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2017年  39卷  第8期

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特邀稿
小流域综合治理的国内外进展综述与思考
齐实, 李月
2017, 39(8): 1-8. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160418
摘要:
小流域综合治理是一项复杂而艰巨的任务,需综合考虑经济、社会、生态、环境等诸多因素。结合我国目前的小流域治理思路、综合规划及治理要求,本文梳理了国内外小流域综合治理的发展过程,阐述了部分发达国家(美国、欧洲、日本)和发展中国家(印度、尼泊尔、非洲)小流域治理的思路、技术及模式等,分析了小流域综合治理的特点以及主要经验、存在和需要进一步解决的问题,提出了在新时期我国小流域综合治理的一些思考和展望:在当前的小流域综合治理中应注重与经济、政治、文化、社会建设的紧密结合;针对不同区域的生态经济特征,治理需遵循因地制宜、适度治理的原则;应适应社会经济的发展,不断调整综合治理的对象、内容和措施。
林学
裂叶桦和欧洲白桦叶片形态特征及相关基因表达特性比较
渠畅, 边秀艳, 姜静, 陈肃, 刘桂丰
2017, 39(8): 9-16. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160200
摘要:
为了探寻欧洲白桦变种裂叶桦的叶缘分裂机制。以2种桦树为研究对象,在叶片形态特征和解剖特征观测的基础上,进行了顶芽及叶片叶尖、裂片及凹缺等不同组织部位相关基因表达定量分析、内源激素IAA含量测定以及IAA活体标记的GUS染色分析。结果表明,裂叶桦叶片两侧叶缘自叶基到叶尖分裂出由大到小3~4个裂片,叶背面的叶脉呈明显的管状隆起,叶宽、平均二级脉间距、主脉横切面积等分别较欧洲白桦大了21.12%、12.64%、21.46%。BpmiR164s及靶基因的组织表达特性分析结果证明,BpmiR164-2及靶基因BpCUC2与裂片的形成关系密切,是裂叶性状产生的主要调控基因。生长素输出载体BpPINs基因的组织表达特性分析结果证明,6个基因中只有BpPIN2和BpPIN5在裂叶桦的叶尖、裂片及顶芽等组织器官中呈现上调表达。内源激素IAA的活体标记发现,在顶芽、幼叶中IAA的含量较高,而在叶片中,叶尖、叶齿及裂片处是激素的高表达部位,利用液相色谱—质谱联用仪(LC-MS)对2种桦树的上述不同组织部位的生长素测定也证明了激素的上述分布特点。综合上述,裂叶桦裂片产生是激素在叶脉、叶缘的极性运输及相关基因调控的结果。
利用无人机高分辨率影像进行树木高度提取
杨坤, 赵艳玲, 张建勇, 陈超, 赵鹏鹏
2017, 39(8): 17-23. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160428
摘要:
无人机遥感技术在树木参数获取中具有重要作用。为探讨利用无人机高分辨率影像提取树高的可行性,本文选择邱集煤矿矿区森林公园为研究区,采用Pix4D软件对无人机采集的高分辨率影像进行处理,生成研究区正射影像和三维点云;利用最大类间方差法将三维点云分割为树木点云及树下地面点云两部分,由此提取树木顶端高度和地面平均高度,并将地面平均高度视为树木根部的高度,得到树木高度。研究表明:最大类间方差法能够准确分割树木点云和地面点云;利用无人机高分辨率影像进行树高提取是可行的,树木高度测量绝对误差小于80cm、相对误差绝对值最大为16.2%、标准误差为36.3cm;同时,树冠的形状会对树高测量造成影响,阔卵形树冠的法国梧桐和圆锥形树冠的圆柏高度标准误差分别为29.2和50.9cm,两者树高测量值与真实值决定系数分别为0.9920和0.8894,阔卵形树冠的法国梧桐测高精度明显高于圆锥形树冠的圆柏测高精度。
基于森林空间收获问题的模拟退火算法邻域搜索技术比较
