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2019年  41卷  第4期

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2019-04目录
2019, 41(4).
摘要:
林学
白桦BpCHS3转基因植株耐盐性分析
姜晶, 李晓媛, 王楚, 王芳, 姜静
2019, 41(4): 1-7. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180224
摘要:
目的查耳酮合成酶(CHS)是黄酮类化合物生物合成途径中的关键酶,其高表达可以促进黄酮类化合物积累,增强植物抵抗盐碱、干旱等非生物胁迫的能力,开展转BpCHS3白桦耐盐性分析,为阐明该基因的功能提供参考。方法以前期获得的转BpCHS3白桦为试材,进行转基因白桦qRT-PCR及Northern Blot检测,同时测定了叶片中花青素质量分数。NaCl胁迫处理下,分别测定转BpCHS3白桦的盐害指数、叶绿素荧光参数及光合参数。采用qRT-PCR技术,测定转基因株系的类黄酮代谢途径中CHS下游5个关键酶基因以及BpCHS家族成员相对表达量。结果qRT-PCR及Northern Blot检测显示,导入的目标基因BpCHS3在mRNA水平能够表达。转基因白桦组培生根苗在0.3%NaCl胁迫第25天,对照(WT)株系盐害指数高达83%,而转基因白桦平均盐害指数仅为39%;白桦转基因盆栽苗在0.4%NaCl胁迫后,叶绿素荧光参数及光合参数测定显示,NaCl胁迫第9天多数转基因株系最大光化学效率(Fv/Fm)仍为正常值,而WT株系降至0.66,胁迫第9天时实际光化学效率(ΦPSII)和光化学猝灭系数(qP)呈下降趋势,但WT株系的降幅高于转基因株系;NaCl胁迫6 d时,5个转基因株系的净光合速率(Pn)平均值仍高于WT的43.47%。认为盐胁迫下BpCHS3基因在白桦中的过量表达能够维持其较高的光电子传递活性,提高PSⅡ反应中心原初光能转换效率,同时也能维持较高的净光合效率。分别以转BpCHS3白桦cDNA为模板qRT-PCR分析显示,相对WT株系CHS下游的5个关键酶基因在转基因株系中均呈不同程度的上调表达,BpCHS家族成员中只有BpCHS3表达量显著上调,而 BpCHS1和BpCHS2均呈下调表达或与WT株系差异不显著。BpCHS3过表达株系花青素质量分数分析发现,转基因白桦叶片中花青素质量分数均显著低于WT株系,推测BpCHS3的过量表达,对另外2个CHS家族成员产生共抑制,且影响花青素的合成。结论BpCHS3白桦的耐盐性提高,与花青素质量分数多少无关,BpCHS3的过表达可能促进其他黄酮类化合物的积累,从而增强白桦的耐盐能力。
青杄PwPEBP基因及其启动子序列的克隆与表达分析
李兴芬, 苗雅慧, 孙永江, 张孟娟, 张凌云
2019, 41(4): 8-20. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180344
摘要:
目的通过研究青杄中的PwPEBP基因及其启动子的表达特性及生物学功能,探究PEBP基因在植物生长发育过程中响应逆境胁迫的功能及作用机制。方法本研究从青杄转录组测序中获得PwPEBP的cDNA序列,利用TMHMM、GOR4等在线软件对PwPEBP蛋白进行生物信息学分析,以此为基础通过PCR技术克隆得到PwPEBP开放阅读框(ORF)序列;同时对其在不同组织与不同逆境及激素处理中的表达水平进行了RT-qPCR技术分析;采用染色体步移法克隆PwPEBP的启动子序列,并利用在线软件BDGP和PlantCARE对PwPEBP启动子序列进行基础启动子区域、转录起始位点和顺式作用元件的预测;最后通过农杆菌瞬时转化烟草法验证PwPEBP启动子的功能。结果PwPEBP cDNA长度为1 408 bp,开放阅读框共585 bp,编码194个氨基酸。