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2017年  39卷  第12期

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林学
黑龙江大兴安岭卫星热点预报森林火灾准确性研究
杨光, 宁吉彬, 舒立福, 何诚, 邸雪颖
2017, 39(12): 1-9. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170147
摘要:
卫星监测是现阶段我国主要森林火灾监测方法,其本质是测报地面的高温热源,利用粗分辨率的遥感数据进行林火监测时不能区分高温热源性质、精确定位火场,对于热点数据的地面核查反馈工作造成一定困难。提升热点数据处置的技术水平是森林防火研究的热点。本文基于2005—2015年黑龙江省大兴安岭林区卫星热点数据和同时期森林火灾历史资料,利用ARCGIS和统计分析,得出结论如下:1)卫星热点初判林火发生次数的准确率79.7%,不同卫星初判热源差异较大,NOAA-16、NOAA-18、NOAA-19和FY-1D的报准率均在80%左右,监测次数综合达到1 928次,占总数的2/3,是监测林火的主力卫星。2)卫星预报初判林火发生位置平均误差为5 787.9 m;不同卫星初判热源差异较大,NOAA-19和Terra预报热点的误差较小,但监测数量偏少;NOAA-15和NOAA-17的监测数量虽然较多,但其误差非常大,NOAA-15有7 064.7 m,NOAA-17达到万米以上。3)在卫星监测到的219次森林火灾和历史资料记录的165次火灾中,有147次森林火灾能够对应,卫星的多报、少报问题主要集中于呼玛县,在连续监测同一场森林火灾时,容易出现多报、少报的现象。建议在无法提高卫星性能的情况下,改进卫星图像的处理技术,完善卫星图像的判读标准,提高判读的准确性,同时完善地面核查反馈的方案,以增加核查效率,降低核查经济成本,同时基于不同卫星的性能差异,建议在进行林火监测时应以预报精确的风云系列极轨卫星为主,以性能稳定的NOAA系列卫星为辅。
基于分层的典型中亚热带天然阔叶林的种间关联性
马志波, 黄清麟, 庄崇洋, 郑群瑞, 王宏
2017, 39(12): 10-16. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170182
摘要:
亚热带天然常绿阔叶林群落的乔木层普遍具有自然成层特征,通过划分林层,研究了两个典型中亚热带天然阔叶林群落各层组成种间的种间联结,以揭示各层林木间的关系。结果表明:两个群落树种丰富,乔木层分别有65和53个树种;乔木层都可划分为受光层和非受光层两个亚层,受光层对群落起控制作用;两个群落的受光层所有树种都是总体负关联,导致了乔木层的总体负关联;无论是乔木层还是两个亚层,各层林木均可结成数量可观的成对组合,但大多数树种两两之间关系松散或相互独立,只有个别树种与其他树种有显著的正或负关联,表明调查群落主要受随机过程控制。在生物多样性保护实践中需要关注猴欢喜和新木姜子,因为在包含这两个种的显著关联的种对中,前者与其他树种的均为负关联,后者则以正关联为主。
青藏高原北部戈壁区植物多样性及其环境解释
龙婷, 王健铭, 李景文, 冯益民, 吴波, 卢琦
2017, 39(12): 17-24. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170395
摘要:
为了揭示青藏高原北部戈壁区植物多样性与环境因子的关系,用38个青藏高原北部戈壁区的群落样方调查数据和环境数据,通过单因素方差分析、CCA分析和方差分解等方法研究了青藏高原北部戈壁区植物多样性及其与环境因子的关系。结果表明:1)共记录植物12科29属36种,以藜科、柽柳科、禾本科和菊科植物为主,红砂分布频率最大,该地区植物生活型主要为灌木和草本;2)该区域不同优势群落外貌特征不同,在植株密度上存在极显著差异(P < 0.01),在植被盖度上存在显著差异(P < 0.05),但各群落的物种丰富度和香农指数无明显差异;3)经过CCA分析,年平均降水量显著影响该区域植物物种分布;4)该地区群落结构主要受土壤因子、气候因子、生物因子共同影响,三者的解释率达到51.68%,其中土壤因子的单独解释率最高,达到25.36%,剩余48.91%未解释部分说明还有其他因素影响着该区域植物群落结构。总而言之,青藏高原北部戈壁区植物多样性水平低,群落结构简单,其植物多样性主要受土壤条件的影响。
