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2016年  38卷  第12期

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林学
不同抚育间伐强度对落叶松人工林生态系统碳储量影响
孙志虎, 王秀琴, 陈祥伟
2016, 38(12): 1-13. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160016
摘要:
以三江平原丘陵区佳木斯市孟家岗林场的长白落叶松人工幼龄林(17年生)为对象,设置5种长期、多次、不同强度的间伐试验:2次高强度间伐(L1,35.6%~43.4%)、2次中强度间伐(L2,23.1%~24.3%)、3次中强度间伐(L3,15.3%~23.8%)、4次低强度间伐(L4,5.8%~17.1%)和对照(CK,历次间伐时仅移出枯立木)。通过5种处理后幼龄林生长至成熟林时(56年生)生态系统各组分碳储量调查,结合1974—2013年历次间伐木和枯死木碳储量,从枯死木、间伐木和成熟林活立木生物量碳、土壤碳、生态系统碳分配和林分累计固碳量方面,评价长期间伐对落叶松人工林碳储量的影响。间伐不仅能够明显降低成熟林累计枯死木生物量碳,由CK处理的40.3 t/hm2降低至8.3(3.1~14.1)t/hm2,而且能够提供32.8(21.9~50.1)m3/hm2的间伐材和10.4(6.9~13.8)t/hm2的生物量碳用作生物质燃料。间伐虽然降低成熟林枯枝落叶层碳储量(比CK降低14.8%),但能增加矿质土壤碳储量(比CK提高5.6%),尤其是L3处理后矿质土壤碳储量明显增加(比CK提高15.5%);间伐没有改变成熟林活立木生物量碳和生态系统碳储量分配特征(林分尺度活立木生物量碳中树干、树根、树枝、树皮和树叶比例依次为67.7%~68.7%、17.5%~18.0%、6.8%~7.0%、4.8%~4.9%和2.2%~2.3%。生态系统碳储量中活立木、0~30 cm矿质土壤层、枯枝落叶层、枯立木、灌木层和草本层所占比例依次为69.7%~72.0%、24.7%~27.7%、1.5%~2.2%、0~1.3%、0.1%~1.3%和0.1%~0.2%);但能提高地下碳储量(活立木和枯立木树根+矿质土壤层+枯枝落叶层+灌木层+草本层)占生态系统碳储量比例(间伐为40.5%~42.4%,CK为40.0%),降低树干、树枝和树皮之和所占比例(间伐为56.0%~57.9%,CK为58.3%),维持针叶比例恒定(1.6%)。成熟林主伐时,仅利用干材而枝桠留地时,能使活立木生物量碳的26.5%~27.4%留存于林地(CK为27.7%),而将枝桠随树干一起移出系统时,能使活立木碳储量的19.7%~20.3%(CK为20.5%)、生态系统碳储量的42.1%~44.0%(CK为41.7%)留存于系统。落叶松幼龄林(17年生)多次间伐后至成熟林时(56年生)活立木生物量碳、生态系统碳储量和林分累计固碳量能够恢复至CK相近似水平,分别仅比CK降低1.7%(-4.3%~1.5%)、1.7%(-5.9%~1.4%)和1.1%(-4.0%~0.8%),L3和L4处理,尤其是L4处理在上述指标方面甚至高于CK 处理1.5%、1.4%和0.8%。5.8%~23.8%的3~4次中、低强度抚育间伐至成熟林时既可提供间伐材和生物质燃料又能维持高的活立木生物量碳、生态系统碳储量和林分累计固碳量。
不同尺度下长白山次生杨桦林群落系统发育结构研究
李晓宇, 廖嘉星, 侯嫚嫚, 范秀华
2016, 38(12): 14-20. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160258
摘要:
