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2016年  38卷  第5期

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林学
基于MISR数据大兴安岭地区叶面积指数反演及尺度转换验证研究
温一博, 常颖, 范文义
2016, 38(5): 1-10. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150204
摘要:
叶面积指数(LAI)是气候研究和生态研究中重要的植被冠层结构参数,遥感技术为快速获取大面积叶面积指数提供了有效途径。大兴安岭地区是我国重要的生态功能区,本文以大兴安岭为研究区域,根据森林林分特征,采用基于物理过程的4-Scale几何光学模型,利用多角度MISR遥感数据反演该区域叶面积指数数据。几何光学模型特点在于参数具有物理意义,考虑地面反射的热点效应,模型反演过程不依赖于样本数据适用于大区域反演研究,MISR数据提供同一区域多角度遥感数据,有效解决了单一观测角度植被指数和叶面积指数函数关系饱和点低的问题。由于地面验证数据空间尺度无法满足MISR数据的空间分辨率,本文采用TM数据对样地实测叶面积指数数据进行尺度转换,针对不用坡向叶面积指数空间异质性进行分析,讨论不同空间分辨率验证数据的合理性,研究表明大兴安岭区域使用600m空间分辨率验证数据对MISR数据反演结果检验最优,该分辨率下叶面积指数变化随空间尺度变化趋于稳定,并较好地避免了2种遥感数据几何配准带来的误差。结果表明:4-Scale几何光学模型适用于我国大兴安岭地区森林叶面积指数反演,实验中MISR数据反演叶面积指数的平均绝对误差为25.6%、均方根误差为0.622。本研究为大兴安岭地区叶面积指数大区域快速定量反演提供了研究基础。
天然云冷杉针阔混交林立地质量评价
徐罗, 亢新刚, 郭韦韦, 张嘉伟, 陈日东, 廖庆文, 孔雷
2016, 38(5): 11-12. doi: 10.13332/j.1000-1522.20140126
摘要:
为建立科学、适用、准确的天然林立地质量评价体系,采用123株冷杉解析木对6个竞争指标进行检验,筛选出其中最适合于天然云冷杉针阔混交林冷杉的竞争指标;选用26块皆伐样地及所有解析木中符合条件的冷杉模拟优势木高生长曲线和劣势木高生长曲线,并以此为导向曲线构建适合于天然林立地质量评价的竞争地位指数表。从3个树高生长多元回归预测模型中选择最优模型分析由竞争引起的树高差值,利用竞争地位指数对2个立地类型进行评价。结果表明:1)6个竞争指标中,天然云冷杉针阔混交林最适竞争指标为CI1,统计CI1值发现冷杉各龄阶竞争差异大,随着年龄增大,竞争压力减小;2)构建级距为2m,基准年龄为60年,竞争地位指数分为7级的竞争地位指数表较合理;3)2个立地类型中,3个树高生长多元回归预测模型都以幂指数精度最高;4)利用竞争地位指数表对2个立地类型进行评价表明,1号立地类型属于17m竞争地位指数级,2号立地类型属于15m竞争地位指数级,1号立地质量优于2号立地质量。
基于GARP和MaxEnt的云杉矮槲寄生分布区的预测
张超, 陈磊, 田呈明, 李涛, 汪荣, 杨启青
2016, 38(5): 23-32. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150516
摘要:
云杉矮槲寄生(Arceuthobium sichuanense)是一种寄生性种子植物,主要寄生于云杉属植物,近年来对我国“三江源”地区的云杉天然林和次生林造成严重危害。本研究利用GARP和MaxEnt生态位模型,基于已报道的云杉矮槲寄生分布点的数据,对其在中国的分布区进行了预测和分析,并采用ROC曲线对预测结果进行检验和评价。结果表明:GARP模型预测的分布范围较广,MaxEnt内部层次更细致,为得到最佳结果,将2个模型的预测结果赋予一定的权重(4:1)从而获得最佳结果;ROC曲线评价结果表明,GARP-MaxEnt模型的AUC值为0.937,达到了极高的精度。通过该模型预测可见,云杉矮槲寄生在中国的适生区主要集中在青海、甘肃、四川和西藏地区,其中青海、甘肃、四川交界区域为云杉矮槲寄生的极度适宜分布区。本研究结果有利于全面了解云杉矮槲寄生的分布范围,对云杉矮槲寄生害的调查与监测以及制定科学防治策略具有重要的理论指导意义。
