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2020-05ml 目录
2020, 42(5): 1-2.
摘要:
欢迎订阅2020年《北京林业大学学报》
2020, 42(5): 164-164.
摘要:
林学
阔叶红松林主要树种光合与光谱反射特性及初级生产力研究
胡乘风, 陈巧玲, 乔雪涛, 程艳霞
2020, 42(5): 12-24. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190364
摘要:
目的从生理角度探究阔叶红松林不同演替阶段的5个主要树种对光胁迫的适应性差异;揭示不同高度和不同冠层方向是否对叶片的光合特性、光谱反射特性以及相关生理功能性状产生影响;对各树种的有机物积累速率进行评估,为东北地区阔叶红松林初级生产力的研究提供参考。方法选取了阔叶红松林林冠层的5个乔木树种(春榆、紫椴、胡桃楸、蒙古栎和红松)进行研究,测定不同取样位置的叶片光合参数、光谱反射参数、比叶面积、元素含量等生理指标,进行方差分析与均值多重比较,建立各生理参数之间的相关关系,利用异速生长方程估算样地春榆、紫椴、胡桃楸、蒙古栎和红松种群的初级生产速率。结果(1)光合特性、光谱反射特性、比叶面积、叶片厚度和叶片元素含量等生理特征的种间差异显著(P < 0.05)。红松的表观量子效率最低,暗呼吸速率和光补偿点均比其他树种高,比叶面积最小,叶片厚度最大,氮元素含量和钾元素含量最低;(2)各树种的光合特性、光谱反射特性、比叶面积、叶片厚度和叶片元素含量等生理特征在不同取样位置无显著差异(P > 0.05);(3)阔叶树种的暗呼吸速率和光补偿点分别与光化学反射指数存在显著的种间负相关(P < 0.05),线性拟合结果表明R2分别高达0.96和0.94;(4)春榆、紫椴、胡桃楸、蒙古栎和红松种群的最大初级生产速率分别为4.806、1.637、1.981、0.350、0.106 kg/s。结论不同树种对光胁迫的适应性差异在光合特性和光谱反射特性上都有所表现,叶片光合特性与群落树种的更替密切相关,群落演替后期处于林冠层的植物对光环境的适应性决定了该群落的冠层物种构成;植物在15 m以下的不同高度和冠层方向的差异不足以引起叶片的光合生理特征产生适应性改变;春榆对群落生产力的贡献的最大,红松最小。
广东南岭国家级自然保护区华南五针松种内和种间关系研究
王俊, 王泳腾, 段洋波, 谢磊, 崔国发
2020, 42(5): 25-32. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180436
摘要:
目的通过对广东南岭国家级自然保护区小黄山内118株对象木及253株伴生种的调查,分析华南五针松的竞争强度,揭示华南五针松群落的动态变化规律和种群生态适应机制。方法沿海拔梯度设置标准群落样方。利用Hegyi单木竞争模型计算华南五针松群落内物种间的竞争指数,并采用回归分析的方法建立对象木胸径与林分、种间竞争强度的函数模型。结果(1)华南五针松胸径与树高存在显著的幂函数关系;(2)华南五针松的种内和种间竞争指数分别为893.736和559.682;(3)华南五针松伴生种较多,其主要种间竞争树种的顺序为木荷 > 甜槠 > 五列木 > 马尾松 > 长苞铁杉 > 凤凰木 > 福建柏 > 马蹄荷;(4)华南五针松胸径与整个林分和种间竞争指数呈显著的负相关。结论华南五针松群落内以种内竞争为主。竞争强度随华南五针松个体胸径的增大而减小,当华南五针松胸径到达30 cm时,竞争强度下降较为平稳,二者符合幂函数关系,所得模型能有效的预测华南五针松的种内和种间强度。
基于树木雷达的小兴安岭典型树种粗根分布及其影响因素研究
纪文文, 王立海, 时小龙, 许明贤, 郝泉龄, 张广晖, 孟庆凯, 侯胜铭
2020, 42(5): 33-41. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190285
