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2015年  37卷  第8期

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林学
柴达木地区沙棘冠层导度特征及模拟
王辉, 贺康宁, 徐特, 刘玉娟, 刘颖, 张雪
2015, 37(8): 1-7. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140457
摘要:
为了揭示沙棘冠层导度对环境因子的响应规律,评价Jarvis模型在沙棘冠层尺度上的适用性,利用Granier热消散式探针连续测定了青海省柴达木盆地实验站内的沙棘灌丛树干液流,并同步观测气象因子,利用Penman-Monteith方程反推方法,获得了长期连续的冠层导度。在分析沙棘冠层导度动态变化规律的基础上,采用十字交叉法对Jarvis模型进行参数率定和误差分析。结果表明:研究区沙棘冠层导度日变化呈“单峰型”曲线,冠层导度随饱和水汽压差的增加呈负指数关系下降,并与太阳辐射强度呈正相关。基于饱和水汽压差、太阳辐射强度和气温这3个环境变量的Jarvis模型可解释gc变化的81%,且最低相对误差仅11.01%。环境因子对冠层导度(gc)模型精度的影响依次为饱和水汽压差(VPD)>太阳辐射强度(Rs)>气温(T)。
毛竹向阔叶林扩展过程中的叶功能性状研究
刘希珍, 封焕英, 蔡春菊, 范少辉, 刘广路
2015, 37(8): 8-10. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150157
摘要:
为探明毛竹在异质生境下的适应特性和生存对策,开展毛竹向阔叶林扩展过程(1号样方为毛竹纯林,2号样方为毛竹占优势的竹阔混交林,3号样方为阔叶林占优势的混交林,4号样方为阔叶纯林)叶功能性状特性研究,并探讨不同年龄(Ⅰ~Ⅳ度)毛竹的叶功能性状在扩展方向的变化特征。结果表明:1)不同扩展样方间的叶干物质含量(LDMC)、叶C含量(C)、叶N:P比(N:P)差异显著,其中2号样方内LDMC显著高于4号样方,1号样方内C含量显著低于3号和4号样方,1号和2号样方内N∶P显著高于3号和4号样方。比叶面积(SLA)、叶N含量(N)、叶磷含量(P)及叶C∶N比(C∶N)在不同样方间差异不显著。说明毛竹对不同生境做出一定的适应性判断。2)不同年龄毛竹的SLA和LDMC在1号样方内出现显著差异,I度竹显著不同于III度和IV度竹;C含量和N含量在2号样方内不同年龄竹间产生显著性差异。C∶N仅在2号样方内不同年龄竹间差异达显著水平;N∶P在1~3号样方中差异显著,均表现为II度竹中最低,I度竹次之。说明不同年龄毛竹叶功能性状在1号样方内差异性较突出,2~4号样方内叶功能性状的特性可能是由于环境因素的作用消弱了毛竹自身发育间的差异。3)不同扩展样方内SLA与LDMC呈显著负相关关系、N与P呈显著正相关关系,SLA与C、N和P均呈正相关关系,而LDMC与C、N和P呈负相关关系。随SLA和LDMC变化,C变化最大,N次之,P变化最小,说明毛竹叶功能性状间的权衡关系沿扩展方向发生了适应性调整。
低磷胁迫对水曲柳幼苗光合速率与氮素同化的影响
杨博文, 孙海龙, 吴楚
2015, 37(8): 18-23. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140417
摘要:
