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2019年  41卷  第9期

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2019-09期目录
2019, 41(9).
摘要:
林学
基于贝叶斯方法的蒙古栎林单木枯死模型
姚丹丹, 徐奇刚, 闫晓旺, 李玉堂
2019, 41(9): 1-8. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180260
摘要:
目的贝叶斯统计法在提高模型参数稳定性上有较大的优势,研究贝叶斯方法在单木枯死模型中的应用,改进模型参数的估计方法,为蒙古栎天然林林分生长收获与经营管理提供参考。方法以蒙古栎天然异龄林为对象,基于202块固定样地数据,利用二分类Logistic模型构建基于经典概率统计法、贝叶斯法和分层贝叶斯法的蒙古栎单木枯死模型。随机抽取80%的数据用于建立模型,剩下的20%用于检验模型,利用经典概率统计法(非线性最小二乘法)、有先验信息的贝叶斯统计法和无先验信息的分层贝叶斯统计法进行参数估计,分析模型的表现和参数分布。模型的拟合效果通过计算ROC曲线下的面积AUC(Under Curve)来判断,并利用Pearson-χ2检验来检验模型的拟合优度。结果(1)贝叶斯法与传统极大似然法的估计值相近,且其估计参数的标准差小于传统方法。(2)贝叶斯法估计参数的可信区间最小,比传统极大似然法的置信区间小6.0% ~ 31.8%。层次贝叶斯法估计参数的可信区间最大,比传统极大似然法的置信区间大11.2% ~ 185.0%。(3)拟合效果最好的是层次贝叶斯法,其模型AUC值为0.83,贝叶斯法与传统极大似然法模型的AUC值均为0.73。结论层次贝叶斯法在拟合枯死模型方面具有明显的优势,拟合效果最好,模型预估精度最高。
基于随机森林算法的落叶松−云冷杉混交林单木胸径生长预测
欧强新, 雷相东, 沈琛琛, 宋国涛
2019, 41(9): 9-19. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180266
摘要:
目的单木生长受气候、林分等多种因子影响,需要利用适当的方法厘清气候以及林分中影响林木生长的主导因子。随机森林等机器学习方法提供了一种新的途径,需要检验利用随机森林算法分析气候和林分因子对林木生长影响的可靠性,为森林生长收获预估提供新的方法。方法以吉林省汪清林业局20块落叶松−云冷杉混交林固定样地25年(1986—2010年)间连续调查数据作为研究材料,候选气候和林分因子52个,利用随机森林算法建立了包含气候和林分的单木胸径生长模型,分析气候和林分因子对单木胸径年平均生长量的影响:基于52个超参数组合(决策树数目ntree = 1 000、决策树每个结点随机选择的预测变量个数mtry = {1, 2, ···, 52})构建了52个随机森林模型,利用10折交叉验证法分别训练和评估52个随机森林模型;基于完整数据集,利用最优随机森林模型分析自变量对单木胸径年平均生长量影响的相对重要性以及偏依赖关系。结果ntree = 1 000、mtry = 12所对应的模型是52个模型中具有最佳泛化能力的模型,该模型具有最大的交叉验证决定系数R2cvR2cv = 0.54),以及最小的交叉验证均方根误差RMSEcv、交叉验证平均绝对偏差MAEcv和交叉验证相对均方根误差rRMSEcv(RMSEcv = 0.14 cm、MAEcv = 0.10 cm、rRMSEcv = 50%)。单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,相对重要性超过80.00%。8个林分因子中,大于对象木的林木断面积之和BAL对单木胸径年平均生长量影响最大,林分每公顷株数N对单木胸径年平均生长量影响最小,其他因子对单木胸径年平均生长量影响介于两者之间;单木胸径年平均生长量随BAL、林分每公顷断面积BA、N以及林分断面积平均胸径Dg的增加而下降,随对象木胸径与林分断面积平均胸径之比RD、林木期初胸径D0以及对象木胸径与林分中最大林木胸径之比DDM的增加而增加。