PwPEBP蛋白分子式为C966H1 484N250O299S6,无信号肽和跨膜结构域,为亲水蛋白,含有25个磷酸化位点;进化树分析显示,PwPEBP蛋白与北美云杉的PEBP单独聚成一簇,属于新的PEBP蛋白。组织特异性分析显示,PwPEBP在成熟叶中表达量最高,嫩叶中表达量最低;PwPEBP在各激素及逆境诱导下均有表达,但对盐处理无响应。克隆的PwPEBP启动子序列长度为903 bp,其具有响应GA、ABA、SA、MeJA的顺式作用元件。GUS染色及Luc定量实验显示,PwPEBP启动子均能响应GA、ABA、MeJA和SA外源激素及干旱、高温、低温等逆境胁迫。结论青杄中PwPEBP基因广泛响应干旱、低温、高温等非生物胁迫,其中对干旱胁迫最为敏感,同时还参与了ABA、GA、MeJA和SA激素的信号通路。
林分空间结构参数N元分布及其诠释
张岗岗, 刘瑞红, 惠刚盈, 张弓乔, 赵中华, 胡艳波
2019, 41(4): 21-31. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180228
摘要:
目的以甘肃省小陇山锐齿栎天然混交林为例,采用林分空间结构参数N元分布全面、系统地揭示林分空间结构特征,以实现森林结构信息的精确描述和直观表达,为森林结构精准调控和重建提供基础参考信息。方法对70 m × 70 m标准地内的林木进行每木定位和调查,采用Winkelmass计算每株林木的混交度(M)、角尺度(W)、大小比数(U)和密集度(C),借助Excel透视表统计N元分布相对频率,并采用R 3.4.3、Origin 2015绘制N元分布图。结果锐齿栎天然混交林整体及林分内大多数林木呈随机分布、混交良好、较为密集;林分整体中庸且各大小比数等级林木均接近20%;二元分布、三元分布和四元分布中该林分结构最突出特点表现为:不管结构参数如何组合,林分均表现出不同结构组合下大多数林木呈随机分布或混交良好。结论结构参数N元分布借助分布频率表达优势从不同层次和角度全面系统地描述了林分结构特征信息,且不同分布之间优势互补,实现了林分结构从“点→线→面→体→超体”的精准详尽解译;双X横坐标或双Y纵坐标的3D图满足了多元分布结构信息直观展现需求;N元分布为森林结构精准调控和林分结构重建提供了先决信息。
光合模型对无患子叶片光合响应参数计算结果的影响
张赟齐, 高世轮, 卫星杓, 史文辉, 马仲, 苏淑钗
2019, 41(4): 32-40. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180163
摘要:
目的旨在探究光合模型对无患子冠层不同部位叶片光合响应参数计算结果的影响,并得到合适的光合响应应用模型和合理的光合响应参数。方法本研究以福建建宁地区进入稳定结实期的无患子为研究对象,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角修正模型和指数修正模型来拟合无患子冠层不同部位叶片的光响应曲线,采用直角修正模型、直角双曲线模型和Michaelis-Menten模型来拟合CO2响应曲线,通过均方误差和决定系数来检验光合响应模型的拟合精度,采用Duncan多重比较法检验不同模型和不同部位叶片光合响应参数的差异并进行方差分析。结果(1)4种模型对光响应曲线拟合结果的优劣为:直角修正模型 > 指数修正模型 > 非直角双曲线模型 > 直角双曲线模型,3种模型对CO2响应曲线拟合优劣的结果类似:直角修正模型 > 直角双曲线模型/Michaelis-Menten模型。(2)层级间叶片光合响应参数的差异显著性因模型而有别,各模型得到的方向间叶片光合响应参数值的差异均不显著。(3)模型对初始量子效率、光响应最大净光合速率、光饱和点、暗呼吸速率、CO2响应最大净光合速率和CO2饱和点的影响更大,层级对光补偿点、初始羧化效率、CO2补偿点和光呼吸速率的影响更大,方向对光合响应参数无显著影响,光饱和点、CO2饱和点、初始羧化效率和CO2补偿点还受到交互作用的显著影响。结论相对于其他模型,直角修正模型能更好地拟合无患子光合响应曲线,得到的光合响应参数也较准确;模型对所有光合响应参数的影响是极显著的,模型的筛选很重要。
