土壤-植物-大气连续体水流阻力分布规律的研究

本文依据田间实测资料,分析了土壤-植物-大气连续体水流阻力的相对重要性,结果表明在连续体中的水流阻力主要分布于从叶气孔腔到大气的扩散过程和根系的吸水过程。叶-气之间的水流阻力比土-根之间要大50倍。最后,讨论了控制连续体水流运动的气孔阻力的变化规律及其与环境因素之间的关系。     

玉米生育期土壤—植物—大气连续体水流阻力与水势的分布

根据玉米生育期的田间试验资料分析了土壤-植物-大气连续体中水势和水流阻力的分布,结果表明土壤与植物叶片之间的水势差在玉米抽雄期前达0.8—1.0MPa,到抽雄期以后达1.0—1.5MPa,叶片与大气之间的水势差则在抽雄期前后分别达80—120MPa和60—80MPa;连续体内的水流阻力主要在叶片与大气之间。建立了连续体中玉米叶片水势的动态模拟公式,模拟叶水势具有较高的精度。最后,揭示了叶片蒸腾速率与叶-气系统水势差和水流阻力的关系,当叶片与大气之间的水势差达90—100MPa之后,蒸腾速率随叶-气间水势差增加而减小。     

土壤-根系统水分再分配:土壤-植物-大气连续体中的一个小通路

吸收和传导水分一直被视为植物根系最主要的功能之一,而人们对根系在某些情况下还可以向土壤释放水分的事实及其对植物生长和生态系统功能的影响了解得还很不充分,尽管这样的证据由来已久。土壤-根系统水分再分配(Hydraulic redistribution, HR)是近20年间被发现和证实的,指水分从土壤中较湿的部分经由植物的根系传导而运动到土壤中较干的部分,通常发生在蒸腾减弱的夜间,可以沿水势梯度下降的方向而在不同土层间向上向下或侧向运动。HR研究揭示了土壤-植物-大气连续体中有时会存在土壤-根-土壤的水流小通路,细化了土壤-根系统中水分储存和运输的时空动态和机制。土壤水分状况的连续监测、根木质部液流测量、稳定性同位素技术的使用构成了HR实验研究的三大手段。当土壤中深层水分充足的时候,HR可以提高根系吸收和传导水分的效率,有利于植物充分利用资源,延长了浅层土壤的水分可利用期,有利于维持植物组织的生理活性和水流传导;旱季后降水来临的时候,HR可以将一部分降水转移到深层土壤,增加了可利用性水分的总量。对于干旱半干旱的沙地和草原、季节性干旱的森林等类型,HR过程可能对生态系统水分循环产生重要影响。有必要在国内针对这些生态系统展开深入的实验研究,同时探索将HR过程适当结合到生态系统模型和水文模型中,从而更准确地研究和预测群落内植物水分关系和生态系统水分动态。此外,结合农林设计、植被恢复、生态需水量估算和农业节水等方面进行的HR研究也值得深入探索。     

土壤-植物-大气连续体水热动态模拟的研究

本文从能量平衡原理和质量守恒定律出发,描述了土壤-植物-大气连续体中的热量转换和水分输送,模拟了系统中水分和热量的动态变化过程,并用所建立的模拟模型计算了冬小麦群落的冠层温度、叶水势及系统的潜热与显热变化关系,结果表明该模型有一定的可靠性。     

植物根对土壤中PAHs的吸收及预测

研究了多种植物根对土壤中多环芳烃(PAHs)的吸收作用,阐述了根系吸收与土壤污染强度、污染物性质、植物组成等的关系,并用实验数据检验了限制分配模型对植物吸收土壤中PAHs的预测性能。供试土壤中菲和芘的起始浓度分别为0~457和0~489mg/kg;45d后,随土壤中菲和芘浓度提高,根中菲和芘含量明显增大,根系富集系数则减小。不同植物根中菲和芘含量和根系富集系数与根的脂肪含量呈显著正相关。由于芘的Kow较大,同种植物根中芘含量、芘的根系富集系数则远大于菲。经45d处理,尽管土壤中菲浓度变化很大(从不足1mg/kg到约45mg/kg),限制分配模型能较好地预测供试植物根中菲的含量,黑麦草和菜心根中菲含量的预测误差低于81%。作为限制分配模型预测植物吸收的关键参数,不同植物根吸收菲的αpt值与根脂肪含量显著正相关。     