单木胸径年平均生长量受气候因子的影响较小,相对重要性低于20.00%。44个气候因子对单木胸径年平均生长量的影响均较小(相对重要性均 < 1%),其中,生长季平均降水量(4—9月)与年均降水量之比Pratio、年总太阳辐射时长Asr、生长季平均降水量(4—9月)与生长季相对湿度(4—9月)之比Gspgsrh以及生长季太阳辐射时长(4—9月)Gssr是前4个相对重要的变量。结论随机森林模型能够较好地解析各变量与单木胸径年平均生长量之间复杂的关系,单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,而受气候因子的影响较小。总体而言,在局部尺度上,林分因子是影响单木胸径生长的主导因子,而气候因子对单木胸径生长的解释能力有限。随机森林模型具有一定的泛化能力和统计可靠性,产生的变量重要性和偏依赖图具有合理的林学意义。
基于卷积神经网络的高分二号影像林分类型分类
江涛, 王新杰
2019, 41(9): 20-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180342
摘要:
目的基于遥感影像的林分类型分类在现代林业中是一项重要的应用。本文试图构建一个基于高分二号(GF-2)影像林分类型分类的卷积神经网络(CNN)模型,探索CNN在遥感图像像素级分类这一领域的发展潜力。方法以GF-2卫星遥感影像为数据源,利用Tensorflow(一种开源用于机器学习的框架)构建4种不同图像斑块大小(m = 5,7,9,11)为输入的CNN,同时以传统的神经网络模型——多层感知器(MLP)为基准,比较不同图像斑块大小下的CNN分类图的分类效果和分类精度。结果实验分类结果表明:CNN(m = 9)得出最高的分类精确度,总体精度比MLP和CNN(m = 5,7,11)分别高出10.91%和6.55%、1.3%、2.54%。分类图的可视化结果也表明CNN(m = 9)更好地解决了“椒盐现象”与过度平滑后的边界不确定性问题。结论CNN能够在利用高分影像光谱特征的同时充分挖掘影像的空间特征,从而提高分类精度,同时在利用CNN基于遥感影像分类时,根据数据源以及地物的特点选择合适的图像斑块大小作为输入是提高分类精度与分类效果的关键措施。
将乐林场马尾松树轮宽度对气候变化的响应
王童, 孙玉军, 乔晶晶
2019, 41(9): 30-39. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190067
摘要:
目的研究福建将乐地区马尾松年轮宽度对气候变化的响应,为本地区的树木年轮生态学研究提供参考,为当地马尾松的生产、农林业的发展提供数据支撑。方法以福建将乐林场采集的80根马尾松树芯为对象,运用ARSTAN程序建立差值年表和标准年表,通过相关函数、响应函数、单年分析等方法研究马尾松径向生长对气候因子变化的响应,并采用响应面函数建立树木径向生长−气候因子关系模型。结果马尾松年轮宽度序列对气候变化相当敏感,上一年5月到当年12月的月降水量和月平均气温的响应函数模型可解释年轮宽度变化的57.43%;温度对马尾松径向生长的影响存在一定“滞后性”,上一年6月平均气温促进马尾松径向生长;月降水量和月极端最低气温是马尾松抽梢期生长的气候限制因素,当年抽梢期的降水和极端最低气温对马尾松年轮宽度有显著的正效应,其中当年3月份的降水和极端最低气温对马尾松年轮宽度的作用尤为显著;月极端最高气温是马尾松伏旱期径向生长的气候限制因素,其中8月份的气温对马尾松年轮宽度表现出显著的负效应。结论该研究地区马尾松生长具有明显的季节性,马尾松年轮宽度序列对气候变化相当敏感。建立的马尾松径向生长−气候因子关系模型R2为51.2%,进一步验证了当年的逐月气候因子对马尾松径向生长的影响,该模型可较好地模拟马尾松树木径向生长对气候的响应。
采伐对吉林蛟河阔叶红松林生态功能的短期影响
李明鲁, 吴兆飞, 邱华, 张春雨, 赵秀海