本文研究了长白山5.2 hm2次生杨桦林样地的群落构建机制。以样地内47种胸径≥1 cm的木本植物为研究对象,构建了物种间的系统发育树,并分析了不同空间尺度和不同径级结构下群落的系统发育结构。结果显示,随着空间尺度的增大,群落系统发育结构的发散程度先增大后减小;而随着径级的增加,群落的系统发育结构呈现向发散变化的趋势。这表明竞争排除作用和非生物的筛选作用共同影响群落构建的结果。其中,在较小的尺度上竞争排除作用是决定群落构建的主要因素;而在较大尺度上则是非生物的过滤作用起主要作用。通过对群落系统发育β多样性与空间因子、环境因子进行方差分解,发现环境因子对系统发育β多样性的解释力较强。其中,土壤水分和土壤深度起最重要的作用。
胜山阔叶红松林群落空间结构的最小面积研究
彭密, 国庆喜
2016, 38(12): 21-27. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150519
摘要:
本文依据2012年黑龙江省胜山阔叶红松林10.4 hm2大型样地全面实测数据,基于移动窗口法、GIS技术分析其乔木层生物量空间格局的尺度效应,探究其群落空间结构研究的最小面积,并用计算机模拟随机抽样进一步验证。结果表明:1)通过对10~90 m各个尺度下的样地生物量误差空间分布栅格图的分析,胜山阔叶红松林乔木层生物量空间结构存在着最小研究面积0.49 hm2,不仅具有与样地相同的生物量密度,还能够完整地体现出胜山阔叶红松林生物量的空间变异性,准确地反映其群落结构的真实特征,这为更加精确地估算阔叶红松林生物量提供了理论依据;2)通过计算机模拟随机抽样验证了用移动窗口法所确定的最小面积是准确的,限定在该最小面积(0.49 hm2)范围之内的随机取样,仅使用7个20 m×20 m的样方就能够有95.9%的概率把估测的误差范围控制在20%以内,这对于阔叶红松林森林生物量调查样地大小的设置,具有很好的指导作用;3)提出把本文中的最小面积作为衡量森林群落空间结构复杂程度的一个指标,最小面积的大小代表了空间变异的范围,最小面积越大则说明了空间异质性越高。
长白山东北坡长白落叶松-白桦次生林群落结构特征
孙越, 夏富才, 何怀江, 刘宝东, 王戈戎, 李良
2016, 38(12): 28-38. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160088
摘要:
长白落叶松-白桦林是由云冷杉林遭到破坏后形成的次生林,为了更好地了解其物种组成和群落结构,于2015年8月在长白山东北坡按照CTFS标准建立了面积为1 hm2(100 m×100 m)的长期监测样地,对样地内所有DBH≥1 cm的木本植物进行挂牌、定位、调查,并应用双相关函数g(r)分析了样地内长白落叶松和白桦2个优势树种不同等级的空间分布。结果表明:该样地共调查到活立木个体1 499株,隶属于9科16属22种,大都属于北温带植物区系类型;样地优势种明显,长白落叶松和白桦是样地的优势种,重要值分别为36.08%和24.75%。样地内物种Margalef丰富度指数R、Shannon-Wiener指数H′、Simpson指数D和Pielou指数Jsw分别为2.87、1.71、0.62和0.56。样地内林下更新良好,所有个体的径级结构呈倒“J”型,8个主要树种的径级结构存在差异,长白落叶松呈倒“J”型,白桦和山杨呈近似正态分布,其余5种(包括花楸、毛山楂、红松、稠李和臭松)呈“L”型。样地内所有物种个体的空间格局呈聚集分布,8个主要树种的空间分布都表现出不同程度的聚集。g(r)函数分析表明,2个优势种空间分布随径级和尺度变化表现出不同的格局类型,长白落叶松随径级增大聚集程度逐渐降低;与小径木和大径木相比,白桦中径木具有更强的聚集程度。
毛乌素沙地典型沙生灌木对土壤蒸发的影响
穆家伟, 查天山, 贾昕, 郭晓楠, 王子奇, 杨强
2016, 38(12): 39-45. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160192
摘要:
为了探求半干旱沙区植被恢复后沙生灌木对土壤蒸发的影响,本文利用微型蒸渗仪对盐池沙区的流动沙地、油蒿群落和沙柳群落的土壤蒸发进行了测定,并分析了2014年盐池降雨、风速、太阳辐射、相对湿度、空气温度、土壤机械组成分别与土壤蒸发的关系。结果表明:1) 植被恢复区油蒿群落和沙柳群落土壤蒸发总量比流动沙地分别高出27.91%和40.23%;2) 油蒿和沙柳样地黏粒含量比流动沙地分别高出220.59%和173.53%,油蒿样地和沙柳样地黏粒和粉粒的总含量比流动沙地分别高出63%和98%;3) 油蒿和沙柳样地土壤蒸发与风速、太阳辐射、温度等气象因子相关性不显著,流动沙地土壤蒸发与太阳辐射相关性显著。因此,在半干旱沙区植被恢复后,土壤蒸发有增大的趋势,这很可能与植被恢复后土壤中黏粒和粉粒含量的增加有关。
黑土区坡耕地与坡林地表土团聚体有机碳库差异
李露, 曹伟, 赵鹏志, 王恩姮
2016, 38(12): 46-53. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160078
摘要:
以东北黑土区典型坡耕地(玉米)和坡林地(退耕还落叶松林和樟子松林)表层土壤为研究对象,分别在坡上、坡中上、坡中、坡中下、坡下5个坡位设置取样点采集非原状土,风干后将土壤筛分为2~5 mm、1~2 mm、0.5~1 cm、0.25~0.5 mm、0.25 mm 5个粒级团聚体,分别计算每个粒级土壤风干团聚体所占比例,测定各粒级土壤风干团聚体有机碳含量,并以此为基础计算土壤团聚体有机碳贮量。通过对比不同坡位、各粒级风干团聚体组成及其有机碳含量与贮量变化规律,探明黑土区不同土地利用方式下坡地土壤团聚体有机碳库对不同侵蚀类型的响应特征。结果表明:坡耕地土壤团聚体迁移、沉积过程不同于坡林地,耕地土壤2 mm团聚体的组成比例显著高于2种林地,并在坡下达到最高值(70.30%);有机碳含量均随团聚体粒级减小逐渐增加,樟子松林地内各粒级有机碳含量(25.57~142.60 g/kg)显著高于耕地(22.58~30.06 g/kg)和退耕还落叶松林地(21.58~66.53 g/kg);坡林地土壤团聚体有机碳贮量由坡上至坡下逐渐增加,相同坡位处土壤团聚体有机碳贮量均为樟子松林地退耕还落叶松林地耕地。研究结果证实了黑土区耕作侵蚀的存在及其对土壤团聚体、团聚体有机碳库分布的影响,同时印证了退耕还林是减缓坡地黑土耕作侵蚀、提升有机碳库的长效途径。
河南省铁线莲属植物资源研究
闫双喜, 刘慧杰, 闫丽君, 谢磊
2016, 38(12): 54-63. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160137
摘要:
在大量野外调查和标本研究工作的基础上,对我国河南省境内的铁线莲属植物的应用价值、资源分布状况与利用进行了分析和评价。结果表明,河南铁线莲属植物资源丰富,共有35个类群(24种、1亚种及10变种),约占全国的17%,这一数字高于有文献记载的河南省周边省份。河南铁线莲属植物绝大多数分布于本省北部、西部和南部山区,平原地区种类较少,各区域分布的种类数量从高到低依次为伏牛山大别山桐柏山太行山小秦岭=王屋山平原地区。河南铁线莲属植物垂直分布集中于海拔600~1 200 m区域,分布海拔≥1 500 m的铁线莲属植物种类有8个类群,≥2 000 m的有3个类群,<200 m的有8个类群。河南铁线莲属植物与附近省份比较,其相似性与山西省最为接近(36.8%),而与山东省相似程度最低(10.8%),这与河南铁线莲属植物多数种类分布于山区而山东省山区面积较小有关。已确认的河南铁线莲属植物的35个类群均具有或具有潜在的园艺学价值,可供垂直绿化或作木本地被植物,有30个类群具有药用价值,1个种类具有食用价值。本研究对河南铁线莲属植物资源及其应用价值进行了系统而全面的鉴定和整理,为河南省植物资源和我国铁线莲属植物资源的开发和利用提供了重要科学依据。
