高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2020年  42卷  第3期

显示方式:
2020-03目录
2020, 42(3).
摘要:
林学
采伐对大兴安岭非连续冻土区毛赤杨沼泽碳源/汇的影响
姜宁, 牟长城, 韩丽冬, 申忠奇
2020, 42(3): 1-13. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190074
摘要:
目的气候变暖引起冻土退化将会增加冻土之上湿地的温室气体排放,但有关采伐干扰对冻土湿地温室气体排放有何影响仍不清楚。方法运用静态箱−气相色谱,相对生长方程等方法,测定寒温带大兴安岭冻土生境毛赤杨沼泽林4种不同采伐处理(对照(D)、轻度择伐15%(Qz)、重度择伐45%(Zz)及皆伐(J))的土壤呼吸年碳排放量(ACE)(CO2和CH4),植被净初级生产力(NPP)与年净固碳量(VNCS)及相关环境因子(土壤温度、水位、化冻深度、土壤碳氮含量、雪被厚度等),依据生态系统净碳收支平衡,揭示采伐干扰对冻土生境毛赤杨沼泽林生态系统碳源/汇的影响规律及其机制。结果(1) Zz和J显著降低土壤CH4年均通量(0.008 ~ 0.019 mg/(m2·h))52.6% ~ 57.9%,而Qz与对照相近(− 10.5%,P > 0.05),且其季节动态趋势存在2种类型(D、Qz双峰型−低排放及Zz和J双峰型−低吸收)。(2) Qz、Zz和J显著降低土壤CO2年均通量(103.69 ~ 133.65 mg/(m2·h))14.4% ~ 22.4%(P < 0.05),且其季节动态趋势存在2种类型(D、Qz单峰型−峰值于夏末及Zz和J单峰型−峰值提前于盛夏)。(3) 其土壤CH4通量受土壤温度、水位、雪被厚度综合控制,土壤CO2通量受土壤温度、土壤有机碳含量、化冻深度综合控制。(4) NPP(5.07 ~ 8.83 t/(hm2·a))和VNCS(2.10 ~ 3.83 t/(hm2·a))呈现随采伐强度增大而递减趋势,Qz与D相近(P > 0.05),Zz和J显著低于D 13.7% ~ 36.9%和14.2% ~ 43.5%(P < 0.05),J又显著低于Zz 26.9%和34.2%(P < 0.05)。(5) 净生态系统碳收支(− 0.42 ~ 1.30 t/(hm2·a))存在显著差异性,D、Qz、Zz均表现为碳的吸收汇,且Qz的汇强显著高于D和Zz 1.6和1.2倍(P < 0.05),但J已转化为碳的排放源(− 0.42 t/(hm2·a),P < 0.05)。结论择伐干扰8年后寒温带冻土区毛赤杨沼泽林的碳汇功能已恢复,而皆伐后仍维持碳源,故在湿地碳汇管理中适宜采取择伐而应避免皆伐。
春季冻融期寒温带主要森林类型土壤氮矿化特征
王飞, 满秀玲, 段北星
2020, 42(3): 14-23. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190359
摘要:
目的春季冻融期是连接冬季与生长季的关键时期,期间强烈的温度变化可能深刻影响土壤生态过程。研究春季土壤冻融过程对氮素矿化的影响,揭示我国寒温带地区冻融对土壤氮矿化的影响规律,为寒温带地区森林生态系统氮素研究和森林生产力评价提供理论依据。方法本研究以寒温带地区3种典型森林(兴安落叶松林、樟子松林、白桦林)为研究对象,利用树脂芯法测定和分析了在春季解冻期间土壤无机氮(NH4+-N、NO3-N)以及净氨化速率、净硝化速率、氮矿化速率的动态变化。结果寒温带春季冻融期3种林型土壤无机氮含量均表现出释放特征,且在冻融末期有大幅增加趋势,但不同林型其变化规律有所不同,3种林型土壤铵态氮含量占无机氮含量的83.91% ~ 97.22%,是春季冻融期土壤无机氮的主要存在形式。冻融循环期间兴安落叶松林、樟子松林和白桦林0 ~ 10 cm土层土壤净氮矿化速率分别增加了1.86、6.18和0.25倍。10 ~ 20 cm土层土壤净氮矿化速率除兴安落叶松林有所降低外,樟子松林和白桦林土壤净氮矿化速率分别增加了4.09和2.25倍。土壤净氨化速率占土壤净氮矿化速率的73.47% ~ 96.76%,土壤氮矿化以氨化作用为主。土壤含水量是土壤有机氮矿化作用的主要影响因素。结论寒温带冻融作用有利于土壤有机氮的矿化,且阔叶林土壤氮矿化对冻融循环的响应强于针叶林。