2019, 41(9): 40-49. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180442
摘要:
目的为研究采伐强度对森林生态系统功能的影响,对森林生态服务功能评价体系建立提供意见,并对今后阔叶红松林经营管理提出建议和对策。方法以吉林蛟河林业实验管理局阔叶红松林为研究对象,分别设置采伐强度为0(对照CK)、15%(弱度采伐LT)、35%(中度采伐MT)、50%(强度采伐HT)的4块样地。采用国家林业和草原局森林生态功能评价标准,选择森林群落结构、森林蓄积量、树种结构、森林自然度、植被总覆盖度、林分平均高、枯枝落叶厚度、郁闭度8个因子作为森林生态功能的评价因子,对比了不同强度采伐样地在采伐前、采伐后和采伐4年后生态功能的差异。结果(1)采伐前,各样地生态功能指数均为0.83,采伐后,不同强度采伐样地生态功能指数出现显著差异,未采伐(0.83) > 弱度采伐(0.71) > 中度采伐(0.67) > 强度采伐(0.53)。4年后,各采伐样地生态功能指数差异逐渐减小,其中弱度采伐样地的生态功能指数恢复到采伐前状态(0.83),中度采伐样地和强度采伐样地也都有不同程度的改善,生态功能指数分别为0.77和0.61。(2)林分蓄积年均增长率随着采伐强度呈先增加后减少的趋势。(3)采伐对阔叶红松混交林优势种的生长起到了一定促进作用,而对林分树高的生长并没有产生明显的促进作用。结论低强度采伐后,森林生态功能能在短时间内恢复,并表现出更好的生长潜力,提高了人类对木材资源的利用,使森林综合效益得到改善;而大强度的采伐会严重破坏森林生态系统的稳定性,影响生态系统功能,使其在短时间内无法恢复。综合考虑,采伐强度在15%比较合理,建议不超过35%。
内蒙古大兴安岭林区不同恢复阶段森林生物量特征与影响因素
何潇, 曹磊, 徐胜林, 李海奎
2019, 41(9): 50-58. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190030
摘要:
目的针对内蒙古大兴安岭林区中火烧、采伐干扰后退化森林生态系统恢复演替进程,研究其林分生物量特征,确定林分、地形和气候因子对林分生物量的影响,建立林分生物量通用模型,进行森林碳汇功能研究。方法利用野外实测的胸径和树高推算生物量。采用方差分析确定林分、地形和气候因子以及恢复时间、干扰类型等对林分生物量有无影响,使用一般线性模型建立林分生物量的多元线性模型,比较退化森林生态系统在不同生境下林分生物量特征。结果(1)不同恢复阶段的林分生物量差异明显,森林各器官的生物量分配有所不同,生物量最大比重多出现在4 ~ 8 cm、14 cm和18 ~ 26 cm径阶。(2)方差分析结果表明,恢复时间、干扰类型、林分优势树种、海拔对林分生物量恢复有显著性影响,而气候因子或气候因子的2个主成分对林分生物量的影响都不显著,2个林分生物量模型的确定系数在0.85以上,可以用来预测退化森林生态系统中的森林生物量。结论不同恢复阶段森林生物量有较大差异,森林乔木各器官生物量分配、径阶分配受到干扰类型和恢复时间影响。林分生物量与时间和海拔成正比,干扰方式与林型会影响林分生物量,研究结果可为大兴安岭林区森林生物量预测以及森林碳库研究提供借鉴。
油松人工林林隙天然更新及与环境相关性分析
罗桂生, 马履一, 贾忠奎, 吴丹妮, 迟明峰, 张淑敏, 赵贵娟
2019, 41(9): 59-68. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180416
摘要:
目的油松为我国北方地区主要造林树种。通过探讨环境因子与油松更新苗生长的相关关系,阐明了油松人工林抚育间伐形成的林隙对其天然更新影响的内在机制。方法在油松人工纯林设置4种林隙等级,即林隙直径和冠层平均树高之比分别为L-I(0.75 H)、L-II(1.00 H)、L-III(1.25 H)(H为冠层均高)和对照(CK,林冠下),每种林隙等级设置3个重复,并根据边界木的平均冠幅将每个林隙分为林隙中心区域(B),林隙边缘区域(C)和林隙周边区域(D)。调查了油松更新状况,同时测量生长旺季的光合有效辐射、空气温度、空气湿度、土壤温度和土壤湿度等环境因子,在此基础上,分析了不同林隙等级下物种组成和生长状况的差异性,以及与环境因子的关系。结果结果表明:①所有林隙等级中油松更新苗数量均占绝大部分(> 82.6%),油松更新苗数量所占比例并没有显著差异(P > 0.05)。②林隙等级对总的更新苗平均密度、平均高度和平均当年高生长都有显著影响(P < 0.05),平均密度随着林隙面积的增大而减小,最大值为1.72株/m2;平均高度随林隙面积的增大而增大,最大值为120.41 cm;平均当年高生长最大值在L-II林隙中,为14.41 cm。③同一等级林隙内的不同区域对总的更新苗平均密度有显著影响(P < 0.05),且无论林隙大小,最大密度总是位于C区域,而更新苗当年高生长只有在L-II等级林隙内的不同区域间才有显著差异。④L-I和L-II等级林隙光合有效辐射与更新苗苗高和当年高生长均呈显著的正相关(P < 0.05),而总的更新苗密度与土壤温度只在L-I等级林隙达到了显著的负相关水平(P < 0.05),空气湿度和土壤含水量只在特定等级林隙中与部分更新特征显著相关。结论初步结论:油松人工林内,间伐产生的林隙对天然更新有明显的促进作用,而对植物物种组成影响不大;林隙的大小主要通过影响光合有效辐射对油松更新状况产生影响;所研究的5个环境因子中,林隙光合有效辐射和土壤温度是影响更新苗更新状况的主要因子。
基于SSR和SRAP标记的红花玉兰品种遗传关系分析及分子鉴定
张妹, 何正权, 马江, 桑子阳, 朱仲龙, 张德春, 马履一, 陈发菊
2019, 41(9): 69-80. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190204
摘要:
目的为了解析红花玉兰各品种间的遗传多样性和遗传差异等问题,本研究采用SSR和SRAP分子标记方法对红花玉兰不同品种的遗传多样性水平和遗传分化程度进行评估,以建立其分子标记体系。方法以35个红花玉兰品种为实验材料,分别进行SSR和SRAP标记扩增,计算出SSR和SRAP分子标记的各遗传参数。利用NTSYS-pc2.1软件计算各品种间的遗传相似系数并用非加权法(UPGMA)进行聚类分析。通过R语言分析筛选出能够完全区分红花玉兰品种的引物对组合。结果经筛选共获得18对具有多态性且条带清晰的SSR引物,分别以35个红花玉兰品种基因组DNA为模板,共扩增出DNA条带128条,每对引物扩增条带在2 ~ 15之间,平均每对引物扩增7.1条,平均带型数为10.6,平均有效带型数为5.4,平均分辨能力(D)为0.72;不同引物的多态性位点百分比变化范围很大,在0.142 9 ~ 1.000 0之间,均值为0.730 2;Shannon’s指数平均为0.304 2,范围是0.086 4 ~ 0.433 7;平均期望杂合度为0.248 8,范围是0.059 2 ~ 0.282 3。利用筛选获得的11对SRAP引物对35个红花玉兰品种进行鉴定,共扩增156条DNA条带,引物扩增条带数在7 ~ 18之间,平均每对引物扩增14.2条,平均带型数为22.7,平均有效带型数为13.2,平均分辨能力(D)为0.93;11对引物的多态性位点百分比平均数为0.815 6,变异范围是0.657 1 ~ 1.000 0;平均Shannon’s指数为0.375 9,变异区间在0.287 2 ~ 0.455 3;平均期望杂合度为0.240 4,范围在0.180 2 ~ 0.311 6之间。结论红花玉兰具有较高的遗传多样性,经筛选和优化后的SSR和SRAP引物组合均能将现有红花玉兰品种完全区分开,实现了对红花玉兰品种的简便、快速、准确地鉴定,并为红花玉兰的保护和繁育,以及新品种的选育提供了重要的参考。
BpGH3.5基因白桦优良株系选择
于嘉俐, 王楚, 公欣桐, 李继唐, 刘桂丰, 姜静
2019, 41(9): 81-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180434
摘要:
目的植物生长素酰胺合成酶基因家族(GH3s)为典型的植物生长素初级/早期响应基因,多数家族基因可通过调节植物体内游离IAA的浓度实现对生长发育的调控。故此,采用基因工程育种技术将BpGH3.5正义链、反义链导入白桦基因组中,预期获得速生转基因白桦新品种。方法以7年生白桦转BpGH3.5基因的54个正、反义链株系及对照(WT)株系为研究对象,测定树高、胸径及材积等生长指标,采用PCR及qRT-PCR技术分别检测转正、反义链各5个株系目标基因的遗传稳定性及相对表达量,同时采用ELISA技术测定游离IAA含量。结果PCR扩增显示,转基因株系中的nptⅡ外源基因均为阳性;qRT- PCR分析显示,5个转正义链株系中BpGH3.5基因表达量均显著高于WT株系,相反,5个转反义链株系中内源BpGH3.5基因表达量均显著下调,即BpGH3.5反义链导入白桦基因组后干扰了白桦BpGH3.5基因的表达。内源游离IAA含量测定显示,转BpGH3.5正义链株系的IAA含量低于或显著低于WT株系,5个转反义链株系均显著高于WT株系(P < 0.01),其IAA含量均值高于WT株系的52.26%。7年生转BpGH3.5白桦的树高、胸径及材积生长性状在株系间的差异达到了极显著水平(P < 0.01),在树高、胸径及材积生长指标高于群体均值的转基因株系中,转反义链株系占80%以上,认为BpGH3.5反义链导入白桦基因组中通过抑制BpGH3.5基因的表达,削弱IAA氨基酸化的能力,进而释放更多游离IAA从而促进白桦的生长。采用主成分分析法,选出10个速生的转反义链株系,这些株系的树高、胸径及材积均值较群体均值分别高8.55%、19.28%、50.42%,材积的平均遗传增益为36.3%。上述入选株系为后续转BpGH3.5白桦的环境释放提供参考。结论BpGH3.5反义链导入白桦基因组中,能够抑制BpGH3.5基因的表达,同时释放更多游离IAA而促进白桦的生长,采用主成分分析法,选出10个优良株系。
转录组分析氧化胁迫对毛白杨悬浮细胞生长发育的影响
尹玢, 陆海
2019, 41(9): 90-98. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190157
摘要:
目的毛白杨是多年生木本植物,由于其固着的生长模式,毛白杨存在长期承受胁迫的可能性。氧化胁迫是常见的非生物胁迫方式,在多个物种中均有不同程度的研究,然而以毛白杨为材料在转录水平的研究目前鲜有报道。通过转录组数据探明活性氧平衡的打破对毛白杨悬浮细胞生长发育的影响。方法本研究对毛白杨悬浮细胞系进行H2O2胁迫处理,通过激光共聚焦显微镜和转录组测序技术(RNA-Seq),观察、分析了线粒体的形态学和基因表达量的差异。结果通过对转录组数据的分析得到了806个显著差异基因(P < 0.001且 |log2ratio| > 1),其中449个差异基因下调,357个差异基因上调。这些差异基因涉及细胞分裂、细胞分裂素的激活、赤霉素调控以及磷酸化途径。通过线粒体特异性染料并使用激光共聚焦显微镜观察氧化胁迫条件下毛白杨线粒体的形态学,结果表明氧化胁迫下线粒体以蠕虫状为主。结论通过分析氧化胁迫条件下细胞转录组数据,在RNA水平揭示了氧化胁迫对植物细胞生长发育的影响,为植物的应激反应和生长发育研究提供了理论基础。
油蒿灌木荒漠光能利用效率季节动态研究
李成, 马景永, 张财, 王奔, 查天山, 贾昕
2019, 41(9): 99-107. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180217
摘要:
目的光能利用效率(LUE)是表征植被通过光合作用将所吸收的能量转化为有机干物质效率的指标,也是估算生态系统生产力的重要参数,为了提高油蒿灌木荒漠生产力的估算和预测精度,本文研究了油蒿灌木荒漠LUE的季节动态以及环境因子对其的调节机制。方法本研究于2014年5—10月通过涡度协方差法观测了宁夏盐池典型油蒿灌木荒漠生态系统的净碳交换、光合有效辐射、温度和水分等因子,分析油蒿灌木荒漠生态系统LUE的昼夜和季节变化及与其主要环境因子的关系。结果在日尺度上,LUE在14:00时达到最低值(0.000 8 ~ 0.002 4 μmol/μmol)。LUE的日变化主要受到冠层导度(gs)和光合有效辐射的影响。在季节尺度上,LUE从5月份开始迅速升高,9月份达到最大值(0.002 5 g/MJ),而后逐渐降低。LUE月平均值介于0.000 9 ~ 0.002 5 g/MJ之间。LUE的季节变化主要受土壤氮含量(Nsoil)、冠层导度(gs)和光合有效辐射(PAR)的影响。结论通过以上研究,发现在季节尺度上,通过增加土壤中的氮含量可以促进生态系统总生产力(GEP),从而增大油蒿灌木荒漠的光能利用效率。研究结果可以为提高半干旱区油蒿灌木荒漠生态系统生产力提供一定的理论指导,也为区域植被恢复重建提供重要参考。
阔叶红松混交林不同大小林隙地表温度和浅层土壤温度的时空异质性
段文标, 郭绮雯, 陈立新, 冯静, 王丽霞, 杜珊
2019, 41(9): 108-121. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180390
摘要:
目的探究不同大小林隙地表温度和浅层土壤温度的动态变化特征,为阔叶红松混交林苗木更新、生物多样性维持及生态环境的恢复提供理论依据。方法以小兴安岭阔叶红松林中林隙和小林隙为研究对象,采用网格法和十字样线法分别布设地表温度表和土壤温度表观测样点,在植物生长季测定了两个林隙的地表温度、地表最低和地表最高温度以及浅层(5、10、15和20 cm)土壤温度,采用经典统计学与地统计学对地表温度和土壤温度进行测量及时空异质性的分析。结果(1)地表温度和地表最高温度在生长季内(6—9月)的月变化均表现为先升后降的单峰型曲线分布,且7月达到最大值。地表温度的升温速率高于降温速率,升温幅度大,降温幅度小。(2)不同样地间地面最高温度与地面温度的变化相同,生长季内(6—9月)地面温度变化为:中林隙 > 小林隙 > 郁闭林分,最低温度变化为:中林隙 < 小林隙 < 郁闭林分。(3)各月份林隙土壤温度空间变异程度不同,6月和9月变异程度较7月和8月有所增加;随着土层深度增加,土壤温度的变异减小。(4)林隙日均地表温度和日均土壤温度均较郁闭林分高,且林隙土壤温度的最大值区域随时间出现动态变化。林隙中心地表温度和土壤温度极其日较差均高于郁闭林分。中、小林隙各土层温度差并无明显差异。(5)7月和8月土壤温度均呈较弱变异,6月和9月部分呈中等变异。结论地表温度和浅层土壤温度在不同月份均呈现出不同的变化趋势,生长季(6—9月)的地表温度与土壤温度恰恰是苗木更新及种子萌发的关键条件之一,本文旨在对群落演替和种群动态研究提供基础性数据。
寒温带林区不同林型下土壤中氮矿化特征
吴迪, 崔晓阳, 郭亚芬
2019, 41(9): 122-129. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180276
摘要:
目的研究不同林型不同海拔下森林土壤凋落物层和表层矿质土壤中氮矿化特征及与培养时间、土壤理化性质的关系,以了解森林土壤中针阔叶林下氮的矿化潜能,为充分地理解森林土壤氮循环提供参考。方法采用实验室好气培养法,以我国寒温带林区大兴安岭的偃松林、杜鹃−白桦林、杜鹃−落叶松林、杜香−落叶松林下漂灰土和棕色针叶林土的凋落物层及表层矿质土壤为研究对象,按培养时间测定其中的铵态氮、硝态氮含量及全氮、有机质、有机碳、含水量、pH、土壤机械组成等理化性质,研究4种林型下土壤中氮矿化与培养时间、海拔的关系,并通过主成分分析探讨氮矿化的潜在驱动因素。结果4种林型下,凋落物层中氮矿化以氨化作用占优势,表层矿质土壤中以硝化作用占优势。随培养时间的延长,凋落物层的矿化氮含量呈现先增后减的趋势,而表层矿质土壤中矿化氮含量呈现先减后增的趋势,培养初期有明显的矿化滞后期。pH对表层矿质土壤氮矿化产生了直接影响,而有机质、有机碳、全氮、土壤机械组成是土壤氮矿化过程中潜在的主要驱动因子。结论寒温带林区不同林型下凋落物层和表层矿质土壤中的氮矿化特征,因培养时间的差异导致氮矿化的趋势差异,两个层次均表现为随着海拔的升高,氮矿化量减少。通过比较分析,能够深入地认识寒温带林区森林土壤氮矿化潜力的变化趋势,研究结果为进一步理解森林土壤氮循环提供科学依据。