土壤-植物-大气连续体系中氮的研究进展

氮素是植物最需要的重要养分元素之一.近年来,土壤-植物-大气这一连续体系(SPAC)中的氮循环成为研究的热点之一.大气中的氮素可以通过生物固定和N沉降等作用进入土壤和植物内,同时土壤和植物内的氮素又会以氨挥发和氮氧化物等方式排放到大气中.氮素通过生物固持和植物吸收等方式进入植物体内,植物器官脱落使植物损失一部分的氮素,另外雨水的淋洗和植物溢出液也会造成植物的N损失.植物氮素在植物体内的积累和分布随着生长时期和各营养器官而有所不同.另外,植物吸收氮素的过程又受到大气状况和土壤状况的制约.土壤中氮素经过矿化作用、硝化作用和反硝化作用进行转化,一部分把氮素转化成植物能吸收的营养形态,另一部分则从土壤中损失.凋落物的分解和N沉降能补充土壤中的氮素,而植物吸收、微生物固持、水文流失和N溢出等方式使氮素从土壤中损失出去.另外,凋落物的分解和根际土壤、CO2浓度和臭氧对氮素循环有着重要的作用.N污染、N沉降、碳氮循环的耦合作用是今后研究的热点问题.     

植物水分来源稳定氢氧同位素偏移研究进展

稳定氢氧同位素技术能有效计算植物根系水分吸收量,确定植物水分来源贡献,评估植物水分利用策略,是生态水文学探究大气-植被-土壤系统水分传输过程机制的有效工具。然而土壤与木质部水稳定氢氧同位素比值(δ²H和δ¹⁸O)偏移造成植物水分来源贡献率计算偏差,引起氢氧同位素结果差异的原因尚不明晰。该文首先简要介绍氢氧稳定同位素比值偏移现象,其次沿水分在土壤-植物-大气连续体中的传输路径构建梳理框架,系统阐述了3个界面(植物-大气界面、土壤-大气界面和根系-土壤界面)与2个空间(植物体和土壤层)中引起δ²H与δ¹⁸O偏移的自然效应,同时概述了土壤与木质部样品提取与测定技术中引起δ²H与δ¹⁸O偏差的人为效应。最后,根据现有研究进展提出主要问题,从获取同位素时空数据,微尺度同位素偏移原因,提取与测定技术的优化三方面指出未来的发展方向。     

利用大型蒸渗仪模拟土壤-植物-大气连续体水分蒸散

在农田水量转化各分量中,蒸散与潜水蒸发是最难测定的。在地下水浅埋地区,地下水通过毛管上升而补给包气带土壤水的作用十分明显,对作物生长意义重大。利用大型蒸渗仪、波文比、水力蒸发器等仪器,获得了大量水平衡因子的试验数据和土壤植物大气连续体(SPAC)模型中的有关参数。以大型蒸渗仪实测值为基准,验证了农田土壤植物大气连续体模型的模拟值,并主要就蒸散和潜水蒸发量,对实测与模拟值作了比较分析,探讨了导致两者差异的原因。     

植物根构型的定量分析

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析,有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述,并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。     

植物根构型的定量分析

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析, 有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述, 并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。     

重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展

综述了国内外在重金属污染土壤植物-微生物联合修复领域的研究报道,总结了近5年的研究实例。植物-微生物联合修复体系具有生物固定与生物去除土壤重金属的两种功能,根际微生物可以菌根、内生菌等方式与根系形成联合体,通过增强植物抗性和优化根际环境,促进根系发展,增强植物吸收和向上转运重金属的能力。建立植物-微生物联合修复体系,可充分发挥植物与微生物作用功能的优势,提高污染土壤的修复效率。增强植物修复体系中微生物功能的重点是深入研究根际微生物、根系和介质载体三者之间复合功能,结合污染土壤类型与植物群落配置的特点筛选扩繁高效菌种与菌群。     

稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用

近20a稳定同位素技术在植物生态学研究中的应用得到了长足发展,使得对植物与水分关系也有了更深一步的了解。介绍稳定同位素性碳、氢、氧同位素在研究植物水分关系中的应用及进展,以期能为国内植物水分利用研究提供参考。由于植物根系从土壤中吸收水分时并不发生同位素分馏,对木质部水分同位素分析有助于对植物利用水分来源,生态系统中植物对水分的竞争和利用策略的研究,更好地了解生态系统结构与功能。稳定碳同位素作为植物水分利用效率的一个间接指标,在不同水分梯度环境中,及植物不同代谢产物与水分关系中有着广泛的应用。同位素在土壤-植被-大气连续体水分中的应用,有助于了解生态系统的水分平衡。随着稳定同位素方法的使用,植物与水分关系的研究将取得更大的进展。     

植物根孔在土壤生态系统中的功能

综合论述了植物根孔的概念,在土壤中的形成、分布以及生态功能。指出植物根孔是土壤大孔隙研究中的重要部分,是一个由植物根系、土壤、土壤微生物、水、空气等组成的“多介质界面”,众多的土壤生物过程在此发生,它在土壤水分、溶质传输以及环境污染物的迁移和转化等过程中具有重要意义。特别是在湿地生态系统中,发达的地下根孔系统为利用人工湿地系统净化污水、处理污泥等工程提供良好的污染物吸附转化界面以及“微生物消化池”     

玉米生育期土壤-植物-大气连续体水流阻力与水势的分布

根据玉米生育期的田间试验资料分析了土壤-植物-大气连续体中水势和水流阻力的分布,结果表明土壤与植物叶片之间的水势差在玉米抽雄期前达0.8—1.0MPa,到抽雄期以后达1.0—1.5MPa,叶片与大气之间的水势差则在抽雄期前后分别达80—120MPa和60—80MPa;连续体内的水流阻力主要在叶片与大气之间.建立了连续体中玉米叶片水势的动态模拟公式,模拟叶水势具有较高的精度.最后,揭示了叶片蒸腾速率与叶-气系统水势差和水流阻力的关系,当叶片与大气之间的水势差达90—100MPa之后,蒸腾速率随叶-气间水势差增加而减小.     

天津汉沽农田土壤－植物系统中汞的分布、迁移和积累

本文研究了受汞污染的农田土壤—植物系统中汞的分布,迁移和积累的规律。土壤中的汞在离污染源3公里的范围内含量最高;主要集中在0一20厘米的土壤上层,几乎不往下迁移。植物可以从土壤和大气中吸收、积累汞。在汉沽区没有发现由于汞污染所造成的植物受害症状。植物中的汞含量与土壤中的汞含量成正相关。土壤汞含量与水稻茎叶汞含量的相关系数为0.836(N=7),与糙米汞含量的相关系数为0.898(N=7)。植物不同部位的汞含量根>叶>茎>种子。不同作物种子比较,糙米>高粱>小麦。在大气中汞含量高的地段,植物地上部分汞含量高于根。土壤、植物中的汞不断地向大气扩散,而大气中的汞随着降雨、降尘等又不断地沉降到土壤和植物的气生表面,并可被植物吸收。汞向其邻近地区扩散的能力较小。     