松嫩平原杨树人工林生态系统碳储量研究
孙虎, 李凤日, 孙美欧, 贾炜玮
2016, 38(5): 33-41. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150336
摘要:
利用设置在松嫩平原典型地区的6块杨树人工林样地和36株人工杨树解析木数据,建立了人工杨树相容性生物量方程,实测并分析了杨树人工林各个组成部分含碳率,估算并分析了人工杨树各个器官含碳量和杨树人工林生态系统碳储量密度特征。结果表明:胸径和年龄是影响人工杨树各个器官含碳率的主要因素,本研究中人工杨树各器官含碳率介于0.4427~0.4848之间。林下各层含碳率差异显著,枯枝层介于0.4568~0.4711之间,枯叶层介于0.3683~0.4454之间,半分解层介于0.4184~0.4600之间,草本层介于0.3506~0.3729之间。14~28年生人工杨树生物量和碳储量都随着林龄增长,树干生物量和碳储量所占整体比例稳定在0.60,树冠生物量和碳储量保持在0.17。14、21和28年生杨树人工林生态系统碳储量分别为230.6449、280.9064、和356.4973t/hm2,各部分碳储量大小排序为土壤层>植被层>凋落物层,该地区林下植被主要以草本为主,乔木层碳储量占植被层碳储量的比例超过了99%。由于该地区土壤层深厚,生态系统碳储量主要以土壤层为主,并且随着林龄增大而增加,14、21和28年生杨树人工林生态系统土壤层碳储量分别为216.5626、262.3598和335.3581t/hm2,所占生态系统比重都超过了93%。
利用无人机遥感测定岷江冷杉单木树干生物量
何游云, 张玉波, 李俊清, 王卷乐
2016, 38(5): 42-49. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150383
摘要:
无人机获取的高分辨率遥感影像,已成为单木生物量估算的有效手段。本文以四川省王朗自然保护区岷江冷杉为研究对象,利用本项目组自行研制的无人机获取无阴影遥感影像。设置2块样地,其中plot 1为建模样本,plot 2为验证样本。通过人机交互的方式提取单木树冠面积(CA)数据,并结合野外实测的胸径(DBH),建立DBH遥感估算模型。最后基于CA-DBH模型的有效性,结合已有DBH-SB(树干生物量)经验方程,计算plot 2岷江冷杉单木树干生物量。结果表明:基于无人机遥感影像提取的单木CA与实测DBH存在较好的非线性相关关系,所建立的模型有较好的拟合度,R2达到0.752(P<0.001,n=94)。采用t检验验证CA-DBH模型预测值与观测值的差异,同时计算皮尔森相关系数(Pearson Correlation Coefficient),检验结果表明:该模型估算的DBH与实测值偏差差异不显著(P>0.05),其皮尔森相关系数可达0.879,证明利用无人机获取的遥感影像,通过提取的CA估算DBH是可行的。本次实验表明:利用无人机遥感获取影像,通过提取的单木CA进行树干生物量的估算是有效的。
3个地点白桦种源试验生长稳定性分析
刘宇, 徐焕文, 尚福强, 焦宏, 张利民, 罗建新, 滕文华, 姜静
2016, 38(5): 50-57. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150463
摘要:
开展多点造林试验是对参试种源进行稳定性分析及生长特性评价的重要步骤。本文以18个白桦种源为材料,分别在帽儿山、草河口、金河3个试验点营建种源试验林,对17年生白桦树高、胸径及材积等性状进行多地点联合分析,结果表明:树高、胸径及材积性状在各地点间和各种源间以及种源与地点的交互作用上差异均达到极显著水平(P<0.01)。对各试验点参试种源保存率分析发现,18个白桦种源在各试验点平均保存率在4.76%~76.55%之间,其中东方红、凉水、长白和乌伊岭等种源平均保存率较好,西北地区种源如六盘山、西宁和天水等保存率较低。采用AMMI模型对参试种源的树高性状进行稳定性评价,结果显示:凉水、小北湖、辉南、东方红、露水河、桓仁、天水属于高产稳产型的种源,乌伊岭、帽儿山、汪清、草河口、清源、莫尔道嘎属于高产非稳产型的种源,昭苏、长白、西宁等属于低产稳产型种源,绰尔、六盘山属于低产非稳产型种源。研究结果不仅为白桦优良种源选择提供理论依据,而且也为白桦良种的应用与推广提供参考。
白杨派无性系苗期对干旱胁迫的生长生理响应及抗旱性综合评价
杨传宝, 姚俊修, 李善文, 倪惠菁, 刘元铅, 张有慧, 李际红
2016, 38(5): 58-66. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150503
摘要:
为揭示白杨派无性系对干旱环境的适应能力,筛选速生耐旱优良无性系,本文采用盆栽试验方法,通过土壤自然干旱处理,比较分析了土壤含水量分别占田间持水量80%以上(对照)、50%~70%(轻度干旱)、30%~50%(中度干旱)以及低于30%(重度干旱)等不同土壤干旱程度对9个白杨派无性系生长及生理代谢影响。结果表明:9个无性系之间的苗高增长量、地径增长量、生物量增量和根冠比差异均显著,其中无性系89和YX2表现出较强的速生性。叶绿素含量在轻度干旱胁迫时上升,中度和重度干旱胁迫下持续下降,其中下降最小的为无性系89和YX2。随干旱胁迫程度增加,9个无性系叶片脯氨酸和可溶性糖含量持续增加,其中无性系Z3、YX2和89显著高于相同干旱条件下其他无性系。干旱胁迫导致叶片细胞膜相对透性以及丙二醛(MDA)含量提高,但相同胁迫条件下,无性系Z3、89和YX2细胞膜相对透性以及MDA含量均显著低于其他无性系。超氧化物岐化酶(SOD)活性在轻度和中度干旱胁迫下逐渐增大,在重度干旱胁迫下减小,其中无性系89和YX2的SOD活性始终高于对照。进一步利用主成分分析和隶属函数法对9个无性系生长及生理代谢等参数进行综合评价,各无性系抗旱性由强到弱依次为89、YX2、LM50、Z3、Y3、150、27、26、1316。因此,初步认为无性系89和YX2具有显著耐旱性和速生性,可作为干旱立地造林或抗逆育种的重要试验材料。
油松胚珠转录组微卫星特征分析
安俊, 郑彩霞, 姚阳, 陈彬丽
2016, 38(5): 77-83. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150033
摘要:
为利用微卫星分子标记技术进一步研究油松胚珠发育分子调控机制以及微卫星对油松胚珠发育的影响,本文以前期高通量测序结果为基础,用MISA软件对所获得的转录组数据进行SSR位点的发掘和分析,为后续研究提供重要信息资源和数据保障。得到的1412个SSR位点存在于1274条序列中,平均每2.15kb出现一个SSR。油松胚珠转录组微卫星中存在87种重复基元,其中(A/T)n比例最高,约占45.89%;出现频率较高的重复类型是单核苷酸(46.88%)和三核苷酸(34.99%)重复。所得微卫星多为长度<20bp的短重复序列,≥20bp仅占总数的5.67%,重复序列出现频率与长度呈负相关。所得的SSR位点大部分位于非编码区,位于编码区的仅232个,有18个跨越了编码区和非编码区;编码区中占比例最高的是三核苷酸重复序列(105个,45.26%)。
不同林分类型对土壤团聚体稳定性及有机碳特征的影响
黎宏祥, 王彬, 王玉杰, 王云琦
2016, 38(5): 84-91. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150427
