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2020-10期目录
2020, 42(10): 1-2.
摘要:
林学
基于混合效应的长白落叶松一级枝条基径预估模型
靳晓娟, 孙玉军, 潘磊
2020, 42(10): 1-10. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200133
摘要:
  目的  利用非线性混合效应建模方法构建龄组−单木两水平长白落叶松一级枝条基径模型,为探索不同龄组下枝条基径的生长特点及差异提供理论依据。  方法  对4个基础模型进行改进,通过调整系数(\begin{document}$R_{\mathrm{a}\mathrm{d}\mathrm{j} }^{2}$\end{document}),均方根误差(RMSE)选择备选模型,在此基础上构建长白落叶松枝条基径非线性混合效应模型。利用独立数据验证模型拟合结果,用平均绝对误差(MAE)、平均相对误差绝对值(MRAE)评价模型预测能力。并对基础模型与混合模型的预测值进行比较,利用龄组水平的随机参数模拟各龄组枝条基径的分布。  结果  以改进后的Gompertz方程为基础模型,当龄组随机效应作用于参数b、单木随机效应同时作用于参数bcd上,随机效应的方差协方差结构为广义正定矩阵,异方差结构为幂函数时,模型的拟合效果最优。混合模型的\begin{document}$ R_{\mathrm{a}\mathrm{d}\mathrm{j} }^{2} $\end{document}有所提升,RMSE、MAE和MRAE都明显降低。最终模型的\begin{document}$R_{\mathrm{a}\mathrm{d}\mathrm{j} }^{2}$\end{document}、RMSE、MAE和MRAE分别为0.699 8、4.768 4 mm、3.705 8 mm和0.391 6 mm。混合模型的预测值可体现单木间的差异,枝条基径的分布范围随着龄组的增大逐渐增大,各龄组的枝径生长均有差异。  结论  考虑龄组与单木水平所构建的枝条基径混合效应模型能提高模型的预测精度。利用龄组水平的随机效应参数模拟枝条基径的生长可以反映其规律和差异,也符合树木生理学意义。因此基于龄组与单木两水平所构建的混合效应模型可对不同年龄长白落叶松一级枝枝条基径的生长进行合理的预测。
参数优选支持的光学与SAR数据森林地上生物量反演研究
李云, 张王菲, 崔鋆波, 李春梅, 姬永杰
2020, 42(10): 11-19. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190389
摘要:
  目的  森林是整个陆地碳循环系统中最大的有机碳贮库,准确地估测森林地上生物量影响着全球碳源与碳储量的分析与评价。本文旨在评价利用Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR 3组不同源遥感数据估测森林AGB的潜力,进而剖析光学数据和SAR数据在估测森林AGB方面的差异。  方法  首先对Landsat8 OLI、高分一号光学数据、ALOS-1 PALSAR-1SAR数据分别提取波段比值、植被指数、纹理信息,对ALOS-1 PALSAR-1SAR数据同时提取极化分解信息;然后,利用随机森林算法对不同数据提取的特征参数进行重要性排序,选择排序靠前的特征进行建模;最后,利用KNN-FIFS算法分析不同特征组合,对4组数据建立4个模型估测森林AGB,并使用留一交叉验证法对4个模型估测森林AGB值进行精度评价。  结果  使用植被因子、波段比值、纹理因子、极化分解信息4种特征参数分别对3组数据进行建模估测森林AGB,基于Landsat8 OLI数据反演森林AGB的精度评价结果为R2 = 0.50,RMSE = 33.34 t/hm2;基于高分一号数据估测精度为R2 = 0.36,RMSE = 37.60 t/hm2;基于PALSAR纹理特征估测精度为R2 = 0.45,RMSE = 35.40 t/hm2;基于PALSAR全极化分解信息估测精度为R2 = 0.63,RMSE = 28.84 t/hm2  结论  参数提取方法相同时,即基于植被因子、波段比值、纹理信息3种特征参数估测森林AGB,其光学数据和SAR数据的反演潜力基本一致;参数提取方法不同时,即SAR数据加入极化分解信息估测森林AGB,与光学数据相比,SAR数据对森林AGB的反演潜力较好。