基于机载LiDAR数据的林下地形提取算法比较与组合分析
汪垚, 张志玉, 倪文俭, 刘见礼, 张大凤
2017, 39(12): 25-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170300
摘要:
激光雷达(LiDAR)克服了传统测量技术的缺点, 成为了获取DEM的新型手段。针对不同地形林区,选择合理的点云滤波算法,是提取林下地形的关键步骤。本研究在黑龙江省凉水自然保护区内选择了3块具有代表性的区域,分别为平缓山地林区、陡峭山地林区和复杂地区。以1:10 000地形图矢量化生成的高精度DEM为参考,评价了迭代线性最小二乘法、基于坡度法、不规则三角网法(TIN)点云滤波算法在3种地形的适应性。结果表明:不同算法有不同的适应区域。3种方法在平缓山地林区都具有良好的效果,决定系数(R2)均达到了0.98,均方根误差(RMSE)均低于0.21 m。迭代线性最小二乘法在复杂地区滤波效果最好,R2为0.94,RMSE为0.21 m;不规则三角网法在陡峭山地林区效果最好,R2为0.99,RMSE为1.43 m。但是,单一的方法在复杂区域情况下、陡峭山地林区,有明显的分类误差,会将植被分为地面点。为提高林下地形提取精度,本文提出不同滤波方法的组合双重滤波,结果表明,迭代线性最小二乘法和不规则三角网方法组合可以在减少参数调整情况下得到良好滤波效果,对复杂地区、陡峭山地林区滤波效果大大改善。
基于随机森林的杉木适生性预测研究
高若楠, 苏喜友, 谢阳生, 雷相东, 陆元昌
2017, 39(12): 36-43. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170260
摘要:
以中国林业科学研究院热带林业实验中心杉木树种为研究对象,从森林资源二类调查数据中提取优势树种为杉木的小班,将样本数据按7:3的比例分为训练样本和测试样本。以海拔、地貌类型、坡度、坡向、坡位、土壤种类、成土母岩、土壤厚度、腐殖质层厚度为输入变量,以杉木生长适宜性为输出变量,运用随机森林算法建立杉木适生性预测模型,对不同立地条件下的造林地进行杉木适生性预测。同时,利用随机森林模型的变量重要性评估功能,分析了各立地因子对杉木生长的影响权重。结果表明:基于随机森林的杉木适生性预测模型的训练精度为84.3%,泛化精度达到89.5%,具有较高的预测准确率;研究区域内对杉木生长影响较大的立地因子依次为坡度、坡向、腐殖质层厚、海拔,影响因素较小的是土壤种类、土层厚度;就单因素的影响而言,海拔≥350 m的低山和中山地区,坡度在25°~34°之间比较适宜杉木生长。基于随机森林的杉木适生性预测模型可处理复杂的非线性关系,可将模型应用到无林地的造林决策,实现有林地与无林地对杉木适生性判断的有机统一,也可推广到其他树种,为适地适树提供依据。
长武塬边坡不同植被下土壤团聚体及入渗特征
丁康, 徐学远, 陈文媛, ShahmirAli Kalhoro
2017, 39(12): 44-51. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170219
摘要:
黄土塬塬坡的水土流失一直是一个重要热点问题而得到广泛关注。本文以长武塬边坡的刺槐、侧柏和草地3种植被类型为研究对象,于2016年5月测定了3类样地0~30 cm土壤的水稳性团聚体组成、有机碳含量(SOC)及土壤稳定入渗率(SIR)等土壤物理性质,探讨不同植被类型下土壤团聚体和入渗特征的差异性。结果表明:刺槐林地表层0~30 cm土壤水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)、分形维数(D)、SOC及SIR的测定结果为:2.63 mm、2.60、5.62 g/kg和10.40 mm/min;侧柏林地分别为3.67 mm、2.60、4.87 g/kg和5.41 mm/min;草地分别为2.44 mm、2.58、6.07 g/kg和12.45 mm/min。结果表明:草地和刺槐林地的土壤结构性状相对优良,SOC高且入渗能力强,有利于长武塬边坡地区的水土保持,侧柏林地虽具有一定的大团聚体塑造能力,但其土壤SOC和入渗能力相对较低,不利于降水的就地入渗。因此,建议适度种植常绿性(侧柏)树种,合理配置该地区退耕还林还草植被类型。
