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2016年  38卷  第8期

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林学
天然云冷杉针阔混交林单木胸径树高空间自回归模型研究
娄明华, 张会儒, 雷相东, 卢军
2016, 38(8): 1-9. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150491
摘要:
林木间普遍存在着空间自相关,这直接关联着林木间的竞争与相互作用。单木胸径树高模型是森林生长、收获与预测的基础,忽略林木间的空间自相关将会导致胸径树高模型的普通最小二乘(OLS)回归违背残差独立分布假设,导致犯第一类错误的可能性变大,以及模型参数标准差的有偏估计和回归模型估计的有效性降低。因此,本文选择我国东北地区主要森林类型即天然云冷杉针阔混交林为研究对象,考虑林木间的空间自相关,选用合适的线性化单木胸径树高OLS模型为基准模型,利用3个同步自回归(SAR)模型即空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)和空间Durbin模型(SDM),构建该混交林的单木胸径树高模型。与此同时,每个SAR模型分别采用5个不同的空间加权矩阵即Delaunay三角网(DT)矩阵、逆距离一次幂(ID1)、逆距离二次幂(ID2)、逆距离五次幂(ID5)和高斯变异函数(GV)矩阵,利用极大似然(maximum likelihood)估计3个SAR模型的参数。对OLS和3个SAR模型的回归参数进行t检验,对3个SAR模型的自回归参数进行似然比检验。选择Morans I(MI)指数比较分析4个模型的残差空间自相关,选择决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和Akaike信息准则(AIC)3个拟合指标比较分析这4个模型的拟合效果,选择均方误差(MS)检验模型预测效果。结果表明:未考虑空间自相关的OLS模型残差存在正空间自相关;3个SAR模型拟合效果均优于OLS,SDM和SEM的拟合效果最好,SLM最差;无论使用哪个空间加权矩阵,SLM均不能消除模型残差空间自相关,但可降低空间自相关,在一定程度上提高了模型的拟合效果;5个空间矩阵应用于SDM和SEM时,均可以消除模型残差空间自相关,但空间加权矩阵GV只适用于SEM;ID2是5个空间加权矩阵中最好的空间加权矩阵,将ID2应用于4个模型进行预测时,SDM和SEM的预测效果明显优于SLM,但3个SAR模型的预测效果均优于OLS。利用3个SAR模型提高了单木胸径树高模型拟合和预测的精度,为合理经营天然云冷杉针阔混交林提供了理论基础。
NaCl对泌盐红树和非泌盐红树Cd吸收和积累的影响
向敏, 孙会敏, 王少杰, 郎涛, 马旭君, 李妮亚, 陈少良
2016, 38(8): 10-17. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160079
摘要:
为研究NaCl对红树植物Cd吸收和转运的影响,本文以非泌盐红树秋茄和泌盐红树桐花树幼苗为实验材料,研究了不同浓度NaCl和CdCl2处理下地上和地下各器官中Na+、Ca2+、Cd2+离子浓度的变化,并利用非损伤微测技术测定植物根尖在不同处理下对Cd2+和Ca2+的动态吸收。结果表明,随着CdCl2处理浓度的增加,2种红树的根、胚轴、茎和叶4器官中的Cd2+含量均明显增加。而泌盐红树桐花树各器官中Cd2+含量均高于非泌盐红树秋茄,分别达到65%(根)、19%(胚轴)、203%(茎)和96%(叶)。利用非损伤微测技术测定Cd2+流,发现Cd2+内流能被Ca2+通道抑制剂LaCl3抑制,表明Cd2+主要通过Ca2+通道实现内流。