在温室内采用盆栽砂培的方法,对不同供磷水平(0.125、0.250、0.500和1.000mmol/L)的水曲柳幼苗进行了光合速率与氮素同化的研究。结果表明,水曲柳幼苗最大净光合速率随供磷减少而降低,供磷水平最低(0.125mmol/L)时水曲柳幼苗叶片最大净光合速率为正常供磷(1mmol/L)的61%,而低磷水平处理(0.125、0.250、0.500mmol/L)时的光补偿点均高于正常供磷处理。各供磷水平下,叶片中的全氮、硝态氮和铵态氮含量均高于根系。随供磷的减少,叶片与根系中硝态氮含量均降低,同时,低磷水平处理(0.125、0.250、0.500mmol/L)时根系铵态氮含量均高于正常供磷(1mmol/L),表明低磷胁迫下水曲柳偏向铵态氮的吸收。但是,叶片全氮含量随供磷水平的降低而下降。供磷水平较低时(0.125和0.25mmol/L)叶片硝酸还原酶(NR)活性低于根系,而在供磷水平较高时(0. 5和1mmol/L)则相反。随供磷的减少,叶片和根系NR活性,以及叶片天冬氨酸转氨酶(AAT)活性均逐渐降低,而叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性变化较小。上述结果表明,在低磷胁迫下水曲柳幼苗氮素吸收数量和同化酶活性均降低,减少了氮素向叶片的分配,导致植株光合速率下降。
山西崦山自然保护区侧柏林植物生态位特征
赵天梁
2015, 37(8): 24-30. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150039
摘要:
应用Shannon-Weaver指数和Petraitis指数,研究了山西崦山自然保护区侧柏林主要植物的生态位(包括生态位宽度和生态位重叠)。结果表明:侧柏林36个优势种中,乔木中侧柏生态位宽度最大(3.56)、白皮松次之(3.12);灌木中荆条生态位宽度最大(3.43),黄刺玫(3.09)和多花胡枝子次之(3.09); 草本中披针苔草和山蒿生态位宽度值较大(分别为3.39、3.03),主要是由于这些种具有较为广泛的适应性。生态位宽度与物种分布频数呈正相关(r=0.941, P<0.01), 这说明物种的分布范围越广,它的生态适应性越强,因而生态位就越宽。36个优势种群并不存在完全普遍重叠,主要原因是环境的异质性较大和物种之间的生态互补性所致。在36个优势种中,表现出生态位重叠的有1099个种对,占总种对数的87.22%。侧柏与大多数种的重叠值较小,这意味着与其他种相比,在对资源利用的竞争中侧柏处于相对有利的位置,对群落的适应性要优于其他植物。
环境因子对兴安落叶松林生态系统CO2通量的影响
李小梅, 张秋良
2015, 37(8): 31-39. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150020
摘要:
采用涡度相关技术,研究了主要环境因子与兴安落叶松林生态系统CO2通量的关系。结果表明: 1)生长季,CO2通量表现出较显著的日变化特征,白天为碳吸收阶段, 12:30—13:30 CO2通量吸收出现峰值,而夜间为碳排放阶段,昼夜CO2通量变化幅度在-1.09~0.11mg/(m2·s)之间,生态系统整体表现出较强的碳汇特征;非生长季,昼夜CO2通量变化幅度在0~0.3mg/(m2·s)之间,生态系统整体表现为碳源。2)生长季光合有效辐射(PAR)与CO2通量呈对数相关(R2=0.4861),随PAR增强,生态系统碳汇能力增大,PAR是CO2通量的直接影响因子;非生长季CO2通量与PAR相关性不显著。3)在生长季,兴安落叶松林CO2通量与气温(ta)有很好的相关性,决定系数R2为0.6272,CO2通量随ta的升高而降低,ta是兴安落叶松林生态系统CO2通量的主要限制因子;非生长季的12月至次年2月份,气温的变化对CO2通量无显著作用。4)土壤温度(ts)和含水率(RH)对CO2通量的影响,主要体现在生态系统呼吸(Re)上,兴安落叶松林生态系统的土壤含水率在62%~87%之间,土壤含水率达到67%以上时,CO2通量基本上不受土壤水分大小的影响。在水分不成为CO2通量限制因子的情况下,土壤温度对兴安落叶松林生态系统CO2通量影响起主要作用,研究表明:土壤温度与CO2通量呈指数相关(生长季R2=0.2826,非生长季R2=0.2223);即在适当的温度范围内,土壤温度的升高会加速植物和微生物的代谢,从而增强森林生态系统的呼吸作用,促进CO2排放。
