干旱导致防护林衰退死亡研究进展

随着全球气候变暖,干旱已经成为防护林衰退死亡的重要原因,导致防护功能下降甚至丧失。目前,关于干旱造成树木死亡主要有三种假说,即水力学失败假说、碳饥饿假说和生物攻击假说。我国对防护林干旱致死的研究相对较少,应加强以下几方面的研究:(1)碳饥饿假说中树木死亡各种糖分临界值的研究;(2)防护林树种不同器官间碳水化合物转换迁移的变化规律研究及不同器官干旱致死的碳和水安全阈值;(3)加强对成年防护林树种干旱致死机制的研究。     

我国半干旱区东段森林动态研究现状及展望

半干旱区干湿交替、林草交错,生态系统复杂,生物多样性丰富,是受气候变化影响的敏感区域,森林大面积非正常死亡现象正在普遍发生.文中围绕半干旱区森林死亡原因、不同树种水分利用策略与生长特征以及应对干旱胁迫的机制等核心问题,综述了半干旱区森林分布格局及其成因,在气候变化背景下森林的死亡与更新,树木生长季开始与结束时间的界定,...     

耐盐碱植物研究概述

1　盐碱胁迫对植物的危害盐碱胁迫对植物造成的主要伤害表现在以下两个方面 :一是细胞质中金属离子 (主要是 Na+ )的大量积累 ,它会破坏细胞内离子平衡并抑制细胞内生理生化代谢过程 ,使植物光合作用能力下降 ,最终因碳饥饿而死亡 ;二是盐碱土壤是一个高渗环境 ,它能阻止植物根系吸收水分 ,从而使植物因“干旱”而死亡。同时盐碱土壤 p H值较高 ,这使得植物体与外界环境酸碱失衡 ,进而破坏细胞膜的结构 ,造成细胞内溶物外渗而使植物死亡。因而 ,受盐碱胁迫的植物一方面要降低细胞质中离子积累 ,另一方面还通过积累过程产生某些特殊的产物 ,…     

活立木生理干燥过程中水分传输和散失机制探讨

木材中的水分会严重影响木材加工和使用性能,必须通过干燥使木材含水率控制在适宜范围内。常规蒸汽干燥耗能大、干燥缺陷多,热泵除湿干燥、太阳能干燥等新型节能干燥技术工业化应用尚不理想,因此,本文从木材水分来源和树木水分生理特性出发,探讨基于蒸腾作用降低木材水分的活立木生理干燥理论和技术,并从水分与植物生理的角度阐述活立木生理干燥的理论基础。通过分析树叶水分蒸发研究进展,总结叶内水分可能的3种蒸发位点,即暴露在内部气体空间的所有叶肉细胞和表皮细胞、气孔下腔室周围大部分区域的叶肉细胞和表皮细胞以及气孔下腔室周围其他区域的叶肉细胞和表皮细胞。通过分析植物体内水分传输机制研究进展和现状,总结植物叶内水分传输的3种可能途径,即通过胞间连丝的共质体传输途径、通过水孔蛋白的跨细胞传输途径以及通过未栓化细胞壁的质外体传输途径。阐明被广泛用于解释木质部水分长距离运输的内聚力-张力学说,分析其目前存在的争论及一些新提出的学说,如补偿压学说、多驱动力学说或水门学说,并分析木质部水分运输过程中时常发生的空穴和栓塞现象及其可能的恢复机制。在此基础上,提出今后研究活立木生理干燥过程中水分传输和散失机制的几个重点和方向:一是探讨生理干燥过程中处于水分胁迫状态下树叶叶孔蒸腾和角质层蒸腾之间的关系;二是探讨生理干燥过程中处于严重水分胁迫状态下树木叶内水分传输途径和蒸发位点;三是探讨纹孔等微观构造在木质部水分长距离传输中的作用以及在空穴和栓塞产生和恢复过程中的作用;四是探讨生理干燥过程中木质部内空穴和栓塞的产生和恢复机制及其对水分长距离传输的作用和影响。     