小兴安岭地区典型红松林下不同形态土壤氮的动态变化
高雷, 崔晓阳, 郭亚芬, 徐嘉晖
2017, 39(12): 52-60. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170241
摘要:
以小兴安岭地区典型人工红松林和原始阔叶红松林为研究对象,于2016年对红松林下的土壤进行了连续5个月的分层次采样,测量了0~5 cm、5~15 cm和15~30 cm 3个层次土壤中的游离氨基酸态氮、硝态氮、铵态氮和可溶性有机氮的含量,以及0~5 cm层土壤中的含水量、pH、有机碳、全氮、微生物碳和微生物氮等因素的水平。通过对不同形态氮动态变化规律进行探讨,并整合土壤中所测量的生物化学因子,以揭示小兴安岭地区典型林型下不同形态氮库的大小及有效氮循环的季节性变化规律,并通过主成分分析探讨季节性变化规律潜在的驱动因素。结果表明,在小兴安岭地区的典型人工红松林和原始阔叶红松林下,氨基酸的组成是相似的,天冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸和亮氨酸的含量较高,但不同月份中的优势氨基酸略有不同。3种有效氮库中,氨基酸态氮库同样是土壤可溶性氮库中的重要组成部分,铵态氮库>硝态氮库>游离氨基酸态氮库。在0~30 cm范围内,不同形态氮的含量随着土层的加深而下降,且这种规律不随时间的变化而波动。在温度和水文因子大环境的驱动下,冻融交替、微生物因子、pH以及复杂的生物化学过程随着时间在改变,从而导致土壤有效氮的动态变化;但由于土壤中潜在的物理、生物和化学因子的多变性及其综合作用的结果,导致有效氮动态变化趋势的差异性。
北京山区侧柏林生长旺季蒸散组分δ18O日变化及其定量区分
刘璐, 贾国栋, 余新晓, 张永娥
2017, 39(12): 61-70. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170172
摘要:
侧柏是北京山区分布范围较广的典型针叶树种,研究侧柏林生长旺季蒸散过程及蒸散组分变化特征对了解该区陆地生态系统水汽交换、植被耗水需求具有重要意义。本研究利用稳定同位素技术于生长旺季(2016年8月)对侧柏林大气水汽δ18O进行原位连续观测,同时选取4个典型晴天采集枝条和土壤样品并测定样品水中的δ18O。结果表明:日尺度上,利用Craig-Gordon模型计算的土壤蒸发水汽氧同位素组成(δE)在4个测定日中均先增大后减小,δE>介于-5.968%~-2.689%,最大峰值出现在12:00—14:00,而近地面大气相对湿度(h)先减小后增大,二者关系为δE=-0.03h2+4.85h-209.5(R2=0.55,n=32),表明h>75%时,环境相对湿度越大,同位素分馏效应越明显;基于稳态假设估算的植物蒸腾水汽氧同位素组成(δT)和Keeling曲线拟合的侧柏林蒸散水汽氧同位素组成(δET)分别介于-1.210%~-0.951%、-1.599%~-1.004%,日变化趋势复杂,日间变化差异大,但同一观测日内δTδET变化趋势基本一致,表明植物蒸腾非稳态可能对δT的估算产生偏离,δET变化主要受δT影响;4个测定日中蒸腾量占总蒸散量的比例(FT)介于90.14%~92.63%,说明研究区侧柏林生态系统生长旺季蒸散发绝大部分来自植物蒸腾。研究结果确定了基于日尺度的生长旺季植被蒸腾对蒸散的贡献率,为研究陆地生态系统水汽交换机制提供了有益参考,为区域森林生态建设和管理提供了科学依据。
不同世代樟子松育种资源遗传评价
苗禹博, 朱晓梅, 李志娟, 贾凤岭, 李伟
2017, 39(12): 71-78. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170194
摘要:
当前樟子松遗传改良正处于升级换代的关键时期,但是不同地区育种资源调拨与交换频繁,导致了育种资源信息模糊、亲缘关系混乱,增加了樟子松遗传改良工作中近交衰退的风险,因此开展育种资源评价研究是樟子松优良单株利用的重要基础。本文以樟子松1、1.5、2代种子园224个无性系为研究对象,开展了基于SSR的遗传多样性和单株亲缘关系分析以及遗传差异分析。结果表明:按育种资源的来源分析,良种基地、头道桥、榆林1.5和泰来4个群体的遗传多样性水平较高,宝根园和榆林群体相对较低;按育种资源的世代分析,不同世代樟子松育种资源维持着较高的遗传多样性水平,高世代种子园的遗传多样性水平有所下降,2、1.5代种子园的期望杂合度He较1代种子园分别下降4.13%、1.31%。2代种子园群体的近交系数F值(0.173)较高,纯合子较多,显著偏离了哈迪-温伯格平衡。同种源、不同生境的樟子松育种资源没有发生明显的变异,主要的遗传变异存在于个体之间(96%);随着种子园世代的提高,无性系之间的亲缘关系聚类现象逐渐明显,2代种子园内存在两组完全一致的无性系(CH3、CH10组和TL1417、TL1411组)。研究结果完善了樟子松育种资源评价体系,确定了不同世代育种资源的亲缘关系,为樟子松高级遗传改良工作提供了材料和信息基础。
黄土高原植物根系增强土体抗剪强度的模型与试验研究
瞿文斌, 及金楠, 陈丽华, 胡雨村
2017, 39(12): 79-87. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170234
摘要:
为研究黄土高原植物根系固土力学机制,通过Wu & Waldron(WWM)模型和Fiber Bundle(FBM)模型, 确定了黄土高原地区主要造林树种油松、刺槐、荆条和丁香4种植物根系对土体抗剪强度的增强作用,并用原位直剪试验对其进行了验证。应用ABAQUS有限元软件构建造林边坡稳定性分析模型,通过数值模拟的方法从边坡尺度上量化4种不同植物根系固土作用。结果表明:通过原位直剪试验的验证,发现评价植物根系对土体抗剪强度增强作用的WWM、FBM模型均存在一定的误差,因而建议进一步完善该理论模型。同时,基于原位直剪试验测定的根系对土体抗剪强度的增强作用,进行边坡稳定性分析,发现4种植物造林边坡稳定性均高于裸坡,边坡安全系数平均提高4.38%,最大等效塑性应变平均减小50.08%,最大水平位移平均减小40.83%,最大竖向位移平均减小14.84%;4种植物措施中,荆条造林措施对浅表层土体的固土效果最佳。研究结论为评价造林边坡的稳定性,揭示根系固土的力学机理提供理论基础和科学依据。
北京植物区系资料增补
沐先运, 林秦文, 刘冰, 董文光, 李凤华, 张德怀, 张志翔
2017, 39(12): 88-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170357
摘要:
本文报道了北京地区植物区系新记录物种8种,分别为束伞亚菊、鼬瓣花、羽叶长柄山蚂蝗、铁木、白萼委陵菜、林生茜草、林繁缕和兴安繁缕。铁木材质优良,种群数量少,建议提升保护等级。同时对刚刚在北京地区发现的兰科新种北京无喙兰形态特征给予中文描述,提高公众对该濒危物种的认识。本文还对《北京植物志》记载的杓兰和狗枣猕猴桃进行文献、标本考证与野外调查,确认其分别为山西杓兰和葛枣猕猴桃。本研究为北京市珍稀濒危植物资源调查和保护提供了重要信息。
园艺学
紫叶紫薇呈色生理及光合特性研究
冯露, 吴际洋, 鞠易倩, 叶远俊, 程堂仁, 王佳, 潘会堂, 张启翔
2017, 39(12): 93-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170238
摘要:
紫叶紫薇品种‘Ebony Embers’叶片呈现紫红色,是优良的观叶植物。为了对比紫叶和绿叶紫薇品种的叶色呈现机理和光合特性,以‘Ebony Embers’和绿叶品种‘Arapaho’为试验材料,测定叶片色素含量及分布、可溶性糖含量和光合生理指标。结果表明:1)‘Ebony Embers’叶片中叶绿素、类胡萝卜素及花青苷含量显著高于‘Arapaho’,且花青苷含量的变化与叶片红色程度变化一致,为紫叶呈色的关键色素,主要分布在叶片栅栏组织和海绵组织靠近表皮的部分;2)‘Ebony Embers’叶片可溶性糖显著高于‘Arapaho’,并且在紫叶中可溶性糖含量与花青苷含量呈显著正相关;3)‘Ebony Embers’叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率日变化均为单峰曲线,而‘Arapaho’均为双峰曲线,‘Ebony Embers’的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率始终低于‘Arapaho’,表明‘Ebony Embers’的光合能力低于‘Arapaho’,但其净光合速率的下降与叶绿素含量差异无关。