摘要:
目的探究小兴安岭典型树种粗根分布规律及其影响因素,为小兴安岭树木良好生长提供科学依据和数据支撑。方法以红松、落叶松、红皮云杉、樟子松为研究对象,在凉水实验林场选取了8个样地进行试验。以样木为圆心,采用树木雷达扫描以0.5、1、1.5、2 m为半径的圆周上的根系,采用环刀法和取土样法测定土壤理化性质,并测量树高、胸径、冠幅等树木因子,分析小兴安岭树木粗根分布状况,并对粗根密度与树木因子及土壤因子指标进行相关性分析。结果(1)小兴安岭4个典型树种在水平方向粗根密度随着与树干距离的增加而减少;在垂直方向上,随着土壤深度的增加,红松和落叶松粗根密度逐渐减少,红皮云杉和樟子松粗根密度先增加后减少。红松、落叶松、红皮云杉、樟子松分别有82.1%、82.0%、89.6%、67.6%的粗根分布在0 ~ 40 cm土层深度。(2)树木粗根密度与树高、胸径、冠幅呈显著正相关关系(P < 0.05),与树木平均阻力值无显著相关关系(P > 0.05)。(3)树木粗根密度与土壤含水量、饱和持水量、毛管持水量呈显著正相关关系(P < 0.05),与土壤密度呈显著负相关关系(P < 0.05),与毛管持水量相关程度最高(r = 0.538,P = 0.012)。树木粗根密度与土壤有机质、全氮、全磷、水解氮含量呈显著正相关关系(P < 0.05),与全氮含量相关程度最高(r = 0.646,P = 0.002)。结论研究结果表明树木因子和土壤因子均对小兴安岭4个典型树种粗根分布产生不同程度影响,树木粗根分布不仅与自身特性有关,还与其生存环境有关,而与树木材质状况无关。
中国东北温带3种木质藤本植物细根解剖和形态性状研究
王元敏, 王燕, 王思远, 高国强, 谷加存
2020, 42(5): 42-49. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190419
摘要:
目的研究温带木质藤本植物细根的功能性状及其潜在吸收能力。方法选取中国东北温带3种代表性木质藤本植物,即缠绕类藤本狗枣猕猴桃和北五味子、卷须攀援类藤本山葡萄为材料,研究了1 ~ 5级细根的解剖、形态、分支结构和吸收根组成。结果随着根序的增加,狗枣猕猴桃和北五味子的皮层厚度有增加趋势,而山葡萄则呈降低趋势。3种藤本植物的中柱直径均随根序增加而显著增粗,但是皮层厚度与中柱直径比值显著下降。皮层的存留状态显示,所有树种吸收根的比例均随根序增加而明显下降,1级根是典型的吸收根。从1级根至5级根,3种藤本植物比根长显著降低,直径显著增粗,组织密度增加,但是分支比仅在山葡萄中呈现单调的降低趋势。树种对各根系性状有显著的影响,但是与根序的影响存在交互作用。与其他2个缠绕类藤本植物相比,卷须攀援类藤本山葡萄中柱直径较大,皮层厚度与中柱直径比值较低,而2、3级根的分支比明显更高。与本地区其他类群植物相比,3种藤本植物1级根的平均直径较粗、比根长较低,而平均组织密度介于草本蕨类和其他木本植物之间。结论细根解剖和形态性状在3种藤本植物间存在明显差异,但是这些性状随根序变化的规律与其他木本植物较一致。与本地区其他类群植物相比,藤本植物1级根形态特征表现出了较为独立的特点。
美洲黑杨与欧洲黑杨及其杂交子代材性径向变异规律
沈浩, 饶俊, 关莹, 张利萍, 刘盛全, 高慧
2020, 42(5): 50-58. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190352
摘要:
目的以母本美洲黑杨50号杨、父本欧洲黑杨N179杨及其3个杂交子代(中林46、108杨、桑巨杨)为研究对象,分析亲本和子代间木材的材性径向变异规律,为杨树材性改良提供一定的理论依据。方法利用国家标准测定其化学、物理及解剖特性。结果木材的材性测定结果表明:亲本及其3个子代的苯醇抽提物质量分数变化范围在1.36% ~ 2.15%;综纤维素为79.23% ~ 83.19%;半纤维素为35.09% ~ 35.94%;α-纤维素为43.34% ~ 47.25%;木质素为20.70% ~ 24.73%,除中林46的木质素质量分数(20.70%)低于亲本,其他子代的化学成分质量分数均介于父本与母本之间。5种杨树基本密度变化范围在0.33 ~ 0.39 g/cm 3,纤维长度为971.06 ~ 1 145.65 μm,纤维宽度为16.19 ~ 19.36 μm,纤维长宽比为57.07 ~ 67.28,壁腔比为0.26 ~ 0.31,腔径比为0.76 ~ 0.80。亲本与杂交子代材性随着树龄的增加呈现出的趋势是:苯醇抽提物含量先增加后降低;综纤维素含量在1 ~ 5年上升较快,后趋于稳定;α-纤维素含量逐渐增加;木质素含量逐渐下降;中林46中母本与子代基本密度逐渐增加,父本与另外两个子代逐渐降低;纤维长度逐渐增加,在7 ~ 8年生时,增加速度明显降低;纤维宽度逐渐增加,8年生后趋于平缓;纤维长宽比逐渐增加,7年生后增加速度变缓;壁腔比先降低后增加,在6 ~ 7年生时达到最低;腔径比先增加后降低,在6 ~ 7年生时达到最高。结论美洲黑杨和欧洲黑杨及杂交子代材性性状差异显著,各材性性状均呈现出不同程度的变异,亲本与子代径向变异规律一致,母本50号杨的苯醇抽提物和木质素含量低、α-纤维素含量高、纤维较长、长宽比和壁腔比大,且这些性状变异系数都较小,利于遗传控制,在5种无性系中为最佳,子代的中林46的木质素和解剖特性都具有超亲现象,选择潜力较大,在今后的育种实践中可加以利用。
基于Logistic和Gompertz模型的小叶杨幼苗生长组合优化模型
葛会硕, 宋跃朋, 苏雪辉, 张德强, 张晓宇
2020, 42(5): 59-70. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190296
摘要:
目的通过对我国小叶杨幼苗的株高生长规律及生长模型的研究,为其生长预估及科学育苗提供参考。方法以来自我国16个产区的小叶杨幼苗作为研究对象,通过试验地调查及测量等方法获取基础数据,以时间维度建立生长模型分析小叶杨幼苗株高的生长规律。选取具有生物学意义的生长方程,根据模型拟合优度与评价指标选取最优基础生长模型,并在最优模型的基础上构建适合不同产区幼苗生长的组合优化生长模型。结果(1)不同产区的样本株高的综合最优基础模型分别为Logistic方程和Gompertz方程,其中Logistic模型的R2和预测精度分别在0.847 9和92.23%以上,Gompertz模型的R2和预测精度分别在0.891 5和92.60%以上。(2)在此基础上构建的组合优化模型对我国7个产区的小叶杨幼苗生长呈现出较大的F值(α = 0.01)和较高的预测精度,其中门源回族自治县样本的预测精度提高了0.90%,富平县和都兰县的样本预测精度分别提高了0.37%和0.34%,且模型显著相关。(3)通过组合优化模型参数发现16个产区样本平均在17.73 d达到生长速率最大点。结论小叶杨幼苗的生长受地理位置和气候等条件的影响,通过建立符合不同产区小叶杨幼苗生长的模型,有利于提高生长模型的精度和适用性,不仅能为幼苗研究提供科学基础,也为进一步的全基因组关联分析奠定基础。
长白山云冷杉针阔混交林林木空间利用率混合模型
李杨, 亢新刚
2020, 42(5): 71-79. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190112
摘要:
目的建立林木空间利用率模型,为天然混交林中不同树种间生产力的比较提供依据,为单木成熟的判断提供参考。方法利用林木生长量与树冠大小比值定义林木空间利用率,以长白山地区云冷杉针阔混交林为研究对象,基于20块标准地的2 268株单木数据,建立林木空间利用率混合模型,拟合各树种的空间利用率。结果(1)备选指标中蓄积生长量和树冠投影面积之比与胸径相关系数最高,适宜作为计算指标。(2)通过逐步回归,最终选定林木胸径、胸径平方(代表胸高断面积)、树高、冠幅、样地蓄积、针阔比、坡向坡度、竞争指标作为林木空间利用率基础模型的自变量。(3)确定按树种分组,包含胸径平方及截距随机效应参数、指数函数异方差结构的混合模型,经检验,混合模型在建模数据及检验数据中的表现均略优于一般线性模型。(4)利用所构建的混合效应模型,对研究数据进行拟合预测,各树种空间利用率最高时期的胸径分别为云杉约40 cm,冷杉、落叶松、红松、中阔组约37 cm,慢阔组约32 cm。结论林木利用率模型得到的数量成熟是以单位营养空间的生产力为基础的,使不同树种间的比较更为合理,且计算结果符合一般林学规律,可以作为该地区云冷杉针阔混交林判定单木成熟及优化林分结构的参考依据。
多环芳烃(PAHs)污染土壤中接种平滑白蛋巢菌对蒿柳光合作用的影响
马晓东, 李霞, 刘俊祥, 翟飞飞, 孙振元, 韩蕾
2020, 42(5): 80-87. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190340
摘要:
目的虽然已有研究表明植物-白腐真菌联合修复是一种更高效的多环芳烃(PAHs)污染土壤修复策略,但由于该策略的作用机理尚不清楚,其在土壤修复实践中的应用前景仍存有疑问。光合作用不仅是植物生长发育的基础,也影响根系分泌物的释放水平,进而影响根际微生物的生长和土壤中PAHs的降解。基于此,我们研究了PAHs污染土壤中接种白腐真菌对植物光合作用的影响。方法在温室中设置了PAHs污染土壤的盆栽修复实验,以蒿柳做为植物修复材料,选取光合色素含量、气体交换参数的光响应曲线和叶绿素荧光参数做为蒿柳的光合生理指标,探究了PAHs污染土壤中接种白腐真菌对蒿柳光合作用的影响。结果PAHs污染土壤中接种白腐真菌对蒿柳光合色素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在活性(Fv/F0)等指标均有积极的促进作用,但降低了叶片的气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、非光化学淬灭(NPQ)和光化学淬灭(qP)参数。不同的接种方法能改变GsTr的光响应曲线的变化趋势。此外蒿柳-白腐真菌联合修复显著提高了土壤菲(PHE)、芘(PYR)的去除率。结论PAHs污染土壤中,白腐真菌能提高蒿柳的光合能力和蒸腾效率,促进土壤PHE和PYR的去除,这对揭示植物−白腐真菌联合修复的作用机理有重要意义。
城市绿地致敏指数的改进研究及应用
闫珂, 杨华, 李文芳, 李云
2020, 42(5): 96-105. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190376
摘要:
目的城市绿地致敏指数(IUGZA)的构建考虑了绿色空间内植物特有的生物学特性和形态特性,为使该指数应用更广泛,本文对其进行改进研究并探讨该指数的实际应用,可为城市绿地的管理和维护提供理论依据。方法基于高斯公式对城市绿地致敏指数进行分析并改进了该指数( I'UGZA),应用指数评估绿地的致敏潜力,并进行不同区域致敏潜力大小对比,探究该指数在绿地致敏潜力评估中的实际应用。同时使用Spearman相关性分析和主成分分析(PCA),分析IUGZA与其他参数(区域面积、植株数量、林木密度、物种丰富度和Shannon-Wiener指数(H')之间的相关性。结果(1)绿地整体的IUGZA值为0.214 1,I'UGZA值为0.219 3,具有低过敏潜力,研究区内生长的植物排放的花粉不会对花粉过敏患者造成高风险。但对研究区进行分区对比时,部分区域的IUGZA值大于0.3,具有高过敏潜力。同时距离致敏性植物346 m范围内可引起敏感人群的过敏症状,距离场源中心1 000 m处I'UGZA值趋近于0,几乎没有致敏影响;(2)绿地种植低致敏性植物较多,占比为65.7%。