不同地理种源云南松幼苗生物量分配及其异速生长
李鑫, 李昆, 段安安, 崔凯, 高成杰
2019, 41(4): 41-50. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180371
摘要:
目的云南松地理种源间存在着丰富的遗传变异,研究不同种源间云南松子代幼苗生物量及其异速生长,以期深入了解云南松幼苗生物量分配在不同种源间的变异。方法通过容器植苗,采用单因素随机区组设计,比较了9个地理种源云南松子代幼苗生物量及其分配的差异及其与种源地理、气候因子的关系,并运用标准化主轴回归分析了云南松幼苗各器官在种源间的异速生长关系。结果云南松幼苗生物量及其分配在种源间具有显著差异,其中永仁种源茎和叶以及总生物量最大,但根生物量及其分配比最小,云龙种源各器官生物量和总生物量较小,但具有最大的叶生物量分配比。生物量及其分配受种源地理气候因子不同程度的影响,其中以海拔和年均温影响较大。云南松各器官间的异速生长关系在种源间发生了显著变化,同样的情况在器官生物量与个体大小之间也有发生。结论尽管物种相同,云南松幼苗各器官生物量在种源间的分配关系无一致的协同变化规律,体现了云南松子代幼苗因不同种源地理气候因子长期影响而形成生物量分配模式上的遗传变异。
东北红豆杉生境适宜性评价
陈杰, 龙婷, 杨蓝, 王寅, 徐超, 李景文
2019, 41(4): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180408
摘要:
目的生境适宜性评价研究对于物种的保护和管理具有重要意义。过去物种分布研究仅限于模型使用没有提出明确的评价方法,而传统生境质量评价依赖于经验评分而易造成主观偏差。本文利用模糊数学方法结合生境适宜性指数(Habitat suitability index,HSI)模型研究国家一级保护植物东北红豆杉的生境适宜性与环境因子间的响应关系,以期为东北红豆杉物种保护提供理论依据。方法以物种个体多度作为生境适宜性指示因子,使用模糊数学构建单因子评价函数,通过HSI模型计算生境适宜性指数并绘制生境适宜性空间分布图。结果气候评价因子按熵信息重要性排序为最小月降水量 > 年平均温 > 夏季平均温 > 平均温度日较差;地形评价因子重要性排序为坡向 > 坡位 > 坡度 > 海拔。模型评价检验结果准确率为65%,受试者工作特征曲线下面积为0.7。模型预测显示东北红豆杉分布区面积狭小且破碎化严重,生境斑块面积多在1.39 ~ 2.78 km2;高适生区集中分布于吉林省东部、黑龙江省东南部,面积约为41 300 km2;低适生区集中分布于吉林省东南部,面积约为62 800 km2结论利用模糊数学结合HSI模型研究环境变量与东北红豆杉多度间关系,可用于评价生境适宜性。模型预测结果一定程度地反映了物种高、低生境适宜区的空间格局,可为制定物种保护策略提供科学依据。
基于Biome-BGC模型的千烟洲森林水分利用效率研究
温永斌, 韩海荣, 程小琴, 李祖政
2019, 41(4): 69-77. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190001
摘要:
目的为了探究全球气候变化背景下森林生态系统水分利用效率的影响因子及其对气候变化的响应。方法本文利用经PEST模型参数优化后的Biome-BGC模型,对千烟洲森林生态系统2000—2014(CK)年以及不同气候情景变化模式下的水分利用效率及其影响因子进行了探究。结果(1)千烟洲的年均温和最大叶面积指数同水分利用效率呈显著正相关关系(P < 0.01),降水同水分利用效率间的相关性不显著(P > 0.05)。(2)千烟洲不同情景模式水分利用效率的取值区间是2.09 ~ 3.71 g/kg、均值2.90 g/kg。