不同气候区失稳性坡面植被生物量与土壤密度的关系
吴建召, 孙凡, 崔羽, 贺静雯, 刘颖, 李键, 林勇明, 王道杰
2020, 42(3): 24-35. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190066
摘要:
目的探讨泥石流频发流域不同气候类型失稳性坡面土壤密度与生物量特征及其关系,是因地制宜进行生态恢复的先决条件,对促进该区域生态系统稳定发展及其变化的准确评估极为重要。方法选择蒋家沟流域温带湿润山岭区(大地阴坡和小尖风阳坡)、亚热带和暖温带半湿润区(多照沟阳坡)、亚热带干热河谷区(大凹子沟阴坡和查菁沟阳坡)3个主要气候区为研究区,在各气候区失稳性坡面的不同区段(稳定区、失稳区、堆积区)设置样地,进行植被群落调查、植物和分层土壤样品(0 ~ 5 cm、5 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm)采集,测定植物地上和地下部分生物量及土壤密度等。结果(1)乔木生物量在亚热带和暖温带半湿润区显著高于温带湿润山岭区(P < 0.05);凋落物生物量则表现为温带湿润山岭区显著高于亚热带和暖温带半湿润区(P < 0.05);在无乔木分布的亚热带干热河谷区失稳性坡面,地上生物量、地下生物量和总生物量均表现为稳定区 > 失稳区 > 堆积区(P < 0.05)。(2)不同气候区失稳性坡面的草本植物地上生物量和地下生物量的关系符合根冠异速生长幂函数模型,表现出稳定的生长比例。(3)总体上,气候区和坡面不同区段及其交互作用对生物量和分层土壤密度均存在显著的影响(P < 0.05),但不同气候区坡面土壤密度空间变异不大,表现为弱变异性。(4)随0 ~ 5 cm土壤密度增大,地上、地下生物量和总生物量均下降,但根冠比无显著变化。结论本研究阐明了泥石流频发流域土壤密度、地下与地上生物量和根冠比沿环境梯度的空间分布格局,系统分析其相互间的关系,促进了环境因子对植被调控机制方面的认识,对基于环境因子效应开展生态恢复研究具有重要意义。
华北落叶松不同代际人工林土壤养分及细菌群落变化特征
张健飞, 王淳, 徐雯雯, 黄选瑞, 张志东
2020, 42(3): 36-45. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190256
摘要:
目的探究不同代际华北落叶松人工林土壤养分及细菌变化有助于了解地力维持机制。为华北落叶松人工林可持续经营提供参考。方法本研究以塞罕坝地区华北落叶松不同代际人工林(一代林(17和37年生)、二代林(14年生))为研究对象,分析了不同代际林及不同土层土壤养分、土壤细菌群落组成和多样性的变异规律及土壤养分与细菌群落的耦合关系。结果(1)在0 ~ 10 cm和10 ~ 20 cm土层,一代林(17年生)和二代林(14年生)的速效钾和有效磷显著高于一代林(37年生)(P < 0.05),但一代林(17年生)和二代林(14年生)间差异不明显(P > 0.05)。随着土壤深度增加,各代际林土壤养分均呈现降低趋势。(2)在门水平上,3个林分的优势菌群均为变形菌门、放线菌门、疣微菌门和酸杆菌门。随着土层深度的增加,3个林分的变形菌门和放线菌门呈迅速下降趋势。(3)一代林(37年生)的ACE和Chao1细菌丰富度指数在3个代际林中最低,且在0 ~ 10 cm和20 ~ 30 cm土层代际林间差异显著(P < 0.05)。在3个土层深度,土壤细菌多样性指数在一代林(17年生)和二代林(14年生)中相对较高,而在一代林(37年生)中相对较低。(4)相关分析表明,速效钾与变形菌门和放线菌门显著正相关,而与硝化螺旋菌门显著负相关(P < 0.05)。随着有效磷含量的增加,变形菌门数量呈显著增加趋势(P < 0.05)。结论华北落叶松二代林在早期发育阶段不存在地力衰退问题,随着林龄的增加,应加强速效钾、有效磷和碱解氮的调控,并重视特定细菌群落的变化以维持土壤肥力。
阔叶树对红皮云杉人工林土壤营养状况的改善作用