辽东山区两种针叶人工林土壤真菌群落结构特征
邓娇娇, 周永斌, 殷有, 白雪娇, 高慧淋, 朱文旭
2019, 41(9): 130-138. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180147
摘要:
目的为探讨辽东山区两种典型针叶人工林土壤真菌群落多样性及结构特征,揭示真菌群落结构与树种、土壤环境因子的相关性。方法本研究以辽东山区白石砬子自然保护区内落叶松(LGe)、红松(PKe)人工林和辽宁省森林经营研究所实验林场落叶松(LGd)、红松(PKd)为研究对象,采用Illunima Miseq高通量测序技术和OTU分析法比较不同针叶人工林土壤真菌群落结构差异,分析优势菌群与土壤理化性质的相关性。结果(1)与红松人工林相比,落叶松人工林有助于提高土壤全碳、全氮和速效氮的含量。(2)该区落叶松和红松人工林土壤共检测到9个土壤真菌门,优势菌门为担子菌门、子囊菌门、接合菌门和隐真菌门。(3)LGe和PKe,LGd和PKd土壤真菌的多样性和丰富度指数存在差异,但都不显著。(4)Venn和Heatmap表明落叶松和红松人工林土壤真菌群落组成和相对丰度存在差异,LGe和PKe间的差异较LGd和PKd间的差异小。(5)RDA分析与Pearson相关性分析表明,土壤pH、土壤全碳、速效氮、土壤碳氮比是该区针叶人工林土壤真菌群落结构变化的关键影响因素。结论土壤真菌群落结构、多样性指数在不同树种间存在一定差异,LGe和PKe土壤有机质和真菌群落结构多样性差异较小,表现趋同性,LGd和PKd差异较大。
LdNPV对CO2胁迫下舞毒蛾生长发育及生化酶活性影响
李欣悦, 王振越, 曹传旺
2019, 41(9): 139-146. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180199
摘要:
目的以森林害虫舞毒蛾为对象,研究CO2介导下LdNPV病毒对舞毒蛾生长发育、解毒酶和保护酶的影响。方法利用密闭式CO2人工气候箱研究了不同CO2含量(397、550和750 μL/L)条件下饲养的舞毒蛾幼虫,LdNPV对其生长发育指标的影响,并采用分光光度计法测定体内保护酶和解毒酶活性。结果高CO2含量胁迫下舞毒蛾3龄幼虫体重累计增长率降低。LdNPV胁迫导致不同CO2含量(397、550和750 μL/L)条件下饲养的舞毒蛾3龄幼虫体重累计增长率分别比对照组增加81.27%、71.63%和68.41%;随着CO2含量升高幼虫感染LdNPV死亡率增加,750 μL/L高含量处理组死亡率为27.09%。高CO2含量胁迫下舞毒蛾3龄幼虫体内解毒酶CarE和AChE活性随着CO2含量升高而诱导增加,ALP活性随CO2含量增加抑制下降;保护酶CAT活性随着CO2含量升高诱导增加,而SOD活性随着CO2含量升高抑制减少。高CO2含量条件下生长的舞毒蛾3龄幼虫接种LdNPV后,随着CO2含量升高体内CarE、ALP、AChE和CAT活性被抑制,而SOD活性表现为诱导增加。结论不同CO2含量下舞毒蛾饲养至3龄幼虫接种LdNPV,随着CO2含量增加,幼虫体重累计增长率减少、死亡率增加。舞毒蛾幼虫CarE、AChE、ALP和CAT活性随着LdNPV处理时间和CO2含量增加而主要表现为抑制减少;SOD活性则主要表现为诱导增加。CO2含量升高可能通过影响生长发育和生理生化增加LdNPV对舞毒蛾幼虫的致病力。
林业工程
单板层积材的三维光学检测及其托盘的有限元仿真分析
储德淼, 母军, 康柳, 赖宗元
2019, 41(9): 147-155. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190056
摘要:
目的单板层积材应用广泛,但其性能测试多采用破坏性实验方法,存在检测效率低且会造成资源浪费的不足。本研究对一种新型层积板材及其制得的托盘进行无损检测,旨在为木质层积材及制品性能的高效、精确检测提供理论参考和技术支撑。方法将三维光学检测法与有限元仿真分析相结合,首先采用数字散斑法测量并计算获得新型层积板材的弹性常数(包括弹性模量,泊松比,剪切模量);然后导入有限元仿真分析中,分别选取layer单元和solid 185单元对板材模型进行网格划分和静力模拟,优化其仿真模拟参数;参照国际标准ISO 8611—2011 对新型层积板材托盘性能进行检测,利用Solidworks建立及装配托盘模型,在ANSYS workbench软件中对托盘整体结构进行整体抗压、底板抗压、面板抗压和角跌落等仿真模拟,并与实验测试结果进行对比分析。结果三维光学法获得的弹性参数可以应用于新型层积板材及其制品的有限元仿真分析中,ANSYS有限元仿真结果可靠;将新型层积材作为整体结构,选用solid 185单元的仿真模拟结果与实际测试情况最为接近;新型层积材托盘静力仿真分析中托盘的最大变形与实验结果相近,4种工况仿真分析结果与实测结果相同。结论三维光学检测法结合有限元仿真分析可以对木质层积材及其制品的受力、变形和破坏情况进行无损检测,可达到高效和节能的目的。
研究方法
沙蒿水浸提液化感物质的分离与鉴定
邓文红, 赵欣蕊, 张俊琦, 郭惠红
2019, 41(9): 156-163. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190086
摘要:
目的研究沙蒿根、茎、叶和种子水浸提液的化感物质,探究其对沙米种子发芽的影响,为沙蒿在群落演替过程中化感作用的研究提供理论依据。方法用超纯水室温浸提沙蒿根、茎、叶和种子48 h,离心,上清液经萃取后得到酸性、中性和碱性浸提液。将3种浸提液分为两部分,一部分用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对其组分含量进行分析,另一部分用于沙米种子发芽实验。结果沙蒿水浸提液酸性组分共检测到35种化合物,根的酸性组分主要为丁二酸(22.42%)和3,4-二羟基苯甲酸(13.13%);茎的酸性组分主要为丁二酸(25.81%)、咖啡酸(13.53%)、3-羟基-4-甲氧基苯甲酸(12.12%)和2-羟基丙酸(11.13%);叶的酸性组分主要为3,4-二羟基苯甲酸(23.15%)、苯甲酸(16.62%)和3-羟基-4-甲氧基苯甲酸(15.68%);种子的酸性组分主要为2-羟基丙酸(47.64%)和丁二酸(32.28%)。中性组分共检测到20种化合物,根、茎、叶和种子的主要成分均为2-呋喃丙醇,分别占检测到物质的62.28%、33.10%、47.42%、85.13%。碱性组分共检测到6种化合物,根中主要成分为乙胺(43.80%),茎、叶和种子中主要成分为2-羟基乙胺,分别占检测到物质的53.95%、42.45%、56.29%。沙蒿水浸提液酸性、中性和碱性组分对沙米种子发芽均有抑制作用,其中酸性组分的抑制作用最强,其次为碱性组分,影响最弱的为中性组分。结论沙蒿化感物质主要是酸性物质,在沙蒿与其他植物竞争中具有重要作用。不同部位水浸提液所表现出来的化感效应强度不同,表明化感作用与其含有的化感物质的种类与含量有关。
综合述评
足尺人造板力学性能无损检测研究进展
管成, 刘晋浩, 张厚江, 周卢婧
2019, 41(9): 164-172. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180379
摘要:
弹性常数(弹性模量和剪切模量)、强度常数与动态黏弹性是表征足尺人造板力学性能非常重要的3项指标,而弹性常数与强度常数间关系密切,因此,无损检测足尺人造板的弹性常数和动态黏弹性是其力学性能无损检测研究的焦点。本文首先对人造板力学性能及其检测方法进行了概述和归纳,然后对国内外人造板弹性常数和动态黏弹性振动检测研究现状作了汇总与分析,同时指出了足尺人造板力学性能振动检测已有研究存在的不足,并介绍了笔者所在课题组针对面向力学性能评估的足尺人造板振动检测研究的开展情况。足尺人造板力学性能无损检测下一步科研的目标是建立一种基于振动检测理论的面向结构用足尺人造板整板力学性能的快速、无损检测和评估的技术和方法。其研究成果可以为将来实现结构用足尺人造板实验室环境下的快捷抽检及生产线上的力学性能普检和分等奠定理论基础。