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2018年  40卷  第2期

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林学
基于SAR极化分解与Landsat数据的森林生物量遥感估测
李明泽, 于欣彤, 高元科, 范文义
2018, 40(2): 1-10. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170284
摘要:
目的森林生物量是评价森林生态系统结构、功能和生产力的重要指标之一,区域尺度上的森林生物量的准确估测对了解森林现状和科学经营森林具有重要指导意义。本文旨在利用SAR影像结合Landsat5 TM影像对区域尺度上的森林生物量进行定量估测。方法首先利用极化分解的方法对极化合成孔径雷达(SAR)数据进行处理获得45个极化分解参数,然后将45个极化分解参数与6个Landsat5 TM波段参数共51个参数作为自变量,森林生物量W作为因变量构建统计回归模型,最后利用最优模型反演研究区的森林生物量。结果使用两种方法进行模型构建:(1)逐步回归法,利用逐步回归进行变量筛选,选出2个参数构建模型,模型R2为0.534,拟合精度为67.51%,RMSE为43.21 t/hm2;(2)最优子集法,用Bootstrap法进行变量筛选,共筛选出9个参数,然后用这9个参数进行最优子集回归,获得511个选模型,然后选择出最优子集模型,并用交叉验证法对模型进行验证,最终选出的最优子集模型包含的参数为TM_band4、Neumann_delta_mod、Neumann_psi、TSVM_psi、TSVM_tau_m3,模型R2为0.768 2,拟合精度为88.32%,拟合RMSE为14.98 t/hm2,验证精度为86.21%,验证RMSE为19.14 t/hm2,CP指数为5.249 5,赤池信息量AIC为256.504 5。本文最终使用最优子集法获得的模型进行反演,获得研究区的森林生物量分布图。结论结果表明:全极化C波段SAR数据结合Landsat5 TM光学数据构建遥感信息模型可以准确反演森林生物量。
美洲黑杨与青杨及其杂交子代的叶角度变化与解剖结构
刘静涵, 刘宣劭, 金昊, 黄鹏, 洑香香, 方升佐, 田野
2018, 40(2): 11-21. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170317
摘要:
目的对美洲黑杨‘I-69’杨(♀,F)、青杨(♂,M)及其杂交子代的3种类型(偏母型FP、中间型I、偏父型MP)进行比较研究,探讨亲本和子代叶取向的光响应机制和对不同环境的适应能力,为南方山地适宜杨树无性系选育提供依据。方法观测叶角日变化规律、测量叶形态指标、扫描电镜观察叶/叶柄解剖结构。结果亲本F的光响应主要通过叶柄扭曲角和叶悬挂角的协同作用完成趋光和避光运动,M则通过改变叶悬挂角来完成;F1代3种类型通过叶角变化进行光调节的效果并不明显。亲本和杂交F1代的叶解剖结构差异较大,其中F和FP为等面叶类型,其上、下表皮气孔密度比分别为0.87和1.02;叶解剖结构包括上下2层栅栏组织,且占比较大(>0.7),无海绵组织。M、I和MP为异面叶类型,其上、下表皮气孔密度比分别为0.08、0.45和0.55;叶解剖结构包括较厚的海绵组织和上层栅栏组织,其栅栏组织和海绵组织之比为MP(0.75)>I(0.55)>M(0.47)。叶柄解剖结构表明不同部位结构与叶角度运动密切相关:母本F的叶柄由上至下形态上表现为窄椭圆形渐变为宽心型,维管束的排列方式由纵向排列逐渐成为横向排列;父本M叶柄结构从上至下差异不大,形态上由近圆形至心形,维管束排列方式呈放射状;F1代3种类型无论从形态上还是维管束排列方式上的变化皆介于2亲本间。结论结合南方山区的气候特点,初步认为F1代中的I型和MP型具有较好的抗旱结构特点和较高的光合能力,适宜栽培于高海拔山地,而FP型可能更适于低海拔山地。
杨树PsnGA20ox1过表达对烟草叶片发育的影响
刘露露, 鲁婷婷, 王爽, 李美靓, 赵双菁, 刘莹莹, 魏志刚
