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2015年  37卷  第1期

特邀稿
森林生态连清技术体系构建与应用
王兵
2015, 37(1): 1-14. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.011
摘要:
把森林生态状况作为生态文明建设的成果进行评价,需要一整套连续观测与清查技术体系。森林生态系统服务全指标体系连续观测与清查技术(简称森林生态连清技术)包括野外观测连清体系和分布式测算评估2个分体系,在野外观测连清体系中,规定了观测体系布局原则,形成了全球范围内国家尺度台站规模最大的森林生态站网,并对此进行了设施及仪器设备的统一建设,将野外观测指标体系全部形成可测度、可计量、可描述的国家林业行业标准,同时用行业标准规范了数据的采集与传输。在分布式测算评估体系构建中,创建了分布式测算方法,研建了测算评估指标体系,将国家森林资源数据和相关统计数据进行集成与耦合,提出了森林生态功能修正系数,集成了一整套评估公式与模型包,构建了森林生态连清技术体系。该技术体系可以与全国森林资源连清体系相耦合,成为我国森林生态系统服务、退耕还林生态效益、绿色国民经济核算等森林生态状况观测与清查的关键技术。
林学
一种新的基于混交度的林木种群分布格局测度方法
胡艳波, 惠刚盈
2015, 37(1): 9-21. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.009
摘要:
种群的空间格局分析是研究种群特征、种群间相互作用以及种群与环境关系的重要手段,一直是生态学中的研究热点之一。混交度用来说明混交林中树种空间隔离程度,表明了混交林中任意一株树的最近相邻木为其他种的概率。迄今为止,国内外文献中还未见到有关直接利用在表达树种隔离程度方面科学明了、在数据获取方面简单有效的混交度来成功分析种群分布格局的报道。本文通过研究树种混交度期望值与观测值的关系,提出了一种新的基于混交度的种群分布格局测度方法DM,并给出了统计显著性检验方法。将这一方法应用于中国西北甘肃小陇山天然混交林中树种分布格局检验,与经典的聚集指数R相比,格局判断准确率达100%,明显克服了聚集指数的理论缺陷。这一方法的提出进一步完善了基于相邻木关系的林分空间结构研究。
4种检测柠条种子活力技术的比较分析
李加国, 李松林, 韩梅, 汪晓峰
2015, 37(1): 15-28. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.020
摘要:
种子保存是当前植物种质资源保存的最有效、最安全的方式之一,快速、微量、准确检测种子库中种子活力的变化是当前植物种质设施保存技术研究的热点与重点。本文利用谷胱甘肽氧化还原电位(EGSSG/2GSH)、差示扫描量热分析(DSC)、电子自旋共振(EPR)和非损伤微检测(NMT)4种目前较为先进的方法,研究柠条种子在人工老化下的活力变化规律。结果表明,柠条种子在50 ℃、相对湿度(RH)为50%的老化条件下,其活力指数的下降速率要快于发芽率的下降速率;通过建立回归模型发现,在检测发芽率变化方面,4种检测方法的优越性依次为EPRNMTDSCEGSSG/2GSH;在检测活力指数变化方面,4种检测方法的优越性依次为NMTEGSSG/2GSH=EPRDSC。综合对检测柠条种子发芽率和活力指数拟合度情况,以及对种子非损伤的性质, 认为NMT最适合用来跟踪监测贮藏种子的活力。
欧美杨脱水素PdDHN2b的克隆与表达分析
郭鹏, 邢鑫, 张万筠, 姜健
2015, 37(1): 22-36. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.017
摘要:
以欧美杨为材料,通过RT-PCR方法从欧美杨叶片中克隆到了抗旱脱水素DHN2b基因(命名为PdDHN2b),该基因开放阅读框为1 440 bp,编码379个氨基酸,绝大多数氨基酸组成属于亲水性氨基酸,无明显跨膜结构域。亚细胞定位表明PdDHN2b基因定位在细胞质或细胞膜上。荧光定量PCR分析表明:该基因在顶端中表达量最高,功能叶、根和茎中则无表达。同时该基因受NaCl、ABA和干旱等诱导表达。另外,构建了原核表达载体pET-PdDHN2b,并在大肠杆菌BL21中表达融合蛋白,诱导纯化后免疫小白鼠,制备抗体。SDS-PAGE电泳结果表明,融合蛋白分子量为58 ku。最后利用Ni-NTA纯化的PdDHN2b-his重组蛋白用于Western blot分析。
青杄分子伴侣PwTCP-1基因的克隆及表达分析
孙帆, 李长江, 崔晓燕, 张凌云
2015, 37(1): 29-41. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.014
摘要:
分子伴侣TCP-1在调节植物生长发育过程中具有重要作用,但在林木生长发育及对非生物逆境胁迫响应机制方面的研究较少。从青杄cDNA文库中筛选出1个分子伴侣PwTCP-1(T-complex polypeptide 1)片段,通过RACE-PCR技术获得PwTCP-1的末端序列,经过与EST序列拼接,获得PwTCP-1 cDNA全长序列。使用clustalx、Mega5.0、DNAMAN和Expasy等工具对PwTCP-1的理化性质、二级结构和三级结构进行生物信息学分析。结果显示,PwTCP-1 cDNA全长为2 024 bp,开放阅读框1 605 bp,编码534个氨基酸残基的蛋白质,其理论分子质量为59.2 kDa,理论等电点为6.12,富含α-螺旋。通过RT-qPCR技术检测了PwTCP-1组织特异性表达、激素响应模式及在种子萌发过程中表达量变化。结果表明:PwTCP-1在青杄各个组织中均有表达,在花粉中表达量最高,在茎中表达量最低;PwTCP-1表达量随着种子萌发先上升,在第4天达到最高,之后缓慢下降。PwTCP-1能响应多种激素处理。油菜素内酯(brassinolide,BR)和赤霉素(gibberellin,GA)分别处理后,PwTCP-1的表达量均显著降低,而茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)处理后该基因表达量极显著升高。这些结果显示,PwTCP-1可能参与植物种子萌发过程并响应了多种激素反应过程。
CO2升高对红松幼苗水分生理特征与土壤含水率变化的影响
张韫, 李响, 张帆, 廖苑如
2015, 37(1): 37-47. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.004
摘要:
采用生长箱培养法,分别研究700与350 μmol/mol CO2浓度下红松幼苗水分生理特征和土壤含水率变化。研究表明:1)初始土壤含水率相同,相同条件培养5 d后高浓度CO2培养苗木土壤含水率较高;2)土壤含水率没有显著差异时,高浓度CO2培养导致苗木气孔导度、蒸腾速率和地上部含水率下降,水分利用效率和叶水势升高;3)随着土壤含水率产生差异,高浓度CO2培养苗木的气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率和叶水势没有发生显著变化,而低浓度CO2培养苗木的气孔导度、蒸腾速率下降,水分利用效率与叶水势升高不显著。
基于BP神经网络和支持向量机的杉木人工林收获模型研究
林卓, 吴承祯, 洪伟, 洪滔
2015, 37(1): 42-54. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.008
摘要:
以闽西北杉木人工林为研究对象,选取涵盖中龄林、近熟林、成熟林3个龄组的700个小班作为样地进行调查,以林龄、地位指数、林分密度、平均胸径作为输入变量,单位蓄积量为输出变量,运用BP神经网络和支持向量机2种机器学习方法建立林分收获模型,并采用遗传算法对模型参数进行优化。随机将样本数据分成350个训练样本和350个验证样本,对不同模型的拟合精度、预测精度进行对比分析,其中参数优化后的BP神经网络和支持向量机模型训练样本精度分别达到0.935 37和0.936 33,预测结果精度分别为0.921 30和0.926 97,训练样本和验证样本的总体拟合平均相对误差值均低于7%。分析结果表明,2种模型拟合精度高、预测性能好,为杉木人工林林分收获模拟和预测奠定了基础。为比较2种方法预测结果的差异性,将350个验证样本样地平均分为7组,分别用优化后的2种模型计算各组的预测精度,对预测精度与训练精度的差值进行t检验,结果表明,2种建模方法的预测结果不存在显著性差异,但模型精度的提高对森林资源的精确监测和森林生长动态预测具有重要的理论价值。同时,研究发现支持向量机模型的拟合精度和泛化能力均优于BP神经网络,该方法为收获模型研究提供了新思路。
基于因子分析的小班尺度用材林森林质量评价——以福建将乐国有林场为例
莫可, 赵天忠, 蓝海洋, 李维
2015, 37(1): 48-61. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.007
摘要:
为研究福建省将乐国有林场用材林的森林质量,对二类调查数据进行分析和归类,以因子分析法研究了各森林质量指标之间的相关性,据此合理构建了小班尺度的用材林森林质量评价指标体系,涵盖了林木因子、林下植被、土层条件和地形条件4个评价方面,并根据因子分析法的数据计算了指标权重。基于所得指标体系,提出了以小班为尺度的森林质量指数即小班质量指数的计算公式,计算了将乐国有林场明头山工区和余坊工区共325个小班的质量指数,并得到了小班质量指数较优的各经营类型小班的树种比例和种植密度。研究结果表明:1)幼龄林阶段的小班质量指数较低,中龄林、近熟林阶段逐渐升高,到成熟林、过熟林阶段则达到稳定。2)在各龄组下,明头山工区的小班质量情况均优于余坊工区。3)从质量分级标准来看,2个工区都没有达到优级质量标准的小班,达到良级质量标准的小班也仅有少数,2个工区的森林质量都具有较大的提升空间。本研究提出的小班尺度用材林森林质量评价指标体系及其方法,数据来源方便,权重赋值客观,计算结果便于比较。基于该指标体系计算得到的小班质量指数能够较好地反映森林经营的综合效益,并为未来森林经营方案的制定提供参考依据。
基于叶片图像多特征融合的观叶植物种类识别
王丽君, 淮永建, 彭月橙
2015, 37(1): 55-69. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.006
摘要:
叶片图像特征提取对于植物自动分类识别有着重要的研究意义。本文以观叶植物叶片为研究对象,综合提取叶片图像的颜色、形状和纹理特征,基于支持向量机(SVM)原理提出了基于图像分析的观叶植物自动识别分类方法。通过对50种观叶植物样本图像进行训练和识别,与BP神经网络和KNN识别方法进行比较,本文所采用的SVM分类器的识别率能够达到91.41%,取得了较好的识别效果。
新疆布尔津县天然林生态系统服务功能评估
黄继红, 路兴慧, 郭仲军, 王计平, 臧润国
2015, 37(1): 62-77. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.019
摘要:
采用涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护和森林游憩7项功能10个指标,以2001、2006和2011年布尔津县天然林区一类连清数据为基础,评估了新疆布尔津县天然林生态系统服务功能价值。结果表明:新疆布尔津县天然林资源的面积和蓄积量平均值分别为77 047.98 hm2和1 751.13万m3,各年森林面积分别为72 927.76、77 872.02和82 816.27 hm2;蓄积量分别为1 675.55万、1 762.76万和1 815.07万m3。新疆布尔津县天然林生态系统服务功能价值平均为50.34亿元/a,各年价值分别为41.80亿、51.72亿和57.50亿元。从不同生态系统服务功能项看,生物多样性保护功能价值量最大,平均为35.59%;森林游憩价值增幅最大,2006年森林游憩价值是2001年的35.95倍;不同林分类型生态系统服务价值与其对应的林分面积排序一致。这说明布尔津县在实施天然林保护工程以来,森林面积、蓄积量及其生态系统服务价值都有明显的增加。
