作者投稿
作者查稿
专家审稿
编委办公
编辑办公
主编办公
邮件订阅
RSS2018年 40卷 第3期
2018, 40(3): 1-12.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170396
摘要:
目的近年来，随着计算机性能的不断提升数值模拟技术已成为定量预测和评价微气候的重要研究手段。植物作为影响微气候的重要因子之一，数值模拟能否准确反映其在当地气候条件下的热表现值得研究。本文的研究旨在验证城市微气候模拟软件ENVI-met(4.2 Science版)在广州地区湿热气候下模拟细叶榕生理特性和微气候表现的适用性。 方法通过实测广州地区常用乔木细叶榕的树冠形态、叶片属性和根系形态，对其进行ENVI-met建模并进行模拟分析，将模拟结果与2017年春夏两季实测的数据进行对比。 结果生理特性方面，叶温模拟值与实测值变化趋势一致，但夏季午后数值明显偏高；蒸腾速率模拟值在上午和傍晚时刻与实测值较接近，中午峰值明显低于实测值。微气候表现方面，各微气候参数(太阳辐射、地表温度、空气温湿度)模拟值的日变化趋势与实测值一致。模拟值与实测值相比，树冠对太阳辐射的遮挡率接近，树冠对地表温度的降温幅度与实测值较一致，但树下与空旷处及各方向树冠中的气温偏高、湿度偏低，温差与湿度差数值偏小。同时，本文利用均方根误差和一致性指数作为指标进行误差分析，表明模拟结果与实测结果有较好的一致性，模拟可对乔木影响下的室外热环境进行较好的预测，并认为误差可能由软件版本、软件计算设定、建模网格分辨率等原因引起，但尚在可接受范围内。 结论通过比较实测与模拟数据，验证了ENVI-met(4.2 Science版)能够较好地模拟湿热气候下乔木的生理指标及热表现，并能够准确预测各参数的日变化趋势。研究成果为应用ENVI-met模拟室外热环境提供了基础校验，并对植物建模提出了优化建议。
2018, 40(3): 13-25.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170352
摘要:
目的筛选参与调控榛子子房败育的候选蛋白，为榛子遗传改良研究提供科学依据。 方法以平欧杂交榛‘达维’的正常发育与败育子房为材料，进行蛋白样品的同位素标记相对和绝对定量iTRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantification)技术分析。对鉴定到的所有蛋白进行COG(Cluster of orthologous groups of proteins)功能分类，预测鉴定蛋白的功能。随后依据蛋白定量结果，筛选差异表达蛋白，进而开展GO(Gene ontology)功能富集与KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)代谢路径富集分析以明确其分子功能和重要生物代谢路径。最后，主要从显著性富集路径中筛选可能参与子房败育调控的差异表达蛋白。 结果蛋白鉴定共获得317068个二级谱图，特有多肽14267条，蛋白3538个。R、O、J、G和C类中的蛋白数量为最多，分别占有COG功能注释的蛋白总数的19.36%、9.97%、7.80%、7.67%和6.76%。共鉴定到249个差异表达蛋白，其中上调、下调表达蛋白分别为180和69个。GO富集分析结果表明，差异表达蛋白主要执行结合与催化分子功能。KEGG富集分析共找到11个显著性富集路径，最为显著的路径包括：苯丙素生物合成(ko00940)，光合作用(ko00195)，代谢路径(ko01100)，光合作用-天线蛋白(ko00196)，次生代谢产物生物合成(ko01110)。初步筛选获得可能参与调控榛子子房败育的候选蛋白37个。 结论榛子败育子房的形成与光合作用、碳水化合物运输与代谢、能量合成与转换、花粉管生长与DNA甲基化等相关，本研究为深入解析榛子子房败育的分子机制提供了科学依据。
