Silicon Decreases Transpiration Rate and Conductance from Stomata of Maize Plants

ABSTRACT

To characterize the effect of silicon (Si) on decreasing transpiration rate in maize (Zea mays L.) plants, the transpiration rate and conductance from both leaves and cuticula of maize plants were measured directly. Plants were grown in nutrient solutions with and without Si under both normal water conditions and drought stress [20% polyethylene glycol (PEG) concentration in nutrient solution] treatments. Silicon application of 2 mmol L^?1 significantly decreased transpiration rate and conductance for both adaxial and abaxial leaf surface, but had no effect on transpiration rate and conductance from the cuticle. These results indicate that the role of Si in decreasing transpiration rate must be largely attributed to the reduction in transpiration rate from stomata rather than cuticula. Stomatal structure, element deposition, and stomatal density on both adaxial and abaxial leaf surfaces were observed with scanning electron microscopy (SEM) and a light microscope. Results showed that changes in neither stomatal morphology nor stomatal density could explain the role of Si in decreasing stomatal transpiration of maize plants. Silicon application with H₄SiO₄ significantly increased Si concentration in shoots and roots of maize plants. Silicon concentration in shoots of maize plants was higher than in roots, whether or not Si was applied. Silicon deposits in cell walls of the leaf epidermis were mostly in the form of polymerized SiO₂.     

Modeling the Trends of Nutrient Concentration Dynamics in S-Deprived Young Maize Plants

Sulfate deprivation altered nutrient concentrations in both shoot and root of young maize (Zea mays L.) plants. A model is presented to that simulates the trends of nutrient concentration dynamics relative to the dry mass accumulation in the roots and shoots of plants grown in sulfate-deprived nutrient solution against control. The relationship was found to adequately follow an allometric pattern, the exponent of which could be used to describe the trend of the course, whilst the differential fluctuation types for each nutrient were highlighted. Sulfate-deprivation altered the inclination of the trendline in a differential way for each nutrient, and in several cases reversed the fluctuation pattern. The exponents were ranked in decreasing order, ranking in this way the trends of the concentration dynamics for each nutrient. Observed low R²-values reflected significant scatter of the data set around the trendline.     

几种沙漠植物蒸腾作用特性及其环境响应机制的研究

对库布齐沙漠2，3，4年生人工梭梭，4年生人工沙枣、柠条以及天然植物油蒿，进行了蒸腾速率与相关环境因子气温、大气相对湿度和0～160cm土层的土壤含水率的测定。结果表明：不同植物种其蒸腾特征各异；气温和大气湿度与蒸腾速率日进程的变化趋势总体表现出随着气温的升高（或大气相对湿度的降低），蒸腾速率亦呈升高的趋势。几种植物蒸腾速率的季节变化总体表现出随着土壤含水率的增加而增加，降低而降低。蒸腾速率与土壤含水率季节变化的相关性因植物种而异。几种植物中油蒿10～100cm层土壤含水率和2年生梭梭、3年生梭梭0～130cm层土壤含水率与蒸腾速率呈直线相关，相关系数分别为0．811，0．694和0．955（P=0．05），而沙枣、柠条和4年生梭梭的蒸腾速率与土壤含水量的相关性不显著。这表明，在天然降水条件下，植物蒸腾作用的季节变化趋势不仅受土壤水分的影响，还与植物自身生长节律和生理调控等其它因素有关。     

小麦蒸腾速率规律分析及其计算

根据实际观测资料,对小麦蒸腾速率的时空变化规律进行了分析。结果认为影响小麦蒸腾的主要气象因子是温度,光照强度和湿度。在分析上,建立了用常规气象资料计算小麦蒸腾速率的简化模式,模拟效果较好。     