木本植物木质部栓塞测定技术的争议与进展

气候变化导致的全球尺度的森林衰败死亡增多,以植物水分关系为核心的树木死亡机制成为研究热点,而木本植物长距离水分运输中的木质部栓塞的研究是植物水分关系的核心。本文声学检测法、非破坏性成像技术和低压液流技术3类测定木质部栓塞的技术方法进行综述。声学检测法的优点是对植物材料无破坏性且具有较高的时间分辨率,但测定结果的可靠性差,这种方法更倾向于定性检测木质部栓塞。核磁共振和微CT成像技术是近年来兴起的非破坏性成像技术,对植物材料无破坏性,可对导管无偏差的三维成像;尤其是微CT技术,其空间分辨率小于1~2μm,可更详尽地呈现出木质部的栓塞程度和分布模式以及栓塞形成和修复的动态。应用微CT方法是未来研究中的趋势,但此装置还不易获取,因此在当前的木质部栓塞研究中还难以广泛应用。低压液流方法是近30年来测定木质部栓塞应用最广泛的方法,本文对此方法的原理及操作步骤进行介绍。近年有学者提出在测定过程中可能会出现"张力-剪断假象",认为即使在水中剪断存在张力的枝条也会人为地增加所测样品的栓塞程度。这就质疑了之前树木栓塞日变化和栓塞修复的研究结果及用自然干燥法测定树木抗栓塞能力的研究结果。"张力-剪断假象"在植物水力研究领域引起激烈的讨论,之后有众多学者迅速设计针对性的试验开展研究,然而并没有重复出"张力-剪断假象",并且认为避免"张力-剪断假象"的张力释放过程发生了栓塞修复。"张力-剪断假象"虽然对低压液流方法测定木质部栓塞引起争议,但此事件使研究者认识到严格、细心地进行木质部栓塞测定操作的重要性。最后提出应用低压液流技术测定木质部栓塞操作中应该注意的10项建议。     

祁连山区森林木质部害虫防治技术研究

<正>木质部害虫是森林中广泛分布的一类昆虫。其长期生活于树木主干内，蛀食木质部，并形成虫道，破坏树木养分、水分的输导功能和分生组织，轻则促使树木长势衰弱，重则能使树木迅速死亡。因而，木质部害虫是极易毁灭森林的一类害虫。近年来，由于环境变化和人为活动的影响，特别是由于嫩梢和食叶害虫的猖獗危害，致使祁连山林区林木木质部害虫亦呈上升趋势，     

森林死亡及其对气候变化响应研究进展

森林生态系统是人类生存繁衍和可持续发展不可缺少的组成部分。森林死亡是森林衰退的主要表现形式之一。近年来全球升温导致全球范围内尤其半干旱区极端气候频发,造成大面积森林死亡,对植物群落、生态功能、生态系统服务等产生重要影响。不同地区不同类型的森林死亡呈现出不同的时空格局及驱动机制。研究森林死亡时空动态及其对气候变化的响应对改善生态环境、促进森林生态恢复具有十分重要的意义。基于样地网络实地调查与遥感分析是进行森林死亡动态监测的主要手段。本研究对森林死亡的定义、生态影响和监测方法以及气候变化与森林死亡之间的关系等研究进行了系统的总结,结果发现未来需加强以下几个方面的研究:第一,深入分析干旱胁迫的时空特征,厘清干旱的季节性特征和融雪时间的变化等,并加强生物群系之间及其与气候变化之间关系的研究和控制实验的研究,以揭示干旱和升温对森林死亡的作用机制。第二,研究干旱胁迫下树木的碳储存与利用机制以及生态水文过程等现象,深入探讨两者的耦合机理,并增加对大气CO_2、氮沉降、臭氧和干旱动态变化以及植物生产力、树液流动、菌根作用等的分析,构建和完善基于过程的树木死亡机理模型,以便能更准确地预测未来森林死亡事件的发生。第三,加强国际合作,构建全球范围内的数据体系,为大尺度上的森林死亡及其对气候变化的响应研究提供数据和技术支持。     