2018, 40(3): 26-33.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170436
摘要:
目的卡尔文循环是植物光合作用中极为重要的生理过程，对植物的生长发育具有显著影响。前期研究表明，高光合速率的速生欧美杨的景天庚酮糖-1, 7-二磷酸酯酶(SBPase)基因表达水平在速生期显著上调，预示该基因在光合碳固定过程中可能起着关键作用。 方法为进一步解析SBPase在木本植物光合速率和生长发育中的作用，本文从速生欧美杨品系NE19中克隆得到了PdSBPase基因，并构建35S:PdSBP:GFP表达载体，采用农杆菌花序侵染法转化拟南芥，通过抗生素筛选，PCR鉴定和组织定位等多种方式鉴定并成功得到了超表达PdSBPase拟南芥株系。 结果在正常生长状态下，超表达植株的叶面积、根长、株高都优于野生型和突变体，其中叶面积是野生型的1.79倍，根长是野生型的1.93倍，而突变体表现为植株矮化，叶子明显发黄短小，叶绿素含量低于野生型株系。转基因株系SBPase酶活是野生型1.4倍，是突变体的1.9倍，RuBP产量以及淀粉含量均要高于野生型和突变体株系，RuBP产量分别是野生型和突变体的1.37和1.76倍，转基因株系的淀粉含量达到了50.26μg/g，而突变体的淀粉含量未检出。 结论这些结果说明，PdSBPase对RuBP的形成和淀粉等多糖的合成起到关键作用，能促进植物积累更多的碳水化合物，进而正向调控植物的光合能力。
2018, 40(3): 34-41.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170257
摘要:
目的本研究选择湖南、安徽、江西3省杉木人工林为研究对象，构建乔灌层调查因子与其生物量之间的估算模型。试图获取更为可靠、精准的灌木层生物量估算模型，为提高估算杉木人工林灌木层生物量模型精度提供参考。 方法在研究区域进行典型抽样调查，测定不同林龄杉木林上层乔木郁闭度Cs、林分密度Ds(株/hm2)、平均胸径Dm(cm)，下层灌木平均高度H(m)、平均地径D(cm)、盖度C、灌木层枝、干、叶、根干鲜质量(kg)，通过计算获得乔木层杉木蓄积量V(m3/hm2)、灌木层生物量数据(t/hm2)。通过Pearson相关性分析灌木层结构和乔木层调查因子对灌木层生物量的影响，选取最佳灌木层结构因子为模型参数建立枝叶、干、地上、地下生物量估算模型。将乔木层林分调查因子作为自变量加入模型中，对比分析模型R2在乔木层调查因子作为自变量加入后的变化，并用样本外的数据进行检验，构建估算灌木层生物量更为精确的模型。 结果研究结果显示：灌木层各组分生物量模型以幂函数为主，各林龄灌木层地下生物量与自变量D2H获取了最佳模型，R2为0.516~0.955；其余部分生物量以盖度与高度乘积(CH)为自变量获得了拟合效果较好的模型, R2为0.516~0.718。与单独采用灌木层结构因子为预测变量建立的灌木层生物量预估模型相比，乔木层平均胸径Dm作为自变量的加入使中幼龄林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高，R2为0.718~0.990；郁闭度Cs的加入使近成过熟林除地下生物量以外的各组分生物量模型拟合效果有了显著提高，R2为0.817~0.886。 结论因此，评价和分析乔木林下层灌木生物量，不仅要考虑灌木层自身结构生物量关系，还要考虑到乔木层相关因子的影响，从而建立更符合灌木生物学与生态学相一致的生物学结构模型，本研究可为亚热带地区杉木人工林下层灌木生物量的估算提供参考。
2018, 40(3): 42-54.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170331
摘要:
目的树冠的大小直接影响树木的生态价值，探明树种合理的生长空间需求对城市森林的规划建设与经营维护有重要意义。 方法本文以合肥环城公园内优势度靠前的10个城市森林主要树种为研究对象，运用样方调查法，选取公园6个景区57块固定样地，在对冠幅、胸径及树高等数据调查的基础上，运用线性回归法、异速生长法，利用箱型图检验离群值，比较构建冠幅、树高与胸径的最优模型，并对树木最适宜生长空间大小进行预测。 结果不同树种冠幅与胸径、树高与胸径均存在正相关关系，但对两种模型结果进行比较可以发现，除侧柏和栾树外，异速生长模型的决定系数(R2)均大于0.3，R2整体高于一元回归模型；均方根误差(RMSE)分布范围在0.2~0.3之间，整体上小于一元回归；F值除雪松外，均高于一元回归F值。综合比较结果表明，异速生长模型拟合度优于一元回归模型；不是所有树种的冠幅、树高都与胸径高度正相关，在10个树种的研究中，银杏、女贞和椤木石楠的冠幅-胸径模型的拟合度较高，R2分别为0.793、0.757和0.665；银杏、栾树和雪松的树高-胸径模型拟合度较好，R2分别为0.772、0.579和0.547；栾树、侧柏的冠幅-胸径模型相关性较低，R2分别为0.096和0.188；构树、刺槐和桂花的树高-胸径拟合度较差，R2分别为0.065、0.010和0.112；选择分位数回归对异速生长规律进行研究，构建10种树木的异速生长模型并在95%分位数回归下进行讨论，以树木平均胸径15cm为例，预测估算出当胸径为15cm时10种树木在适宜的生长空间中的冠幅和树高大小。 结论本文构建的最优模型的参数估计值均显著，说明冠幅、树高变量对合肥环城公园内树木胸径的变化有明显影响，其中冠幅-胸径模型拟合精度略高于树高-胸径模型的拟合精度。
2018, 40(3): 55-65.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170424
摘要:
目的为探讨纳帕海高原湿地不同退化阶段土壤真菌多样性及群落结构特征，揭示土壤真菌对湿地退化演替的响应规律。 方法采用Illumina高通量测序技术，以沼泽湿地为对照，研究纳帕海高原退化湿地不同退化阶段土壤真菌群落组成、结构及Alpha多样性特征及其与土壤理化性质的相关性。 结果(1) 不同退化阶段土壤真菌类群组成及结构存在差异，包括子囊菌门、担子菌门、分类地位不确定真菌、壶菌门和接合菌门5个真菌门，其中子囊菌门在草甸中最多(71.11%)，分类地位不确定真菌在沼泽湿地中最多(85.26%)，担子菌门在沼泽化草甸中最多(26.8%)，接合菌门在垦后湿地中最多(39.34%)。经聚类分析显示，沼泽化草甸和沼泽湿地真菌群落结构和组成较接近，草甸和垦后湿地真菌群落结构和组成与沼泽差异较大。湿地从沼泽湿地向沼泽化草甸、草甸和垦后湿地退化后，主要优势菌群发生变化，由分类地位不确定菌群转变为子囊菌、担子菌和接合菌；(2)土壤真菌Alpha多样性在不同退化阶段间存在差异(P < 0.05)，且随着湿地退化加剧而增加，多样性指数(Chao1、Ace、Shannon)呈垦后湿地(671.43、685.84、3.93) > 草甸(522.25、534.22、3.58) > 沼泽化草甸(387.80、391.37、3.48) > 沼泽湿地(379.17、380.56、3.12)的变化趋势。Simpson指数呈垦后湿地(0.079) < 草甸(0.081) < 沼泽化草甸(0.092) < 沼泽湿地(0.107)的变化趋势；(3)RDA分析与Pearson相关性分析表明，土壤含水量、有机质、全氮、碳氮比、速效氮和pH显著影响着不同退化阶段湿地土壤真菌群落结构与多样性。 结论不同退化阶段湿地土壤真菌群落结构和物种多样性具有显著差异，土壤含水量、有机质等理化因子对真菌多样性与群落结构影响较大，研究结果能为退化高原湿地保护与恢复提供数据及理论支持。