2018, 40(2): 22-30. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170245
摘要:
目的赤霉素(Gibberellins, GA)参与植物多个生长发育过程,然而赤霉素在植物叶片发育中的生物学功能尚无研究报道。GA20ox是GAs生物合成途径中关键限速酶(GA20-oxidases)的编码基因,本项研究目的是揭示PsnGA20ox1在植物叶片发育中的生物学功能。方法本项研究分析了PsnGA20ox1在烟草中过表达后对烟草叶片大小、超微结构、生物量、叶绿素及生物活性GAs含量,以及细胞分裂与气孔发育相关的基因表达的影响。结果PsnGA20ox1过表达烟草叶片变大、叶绿素与GA4含量上升,叶片表皮细胞变小。而且,转基因烟草叶片栅栏组织与海绵组织厚度、表皮细胞与气孔数目、光合作用和叶片生物量与野生型烟草相比均显著增加。此外,转基因烟草叶片气孔与表皮细胞发育相关基因表达也发生了显著变化,而且变化趋势与叶片表型的改变相吻合。结论PsnGA20ox1过表达影响植物叶片的结构与功能,从而提高了叶片的生物量。
胡杨繁殖根系分枝特征及其与土壤因子的关联性
叶子奇, 邓如军, 王雨辰, 王健铭, 李景文, 张凡兵, 陈杰
2018, 40(2): 31-39. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170426
摘要:
目的胡杨根系克隆繁殖对胡杨林更新及其群落维持具有重要作用,而胡杨根克隆器官——繁殖根系的扩展分枝是实现克隆繁殖的重要生态过程。本文以明确胡杨繁殖根系分枝特征(节间长、分支强度、分支垂向和水平向夹度)在异质生境下的可塑性和主要分枝类型,探究胡杨繁殖根系特征与土壤因子的关系,找到影响胡杨繁殖根系变化的关键环境因子。方法采用典型抽样对16个样点的一段跨度10 m以上的繁殖根分枝以及对应的土壤因子进行挖掘和调查。运用相关性分析(CA)和主成分分析(PCA)方法分析繁殖根特征之间的相关性和分布规律。运用冗余分析(RDA)和方差分解探究根分枝特征与土壤因子的关联性。结果(1) CA和PCA结果显示,4个分枝特征之间的相关性较高(P<0.05),PCA第1轴解释了繁殖根特征变异的66.88%,基本代表了从占据型(分枝强、短、垂向角小、水平角大)到游击型(分枝弱、长、垂向角大、水平角小)两种极端分枝类型的变化。占据型分枝更多出现在林缘,而游击型分枝更多出现在靠近河道处。(2)RDA结果显示,垂向分枝夹角主要受土壤紧实度的正影响(R2=0.64,P<0.05),节间长度主要受紧实度的负向影响(R2=0.87,P<0.05)。土壤全碳和全氮主要对分枝强度和分枝水平夹角有正向作用,但土壤含砂量对它们具有负向作用。主轴分布深度主要受毛管水埋深影响(R2=0.62,P<0.05)。(3)方差分解结果显示,三类土壤特征共解释了胡杨分枝特征变异的68.3%,土壤物理特征(土壤质地、紧实度)的独立作用最大(R2=0.12,P<0.05),土壤水分(土壤含盐量、含水量)和养分特征(全N、C)的独立作用较小(R2=0.07,P<0.05;R2=0.03),但与土壤物理特征的共同作用较大(R2=0.23, P<0.05)。结论(1) 在异质性的河漫滩环境中,胡杨繁殖根系分枝在两种极端分枝类型——游击型和占据型分枝形成的连续谱之间变化。(2)土壤物理特征是影响胡杨繁殖根分枝的最关键因素,胡杨繁殖根系主要选择占据土壤质地良好,紧实度小的斑块。单纯水分或养分丰富的斑块不会引起胡杨繁殖根分枝明显变异,但是在土壤质地和紧实度良好的土壤斑块中,水分和养分的变化会对繁殖根分枝产生显著影响。(3)胡杨繁殖根的垂向分枝夹角具有明显的生态塑性,是胡杨克隆器官的重要适应特征。
大兴安岭北部不同类型兴安落叶松林土壤呼吸及其组分特征
段北星, 满秀玲, 宋浩, 刘家霖
2018, 40(2): 40-50. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170215
摘要:
目的研究大兴安岭地区兴安落叶松林土壤呼吸及其组分的特征以及与土壤温度、湿度两个影响因子之间的关系,为进一步阐明我国寒温带地区碳释放及其对地区气候的影响提供科学依据。方法使用LI-6400对大兴安岭北部5种主要类型兴安落叶松林(落叶松纯林、兴安杜鹃-落叶松林、杜香-落叶松林、白桦-落叶松林和樟子松-落叶松林)的土壤呼吸、呼吸组分及其影响因子进行测定分析。结果5种类型兴安落叶松林土壤总呼吸(RS)、异养呼吸(Rh)和根呼吸(Rr)都具有明显的单峰曲线季节动态,且峰值均出现在8月;平均RS波动在4.71~7.41 μmol/(m2·s)之间,大小依次为樟子松-落叶松林>杜香-落叶松林>白桦-落叶松林>落叶松纯林>兴安杜鹃-落叶松林,且不同类型兴安落叶松林土壤呼吸存在显著差异(P<0.05);不同类型兴安落叶松林RhRr也存在显著差异(P<0.05),平均Rh表现为樟子松-落叶松林(5.56 μmol/(m2·s))>落叶松纯林(4.64 μmol/(m2·s))>白桦-落叶松林(4.55 μmol/(m2·s))>杜香-落叶松林(4.27 μmol/(m2·s))>兴安杜鹃-落叶松林(3.80 μmol/(m2·s));平均Rr表现为杜香-落叶松林(3.15 μmol/(m2·s))>樟子松-落叶松林(2.98 μmol/(m2·s))>白桦-落叶松林(2.76 μmol/(m2·s))>兴安杜鹃-落叶松林(2.30 μmol/(m2·s))>落叶松纯林(1.97 μmol/(m2·s))。异氧呼吸对土壤呼吸的贡献最大,占61.84%~71.76%,在异养呼吸中,以矿质土壤呼吸(Rm)为主,占土壤总呼吸的46.28%~58.18%,凋落物呼吸(Rl)的贡献只有8.34%~15.57%;Rr的土壤呼吸的贡献率为28.24%~38.16%。RS与土壤10 cm温度(T10)呈显著正相关指数关系,T10可以解释土壤季节性变化的43.6%~57.0%;但RS与土壤10 cm湿度(W10)的相关性因林型而异。结论不同类型兴安落叶松林土壤呼吸及其组分之间差异显著;温度是土壤呼吸的主要影响因子,而湿度对土壤呼吸的影响较小。
天然沸石对松嫩平原黑钙土理化性质和保水能力的影响
马媛媛, 戴显庆, 彭绍好, 杨光, 冀晓东
2018, 40(2): 51-57. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170218
摘要:
目的通过研究天然沸石掺配量对于松嫩平原黑钙土理化性质和土壤水分特征曲线的影响,来研究天然沸石改良黑钙土的保水能力的效果,为改良土壤保水性提供理论参考。方法采用天然沸石改良土壤,进行60 d花盆培养,环刀法测量土壤密度,公式法计算土壤总孔隙度、毛管孔隙度、通气孔隙度。离心机法测定土壤水分特征曲线。结果天然沸石改良黑钙土试验中,土壤密度随沸石掺配量的增加而增大,呈正相关关系,当沸石掺配量为10%时,土壤密度增加最为显著;毛管孔隙度和总孔隙度均随掺配量的增加而减小,呈负相关关系,当沸石掺配量为10%时,土壤的通气孔隙度为最大。各掺配量下土壤的持水能力结果为:20%天然沸石(NZ)>15%NZ≈10%NZ>5%NZ>CK。各组土壤的水分特征曲线均能用Gardner模型拟合。Gardner模型方程的拟合系数ab均随持水能力增强而减小,呈负相关关系;随饱和含水率升高而增大,呈正相关关系。将饱和含水率和拟合系数a进行拟合,结果显示决定系数(R2)为0.941 8。结论在进行土壤持水能力改良时,利用10%天然沸石掺配量比较经济可行。土壤饱和含水率高,不一定水分特征曲线初始水平就高。各项试验结果说明,利用天然沸石可以有效改良砂壤黑钙土的保水能力,为黑土区土壤改良提供试验和理论参考。
水肥耦合对楸树苗木生长和养分状况的影响
烟亚萍, 刘勇, 贺国鑫, 薛敦孟, 李成
2018, 40(2): 58-67. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170251
摘要:
目的探究不同水肥条件下楸树苗木生长及养分状况,确定楸树苗木合理水肥管理措施。方法本文以楸树幼苗为试验材料,采用双因素完全随机试验,设置3个水分梯度(30%饱和持水量(FWC)、50%FWC、70%FWC),和4个施肥量(T1(氮0g,磷0g,钾0g)、T2(氮2g,磷1g,钾1.5g)、T3(氮4g,磷2g,钾3g)、T4(氮6g,磷3g,钾4.5g)),通过盆栽试验研究了不同水肥处理对楸树苗木生理生长的影响,并探讨了楸树苗木生长及养分吸收的关系。结果水肥耦合对楸树苗木的形态指标交互作用不显著,苗高、地径、生物量均随水分梯度的增加而降低,在水分梯度为30%FWC时最好;随施肥量的增加呈先增加后降低,均在T3处理达到峰值。苗木养分在T3处理时达到奢养状态,此时苗木的苗高、地径、生物量及养分含量最高,再增加施肥会对苗木产生毒害作用,即苗木养分质量分数还在增加但形态指标和养分含量已开始降低。水肥耦合对楸树苗木养分质量分数和养分含量有一定的交互作用,其养分含量均随施肥量的增加而增加,在T3处理处达到最大;在水分含量为30%FWC时,施肥对楸树苗木有较好的促进作用,T3、30%FWC处理更有利用苗木养分的吸收和利用。结论水分梯度和施肥量对苗木生长和养分状况的作用证实,水肥耦合对苗木的质量有一定的提升,30%的饱和持水量和T3处理(氮4g,磷2g,钾3g)结合对楸树苗木育苗效果最好。
长白山针阔混交林乔木幼苗组成与空间分布
陈贝贝, 王凯, 倪瑞强, 程艳霞
2018, 40(2): 68-75. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170370
摘要:
目的了解长白山地区针阔混交林森林群落中乔木树种天然更新幼苗的组成及空间分布情况,为进一步科学经营奠定理论基础。方法以长白山光明林场针阔混交林固定样地为研究平台,通过对连续1 hm2面积内乔木幼苗和大树进行定位调查,分析了该森林群落中乔木幼苗的物种组成;运用点格局分析法,对样地内典型阔叶乔木(水曲柳、紫椴)和针叶乔木(红松、臭冷杉)幼苗的空间分布及幼苗与大树空间分布之间的关系进行研究。结果(1) 样地内乔木幼苗树种组成丰富,共调查到幼苗10 865株,隶属于17个乔木树种,且幼苗全部来自样地内大树树种,未发现样地外其他树种的幼苗;(2)从幼苗的空间分布格局来看,在较小的研究尺度上,水曲柳、紫椴、红松和臭冷杉的幼苗均呈现聚集性空间分布;(3)从幼苗与大树空间分布的关系来看,在一定的研究尺度范围内,水曲柳、紫椴幼苗与其大树表现出正相关关系,而红松、臭冷杉幼苗与其大树则表现为负相关关系。结论长白山针阔混交林中主要阔叶乔木和针叶乔木的幼苗在较小尺度上多表现为聚集分布,主要阔叶乔木幼苗与大树在空间上呈正相关,主要针叶乔木幼苗与大树在空间上呈负相关。
白刺幼苗生物量与氮含量在叶与全株间的尺度转换
邢磊, 薛海霞, 李清河, 高婷婷
2018, 40(2): 76-81. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170338
摘要:
目的 植物生物量和营养的分配模式是植物对生态系统中物质和能量循环的一种演变策略,其资源分配给不同构件的模式是其生物学特性的一个基本方面。本文目的为解决野外调查工作中植物整体生物量与养分含量难以测定等问题。 方法以乌兰布和沙漠东北部唐古特白刺幼苗为研究对象,将其分为根、茎、叶3个主要组成部分,通过对这3个主要组成构件生物量的测定与拟合分析,以叶器官为变量,建立了白刺全株生物量的预测模型,并通过进一步测定其各部位氮含量,建立了其全株氮含量的预测模型,得出了白刺叶与全株不同尺度之间生物量与氮含量的缩放关系,探讨了白刺全株生物量与全株氮含量之间的相关关系。结果结果表明:以叶生物量对数转换值为自变量能够很好的拟合出根(R2=0.901 2,P < 0.001)和茎(R2=0.926 4,P < 0.001)的生物量;以叶氮含量为自变量也能够较好的拟合出根(R2=0.850 1,P < 0.001)和茎(R2=0.844 7,P < 0.001)的氮含量,进而得出以叶器官生物量为自变量的全株生物量预测模型:Mp=ML+100.020 9 ML0.845 6+100.436 9 ML0.867 8,以及以叶器官生物量与氮含量为自变量的全株氮含量预测模型:Np=MLNL+100.020 9ML0.845 6(0.109 4NL+0.015 6)+100.436 9ML0.867 8(0.108 8NL+0.014 8),并经实测数据验证,白刺全株生物量与全株氮含量之间的相关关系可表达为:lgNp=1.075 2lgMp- 1.768 4。结论白刺通过某一构件的生物量与氮含量能够较好的预测出其全株生物量与全株氮含量之间的相关关系。