董灵波, 孙云霞, 刘兆刚
2017, 39(8): 24-32. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170095
摘要:
邻域搜索是当前提高启发式算法求解效率的核心技术之一,然而近期关于该搜索策略的性能却产生了较大争议。模拟退火算法作为一种典型的启发式算法,已广泛应用于一系列的林业规划问题。为此,本研究以模拟退火算法为例,系统评估2种不同邻域搜索技术在森林空间收获安排问题中的应用效果。规划模型以50年规划周期(10个规划分期)内的最大化木材收获为目标函数,以蓄积均衡收获、蓄积期末存量、单位限制模型和绿量限制等为主要约束条件。测试方法以模拟退火算法为原型,以每次优化过程中随机选择的小班数量为标准,共包括1-邻域和2-邻域2种不同的搜索技术。模拟规划数据由3个假设的栅格数据集组成,其共产生了3293个(林分Ⅰ)、29536个(林分Ⅱ)和81625个(林分Ⅲ)0-1型决策变量。研究结果表明:模拟退火算法2-邻域搜索技术能够提高各规划问题的最大目标函数值;但当规划问题的决策变量数(或小班数量)较大时(即林分数量≥3600),单纯增加邻域范围并不能提高规划问题的平均目标函数值。因此,鉴于模拟退火算法的优化结果对规划问题具有较高的敏感性,因此森林经营决策人员应慎重选择模拟退火算法邻域搜索作为相关规划问题的优化求解技术。
基于MaxEnt模型的紫椿适生区预测
张春华, 和菊, 孙永玉, 李昆
2017, 39(8): 33-41. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170002
摘要:
气候变化通过改变物种的生境进而影响生物多样性。紫椿是一种具有高生态、经济、药用价值的用材树种,在我国与其他香椿属物种一起被称为“中国桃花心木”。了解该物种对生境要求、评价其生境质量、预测其适生区分布有助于紫椿的保护、引种及其人工林的发展。MaxEnt模型的优点在于能利用现存不完整、小样本、离散型分布数据构建物种适生区预测模型,且用受试者工作曲线下面积(AUC)检验预测模型的精度,面积越大精度越高。研究应用紫椿在云南分布数据及MaxEnt软件构建其适生区分布模型,结果表明:适生区分布模型平均训练AUC和平均测试AUC分别为0.959和0.818,说明对紫椿适生区的预测是可靠的;温度季节性变化的标准差、最冷月最低温(℃)、最干季度平均温度(℃)、最冷季度降水量(mm)、年均温变化范围是决定紫椿适生区分布的重要因素。对当代和未来(21世纪50年代,21世纪70年代)气候变暖条件下(RCP2.6情景)的紫椿在云南省和全国适生区面积进行了计算,结果直观、定量反映了气候变化下紫椿适生区的变迁,预测云南省及全国的紫椿适生区随全球变暖而萎缩。
氮添加对典型阔叶红松林净初级生产力的影响
毛宏蕊, 金光泽
2017, 39(8): 42-49. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160193
摘要:
大气氮(N)浓度日益升高,N沉降对森林生态系统生产力的影响成为当前研究的热点。本研究在典型阔叶红松林内,使用尿素(CO(NH2)2)作为N源,通过向森林地表施N肥的方式对森林生态系统进行为期6年的N添加试验,探究N对森林生态系统各组分碳(C)密度及净初级生产力(NPP)的影响。施N水平分别为N0(0kg/(hm2·a))、N1(30kg/(hm2·a))、N2(60kg/(hm2·a))和N3(120kg/(hm2·a))。结果表明:N添加对森林生态系统植被C库、碎屑C库及土壤C库C密度均无显著影响(P>0.05);对整个森林生态系统的NPP无显著影响,然而对针叶NPP表现出显著抑制作用(P < 0.05),对阔叶NPP表现出显著促进作用。土壤全N含量不受施N影响,但与土壤有机C浓度呈现极显著(P < 0.01)的正相关关系,表明土壤全N含量是土壤有机C的重要影响因素。
