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2022 年 5 期目录
2022, 44(5): 1-2.
摘要:
林学
杨树种毛相关候选基因PeCFL1和PeCFL2的时空表达分析
钟姗辰, 武舒, 王黎, 苏晓华, 张冰玉
2022, 44(5): 1-7. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200403
摘要:
  目的  杨絮是由杨树子房胎座表皮细胞发育而来的种毛,近年来已成为我国北方城市环境问题之一。目前对杨树种毛发育基因的研究还不深入,本研究将2个在杨树子房发育过程中差异性表达、且基因注释均与棉纤维发育相关的基因(PeCFL1和PeCFL2)作为种毛发育调控的候选基因,探究二者在欧美杨‘渤丰3号’中表达的时空特异性,为深入研究该基因在杨絮发育过程中的调控作用及基因工程手段改良杨树品种奠定基础。  方法  取‘渤丰3号’杨越冬花枝,采集水培4、5、6、7、8、12 d的雌花序,进行固定、石蜡包埋、切片,观察子房发育及种毛的形态发生过程。采用实时定量PCR检测PeCFL1和PeCFL2基因在‘渤丰3号’杨雌花序发育过程中以及在根、茎、叶等营养器官中的表达模式。利用原位杂交技术检测PeCFL1和PeCFL2基因在杨树花器官中的组织表达特异性,揭示杨絮发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2的时空表达模式。  结果  ‘渤丰3号’杨雌花枝水培12 d后,子房胎座底部出现纤维状结构,杨絮开始形成。PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨根、茎、叶及雌花枝腋芽中微量表达,在水培4 ~ 7 d的雌花序中表达量较少,水培8 d后表达量开始显著升高,12 d时表达量继续大幅上升,此时的石蜡切片可见子房胎座底部纤维状结构。原位杂交结果显示,PeCFL1和PeCFL2基因在杨树子房的子房壁和胎座部位表达。  结论  种毛发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨雌花子房胎座底部出现纤维状结构时表达显著升高,并在胎座底部纤维状结构和子房壁中特异性表达,说明其与种毛发育调控密切相关,可作为基因工程改良杨树飞絮的目标基因。
植物异源嫁接中转移mRNA序列与功能分析
尹鹏, 刘晓, 蓝宝良, 崔玉, 徐吉臣
2022, 44(5): 8-18. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210085
摘要:
  目的  本研究拟对异源嫁接植物中的转移mRNA进行分析,探讨序列及功能特征对mRNA转移的影响,揭示mRNA转移的原理,为嫁接的定向调控提供理论依据。  方法  基于已报道的嫁接转录组数据,利用TBtools软件计算转移mRNA的编码区长度、GC含量,通过EXCEL软件分析比较二者与mRNA转移的关系,通过BLASTP同源性分析鉴定各嫁接体中的共转移mRNA,利用GO与KEGG数据库对共转移mRNA进行功能注释及代谢通路分析。  结果  (1)统计分析显示,茎向(由砧木到接穗)和根向(由接穗到砧木)转移mRNA长度的均值分别为1 573 bp和1 547 bp;随着mRNA长度的增加,mRNA转移率逐渐增加;根向的mRNA转移率显著大于茎向,且随着mRNA长度增大,根向的mRNA转移率增加的趋势更为明显。(2)转移mRNA的平均GC含量介于44% ~ 47%之间;随GC含量增加,mRNA转移率先快速提高,后缓慢降低。GC含量在52% ~ 54%时,茎向的mRNA转移率最高(3.66%),在46% ~ 48%时,根向的mRNA转移率最高(4.71%)。(3)统计13个嫁接体的共转移mRNA发现,分别有1 032和1 727个mRNA在至少2个嫁接组合中进行了茎向和根向的长距离转移,主要参与了碳代谢、氨基酸合成、信号转导等过程。其中5个和2个mRNA在7个嫁接组合中分别进行了茎向和根向的长距离转移,主要参与了激素转运及基础代谢等过程。  结论  异源嫁接植物中的mRNA转移与mRNA长度、GC含量等密切相关,也与基因功能及作用位置相关。异源植物间的mRNA差异和交流,赋予了嫁接植物新的表型。