新型抗蒸腾叶面肥对叶片蒸腾速率的影响

在干旱的条件下,蒸腾作用会引起植物大量丢失水分,常常会引起水分亏缺和脱水的伤害.我国黄土半干旱地区是退耕还林、林业生态工程建设的重点地区.由于当地降水相对不足但潜在蒸散力大的特殊气候条件,使人工造林遇到了极大的困难,此时叶面喷施抗蒸腾叶面肥不仅能提供植物生长所需养分,而且还能抑制植物蒸腾作用,提高植物水势,减少植物水分的蒸发量,一定程度上提高植物生存能力.以黄土高原干旱半干旱地区造林主要树种刺槐、白榆、火炬树为主要研究对象,以自制的2种抗蒸腾叶面肥及市场上已推广施用的叶面肥肥效为主要依据,探讨自制肥料在降低植物蒸腾作用方面的效果.并最终得出自制A或自制B、白榆、稀释300～1200倍、土壤绝对含水量为10%～25%时对降低植物蒸腾速率效果最明显.     

沙质海岸植物蒸腾速率与环境因子的关系

蒸腾速率是衡量植物水分平衡的一个重要指数,揭示蒸腾速率的日变化规律,寻找影响植物蒸腾速率的生态因子,可为海防林的造林营林技术提供重要依据。笔者对日照沿海防护林几种主要木本植物和草本植物的蒸腾速率和环境因子的关系进行了研究,结果表明：8种植物日平均蒸腾速率和蒸腾速率日变幅各异;麻栎、紫穗槐和白茅的蒸腾速率日变换呈现出双峰式的变化规律,其它5种植物蒸腾速率表现为单峰式的变化规律;气孔导度影响着植物的蒸腾速率,温度（气温、地面温度）是影响植物蒸腾速率的主要因子;空气相对湿度和蒸腾速率表现为显著或极显著负相关,相关系数高达0.866。通过多元线性逐步回归方法,得到了影响沙质海岸蒸腾速率的主要环境因子,及其与土壤呼吸速率之间的多元回归模型。     

GREENSPAN茎流法对玉米蒸腾规律的研究

以盆栽玉米为试材、称重法为基准,验证了GREEN SPAN茎流法测量作物蒸腾量的可行性。茎流法与称重法两者测值的绝对误差为0.20~4.56 g/(株.h),相对误差为2.03%~10.42%,表明茎流计所测得的玉米茎流速率可准确的表示作物蒸腾速率。以此为基础,探讨了不同天气下GREEN SAPPAN茎流法实测玉米茎流的日变化规律:白天玉米茎流随太阳辐射及天气变化呈规律性变化,晚间有较细微而稳定的茎流。晴好天气,玉米茎流的日变化呈单峰曲线,多云或阴天天气,为不对称的“M”型,且茎流的启动时间存在一个受天气和太阳辐射变化共同影响的临界值。灰色关联度分析表明,晴好天气下,太阳辐射是影响蒸腾速率的主要因素;多云或多云转晴天气下,气温和相对湿度成为影响蒸腾速率的主要因素,太阳辐射的作用相对降低。     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配的作用

为了辨明成熟期玉米对降雨的再分配作用,有效地防治区域水土流失,采用人工模拟降雨的方法,就川西低山丘陵区成熟期玉米植株对降雨的冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量的作用进行了研究。结果表明:冠层截留率平均为7.5%,茎秆流率平均为28.8%,穿透雨率平均为63.7%。随着降雨强度的增加,单位时间内玉米冠层的截留量呈增加趋势,但随着玉米植株的叶面积增大,有效截留量却呈减少趋势,株高和角度对它的影响较小。随着叶面积和降雨强度的增加,茎秆流量呈增加趋势,角度影响较小。随着叶面积的增加,穿透雨量呈减少趋势;而随着降雨强度的增加,单位时间内穿透雨的数量呈增加的变化趋势,株高影响较小。     