在NaCl对Cd2+吸收的影响方面,低浓度NaCl(100~200 mmol/L)能促进秋茄对Cd2+的积累,但高浓度NaCl(400 mmol/L)抑制了桐花树和秋茄对Cd2+的吸收。这是由于:1)红树根系对Na+吸收增加,而Na+能与Cd2+竞争膜上转运蛋白上的金属离子结合位点从而减少Cd2+的吸收,2)NaCl促进了植物根尖对Ca2+的吸收,从而竞争性的抑制了Cd2+通过Ca2+通道的内流,最终减少了2种红树根系对Cd2+的吸收和积累。泌盐红树桐花树Cd2+含量高于非泌盐红树秋茄,表明桐花树根细胞质膜上的转运蛋白与Ca2+通道对Cd2+的吸收能力高于秋茄。
毛果杨基因PtNRT2.7的功能初步鉴定与分析
唐贤礼, 张月, 张盾, 夏新莉, 尹伟伦
2016, 38(8): 18-27. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160041
摘要:
本研究从毛果杨基因组中克隆一个NRT2家族的新基因PtNRT2.7。生物信息学分析显示,其编码的蛋白不存在信号肽及切割位点,属于非分泌蛋白;具有11个跨膜结构域,亲水区与输水区交替分布,主要分布于细胞膜,而且该基因的亚细胞定位分析显示该蛋白定位于细胞膜,综合以上结果可判断此蛋白为膜蛋白。对其在毛果杨的表达特征分析显示,PtNRT2.7基因主要在叶片中表达,其中成熟叶中的表达量最高;PtNRT2.7基因受硝酸盐诱导并在1 h时达到表达峰值;SA、JA、GA或IAA激素处理可诱导PtNRT2.7基因表达,而在Eth、ABA或NaCl处理下该基因的表达受抑制。利用农杆菌花序侵染法转化野生型拟南芥和突变体(nrt2.7),显示在KNO3浓度大于0.1 mmol/L时,PtNRT2.7过表达株系相比较拟南芥野生型和突变体株系促进了根的生长,而atnrt2.7突变体在KNO3浓度大于1 mmol/L的条件下抑制了根的生长,且PtNRT2.7过表达atnrt2.7突变体株系可恢复正常生长。研究结果表明,PtNRT2.7可以由硝酸盐和激素诱导并增强植物根系的生长,提高氮素的吸收利用。
城市环境中毛白杨和油松叶片表面颗粒污染物的观察
王慧, 刘庆倩, 安海龙, 刘超, 郭惠红, 夏新莉, 尹伟伦
2016, 38(8): 28-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160065
摘要:
本文旨在观察北京地区不同环境中毛白杨和油松叶片表面颗粒污染物状况。选择毛白杨和油松分别代表阔叶乔木和针叶常绿树种。在2014年6、10月分别采集样品,利用环境扫描电镜和X-射线能谱仪对2个采样点2种树种叶表滞留的颗粒物进行了粒径与数量统计及来源解析。结果表明:PM2.5是毛白杨和油松叶表总颗粒物的主要成分,颗粒物主要滞留在毛白杨叶片的上表面和油松针叶的平面;在单位叶面积上,油松叶表面的颗粒物较毛白杨多;西直门样地叶表的PM2.5数量多于奥林匹克森林公园,10月份叶表滞留的颗粒物数量多于6月份。西直门样品除硅铝酸盐颗粒外还包括烟尘集合体和飞灰颗粒,且含有较多的S元素;与奥林匹克森林公园相比,PM2.5污染较重的西直门地区样品气孔较小、密度较大。
宁夏六盘山不同密度华北落叶松人工林枯落物水文效应
刘宇, 郭建斌, 王彦辉, 刘泽彬, 邓秀秀, 张桐, 熊伟, 左海军
2016, 38(8): 36-44. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160007
摘要:
为了探讨不同保留密度的华北落叶松人工林枯落物水文作用,于2015年5月在宁夏六盘山选择了15个已间伐时间8年的中龄(31年)华北落叶松人工纯林样地,测量了各样地内枯落物的蓄积量、厚度,并用室内浸泡法对枯落物的持水量和吸水速率进行测定。研究表明:枯落物层的厚度、蓄积量、持水能力在不同林分密度中均存在较大差异。按林分密度由小到大排列(800、1 000、1 200、1 600、1 800 株/hm2),枯落物蓄积量分别为12.53、14.91、17.67、19.71、18.42 t/hm2,密度1 600 株/hm2的林分枯落物厚度和蓄积量最大;枯落物最大持水率分别为176.78%,171.89%,182.52%,184.58%,169.60%,最大持水量分别为22.15、25.63、32.25、36.38、31.24 t/hm2,密度1 600 株/hm2的林分枯落物最大持水率和最大持水量最高;各密度枯落物持水量与浸水时间均呈明显的对数函数关系(R20.89),吸水速率与浸水时间呈明显的幂函数关系(R20.88);各密度林分枯落物的有效拦蓄量在12.50~21.33 t/hm2之间,密度1 600株/hm2的枯落物拦蓄能力最强。结果表明:在本文研究的华北落叶松人工林生长情况和林龄条件下,林分密度为1 600 株/hm2左右时枯落物水文功能最强,但不能低于1 200 株/hm2,以避免枯落物水文功能的急剧降低。结合本地区华北落叶松中龄人工林的密度对其他生态服务功能影响的研究结果,建议林分合理密度为1 200~1 600 株/hm2。
密度调整对太岳山华北落叶松人工林冠层结构及林下植被的影响
田平, 韩海荣, 康峰峰, 程小琴, 朱江, 周文嵩
2016, 38(8): 45-53. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160018
摘要:
华北落叶松人工林是太岳山主要的公益林,由于林分密度普遍偏大,林下植被稀疏,林分质量较差。密度调整对于提高人工林质量,增加林下植物物种多样性,维持生态系统功能具有重要意义。本研究在山西太岳山好地方林场典型地段35年生华北落叶松人工林中设置4种密度调整强度(对照处理、20%、30%和50%),研究华北落叶松人工林的冠层结构、光环境特征和林下植被分布对密度调整的响应。结果表明:1)密度调整显著改变了华北落叶松人工林的冠层结构,改善了林下光环境,增加了冠层结构的空间异质性。与对照处理相比,密度调整强度为20%、30%、50%的林分叶面积指数(LAI)分别下降了18.25%、25.76%、37.50%;林分开度分别增加了17.45%、25.37%、42.81%。密度调整强度为20%、30%、50%的林分林下总辐射分别为对照处理的1.3、1.4和2.1倍。2)密度调整改变了林下群落结构,增加了林下植物的种类和数量以及林下植物物种多样性。密度调整强度为30%的林分物种多样性最高,林下群落结构最复杂。3)相关性分析和CCA排序结果显示,冠层结构与林下物种多样性呈显著相关,能够较好地解释林下物种分布的变化,其中,LAI是引起华北落叶松人工林草本层物种组成变化的主要因子,与草本层物种多样性呈显著负相关关系。
若尔盖湿地土壤温室气体排放对模拟氮沉降增加的初期响应
张艺, 王春梅, 许可, 韩金锋, 杨欣桐, 林嘉莉
2016, 38(8): 54-63. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160048
摘要:
为研究若尔盖高寒泥炭湿地温室气体(CO2、CH4、N2O)对氮沉降初期的响应,本研究以若尔盖高寒泥炭湿地为研究对象,设置了对照(0 kg/(hm2a),CK)、低氮(10 kg/(hm2a),LN)、中氮(20 kg/(hm2a),MN)及高氮(80 kg/(hm2a),HN)4个施氮水平,在生长季(59月)每月原位施加NH4NO3进行氮沉降模拟,利用静态箱-气相色谱法观测了温室气体(CO2、CH4、N2O)的排放通量。结果表明:CO2、CH4和N2O在高氮处理下的平均排放通量为(224.96113.875)、(0.1140.002)和(0.0590.003) mg/(m2h),在中氮处理中的平均排放通量分别为(303.80111.397)、(0.1110.002)和(0.0470.004) mg/(m2h),低氮处理中的排放通量均值分别为(212.7315.847)、(0.0830.004)和(0.0320.002) mg/(m2h),均显著高出对照处理相应气体的平均排放通量(P0.05)。不同施氮水平下的CO2、CH4和N2O的生长季累积排放均显著高出对照处理(P0.05)。不同水平氮添加下的温室气体排放增量与土壤NO-3-N含量增量呈显著正相关(P0.05),CO2、CH4排放增量与生物量增量呈显著正相关(P0.05),但温室气体排放增量与土壤温湿度的增量均无显著相关性。此外,氮添加显著增加了湿地温室气体全球增温潜势(P0.05)。研究表明,短期氮添加通过影响土壤有效氮含量和生物量,促进了泥炭湿地土壤的温室气体排放。该研究结果为预测泥炭湿地区域氮沉降可能带来的温室效应和合理保护高寒湿地生态系统提供了重要科学依据。
叶面施氮对东北红豆杉幼苗生长及光合特性的影响
刘彤, 王琛, 徐璐, 周志强, 张玉红
2016, 38(8): 64-70. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160099
摘要:
为探究氮素在东北红豆杉幼苗培育中的作用,以6年生东北红豆杉幼苗为试验材料,采用叶面施氮法研究尿素、硝酸钠和硫酸铵3种氮素形态在3个氮浓度(0.5、1.0、1.5 g/L)下幼苗的生长、叶片氮含量、叶绿素含量以及光合特性的差异。结果表明,施氮处理幼苗的生长量较对照组幼苗(CK)均有不同程度的提高,其中1 g/L尿素处理幼苗的效果最好,枝生长量比CK提高了39.1%,达极显著水平(P0.01);叶片氮含量也都有所增加,1.5 g/L尿素处理幼苗的氮含量最高,比CK提高了20.0%(P0.01)。在叶绿素含量上,1 g/L尿素处理幼苗的总叶绿素和叶绿素a含量比CK提高了20.5%和27.1%(P0.01)。施氮后幼苗的净光合速率(Pn)、最大净光合速率(Pmax)、光饱合点(LSP)和表观量子效率(AQY)等光合指标也都好于CK(1.5 g/L硫酸铵除外),1 g/L尿素处理幼苗的Pmax比CK提高了62.0%(P0.01)。从整体上看,幼苗总叶绿素含量和Pmax呈现出随幼苗叶片氮含量增加而增加的趋势,1 g/L尿素处理效果最好,硫酸铵和硝酸钠之间没有表现出显著差异。
径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进
王红艳, 张志强, 查同刚, 朱聿申, 张建军, 朱金兆
2016, 38(8): 71-79. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150508
摘要:
径流曲线数(SCS-CN)是预测场降雨地表径流常用的水文模型之一,由于其基本假设合理、参数易于获得而被广泛应用。然而,由于流域径流的形成受广泛存在空间或时间异质性的地形、地貌、土壤、气象、植被以及土地利用等多种因素的影响,按照标准径流曲线数模型估算的场降雨径流与实测径流相差可能很大。因此,针对特定区域、特定流域对该模型进行相应的修正是提高其径流预测精度的有效途径。本文于晋西黄土区吉县蔡家川分别以农田草地、人工林和次生林为主的3个典型小流域为对象,将2004—2011年实测的场降雨径流数据分为模型参数率定期(2004—2009年)和验证期(2010—2011年),对比标准SCS-CN模型和修正的SCS-CN模型(包括降雨量修正,降雨量与降雨强度修正,降雨量、降雨强度和初损率优化修正)预测场降雨径流的可靠性。