腾格里沙漠人工植被区柠条（ Caragana korshinskii ）水力结构特征及安全效率权衡

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00163

摘要/Abstract

摘要：

水力结构及其安全效率权衡是植物适应干旱胁迫的重要水力学机制。为探究干旱荒漠人工植被演替过程中植物水力功能的变化规律，以腾格里沙漠东南缘不同建植年份（1956—2020年）的柠条（Caragana korshinskii）人工固沙植被为对象，系统测定边材比导率（Kₛ）、叶比导率（Kₗ）、导水率损失百分比（PLC）、胡伯尔值（H_v）及木质部栓塞脆弱性（P₅₀，发生50%栓塞时的水势）等关键水力指标，并分析其变化趋势。结果表明：（1）柠条Kₛ和Kₗ随植被建植年限增加呈显著递减趋势，从2020年的3.8±0.2 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹和5.2±0.25 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹分别降至1956年的1.4±0.08 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹和2.0±0.10 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹；（2）柠条PLC和P₅₀呈现先减少再增加的非线性变化模式，演替中期柠条植被表现出最强的栓塞抗性（PLC=48%±2.3%，P₅₀=-3.25 MPa）；（3）柠条Hᵥ呈单峰分布，在1981年植被区达到峰值（15.5±0.72 cm²·mm⁻²）；（4）柠条Kₛ、Kₗ与P₅₀呈显著正相关关系（P<0.05），证实存在水力效率-安全性权衡。研究结果揭示柠条水力功能策略从早期高效率-高风险向中期结构补偿-安全优先再到后期功能衰退的演替规律，为理解干旱区人工植被的水分适应机制和可持续管理提供重要的生理生态学依据。

关键词: 柠条, 水力导度, 栓塞脆弱性, 效率-安全性权衡

Abstract:

Hydraulic architecture represents the morphological strategies related to water transport that plants develop in response to environmental conditions. To investigate the age-related effects on hydraulic functions and the corresponding adaptation mechanisms of artificial vegetation in arid regions， we selectedCaragana korshinskii plantations established in different years （ranging from 1956 to 2020） on the southeastern edge of the Tengger Desert. Key hydraulic traits， including sapwood-specific hydraulic conductivity （Kₛ）， leaf-specific hydraulic conductivity （Kₗ）， percentage loss of conductivity （PLC）， Huber value （Hᵥ）， and xylem embolism vulnerability （P₅₀）， were systematically measured. The results indicated that：（1） Both Kₛ and Kₗ exhibited a significant decreasing trend with increasing stand age， declining from 3.8±0.2 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹ and 5.2±0.25 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹， respectively， in the 2020 stand to 1.4±0.08 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹ and 2.0±0.10 kg·m⁻¹·s⁻¹·MPa⁻¹ in the 1956 stand. （2） PLC and P₅₀ followed a pattern of initially decreasing and then increasing， with the middle-aged stand （established in 1981） demonstrating the highest resistance to embolism （PLC=48%±2.3%； P₅₀=-3.25 MPa）. （3） The Huber value （Hᵥ） exhibited a unimodal distribution， peaking at 15.5±0.72 cm²·mm⁻² in the 1981 stand， which suggests that middle-aged plants mitigate the decline in hydraulic efficiency via structural compensation. （4） A significant positive correlation was found between Kₛ and P₅₀ （r=0.817， P<0.05）， confirming the existence of the hydraulic efficiency-safety trade-off. This study reveals a successional pattern in the hydraulic strategy of C. korshinskii， shifting from a high efficiency-high risk approach in the early stage， to a structural compensation-safety priority strategy in the middle stage， and finally to functional decline in the senescent stage. These findings provide a crucial physio-ecological basis for understanding the water adaptation mechanisms of artificial vegetation in arid regions and for their sustainable management.

Key words: Caragana korshinskii, hydraulic conductivity, embolism vulnerability, efficiency-safety trade-off

中图分类号:

S152.75

徐永武, 黄磊, 赵莹. 腾格里沙漠人工植被区柠条（ Caragana korshinskii ）水力结构特征及安全效率权衡[J]. 中国沙漠, 2026, 46(2): 242-250.

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图/表 4

图1 不同建植年份柠条边材比导率（A）、叶比导率（B）、导水率损失百分比（C）、胡泊尔值（D）变化规律注：不同小写字母表示不同建植年份之间差异显著（P<0.05）

Fig.1 Variation of sapwood-specific conductivity （A）， leaf-specific conductivity （B）， percentage loss of conductivity （C）， and Huber value （D） in Caragana korshinskii shrubs at different revegetated sites

图2 植被建植年份与水力功能性状的相关性分析注：Age，植被建植年限；Kₛ，边材比导率；Kₗ，叶比导率；PLC，导水率损失百分比；Hv，胡伯尔值。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001

Fig.2 Correlation analysis of hydraulic architecture of Caragana korshinskii shrubs at different revegetated sites

图3 不同建植年份植被的木质部栓塞脆弱性曲线及P50变化特征

Fig.3 Xylem embolism vulnerability curves and P50 of Caragana korshinskii shrubs at different revegetated sites

图4 边材比导率（A）和叶比导率（B）与木质部栓塞脆弱性的权衡关系

Fig.4 The correlation between Kₛ， Kₗ and P50 of Caragana korshinskii shrubs

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