周磊, 王树力
2020, 42(3): 46-53. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190113
摘要:
目的研究红皮云杉人工林培育过程中林分地力的变化状况以及阔叶树对红皮云杉人工林土壤营养的改善作用,为红皮云杉人工林的培育筛选适宜的混交树种和施肥营养元素。方法在红皮云杉人工林和天然林中采集树叶、凋落物和土壤样品,实验室内使用碳氮分析仪测定样品C含量,凯氏定氮仪测定叶片和凋落物的N含量,连续流动分析仪测定土壤的N含量,硫酸−高氯酸消化−钼锑抗比色法测定样品P含量。结果(1)4种红皮云杉人工林间土壤的C、N、P含量差异显著,3种混交林均大于纯林,其中红皮云杉胡桃楸混交林C、N、P含量最大;(2)4种红皮云杉人工林间土壤的C∶N、C∶P差异显著,3种混交林均小于纯林,其中,红皮云杉胡桃楸混交林C∶N、C∶P最小;(3)混交树种叶片及其凋落物的N、P含量差异显著,以黄檗为最低,胡桃楸为最高,但均高于红皮云杉;(4)混交树种叶片及其凋落物的C∶N、C∶P以黄檗为最高,胡桃楸为最低,但均显著低于红皮云杉;(5)混交林中混交树种叶片及其凋落物与土壤之间C、N、P含量及C∶N、C∶P的相关性皆高于同林型中红皮云杉叶片及其凋落物与土壤之间C、N、P含量及C∶N、C∶P的相关性。结论依据树种叶片、凋落物及土壤部分的C含量、N含量、P含量、C∶N、C∶P和N: P,胡桃楸和水曲柳可做为红皮云杉人工林的适宜混交树种,培育过程中应注意解决N素和P素含量的不足。
豫西浅山区不同世代刺槐林土壤养分与结构特征
王雅慧, 彭祚登, 李云
2020, 42(3): 54-64. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190263
摘要:
目的探究林木对立地质量的影响是人工林可持续经营研究的重要方向,研究刺槐人工林多代更替经营过程中土壤结构与养分的变化情况,可以为刺槐人工林多代经营目标下土壤地力调控措施的制定提供理论依据。方法本研究以豫西浅山丘陵区相同龄级的一代、二代、三代刺槐林及对照无林地为研究对象,对其土壤养分与结构特征进行了比较研究。结果(1)本研究中刺槐一代林到二代林土壤养分显著增加(P < 0.05)。在表土层(0 ~ 5 cm)中,有机质、全氮、硝态氮含量分别增加了94.0%、91.0%、169.4%,在10 ~ 20 cm层分别增加了82.77%、61.14%、343.35%,在40 ~ 60 cm层分别增加了53.25%、21.60%、556.20%,一代林地全氮含量在各土层由浅到深分别为0.63、0.39、0.29、0.28 g/kg。刺槐二代林和三代林土壤养分含量整体差异不显著。与对照地相比,刺槐一代林地的有机质、全氮、全磷含量均显著低于对照(P < 0.05),但对照地的硝态氮含量显著低于一代林地(P < 0.05)。土壤表层养分含量高于深层,且随世代的增加养分含量在上层土壤的增量大于深层土壤。从化学计量学角度分析,各土层中一代林地的C/P、N/P都表现出高于二、三代林地。相比于有机质和全氮含量,随世代增加过程中C/N值较为稳定,深土层的C/P与N/P较稳定。从一代林到三代林,表土层和10 ~ 20 cm层的C/P的增幅大于N/P的增幅。(2)从土壤密度、孔隙度、团聚体反映的土壤结构性看,非毛管孔隙度在10 ~ 20 cm处,二代林地、三代林地相比于一代林地分别增加了11.4%,21.4%,在40 ~ 60 cm层也随世代增加呈上升趋势。土层越深各代际林地间土壤密度变化幅度越大,除表土层外,土壤密度在其他各土层随世代总体呈下降趋势。各样地土壤表层水稳性团聚体数量及稳定性表现为对照地 > 二、三代林地 > 一代林地。从整体上看,土壤结构表层优于深层,二、三代林地优于一代林地。(3)基于土壤养分与结构性质的主成分分析表明,林木对深层土壤的作用明显,二、三代林地土壤状况显著优于一代林,二代林地的表层土壤性质优于三代,深层土壤三代优于二代。结论在豫西浅山区,刺槐林经营世代更替对土壤养分和结构有明显的影响,一代林到二代林经营过程中土壤养分含量显著增加,表层养分增量大于深层,土壤结构得到改善,经营到三代林维持相对稳定。在世代增加过程中碳素比氮素积累的速度快,且碳氮的供应能力小于磷,代际更替过程中存在着养分失衡加重的问题。