摘要:
基于野外调查和室内分析,对人工杉木林、马尾松林、桉树林、毛竹林、天然林5种不同林分下0~20cm、20~40cm土层土壤水稳性团聚体稳定性及各粒级土壤团聚体有机碳分布特征进行研究。结果表明:1)0~20cm土层,土壤水稳性团聚体质量百分含量随粒级的减小先下降后上升,主要以0.5~0.25mm粒级最低;5种林分条件下各土层均以>0.25mm的大团聚体为主,随土层加深,大团聚体含量减少。2)各林分土壤平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)值变化趋势相似,均呈现为0~20cm土层大于20~40cm土层;林分间土壤MWD、GMD值则表现为天然林最大,桉树林最小;分形维数(D)在2个土层均以桉树最大,杉木林最小;3)5种林分各粒级团聚体中有机碳的含量均随土层的加深而减少;0~20cm土层,各林分有机碳含量随着团聚体粒级减小呈现先增大后减小再增大的趋势,最大值主要出现在5~2mm粒级,而有机碳贡献率则表现为先减小后增大的趋势。不同林分MWD、GMD差异分析结果表明,天然林土壤结构优于其他4种人工林,团聚体稳定性更高,而桉树林最低。随着土层深度变大,土壤水稳性团聚体稳定性下降;土壤团聚体有机碳含量表现为天然林最大、桉树林最小。
土壤水分动态对胡杨幼苗生长分配策略的影响
张现慧, 钟悦鸣, 谭天逸, 吕爽, 王健铭, 李景文
2016, 38(5): 92-99. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150369
摘要:
分析土壤水分对幼苗地上及地下部分生长及其分配策略是阐明自然生境中胡杨种子更新困难以及人工培育成活率低的重要途径。本文以2年生胡杨幼苗为研究材料,采用不同土壤水分处理试验,监测幼苗地上部分生长指标(地径、冠幅、株高、叶片数)以及地下部分生长指标(总根长、总根表面积、单位平方米土壤总根长、总根体积),分析不同水分处理及水分梯度对幼苗生长的影响。结果表明:对于胡杨幼苗地上部分的生长,在连续给水处理时,25%含水量更有利于地上部分的生长;而断续给水处理时,最适土壤含水量为30%;胡杨幼苗地下部分生长在不同给水处理下存在显著差别,而25%的含水量要显著区别于其他水分梯度,更有利于根系的生长。一定程度的干旱胁迫后,断续给水比连续给水更有利于根系的生长,且水分梯度在20%~25%之间最有利于根系生物量的积累,地下生物量的积累大于地上生物量,这种地上与地下生长权衡作用有利于幼苗纵向生长的养分、水分获取。在根系构型方面,在土壤水分条件好的情况下则有利于幼苗根系的横向扩展。
几种外源添加物对生物土壤结皮培育的影响
刘军, 张宇清, 冯薇, 秦树高, 王莉, 佘维维
2016, 38(5): 100-107. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150416
摘要:
生物土壤结皮(以下简称“生物结皮”)在防风固沙,改善土壤环境以及生态系统修复等方面扮演着重要的角色,目前正受到广泛关注,然而由于受到水分、养分的限制以及风蚀的影响,其发育演替和恢复仍然较为缓慢。本研究以毛乌素沙地自然发育的生物结皮为种源,采用全因子试验设计进行了室外人工培养试验,探究高吸水性树脂(SAP)、硝酸铵、葡萄糖、沙蒿胶及其交互作用对生物结皮形成发育的影响。结果显示,SAP对生物结皮的形成发育无显著性影响,硝酸铵和葡萄糖显著增加了结皮叶绿素a含量,沙蒿胶显著增加了结皮的抗压强度,低用量的沙蒿胶显著增加了结皮叶绿素a含量,高用量的沙蒿胶对结皮叶绿素a含量无显著性影响。研究结果还显示,硝酸铵、葡萄糖以及少量的沙蒿胶的混合添加极大地提高了结皮的叶绿素a含量。结果表明:外源氮、碳添加有助于生物结皮的形成发育,沙蒿胶能够提高结皮的抗蚀能力,同时加入适量的氮、碳及沙蒿胶,有利于生物结皮的快速形成。
HgCl2胁迫对东方百合叶烧指数和水分利用效率的影响