基于饱和D-最优设计的‘燕山早丰’施肥研究
刘正民, 郭素娟, 徐丞, 秦天天, 孙小兵
2015, 37(1): 70-83. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.016
摘要:
以8年生盛果初期的板栗主栽品种‘燕山早丰’为研究对象,采用N、P、K三因素二次D-饱和最优设计,在河北省迁西县典型山地连续2年进行田间试验,研究了N、P、K配合施用对板栗产量的影响。通过建立以N、P、K施肥量编码值为变量因子,产量为目标函数的三元二次数学模型,优化施肥量及N、P、K配比。结果表明:N、P2O5、K2O对板栗产量的影响极为显著,同时两两之间存在显著的交互效应。N、P2O5、K2O对板栗产量影响的大小依次为NP2O2K2O。其中,对板栗产量影响最大是N,其次是P2O5,K2O影响相对较小;通过效应函数的频率分析寻优可知,目标产量超过1.62 kg/株、置信区间为95%时,N、P2O5、K2O优化施肥方案为:N 0.85~1.19 kg/株,P2O5 0.65~0.80 kg/株,K2O 0.53~0.64 kg/株。N、P2O5、K2O最佳施肥质量比为1∶0.55~0.94∶0.45~0.75。对边际产量方程分析显示,当施肥量分别为N 1.123 0 kg/株、P2O5 0.754 0 kg/株、K2O 0.612 0 kg/株时,板栗产量最高,此时的产量为1.75 kg/株,N、P2O5、K2O最佳施肥质量比为1∶0.67∶0.54。
绿木霉对樟子松苗木生长指标及生理生化指标的影响
尹大川, 杨立宾, 邓勋, IlanChet, 宋瑞清
2015, 37(1): 78-91. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.012
摘要:
樟子松是我国北方的主要造林树种。苗木质量是造林成功与否的关键。木霉菌可以有效促进作物的生长,并能很好地诱导植物产生系统抗性,促进种子萌发和增加根茎生物量。然而,大量研究都是关于农作物,将木霉应用于林木的研究还鲜有报道。为了探明绿木霉菌株T43对樟子松苗木的促生作用及对苗木生理生化指标的影响,采用打孔灌根接种方法对樟子松1年生苗木接种菌株T43,对接种苗木体内过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白和可溶性糖含量进行动态跟踪测定,在生长季结束时对各处理苗木生物量进行调查。结果表明:与CK相比,经过T43诱导处理后,苗木表现出较高的CAT、POD和SOD活性,其中CAT和POD出现平稳上升的趋势,SOD表现出波动上升的趋势,但这3种酶整体都表现出上升的趋势,且在整个过程中其活性水平均高于CK。与该结果类似,可溶性蛋白和可溶性糖含量也表现出高于CK的现象,不同的是,二者在诱导处理后即出现上升,随着时间的推移,其含量在下降中趋于平稳,但始终高于CK。在生物量方面,T43处理组的苗高、地径、鲜质量和干质量均高于CK,苗木生长质量显著提高。接种3个月后,与对照相比苗高提高了36.7%,地径提高了22.2%,干质量提高了50%,鲜质量提高了21.7%。认为使用绿木霉接种处理苗木促进苗木生长、提高苗木质量是可行的。
松材线虫入侵初期三峡库区马尾松林及土壤性质的变化
高瑞贺, 宋德文, 黄瑞芬, 石娟, 骆有庆, 刘洪高, 陈京元
2015, 37(1): 84-97. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.013
摘要:
近些年来,松材线虫入侵对三峡库区马尾松林造成严重危害,并严重威胁着三峡库区松林资源和三峡水利枢纽工程的生态安全。以不同的马尾松林生态系统(健康、感病1年、感病3年、感病5年、感病7年)为研究对象,采用样方法和每木调查法,分析松材线虫入侵早期马尾松林群落植物群落结构和土壤理化性质的动态变化。共调查了37种乔木物种,隶属于30科33属,其中马尾松是群落内的优势树种(IV=49.63%),樟树、槲栎、栓皮栎和檵木等树种的重要值也较高,为亚优势种;与健康林地相比,感病林地内马尾松的数量显著下降,平均胸径和平均树高呈现明显增加趋势;松材线虫入侵对群落内植物不同空间结构(乔木、灌木、草本)的物种多样性影响较大,且物种多样性指数随感病年限变化规律符合“中间高度膨胀理论”;此外,不同感病年限马尾松林群落内土壤的化学性质变化不显著,但是与水分相关的物理性质变化显著。本研究明确阐明了松材线虫入侵早期,三峡库区典型马尾松林群落内植物群落结构、物种多样性指数和土壤理化性质的动态变化,旨在为改变三峡库区单一的马尾松林结构、增加群落的健康程度,从而为三峡水利枢纽工程的生态安全提供基础依据。
花曲柳窄吉丁潜在飞行能力初步研究
王辉, 许志春, BaodeWang, 骆有庆
2015, 37(1): 92-106. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.015
摘要:
为了评估花曲柳窄吉丁的飞行潜能,利用昆虫飞行磨系统测定雌雄花曲柳窄吉丁成虫在不同光照时间、交配状态、取食状态和日龄条件下的飞行能力。结果表明:雌虫24 h内最远飞行距离5 500 m,雄虫最远飞行距离1 397 m,雌雄成虫 间飞行距离差异显著;雌虫在24 h光照时间下飞行距离比L/D(昼/夜)=16 h/8 h光照周期下更远;交配雌虫与未交配雌虫在飞行距离上有显著差异,交配后雌虫飞行距离更远,而交配对雄虫飞行能力无显著影响;经取食并休息的雌虫飞行距离显著大于不取食不休息的雌虫;不同日龄未取食的花曲柳窄吉丁雌虫飞行能力存在一定差异,1日龄飞行能力最弱,13日龄最强,从1~2日龄开始飞行距离增加,2~4日龄飞行距离随日龄增加而减少,而在4日龄后飞行距离又随着日龄的增加而增加。说明花曲柳窄吉丁具有较长距离飞行的潜能,这可为该虫的传播扩散和风险评估提供一定依据。
生物学
不同变种及种源紫苏种子油脂肪酸组成及含量比较
周晓晶, 李可, 范航, 刘通, 李椿方, 马超, 刘玉军
2015, 37(1): 98-114. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.005
摘要:
采用化学萃取和GC-MS法,对5个变种11个种源地的17个种质的紫苏种子样品开展了种子油含量及其脂肪酸组成和相对含量的比较和分析。GC-MS结果表明,紫苏油中共发现14种脂肪酸,按相对含量高低划分为6种高含量脂肪酸(>0.8%)和8种低含量脂肪酸(≤0.2%);其中14-甲基-十六烷酸(C17∶0)、十八碳二烯酸(C18∶2n3)、二十三碳酸(C23∶0)3种低含量脂肪酸为首次在紫苏油脂中被报道;高含量脂肪酸中α-亚麻酸的相对含量最高,达51.92%~62.98%;α-亚麻酸、亚油酸与油酸之间存在一定代谢转化相关性。脂肪酸含量外标法计算结果表明,5个变种中白苏变种的含油率和α-亚麻酸含量较高,作为紫苏油生产原料具有一定优势。
园艺学
基于观赏价值和种球再利用的郁金香品种综合评价与筛选
熊亚运, 夏文通, 王晶, 刘燕, 潘万春
2015, 37(1): 107-121. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.010
摘要:
以北京地区郁金香花展常用品种为对象,以综合评价郁金香观赏价值和种球更新能力为目标,确立了与植株生长、开花、种球更新相关的10个评价指标,结合层次分析法(AHP法)和灰色关联法建立了一套郁金香品种的综合评价体系。首先通过层次分析法科学地对评价指标权重进行赋值,然后利用灰色关联度法构造“理想品种”,再将供试品种与“理想品种”比较并进行分析排序,从58个品种中筛选出17个(约占总数的1/3)具有较高观赏价值且种球更新能力好的优良品种。结果表明:应用AHP和灰色关联分析相结合的方法,可以有效地从观赏特性和种球更新能力两方面对郁金香品种进行综合评价,筛选出既适用于花展同时其更新种球还可以园林再利用的品种,为郁金香花展的种球引进及其园林应用提供参考。
林业工程
木纤维--木质素磺酸铵--聚乳酸复合材料的工艺优化与可靠性分析
胡建鹏, 郭明辉