基于无人机影像的高郁闭度杉木纯林树冠参数提取
孙钊, 潘磊, 孙玉军
2020, 42(10): 20-26. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190386
摘要:
  目的  冠幅是树冠结构的重要特征因子,直接影响树木的生产力和生命力,郁闭度是反映森林冠层结构与密度以及评价森林经营管理采伐强度的重要指标之一。利用无人机可以云下飞行,易于获取图像,精度高,低成本等优势,研究无人机影像上提取树冠参数的方法,使无人机影像提取林木树冠参数的操作系统化,实现精准高效的森林资源清查和监测。  方法  以福建将乐林场杉木人工纯林为研究对象,采用四旋翼无人机影像为数据源,基于面向对象分类的方法,将杉木纯林的树冠参数从无人机影像中提取出来。面向对象分类的方法需要先利用ESP工具选取最优分割尺度,然后根据影像的分割结果将树冠对象聚为一类,进而统计每个树冠对象栅格像素个数计算出树冠冠幅面积以及林分郁闭度。  结果  面向对象分类有效地对高郁闭度林分进行了树冠的提取。在分割尺度为70时,单木树冠分割效果最好,树冠被单独分割出来,但也存在一定的过分割以及未分割的问题,以至于部分单木的丢失。分割结束后,对分割对象进行特征空间的优化,选取适当的分类特征,最终将研究区分为树冠和林隙两类。通过统计每个对象栅格点数,计算得出的林分因子包括林分郁闭度,树冠面积。以地面实测数据作为参考,冠幅面积提取精度为0.829 1,林分郁闭度测量精度为0.973 1。  结论  研究结果表明,基于无人机高分辨率影像的树冠参数提取在高郁闭度林分同样适用,能有效提高森林资源调查的效率并且能够满足森林资源调查的精度。
基于PROSPECT和4-scale模型的光化学植被指数尺度转换
于颖, 刘敏, 范文义, 卫甜甜, 程腾辉, 蒋博, 张月
2020, 42(10): 27-35. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190190
摘要:
  目的  光化学植被指数(PRI)对于准确估计植被光能利用率(LUE)有着重要的作用。但在不同的尺度(叶片、冠层、景观尺度)上,PRI与LUE二者之间的关系及其影响因素不同。传感器获得的光谱为像元及冠层光谱,叶片尺度的PRI-LUE关系模型无法直接用于冠层尺度的数据,因此需要对冠层尺度的PRI指数进行尺度转换。  方法  首先通过叶片尺度的PROSPECT模型,模拟不同生化参数下叶片的反射率与透射率,进而计算叶片尺度PRI指数与简单比值PRI指数(记为SR-PRI)。其次,将获得的叶片尺度反射率、透射率作为参数输入到4-scale模型中,获取不同叶面积指数( LAI)下冠层尺度的反射率,计算得出冠层尺度的PRI、SR-PRI。建立不同LAI下PRI、SR-PRI的冠层−叶片尺度转换函数,并对不同尺度上影响PRI、SR-PRI的因子进行敏感性分析。  结果  PRI、SR-PRI在进行冠层与叶片尺度转化过程中,都表现出很明显的线性关系,并且拟合效果(R2)呈现出随LAI的增大而增大的趋势。对比相同LAI水平下的PRI、SR-PRI的拟合结果发现,SR-PRI的拟合效果普遍要优于PRI。  结论  4-scale模型用来进行PRI与SR-PRI在冠层、叶片间的尺度转换是可行的,通过建立不同LAI下的尺度转换函数,可以实现将冠层尺度的PRI、SR-PRI转化到叶片尺度。
基于Sparse-DenseNet模型的森林火灾识别研究
周浪, 樊坤, 瞿华, 吕媛媛, 张正宜
2020, 42(10): 36-44. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190371
摘要:
  目的  森林火灾的频繁发生给森林防治工作带来很大的难度,传统的森林火灾识别算法存在准确率低、处理效率不够高等问题,同时由于森林火灾图像数据本身具有很强的复杂性,需要从识别精度和泛化能力等多方面进行综合考虑,因此本文将利用稀疏化的DenseNet模型展开森林火灾的识别研究。  方法  首先,对DenseNet模型进行稀疏化改造,通过随机屏蔽Dense Block模块中节点的方式来产生稀疏化效果,使得算法具备减轻过拟合、缓解梯度消失以及加快收敛速度等优点。其次,在林区进行图像采集时,由于摄像设备与被采集物体之间的相对运动以及光影作用,会出现图片数据被干扰的情况,因此本文利用python相关的图片处理工具对图片进行变换,从而对图片数据集进行相应的扩充,使其能够契合实际的应用场景。最后,本文将Sparse-DenseNet模型与其他经典深度学习模型在森林火灾数据集以及cifar10数据集上的表现进行对比,观察其效果。  结果  Sparse-DenseNet模型拥有在结构上更加轻量的特点,并且训练更快,避免过拟合的效果更好,在森林火灾数据集和标准数据集cifar10上都具有较好的表现。  结论  本文所提出的Sparse-DenseNet模型在森林火灾识别问题上,可以有效优化传统模型存在的问题,并取得良好的识别效果,其准确率可达到99.33%,优于DesenNet的98.15%,并且相同轮次训练时间只有DenseNet训练时间的3/4左右。
辣木全球潜在适生区与生态特征
杨芙蓉, 齐耀东, 刘海涛, 谢彩香, 宋经元
2020, 42(10): 45-54. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190375
摘要:
  目的  预测辣木全球潜在适生区,并分析不同适生区的生态特征。探究不同适生区与辣木原产地的气候差异,为辣木引种和栽培管理措施提供参考。  方法  通过国内外植物标本馆和相关研究文献得到辣木在全球的500个分布点,运用Maxent模型预测辣木在全球的潜在适生区,并基于不同时间尺度的环境因子和相关统计学方法分析不同适生区的生态特征。  结果  辣木广泛分布于南北半球的热带、亚热带地区,北半球主要集中于南亚、东南亚、非洲西部地区。南半球主要位于非洲南部、南美洲。影响其地理分布的主要是6个环境变量,其中3个极端温度指标(最冷季度平均温度(bio11)、最冷月份最低温度(bio6)、最暖季度平均温度(bio10));一个温度变异幅度指标(温度变化方差(bio4));一个水热同步指标(最湿季度平均温度(bio8));以及一个极端水分条件(最湿季度降水量(bio16))。  结论  辣木在全球范围内主要分布在北纬32°到南纬29°的区域,温度是影响辣木地理分布的主要环境因子。
基于涡度相关法的黄河小浪底人工混交林CH4通量平均周期的确定
原文文, 张劲松, 孟平, 同小娟, 周宇, 李朋兴
2020, 42(10): 55-61. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200003
摘要:
  目的  随着涡度相关法长期连续观测CH4通量的研究在国际上日渐增加,准确计算CH4通量成为相关研究人员关注的热点问题之一。根据研究区实际情况,探究涡度相关数据在实际应用中适宜的采样频率和平均计算周期,为准确计算CH4通量提供理论依据。  方法  采用不同的平均周期(15 ~ 720 min)对黄河小浪底人工混交林生态系统2016年7—8月CH4通量原始数据(采样频率10 Hz)进行计算,以30 min为准标准,比较不同平均周期计算的CH4通量日变化特征,分析不同平均周期对CH4通量计算的影响。  结果  不同平均周期导致计算的CH4通量结果发生变化。15、60、120、240、360和720 min平均周期与30 min计算的CH4通量日变化特征趋势差异正午前后较大,而在早晨或傍晚差别较小;平均周期小于120 min时,其计算CH4通量日变化趋势与30 min一致,CH4的通量值随平均周期的增加而增大,当平均周期大于240 min,通量计算出现明显误差。结合Ogive函数计算分析,当平均周期小于15 min时,Ogive函数逐渐增大,当平均周期为60 min时,ogive函数逐渐平稳。  结论  不同计算周期对CH4的计算结果有一定的影响,在本研究区下垫面情况下,计算月及其以上尺度的CH4通量采用60 min的平均周期,而研究日及其以下尺度的CH4通量变化特征时采用平均计算周期为15 min。
青杄PwUSP1基因特征及对干旱和盐胁迫的响应