‘Arapaho’光饱和点显著高于‘Ebony Embers’,说明‘Ebony Embers’耐强光的能力较弱;4)2个品种的Fv/Fm值之间没有显著差异,‘Ebony Embers’的叶绿素荧光参数ΦPSII和ETR均显著低于‘Arapaho’,而NPQ和qN则显著高于‘Arapaho’,表明绿叶紫薇PSⅡ电子传递活性较高,而紫叶紫薇的热耗散效率高于绿叶紫薇,拥有更高的光保护能力。研究结果为培育紫薇优良彩叶品种及在园林中的应用提供了科学依据。
林业工程
糠醛渣木质素接枝聚丙烯酸水凝胶对Pb2+、Cu2+、Cd2+吸附性能研究
孙亚杰, 赵天琪, 张春雷, 付玉杰, 李淑君, 马艳丽
2017, 39(12): 102-111. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170309
摘要:
以糠醛渣木质素和丙烯酸为原料,制备了可有效去除水中Pb2+、Cu2+和Cd2+离子的糠醛渣木质素-g-聚丙烯酸水凝胶(FRL-g-PAA水凝胶);研究了pH值、温度和离子强度对FRL-g-PAA水凝胶吸附Pb2+、Cu2+、Cd2+性能的影响;分析了FRL-g-PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附动力学、吸附等温线及吸附热力学的相关数据;采用XPS谱图进一步分析了FRL-g-PAA水凝胶对重金属离子的吸附机制。结果表明:在PAA水凝胶结构中引入糠醛渣木质素提高了水凝胶对重金属离子的平衡吸附容量,吸附体系pH值为5,降低温度有利于FRL-g-PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+、Cd2+重金属离子的快速、高效吸附;在K+的干扰下,FRL-g-PAA水凝胶对重金属离子的平衡吸附量顺序是Pb2+>Cu2+>Cd2+;FRL-g-PAA水凝胶和PAA水凝胶吸附Pb2+、Cu2+、Cd2+均遵循准二级动力学方程和弗兰德里希模型的自发放热反应;XPS谱图证明了FRL-g-PAA水凝胶的羟基和羧基与重金属离子之间存在络合作用,FRL-g-PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+、Cd2+吸附过程兼具物理吸附和化学吸附的特点。
木质基g-C3N4/TiO2复合涂层的制备及光催化性能表征
董悦, 袁炳楠, 姬晓迪, 郭明辉
2017, 39(12): 112-117. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170266
摘要:
为改善木材易污染,易霉变的缺点,采用真空浸渍和液相沉淀法,将g-C3N4/TiO2复合涂层负载于木材表面,对木材进行功能化改良,赋予木材光催化自清洁功能。使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、傅里叶红外光谱表征样品的表观形貌、相结构等。以罗丹明B为目标污染物,利用UV-VIS分光光度计测量降解效率,检测负载g-C3N4/TiO2复合涂层的木质基材光催化性能。结果表明: g-C3N4/TiO2复合涂层成功负载于木材表面,g-C3N4与TiO2相互掺杂有效地提高了两者的光催化活性,负载g-C3N4/TiO2复合涂层的木质基材具有一定的光催化功能。
综合述评
森林燃烧主要排放物研究进展
刘晓东, 王博
2017, 39(12): 118-124. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170307
摘要:
林火是森林生态系统重要的干扰因子,森林燃烧时产生大量排放物,严重影响生态环境,危害人体健康。开展森林燃烧主要排放物及其影响因素研究,对科学制定林火管理措施具有重要意义。本文基于国内外森林燃烧主要排放物方面的研究文献,针对4种森林燃烧主要排放物(含碳气体、含氮气体、PM2.5和气溶胶等)的研究内容、排放影响因素、排放量估算参数(火灾面积、可燃物载量、可燃物含碳率、燃烧效率、排放比和排放因子等)等方面进行综述。旨在介绍该领域的研究现状,存在的问题及发展趋势,以期为我国开展森林火灾排放物的定量研究提供参考。