氮添加对3个油松种源幼苗生物量及其分配的影响
宋沼鹏, 梁冬, 侯继华
2017, 39(8): 50-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160243
摘要:
为了解氮沉降对我国特有种油松3个种源幼苗的生长及其生物量分配的影响,本研究以北京(BJ)、山西(SX)、内蒙古(NMG)3个不同种源的油松幼苗为研究材料,设计5个人工氮添加水平:对照(N0, 0kg/(hm2·a),以N计,下同),低氮水平(N1, 15kg/(hm2·a)),中氮水平(N2, 25kg/(hm2·a)),高氮水平(N3, 50kg/(hm2·a))以及过饱和氮水平(N4, 150kg/(hm2·a))。测定不同氮添加水平下3个种源油松幼苗的基径、株高、月生长量、生物量及各部分生物量分配比例的差异,探讨不同种源油松幼苗对氮沉降的响应机制。结果表明:1)氮添加对BJ种源油松幼苗的平均株高有显著影响(P < 0.05), 但是对其平均基径没有显著影响;氮添加使SX和NMG种源油松幼苗株高和基径均产生了影响,但这些影响均不显著。2)氮添加使得BJ种源油松幼苗的株高月生长量增加,而基径月生长量有所降低,但变化均不显著;NMG种源油松幼苗的基径月生长量在N4水平下均显著降低(P < 0.05)。3)在N1的氮水平下,BJ种源油松幼苗的全株生物量、地上部分生物量和茎生物量均表现为显著增加(P < 0.05);氮添加使SX种源油松幼苗叶生物量在不同氮添加下发生了显著降低;而氮添加对NMG种源油松幼苗生物量的变化影响不显著。4) SX种源油松幼苗的叶质量比在N3条件下发生了显著增加(P < 0.05);随着氮添加浓度的升高,NMG种源油松的根质量比在N2、N3、N4水平下均表现为显著降低,茎质量比在N1、N2、N3水平下显著增加。5)分析油松幼苗的变异来源发现,基径与氮添加处理和种源这2个因素的交互作用存在密切关联,对基径、株高的极显著性差异均来源于种源的不同,对基径月生长量、叶质量比以及根叶比的显著性差异亦均由于种源的不同。同时,在处理和种源的交互作用下,油松幼苗的基径及其月生长量、茎叶比和根叶比没有显著的相关性。综上得出,持续的氮添加已经影响了油松种群的内部稳定性。
崖柏群落优势种生态位及CCA排序分析
王鑫, 刘钦, 黄琴, 张华雨, 李宗峰, 张世强, 邓洪平
2017, 39(8): 60-67. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160172
摘要:
应用Levins、MacArthur-Levins和Pearson指数法对大巴山崖柏群落中重要值排名前20位的优势乔灌木树种进行生态位宽度、生态位重叠及CCA排序研究。结果:1)崖柏为群落乔木层中优势种,其重要值最大(0.225 1),生态位最宽(6.704 2),且对其他树种的生态位重叠度较大(Oij>0.123 7),表明乔木层中的崖柏具有较强的环境适应能力、资源利用能力和竞争优势。2)崖柏在灌木层中生存状况堪忧,其重要值(0.170 1)虽排在第1位,但其生态位宽度(1.853 0)仅排在第19位,且对其他树种的生态位重叠度较小(Oij < 0.482 3),其他树种对崖柏的生态位重叠度较大,说明处于灌木层的崖柏对资源利用的竞争能力较弱。3)对乔木层优势种CCA排序可知,崖柏、小叶青冈等生态位较宽的物种多分布在排序图的中心位置,华山松、野核桃等生态位较窄的物种多位于排序图的外围。结合生态位重叠可以看出,崖柏—多脉青冈、崖柏—川柯、崖柏—四川杜鹃等生态位重叠度大的物种,在排序图中一般都相邻或相近。参与排序的9个环境因子,坡度、pH及土壤含水量对崖柏的生存有较大影响。4)生境特化、人为破坏是导致崖柏分布区狭窄、斑块化、种群更新困难和濒危的重要原因。
风场及光伏电场配置对阵列风沙结构影响的模拟分析
陈曦, 高永, 娜仁格日勒, 翟波, 王余彦, 史万林