刘峻玲, 梁珂豪, 苗雅慧, 胡安妮, 孙永江, 张凌云
2020, 42(10): 62-70. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200063
摘要:
  目的  USPs蛋白(universal stress proteins)是一类胁迫相关类蛋白,被广泛报道参与了植物应对非生物胁迫的过程。本研究通过对青杄中PwUSP1基因进行功能分析及验证,探索PwUSP1在植物应对盐和干旱胁迫时的作用,从而为未来通过转基因工程提高青杄对非生物胁迫的耐受性提供候选基因。  方法  通过瞬时转化烟草叶片实验揭示PwUSP1在细胞中的定位;利用酵母双杂实验鉴定PwUSP1自身能否形成同源二聚体;通过农杆菌侵染法转化野生型拟南芥(WT),获得纯合的PwUSP1过表达株系。通过测定干旱和盐胁迫下过表达株系(L1、L7)及野生型(WT)和空载体(VC)株系的存活率、失水率,来分析比较不同株系对于干旱和盐胁迫的耐受能力;通过二氨基联苯胺(DAB)和氯化硝基四氮锉蓝(NBT)染色,测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)以及丙二醛(MDA)的含量,研究PwUSP1发挥作用的生理机制。  结果  烟草亚细胞定位实验表明,PwUSP1定位于细胞核、细胞质和细胞膜中。酵母双杂结果显示PwUSP1蛋白自身能够形成同源二聚体。利用qRT-PCR检测转基因拟南芥,成功获得两个稳定纯合的株系(L1、L7)进行进一步分析。在盐和干旱胁迫下,相对于WT和VC,过表达PwUSP1能够显著提高植物对盐和干旱的耐受能力,表现出更高的存活率和更低的失水率,且显著降低了植株中过氧化氢、超氧阴离子的累积,提高了SOD、POD和CAT活性,抑制了MDA的积累。  结论  青杄PwUSP1定位于细胞核、细胞质和细胞膜中且自身能够形成同源二聚体,在干旱和盐胁迫条件下,PwUSP1通过增强植物的ROS清除能力及抑制膜脂氧化损伤来提高植物对非生物胁迫的耐受性。
板栗冠层光合特性的空间异质性研究
马雅莉, 郭素娟
2020, 42(10): 71-83. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200059
摘要:
  目的  冠层是林木与外部环境相互作用的重要部分,研究板栗树冠不同部位光合作用的空间变化规律,为揭示植物冠层生产力提供理论依据。  方法  以8年生板栗树为试验材料,采用Li-6400便携式光合作用测量系统,于7月对板栗树冠不同冠层和不同方位进行光合日变化测定,并取光合参数的日均值进行方差分析及通径分析,于9月对不同冠层和不同方位的刺苞进行采集,测定坚果经济性状,并进行方差分析及相关性分析。  结果  (1)东上、东中、南中及南下冠层的净光合速率日变化呈单峰曲线分布,其余部位均表现为双峰曲线,呈双峰曲线分布的区域均于13:00出现“午休”现象;每一冠层区域的水分利用效率日动态均呈双峰曲线。(2)在冠层垂直方向上,水汽压亏缺及胞间CO2浓度均呈“下部 > 中部 > 上部”的规律,其最大值分别为2.13 kPa、274.93 μmol/mol,最小值分别为1.95 kPa、258.75 μmol/mol;光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光合有效辐射、水分利用效率及羧化效率均呈“上部 > 中部 > 下部”的规律,同时,相对叶绿素含量(SPAD)和比叶面积(SLA)在垂直冠层上均有显著差异,表现为“下层 > 中层 > 上层”的规律。(3)在树冠不同方位,东面光合能力最强,各冠层光合生理生态指标有一定差异性,但无垂直方向差异显著;SLA在不同方位无显著差异,仅SPAD在东西向与北向差异显著。(4)通径分析得出,影响板栗净光合速率的主要因子为蒸腾速率、水分利用效率、羧化效率、水汽压亏缺、气孔导度、气温及胞间CO2浓度,其中,只有气温对净光合速率起抑制作用,蒸腾速率是对板栗光合作用影响最大的生理因子,水汽压亏缺是对板栗光合作用影响最大的环境因子。(5)垂直冠层上,净光合速率与单粒质量、出实率和单位面积产量均呈显著或极显著正相关,相关系数分别为0.872、0.965、0.958;水平冠层上,净光合速率与单粒质量、单位面积产量呈显著正相关,相关系数分别为0.777、0.487;对水平和垂直冠层进行综合分析发现,净光合速率与单粒质量、出实率、单位面积产量均呈显著或极显著正相关关系,相关系数分别为0.600、0.669与0.532。  结论  板栗光合具有明显的空间异质性,各光合指标与果实产量的差异性是垂直冠层和水平冠层综合作用的结果。因此,在估算冠层生产力时,应充分考虑到冠层光合作用的垂直变化和水平变化,在实际生产中,应合理修枝,提高冠层中下部的光能利用率,从而促进果实产量的提高。