黑龙江流域白头鹤繁殖栖息地选择模型预测
黄建, FalkHuettmann, 郭玉民
2015, 37(8): 40-47. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140178
摘要:
白头鹤是中国国家Ⅰ级重点保护野生动物,世界自然保护联盟(IUCN)将其列为易危物种。目前仅知道白头鹤繁殖于中国黑龙江流域和俄罗斯西伯利亚东南部,但对其繁殖栖息地的具体研究尚不完善。为了掌握这一物种在东北亚地区的繁殖栖息地的分布及特征,更好地对该物种及其栖息地实施保护,2011—2013年在小兴安岭对白头鹤繁殖栖息地进行了调查,除新近采集的数据,还通过调查收取了过去近10年(2001—2010年)的白头鹤繁殖数据。本研究采用Salford Predictive Modeler、R等数据分析软件对收集到的繁殖数据建立模型(随机森林模型)进行预测,并使用地理信息系统(GIS)对预测的白头鹤繁殖区绘图,得到直观的繁殖分布预测图。结果表明:在景观尺度下,影响白头鹤繁殖栖息地的主要因素有3个,分别是海拔、坡度和坡向。进一步分析后得出结论:中等海拔(300~500m)、朝向东北且平缓(坡度小于2.4°)的泰加林区域是白头鹤最为适宜的繁殖区。由此结论以及研究区域内的GIS数据分析表明:在本研究区域内,白头鹤最适宜繁殖区(分布概率高于0.8)面积为6832km2,只占研究区面积的0.18%,估计能容纳2000~3000对白头鹤繁殖。绘图显示:只有少量的最适宜繁殖区(仅784km2)在保护区范围内,并且在白头鹤的繁殖分布地中存在大量的农田和水利设施。保护区面积的不足和严重的人为干扰是白头鹤在繁殖区内面临的主要问题。
性别、胸径和叶龄对东北红豆杉针叶内防御蛋白活力的影响
张睿彬, 胡晓, 刘彤, 严善春
2015, 37(8): 48-52. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140115
摘要:
为研究东北红豆杉的性别、树龄和叶龄与其组成抗性的相关性,分别对东北红豆杉不同性别(雌雄)、胸径(40~50cm、60~70cm, DHB)和叶龄(1、2、3年生)针叶内苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、胰蛋白酶抑制剂(TI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(CI)的活性进行了差异显著性分析。结果表明,性别、胸径和叶龄对PAL、PPO、POD、TI和CI的活性影响差异显著(P<0.05)。东北红豆杉雄株1、2年生叶内TI活性显著高于雌株(P<0.05),东北红豆杉雌株针叶内CI的活性显著高于雄株(P<0.05),TI和CI在东北红豆杉雌雄株内的活性呈现相反的趋势;胸径大的植株针叶内PAL和POD的活性显著高于胸径小的(P<0.05);低叶龄针叶内TI活性显著高于高叶龄的,而低叶龄针叶内PAL活性显著低于高叶龄的(P<0.05)。植物的组成抗性是植物在未受到侵害时就已经具备的天然抗性屏障,防御蛋白是组成抗性的重要组成部分,本研究结果说明东北红豆杉组成抗性与性别、胸径和叶龄的相关性都较大。
基于递归纹理特征消除的WorldView-2树种分类
刘怀鹏, 安慧君, 王冰, 张秋良
2015, 37(8): 53-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140311
摘要:
利用遥感影像识别树种是一个尚未解决的科学难题,传统方法在高分辨率影像树种分类中存在着诸多不适宜问题。本文通过提取WorldView-2影像的纹理特征构造高维数据,利用递归特征消除降低数据维数,逐步解除最大似然分类的休斯现象,并将有代表性的纹理特征集合与光谱特征结合,对树种进行分类。结果显示:在递归消除8个纹理特征后,最大似然的休斯现象达到了很好的规避;在结合光谱特征后,分类的总体精度达到了86.39%,Kappa系数达到了0.8410,比基于光谱特征的总体精度和Kappa系数高12.32%和0.1436。研究表明,在高维数据中通过递归特征消除规避最大似然分类的休斯现象,充分结合影像纹理与光谱信息对树种分类可以取得更为理想的结果。
北京明长城沿线景观生态风险评价
龚俊杰, 杨华, 邓华锋
2015, 37(8): 60-68. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140303
摘要:
为了解北京明长城沿线周边地区的生态风险状况,以北京市长城普查数据和近期森林资源调查数据为数据源,通过构建景观生态风险指数,以2km×2km的网格进行系统采样,借助空间自相关和半方差分析方法,探讨北京明长城两侧3km范围内的景观生态风险状况。结果表明:各景观类型中,灌木林地所占面积比例最高,达26.58%,但其生态风险程度也最高,无立木林地破碎度和分离度最高,所受干扰程度和自然损失度也最大,农地斑块形状最复杂。研究区生态风险分布存在明显的尺度效应,存在一定数量的高风险和低风险聚集区,聚集现象显著,具有较高的空间相关性,其中高风险区域主要位于八达岭、黄花城、慕田峪、金山岭以及司马台等著名长城段;同时,生态风险在空间上表现出以怀柔东南部与密云接壤处为中心,向研究区东西两侧风险逐渐递减的圈层结构特征。研究区整体风险以中等偏下等级为主,但较高和最高等级风险所占的面积比重达到21.09%,不容忽视。本文较为详细地分析和介绍了北京明长城周边地区的生态风险状况,为日后生态环境的保护和规划建设提供参考。
嫁接不同文冠果品种根际土壤的微生物生物量及酶活性
王玲, 赵广亮, 黄金
2015, 37(8): 69-75. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150013
摘要:
文冠果是重要的园林绿化和生物质能源植物,但大多处于野生和半野生状态,且产量较低。嫁接不仅可提高植物的产量、改良植物抗逆性能性状,也可影响根际土壤性质。目前对文冠果的大量研究主要集中在嫁接技术方面,但嫁接对土壤性质的影响鲜有报道。为探讨嫁接对土壤生物学性质变化的影响,比较了文冠果嫁接和未嫁接处理后根际土壤微生物生物量及酶活性的变化。在嫁接处理中,以北京昌平文冠果做砧木,分别采用辽宁阜新白花古树(LFB)、辽宁建平白花古树(LJB)、内蒙古赤峰红花古树(NCH)和内蒙古实生红花苗(NSH)4种不同品种的接穗进行嫁接。结果表明,与未嫁接的北京昌平文冠果(CK)相比,嫁接LFB、LJB、NCH和NSH 接穗1年后根际土壤的微生物生物量碳分别显著提高了62%、45%、91%和40%;而嫁接NCH、LFB和NSH的根际土壤微生物生物量氮比未嫁接的CK分别提高了140%、107%和56%。采用LFB和NCH嫁接可显著提高β-糖苷酶、几丁质酶、亮氨酸氨基肽酶和磷酸酶的活性,但显著降低了酚氧化酶的活性。β-糖苷酶、几丁质酶和亮氨酸肽酶活性的变化与微生物生物量、土壤溶解性有机碳和有机氮溶解性呈显著正相关。综合来看,采用辽宁阜新白花和内蒙古赤峰红花古树接穗嫁接北京昌平文冠果有利于根际土壤微生物生物量及酶活性的提高。
重庆缙云山4种典型林分的大气颗粒物浓度差异及不同大气条件影响研究
赵冰清, 王云琦, 赵晨曦, 余蔚青, 刘辉
2015, 37(8): 76-82. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150008
摘要:
以重庆缙云山为例,对4种典型林分(毛竹林、阔叶林、针叶林、苦竹林)夏季和秋季PM2.5进行观测,并选取典型天气,对不同粒径颗粒物(TSP、PM10、PM2.5和PM1)进行检测,研究西南地区典型林分PM2.5的季节变化和日变化,选取典型天气类型,研究其大气颗粒物浓度变化的影响。结果表明:PM2.5质量浓度秋季高于夏季,不同林分夏季颗粒物浓度差异不显著,秋季苦竹林明显高于其他3种林分。PM2.5质量浓度日变化趋势为上午>中午>晚上,4种林分2个时段PM2.5下降规律在夏季有较大不同,秋季有较高的一致性。4种典型天气条件下,“雨后晴天”颗粒物浓度最低,尤其是细颗粒物。说明降雨对颗粒物的消减有一定的积极作用。“伏旱天”颗粒物浓度显著高于其他3种典型天气。不同天气条件对毛竹林细颗粒物、针叶林4种粒径颗粒物和苦竹林4种颗粒物浓度的影响差异均显著。“雨后晴天”和“连续晴天”对阔叶林4种粒径颗粒物影响差异均不显著。
白桦次生林降雨水化学及养分输入特征
刘茜, 满秀玲, 田野宏
2015, 37(8): 83-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150031
摘要:
通过对大兴安岭北部白桦次生林林外降雨、穿透雨、树干径流和枯透水进行野外观测、取样及室内水化学测定,研究了白桦次生林降雨养分输入特征。结果表明:大兴安岭漠河地区大气降雨呈中性,pH为7.0,TDS值为19mg/L。在白桦林降雨再分配过程中,pH与TDS均表现为先降低后升高的趋势,最低值都出现在树干径流中,分别为5.3、15mg/L。而pH和TDS的最高值分别出现在大气降雨和枯透水中。阴离子中,F-及SO2-4最高值均出现在树干径流中,其他阴离子浓度则在枯透水中最高,且其中NO-3变化最大,最高、最低相差100.4倍。金属元素中,Na+、Zn2+及Mn元素最高值均出现在树干径流中,其他元素浓度则在枯透水中最高。而最低值几乎均出现于大气降雨(除Ca2+、Cu2+外)中。大气降雨养分输入量为95.414kg/hm2,降雨穿过林冠层后,F-、Cl-、NO-3、Ca2+、Fe元素及Cu2+含量均有不同程度降低,其余元素则有所增加,使林内雨养分总量降为93.557kg/hm2。林内雨穿过枯落物层后,除Na+含量较林内雨降低外,其他元素含量均升高,养分总输入量升高了72.149kg/hm2。与大气降雨输入量相比,枯透水输入量则增加了70.296kg/hm2,其中Cl-、Na+和Cu2+含量低于大气降雨,其他元素则有不同程度增加。最终大气降雨通过白桦次生林后输入土壤养分总量为165.711kg/hm2,其中阴离子输入量为37.823kg/hm2,金属元素输入量为127.888kg/hm2。
护岸金丝柳根系分布特征和力学特性分析
郭凯力, 高甲荣, 马岚, 刘国华, 王兵, 易扬, 王舒, 张腾飞
2015, 37(8): 90-96. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150022
摘要:
了解不同土壤生物工程措施下根系分布特征与抗拉特性对土壤生物工程措施的合理配置意义重大。以竣工5年的北京市怀柔区土壤生物工程试验区4种不同种植方式(埋根、扦插、梢捆、灌丛垫)下的金丝柳根系为研究对象,测量统计不同土层深度、不同径级的根系生物量并进行单根拉伸试验,分析在不同种植方式下金丝柳根系的生物量分布特征和单根抗拉特性,结果表明:灌丛垫和梢捆措施根系主要分布在0~40cm深度的土层中,在0~20cm土层中尤为集中。灌丛垫方式下根径≤1mm的细根含量丰富(占其总量的31.3%),须根系最为发达,梢捆次之,细根含量占其总量的19.2%。不同种植方式下根系抗拉力与直径都呈正相关,且以幂函数的规律变化。在0~20cm的土层中,不同种植方式下根系的抗拉特性存在较大差异,平均抗拉力从大到小依次为埋根、扦插、梢捆、灌丛垫;而平均延伸率从大到小依次为灌丛垫、梢捆、扦插、埋根。所以,灌丛垫和梢捆方式下根系浅层生物量较大,须根发达且具有更好的延伸性能,可有效减轻表土侵蚀,应设置在水位浮动区;埋根和扦插措施下根系能抵抗更大的剪切力,更好地深入土层深处,可设置在岸堤区。