黄栌幼苗根系构型对土壤养分胁迫环境的适应性研究
李金航, 周玫, 朱济友, 徐程扬
2020, 42(3): 65-77. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190218
摘要:
目的通过研究黄栌幼苗根系构型对土壤养分胁迫环境的适应性,探讨黄栌根系构型在土壤养分供应不足环境中的适应对策。方法试验材料为一年生黄栌幼苗,采用盆栽模拟控制试验,设置养分充足(即全土,土壤含沙比例0,CK),轻度养分胁迫(土壤含沙比例30%,N1),中度养分胁迫(土壤含沙比例50%,N2),重度养分胁迫(土壤含沙比例70%,N3)和极度养分胁迫(即全沙,土壤含沙比例100%,N4)5个梯度,分别在移栽后第31、38、45、52和59天取样,研究幼苗根系分枝模式、几何特征和不同径级细根形态在上述养分环境中的变化规律。结果(1)CK处理幼苗的根系拓扑指数(TI和DBI)最大,最长链接路径的链接数(a)、根系外部链接数(μ)以及所有链接路径的链接总数(Pe)最小。N1环境中,幼苗的TI和DBI最小,aμPe最大,分别比CK高53.2%、131.6%和194.7%。(2)N1、N2、N3和N4处理中:幼苗比根长(SRL)、比表面积(SRA)和分枝密度(RBI)逐渐增大,其中,N4处理幼苗的SRL、SRA和RBI分别比CK高67.7% ~ 157.4%、52.3% ~ 120.7%和14.7% ~ 42.1%;根尖数量(RT)、根链接数量(RLN)、根链接总长度(RLTL)和分枝数量(RF)逐渐减小,以N1处理为最大,分别比CK高95.0% ~ 279.6%、104.3% ~ 247.4%、77.4% ~ 193.5%和102.6% ~ 235.0%;根链接平均长度(RLAL)、根链接平均直径(RLAD)和根组织密度(RTID)均呈减小趋势,以N4处理最小,分别比CK低15.2% ~ 22.7%、9.3% ~ 21.4%和32.4% ~ 42.7%。(3)CK环境中,SRL和SRA的正相关系数最大(0.951),N4环境中,RF与RLN之间和RLAL和RLAD之间的正相关系数最大(分别为0.989、0.904)。N1、N2和N3处理的RBI和RLAL之间的负相关系数分别为− 0.915、− 0.889和− 0.893。(4)N3和N4处理中,0 ~ 0.50 mm范围内细根的平均长度比例、平均表面积比例、平均体积比例和平均根尖数量比例均高于其他处理,分别达86.3%和86.1%、67.6%和66.7%、40.2%和38.1%、98.6%和98.4%,而上述指标在CK处理中均为最低,分别为80.9%、59.4%、32.2%和97.2%。结论(1)土壤养分充足时,黄栌根系最接近分枝少且结构相对简单的鲱鱼骨分枝模式,具有向土壤深处延伸生长的倾向。轻度胁迫环境中,黄栌构建了分枝多、次级根重叠度高的叉状分枝模式,主、侧根尽可能地主动向距离根基较远的土壤中拓展以吸收更大范围内的养分。中度、重度和极度胁迫环境中,幼苗为减少碳消耗而采取相对简单化的根系结构对策,根系通过形成短而细的密集横向分枝(以细根为主)而加强原位利用养分能力。(2)改变根系构型几何特征参数间的协同或权衡关系、实现自身资源利用的经济化,也是黄栌应对不同土壤养分环境的重要方面。(3)从全土到极端严重胁迫环境,0 ~ 0.50 mm范围细根的分化明显增强。重度胁迫逆境时,0 ~ 0.50 mm的细根是幼苗吸收养分的重要活跃位点。极度胁迫逆境时,黄栌通过促进产生一定数量的寿命相对较长、周转速率相对较慢的细根(0.50 ~ 2.00 mm)以减少细根周转对碳的消耗,从而维持根系资源利用效率。
基于树干不同形率的樟子松立木材积方程研建
靳晓东, 姜立春
2020, 42(3): 78-86. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190047
摘要:
目的立木材积方程在森林生产力、生物量和碳储量等林业问题方面都有着广泛的应用。因此,提高立木材积的预测精度一直是林业模型研究者的重要任务。本研究以大兴安岭樟子松为研究对象,构建含有不同形率的二元和三元材积方程,并对比检验其预测效果,旨在把传统立木材积的预测精度提高到一个新的水平。方法利用15个树干不同形率,基于传统的一元和二元立木材积方程分别建立二元和三元立木材积方程,并与传统的一元和二元材积方程比较。通过对各模型进行拟合选出最优形率模型,具体选用统计软件S-PLUS中的广义非线性模块(GNLS)进行拟合。并利用幂函数、指数函数以及常数加幂函数校正在拟合过程中各立木材积模型表现的异方差现象。选择确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均误差绝对值(MAB)和相对误差绝对值(MPB)4个指标对模型进行评价。最终采用分径阶比较法比较不同径阶范围内4种方程的预测精度。结果基于相对树高70%处形率的二元模型拟合效果最好,基于相对树高50%处形率的三元模型拟合效果最好。模型检验结果表明:基于传统的一元模型,加入形率后模型的RMSE、MAB、MPB分别降低了33.7%、30.7%、29.9%;基于传统的二元模型,加入形率后的模型RMSE、MAB、MPB分别降低了70.5%、70.9%、71.2%。不同径阶的检验表明:对于小径阶和中等径阶的树木,模型的检验精度顺序为模型(13) > 模型(2) > 模型(12) > 模型(1);对于大径阶的树木,模型的检验精度顺序为模型(13) > 模型(12) > 模型(2) > 模型(1)。结论形率因子是干形的重要指标。在传统立木材积模型中引入形率因子可以提高材积的预测精度,因此,对于樟子松立木材积的估算,尤其是中大径阶林分,推荐使用带有形率的三元立木材积模型。
基于节子剖析数据的长白落叶松人工林枝条丢失年轮数研究
贾炜玮, 冯万举, 李凤日
2020, 42(3): 87-98. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190038
摘要:
目的为提高木材质量,本文利用节子剖析数据建立枝条丢失年轮数量的混合效应模型,以达到预测枝条丢失年轮数量的作用,为人工整枝提供一定的理论依据。方法以黑龙江省孟家岗林场长白落叶松人工林为研究对象,基于50棵长白落叶松解析木的1 434个节子数据,以Poisson分布为基础,采用SAS9.4软件中的glimmix模块,建立了节子丢失年轮数量的广义线性混合模型,通过计算相应的指标,选出最优混合模型。结果在考虑树木效应情况下,包含截距、节子高度、节子相对高度的随机效应参数的混合模型为最优混合效应模型;在考虑等级效应的情况下,包含节子相对位置、节子直径的随机参数的混合模型为最优混合效应模型。综合比较,两个混合模型的拟合效果均好于基础模型,其中考虑树木效应的拟合效果最好。模型的拟合结果表明:节子丢失年轮数量与节子着生高度、节子直径密切相关,位于树干基部的直径较大的节子,由于竞争作用,生长受到抑制,但是生存能力强、存活时间长,故而产生丢失年轮的数量较多。着生位置越靠上的节子,生存条件好,产生丢失年轮的数量少。结论通过长白落叶松人工林节子丢失年轮数量混合模型的建立,并对模型的预测效果进行检验,检验结果显示本文的混合模型能对枝条丢失年轮的数量进行预测且偏差较小。在接下来的研究中可以进一步完善,从而为人工整枝提供一定的理论依据。
下垫面覆盖类型变化对城市热岛的影响
李膨利, MuhammadAmir Siddique, 樊柏青, 黄华国, 刘东云
2020, 42(3): 99-109. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190045
摘要:
目的快速发展的城市化进程改变了下垫面的性质和结构,从而影响了城市的热量平衡,导致城市热岛效应蔓延。研究城市下垫面变化及其对城市热岛的影响,对缓解城市热环境、减少社会经济损失有重要意义。方法本文利用2002—2017年北京市朝阳区Landsat系列遥感影像计算研究区域归一化植被指数(NDVI)变化,并基于大气校正法利用Landsat热红外波段进行地表温度(LST)反演,进一步对所获地表温度进行归一化处理;同时利用2002—2017年北京市朝阳区谷歌全色卫星影像,基于DeepLabv3 + 网络利用深度学习对朝阳区下垫面分类并分析其动态变化。结果(1)朝阳区15年间平均地表温度呈上升趋势,城市热岛逐年加剧;至2017年,区内不再存在单一热岛中心,而转为复杂的镶嵌式结构、多中心分布。(2)15年间不透水面面积共减少71.02 km2,降幅20.98%;水域面积共减少2.53 km2,降幅24.12%;植被面积共增加73.54 km2,增幅56.57%。(3)对地表温度与下垫面类型动态变化相关性进行分析表明,地表温度与不透水面面积呈正相关,与植被面积呈负相关关系。(4)从总量来看,2012—2017年朝阳区与城市热岛效应成负相关关系的植被与水域面积总量增加明显,但城市热岛效应不降反增。结论植被和水域对城市热岛效应的缓解作用在用地强度、建筑密度和人类活动不断增长的前提下逐渐变得有限。在现有城市发展模式下,朝阳区地表温度将继续上升,城市热岛进一步加剧。
北京六环内校园林木树冠覆盖与森林结构分析
李晓婷, 马杰, 刘佳, 贾宝全, 姜莎莎
2020, 42(3): 110-118. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190259
摘要:
目的校园是青少年群体的主要活动场所,本文旨在通过探究校园城市森林的数量与质量基础现状,为进一步丰富城市森林内涵,提高未来的校园环境绿化质量提供理论依据和实践参考,使未来校园城市森林的建设及城市森林功能的拓展得到重视,真正满足城市青年群体的需求。方法本论文以2013年北京城区0.5 m分辨率的World -View- 2卫星影像以及树冠覆盖栅格与矢量图为数据源,对北京市六环内984所学校校园林木树冠覆盖率进行统计;并随机抽取了126所学校,对其城市森林结构进行典型样地调查,记录调查样地内乔灌木植物种类、胸径(乔木)或地径(灌木)、树高、冠幅指标,据此进行校园森林群落结构分析。结果大学、中学、小学树冠覆盖率分别为31.91%、16.52%、17.08%,潜在树冠覆盖率分别为4.81%、0.62%、0.42%。学校整体物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Pielou指数(J)分别为6.30、1.55、0.91,大学新校区物种多样性低于老校区。校园内树木平均胸径、冠幅和树高分别为23.93 cm、6.02 m和7.80 m。结论北京市校园森林群落林木树冠覆盖低于北京市整体林木树冠覆盖水平,且潜在绿化空间不足。大学物种丰富度高于中小学,同类校园内部物种多样性差异也较大,校园绿化水平参差不齐。胸径在10 ~ 20 cm,冠幅在4 ~ 6 m以及树高在5 ~ 10 m等级的青、壮年树木在学校城市森林中的数量占比最多,树冠自然扩展的潜力较强,是今后提高校园林木树冠覆盖的后备力量。校园城市森林树冠覆盖率,树冠覆盖斑块大小,树木胸径平均值均与校园面积显著正相关。
秋水仙碱处理诱导银灰杨2n花粉与杂种三倍体创制
周晴, 吴剑, 桑亚茹, 赵征洋, 刘美芹, 张平冬
2020, 42(3): 119-126. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190363
摘要:
目的为创制银灰杨杂种三倍体新种质,研究完善银灰杨三倍体育种技术体系,筛选生长迅速、抗逆性强的银灰杨新品种。方法本研究以银灰杨、河北杨以及银腺杨为试验材料,在优化秋水仙碱诱导银灰杨花粉染色体加倍技术条件的基础上,开展了秋水仙碱注射处理对2n花粉粒表面结构的影响以及杂交创制杂种三倍体的研究。结果减数分裂时期、注射次数、减数分裂时期与注射次数的交互效应均对2n花粉诱导率具有极显著影响。利用0.5%的秋水仙碱溶液对发育至粗线期的花粉母细胞进行11次注射处理是秋水仙碱诱导银灰杨花粉染色体加倍的最佳处理组合,2n花粉平均诱导率最高可达(30.27 ± 8.69)%。与天然2n花粉粒相比,秋水仙碱诱导型2n花粉粒表面结构出现了明显的裂沟,说明秋水仙碱注射处理对2n花粉花粉壁形成具有一定的影响。选取含有一定2n花粉比例的花粉,分别与河北杨、银腺杨雌配子进行授粉杂交,共收获杂种苗木4 955株,检测出三倍体5株,其中,2株三倍体来源于河北杨 × 银灰杨的杂交组合;另3株三倍体来源于银腺杨 × 银灰杨的杂交组合。结论秋水仙碱能高效诱导银灰杨花粉染色体加倍并获得2n花粉,但是注射会影响2n花粉花粉壁的形成,使得2n花粉粒表面结构产生裂沟。秋水仙碱诱导的2n花粉可以用于授粉杂交,成功获得杂种多倍体植株。