(3)同CK(2.18 ~ 2.57 g/kg、均值2.38 g/kg)相比,千烟洲各情景模式下大气CO2浓度增加情景(2.38 ~ 3.41 g/kg、均值2.90 g/kg)、降水和大气CO2浓度同时增加情景(2.38 ~ 3.33 g/kg、均值2.86 g/kg)、气温和大气CO2浓度同时增加情景(2.58 ~ 3.71 g/kg、均值3.15 g/kg)、降水和气温同时增加(2.30 ~ 2.84 g/kg、均值2.57 g/kg)及降水、气温和大气CO2浓度同时增加情景(2.70 ~ 3.60 g/kg、均值3.15 g/kg)的水分利用效率差异显著。但是,降水增加情景(2.09 ~ 2.68 g/kg、均值2.39 g/kg)和气温增加情景(2.13 ~ 2.81 g/kg、均值2.47 g/kg)对水分利用效率的影响不显著。(4)降水和大气CO2浓度同时增加情景与大气CO2浓度增加情景的水分利用效率差异不显著,气温和大气CO2浓度同时增加情景与大气CO2浓度增加情景的水分利用效率差异显著。结论(1)千烟洲森林生态系统的水分利用效率受到气温和叶面积指数的影响,情景分析表明水分利用效率能很好的对气候变化做出响应。(2)降水、气温和大气CO2浓度对水分利用效率的影响存在耦合效应。(3)增温对水分利用效率的影响要大于降水。
太行山南麓刺槐人工林土壤呼吸与土壤温度间的滞后关系
徐昳晅, 同小娟, 张劲松, 孟平, 李俊
2019, 41(4): 78-87. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180398
摘要:
目的土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的一个重要组成部分。本研究在年尺度和日尺度上分析刺槐人工林土壤呼吸与各土层温度间的温度敏感系数(Q10)的差异,并探讨土壤呼吸与各土层温度间的时间滞后。方法利用土壤呼吸自动观测系统Li-8150对太行山南麓50年生刺槐林进行定位观测。结果在年尺度上,刺槐人工林土壤呼吸与各土层温度在时间上的滞后不明显,且呈现显著的指数关系(P < 0.001)。Q10在2.23 ~ 2.53之间变动,且Q10随土壤温度测量深度的增加而略微增大,指数模型拟合系数(R2)随土壤温度测量深度的增加而略微减小。土壤呼吸与各土层温度不需要相位校准。在日尺度上,土壤呼吸与各层温度存在时间上的滞后,拟合系数R2较小,获得Q10并不准确。土壤呼吸与各土层温度需要进行相位校准,校准后的土壤呼吸与土壤温度间的拟合系数R2增大,获得的Q10更准确,并且Q10值随土壤温度测量深度增加而增加,但是深层(> 20 cm)的Q10过大并不符合生物学规律。在土壤浅层(< 20 cm),Q10随深度增加与土层温度变化幅度有关。结论在年尺度上,各土层Q10值相差不大,都能较理想反映全年刺槐林土壤呼吸与温度的关系。在日尺度上,本研究推荐使用浅层的Q10来反映日间刺槐林土壤呼吸与土壤温度关系。
黄土区刺槐和油松人工林土壤微生物PLFA分析
魏安琪, 魏天兴, 刘海燕, 王莎
2019, 41(4): 88-98. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180287
摘要:
目的研究黄土丘陵沟壑区不同人工林恢复对土壤微生物群落结构多样性产生的影响,为该区植被恢复评价提供数据参考。方法以山西吉县典型刺槐和油松人工林以及自然恢复的荒草地为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法(MIDI系统),分别对土壤表层0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土层的PLFA种类进行分析,比较不同人工林植被恢复后土壤微生物PLFA数量以及微生物群落结构的差异,并探讨土壤化学性质对土壤微生物群落结构的影响。结果土壤微生物PLFA总量,细菌、放线菌、革兰氏阳性菌和丛枝菌根真菌PLFA含量及多样性指标(Shannon-Wiener、 Simpson及Pielou指数)均呈现出刺槐林最高、油松林次之,且均显著高于荒草地的趋势(P < 0.05)。2种人工林土壤中表征环境胁迫的直链饱和脂肪酸/单不饱和脂肪酸(SAT/MONO)值显著低于荒草地(P < 0.05)。主成分分析结果显示,不同植被类型及土层深度的土壤微生物群落结构存在差异,且3种植被表层土壤微生物群落结构之间的差异达到了显著水平(P < 0.05)。冗余分析和Pearson相关分析结果显示,土壤微生物群落结构变化的主要影响因素是土壤全氮含量和pH值。结论刺槐和油松人工林的恢复对土壤微生物群落结构多样性有显著影响,对土壤生态系统的修复具有积极意义。与油松相比,刺槐更有利于土壤微生物状况的改善。