火炬树蒸腾速率及其环境因子的影响研究

利用LI-6200便携式光合作用测定仪和美制LI-1600稳态气孔仪,对黄土半干旱区造林树种火炬树蒸腾速率及其环境因子进行测定。该研究的目的是为分析该地区火炬树蒸腾作用对环境因子的响应和火炬树最适的水分生态条件提供理论依据。结果表明:①火炬树蒸腾速率日变化的平均值为4.895μg.cm-2.s-1,呈双峰变化曲线。②光合有效辐射、CO2浓度和叶水势对蒸腾速率有相应的影响,但相对湿度对蒸腾速率的影响不是很明显。③火炬树能适应干旱环境是由于叶水势降低导致气孔导度的减少,从而通过减少蒸腾耗水来达到适应干旱的目的。     

农田防护林混交对林木蒸腾速率的影响

以黑龙江省西部地区主要农田防护林树种为研究对象,采用快速称重法对樟子松、落叶松和小黑杨纯林,小黑杨和樟子松混交林,小黑杨和落叶松混交林中的各树种蒸腾速率进行了比较研究.结果表明:(1)与小黑杨混交的樟子松和樟子松纯林蒸腾速率日变化差别不大,蒸腾速率的月变化差异最小,各结构防护林树种的蒸腾速率均呈现抛物线变化趋势.(2)与小黑杨混交的落叶松在整个生长季的月平均蒸腾速率为落叶松纯林的76.96%,与落叶松混交的小黑杨的蒸腾速率比小黑杨纯林低17.43%,小黑杨与落叶松混交林能够有效地降低这两个树种的蒸腾速率.(3)农田防护林在多种环境因子的综合作用下,其蒸腾速率受大气温度和太阳总辐射的影响较大,并且蒸腾速率与大气温度、太阳总辐射和土壤水含量均表现出正相关,与相对湿度和风速均表现出负相关.     

A Power Function Based Approach for the Assessment of the Sulfate Deprivation Impact on Nutrient Allocation in Young Maize Plants

Thirteen-day-old maize (Zea mays L.) plants were exposed hydroponically to sulfur (S)-deprivation and their nutritional status was monitored for ten days. Sulfur (S) -deprivation altered the allocation of nutrients between roots and shoots in a differential manner and the effect was approached in terms of a power function. The experimental curvature was analyzed through the value of the exponent of the function and two formulations of the approach were tested through regression analysis. In the shoot, the impact of the S-deprivation relative to that on dry mass was: calcium (Ca) (45.3%) > nitrate (NO₃) (18.9%) > magnesium (Mg) (17.2%) > manganese (Mn) (14.1%) > water (W) = phosphorus (P) = potassium (K) = iron (Fe) = copper (Cu) > nitrogen (N) (?4.3%) > ammonium (NH₄₎ (?4.7%) > zinc (Zn) (?12%) > boron (B) (?21.4%) > S (?75.2%). In the root, the relative impact was: N = K = Ca = Zn = B > P (?12.7%) > NO₃ (?14.7%) > NH₄ (?18.4%) > W (?27.8%) > Mn (?34.4%) > Mg (?37.5%) > Fe = Cu (?40.5%) > S (?126.6%). Both models produced the same conclusions.     

杨树无性系蒸腾速率及其影响因子的研究

对山东省高密市栽植的7个杨树无性系的蒸腾速率及其影响因子进行了研究,结果表明:7个杨树无性系的气孔导度与蒸腾速率变化趋势基本一致,白天变化趋势均成单峰型,7个杨树无性系的最大蒸腾速率大小顺序为:I-107>NL95>L35>L323>中林46>中天杨>NL895,白天测定时段的平均蒸腾速率大小顺序为:I-107>L35>NL95>L323>中林46>中天杨>NL895,蒸腾速率与气孔导度的相关性最显著,气孔导度和蒸腾速率与各影响因子呈很好的多元线性函数关系,7个杨树无性系的蒸腾速率与树高、胸径和单株材积呈正相关关系.     