刺槐苗木干旱胁迫过程中水力学失败和碳饥饿的交互作用

【目的】通过分析刺槐在干旱和复水过程中水力学性状和非结构碳(NSC)储藏的变化,研究在水力学失败和碳饥饿对刺槐苗木的影响,以探讨在经历导致落叶的严重干旱胁迫之后叶片恢复的影响因素。研究的结果可以阐明刺槐干旱和复水过程中水力学结构和碳代谢的交互作用方式,同时为揭示干旱半干旱地区刺槐衰败死亡的生理学机制提供思路和试验证据。【方法】测定3年生刺槐苗在严重干旱导致落叶后和复水后叶片长成时的小枝凌晨和正午水势、枝条正午气穴栓塞、叶片最大光合速率和气孔导度、单株叶面积、枝条和根的非结构碳含量,测定严重干旱后刺槐枝条的栓塞脆弱性,并比较复水后茎干基部和上部新发叶片的叶面积、比叶质量和光合作用及新发小枝的凌晨和正午水势、枝条气穴栓塞。【结果】在干旱导致全部落叶时,凌晨和正午水势分别达到-3.01和-3.73 MPa,显著低于对照;正午导水损失率(PLC)达到91%,显著高于对照;干旱导致刺槐90%以上落叶时其叶片的光合速率为负值,气孔导度也降低到趋近于0。在复水后30天叶片长成时,枝条正午PLC为81%,仍显著高于对照。经历干旱和复水处理的枝条P50(栓塞为50%时的枝条水势)为-1.09 MPa,比对照高0.37 MPa,经历干旱胁迫的枝条抗气穴栓塞能力显著降低。干旱和复水过程均显著降低了刺槐枝条和根的NSC含量,复水过程NSC降低程度更大。复水后的单株总叶面积仅为对照的38%。复水后叶片恢复的主要部位是茎基部和枝条上部,茎基部恢复叶片的叶面积、光合速率、气孔导度均显著大于枝条上部恢复叶片,茎基部新发小枝的凌晨和正午水势显著高于上部新发小枝。【结论】严重干旱导致水势降低,木质部导管栓塞加重,限制了刺槐的水分输导,进而抑制叶片光合作用,导致出现负的碳平衡。在复水阶段,前期严重干旱导致木质部导水能力下降和NSC含量下降限制了复水后新叶的生长,NSC含量降低可能会影响木质部栓塞的即时修复,水力学失败和碳饥饿的交互作用加重了干旱对刺槐的影响。     

枯树的“呻吟”

为什么干枯的树木极易受到各种害虫的攻击呢?美国森林科学工作者罗伯特·亥克找到了答案。 通常,树木是由树内空心的导管——木质部吸取水分传递给树干的。在干旱的季节里,由于这些导管拼命地吸收水分时会产生一种超声波,对此,人们是听不到的,但许多以树木为食的害虫却能听见。它们一旦听到干枯树木拼命吸取水分而发出的“呻吟”声,便会立刻聚     

光强和树体大小对锐齿栎树木水、碳平衡的影响

【目的】测定锐齿栎在不同光强下不同大小树木的水分状况、光合作用和非结构性碳(NSC)差异,探索光强和树体大小对锐齿栎树木水、碳平衡的影响。【方法】以锐齿栎成年树树冠上部、树冠下部、林下幼树和林窗幼树为研究对象,用PMS1000压力室、LI-6400XT光合仪、PAM-2500荧光仪等仪器分别测定水势等水力参数、气体交换参数、光合光响应曲线参数和叶绿素荧光参数,用蒽酮-硫酸法测定不同组织NSC浓度,另外还测定叶片大小、比叶面积、Huber值等叶片和枝条的功能性状。【结果】1)在4个研究对象中,成年树树冠上部的小枝凌晨水势和中午水势均是最低,且叶片气孔密度最大、气孔长度最小;成年树树冠上部叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率和暗呼吸速率显著低于林窗幼树。2)成年树冠层上部叶片和韧皮部的总非结构性碳(TNC)浓度显著高于林窗幼树,而木质部TNC浓度显著低于林窗幼树,说明树高造成的水力限制会降低细胞膨压并增大木质部栓塞风险。3)与光有效性低的树冠下部和林下幼树相比,光有效性高的成年树树冠上部和林窗幼树具有更大的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率、光补偿点、PSⅡ有效光化学效率(F'_v/F'_m)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ);尤其是更为遮荫的林下环境显著降低了林下幼树的光合潜能和固碳,叶片和根的TNC浓度显著低于冠层下部叶片和成年树的根。【结论】锐齿栎成年树冠层上部存在明显的水力限制,造成生长下降使得成年树冠层上部叶片和韧皮部的TNC相对积累,而木质部经常性的栓塞修复大量消耗木质部TNC;光照因素对锐齿栎光合作用的塑造起主要作用;林下遮荫环境导致的碳饥饿可能是宝天曼锐齿栎树种难以更新的主要原因。     