广东省含参数分级的阔叶林分生物量生长模型
黄金金, 刘晓彤, 张逸如, 李海奎
2022, 44(5): 19-33. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210403
摘要:
  目的  建立区域尺度林分生物量生长模型,为预测未来某一时段广东省天然阔叶林生物量和碳储量提供方法学支持。  方法  基于广东省1997—2017年5期森林清查数据,选择栎类、木荷和其他软阔类等6个阔叶树种为优势树种的203个天然林样地,以参数分级反映立地质量差异,以竞争指数表示密度影响,以分步建模(一元非线性回归法)和联合建模(非线性联立方程组法)区别建模方式,采用理论生长方程构建胸径生长模型估计林龄进而构建多种林分生物量生长模型,以决定系数和平均预估误差等4个指标评价模型拟合优度;对拟合优度较高的模型,以2002—2017年4期连清的183块样地为检验样本,用总相对误差来验证其应用效果。  结果  对比模型拟合效果和区域尺度及样地水平上的估计精度,以探究林分密度、不同参数分级、分级方法和建模方法共4项影响因素对生物量生长模型的效果,结果表明:非线性联立方程组法优于分步建模法;与生长速度有关的参数b分级模型优于与生长潜力有关的参数a分级模型;考虑林木竞争和分级方程中加入竞争指数对优化模型性能影响不大。参数b分级、自变量和分级方程皆不含竞争指数的联合模型(模型10)为最优模型,其生物量生长模型确定系数R2为0.970 1;预测4期生物量时,估计效果较好,后期估计误差明显低于前期,如采用模型10预估栎类2002—2017年区域尺度生物量时,4期的估计误差分别为6.22%、15.27%、4.80%、−1.84%。  结论  以Richards理论生长方程为基础构建林分生物量生长模型来估测区域尺度生物量是一种可行的方法,为评估未来某一时段区域尺度森林生态系统的固碳能力提供依据,也为其他区域的林分生物量生长模型研建提供参考。
择伐对长白山云冷杉林生长优势和直径结构异质性的影响
彭泊林, 杨华, 谢榕
2022, 44(5): 34-42. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200401
摘要:
  目的  择伐的促进效果常用伐后林分保留木的生长动态来评估。本文对择伐后的云冷杉林林分直径结构异质性及不同树种和径阶的生长动态进行研究,为帮助经营者调整择伐策略提供科学指导。  方法  基于吉林省金沟岭林场4块云冷杉林固定样地,其中对照样地1块、3块择伐样地,择伐强度分别为21%(轻度)、27%(中度)、36%(强度),采用普雷斯勒生长率以及基尼系数分析了林分伐后直径结构异质性和生长的动态,并采用了生长优势的概念分析了林分内不同耐荫程度的树种和径阶对择伐的生长响应。  结果  伐后5年,不同择伐强度(轻度、中度、强度)样地耐荫树种生长率分别为2.92%、2.73%、3.04%。择伐强度的增大对耐荫树种的促进作用不显著,但能显著促进林下不耐荫树种的生长(2.18%、2.91%、3.65%);中低择伐强度能显著促进林分内中小径阶林木的生长,但对优势木的促进作用不明显。强度择伐对林分各径阶的生长均有较强的促进作用;不耐荫树种非优势木对择伐的响应更积极,伐后相比耐荫树种展现出更强的负生长优势;对中径阶林木的择伐能立即提高林分直径结构异质性。伐后样地的基尼系数呈现降低趋势,择伐能够通过降低林分不对称竞争,促进中小径阶林分生长,进而降低林分直径结构异质性水平。  结论  高强度择伐以及定期伐除生长贡献较低的耐荫树种优势木能够最大化林分生产力,轻度择伐能较好地促进云冷杉林林分的可持续发展,加速朝东北地区初级植被的正向演替。生长优势能够有效反映伐后各径阶林木的生长状态,为合理采伐林木提供参考。