2017, 39(8): 68-76. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170137
摘要:
以对比分析不同风场及电站配置模式下光伏阵列对风沙输移的影响差异为研究目的,通过风洞模拟实验对不同风速、风向、电站阵列行距及是否布设麦草沙障时阵列在0~50 cm内的输沙情况进行分析,并对风沙流结构进行了探讨。结果表明:1)在0~50 cm高度范围内,阵列模型的输沙率与风速大小呈正比,与集沙高度呈反比,3个试验风速下输沙率均以多项式拟合关系最佳;2)当风向为南风时阵列输沙率及其风沙流结构特征值(λ)最高,南风(180°)、东北风(45°)、西北风(315°)的输沙最佳拟合函数分别为多项式函数、对数函数和指数函数;3)当阵列行距为20 cm时(以野外电场为原型等比例缩小值)阵列输沙率最高;4)当阵列前端布设麦草沙障后阵列风沙流结构特征值(λ)为1.75,即此时风沙流呈不饱和状态,具有挟沙能力。
降雨和坡面流共同作用下的坡面薄层流水动力学特性
蒋利斌, 张会兰, 杨坪坪, 刘文剑
2017, 39(8): 77-86. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170126
摘要:
为研究降雨和坡面流共同作用下的坡面薄层流水动力学特性,在重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站开展陡坡定床冲刷及人工模拟降雨试验,实测5种流量(0.486×10-3~1.736×10-3 m3/(s·m))和3个典型降雨强度及无降雨条件下(0、30、60、100 mm/h),受4种不同粗糙度影响(0.009、0.180、0.250、0.425 mm)下的坡面流的水深和流速,计算并研究不同工况下的平均流速、流速修正系数、流态指数、流态及坡面流阻力等水动力参数特征,结果表明:1)水流的平均流速随着单宽流量的增大呈幂函数增加,随粗糙度的增加而减小,无降雨时的流速修正系数为0.04~0.37,降雨时为0.42~0.98,降雨对坡面流起到扰动作用。2)流态指数范围为0.291~0.538,无降雨时,流态指数随着粗糙度的增加而明显减小,其减小程度分别为21%、28%和39%;中小雨强时,流态指数无明显规律,雨强为30 mm/h时,变化程度分别为18%、-29%和12%,雨强为60 mm/h时,变化程度分别为12%、-17%和-16%;大雨强时,流态指数呈现出较为明显下降的趋势,其变化程度分别为-6%、1%和-11%。3)水流雷诺数为500~2 000,所有实验工况下水流流型均属于层紊流过渡区;水流流态整体趋于急流状态;无雨时,粗糙度与流态关系明显,其值越小水流越趋近急流,而降雨时,由于降雨的扰动作用二者不再具有相关关系。4)坡面流达西阻力系数与粗糙度呈正相关关系,与单宽流量呈负相关关系,考虑雨强影响的坡面流阻力计算公式与剔除雨强的公式相比,相关系数下降0.01%,降雨对阻力系数无显著影响。
园艺学
气候变暖情景下上海园林树木抗病虫能力评价
杨淑平, 张德顺, 李跃忠, 鞠瑞亭, 刘鸣
2017, 39(8): 87-97. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160346
摘要:
全球气候变暖对全球生态系统的结构与功能已造成严重影响,在城市生态系统中,开展气候变暖背景下的园林树种抗病虫害能力评价是合理有效选择园林树种的依据之一。本文按照抗性筛选、抗性评估、抗性管理3个层次,构建了上海园林树木抗病虫害能力评价体系,并在根据寄主梳理病虫害名录的基础上,对上海常见的32种园林树木在气候变暖情景下的抗病虫能力进行了评估。本评价体系包括抗病害和抗虫害两大方面的内容,其中,抗病害能力分为抗非致死类叶部病害、枝部病害、根部病害、致死类病害4个层次;抗虫害能力分为抗蛀干性害虫、食叶性害虫、刺吸性害虫、地下害虫4个层次。