科尔沁沙地刺榆水力结构特征对土壤水分环境的响应

【目的】比较科尔沁沙地典型生境上生长的刺榆木质部水力结构特征、叶片水分关系与光合气体交换特征,探讨刺榆适应不同土壤水分环境的内在生理机制,为科尔沁沙地防风固沙造林和植被修复的适地适树提供理论依据。【方法】以生长在科尔沁沙地丘间低地和沙丘上部2种土壤水分环境中的刺榆为研究对象,从树木水力结构角度,分析不同生境刺榆枝条水分传输效率与安全性的差异,结合叶片水分关系、光合生理特性以及木质部解剖结构等进行对比研究。【结果】与沙丘上部相比,丘间低地土壤水分条件较好,刺榆枝条木质部导管直径较大、水分传输效率(K_s)更高(P0.05),叶片和枝条水势均更高(P0.05)。尽管2种生境上生长的刺榆叶片光合碳同化速率无明显差异,但气孔导度(g_s)和水分利用效率(WUE_i)明显不同,沙丘上部刺榆的g_s更低(P0.05),WUE_i更高(P0.05)。丘间低地刺榆枝条末端叶面积和边材面积的比值(LA/SA)显著高于沙丘上部(P0.05),地径、树高和地上生物量等指标也显著高于沙丘上部(P0.05);但沙丘上部刺榆木材密度更高,抗气穴化栓塞能力更强,水力安全边界(HSM)也较宽(Ψ_(S-md)-P_(50)和Ψ_(S-md)-P_(80)较大)。【结论】在土壤水分条件较好的丘间低地生长的刺榆,导管直径较大,水分传输效率更高,可保证较高的生长速率和竞争力;而在土壤水分条件较差的沙丘上部生长的刺榆,木质部导管直径变小,虽然水分传输效率降低,但有助于获得更强的木质部抗气穴化栓塞能力,从而保证植株能在水分胁迫较严重的生境中长期存活。刺榆水力结构特征随水分生境变化而调整的策略,反映出其较强的抗旱性和适应性。     

基于具缘纹孔膜特征的木质部栓塞机制研究进展

木质部栓塞指外界气泡进入木质部充水管道导致的植物水分传导功能受阻。木质部输水管道间具缘纹孔膜是木质部栓塞形成、扩散和疲劳产生的关键部位，近年来，具缘纹孔膜特征在木质部栓塞机制研究中日益受到关注。为更全面和清晰理解木质部栓塞形成、扩散和疲劳过程中具缘纹孔膜的作用，本研究在整理分析国内外木质部栓塞相关研究的基础上，首先探讨被子植物、裸子植物木质部栓塞的形成机制和扩散规律，阐释栓塞形成和扩散的“气种假说”,明确具缘纹孔膜的核心作用；然后分别针对具缘纹孔膜的构造、化学、物理和微力学性质与微液流行为等主要特征以及不同特征间的相互关系，归纳具缘纹孔膜在木质部栓塞形成、扩散和疲劳等不同阶段的重要作用，概述三维结构模型构建、化学成分原位检测、力学行为模拟和单个纹孔膜微液流量化分析等具缘纹孔膜特征关键表征方法的发展现状和问题；最后提出木质部栓塞应优先开展的3方面研究：1)不同水分条件下具缘纹孔膜化学成分、物理和力学性质的变化；2)气泡在水分与具缘纹孔膜三维孔隙结构间水-固耦合界面的形成与扩散方式；3)不同水分条件下具缘纹孔膜结构变化及其对微液流效率的影响。同时，亟待突破具缘纹孔膜三维空间结构的原位精准表...     