马尾松人工林不同经营方式短期经济效益分析
张可欣, 刘宪钊, 雷相东, 贾宏炎, 唐继新, 国红
2022, 44(5): 43-54. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210435
摘要:
  目的  明晰3种不同经营方式在不同规格径材出材量和经济效益方面的差异,为营林项目经济可行性和森林可持续发展提供参考。  方法  以中国林业科学研究院热带林业实验中心马尾松人工林为研究对象,选取近自然化改造、常规经营(轮伐期经营)和无经营活动3种经营方式下林分持续10年(2008—2018年)的观测数据,采用现金流和重置成本法分别计算大、中、小径材的木材价值和补植阔叶树种的苗木价值,通过财务静态、动态经济指标和敏感性分析法来评价3种经营方式的经济可行性与风险承受能力,综合比较3种经营方式的经济效益。  结果  (1)3种经营方式下马尾松材种结构动态变化存在明显不同:10年间,近自然化改造林分大径材出材量由1.22 m3增长至56.85 m3、中径材出材量由23.34 m3增长至79.57 m3、小径材出材量由69.79 m3减少至68.76 m3;常规经营林分大径材出材量由0.29 m3增长至38.97 m3、中径材出材量由22.51 m3增长至90.89 m3、小径材出材量由80.69 m3减少至78.83 m3;对照林分大径材出材量由0.25 m3增长至27.97 m3、中径材出材量由20.95 m3增长至93.69 m3、小径材出材量由189.39 m3减少至181.98 m3。(2)10年间,近自然化改造林分、常规经营林分和对照林分的净利润动态均呈单调递增趋势,投资利润率动态分别为单调递增、先增高再降低和单调递减趋势。在第10年,近自然化改造林分、常规经营林分和对照林的净现值分别为594、265、193,净利润分别为87 384.96、85 745.21和71 935.09元/hm2,投资利润率分别为8.02 %、7.92 %和5.95 %。10年间,近自然改造方式中冠下补植阔叶树种的苗木价值持续增加,苗木收益在营林总收益中的占比(W值)呈增高、降低、增高、降低的波浪动态,在第4 ~ 6年,大叶栎、灰木莲等乡土速生树种达到中、小径材标准,W值降低至11.26 %,在第8 ~ 10年,随着红锥、格木、香梓楠等珍贵树种达到小径材标准,W值再次降至11.93 %。  结论  3种经营方式的马尾松人工林都为经济可行性投资。近自然化改造初期营林成本较高,但更有利于培育大径材、促进乡土珍贵和速生树种资源后续的开发和利用,满足不同市场的需求;轮伐期经营倾向于单一树种的抚育经营,追求速生丰产和相对集约化管理;无经营措施林分大径材比例低,天然更新稀少,不利于森林资源的可持续利用。
类型与结构对北京市居住区宅旁绿色空间质量的影响
郭璇, 朱济友, 徐程扬, 李夏榕, 韦柳端
2022, 44(5): 55-68. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200382
摘要:
  目的  居住区宅旁绿色空间是最接近居民生活并为居民所使用的绿色空间,既有生态美学价值和保健功能,又能对住宅的低层住户空间起到遮蔽作用,具有一定的安全性。本研究通过构建城市居住区宅旁绿色空间质量评价指标,分析建成年代和空间类型对宅旁绿色空间质量的影响,旨在为未来科学建设居住区宅旁绿色空间提供理论支撑。  方法  以北京市不同建成年代的居住区宅旁绿色空间为研究对象,从宅旁绿化空间树种组成、空间结构、美学特性、保健功能4方面,构建居住区宅旁绿色空间质量评价指标。通过简相关分析,从15个指标中筛选出9个用于质量评价的主要指标,并通过主成分分析降维构建3个质量评价指数,并确定各指数和指标的权重,进一步通过指数综合得分与所筛选指标间的关系对不同建成年代的居住区宅旁绿色空间质量进行分析。  结果  (1)居住区宅旁绿色空间质量受结构、树种组成、美学效果3个主成分影响,各成分对其空间质量的影响程度依次为30.34%、24.27%、22.26%。