长白落叶松小RNA测序和其靶基因预测
张素芳, 张磊, 赵佳丽, 张莉, 张含国
2016, 38(12): 64-72. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150404
摘要:
miRNA是近年来新发现的一种比较特殊的具有高度保守的小RNA,其在基因调控网络中扮演着重要的角色。本文借助Illumia测序平台,经过Solexa测序分析,对长白落叶松的miRNA进行了分析,最终筛选出了15 294 797条clean reads。比对结果显示,除去核糖体RNA(rRNA)2 991 972条、转运RNA(tRNA)65 264条、核内小RNA(snRNA)1 670条、核仁小RNA(snoRNA)467条等ncRNA以及重复序列6 421条,共获得未获得注释的miRNA 12 229 003条,占总注释小RNA的79.96%。利用miRDeep2对未注释的小RNA进行miRNA的筛选,共得到78个新发现的miRNA,分别隶属于miR164、miR166、miR160、miR950、miR396家族。通过进一步对靶基因的注释分析共得到333个与其相对应的靶基因;其功能包括转录因子类,未知功能蛋白,离子结合蛋白,延长因子,信号转导,细胞壁或细胞膜的生物合成等调控植物生长发育过程。
无患子果实经济性状地理变异评价及与脂肪酸成分相关性
孙操稳, 贾黎明, 叶红莲, 高媛, 熊晨妍, 翁雪煌
2016, 38(12): 73-83. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160143
摘要:
无患子、川滇无患子在我国分布广泛,资源丰富,果实具有较高的经济价值。本文采集了我国13个省份及越南地区60株无患子优树的果实,利用索氏抽提法、气相色谱法等,测定了其表型、油脂含量及脂肪酸组成成分等经济性状;利用主成分分析法、相关分析法等统计方法,分析了各指标的变异,量化评价了综合经济性状,研究了脂肪酸变异与表型变异间的相关性。研究表明:1)不同产地无患子优树果实大部分性状均存在较大变异,果皮百粒质量、种仁百粒质量、出仁率、果实侧径和亚麻酸变异系数分别达到33%、32%、29%、 29%和33%;油酸(C18:1)变异较小,仅为4%;2)利用变异较大的关键指标进行主成分权重赋值,复选出来自贵州、广西、广东和湖北的7株优树果皮百粒质量和种仁百粒质量分别比优树平均水平提高了42.86%和41.86%,优树经济性状增益明显;3)相关性分析表明,无患子不饱和脂肪酸含量与出仁率、种仁百粒质量均存在较强的负相关关系。C18:1含量稳定,与果实相关系数较小,二十碳烯酸(C20:1)与果实性状相关性更强。研究为无患子良种选育提供了重要支撑,为其生物能源、皂苷等综合开发奠定了基础。
北京市16种树木吸附大气颗粒物的差异及颗粒物研究
史军娜, 张罡, 安海龙, 曹学慧, 刘超, 尹伟伦, 夏新莉
2016, 38(12): 84-91. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160053
摘要:
为选择吸附颗粒物能力强的绿化树种修复大气颗粒物污染,以北京市西直门交通枢纽的16种常见绿化树种为材料,利用扫描电镜观察叶片表面的微观形貌和颗粒物的形态,并用ImageJ软件对颗粒物的粒径分布进行统计。研究发现,16种树叶表面形貌差异较大,阔叶树种叶片上表面形态比较复杂,有沟槽、褶皱、绒毛和蜡质等,下表面主要有气孔、腺毛、绒毛等,形态相对较单一。针叶树种叶表面形态相对简单,有少量褶皱,但是叶表面分泌大量油脂。叶片表面附着的大部分颗粒物表面粗糙且形态不规则,粒径小于2.5 μm的颗粒物在3种粒径中占比最大。通过扫描电镜X射线能谱仪对颗粒物的元素进行分析发现,组成颗粒物的元素主要有C、N、O、Si、Ca、Fe,及少量的Na、Mg、Pb、Ni、Cd和Pd等元素。从颗粒物来源分析,主要含有C、N、O、Na、Mg、Si和Ca等元素的颗粒物,可能主要来自自然界,而Pb、Fe、Ni、Cd和Pd等元素含量较高的颗粒物可能主要来自人类活动的产物。叶表面颗粒物附着密度结果表明,圆柏和油松较其他树种叶片颗粒附着密度大,其余较大的树种依次是栾树、国槐和榆叶梅等。研究结果为揭示树木吸收大气颗粒物的机制及合理选择园林绿化树种提供了重要的理论科学依据。
