杉木叶片吸水特征与水分逆向运移研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yange20092009
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降水时空上的不均匀性是导致亚热带地区典型季风气候周期性干旱加剧的重要原因。杉木(Cunninghamia lanceolata)作为亚热带地区典型针叶速生树种,研究其叶片吸水生理特征及水分运移的策略,对揭示亚热带地区季节性干旱下树木的生态适应机理具有重要理论意义。本研究通过杉木盆栽控水试验和人工模拟喷施方式维持叶片呈湿润状态的时间(10min~60min),研究杉木叶片吸水的时间动态特征及其对叶片生理特征的影响;基于重水(D2O)标记法研究水分在杉木体内逆向运移的时间动态规律,量化叶片、枝条和根际土壤部位对逆向运移D2O的利用比例。最后综合分析界定叶片吸水的发生条件和影响因素,揭示杉木叶片适应周期性干旱机制以及为生态系统经营提供理论参考。主要研究结果如下:(1)当土壤含水量低于田间持水量(26%)的60%,叶片湿润状态的维持时间达到30min以上,杉木叶片开始发生明显吸水现象。当土壤含水量低于田间持水量的30%,叶片湿润状态维持40min时,在湿润处理结束的1h后,杉木叶片吸水速率和叶水势升高速率达到最大值,最大吸水速率为0.03 mg.cm-2.min-1,此时叶片吸水量(每单位叶面积吸收的水量)为1.01 mg/cm2;最大叶水势升高速率为0.06 Mpa/min,此时叶片水势升高值为2.47 Mpa。在叶片湿润处理结束后的8h,叶水势的升高速率和吸水速率变为0,随着叶片湿润处理结束后的时间增长,杉木叶片不再发生吸水。当杉木叶片发生吸水时,叶水势升高速率和叶片吸水速率均与叶片湿润状态的维持时间(10min~40min)呈正相关,与土壤含水量(占田间持水量的15%~60%)呈负相关。杉木叶片在土壤含水量低于田间持水量的60%以下,能通过叶片吸收表面的水分,由叶片湿润后进而产生叶片吸水现象,且叶片被湿润的时间越长,吸水量越大。(2)杉木叶片湿润状态的维持时间达到40min时,湿润处理组的叶片在8:00的瞬时生理指标显著低于无湿润处理组,在日时间动态变化上的整体变化趋势同无湿润处理组一致。杉木叶片湿润处理对叶片生理指标特征有短暂减小作用,之后随时间又逐渐升高,回归无湿润处理时的正常动态变化特征现象,说明叶片湿润后,水分可能堵塞了气孔,短时间内抑制了叶片的光合与蒸腾作用。(3)当土壤含水量低于田间持水量的60%,叶片湿润状态的维持时间达到30min时,在叶片水和枝条水中均检测到标记重水的富集,说明叶片已经发生吸水且逆向运移到枝条部位中。当土壤含水量低于田间持水量的45%,叶片湿润状态的维持时间达到30min时,根际土壤中检测到标记重水的富集,说明叶片吸水后水分可以逆向运移至根际土壤部位。当土壤含水量低于田间持水量的30%,叶片湿润状态维持60min时,杉木叶片部位对逆向运移D2O的利用比例在湿润处理结束后1h最大,为12.39%,且随湿润处理结束后的时间的增长而减小,杉木枝条部位对逆向运移D2O的利用比例在湿润处理结束后2h最大,为9.31%,且随湿润处理结束后的时间增长先升高后缓慢减小,杉木根际土壤部位对逆向运移D2O的利用比例在湿润处理结束后4h最大,为1.32%,且随湿润处理结束后的时间的增长先升高后缓慢减小。通过D同位素技术验证了杉木在土壤含水量低于田间持水量的60%时,叶片可以发生吸水且吸水后水分可以发生逆向运移,将吸收的水分逆向转运给枝条和根际土壤区部位。(4)当土壤含水量低于田间持水量的60%,叶片湿润状态的维持时间达到30min时,在叶片湿润处理结束后的8h内,叶片,枝条和根际土壤对逆向运移D2O的平均利用比例与双控制因子(土壤含水量和叶片湿润状态的维持时间)呈二元线性相关,最大平均利用比例分别为6.62%、7.48%和0.89%。土壤含水量越低,叶片湿润状态的维持时间越长,杉木叶片的吸水量越大,且逆向运移的规律特征越明显,叶片、枝条和根际土壤部位对逆向运移D2O的利用比例越高。
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