松材线虫生防放线菌的筛选、鉴定及其毒性因子初步研究
黄冰纷, 陈俊梅, 李文鹏, 宋希磊, 王博文, 张成, 赵素雅, 牛秋红
2019, 41(4): 99-106. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180302
摘要:
目的从土壤中筛选、鉴定出对松材线虫有较高杀灭活性的放线菌,并确定其毒力因子。方法以藤黄八叠球菌、枯草杆菌、大肠杆菌3个敏感菌株为抑菌检测对象,从南阳师范学院校园内、白河边、宝天曼、卧龙岗等地采集的土壤样品中筛选有抑菌活性的放线菌,采用形态学观察以及基于16S rRNA序列分析等方法对抑菌活性最高的菌株进行分类鉴定,将该菌株进行杀松材线虫活性测试,并分离纯化出杀线活性物质。结果筛选出4株有抑菌活性的放线菌菌株:C611、C612、C614、C619,其中C611菌株对藤黄八叠球菌、枯草杆菌和大肠杆菌均有较高抑制活性。结合该菌株形态学、生理学特征以及16S rRNA序列分析等结果,将其初步确定为链霉菌属。将C611发酵液处理松材线虫7 d后,线虫死亡率高达85%,空白对照组死亡率为0,对C611发酵液进行分离纯化后,初步确定活性成分为呋喃它酮。使用含量为0.1%呋喃它酮纯溶液测试杀线虫活性,作用于线虫5 d后其死亡率高达96%。结论本研究筛选到的生防放线菌C611,鉴定出其活性物质为呋喃它酮,丰富了松材线虫生防菌的种类,本研究首次发现呋喃它酮对线虫有较强毒杀作用,为松材线虫生物防治奠定了一定的理论基础。
海南省3座城市的植物多样性水平对比研究
何荣晓, 杨帆, 闫蓬勃, 韦家瑜
2019, 41(4): 107-115. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180315
摘要:
目的通过对海南省3座城市的植物组成进行分析,探讨了各城市植物多样性形成差异的驱动因素,为今后城市植物多样性保护和布局等研究工作提供参考。方法以海南省的海口、文昌和三亚为研究对象,在城市规划区域内进行随机抽样的调查方法,调查内容包括样方内的物种、胸径、冠幅、株高、数量、植被覆盖面积等信息,应用β相异性指数研究群落和物种的组成差异,对各城市植物多样性在物种、功能和谱系层面进行显著性差异分析,通过对比探讨影响城市植物多样性差异的因素。结果(1)海口市规划区共统计了227种植物,归属于71科184属;三亚市规划区共统计了244种植物,归属于76科204属;文昌市规划区共统计了230种植物,归属于72科181属。(2)3座城市的乡土物种β相异性均高于外来物种,乔木层的物种β相异性比灌木层和草本层低。(3)3座城市的乔木层物种多样性指数无显著差异;文昌的灌木层物种多样性指数显著低于海口和三亚2个城市(P < 0.05);三亚和文昌草本层的Simpson指数和Shannon-Wiener指数均呈现显著差异(P < 0.05),且文昌的各多样性指数值较高。(4)文昌和另外2座城市之间灌木层的功能均匀度指数(FEve)和功能离散度指数(FDis)均呈现了显著差异,文昌的灌木层功能多样性指数显著低于海口和三亚(分别为P < 0.01和P < 0.001),与灌木层的物种多样性结果一致。(5)文昌乔木层的谱系多样性指数(PD)值显著高于海口,三亚灌木层的PD指数值显著高于文昌,文昌草本层的PD指数值显著高于海口和三亚(P < 0.01)。灌木层和草本层的谱系均匀度指数(PSE)结果与PD指数一致(分别为P < 0.001和P < 0.01),但在乔木层没有呈现显著差异(P = 0.690)。结论海南省3座城市的乡土物种组成差异性比外来物种更为明显,但整体植被种类未呈现出明显的同质性的特征。3座城市物种多样性、功能多样性和谱系多样性水平的高低趋势基本保持一致。未来研究中,分析城市中多个层面的植物多样性差异,可以更全面地对多样性格局的保护和控制提供决策依据。