风景园林
基于SWMM情境模拟的外源雨水型公园绿地雨洪调控效果研究
林辰松, 邵明, 葛韵宇, 戈晓宇
2016, 38(12): 92-103. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160260
摘要:
公园绿地相对其他城建区拥有大面积的透水性下垫面,可以配合城市管网接纳外源雨水,有效地参与城市雨洪调控。本文以迁安市滨湖东路东侧绿化带为研究对象,对研究区域进行合理概化,并在区域内建立公园绿地的低影响开发(LID)模式和传统开发模式,根据项目要求引入外源雨水,运用SWMM模型模拟不同重现期(1年一遇、2年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇)1 h降雨下的两种开发模式,对比分析排放口的径流总量、峰值流量和峰现时间,以及2年一遇1 h降雨下各单项LID设施对径流的调控效果。结果表明:1)SWMM模型可以量化模拟LID设施对雨水径流的控制效果,为城市进行低影响开发建设提供技术支持和理论依据;2)在进行制定径流控制目标时,应结合场地现状情况,规划外源汇水面积;3)LID设施对城市雨洪具有良好的调控效果,可以减少径流总量,降低径流峰值,推迟峰现时间。采用LID模式建设的外源雨水型公园绿地在1年一遇至20年一遇的降雨条件下,对径流总量的削减率为100%~37.69%,对峰值流量的削减率为100%~40.55%,峰值消失或出现时间迟滞135~24 min。各项LID设施对径流总量削减的效率排序为:下沉式绿地>组合型>植草沟>生物滞留池>透水铺装;对峰值流量消减的效率排序为:下沉式绿地>组合型>生物滞留池>植草沟>透水铺装;对推迟洪峰出现时间的效率排序为:组合型>下沉式绿地>生物滞留池>植草沟>透水铺装。4)公园绿地在进行LID设计时,应考虑防灾避险等其他功能需求。
基于VR全景图技术的乡村景观视觉评价偏好研究
孙漪南, , , 王宇泓, 李方正, 李雄
2016, 38(12): 104-112. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160261
摘要:
乡村景观评价是乡村景观规划的基础。为了更好地了解和研究乡村景观视觉环境的影响因素,本文首次将VR全景图技术应用于景观评价的研究中,进行了新技术应用于风景园林领域的实践尝试。利用VR全景图技术对空间、场景高度还原仿真的特点,改进传统的SBE法,以城市青年人群为例,通过观测实验并进行打分,从而得出原始数据,对乡村景观视觉评价及景观要素偏好进行研究。首先,使用改进后的SBE法与SD法构建了乡村景观视觉评价模型,并确定了4个显著影响指标(建筑肌理感、植物种类、道路形态和卫生状况)。其次,根据VR全景图场景中偏好视域截图,进而从截图中归纳提取出9个景观偏好指标。利用线性回归的方法,分别研究这9个景观偏好指标的偏好概率与该指标价值分数、所在场景SBE得分之间是否存在函数关系,并得出三者之间互相作用的模型。得出建筑特色指标与水环境指标的偏好概率与其自身的价值分数有显著关系;建筑肌理感、农田肌理感的偏好概率受其价值分数与场景SBE值共同影响;自然视野与其他视觉焦点的偏好概率受到场景SBE值影响更为显著;道路形态、道路材料和植物种类偏好概率与其自身价值分数、场景SBE值并无明显关系。最后,分析出城市青年人群会产生此种偏好的原因,并希望能够对未来乡村景观建设起到指导作用。
林业工程
6MF-30便携式风力灭火机气动噪声分析
