗性逐渐减小,即跨树种水平上散孔材和环孔材树种木质部存在效率-安全权衡。

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