不同有机物料还田对土壤结构与玉米光合速率的影响

为解决由于长期不合理耕作及有机物料利用率低而导致土壤养分贫瘠和土壤物理性状恶化情况,本试验针对黑土宜板结和肥力保持等问题设置了不同技术措施,研究在玉米生育时期不同有机物料还田模式对土壤结构特性及玉米光合速率的影响。结果表明:收获后浅翻深松+秸秆还田和有机肥处理较常规处理,土壤容重下降了0.13 g·cm-3和0.09 g·cm-3,浅翻深松+秸秆还田、有机肥、翻压绿肥和生物肥均能降低土壤紧实度,改善土壤三相比,增加土壤通气透水性,使得土壤物理结构得到改善。有机肥、秸秆还田和生物肥处理提高玉米喇叭口期光合速率,较常规处理提高2.1~7.6μmol·m-2·s-1;秸秆还田和生物肥较常规施肥处理,蒸腾速率下降57%和56%;在玉米喇叭口期各处理气孔导度均小于对照,灌浆期秸秆还田处理较常规处理气孔导度增加,导致叶片胞间CO2浓度下降,说明气孔阻力的降低导致叶片胞间CO2浓度降低。有机物料还田后可以降低土壤容重、紧实度,土壤三项比达到合理范围,并且可以提高作物的光合速率,降低蒸腾速率,尤其是秸秆还田和有机肥处理好于其他处理。保护性耕作和有机物料还田对于提高土壤肥力、改善土壤物理特性,提高作物光合速率,增加作物产量均起到积极促进作用。     

黄土高原8种树种蒸腾速率与日蒸散量比较

以侧柏、华北落叶松、油松、新疆杨、臭椿、核桃、枣树、榆树为研究对象,在2006年7月,对供试苗木进行定时的称重、蒸腾观测。一天中,其平均蒸腾速率的大小为：新疆杨〉臭椿〉华北落叶松〉侧柏〉榆树〉油松〉核桃〉枣树,日蒸散量的大小依次为新疆杨〉侧柏〉臭椿〉华北落叶松〉油松〉核桃〉枣树〉榆树,蒸腾速率大者蒸腾耗水不一定大,反之亦然。新疆杨、臭椿的耗水量较大;侧柏、落叶松和油松耗水量较少、抗旱性较强;榆树、枣树和核桃,耗水量居中,应大力提倡种植,且作为经济树种可增加当地群众的收入。     

不同水分条件下核桃蒸腾速率与光合速率的研究

在黄土高原半干旱区,采用LI-1600稳态气孔仪和LI-6200便携式光合测定仪对不同土壤水分条件下盆栽核桃的生理指标进行了观测,研究土壤含水量对核桃蒸腾速率与光合速率的影响.结果表明,不同土壤含水量条件下核桃蒸腾速率、光合速率和水分利用效率的日变化具有显著的差异.当土壤体积含水量在5%以下时,核桃气孔导度很低,蒸腾速率日变化也不明显;当体积含水量为10%和15%时,蒸腾速率、光合速率和水分利用效率随着土壤水分的增加而升高,而且具有明显的日变化.土壤含水量越低,核桃叶片气孔导度与蒸腾速率和光合速率的相关性越差.通过对比得出,核桃光合作用适宜土壤体积含水量为10%～15%;土壤体积含水量控制在15%时核桃的水分利用效率达到较好状态.     

紫花苜蓿冠气温差与蒸腾速率变化规律的试验研究

本文主要研究不同水分处理条件下紫花苜蓿冠气温差和蒸腾速率的变化规律.结果表明,全生育期内,冠气温差和蒸腾速率变化规律基本一致,各典型日两者日变化趋势基本呈现"M"型.当灌水下限较高时,冠气温差基本呈负值且日变化和蒸腾速率较一致;当灌水下限较低时,冠气温差基本呈正值,蒸腾速率较小且日变化幅度较平缓.冠气温差较小时,随冠气温差增大蒸腾速率呈上升趋势,而当冠气温差大于0℃以后,随冠气温差增大蒸腾速率不再增加,甚至出现一定的下降趋势.     