(2)中间型居住区的绿色空间综合得分分别高于新建型居住区和老旧型居住区1.60%和8.34%,但建设时间对居住区宅旁绿色空间质量的影响在统计学上未达显著水平。(3)绿色空间类型对宅旁绿色空间质量有极显著的影响,综合得分由高到低依次为宅间组合式、自然群落式、规则成林式、宅旁紧贴式。(4)空间尺度及植物配置方式的不同是造成绿色空间类型间质量差异的主要原因。  结论  类型和结构对居住区宅旁绿色空间质量有显著影响,居住区建成年代对其质量无显著影响。宅旁绿色空间质量主要取决于绿色空间结构、空间协调度和视觉质量。植物视线遮蔽度、相对空间垂直绿量对绿色空间结构质量的贡献较大;色彩丰富度、树种多样性对宅旁绿色空间质量有正向促进作用;植被与建筑空间协调度在一定范围内对绿色空间质量有积极影响。在设计与建设居住区宅旁绿色空间时,应重点考虑宅间组合式、自然群落式、规则成林式的空间类型,少用或不用宅旁紧贴式。在住宅建筑高度一定的情况下,适当扩大宅旁绿色空间的宽度,保证空间协调度处于较好水平,并采用乔−灌−草近自然复层种植结构,合理分配乔木、灌木数量比例,在满足空间结构、功能的基础上,兼具视觉美感与景观效应。
计划烧除对云南松林地表可燃物火行为的影响
张文文, 闫想想, 王秋华, 龙腾腾, 李晓娜, 普俊, 丁宗达
2022, 44(5): 69-76. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200328
摘要:
  目的  明确周期性(烧除周期为1年)计划烧除条件下云南松纯林地表可燃物状态,以及这类可燃物相应的火行为特征,探究计划烧除对云南松地表可燃物火行为的影响,为合理评估计划烧除的生态意义以及林火管理与扑救提供科学依据。  方法  运用野外调查采样与实验室模拟燃烧法,并结合SPSS 23.0软件,对数据进行处理与分析,探究云南省新平县照壁山云南松纯林样地内,计划烧除林分下的可燃物种类、载量、含水率等特征对室内模拟火场温度、火焰高度、热辐射、蔓延速率、烧除率、火强度等火行为的影响。  结果  (1)云南松纯林地表可燃物主要是凋落的松针,外加少量枯落的松枝和球果以及枯死的蕨类,种类较单一且林下可燃物大多为细小可燃物。(2)2018—2020年间,云南松纯林林下地表枯死可燃物含水率的平均值分别为9.39%、8.04%、9.89%,平均载量分别为(0.937 ± 0.303) kg/m2、(0.926 ± 0.253) kg/m2、(0.669 ± 0.248) kg/m2。(3)实验室内模拟火行为包括:火强度为(245.95 ± 130.51) kW/m,火焰高度(0.92 ± 0.22) m,火场温度达(437.5 ± 171.6) ℃,热辐射(6.3 ± 0.9) kW/m2,蔓延速率为(1.1 ± 0.3) m/min,可燃物点着时间为1 s,烧除率为62%左右。(4)自然状态下的云南松的死亡率约为1.33%,在2018、2020年外业调查时,计划烧除下的云南松死亡率分别为0.93%、1.27%,云南松具有一定的抗火性和耐火性。  结论  (1)周期性计划烧除下的云南松纯林:林分郁闭度较大,林下易燃植被较少,以松针凋落物和草类为主。(2)计划烧除可有效减少地表可燃物负荷量,地表可燃物的平均载量不到1 kg/m2。防火期内,云南松林地表枯死可燃物的含水率低于10%,极易被引燃,但火焰高度在0.5 ~ 1.5 m范围内,火强度不高于750 kW/m,属于低强度地表火;火场温度高,热辐射强,火蔓延速度一般,火场可人工控制;实验室模拟烧除率高,燃烧效果好。(3)在易火生境以及对火有一定适应性的林分中,开展周期性计划烧除必要且可行。
不同土地利用情景下天津市生态系统服务及权衡与协同分析
王猛, 提杨, 王家栋, 赵秋璐, 胡志良, 栾晓峰
2022, 44(5): 77-85. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210008
摘要:
  目的  土地利用变化是导致生态系统服务及其关系变化的重要影响因素,探讨土地利用变化对生态系统服务影响具有重要意义。  方法  本研究基于2000和2015年天津市土地利用数据,结合区域发展规划,采用GeoSOS-FLUS模型预测2030年3种不同情景下的土地利用格局,并利用InVEST模型评估生态系统服务及权衡/协同关系。  结果  (1)2015—2030年,自然发展情景下城市继续扩张,建设用地增加27.68%,耕地下降11.47%。生态规划情景下城市扩张减缓,建设用地增加7.97%,林地、草地、水域和灌丛共增加2.02%。城市快速发展情景下建设用地和耕地基本保持稳定,水域面积增加4.78%。(2)2015—2030年不同情景下天津市综合生态系统服务指数均呈现下降趋势,其中自然发展、生态规划和城市快速发展情景下综合生态系统服务指数分别为0.172、0.181、0.180。(3)2015—2030年不同情景下4种生态系统服务的权衡/协同关系方向未变,但强弱发生了复杂的变化,总体上生态规划情景下协同关系更强,自然发展情景下协同关系更弱。  结论  本研究建议天津市未来应控制城市扩张速度、优化当前土地利用结构、增强生态环境建设。研究结果可为天津市生态系统管理提供理论基础。
山西太岳山不同林龄华北落叶松林土壤微生物群落结构特征
蔡锰柯, 韩海荣, 程小琴, 景泓元, 刘莉, 彭信浩, 商添雄
2022, 44(5): 86-93. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210132
摘要:
  目的  分析不同林龄华北落叶松人工林土壤微生物结构特征变化规律,阐明土壤微生物群落结构特征对林龄变化的响应机制及关键影响因子,为人工林可持续经营和探讨土壤微生物群落对环境变化反馈机制提供理论依据。  方法  以不同林龄华北落叶松人工林为研究对象,基于土壤微生物群落结构、土壤理化性质和林下植被特征等指标,采用冗余分析探讨土壤理化性质和林下植被特征对土壤微生物群落结构的驱动机制。  结果  研究结果表明林龄变化对土壤理化性质和微生物群落结构特征均存在显著影响,其中土壤温度、含水率、pH值、全碳、全氮、全磷、铵态氮和硝态氮含量均随着人工林年龄的增加而显著增加,土壤有效磷含量则表现出相反的变化规律(P < 0.05)。林龄增长也提高了土壤革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌和放线菌含量,但真菌与细菌以及革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌的比值呈下降趋势。林下灌木、草本层物种多样性也表现出随林龄增加而增长的变化趋势,不同林龄间差异则均未达显著水平。冗余分析结果表明本研究选取的土壤理化性质和林下植物物种多样性指标共同解释了土壤微生物群落总变异的86.1%,土壤含水率、温度、有效磷、硝态氮含量、灌木层丰富度指数和草本层丰富度指数则分别解释了微生物群落结构变异程度的22.7%、18.4%、11.8%、10.6%、7.9%和5.6%。  结论  土壤微生物群落结构特征、土壤理化性质和林下植物物种多样性(灌木层和草本层)均受到林龄变化的影响,并且土壤温度、含水率、有效磷、硝态氮和林下植物物种多样性是引起不同林龄人工林土壤微生物群落结构变化的关键驱动因子。
晋西黄土区不同密度刺槐林土壤抗蚀性关键指标及特征研究
王珊珊, 毕华兴, 崔艳红, 云慧雅, 马晓至, 赵丹阳, 侯贵荣
2022, 44(5): 94-104. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200226
摘要:
  目的  研究晋西黄土区16年生刺槐林土壤抗蚀性的关键评价指标,探讨林分密度对土壤抗蚀性的影响,为实现功能导向型林分结构定向调控提供参考依据。  方法  以5个密度梯度(1 025、1 300、1 575、1 800、2 150 株/hm2)刺槐林为研究对象,基于野外采样和室内试验,选取5大类、12个土壤抗蚀性指标进行单独分析与综合评价。  结果  (1)应用主成分分析对12个土壤抗蚀性指标进行筛选,可知土壤密度(因子载荷量为−0.776)、有机质含量(0.864)、 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数(0.747)、平均质量直径(0.960)、几何平均直径(0.779)、土壤分形维数(−0.736)和分散系数(−0.873)是评价晋西黄土区刺槐林(16年生)土壤抗蚀性强弱的关键指标;(2)同一林分密度下,刺槐林表层土壤抗蚀性优于深层土壤,土壤抗蚀性综合指数为0 ~ 10 cm(0.548) > 10 ~ 20 cm(−0.070) > 20 ~ 30 cm(−0.477);同一土层内,刺槐林土壤抗蚀性随林分密度的增大(1 025 ~ 1 575 株/hm2)逐渐增强,在密度大于1 575 株/hm2后逐渐减弱;(3)以刺槐林分密度为x轴,以土壤抗蚀性综合指数为y轴建立了开口向下的抛物线函数关系:y = −2.683 × 10−6x2 + 0.009x − 6.375(R2 = 0.77),据此预测刺槐林分密度为1 590 株/hm2时,土壤抗蚀性最强,综合指数为0.403。  结论  研究区中密度刺槐林分的土壤抗蚀性较强,从土壤抗蚀性角度,建议刺槐林(16年生)的经营密度以1 590 株/hm2为宜,对于密度过低或过高的林分,在满足林业生产的同时及时进行科学补植或间伐,还应注意保护表层土壤,以充分发挥林地的水土保持功能,有效控制土壤侵蚀。
园艺学
映山红亚属内品种间杂交F1代花色苷种类及定量分析
夏溪, 龚睿, 奉树成, 张春英
2022, 44(5): 105-114. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210060
摘要:
  目的  花色是植物的重要观赏性状,花色苷在花色呈现中起着决定性作用。对花色苷种类及其含量进行分析,可以为解析花瓣呈色的机理奠定基础。  方法  本研究以映山红亚属3个杂交组合的双亲及其子代共36份样品为对象,利用超高效液相色谱四极杆飞行时间质谱仪定性定量检测花瓣中花色苷的组分,并分析花色苷在亲子代中的分离变化规律。  结果  本研究中共检测到17种化合物,其中芍药色素3-O-半乳糖苷、飞燕草素3-半乳糖苷、锦葵素3-O-半乳糖苷和矮牵牛素3-半乳糖苷首次在映山红亚属植物中检测到。映山红亚属植物中的花青素以矢车菊素和芍药色素为主,且主要以阿拉伯糖苷的形式存在。其中矢车菊素3-阿拉伯糖苷、矢车菊素3-O-葡萄糖苷和芍药色素与映山红亚属花瓣的红色着色相关。飞燕草素3-阿拉伯糖苷、飞燕草素3-O-葡萄糖苷、锦葵素3-阿拉伯糖苷和锦葵素3-O-葡萄糖苷与映山红亚属花瓣的紫色着色相关,矮牵牛素3-O-阿拉伯糖苷与花瓣紫红色着色相关。花色苷的分离分析结果表明,矢车菊素类和芍药色素类糖苷表现出超亲遗传的特性,锦葵素3-阿拉伯糖苷、锦葵素3-O-葡萄糖苷、矮牵牛素3-O-阿拉伯糖苷表现出偏向父本遗传的特性。  结论  本研究从花色苷种类和含量角度解析了映山红亚属花色呈色机制,同时也为花色育种的亲本选择提供了参考资料。
风景园林
半湿润地区公园绿地径流收集灌溉利用成本研究—以迁安市滨湖东路集雨型绿地为例
赖月, 康嘉奇, 谢怀南, 戈晓宇
2022, 44(5): 115-123. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200392
摘要:
  目的  为探索半湿润地区城市公园绿地海绵城市建设的可行性和经济性,为设计师和决策者提供经济层面的决策参考,本文以雨水径流收集灌溉利用的成本效益为研究内容,以河北省迁安市滨湖东路已建成集雨型绿地为研究对象,研究半湿润地区公园绿地径流收集灌溉利用成本。  方法  根据场地径流量确定雨水调蓄池容积,基于2014—2021年逐日实测降雨数据和2022—2024年预测降雨数据,利用容积法测算年收集径流量,对比绿地完全用自来水灌溉成本和用收集径流与自来水共同灌溉成本,得到节约成本,并对比建设成本和维护成本得出建设效益。  结果  基于2014—2021年的实际降雨数据和2022—2024年的预测降雨数据与建设成本测算,在汇水面积为155.37 hm2、灌溉面积为151.410 hm2时,以解决径流为目的,从长期效益出发,调蓄池规模最佳选择方案为3 000 m3,年平均节约灌溉费用101 114.15元,年平均效益65 424.15元。  结论  半湿润地区径流收集灌溉利用具有一定效益,基于某个时间段内植物的灌溉需求量作为径流收集的标准,可明显减少建设成本,增加径流利用效率。
