北方典型沙地樟子松人工林等水/非等水行为特征及适应机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31800609
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1613.荒漠化与水土保持
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Pinus sylvestris var. mongolica is a tree species involved in afforestation for soil and water conservation in Sandy land in northern China. However, numerous P. sylvestris var. mongolica plantations have been degraded. The survival and growth of plants depend on water loss and carbon capture by stomatal regulation. Further studies should be performed to clarify how stomatal adapts to semiarid climate and develop divergent water regulation strategies, namely, isohydric and anisohydric behaviors, to explore their adaptability to the environment, and to elucidate the decline of P. sylvestris var. mongolica plantations in terms of water relationship and carbon dynamics. In this study, P. sylvestris var. mongolica plantation, which is the dominant species in the Horqin Sandy Land, is investigated. Sap flow, environmental factors, soil/leaf water potential, photosynthetic rate, and nonstructural carbohydrate are then surveyed. The water-regulation classification methods is established to differentiate isohydric and anisohydric behaviors. The characteristics of hydraulic and carbon economic traits between isohydric and anisohydric behaviors are also compared. The coordination degree between the hydraulic responses of whole tree transpiration to changes in soil moisture and whole tree transpiration controlled by canopy stomatal conductance is examined in relation to the changes in isohydric–anisohydric behaviors. The effects of photosynthetic rate responses to changes in soil moisture on the storage and consumption of nonstructural carbohydrate are explored as well. The potential trade-offs and adaptive mechanisms of isohydric and anisohydric behaviors in the maintenance of hydraulic balance and carbon availability are also clarified. This study provide a theoretical basis for the reasonable cultivation and recession prevention of P. sylvestris var. mongolica plantations in Sandy land in northern China.
樟子松是北方沙地重要的水土保持造林树种,近年来出现了大面积枯死。植物生存和生长依赖于气孔对水分损失和碳获取的调节,明晰气孔应对半干旱气候形成的水分调节对策:等水/非等水行为,可从水分关系与碳动态角度探究其对环境的适应性并理解树木衰退的原因。本项目以科尔沁沙地樟子松人工林为研究对象,通过整合树干液流、环境因子、土壤/叶片水势、光合速率和非结构性碳水化合物。利用水分调节分类模型对樟子松等水/非等水行为进行定量分类,从水力性状和碳经济性状比较等水/非等水行为特征差异;在等水-非等水行为变化中,研究整树蒸腾对土壤水分变化的水力响应与冠层气孔导度对整树蒸腾控制相协调的程度,以及光合速率对土壤水分变化的响应及对非结构性碳水化合物贮存和消耗变化的影响,阐明樟子松人工林等水/非等水行为在维持水力平衡和碳可利用性之间潜在的权衡作用及适应机制。研究结果可为北方沙地樟子松人工林的营林建设和防止退化提供理论支撑。