土壤解磷微生物促进植物磷素吸收策略研究进展

随着全球磷肥需求增加和磷矿资源储量短缺矛盾逐渐加重,土壤解磷微生物在促进磷循环方面的重要性日益突显,因此有必要对其种类和促进植物磷素吸收策略进行全面梳理总结。荟萃分析了土壤解磷微生物种类并构建了系统进化树,重点论述了土壤解磷微生物促进植物磷素吸收主要策略。土壤解磷微生物主要通过矿化和溶解作用直接活化难溶性磷,但其也能与植物根系互作间接活化磷素。其间接途径主要包括解磷微生物与根系分泌物和丛枝菌根真菌互作,它们通过碳磷交换间接活化磷素;其次包括一些解磷微生物可以通过固氮作用使植物生长受到磷的限制,从而调节植物磷酸盐转运系统间接活化土壤磷;解磷微生物也能通过分泌植物激素和生物防治剂促进植物根系生长间接促进植物磷素吸收。解磷微生物还能通过磷素固定减少磷流失,也可以通过加速自身磷素周转促进植物磷素吸收。对完善和发展解磷微生物主导的土壤磷循环和植物磷素吸收利用理论体系具有重要意义。     

植物——土壤反馈研究进展

该文综述了植物—土壤反馈研究的定义、途经、方法和国内外的研究现状以及存在的问题。植物—土壤反馈是指植物改变根际土壤的生物和非生物特征,同时被改变的也能提高或降低该植物的生长,形成正的或负的反馈,从而影响植物群落组成及植物间相互作用。植物—土壤反馈研究对于理解植物群落演替、生态系统多样性与生产力形成与维持机制,认识生态系统对气候变化和生物入侵等全球生态事件的响应具有重要的理论意义。外来物种快速生长和繁殖及其可能的负反馈可能会导致本地种被竞争排除,未来气候变化可能导致物种组成发生变化及生物多样性丢失,但资源互补和植物—土壤反馈效应则可能使植物群落具有较高的生产力和多样性。因此,未来植物—土壤反馈关系应该加强以下几方面研究:(1)开展不同生态系统植物—土壤反馈关系的比较研究;(2)植物—土壤及土壤—植物等群落水平的反馈研究;(3)特别是要加强分子和基因工具在植物土壤—反馈关系中的应用,揭示植物—土壤反馈关系的分子机理。     

植物根系分泌物在污染及沙化土壤修复中的应用现状与前景

近年来重金属污染等生态环境问题日益受到重视,而物理、化学修复方法存在的诸如成本高、二次污染等问题,使得利用植物、微生物等进行联合治理成为环境修复的重要手段。植物根系分泌物作为植物与土壤进行营养和信息交流的重要媒介,不但对植物的生长具有重要作用,其在污染及沙化土壤修复中作用的研究也得以广泛开展。本文对根系分泌物的组成、分泌机制进行了阐述,并对其在植物吸收重金属、化感作用、植物根系与根际微生物互作、改变土壤理化性质等过程中的作用及机理进行了总结。此外,本文还对利用根系分泌物和根际微生物在生态环境治理中的应用现状、面临的难题及未来的发展等进行了讨论。希望本文可为基于植物与微生物进行的环境修复技术的实际应用提供理论支撑。     

植物的水势

俗话说,“水往低处流”,即由“水位”高处流向“水位”低处。如生根于土壤中的植物,通常,根系吸收的水分沿着茎枝上运到叶子,散失到大气中,水流的大方向是逆着地心引力的。偶而,雨后叶片吸足了雨水,水分也可沿茎向下流动。在这些例子中,水流方向相对于引力方向来...     

植物内生细菌在植物修复重金属污染土壤中的应用

土壤重金属污染是威胁人群健康和经济可持续发展的重要环境问题。植物修复具有经济、环保等特点,已成为治理重金属污染土壤的重要技术。如何提高植物对重金属的抗性、促进植物生长是影响植物修复效率的关键之一。内生菌群-植物共生关系在此方面具有独特优势。其中,植物内生细菌可改善植物营养、降低植物病菌感染、影响酶活性,以及分泌激素、含铁载体和有机配位体等,进而提高超积累植物对重金属的吸收作用。本文综述了近年来国内外关于抗重金属植物内生细菌筛选与应用的研究进展,分析了内生细菌促进植物生长、增强植物对重金属抗性、促进重金属向茎叶转移的机理,阐述了植物内生细菌在重金属污染土壤修复中的应用前景与研究重点。