林业工程
三聚氰胺–尿素–葡萄糖(MUG)生物质树脂/硅酸钠复合改性杨木的性能与机理研究
杜浩佳, 吕文华, 刘强强, 孔静, 王小青
2022, 44(5): 124-131. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210535
摘要:
  目的  研究改性材的微观形貌、化学结构和元素成分等变化,探讨三聚氰胺–尿素–葡萄糖(MUG)生物质树脂复合改性剂对杨木的改性作用机理,旨在为MUG复合改性剂的应用提供依据,促进木材的绿色改性。  方法  通过将有机硅烷等疏水基团,引入MUG生物质树脂与硅酸钠的复配溶液中,制备硅烷杂化MUG树脂/硅酸钠复合改性剂(GST),对杨木进行真空加压浸渍处理,测试改性杨木的物理力学性能,采用扫描电镜–X射线能谱仪(SEM-EDX)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)等,表征改性材的微观形貌、化学结构、元素成分和结晶度,利用微型量热仪(MCC)测试其燃烧性能和热解特性。  结果  SEM-EDX分析表明:GST改性剂渗透性好,能有效渗入木材细胞腔和细胞壁中;改性材的C、O、Si元素无规分布于木材细胞腔、细胞壁、细胞间隙等处,导管沉积最为明显;改性剂对木材孔隙的填充以及对纤维素非结晶区的充胀,有效提高了木材的尺寸稳定性和力学性能。FTIR分析表明:GST改性材中半纤维素等多糖与改性剂发生了交联反应,减少了C=O、—OH等吸水性基团。XPS分析表明:GST改性材的C1最多,C3最少,木材的多糖类物质、木质素醇羟基、酚羟基以及羰基等活性基团与改性剂发生反应,减少了羰基等活性基团,增加了C—H、C—C结构含量。XRD分析表明:GST改性材衍射峰无明显变化,相对结晶度增大,说明改性剂进入纤维素非结晶区使其分子排列更加有序。MCC分析表明:GST改性材的热释放能力、热释放速率峰值和总热释放量分别下降了65.7%、66.2%和6.2%,800 ℃残炭率提高了122.6%,热释放强度大大降低,火灾危险性减小。  结论  GST复合改性剂可有效渗入杨木内部,与木材中半纤维素等多糖发生交联反应,减少糖基等活性基团,使非结晶区排列更为有序,从而提升改性杨木的物理力学性能。
拼板结构的古筝共鸣面板振动模态研究
张元婷, 葛颖, 苗媛媛, 刘镇波, 李宜祥, 田明亮, 李晓君, 王辰希
2022, 44(5): 132-141. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210495
摘要:
  目的  古筝共鸣面板的结构是影响其振动性能的重要因素之一,不同结构的共鸣面板发出的音质与音色会有所差异,迄今很少有学者就拼板古筝共鸣面板的振动发声特点展开研究。  方法  本研究以拼板古筝共鸣面板为研究对象,利用两种模态分析方法探讨其声学振动性能。采用实验模态分析法,运用数字信号处理技术对采集到的激励力信号和振动响应信号进行分析,经过数据转换求得系统的频响函数,进而得出各阶次共振频率及其对应模态振型;采用计算模态分析法,建立拼板结构共鸣面板的三维模型,运用有限元法对其进行离散,通过近似方法求解出各阶次共振频率及其对应模态振型。  结果  实验模态结果显示:拼板共鸣面板能够识别到的阶次有(0, n)和(1, n)阶,且多集中在(0, n)阶,(1, 4)、(1, 6)、(1, 7)和(1, 10)阶为沿横纹理方向和顺纹理方向弯曲振动叠加的复合振动,识别较困难。从振型上看,拼板共鸣面板各阶的模态振型相对清晰易识别。与实验模态结果相比,计算模态分析能够识别到选定阶次范围的所有阶次,所得振型图更加均匀且理想,而实验模态分析时个别阶次较难识别。拼板共鸣面板计算模态结果与实验模态结果呈显著的线性相关性,相关系数为0.999 6。  结论  从模态分析结果来看,相对整板结构,拼板共鸣面板各阶共振频率对应的模态振型整体清晰易识别,振动频率更高;从木材利用率方面来讲,相对于制作整板,拼板共鸣面板更有利于节约木材资源。通过两种模态分析结果综合对比,验证了计算模态分析应用于拼板结构古筝共鸣面板的振动模态研究具有可行性。