结项摘要

我国北方半干旱地区降雨稀少、气候干燥,生态环境敏感而脆弱。为了改善区域生态环境条件,在“三北”防护林工程建设初期,营建了大面积樟子松人工林。然而全球气候变化导致区域降雨分配不均,使得沙地生态系统无法满足樟子松生长的水分需求,植物生产力持续下降,进而导致其死亡。因此阐明樟子松应对半干旱气候条件的水分调节对策和适应机制,对于深入理解林地水量失衡导致的植物水分损失和碳获取能力下降,解析其衰退死亡原因具有重要意义。项目研究结果表明,生长季内,林木冠层气孔导度与大气之间直接耦联,量纲脱耦联系数均处在较低水平,气孔对蒸腾的控制逐渐增强,气孔导度变化受制于水汽压亏缺变化,证明了大气、气孔和蒸腾三者的强控制关系。相较于成熟林和幼龄林,中龄林冠层气孔导度对水汽压亏缺的变化敏感度较高,说明在逆境环境中,成熟林和幼龄林易偏向维持原有的蒸腾状态,水分调节机制偏向于非等水行为,策略是随着整树蒸腾需求的增加而不断降低其叶水势,维持较高的冠层气孔导度和整树水力导度,以保持支撑水分到达叶片的驱动力,加之针叶树种比阔叶林林冠层降雨截留量较大,穿透雨和树干径流较小水分可利用率更低,使得其生存态势更加脆弱。室内实验也印证了野外实验结果,干旱前期,樟子松幼苗蒸腾作用未完全停止,维持一定的光合作用使得可溶性糖和淀粉含量持续升高,总体NSC呈现先升后降的趋势,并在干旱中期以淀粉的形式进行储存,但是干旱后期,淀粉开始转化为可溶性糖进而对干旱胁迫进行抵御,并修补受损器官,体现在可溶性蛋白、MDA和POD含量上也反映出该趋势变化。同时,沙地樟子松可溶性糖/淀粉比例较高,说明淀粉储量越来越少,可溶性糖获取受限并被逐渐消耗,沙地樟子松碳储存量较低,抵御灾害性天气及病虫害能力较差,长期的干旱胁迫最终会导致叶片蒸腾作用停止、内源物质消耗,叶片衰败、凋落,林冠逐渐稀疏,长期下去可能导致叶片NSC 耗竭而无法维持植株生长代谢活动,最终整株死亡。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Transpiration and canopy stomatal conductance dynamics of Mongolian pine plantations in semiarid deserts, Northern China
中国北方半干旱荒漠蒙古松人工林蒸腾和冠层气孔导度动态
  • DOI:
    10.1016/j.agwat.2021.106806
  • 发表时间:
    2021-02-26
  • 期刊:
    AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Deng, Jifeng;Yao, Jiaqi;Gao, Guanglei
  • 通讯作者:
    Gao, Guanglei
The nocturnal sap flow dynamics and response of afforestation tree species to environmental factors in the MU US Sandy Land, China
中国密苏里州沙地夜间液流动态及造林树种对环境因子的响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Fresenius Environmental Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jifeng Deng;Chengzhong Ma;Hongzhou Yu
  • 通讯作者:
    Hongzhou Yu
Hydrological effects of forest litter and soil of Mongolian Pine plantations in the MU US, China
中国美国毛里求斯蒙古松人工林森林凋落物和土壤的水文效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Fresenius Environmental Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jifeng Deng;Chengzhong Ma;Hongzhou Yu;Ruiping Hou
  • 通讯作者:
    Ruiping Hou
Mechanisms linking water stress, hydraulic failure, carbon starvation and tree mortality
水分胁迫、水力衰竭、碳饥饿和树木死亡之间的联系机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Fresenius Environmental Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jiaqi Yao;Jifeng Deng
  • 通讯作者:
    Jifeng Deng
Flower Development of Heterodichogamous Juglans mandshurica (Juglandaceae).
异雌雄异株胡桃木(胡桃科)的花朵发育
  • DOI:
    10.3389/fpls.2021.541163
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Zhang L;Guo C;Lu X;Sun X;Liu C;Zhou Q;Deng J
  • 通讯作者:
    Deng J

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其他文献

外生菌根菌对油松幼苗抗氧化酶活性及根系构型的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祁金玉;邓继峰;尹大川;蔡立新;刘冬萍;张丽丽;林梅
  • 通讯作者:
    林梅
以小时为步长的大兴安岭典型林分地表死可燃物含水率模型预测及外推精度
  • DOI:
    10.13287/j.1001-9332.201812.008
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    应用生态学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    于宏洲;舒立福;邓继峰;杨光;梁启;李景浩;朱航勇
  • 通讯作者:
    朱航勇
外源钙与外生菌根协同对樟子松生长的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹大川;祁金玉;邓继峰;都慧;邓勋
  • 通讯作者:
    邓勋
外源钙添加量对外生菌根-樟子松共生体苗木及根际土壤的影响
  • DOI:
    10.19336/j.cnki.trtb.2018.02.15
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    土壤通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹大川;祁金玉;邓继峰;邓勋
  • 通讯作者:
    邓勋

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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