2015, 37(1): 115-126. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.001
摘要:
为探讨生物质资源对复合材料界面与综合性能的影响,采用平压法制备木纤维-- 木质素磺酸铵-- 聚乳酸复合材料,分析聚乳酸(PLA)添加量、氧化改性木质素磺酸铵(MIL)添加量和热压时间对复合材料理化性能的影响规律,并用响应曲面法构建上述工艺因子与响应值间的二次回归模型,进行多指标的模型可靠性分析,优化得出复合材料制备工艺。结果表明:单因素试验范围内,工艺因子对复合材料理化性能影响显著,其中PLA添加量30%、MIL添加量20%~25%、热压时间7~9 min时,复合材料性能显著提升;分别以静曲强度、内结合强度、24 h吸水厚度膨胀率为响应值的3组二次回归模型均在0.01水平显著,模型准确可靠,可用于分析和预测;获得综合优化工艺为PLA添加量33%、MIL添加量25%、热压时间7.5 min,响应值的实测值与预测值间的偏差率均在5%以内,复合材料主要理化性能满足GB/T11718—2009中潮湿状态下使用的普通型中密度纤维板性能要求。
杨木磨削力的影响因素及最佳磨削参数研究
许美君, 李黎, 罗斌
2015, 37(1): 122-133. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.002
摘要:
为研究杨木磨削力的影响因素和最佳磨削参数,通过正交试验设计,研究砂带磨削杨木时磨料粒度、进给速度、磨削速度、磨削厚度对磨削力和法向力的影响,采用直观分析和方差分析研究了影响磨削力和法向力的主要因素,并采用模糊数学综合评判方法对磨削力和磨削质量进行综合评判和优化选择。结果表明:磨削厚度对磨削力和法向力的影响最大,其次为进给速度,磨料粒度和磨削速度对磨削力和法向力的影响较小;杨木的最佳磨削工艺参数为磨料粒度60目、进给速度2.5 m/min、磨削速度10.74 m/s、磨削厚度0.1 mm。
阻燃剂硼酸--硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响
张宇, 母军, 李思锦, 赵阳
2015, 37(1): 127-138. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.003
摘要:
为探究阻燃剂硼酸-- 硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响,用同步热分析仪研究了硼酸-- 硼砂阻燃杨木定向刨花板升温速率为10 ℃/min、终温700 ℃的热分解反应。结果表明:硼酸-- 硼砂对阻燃杨木定向刨花板快速热解阶段的反应起到抑制作用,使得最大失重速率对应的特征温度后移,残炭率显著增加。阻燃杨木定向刨花板的最概然机理为球形对称的3维扩散,满足Ginstling-Broushtein方程。未经阻燃处理及添加9%、12%硼酸-- 硼砂的杨木定向刨花板在快速热解阶段的反应活化能分别为101.690、116.635、129.225 kJ/mol,硼酸-- 硼砂使杨木定向刨花板在快速热解阶段所需的能量增加。
研究方法
微波和超声波对落叶松树皮多酚浸提及其抗氧化效果影响
郭庆启, 张娜, 刘奕兵, 王振宇
2015, 37(1): 134-138. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.018
摘要:
以落叶松树皮为原料,研究了微波和超声波处理对多酚类物质浸提效果、化学结构和抗氧化功能的影响。结果表明:以50%乙醇溶液为溶剂,微波和超声波处理有利于松多酚的浸出,其得率分别提高了6.76%和14.73%。扫描电镜观察发现,采用溶剂法、微波法和超声波法提取多酚后的落叶松树皮残渣其表面微观结构的孔隙尺寸范围为1.5~2.5、7~13和17~26 μm。红外光谱分析表明,3种方法浸提出的松多酚的化学结构没有发生明显变化;抗氧化测定结果表明,3种浸提方法制备出的松多酚的总还原能力和DPPH自由基清除能力差异不显著(P0.05)。