高致敏性植物有油松、栓皮栎、洋白蜡、毛白杨、臭椿、白桦、白榆、圆柏等植物,主要属于柏科、松科、杨柳科、悬铃木科、豆科、苦木科、榆科、桦木科、壳斗科;(3)主成分分析(PCA)与Spearman相关性分析的结果一致,IUGZA和物种丰富度之间存在显著相关性(P < 0.05),与其他参数的相关性不显著。结论改进的指数可反映距离绿地空间不同位置的致敏潜力以及对周边环境的致敏影响,是评估城市绿地致敏潜力的有效工具,用于量化绿色空间不同区域空气中花粉排放形成的致敏潜力;可反映每种植物产生的花粉在绿色空间中的贡献大小,进而明确城市绿地中具有高致敏性的植物;还可作为分析绿地区域内植物种类丰富程度的工具。
科尔沁沙地植物群落物种多样性及其主要影响因素
陈晨, 王寅, 王健铭, 杨欢, 王雨辰, 徐超, 李景文, 褚建民
2020, 42(5): 106-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190284
摘要:
目的科尔沁沙地地处我国北方农牧交错带,其植物多样性组成与格局对人为干扰及其导致的环境因子变化极其敏感。近年来,科尔沁地区农牧业发展迅速,人为干扰对自然植被的影响不断加大,但是探讨放牧干扰与环境因子对植物群落不同水平物种多样性相对影响的研究还比较缺乏。方法本研究基于44个调查点,放牧干扰数据以及环境数据,通过单因素方差分析、一元线性回归、多项式回归和方差分解等方法,分析科尔沁沙地植物群落αβγ多样性分布特征及其主要影响因素。结果(1)群落αβγ多样性均随放牧强度的增加而逐渐下降,不同放牧强度之间均存在显著差异(P < 0.05),重度放牧下群落αβγ多样性均显著低于围封区(P < 0.05),在围封区达到最高。(2)群落α多样性与放牧强度和最热月均温呈极显著负相关关系(P < 0.01),与气温日较差、土壤有机碳和土壤全磷含量呈极显著的正相关关系(P < 0.01),随年均降水量的增加而呈显著的先减后增的变化趋势(P < 0.05),并随着最冷月均温和土壤全氮含量的增加呈显著的先增后减的变化趋势(P < 0.05)。群落β多样性与放牧强度、潜在蒸散量和最冷月均温呈显著的负相关关系(P < 0.05),并与年均降水量呈显著的正相关关系(P < 0.05)。群落γ多样性与放牧强度呈极显著的负相关关系(P < 0.001),与土壤有机碳和土壤全氮含量呈极显著的正相关关系(P < 0.01)。(3)放牧干扰是群落αβ多样性的主要影响因素,放牧干扰与土壤因子的协同作用是群落γ多样性的主要影响因素。结论放牧干扰对科尔沁沙地植物群落不同水平物种多样性起着关键作用。因此需要制定科学的放牧管理制度、加强监管力度,对严重退化的区域实行围封禁牧,在降低放牧强度的同时打击偷牧行为,能够有效促进科尔沁沙地植物多样性保护和退化生态系统自然恢复。
园艺学
芍药根茎解剖结构特征及生长轮分析
张建军, 陈莉祺, 李建光, 孙苗, 范永明, 于晓南
2020, 42(5): 124-131. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190096
摘要:
目的观察分析不同芍药品种群品种的根茎结构发育特点,对芍药根茎进行解剖学研究,初步解析芍药根茎次生结构及生长轮特征,以期为通过根茎结构判断芍药株龄、优化无性繁殖和栽培管理技术,促进资源的开发和利用研究提供一定的理论依据。方法以芍药不同品种群的6个品种不同发育时期的地下根茎为研究对象,观察并分析其发育更新特征,应用石蜡切片和徒手切片技术,对不同品种、同一品种不同生长年限的根茎次生结构特征进行观察分析。结果不同芍药品种的地下根茎组织架构基本一致,即由根茎、着生于根茎上的根茎芽和根3部分组成,根茎每年有序更新,年龄分级特征明显;四倍体品种‘Cream Delight’根茎发育特征与其余5个品种差异明显;6个芍药品种根茎次生结构由周皮、皮层、次生韧皮部、形成层、次生木质部和中央髓组成。