Hydraulic architecture and water use characteristics of degraded plants of Malus sieversii

Abstract

天山野果林是我国特殊的阔叶森林生态系统类型，其中以新疆野苹果（Malus sieversii）为主要建群种。近年来，受人类活动、病虫害和气候变化等的影响，天山野果林生态系统出现严重退化，其中以新疆伊犁地区新源县的新疆野苹果林尤为严重，出现成片、大量衰败和死亡的现象。深入了解天山退化野果林中新疆野苹果植株的死亡机理，对天山野果林的抢救性保护具有重要意义。因此，本研究以伊犁河谷退化野果林为研究区，选取了3种生长势新疆野苹果（以枯枝率表示），分别为Ⅰ级（80%），分别从枝条木质部解剖特征和叶片性状，水力结构特征的差异以及水分运输有效性和安全性，树干液流和水分利用效率等三个方面开展了系统性的研究，以期为揭示新疆野苹果植株死亡提供重要数据参考。主要获得以下研究结果：1.不同生长势新疆野苹果植株木质部解剖结构存在显著差异，生长势较差（III级）植株的栓塞更为严重。对比不同生长势植株的木质部解剖结构及其季节动态，结果表明生长势较差（III级）植株的水力直径D95、Dh显著高于生长势良好（I级）植株，这意味着植株的导管更容易引发栓塞。而随着季节的变化，脆弱性指数Vx也不断增大，表明新疆野苹果的木质部水分运输结构很容易遭到破坏，其栓塞脆弱性也越高。而不同生长势新疆野苹果的叶片性状无显著差异。2.通过对比分析不同生长势植株的水力结构参数可知，生长势较差（III级）植株的水分传导效率、栓塞脆弱性显著低于生长势良好（I级）植株，栓塞程度显著高于后者。对新疆野苹果植株的水分传导效率和水力安全特征的相关性分析表明，二者间存在负相关关系。这证实了新疆野苹果的水力结构变化确实伴随着新疆野果林的衰退过程，呈现出生长势较差（III级）植株水分传输更为受限，木质部导管的栓塞化程度更高，抵抗气穴化栓塞的能力更差，面临水力失衡的威胁更大。3.由新疆野苹果的植株树干液流和水分利用效率的对比研究发现，生长势良好的植株E比生长势较差植株A的液流更微弱，水分利用效率更低的现象。生长势良好的植株日均液流累积量最大，退化严重的植株液流累积量最小。而采用偏相关分析得出影响树干液流的环境因子作用大小依次为：土壤温度 >水汽压亏缺 > 风向> 空气相对湿度 > 空气温度 > 风速。生长势较差的新疆野苹果植株的水分利用效率也最低。由此推断，新疆野苹果植株的退化死亡与水力受限有关。综上所述，新疆野苹果在退化衰败的过程中，确实存在着水分传输失败的现象。这是由新疆野苹果自身水力结构特征和水分传输中“低安全，低效率”的现象所决定的。而伴随着其水分传输的失败，新疆野苹果植株的树干液流和水分利用效率也显著降低，使其面临水力失衡的威胁更为严重