新巴尔虎草原火时空分布特征及对气象因子响应
宫大鹏, 康峰峰, 刘晓东
2018, 40(2): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170402
摘要:
目的草原火是草原生态系统重要的干扰因子,严重影响着系统的结构与功能。新巴尔虎草原草是我国重要的草原生态系统,随着极端气候事件的频发,加剧了该地区发生重特大草原火灾的可能性。本研究可为草原火的火险区划和管理提供科学依据。方法本研究基于遥感影像,借助地理信息系统和ENVI等软件,分析了2001—2016年新巴尔虎草原火时空特征,并结合气象数据,探讨草原过火面积对气象因子的响应特性。结果新巴尔虎草原火在时间和空间上呈现规律性分布。在时间上,过火面积年变化存周期性变化规律,2003年和2013年分别出现过火面积峰值,周期间隔10年;过火面积月变化差异明显,过火面积集中在4、5月和9、10月,时间对应研究区域火灾频发的春秋两季;在空间上,高频度火灾发生区域全部分布于国境线附近,越境火灾风险比较大。草原火过火面积与气象因子有着密切关系。在月平均气温为0~10 ℃、月总降水量在0~20 mm、月平均相对湿度40%以下及月平均风速大于5 m/s的区域最利于草原火灾的发生和蔓延。结论新巴尔虎草原火预防工作在区域上应集中在新巴尔虎草原西部、东南部和东北部地区,加强边境地区草原火的监测和管理。在时间上应关注每年4、5月和9、10月,特别是月平均气温0~10 ℃、月总降水量0~20 mm、月平均相对湿度40%以下及月平均风速大于5 m/s的地区。未来可从更长的时间和更广的空间尺度来对草原火的发生周期进行模拟和预测,更有效地探究野火的长期动态变化规律及其影响因素。
风沙区公路防积沙的新型防护栏研究
张帅, 丁国栋, 高广磊, 赵媛媛, 于明含, 包岩峰, 王春媛
2018, 40(2): 90-97. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170353
摘要:
目的防护栏是保障公路交通安全的重要防护措施,但单一的设计并不能与多种环境相适应。在风沙区的实践活动中发现,安装防护栏的路段常会出现带状积沙,本文针对这一现状,在实地调查的基础上,从空气动力学的角度进行研究,为风沙区路面积沙提供解决方案。方法以公路防护栏为研究对象,对护栏板进行不同孔隙度、不同孔型的改造,利用风洞模拟、克里金插值等方法,分析不同孔洞防护栏对路面风速流场的影响,并计算不同类型防护栏对绝对含沙量的影响,选取适当的配置,达到防止路面积沙的目的。结果传统防护栏背风侧路面近地表风速下降至原风速的80%,在风速为5、8、11 m/s的条件下风沙流绝对含沙量分别下降了44.7%、64.8%和75.1%,护栏板对风沙流的阻挡作用是导致路面积沙的重要因素;新型防护栏能提高风沙流绝对含沙量,大孔型、小孔型防护栏对绝对含沙量的影响随孔隙度没有明显的规律性,但均低于初始水平,长条状孔型防护栏对绝对含沙量的影响随孔隙度的增大而减小,孔隙度达到0.3时绝对含沙量达到初始水平;风沙流结构中含沙量最高的近地表层中,不同孔型防护栏对风速的影响呈现出一致的规律性,随孔隙度的增大而减小,其中大孔型防护栏和小孔型防护栏在不同孔隙度条件下背风侧稳定后风速均小于初始风速,孔隙度为0.3和0.4的长条状孔型防护栏后稳定速度达到初始风速;从风速流场来看,传统防护栏后沿风向形成明显的减速区和低速区,长条状孔型防护栏后风速流场结构较为稳定。结论孔隙度为0.3和0.4的长条状孔型防护栏能起到改善路面风速流场,防止沙区公路积沙的作用。未来针对防护栏的研究应在符合安全标准的基础上,针对不同的行车环境进行相适应的改造,使其充分发挥防护作用。
园艺学
百合转P5CS-F129A基因的遗传稳定性和耐旱性检测
闫笑, 魏迟, 张冬梅, 贾桂霞
2018, 40(2): 98-105. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170379