杨爽, 袁晓娜, 王中轩, 祝璞, 贾桂霞
2016, 38(5): 114-119. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150306
摘要:
东方百合部分品种在冬季栽培中极易发生叶烧,成为影响百合切花和盆花质量的主要因素之一。叶烧的发生与水分代谢有关,为探寻百合叶烧的发生是否和水通道蛋白相关,本文采用3种不同浓度的水通道蛋白抑制剂HgCl2(50、100和200μmol/L),对叶烧敏感程度不同的2个东方百合品种进行灌根处理,结果表明:随着HgCl2浓度增加,‘Sorbonne'的叶烧指数分别比对照增加了13.56%、36.06%和42.19%;‘Siberia'分别比对照增加了7.20%、12.15%和18.00%。‘Sorbonne'和‘Siberia'的株高、茎粗、叶面积、茎生根长度、茎生根厚度和根系活力、净光合速率和蒸腾速率都受到了不同程度的抑制。其中,HgCl2处理对根系活力的抑制作用最大,3种不同浓度的HgCl2处理后‘Sorbonne'的根系活力分别比对照降低了41.9%、54.7%和67.5%;‘Siberia'的根系活力分别比对照降低了4.8%、33.5%和38.2%。从水分利用效率情况来看,随着HgCl2浓度增加,‘Sorbonne'的水分利用效率分别比对照降低了14.00%、19.23%和46.06%;‘Siberia'的水分利用效率分别比对照降低了8.62%、17.60%和28.71%。由此可知,不同浓度HgCl2胁迫处理抑制了‘Sorbonne'和‘Siberia'的水分运输,显著增加了植物叶烧指数,初步推测百合叶烧发生的程度与植物水通道蛋白的表达有一定的相关性。
超表达杨树RPEase基因促进了拟南芥的生长发育
王丹, 安轶, 韩潇, 周扬颜, 王厚领, 郭惠红, 夏新莉, 尹伟伦
2016, 38(5): 67-76. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150507
摘要:
卡尔文循环是光合作用CO2同化的重要途径,在植物生长发育过程中起着重要作用。磷酸核酮糖3-差向异构酶(RPEase:EC 5.1.3.1)是卡尔文循环再生阶段的一种重要酶类。本文从速生欧美杂交黑杨NE-19中克隆得到RPEase基因,构建植物表达载体,利用农杆菌花序侵染法转化野生型和突变体拟南芥,通过普通PCR检测和绿色荧光蛋白(GFP)观测进一步鉴定得到CaMV35S:PdRPE:GFP超表达株系,然后对野生型、超表达株系、突变体和回补株系的生理指标进行测定。结果显示,超表达株系RPEase活性显著升高(P<0.05)。在正常浇水的生长条件下,超表达株系相比于其他3个株系(野生型、突变体、回补株系),气孔数目减少,气孔变大,提高了植物的水分利用效率以及净光合速率,使得超表达株系有更好的生长优势,积累更多的淀粉。在10d的短期干旱条件下,超表达株系的净光合速率和水分利用效率依然显著高于其他3个株系(P<0.01)。因此,研究表明超表达RPEase基因会提高植物生物量的积累以及对短期干旱的抵抗能力。
林麝雌体粪便甲状腺激素的测定及其生物学意义
魏雨婷, 周冉, 刘宝庆, 胡晓龙, 刘树强, 李林海, 胡德夫
2016, 38(5): 108-113. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150506
摘要:
林麝饲养繁育承担着重建野生种群和保障麝香可持续利用的艰巨任务,然而其饲养种群长期受到健康状态不稳定和疾病高发的困扰,同时,受到濒危等级和试验样品的限制,迄今鲜有涉及林麝生理参数的文献。本研究于2014年7—8月分别采集陕西火烧店和四川米亚罗林麝饲养场的林麝粪样,采用酶联免疫法(ELISA)测定雌麝粪便中三碘甲腺原氨酸(T3)的含量,以探讨雌麝粪便T3值表达的生理状态及变化趋势。结果表明,陕西火烧店和四川米亚罗饲养场雌麝粪便T3在所研究的时段内不存在显著差异;两地雌麝粪便T3在3岁至5岁期间随着年龄的增长呈现逐渐上升的趋势,但在5岁之后随着年龄的增大而逐渐下降,这可能意味着雌麝在5岁左右达到生理盛期;雌麝粪便T3的聚类结果发现,不同年龄组均存在差异显著的3个类型,即生理代谢的低、中、高类型。利用粪便T3从能量代谢角度揭示雌麝的生理特性,可能有助于麝繁育群的组建、饲养管理及健康评判。