宝天曼三桠乌药对降雨减少后的生理生态响应

[目的]在宝天曼森林原位建立降水减少(截雨)样地后,样地内的三桠乌药出现了顶端枯死,本研究从水和碳的角度,探讨三桠乌药顶端枯死的原因。[方法]2013年4月在宝天曼锐齿栎林原位建立了3块截雨样地,在2014年生长季干旱时,采用压力室、低压液流系统和蒽酮硫酸法测定了三桠乌药的水力系统特征和非结构性碳等指标。[结果]显示:(1)三桠乌药在截雨处理后出现了顶端枯死;三桠乌药最大导管长度约为60 cm,栓塞50%时的水势(P50)为-1.43 MPa,其木质部栓塞脆弱性较大。在截雨处理1年后生长季较干旱时,净光合速率、凌晨水势、中午水势显著低于对照,中午栓塞显著高于对照,且水力安全边际为负值。(2)三桠乌药气孔导度、蒸腾速率、叶面积、导管直径、边材比导率、叶片比导率显著下降,Huber值、导管密度显著升高;而叶片、韧皮部、木质部3个器官的可溶性糖、淀粉、总非结构性碳与对照差异不显著。[结论]水力失衡是三桠乌药顶端枯死的主要原因,而蒸腾面积、水分输导系统等的变化表明三桠乌药在缺水环境下进行了一定的适应性调节,但这些调节不足以使三桠乌药在缺水情况下避免水力失衡而导致的顶端枯死。     

我国北方林木抗旱性生理研究进展

水资源短缺已成为全球性资源问题，水分缺失引起的干旱是影响植物生长发育的主要自然灾害之一。林木抗旱性研究已成为现阶段林木生产的研究热点，主要集中在对林木抗旱生理研究，即林木体内发生的应对干旱胁迫的生理代谢变化。林木在干旱逆境下，正常的生理生化过程受到干扰，林木为保护自身而启动一系列调节机制以抵御不良环境。该文详细总结了我国北方林木在干旱胁迫下的生长发育及生理代谢变化，并作以展望，旨在为林木抗旱遗传育种提供理论参考。     

干旱对树木生长的影响

水分缺乏对于细胞、树木及林分的发育和生长都有重要的影响。当组织的含水量下降到影响树木生理过程的水平时,水分胁迫就会影响林分的生长及生产量。从细胞水平看,水分胁迫会影响到细胞膜的构造,抑止酶的活性,从单株树木生长的角度看,它能降低树木的高生长和直径生长,降低树木对其它环境胁迫的抵抗能力,影响碳水化合物在体内各器官间的再分配。对林分水分胁迫能引起叶面积的下降,引起林木的死亡,影响树种之间的演替。这些水分缺乏的情形,可以在一年内的某个季节,如夏季,或一日内的某些时刻,如上午或中午发生,而与     

干旱胁迫对紫叶李碳代谢相关酶活性的影响

在田间条件下，设置对照、轻度、中度和重度干旱胁迫4个处理，探究干旱胁迫对紫叶李碳代谢相关酶活性的影响规律。结果表明，干旱胁迫提高了紫叶李的丙酮酸含量和G-6-PDH活性，降低了其Rubisco活性、COX活性、MDH活性和CS活性，从而降低了其碳同化能力，提高了其有机物质分解能力，抑制了植物的生长，其中，重度干旱胁迫的影响最显著。从苗木水分管理的角度来看，重度干旱胁迫时间不宜超过8 d,中度干旱胁迫时间不宜超过14 d,轻度干旱胁迫时间不宜超过26 d。     

珍稀濒危植物杜鹃红山茶嫁接苗对水分胁迫的生理响应

在温室中采用模拟干旱的方法,研究杜鹃红山茶(Camellia changii)嫁接苗对水分胁迫的生理响应。研究表明:在干旱和复水过程中,叶片相对含水量、叶绿素含量、电导率、MDA、SOD、POD、CAT等生理指标的代谢情况虽各有不同,但变化指向适应干旱的环境,杜鹃红山茶嫁接苗可以适应20 d以内持续干旱的环境而不致死亡,复水后可以迅速恢复正常生长。研究认为,杜鹃红山茶嫁接苗具有较强的抗旱性,可在城市园林中推广应用。     