摘要:
目的百合是世界上主要的商品花卉之一,具有很高的观赏价值和经济价值,然而目前的主栽东方百合品种耐旱和耐盐碱性较差,对其进行改良是提高百合价值的关键因素。方法对已获得的含抗逆相关基因P5CS-F129A的东方百合‘索邦’单拷贝转化株系L89和双拷贝株系L31进行了4年的组培继代培养和1年的温室栽培,检测了目的基因的稳定性和干旱胁迫处理下的表型和生理指标的变化。经Southern印迹杂交和cDNA检测显示目的基因能够稳定遗传。结果干旱胁迫处理结果表明:两个转基因株系叶片脯氨酸含量均高于普通‘索邦’,其中株系L31的脯氨酸水平最高;虽然干旱胁迫下两个转基因株系和普通‘索邦’叶片相对电导率均有所升高,但转基因株系叶片的相对电导率低于普通‘索邦’,重新灌水后,转基因株系恢复正常水平,普通‘索邦’未恢复;在表型性状等方面,经过胁迫并复水的株系L89和L31总体长势良好,两株系之间长势无显著差异,而普通‘索邦’叶片黄化严重,生长受阻。结论P5CS-F129A基因植株具有更强的耐旱性和遗传稳定性,对抗逆性百合新品种的培育具有重要意义。
林业工程
基于微粒群优化算法的人造板生产批量时域滚动计划
方赛银, 李明, 邱荣祖
2018, 40(2): 106-113. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170405
摘要:
目的生产批量计划是企业制定主令生产计划和物料需求计划的依据,生产批量计划的优化也是企业节约成本和原料的关键所在。目前人造板企业都采用批量生产模式,并且依据事先设定的生产计划确定各个阶段的生产任务,但随着市场竞争的日益激励和个性化需求的提高,每个阶段的实际生产任务通常需要根据市场需求及时调整。为此,针对人造板生产批量计划问题,提出基于微粒群优化算法(PSO)的时域滚动计划。方法首先,根据人造板批量生产特点,制定决策变量和约束条件,建立生产批量计划的混合整数决策模型。然后依据决策模型的约束条件,采用降维搜索的方式,提出改进的微粒群求解算法。最后,采用时域滚动计划进行模拟仿真。结果仿真结果表明:对于年产10万m3的刨花板生产线而言,以3个月作为一个滚动计划单元,在12个月的生产批量计划中,采用改进PSO算法获得的生产批量计划可以节约1.8%的成本,有生产能力约束时可以节约近0.9%的成本。结论对于人造板批量生产模式,时域滚动计划能够使得生产计划动态满足市场需求,同时时域滚动计划模型是一类非确定性(NP)困难问题,智能群集优化算法为此类问题的求解提供了较好的解决途径。未来的研究可以关注生产批量计划问题数学模型的完善以及智能优化算法设计方面。
NaOH-乙醇预处理提高甘蔗渣酶法制备低聚木糖效率
杨淑娟, 游艳芝, 张威伟, 王堃, 蒋建新
2018, 40(2): 114-120. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170366
摘要:
目的对甘蔗渣酶法制备低聚木糖(XOS)的工艺进行研究,并通过NaOH-乙醇预处理提高低聚木糖的生产效率。方法首先,对预处理前后甘蔗渣的化学组成进行表征,确定预处理对原料组分的影响。其次,利用接触角和X射线衍射分析技术,探讨预处理对底物湿部化学(润湿性)特性和物理结构的影响。最后,通过高效液相色谱(HPLC)分析检测木聚糖酶水解样品,比较不同预处理强度对酶水解生产低聚木糖质量浓度的影响。结果对于NaOH-乙醇预处理促进木聚糖酶水解的工艺而言,最佳的预处理条件为10 g/L NaOH-乙醇(乙醇的体积分数为50%)预处理。在该预处理强度下,大量的木质素被脱除,脱除率可以达到78.10%;而且,该预处理方式能够有效改善物料的亲水性能,使接触角从61.5°降低到55.4°,同时将纤维原料的结晶度从28.6%提高到32.3%。通过分析酶水解样品可知:当NaOH用量为10 g/L时,可以实现最高低聚木糖质量浓度(1.85 g/L),与未处理原料(0.83 g/L)相比,提高了122.89%。结论对于甘蔗渣制备低聚木糖的工艺而言,采用木聚糖酶水解的方式能够实现从半纤维素到低聚木糖的有效转化,并且采用NaOH-乙醇预处理可以有效提高甘蔗渣的酶解效率,促进低聚木糖的生产。