陈晓璇, 李文彬
2016, 38(12): 113-120. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160102
摘要:
便携式风力灭火机是我国用于森林消防的重要设备,然而,其噪声会严重影响操作人员的生理和心理健康。本文采用FLUENT气动噪声场仿真和噪声测试试验相结合的方法,确定风力灭火机的主要气动噪声源,同时提出灭火机降噪优化的设计建议。结果表明:二维模型和大涡模拟(配合FW-H方程)结合的方法可以用于风力灭火机气动噪声的仿真,但在仿真过程中需考虑消声器的影响;风力灭火机主要气动噪声源为叶轮和涡舌,风筒噪声对其总噪声贡献较小;建议增加导流器等,以降低风力灭火机工作过程中操作人员的耳旁噪声。
铺装结构及密度对玉米秸秆轻质复合板性能的影响
张丽, 张峰, 张扬, 漆楚生, 母军
2016, 38(12): 121-127. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160175
摘要:
为充分利用玉米秸秆并制备性能优越的轻质复合材料,通过对玉米秸秆内外表面特性的分析,采用机械疏解重组其胶合结构单元,以脲醛树脂为胶黏剂,制备定向和均向2种玉米秸秆轻质复合板。本文研究了不同铺装方式和密度对板材静曲强度(MOR)、弯曲弹性模量(MOE)、内结合强度(IB)、吸水厚度膨胀率(TS)、吸水率(WA)的影响。结果表明:定向铺装结构可以增强复合板材的MOR、MOE、IB,相同密度下定向玉米秸秆复合板(OCSB)的纵向静曲强度(MOR∥)和纵向弹性模量(MOE∥)约为均向玉米秸秆复合板(HCSB)的3倍,IB约为4~5倍。OCSB的MOR∥、MOE∥明显大于横向静曲强度(MOR#x22A5;)、横向弹性模量(MOE#x22A5;);OCSB密度为0.3 g/cm3时,MOR∥约为MOR#x22A5;的3.5倍,MOE∥约为MOE#x22A5;的5倍。OCSB的MOR#x22A5;均大于HCSB的MOR(密度0.3 g/cm3除外),OCSB的MOE#x22A5;均小于HCSB。OCSB和HCSB的MOR、MOE在试验范围内都随着密度的增加而增加;当OCSB密度为0.6 g/cm3时,MOR∥为25.24 MPa,MOE∥达到4 216 MPa,其物理力学性能够满足在民用建筑中的使用。此外,OCSB的TS、WA均小于HCSB。
论坛
中国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环与碳源汇效应研究
韩士杰, 袁志友, 方运霆, 王智平
2016, 38(12): 128-130. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160384
摘要:
全球变化自20世纪80年代以来作为一个科学问题开始出现,现今已超越科学领域,成为影响当今世界发展的重大政治、经济和外交问题。在科技部的 “十三五”期间“全球变化及应对”重点研发计划专项支持下,来自中国科学院沈阳应用生态研究所、西北农林科技大学、中国科学院植物研究所等6个单位31位科学家于2016年7月开始承担“中国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环与碳源汇效应研究”项目。该项目旨在:1)凸显中国北方植物群落演替在温室气体吸收和排放平衡,特别是在我国未来碳汇中的作用;2)绘制森林和草地碳源汇转变的敏感区、脆弱区;3)建立和发展稳定同位素技术研究碳氮循环的多时间序列历史变化及其对全球氮沉降、大气CO2浓度上升和气候变化的响应;4)揭示氮沉降、升温、火干扰和植被演替驱动的碳氮耦合循环生物学机制及其碳源汇响应。通过该项目5年的实施,预期能增加我国北方森林和草地生态系统碳氮耦合循环生物学机制的认识,增强对北方森林和草地生态系统对全球变化响应的预测能力和减少预测的不确定性。