水分胁迫对榆树和毛白杨生长及生理特性的影响

在盆栽条件下,设置对照、轻度、中度、重度水分胁迫4个处理,研究不同水分胁迫对榆树和毛白杨生长发育和生理特性的影响。结果表明,轻度水分胁迫未对榆树和毛白杨株高、地径生长量产生显著影响,中度和重度水分胁迫显著降低了2种树木的株高和地径生长量。轻度水分胁迫提高了2种树木根系和茎的干物质积累量,降低了其叶片内干物质积累量。轻度水分胁迫未对2种树木的光合速率、蒸腾速率、气孔导度、保护酶(SOD、POD、CAT)活性和可溶性蛋白、可溶性糖含量产生显著影响,重度水分胁迫显著提高了2种树木的保护酶活性和渗透调节物质含量。综合分析认为,轻度水分胁迫不会对榆树和毛白杨生长和生理特性产生显著影响。     

干旱和高盐胁迫下钙离子依赖核酸酶基因CDD对银腺杨84K生长发育的影响

【目的】钙离子依赖型脱氧核糖核酸酶(CDD)具有消化单链和双链DNA的活性,但CDD对水分等胁迫的响应尚未明确。本研究以CDD转基因银腺杨84K为材料,分析在干旱和高盐胁迫条件下CDD在84K杨生长中的作用,探讨CDD对干旱和高盐胁迫的响应,可为揭示杨树CDD基因在抗逆中的作用提供参考。【方法】以过表达PtoCDD和敲除PagCDD转基因银腺杨84K组培苗为材料,对其进行模拟干旱和高盐处理,分析其受干旱、高盐非生物胁迫条件下的表型变化,包括植株高、不定根数目。通过切片观察,分析不同处理条件下茎段木质部大小变化。利用qRT-PCR分析在不同处理条件下CDD转基因植株中水通道蛋白基因(PIP)的表达。【结果】与84K对照相比,在正常条件下CDD转基因植株株高没有显著差异,而干旱、高盐条件下CDD缺失突变体植株显著高于对照和CDD过表达植株,而过表达植株极显著低于对照及突变体。说明CDD过表达增强了杨树对干旱、高盐的敏感性,而敲除CDD后降低了杨树对干旱、高盐的敏感性。组织切片分析显示,在正常条件下木质部细胞层数呈现CDD过表达对照84KCDD缺失突变体,而在干旱、高盐条件下木质部细胞层数为CDD过表达对照84K CDD缺失突变体。表明CDD参与了木质部细胞分化过程,并当受到干旱、高盐胁迫时,CDD的表达对木质部分化过程的影响尤为明显。不定根数目统计显示,在正常条件和高盐条件下植株不定根数目呈现为CDD缺失突变体对照84KCDD过表达,且差异均达到显著水平或极显著水平,而干旱条件下差异不显著。表明CDD差异表达引起的不定根数目上的变化在一定程度上反映了杨树对干旱和高盐胁迫的敏感性。qRT-PCR分析显示,CDD过表达和CDD缺失突变体植株中均表现出多个PIP基因诱导高表达。表明CDD的表达变化可引起PIP基因不同成员的诱导表达,从而改变杨树的水分利用。【结论】杨树CDD的缺失或过量表达引起不定根数目的变化,同时改变了杨树的水分利用,影响对干旱和高盐胁迫的敏感性,导致胁迫下生长的变化。上述结果表明CDD参与杨树响应干旱和高盐胁迫过程。     

气候变化对森林树木死亡率影响研究综述

综述了气候变化对全球各大洲森林树木死亡的影响,研究了由于气候变化带来的高温和干旱而引起树木死亡的原因,阐述了树木死亡过程机制,分析了气候变化和森林状况的关系,以期为应对气候变化造成森林树木死亡提供科学依据。