林业工程
小兴安岭天然林红松活立木腐朽率的调查研究
王玉婷, 徐华东, 王立海, 李凤日, 孙虎
2015, 37(8): 97-104. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150015
摘要:
为研究天然林红松活立木腐朽规律,在小兴安岭凉水国家级自然保护区所建立的30hm2固定样地内,选取26个20m×20m的具有不同立地条件的样方。目测观察并记录了样方内129棵红松活立木的腐朽缺陷外部表征指标,包括腐朽节、树瘤、溃伤、朽枝、空洞、子实体等6种,统计了各指标出现的频次、位置和尺寸等信息,并据此估计了调查样方内红松活立木的腐朽率。在此基础上,分析了腐朽率与坡度、坡向、坡位、海拔的关系,重点讨论了腐朽率与胸径(树龄)之间的内在联系。结果表明:综合考虑活立木腐朽外部表征指标能够有效判定林地活立木腐朽状况,这为野外快速估计活立木腐朽程度提供了基础;立地环境因子对红松活立木腐朽率有影响,坡度与腐朽率呈显著负相关,坡向与腐朽率呈极显著正相关,但坡位和海拔与腐朽率的相关性均不显著;红松活立木腐朽率与胸径呈极显著线性正相关;当红松胸径超过60cm(估测树龄230年)时,其腐朽率高达70%以上。
一锅法制备羧基化纳米纤维素晶体
李现艳, 胡阳, 庄森炀, 唐丽荣, 卢贝丽, 林咏梅, 黄彪
2015, 37(8): 105-111. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150017
摘要:
为了探究高效、简便的羧基化纳米纤维素晶体(CCN)制备工艺,以微晶纤维素(MCC)为原料,过硫酸铵为氧化剂,采用一锅法制备出羧基化纳米纤维素晶体。并运用响应面分析法对影响羧基化纳米纤维素得率的各因素及其相互之间的交互作用进行优化。再采用透射电镜、马尔文激光粒度仪、红外光谱、X射线衍射和热分析对样品的微观形貌、粒度分布、晶体特性、结构和热稳定性能进行了研究。结果表明:过硫酸铵浓度与时间、温度与时间之间的交互作用比过硫酸铵浓度与温度间的交互作用对羧基化纳米纤维素得率的影响显著。通过优化得到的制备工艺条件为时间204min、过硫酸铵浓度2mol/L、温度62℃,优化条件下制备的羧基化纳米纤维素得率为46.41%,与模型预测值(46.93%)吻合较好,表明建立的数学模型是有效的。CCN为直径10~30nm、长度50~200nm均匀分布的棒状,Z均粒径为96.92nm;在1731cm-1出现了羧基基团的CO特征峰,表明过硫酸铵分解产生的氧化剂H2O2选择性地把纤维素C6原子上的羟基氧化成了羧基;CCN属纤维素Ⅰ型,结晶度为78.35%;羧基化后的CCN热稳定性相对于MCC有较明显的降低。
家具VOC检测气候舱温湿度控制系统设计与应用
樊超, 司慧, 张天鹏, 颜小林, 王霄, 常建民
2015, 37(8): 112-116. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150128
摘要:
为促进国产气候舱内部条件控制水平的提高,以西门子S7-200系列PLC为核心,设计了用于家具VOC检测气候舱的温湿度控制系统。基于该PLC提供的PID运算功能,采取PID控制法与模糊控制法相结合的分段温度控制策略,利用露点调湿原理将控制舱内相对湿度转化为控制调湿水箱温度,实现舱内温湿度的解耦稳定控制。结果表明:设计系统应用于1m3气候舱时,舱内温度和相对湿度的控制精度分别达到±0.4℃和±3%,满足国内外标准要求,具有较好的操控性能,可推广应用到其他规格的气候舱。