硬质地HDPE沙障防风效益的风洞试验
张帅, 丁国栋, 高广磊, 孙桂丽, 赵媛媛, 于明含, 丛智杰, 包岩峰
2020, 42(3): 127-133. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180282
摘要:
目的研究硬质地HDPE网沙障防风效能。方法按照1:10的比例制作不同高度(1、2和3 cm)、不同边长(10、15和20 cm)、不同孔隙度(0.5和0.6)的硬质地HDPE网沙障模型,通过布设测点模拟出不同配置模式下沙障网格纵截面流场图及风速稳定后沙障网格内水平流场图,并运用地统计学的方法进行空间自相关分析。结果空间自相关分析中18种不同配置模式的沙障有16种符合高斯模型,2种符合球状模型,且所有模型R2均高于0.97,空间相关度小于25%,变程大于测点间距,表明不同沙障网格都具有强烈的空间自相关性,且测点间距合理。气流在通过沙障时可顺畅的从沙障孔隙中穿过,不会造成气流的抬升加速作用,因此障后近地表及沙障上方的风速均低于相同高度处的对照风速。硬质地HDPE沙障防风效能在本研究设置的变量梯度范围内与高度呈正相关关系,与边长和孔隙度呈负相关关系,高度和孔隙度对防风效能的影响较大。结论硬质地HDPE材料性质稳定,不会产生塑性变形,抗老化能力强,且防风效果较好,应用前景较好。
环境科学与工程
恢复湿地土壤重金属含量变化及污染评价
李海兴, 孙晓新, 满秀玲, 王清波, 李东, 胡艳玲
2020, 42(3): 134-142. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190338
摘要:
目的为探究退耕还湿对土壤重金属含量及其潜在危害的影响。方法取黑龙江三江国家级自然保护区内大豆田、不同退耕年限的杂草草甸或湿地和天然臌囊苔草—小叶章沼泽土样,测定土壤重金属含量。利用Hankanson潜在生态危害指数法,进行潜在生态危害评价。结果三江自然保护区退耕湿地恢复过程中土壤重金属污染物主要为Pb,其次是Cu,而Zn、Mn和Cr的影响很小。随土壤深度增加,Cu、Pb、Zn、Mn和Cr含量呈波动变化。Cu和Pb含量在退耕还湿11年之前,在0 ~ 10 cm土壤深度含量最高,而在退耕还湿11年之后,在40 ~ 50 cm土壤深度含量最高。其他重金属含量随着土壤深度变化没有表现出一定的规律。退耕恢复期间,土壤Cu、Pb、Zn与Cr含量随退耕时间先增加后减少,但Zn含量增加与减少未达到显著程度(P > 0.05)。而退耕样地土壤Mn含量从恢复第1年开始就显著低于大豆田(P < 0.05)。大豆田和退耕前6年的恢复样地具有强烈的潜在生态风险危害,退耕8、11年样地和天然沼泽的潜在生态风险危害指数为中度,退耕15和25年样地的潜在生态风险危害指数为轻度。结论随着退耕还湿时间的延长,土壤中Cu、Pb、Zn和Cr含量先增加后减少,分别在退耕15、12、2和10年左右恢复到天然湿地水平。而土壤Mn含量在退耕开始后便与天然湿地没有显著性差异(P > 0.05)。随着退耕年限增加,生态系统潜在生态风险危害逐渐降低。
不同清理方式对北京市透水砖铺装渗透率衰减过程影响
李美玉, 张守红, 王云琦, 谢朝帅, 李睿贤
2020, 42(3): 143-150. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190062
摘要:
目的透水砖铺装作为新兴的径流调控措施之一,已被广泛应用于我国海绵城市建设。由于缺乏长期监测数据,透水砖铺装渗透率衰减过程及不同清理方式的维护效果尚不明确。本文通过室内模拟多年雨水径流入渗过程实验,定量监测其渗透率衰减过程并对比不同清理维护措施效果。方法基于透水砖铺装入流−渗透实验,测定分析了不清理以及真空抽吸尘和压力水冲洗两种清理维护方式下透水砖铺装系统渗透率的衰减过程和实验前后找平层粒径分布的变化特征。结果3种清理方式下,透水砖铺装渗透率均呈指数衰减趋势,运行7年后,不清理、真空抽吸尘和压力水冲洗清理下透水砖铺装渗透率分别为26、229 和19 mm/h,分别衰减了99.6%、96.3%和99.7%,真空抽吸尘的清理效果优于压力水冲洗。3种清理方式下透水砖铺装的悬浮颗粒物平均去除率在95% ~ 98%之间,差异不显著(P > 0.05,n = 7),铺装系统的找平层上部细颗粒物含量分别增加了29.2%、15.6%和30.1%。更新透水砖(即“新砖 + 旧找平层 + 旧土工布”)可将透水砖铺装系统的渗透速率恢复至新建系统的28.3% ~ 32.4%,而更新找平层和土工布可将渗透率恢复至新建系统的63.8% ~ 72.6%。结论雨水径流携带的细颗粒物在找平层上层聚集是透水砖铺装系统堵塞的主要原因,采用真空抽吸尘清理可有效减少找平层上层的细颗粒物含量,更新找平层和土工布比更新透水砖层可取得更好的透水性能恢复效果。
林业工程
巴里黄檀心材色素为染料桉木单板仿珍染色工艺与着色机制
张卿硕, 杨雨桐, 符韵林, 孙静
2020, 42(3): 151-159. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190270
摘要:
目的从巴里黄檀心材中提取色素制得天然染料对桉木单板进行染色,在充分利用巴里黄檀加工剩余物的同时提高桉木的附加值。方法利用超高效液相色谱串联四极杆−静电场轨道阱高分辨质谱仪联用技术(UPLC-Q-EXCTIVE-MS)对巴里黄檀心材内含物的主要成分进行分析。探究桉木单板最佳上染工艺,测定染色单板的水洗色牢度。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析巴里黄檀染料与木材的结合方式,并使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察染料在桉木单板内的分布特征,从而探究巴里黄檀染料对桉木单板的染色机理。结果采用UPLC-Q-EXCTIVE-MS法从巴里黄檀心材色素中鉴定出9种黄酮类和酚类成分:锦葵色素、鼠李黄素、紫铆查尔酮、樱花素、茜草素、木犀草素、苏木素、乔松素和花旗松素。桉木单板的最佳上染工艺为:染色温度90 ℃,染色时间12 h,色素质量分数4%,NaCl质量分数2%。染色试验因素影响的主次顺序为:温度 > 色素质量分数 > 染色时间 > NaCl质量分数,水洗对染色单板色牢度影响的主次顺序为:温度 > 色素质量分数 > 染色时间 > NaCl质量分数。通过成分分析结合FTIR与FESEM对染色机理进行分析,初步判定巴里黄檀染料结合桉木单板的机理为物理吸附和分子间氢键结合。结论利用巴里黄檀心材色素制成天然染料对桉木单板进行仿珍染色,为珍贵红木的充分利用开辟了新的途径,并为速生材高附加值利用作出了探索。
可可球二孢的培养及其侵染橡胶木表面性能的研究
赵博识, 于志明, 张扬, 漆楚生, 唐睿琳, 刘源松, 王皓炜, 韩祎昀
2020, 42(3): 160-167. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190382
摘要:
目的可可球二孢是导致橡胶木蓝变的主要菌种之一,对蓝变的研究大多以防治为主。本研究利用蓝变颜色的多样性将防治转化为诱导,以提高蓝变现象的利用价值。方法通过分析不同配比的察式培养基对可可球二孢菌落在培养基和橡胶木表面生长速度的影响,优选菌落适宜生长环境,并探究不同时间条件下菌落对橡胶木表面性能的影响。结果可可球二孢菌落的适宜生长环境为酵母膏9 g/L、葡萄糖20 g/L、pH值弱酸性、硫酸镁1.0 g/L、硫酸亚铁0.03 g/L、氯化钾0.2 g/L;随着时间的增加,橡胶木表面的染色面积比逐渐提高,颜色逐渐由红黄到蓝绿色系,整体颜色逐渐变暗,耐光色牢度逐渐提高,静态接触角提高了13.04%,动态接触角显著变大,表面粗糙度和耐磨性能逐渐降低。结论本研究制备出可可球二孢调色橡胶木,并利用不同时间梯度对橡胶木表面纹理和颜色进行调控,证明了生物方式加工木材的可行性,扩大了微生物在木材加工中的利用价值。