结果表明:1)标准SCS-CN预测小流域场降水径流时,精度极差,模型拟合效率系数(E)均小于0;2)采用降雨量修正CN值预测流域地表径流精度优于标准模型,但对于小径流事件而言,预测结果会偏大,对于大径流事件,预测结果会偏小;3)基于优化降雨强度修正因子β和初损率λ模型可以提高以农田草地和人工林为主2个小流域的径流预测精度。对于以次生林为主的流域而言,仅通过降雨量修正CN值即可提高模型的预测精度,E可达0.79。反映流域储水特征的初损率λ,人工林为主的流域最小,为0.069,农田草地为主的流域次之,为0.189,次生林为主的流域,为0.200,表明次生林流域具有较好的储水效果。
园艺学
紫斑牡丹表型性状与SSR分子标记的关联分析
吴静, 成仿云, 庞利铮, 钟原, 蔡长福
2016, 38(8): 80-87. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150377
摘要:
利用筛选出的11对多态性简单重复序列(SSR) 标记对99份紫斑牡丹材料进行多态性扫描,在分析其遗传多样性和群体结构的基础上,采用TASSEL2.1软件的一般线性模型(GLM)进行标记与32个观赏性状的关联分析。结果表明:11个多态性SSR标记共检测到94个等位变异,平均每个位点检测到等位变异8.5个;引物的多态性信息含量(PIC)变幅为0.146~0.850,平均值为0.593;遗传多样性变幅为0.152~0.862,平均为0.630。群体结构分析将供试材料划分为3个亚群;通过关联分析,发现5个标记位点与6个性状显著关联(P<0.01),各标记位点对表型变异的解释率为30.4%~55.8%,其中FJ024285和FJ024294标记与株高相关联,FE528073与顶小叶长、柱头颜色和房衣颜色相关联,FJ024287与柄叶比相关联,EU678295与色斑大小相关联。研究表明:所选紫斑牡丹种质资源群体的群体结构简单、遗传变异较为丰富,适用于紫斑牡丹目标性状的关联分析。关联分析能够有效地找到与紫斑牡丹表型性状紧密连锁的SSR标记,用于分子标记辅助育种。
基于高光谱成像技术的菊花花色表型和色素成分分析
伏静, 戴思兰
2016, 38(8): 88-98. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150483
摘要:
为无损、高效测定菊花花色表型和色素成分及含量,以菊花160个品种为研究材料,用紫外分光光度法测定舌状花的色素种类和含量;用高光谱成像技术对菊花不同品种头状花序上不同花轮位置上舌状花不同部位的高光谱反射值进行测定;对高光谱反射指数与舌状花色素含量实测值间的相关性进行分析。结果表明:1)菊花头状花序中轮的舌状花正面的中部或偏后部获得的高光谱测定数据稳定。2)菊花相同色系品种具有相似的高光谱特征曲线,不同色系品种高光谱特征曲线存在差异。3)高光谱反射指数RRed/RGreen、ARI、mARI、mCRI、TCARI与菊花舌状花色素含量之间有较好的相关性,并利用80个品种分别建立了色素成分及含量监测模型。4)利用另外80个菊花品种进行验证发现,以RRed/RGreen、ARI和mARI建立的花青素含量监测模型、mCRI建立的类胡萝卜素含量监测模型和TCARI建立的叶绿素含量监测模型精度较高,可以无损、快速地测定菊花舌状花色素成分和含量。本研究为观赏植物花色表型分析和色素成分及含量的测定提供了一种新的思路和方法。
林业工程
蒙古栎木材MOR与MOE的近红外光谱预测模型分析
张怡卓, 苏耀文, 李超, 门洪生
2016, 38(8): 99-105. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150505
摘要:
蒙古栎是重要的结构用材,对其抗弯强度(MOR)与抗弯弹性模量(MOE)进行快速准确的无损检测是具有工程应用价值的科学问题。为实现蒙古栎木材MOR与MOE的快速无损检测,以900~1 700 nm的便携式近红外光谱仪为检测手段,提出一阶导数与S-G卷积平滑处理相结合的数据预处理方法,采用木材径切面与弦切面2个切面近红外光谱的平均值作为建模数据,利用Isomap-PLS算法建立预测模型估计木材的MOR、MOE。试验采用135个300 mm20 mm20 mm的无疵小试样为样本,其中90个组成校正集,45个组成预测集。结果表明:一阶导数处理能够消除光谱背景平缓区域干扰,S-G卷积处理能滤除高频噪声;采用径切面与弦切面光谱的平均值,比采用单一切面建模效果好,校正相关系数大,校正标准误差小;Isomap-PLS模型优于PLS、iPLS、MWPLS、CSMWPLS、BiPLS、LLE-PLS模型,MOR预测相关系数为0.89,预测标准误差(SEP)为11.43,相对分析误差(RPD)为2.552.5;MOE预测相关系数为0.88,SEP为2.73,RPD为2.582.5。可见,所建近红外模型可以完成蒙古栎无疵木材快速有效的无损检测。
γ辐射检疫处理对青皮竹化学成分和力学性能的影响
邓立红, 陈琳琳, 张瑞峰, 赵丽霞, 何静, 余道坚
2016, 38(8): 106-110. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150500
摘要:
竹材的昆虫检疫处理对提高竹材及竹制品的品质十分重要。本文采用60Co-γ射线对青皮竹进行检疫处理,在考察了各辐射剂量的抑虫效果后,研究辐射剂量对青皮竹主要化学成分和力学性能的影响,分析青皮竹化学成分与力学性能之间的相关性。结果表明:辐射剂量越大,抑虫效果越好。在辐射剂量为50、60 Gy时,纤维素质量分数和结晶度均增加,半纤维素质量分数降低,木质素质量分数有小幅增加。当辐射剂量达到80 Gy时,纤维素质量分数和结晶度均下降明显,半纤维素质量分数增加明显,木质素质量分数继续增加。50 Gy剂量下,青皮竹的抗弯强度、抗弯弹性模量没有显著变化,抗剪强度、抗拉强度有少许增加;在60 Gy的剂量下,力学强度增加明显,其中抗弯强度增加10.7%,抗弯弹性模量增加5.3%,抗剪强度增加16.5%,抗拉强度基本不变;当辐射剂量增加到80 Gy时,材料的力学性能大幅下降,抗弯强度、抗弯弹性模量、抗剪强度、抗拉强度分别下降了46.5%、37.6%、19.5%、33.9%。化学成分与力学性能相关性分析表明:在本文的研究条件下,纤维素质量分数、结晶度与青皮竹的抗弯强度、抗弯弹性模量、抗剪强度、抗拉强度呈正相关,其中受影响最大的是抗剪强度;木质素、半纤维素质量分数与竹材力学强度呈负相关,半纤维素质量分数比木质素质量分数对这些力学强度影响更大。
研究方法
自然保护区森林资源连续清查改进方法
涂磊, 崔国发
2016, 38(8): 111-115. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160067
摘要:
森林资源连续清查是为掌握宏观森林资源现状和动态而开展的重要工作。为了使森林资源清查工作更贴近自然保护区的日常管理需求,本文结合我国自然保护区特点,对保护区内森林资源清查工作的调查因子、调查方法和记录表格等进行了优化,修订并增加了所有动植物名称、植物多度和生活力、动物活体、痕迹和巢穴数量等调查因子;改进了下木、植被和天然更新等的野外调查和统计方法,并优化了其野外调查记录表。并于2015年78月份对北京市6个自然保护区内的森林资源连续清查固定样地进行了调查测试,改进后生物多样性信息量明显增加,调查记录的灌木种类平均每块样地增加了150%,草本种类平均每块样地增加了700%。采用改进的调查方法所调查样地结果能够更好地体现自然保护区内生物多样性的现状,以期能为自然保护区的森林资源连续清查工作的完善提供借鉴和参考。