【摘 要】
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干旱导致的植被衰退甚至死亡,并不仅仅局限于干旱或半干旱地区。湿润区树种因其对干旱胁迫的适应性差,更易因气候变化引起的干旱而死亡。木质部水力功能性状(包括输水效率和安全)是植物干旱致死机制的核心,而结构是功能的基础。因此建立湿润区木本植物木质部结构和功能性状的数量关系,是解答湿润区植物干旱致死机制以及理解其木质部水力“效率-安全”权衡的关键。本文以湿润区12种木本被子植物和裸子植物为研究对象,对比研
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干旱导致的植被衰退甚至死亡,并不仅仅局限于干旱或半干旱地区。湿润区树种因其对干旱胁迫的适应性差,更易因气候变化引起的干旱而死亡。木质部水力功能性状(包括输水效率和安全)是植物干旱致死机制的核心,而结构是功能的基础。因此建立湿润区木本植物木质部结构和功能性状的数量关系,是解答湿润区植物干旱致死机制以及理解其木质部水力“效率-安全”权衡的关键。本文以湿润区12种木本被子植物和裸子植物为研究对象,对比研究其人工生境和自然生境条件下的其木质部水力“效率-安全”权衡和解剖结构的分异规律。人工生境:女贞(Ligustrum lucidum)、青冈(Quercus glauca)、三角槭(Acer buergerianum)、深山含笑(Michelia maudiae);短叶罗汉松(Podocarpus macrophyllus var.maki)、罗汉松(P.macrophyllus)、金钱松(Pseudolarix amabilis)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、雪松(Cedrus deodara)。自然生境:女贞(L.lucidum)、青冈(Q.glauca)、三角槭(A.buergerianum)、交让木(Daphniphyllum macropodum);金钱松(P.amabilis)、杉木(C.lanceolata)、雪松(C.deodara)、柳杉(Cryptomeria japonica)、云杉(Picea asperata)。其中,被子植物女贞、青冈、三角槭;裸子植物金钱松、杉木、雪松为两种生境共有种。本研究采用压力室法获得导水率等参数并构建脆弱性曲线,通过番红-固绿对染法和光学显微镜进行解剖结构参数的获取和测量。主要研究结果如下:(1)木质部水力功能性状:同一生境中,被子植物输水效率高于裸子植物而栓塞抗性低于裸子植物,尤其在自然生境中二者输水效率差异显著(P<0.05);两种生境中,人工生境共有种输水效率显著低于自然生境(P<0.05),但栓塞抗性高于自然生境。(2)木质部解剖结构:木质部导管结构与纹孔水平上的解剖结构存在着协同关系。主要表现在,导管(管胞)直径、水力直径与导管(管胞)密度呈显著负相关,与纹孔结构显著正相关。(3)木质部“效率-安全”权衡:除自然生境常绿被子植物存在弱权衡外,本研究中的其他物种不存在效率-安全权衡。这可能是由木质部结构性状差异导致的,木质部效率-安全无权衡的原因可能是解剖结构在提高效率的同时,不一定会降低其安全性。(4)木质部结构-功能关系:功能上的权衡关系存在与否由其解剖结构决定:Ks与P50对结构需求趋异(存在效率—安全权衡),Ks与P50对结构需求趋同(无效率—安全权衡)。此外,水力直径、导管壁厚度和导管密度是对水力功能性状的影响最显著的结构性状。输水效率和栓塞抗性是木质部作为一个复杂的导水系统网络的综合功能体现——共有种在不同生境的水分利用策略不同,水力功能的差异与结构性状的差异相协调。其次,冗余分析结果表明,木质部结构对效率和安全的贡献相互独立,输水效率与栓塞抗性结构需求不同,导致功能上的效率-安全权衡无法实现。
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