园艺学
碱木质素改性及其纤维制备研究
薛凤莲, 林剑, 赵广杰, 张扬, 来雅婷
2016, 38(5): 120-125. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150320
摘要:
为改善碱木质素的熔融性能,实现熔融纺丝法制备碱木质素基纤维,以制浆造纸黑液粉末中提取的碱木质素为原料,与不同质量比的聚乙二醇-400(PEG-400)混合加热,再倒入水中搅拌不同时间后过滤干燥,测定改性处理后碱木质素的热稳定性、黏度及熔融纺丝性能等特征。结果表明:1)在相同搅拌时间时,不同质量比的PEG-400改性处理对灰分含量影响不大,木质素含量随质量比的增加而变少或不变;在相同质量比时,搅拌时间越长,灰分含量越少,木质素含量越多。2)经PEG-400改性处理的碱木质素的热分解温度增加,热稳定性能提高;但随着质量比或搅拌时间的增加,其热分解温度均减少,热稳定性能降低。3)质量比为1:1和1:2时PEG-400改性处理的碱木质素均表现出较差的熔融性能,而质量比为1:3时PEG-400改性处理的碱木质素呈现较好的熔融性能,尤其是搅拌时间为2h的碱木质素则表现出较稳定的熔融性能,并且能够在228℃温度下熔融纺丝制备得到直径约为(30±4.8)μm的碱木质素基纤维。
林业工程
三自由度铰接林用底盘的设计与越障性能分析
朱阅, 阚江明
2016, 38(5): 126-132. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150304
摘要:
针对一般林业机械动力底盘在丘陵山区行驶、作业时,由于地形适应性差及附着力不足导致车轮打滑,影响整机作业效果等问题,根据多自由度仿形原理,设计一种对地面仿形行走的6轮三自由度铰接林用底盘。通过Solidworks对三自由度铰接林用底盘进行三维建模,并对车辆底盘林地行驶过程中常遇到的爬越斜坡、双轮越障和单轮越障等3种情况进行运动仿真,通过车架的质心变化曲线和车轮与地面之间的作用力分析三自由度铰接林用底盘的越障性能。结果表明:与普通6轮底盘相比,三自由度铰接林用底盘具有良好的地形适应性和通过性,且转向灵活,能够保持良好的附着力,具有更好的越障性能,能够满足在崎岖不平的路面上行驶作业的要求。
基于特征融合的林下环境点云分割
樊丽, 刘晋浩, 黄青青
2016, 38(5): 133-138. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150332
摘要:
针对林下环境几何特征的复杂性,以及基于边检测、表面增长和聚类分割方法存在的效率低、分割不足及过度分割等问题,提出了一种基于特征融合的点云分割方法。采用地面激光扫描仪FARO在北京林业大学选择样本区域进行扫描,对扫描得到的数据进行采样点剔除及滤波,得到由1166302个点组成的林下环境点云数据,主要包括林木、地面、石块、人4类目标。综合利用点云法向量信息和激光反射强度信息可实现点云分割。其中,点云激光反射强度可直接从扫描得到的点云数据中获取;法向量可根据点云数据的三维坐标信息,通过对点云数据建立kd-tree数据结构,执行k-邻域搜索,并基于PlanePCA算法计算得到。将点云法向量和激光反射强度2方面的特征优势进行融合,计算中心点与邻域点的综合相异度,并判断其是否在阈值范围内,最终实现点云分割。比较基于特征融合、法向量和激光反射强度3种聚类分割方法得到的分割结果可知,基于特征融合的聚类分割方法能较好地保留数据特征,且分割完整度明显优于其他2种方法。