江西武夷山南方铁杉种群结构与点格局分析
吴秀萍, 许晓岗, 王璐, 李垚
2019, 41(4): 60-68. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180309
摘要:
  目的   了解武夷山自然保护区内南方铁杉的种群结构及空间分布情况,对揭示南方铁杉的演替更新具有重要意义。   方法   对南方铁杉种群进行样地调查,通过种群年龄结构分析、静态生命表编制、生存分析、时间序列模型预测和点格局分析探索了南方铁杉种群结构和空间分布格局。   结果   (1)南方铁杉种群年龄结构呈“金字塔”型,属增长型种群,存活曲线趋于Deevey-Ⅰ型,存活曲线、死亡率和消失率曲线以及生存函数分析表明种群具有前期稳定、中期减少和后期衰退的特点。(2)时间序列预测未来3、6和9个龄级时间后南方铁杉种群各龄级个体数均逐渐增加,南方铁杉幼年个体数相对丰富,老龄级树有较充足的后备资源得以补充,种群能自然更新。(3)南方铁杉种群整体在小尺度(r < 20 m)呈聚集分布,随尺度的增加呈随机分布或均匀分布;种群不同发育阶段的空间分布格局与研究尺度紧密相关,幼树明显呈聚集分布,中树随研究尺度增大由聚集分布向随机分布转变,老树基本呈随机分布。   结论   南方铁杉种群天然更新能力较强,保护区维持现有的生境条件,南方铁杉种群将继续呈增长状态。
风景园林
基于PLSR模型的北京市中心城绿色空间演变驱动机制研究(1992—2016年)
李方正, 解爽, 李雄
2019, 41(4): 116-126. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180250
摘要:
目的由城市绿地、农田、林地、湿地和水域构成的绿色空间对于保障社会和谐、经济高效、生态宜人和居住舒适,以及维护城市可持续发展具有重要意义。理清其景观动态的变化及其驱动机制对于指导北京市中心城绿色空间合理规划以提升其大生态环境具有重要意义。方法以北京市中心城为研究范围,选取1992、2000、2008、2016年4个时间节点进行绿色空间演变驱动机制研究,利用偏最小二乘回归分析法探究社会经济因素、自然因素对绿色空间演变的影响作用。结果社会经济因素与各地类面积演变的偏最小二乘回归分析结果显示:地区生产总值、人均GDP、常住人口、建设用地面积4项影响因子对各地类面积演变的变量投影重要性VIP值均大于1;自然因素中影响各地类斑块类型面积指数演变的变量投影重要性VIP值均小于1。结论社会经济是北京市中心城绿色空间演变的直接驱动力,人口规模的增加、地区经济的增长、产业结构的调整是导致绿色空间演变的重要因素,而自然因素对绿色空间演变的影响作用相对静态,且不如社会经济因素明显。本研究科学合理地阐明了影响绿色空间发展的关键因素,为制定合理科学的绿地发展、保护政策提供参考依据。
林业工程
桦木单板/玻璃纤维复合材料的制备工艺优化
林斌, 翟学勇, 李瑞, 孙立鹏, 张元婷, 尹玉雪, 刘镇波
2019, 41(4): 127-135. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190049
摘要:
目的为了探究工艺因子对复合材料声学振动性能的影响,优化复合材料制备工艺条件参数以提高复合材料声学振动性能。方法按照单板层积材结构设计制备桦木单板/玻璃纤维复合材料。利用双通道快速傅里叶变换频谱分析仪(FFT)对复合材料的声学振动性能进行检测,以比动弹性模量(E/ρ)、弹性模量和剪切模量的比值(E/G)、声辐射品质常数(R)、损耗角正切(tanσ)、声速(v)归一后的综合得分值为响应指标,分析热压时间、热压压力、施胶量对复合材料的声学振动性能的影响。在单因素实验的基础上,利用响应面分析法建立工艺因子和响应值的二次回归模型,优化复合材料的制备工艺条件。结果单因素实验范围内,在热压时间10 ~ 25 min、热压压力0.6 ~ 1.3 MPa、施胶量140 ~ 180 g/m2时,复合材料声学振动性能显著提升,说明实验的工艺因子对复合材料声学振动性能影响显著。利用Design-Expert软件对复合材料的声学振动性能测试结果进行二次多项式回归拟合,剔除对模型影响不显著的因素,建立了复合材料综合得分值的响应面模型。通过响应面模型优化后的最佳工艺条件为:热压时间24.5 min、热压压力1.3 MPa、施胶量180 g/m2,此条件下复合材料的E/ρ为25.27 GPa,E/G为15.99,R为6.48 m3/(Pa·s3),tanσ为0.001 25,v为5 026.55 m/s,综合得分值可达到98.19。结论综合得分值的模型P < 0.000 1,响应值的实测值和预测值之间的偏差均小于5%,说明响应值与回归模型均存在高度显著关系,也说明回归模型准确、可靠。
不同纬度毛竹物理力学性质的比较研究
张闻博, 费本华, 田根林, 胡陶, 岳祥华, 常艳婷, 江泽慧
2019, 41(4): 136-145. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180245
摘要:
目的本研究旨在探讨分布在不同亚热带种源地区毛竹物理力学性质的变异规律。方法研究采用基于R语言的单因素方差分析、主成分分析等方法,对3个地区210株毛竹的物理性质和力学性质等8个相关指标(体积全干干缩率、体积气干干缩率、含水率、全干密度、气干密度、微纤丝角、抗弯强度和弹性模量)进行遗传变异分析。结果通过比较分析发现毛竹的物理力学性质在3个不同纬度地区间存在显著差异,这种差异可能是受遗传因素、环境因素等共同控制。体积干缩率、密度、微纤丝角和抗弯相关指标均以低纬度广西灌阳地区最大;只有含水率的分布规律为浙江安吉 > 安徽霍山 > 广西灌阳。从变异系数来看,3个地区间的物理力学性质在群体间和群体内的变异程度没有呈现明显的趋势和规律。主成分分析得出抗弯相关指标、体积干缩率和含水率均不同程度地代表了所调查性状中主要的物理力学性质。结论3个地区中,广西灌阳地区的竹材具有高强度和高密度等特点,更适合作为工程用材进行加工利用。研究成果不仅可深入了解不同纬度地区毛竹物理力学性质的特征,还可以发展适地适材伐竹,为合理利用我国全分布区的毛竹资源提供理论依据。
基于深度学习的5种树皮纹理图像识别研究
刘嘉政, 王雪峰, 王甜
2019, 41(4): 146-154. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180242
摘要:
目的针对在树皮图像识别时,现有的算法和识别过程过于复杂的问题,提出了基于深度学习的方法来对不同树种的树皮图像进行识别。方法本文以5种常见树种的树皮纹理图像为例,采用基于卷积神经网络的深度学习方法,将原始图像直接作为输入,通过卷积和池化层对图像的低级、高级特征进行自动提取,解决了手动提取纹理特征的困难和问题;在此基础上,对CNN模型结构进行改进,采用带Maxout的ELU激励函数来代替ReLU函数,解决模型的偏移和零梯度问题;对损失函数进行改进,通过添加规范项来优化结构参数,并使用分段常数衰减法对学习率进行动态调控;最后采用softmax分类器对图像类别进行输出。结果对5个树种的树皮图像共计10 000张图像进行实验,其中每类选取200张图像作为测试集。最终训练准确率达到93.80%,测试集识别准确率为97.70%。另外,为验证本文方法的可行性,与传统人工特征提取法,提取HOG特征、Gabor特征和灰度共生矩阵统计法,训练SVM分类器。通过实验比较,本文方法识别准确率最高。结论本文提出的基于深度学习的树皮纹理图像识别方法是可行的,提高了识别效率和精度,为树种的智能化识别提供新的参考。