二倍体‘种生粉’、二倍体‘粉玉奴’、三倍体‘Coral Sunset’和四倍体‘Cream Delight’4个品种根茎次生木质部大小导管有规律地依次排列,口径较大的导管和周围的小导管聚集形成群团状,导管群分布较稀疏,两导管群之间的间隔明显。与四倍体‘Cream Delight’相比,三倍体‘Coral Sunset’的导管群分布较紧凑。伊藤杂种两个三倍体品种‘Prairie Charm’和‘Going Bananas’根茎的次生木质部大小导管分布较均匀,形成较连续的环带,并不聚集形成团块状。芍药根茎截面在脱水后维管组织呈白色或淡黄色,间断环状分布,中央髓部组织下凹,位于不同环的维管组织从髓部向皮层呈放射状排列。不同生长年限的根茎中次生木质部口径较大的导管及其周围的小导管聚集呈团块状,导管群切向断续有规律地依次排列成与形成层平行的环,形成清晰的生长轮,且生长轮的数目与其实际生长年龄一致。结论芍药不同品种地下根茎组织架构特征基本一致,且存在明显的龄级特征。二倍体及三倍体各品种根茎发育特征相似,而与四倍体不同。中国芍药及杂种芍药品种群品种根茎次生结构相似而与伊藤杂种差异明显,杂种芍药品种群内三倍体及四倍体品种根茎次生结构差异较大,芍药根茎生长轮次生结构特征与品种倍性无关。芍药根茎中的生长轮即为其年轮,且其数目能够反映芍药的实际生长年限。
风景园林
基于水文模型的北京浅山区雨洪管理措施探究
林俏, 刘喆, 吕英烁, 余曦璇, 郑曦
2020, 42(5): 132-142. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190116
摘要:
目的浅山区是城市的生态屏障,由于浅山区的地形坡降较大,且洪峰汇流时间较短,极易形成季节性洪水,导致雨洪灾害。本文旨在探究合理的浅山区雨洪管理方式,研究不同雨洪管理情景在山地中的适用性。方法研究以北京市浅山区夹括河上游区域为例,基于HEC-HMS和HEC-RAS等水文模型模拟10年一遇设计降雨下的雨洪径流过程,对比分析3种不同的雨洪管理情景(传统管理情景、低影响开发情景和自然情景)在雨洪调控效果、生态环境影响和景观效果3个方面的综合调控效果,从而探究不同浅山区雨洪管理措施的有效性。结果(1)在雨洪调控效果方面,传统管理情景、低影响开发情景的蓄水容量分别是自然情景下的3.8倍、5.0倍,最大淹没范围较自然情景增大了2.0%、1.2%,传统管理情景、低影响开发情景对峰值流量的削减率分别为18.3%、31.5%,峰现时间分别推迟35 min、45 min。(2)在生态环境影响方面,低影响开发模式对于河道植被环境和水文连通性的积极效应大于传统管理模式和自然模式。(3)在景观效果方面,低影响开发情景在水体范围和环境契合度方面都具有较大优势。结论(1)相比于传统雨洪管理模式,低影响开发模式具有良好的雨洪调蓄作用,能增大雨水存蓄容量、削减峰值流量、推迟峰现时间,此外低影响开发模式能改善河道生态环境,并且具有良好的景观效果。因此通过综合判断,低影响开发情景更适用于本文的研究流域中。(2)低影响开发模式能发挥浅山区的地形优势,通过在地形平缓处设计雨水蓄水池来收集上游汇水。同时低影响开发模式按照海绵城市的设计规范制定雨洪目标,实现河道上游汇水区域年径流总量控制率大于85%,兼顾了河道生态和景观的需求。(3)研究发现HEC-RAS水文模型可以量化并可视化不同雨洪管理情景,为浅山区雨洪管理建设提供技术支持。(4)研究强调每个区域的特殊性,浅山区雨洪管理措施从另一层面扩展了低影响开发情景的应用,表明传统水利设施也同样适用于低影响开发的雨洪管理理念。
林业工程
基于应力波传播速度模型的原木缺陷定量检测
魏喜雯, 孙丽萍, 许述正, 杨扬, 杜春晓
2020, 42(5): 143-154. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190420
摘要:
目的研究应力波在原木上传播速度变化情况,建立不同方向角和纵截面夹角的应力波传播速度模型,以期进一步认识应力波在原木不同方向角度纵截面内的传播规律,为树木内部缺陷的二维成像技术提供理论与实验依据。方法首先通过理论分析,建立应力波在原木不同方向角度纵截面的传播速度模型;然后以东北地区4种具有代表性的树种为样本,采用Arbotom应力波木材无损检测仪测量应力波在不同方向角、不同截面夹角和不同方向角度纵截面上的传播速度,对健康原木样本的应力波传播速度\begin{document}$v\left(\alpha \right)$\end{document}与方向角α,应力波传播速度\begin{document}$v\left(\beta \right)$\end{document}与截面夹角β,以及应力波传播速度\begin{document}$v\left({\alpha,\beta } \right)$\end{document}αβ之间的关系进行回归分析。结果在同一纵截面上,应力波传播速度随方向角的增大而增大,水平方向速度最小;在同一方向角度的不同纵截面上,应力波传播速度随截面夹角的增大而减小,径向传播速度最大。健康样本实验数据的拟合结果与理论数学模型非常吻合,决定系数均大于0.87,显著性P都小于0.01,模型都具有较高的拟合优度。针对落叶松原木试样,人工设计了直径为7.5 cm的空洞缺陷,利用相关系数0.97,均方根误差17.81的健康多元回归模型\begin{document}$v\left({\alpha,\beta } \right) = 109.2{\alpha ^2} - 182.1{\beta ^2} + 36.78{\alpha ^2}{\beta ^2} - 34.76{\alpha ^2}{\beta ^4} + 1 \; 627$\end{document}进行二维成像。当应力波传播路径位于原木的健康区域时,传播速度随方向角和截面夹角的变化趋势满足该模型;但当应力波经过原木的缺陷区域时,传播速度明显降低,不再符合正常情况下的传播速度模型。基于二维成像结果,图像的拟合度高达92.06%,测量缺陷空洞的误差率为8.63%。结论应力波在健康原木不同角度纵截面上传播的多元回归模型对树木内部缺陷检测具有很好的指导作用,利用该模型结合二维成像技术,能准确地检测出原木内部缺陷位置和大小,为三维成像技术提供了理论与实验依据。
木塑集成木构框剪墙体抗侧性能试验研究
杨小军, 郝丹, 付帅, 王佳阳, 张璐, 俞奕豪
2020, 42(5): 155-163. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190391
摘要:
目的以木塑为主要材料将木塑与木结构相结合,探索一种基于木结构的木塑建筑,是克服现有轻钢结构木塑建筑不足的一个重要途径。墙体抗侧性能是决定木塑建筑在地震灾害作用下能否安全的重要因素,研究木塑集成木构框剪墙体抗侧性能可以为维护木塑建筑安全提供科学依据。方法设计了5片普通木塑集成框剪墙体和3片带斜撑的木塑集成框剪墙体,通过低周反复加载试验方法,研究了墙体的抗侧刚度、抗剪强度、立柱上拔量、刚度退化和单位耗能。结果木塑集成木构墙体的抗侧性能主要取决于木塑材结构支撑方式和覆面板连接方式,其破坏特征表现为覆面板钉连接失效破坏和木塑材连接节点断裂破坏。对于普通墙体,面板钉间距为75 mm时,墙体的抗剪强度、抗侧刚度和单位耗能分别比普通常规墙体的高出了35.40%、16.88%和76.22%。带斜撑墙体抗侧性能均明显优于普通常规墙体,木塑材人型撑和K型撑墙体的抗侧性能均与钢条剪刀撑墙体的相当,其中木塑材K型撑墙体抗侧刚度和单位耗能分别比钢条剪刀撑的高出了14.76%和16.44%,抗剪强度比钢条剪刀撑墙体的低了11.34%。覆面板厚度、斜撑和面板钉连接方式对墙体的约束作用能显著减小墙体框架立柱的上拔。结论木塑材集成方式是墙体抗侧性能的重要影响因素,采用框剪结构,增加斜撑和提高面板钉连接可靠性,能充分发挥木塑材料的优异性能,使墙体满足木塑建筑抗震要求。