木质素磺酸钠@单宁酸水凝胶的制备及其性能
崔涵, 侯科旭, 姜炜坤, 周昊, 吕高金
2022, 44(5): 142-149. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210411
摘要:
  目的  由木质素加工制备高分子复合材料,可以提高可再生木质素资源的高附加利用价值。若将木质素引入水凝胶中,不仅可以实现水凝胶中化石原料的有效替代,还可以提高水凝胶的强度,并赋予水凝胶多种优异性能。  方法  在碱性条件下,以木质素磺酸钠为原料,结合单宁酸,通过Fe3+的原位还原作用,以过硫酸铵为引发剂,制备了一种多功能木质素磺酸钠@单宁酸–聚丙烯酸(TA@SL-PAA)水凝胶。通过红外光谱仪、扫描电子显微镜证明了单宁酸成功包覆在木质素磺酸钠的表面,并采用质构仪、固体紫外分光光度计、电导率仪等对水凝胶的机械性能、抗紫外性、导电性和自愈合性等进行了分析。  结果  单宁酸成功负载在木质素磺酸钠上,形成木质素磺酸钠@单宁酸(TA@SL)复合物,以此为原料制备的木质素磺酸钠@单宁酸水凝胶具有良好的机械性能,在最佳条件下,其断裂伸长率可达约1 700%,抗压强度可达275 kPa。该水凝胶在具有较高透明度的同时还具有有效的紫外屏蔽效果,紫外吸收能力可达100%。此外,由于木质素磺酸钠和金属离子的存在,使得该水凝胶还具有优异的黏附性、自愈合能力、导电性能和高灵敏度等。值得一提的是,利用该水凝胶的传感特性来制备水凝胶电极,可以有效地捕捉到稳定的肌电图与心电图信号。  结论  由于木质素磺酸钠@单宁酸水凝胶具有良好的机械性能、导电性和自愈合性等特征,使其在传感器、商业电极和可穿戴电极等领域有着巨大的应用潜力。
酶解法对蒙古栎实壳提取物活性成分及抗氧化活性的影响
王荣芳, 张子言, 李德海
2022, 44(5): 150-160. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210352
摘要:
  目的  蒙古栎实壳富含多酚、黄酮等活性化合物,具有抗氧化和抑菌等功能。为了深度开发蒙古栎资源,获得抗氧化活性高且高效的制备方法,对不同方法提取的蒙古栎实壳提取物活性成分和抗氧化活性进行比较研究。  方法  采用分光光度法测定溶剂浸提法、高剪切法、超声波法和酶解法这4种方法提取物的总酚、总黄酮、总三萜和可溶性糖物质含量,采用傅里叶变换红外光谱分析4种提取方法对蒙古栎实壳提取物的官能团变化的影响。  结果  4种提取方法对蒙古栎实壳提取物的提取效果和抗氧化活性影响均存在显著性差异,其中酶解法对蒙古栎实壳中酚类化合物的提取效果最好,每100 g蒙古栎实壳的等量总酚含量高达(1.090 ± 0.570) g,FTIR显示酶解法提取的蒙古栎实壳提取物在3 401、1 039 cm−1 处的吸收峰强度最大,分别为酚类物质特征基团羟基O−H的伸缩振动和黄酮类物质特征基团C−O−C的伸缩振动。体外抗氧化试验结果表明酶解法提取的蒙古栎实壳提取物抗氧化作用最强,当提取物溶液的质量浓度在0.80 g/L时,·OH清除率高达98.55%,高于VC的清除率(82.03%)。相关性分析表明多酚类物质起主要抗氧化作用。  结论  对溶剂浸提法、高剪切法、超声波法和酶解法提取物活性成分和抗氧化能力进行比较,发现酶解法提取物的活性物质含量最高,抗氧化活性最高。因此,酶解法是从蒙古栎实壳中提取富含抗氧化活性物质的有效方法,且酶解法提取操作简便、成本低,可用于蒙古栎实壳活性物质的制备和天然抗氧化剂的开发。本研究结果为蒙古栎实壳提取物提取技术的选择及抗氧化剂的开发利用提供了理论依据。