评价结果表明:在气候变暖情景下,上海园林树木对病虫害的高感树种有6种(合欢、加拿利海枣、二球悬铃木、香樟,杜鹃、日本晚樱)、易感树种6种(苏铁、重阳木、垂柳、冬青卫矛、桂花、海桐)、低抗树种8种(女贞、水杉、枫杨、栾树、三角枫、垂丝海棠、木槿、构骨)、中抗树种10种(苦楝、银杏、广玉兰、雪松、杜英、蚊母、紫叶小檗、蜡梅、八角金盘、石楠)、高抗树种2种(白玉兰、山茶)。本文构建的抗病虫害评估体系为园林树木在气候变暖情景下对病虫害的抗性能力检测提供了有效的评估方法,从过去仅针对单一或少数病虫的个案研究,转变为针对多个树种病虫害抵抗能力的整体性研究。对响应气候变暖情景下园林树木病虫害的发生、发展状态以及选择合理的绿化树种和制定城市园林养护的可持续管理方案具有一定的参考价值。
林业工程
红松松针精油抗氧化和抑菌活性研究
樊梓鸾, 张艳东, 张华, 王振宇, 包怡红
2017, 39(8): 98-103. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160265
摘要:
本文以红松松针精油为研究对象,主要研究了红松松针精油的抗氧化和抑菌活性。通过对DPPH自由基、ABTS自由基、超氧阴离子(O2)自由基的清除活性以及总还原力探讨红松松针精油的抗氧化活性;以大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和金黄色葡萄球菌为供试菌种,测定抑菌圈和最低抑菌浓度来研究红松松针精油的抑菌活性。实验结果显示:该精油对DPPH自由基、ABTS自由基、超氧阴离子(O2)自由基的半数清除率IC50值分别为4.24、4.46、3.26 mg/mL;精油对大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈分别为(15.2±0.12) mm、(13.3±0.15) mm、(9.5±0.21)mm,最低抑菌质量浓度分别为1.26、2.50、5.00 μL/mL。实验结果证明,红松松针精油作为天然抗氧化、抑菌剂具有巨大的开发潜质。
响应曲面法优化白木香叶总黄酮提取工艺及其纯化
郑丹, 李晓敏, 何静, 雷建都
2017, 39(8): 104-110. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160343
摘要:
以白木香叶为原料,利用乙醇水溶液浸提法,用芦丁为对照品,硝酸铝作显色剂,测定提取液在510 nm波长处的吸光度,来检测白木香叶总黄酮的提取率。单因素实验考察了乙醇体积分数、提取温度、液料比和提取时间4个因素对白木香叶总黄酮提取得率的影响,在此基础上,通过响应曲面法优化得到白木香叶总黄酮提取的最佳工艺条件。利用大孔吸附树脂对白木香叶总黄酮进行分离纯化,以饱和吸附量、吸附率和解吸率作为评价指标,比较了D101、AB-8和S-8 3种极性不同的大孔吸附树脂对白木香叶总黄酮的分离纯化效果,得到了分离纯化效果最佳的树脂,并研究了其吸附时间与吸附率的关系。结果表明:1)白木香叶总黄酮最佳提取条件为80%的乙醇、提取温度65 ℃、液料比20 mL/g、提取时间3 h,此条件下,白木香叶总黄酮得率为4.83%;2)非极性或弱极性的大孔吸附树脂更适合白木香叶总黄酮的分离纯化;3)D101大孔吸附树脂对白木香叶总黄酮具有较好的纯化效果,总黄酮纯度提高到纯化前的2.8倍。
现代轻型木结构住宅模数与标准化体系研究
高颖, 吴玉璇, 张颖, 赵金平, 许志钢
2017, 39(8): 111-118. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170022
摘要:
基于住宅模块化部品设计的尺寸标准化及建筑模数化,尝试建立轻型木结构住宅标准化设计体系,以期推进木结构住宅产业从粗放型向集约型转变。提出18种模块化墙体与8种楼盖部品,建立模块化部品数据库;提出模数化的设计方法,并建立了基本模数1 M=610 mm;开展单层现代轻型木结构住宅的理论计算,通过模型制作验证了本标准化结构体系的可行性。