2018, 40(3): 66-74.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170180
摘要:
目的欧李作为我国特有的生态型树种，在防风固沙、蓄水保土等方面具有重要的生态和经济价值，因此研究欧李的全球潜在适生区及其生态特征，对欧李树种的推广种植和防沙治理具有重要意义。 方法本文根据379个欧李分布点和19个生态因子数据，采用BIOCLIM、DOMAIN、MAXENT和GARP 4个生态位模型预测欧李的全球潜在适生区，并分析欧李分布区的生态特征，以受试者工作特征曲线ROC和Kappa两个统计量进行模型评价。 结果欧李的全球潜在适生区主要分布在30°~52° N、102°~137° E范围内的亚洲，包括中国、韩国、朝鲜以及与中国东北接壤的俄罗斯远东地区，另外，阿富汗和塔吉克斯坦也有少量分布，其中最适宜区主要分布在中国。模型评估表明，4个模型的AUC值均达到0.85以上，Kappa值均达到0.7以上，4个模型预测精度良好，一致性显著，均可用来预测欧李潜在适生区。欧李分布区的生态特征为：年平均温度范围为3.2~13.9℃，昼夜温差月均值范围为10.1~13.0℃，昼夜温差与年温差比值范围为24~30，温度变化方差范围为9234~13581，最湿月份降水量范围为115~226mm，最干月份降水量范围为2~10mm，雨量变化方差范围为77~115。 结论欧李潜在适生区主要位于温带季风气候带，最适宜区主要分布在中国东北和华北地区，该地区可大规模种植欧李以实现荒漠化治理，而韩国、朝鲜、俄罗斯远东区和阿富汗等地适宜性相对较低，可先进行小规模试种，再扩大生产。
2018, 40(3): 75-83.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170298
摘要:
目的本研究以毛乌素沙地灌木油蒿群落为研究对象，研究如何快速、准确、连续地获取油蒿群落LAI，获取长期连续的LAI数据对研究生态系统过程与环境变化间的相互关系具有重要意义。 方法本文采用原位连续监测和野外试验的方法，于2013和2014年每年4—10月使用LAI-2000冠层分析仪定期测定油蒿群落LAI，同时利用太阳辐射传感器和光量子传感器测得的辐射数据计算地面观测NDVI(NDVIground)并获取同期遥感MODIS NDVI(NDVIMODIS)。用LAI数据分析油蒿叶面积群落指数的季节动态，并与归一化积温、NDVIground和NDVIMODIS分别建立经验模型，得到最优油蒿群落LAI模拟模型。 结果油蒿群落LAI在整个生长季内的变化与物候具有一致性，整体上随时间呈现单峰型变化趋势，4—8月末油蒿持续生长，LAI稳定增大，8月份达到峰值，2013年为1.09m2/m2，2014年为1.33m2/m2。9月初至9月中旬油蒿冠层结构趋于稳定，LAI变化较小；9月下旬油蒿叶片开始枯黄掉落，LAI迅速下降。经验证，利用NDVIground模拟荒漠地区油蒿群落LAI效果最优(R2=0.76, P < 0.01)。 结论在荒漠地区简单测量NDVI并使用本文研究模型，可以快速、无破坏地获取长期连续可靠的LAI数据，研究结果对理解和预测荒漠生态系统对全球气候变化的响应具有重要意义。
2018, 40(3): 84-92.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170337
摘要:
目的我国黄土高原地区干旱少雨、蒸发性强，降雨成为当地土壤水分的主要来源，而黄土坡面微地形对降水进行二次分配，因此研究不同立地类型的微地形土壤水分的动态变化趋势，可以为困难立地类型的微地形的植被生长和恢复提供参考依据。 方法本文选择缓台、塌陷、陡坎、切沟和浅沟5种微地形的土壤水分为研究对象，于2010年8月至2013年6月在吴起县合沟流域阳坡上的定位观测数据，利用自相关检验、Mann-Kendall趋势检验、线性回归等方法，分析研究5种微地形0~160cm各土层土壤水分动态变化特征。 结果在检测期间的全年和生长季中，微地形的土壤含水量随深度的增加呈现增大的趋势，其中切沟的土壤含水量相对较高，陡坎最低。各土层的土壤水分存在显著的正自相关性；5种微地形土壤水分在检测期间的变化趋势均不显著，其中塌陷的土壤水分在各土层均有微弱增加的趋势，其他4种微地形的土壤水分在各土层的变化趋势均有增有减；缓台、塌陷、陡坎、切沟和浅沟5种微地形在观测期间的变化速率也有差异，相对而言塌陷的土壤水分变化速率最快。 结论综合分析可得，在监测期间，切沟的土壤含水量最高，但塌陷的增长速率较快。
2018, 40(3): 93-100.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170394
摘要:
目的退耕还林工程作为我国乃至全世界最大的生态建设工程，发挥着重要的社会、经济和生态效益。长江流域中上游地区是我国重要的生态区，也是退耕还林工程实施和生态效益监测的重点地区，工程实施面积占到全国退耕面积的33.60%。为了对该区域退耕还林工程的生态效益进行全面、系统、科学地定量化监测和评估，对长江中上游地区退耕还林工程进行生态区划十分必要。 方法结合退耕还林工程实施范围、年平均降水量、≥10 ℃积温、地貌数据以及中国行政区划，应用地理信息系统空间分析中叠加分析法，区划得出长江流域中上游地区退耕还林工程生态区。 结果分别选取地貌、水热条件和退耕还林工程水土保持功能强度作为3个级别的区划指标，得到1级区域4个，2级区域19个，3级区域31个。 结论基于能够表征其特性的多重指标对长江流域中上游地区退耕还林工程范围进行区划，直观地反映了该区域的实际地理分域规律，为其生态效益监测与评估奠定基础，便于对相应生态区的生态效益结合其所属的区划指标进行合理的分析，用分区特征来印证生态效益的评估结果。
2018, 40(3): 101-109.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170385
摘要:
目的明确胶孢炭疽菌在杨树叶片上的侵染过程，为进一步从分子水平研究该菌的致病机制和杨树抗病分子育种奠定基础。 方法用绿色荧光蛋白标记的胶孢炭疽菌菌株BH12-2的分生孢子悬浮液接种健康杨树叶片，采用光学显微镜和电子显微镜观察病原菌的侵染过程和杨树叶片的防卫反应。 结果接种4h后，孢子开始萌发产生芽管；8h时芽管顶端形成附着胞；12h时成熟的附着胞中央形成侵染钉；24h时，孢子另一端萌发形成芽管和附着胞；48h后芽管不断分枝异化成菌丝并产生次级分生孢子；接种3d时，附着胞基部的侵染钉穿透寄主角质层和表皮细胞壁膨大形成侵染泡囊，侵染泡囊初始生长在寄主细胞壁和细胞膜之间，不穿透寄主的原生质体，随后产生初生菌丝和次生菌丝的分化；接种4~5d后，次生菌丝在寄主表皮和叶肉组织内大量扩展；第6d时，菌丝聚集在角质层下形成子座组织，并产生分生孢子梗和分生孢子。随着菌丝的扩展，叶片组织发生一系列的病理变化，在侵入点周围的叶肉细胞壁附近产生胼胝质，细胞壁向内凹陷并发生溶解，细胞质消解，叶绿体等细胞器解体以及寄主细胞坏死塌陷，最终在叶表面产生典型的褐色坏死病斑。 结论胶孢炭疽菌在侵染过程中，一个分生孢子可萌发形成多个芽管和附着胞，提高其成功侵染的几率；胶孢炭疽菌对杨树叶片的侵染类型为细胞内半活体营养侵染型。
2018, 40(3): 110-121.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170380
摘要:
目的芍药是我国优良的传统花卉，有丰富的品种资源。菏泽和洛阳是我国芍药的主要栽培地，品种资源最为丰富，但目前两地的品种表型多样性研究较少，不利于种质资源的保护、开发与利用。 方法本文选取山东菏泽和河南洛阳栽培的芍药240种，利用28个表型性状，采用主成分分析、因子分析和聚类分析方法进行多样性研究。 结果芍药数量性状和质量性状的遗传多样性指数范围分别为1.98~2.10和0.28~1.94，绝大多数性状的多样性水平较高。提取前10个主成分，并将因子荷载矩阵经Varimax方差最大正交旋转后，得到影响芍药表型的10个主要因子，依次为高度、花色数、侧蕾及长势、花型、瓣化、叶型及花径、花期、茎色、小叶卷度和花蕾；聚类分析结果显示240个品种被分为6大组群，前4大组群分别包括69个、67个、16个和84个品种。第5组群和第6组群分别仅有1个和3个品种，推测这4个品种与其余236个品种的来源不同。 结论本研究明确了菏泽、洛阳两地的240个芍药品种的表型多样性特点与亲缘关系，今后在芍药新品种培育选育亲本时，应着重考虑株高、花枝长、花色数、植株长势、花型、雄蕊瓣化情况及颜色等因素，同时注意选取聚类图中间隔距离较远的品种。
2018, 40(3): 122-127.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20180008
摘要:
目的深度学习在鸟类物种识别的应用是目前的研究热点，为了进一步提高识别效果，提出一种基于鸟鸣声的Chirplet语图特征和深度卷积神经网络的鸟类物种识别方法。 方法引入线性调频小波变换(Chirplet transform，CT)计算鸟鸣声信号的语图，输入深度卷积神经网络VGG16模型中，通过对语图进行分类实现鸟类物种的识别。以北京市松山国家自然保护区实地采集的18种鸟类为研究对象，利用Chirplet变换、短时傅里叶变换(short-time fourier transform，STFT)和梅尔频率倒谱变换(Mel frequency cepstrum transform，MFCT)计算得到3个不同的语图样本集，对比分别采用不同的语图样本集作为输入时鸟类物种识别模型的性能。 结果结果表明：Chirplet语图作为输入时，测试集的平均识别准确率(mean average precision，MAP)达到0.9871，相对于其他两种输入，得到了更高的MAP值，而且在训练时达到最大MAP值的迭代次数最小。 结论采用不同的语图特征作为输入，直接影响深度学习模型的分类性能。本文计算的Chirplet语图的鸣声区域相比STFT语图和Mel语图更为集中，特征更明显。因此，Chirplet语图更适合于基于VGG16模型的鸟类物种识别，可以得到更高的MAP值和更快的识别效率。
2018, 40(3): 128-134.
doi: 10.13332/j.1000-1522.20170431
摘要:
目的与普通活性炭比较，介孔活性炭具有疏水性好、孔体积大、导电性能好等优势，然而传统制备方法繁杂，原料成本较高。因此，探究新型介孔活性炭制备工艺尤为重要。 方法以木糖渣为原料，采用NaOH预处理、低温硫酸辅助炭化与磷酸活化相结合的方法制备了高介孔率活性炭。通过单因素实验，分析NaOH预处理时间、浸渍比以及活化温度对活性炭的亚甲基蓝(MB)吸附性能的影响。 结果研究表明：NaOH预处理脱除木质素促使原料形成孔隙通道，同时使木糖渣纤维发生润胀，有利于活化剂与原料接触，从而获得高介孔率、高比表面积活性炭。当NaOH预处理时间为4h，磷酸与原料浸渍比4:1，活化温度500℃，活化时间为1h所制备的活性炭具有较高的MB吸附值436mg/g。扫描电镜分析结果表明：样品表面含有丰富的大孔及中孔结构，整体活化充分均匀。氮气物理吸附-脱附分析结果表明：活性炭具有发达的孔隙结构，其比表面积和总孔体积分别高达2038m2/g和2.13cm3/g，其中介孔孔容1.56cm3/g，介孔率达到73.2%，平均孔径为4.18nm。 结论采用适当的NaOH预处理有利于制备孔隙结构优越的活性炭，在重金属离子吸附、有机大分子废水处理以及电子元器件等领域有广泛的应用前景。本研究将为高比表面积介孔活性炭的制备奠定理论基础，并为工业木糖渣的高值化利用提供了一条新途径。