晋北半干旱区免耕对玉米光合和蒸腾特性的影响

采用田间小区试验,对覆盖免耕、留茬免耕和传统翻耕三种耕作方式下玉米不同生育期土壤温度、土壤含水量以及玉米蒸腾速率和净光合速率进行观测。结果表明:与翻耕相比,免耕可降低0-20cm土层的土壤温度;覆盖免耕玉米地土壤温度的降低幅度较大,而留茬免耕地则较小;免耕对土壤温度的降低作用随着玉米的生长发育而减弱。免耕能够提高土壤含水量,尤其是0-60cm土层。免耕与翻耕相比,在玉米苗期,叶片的蒸腾和光合速率降低,其中覆盖免耕玉米日平均蒸腾与光合速率比翻耕分别降低了8.5%和9.7%,差异显著;留茬免耕略有降低,但差异不显著。在拔节前期,免耕与翻耕田玉米的蒸腾和光合速率无显著差异;在拔节后期、抽穗期和灌浆期,覆盖免耕玉米蒸腾和光合速率均比翻耕显著提高;留茬免耕在灌浆期玉米的蒸腾与光合速率均比翻耕显著提高,其它时期与翻耕差异不显著。     

抗蒸腾型叶面肥对造林树种蒸腾速率的影响

黄土半干旱地区是林业生态工程建设退耕还林的重点地区。由于该区降水相对不足且潜在蒸散力大等特殊气候条件,蒸腾作用会造成植物水分大量丢失,从而引起水分亏缺和脱水的伤害,使人工造林遇到极大的困难。此时叶面喷施抗蒸腾叶面肥不仅能提供植物生长所需养分,而且还能抑制植物蒸腾作用,提高植物水势,减少植物水分的蒸发量,一定程度上提高植物生存能力。本试验以黄土高原干旱半干旱地区造林中主要采用的生态经济型树种文冠果(Xanthoceras sorbifolia Bunge)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、火炬树(Rhus typhina)为研究对象,以自制的两种抗蒸腾叶面肥及市场上已推广施用的叶面肥肥效为主要依据,运用正交试验探讨自制肥料在降低植物蒸腾作用方面的效果。研究结果证明,自制叶面肥C+紫穗槐或文冠果+稀释800~1200倍+土壤含水量为12%~22%时,对降低植物蒸腾速率效果最为明显。     

有机碳菌剂对4种植物肥料利用率和根系形态的影响

通过设置盆栽试验,研究丁香、红瑞木、油松和白蜡4种植物在6个有机碳菌剂施用水平下的生物量、肥料利用率及根系形态的变化,以此揭示有机碳菌剂对生物量和根系形态的影响,并确定干旱区造林最佳的肥料施用量。结果表明:在试验施用范围内,4种植物根系和总生物量在不同肥料水平下存在显著差异,与对照相比,4种植物总生物量增幅分别为22.41%~82.94%,42.22%~112.96%,10.60%~55.59%和9.46%~42.61%,最大值分别在T4(20g/株)、T3(15g/株)、T5(30g/株)和T5(30g/株)时出现。肥料利用率随有机碳菌剂施用水平的提高而降低,4种植物分别降低了0.903,1.946,0.037,0.145kg/kg。有机碳菌剂对丁香和红瑞木的根系形态特征(根长、根表面积、平均直径、根尖数、分叉数)的影响达到显著水平,油松和白蜡的根系平均直径受肥料施用的影响较小,其余4项随着施用量的不同呈现显著差异。4种植物最大根长较对照增加41.29%~112.77%,最大根表面积增加34.73%~154.26%,最大平均直径增加3.85%~42.62%,最大根尖数增加47.41%~70.15%,最大分叉数增加22.93%~109.10%。研究结果表明,灌木对有机碳菌剂的响应较乔木更为敏感,在高剂量有机碳菌剂施用条件下,乔木生长优于灌木;干旱区造林工作中,乔木的有机碳菌剂施用量应该稍大,如选用30g/株,而灌木的施用量不应超过20g/株。