添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响
唐胶, 彭祚登, 贾清棋, 熊建军, 刘春和, 冯天爽, 王海东
2020, 42(10): 84-95. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
摘要:
  目的  为明确城市排水污泥作为有机土壤改良剂在苗圃扦插育苗过程中的应用潜力,研究不同污泥施用量对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响。  方法  在平原沙地苗圃中,以竹柳和欧美107杨当年生半木质化嫩枝条为试验对象,采用完全随机区组试验设计,设置3 kg/m2(T1)、6 kg/m2(T2)和9 kg/m2(T3)3个污泥施用量梯度,以不施污泥为对照(CK),在扦插前测定各处理土壤密度和孔隙度,在扦插后35 d统计各处理扦插苗成活株数,在扦插后35、50、65、80 d观测各处理扦插苗新梢长度和新梢基径的变化,并在生长末期进行取样,测定各处理扦插苗生物量参数、根系各形态参数以及叶片养分含量。  结果  不同污泥施用量均能够降低土壤密度、增大土壤孔隙度。对于竹柳而言,随着污泥施用量的增加,不同测试时间其扦插苗新梢长度均呈现先上升后下降再上升的变化趋势,T1处理对其新梢生长的促进作用最明显,显著高于CK;T1处理下竹柳扦插苗生物量参数、根系各形态参数、叶片全碳(C)含量和碳氮比(C/N)均高于CK,并达到显著水平;不同处理间竹柳扦插苗成活率没有明显差异。对于欧美107杨而言,T3处理能够显著提高其扦插苗成活率以及根系生物量参数;随着污泥施用量的增加,其扦插苗的新梢长度、根表面积、根体积、平均根系直径均呈现先增加后减小的变化趋势,且均在T2处理达到最大值;其扦插苗叶片C、全氮(N)含量和C/N在施用污泥后均有所增加,以T3处理效果最佳。生物量参数和根系形态参数关系密切,总生物量与地上、根系生物量均呈极显著正相关关系,这三者与总根长、根表面积、根体积、平均根系直径亦分别表现为极显著正相关关系。  结论  城市排水污泥的适量施用,有利于两树种嫩枝扦插苗的生长及其叶片对部分养分元素的吸收,其中3 kg/m2污泥施用量对竹柳扦插苗的促进效果最好,欧美107杨扦插苗能够适应较高污泥添加量的土壤环境,在污泥施用量为6 ~ 9 kg/m2时效果更佳。
2017年中国大陆松材线虫病灾害经济损失评估
张旭, 赵京京, 闫峻, 方国飞, 黄季夏
2020, 42(10): 96-106. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190210
摘要:
  目的  作为一种外来入侵生物,松材线虫的传播对我国林业生产和生态环境产生了巨大影响,造成了严重的经济损失。开展松材线虫病灾害经济损失评估,不仅为制定灾害防控方案、评价灾害控制效果提供重要依据,而且能够科学指导各地区有效防控松材线虫病,有利于提高森林经营水平。  方法  本研究通过创新性的结合,构建了一套实用性较强的松材线虫病灾害经济损失评估指标体系,并且基于市场经济学和生态系统服务价值评估的理论,综合应用直接市场法、替代市场法和动态当量因子法,对2017年中国大陆松材线虫病在省级尺度上的灾害经济损失进行了定量评估,评估结果包括直接经济损失和间接经济损失。  结果  评估结果显示,2017年中国大陆松材线虫病总成灾面积达85 524 hm2,造成经济损失约195亿元,其中直接经济损失35亿元,间接经济损失160亿元。华东地区为松材线虫病灾害重灾区,总计成灾面积43 883 hm2,造成经济损失101亿元,占中国大陆松材线虫病灾害经济损失的52%,其中直接经济损失占9%,间接经济损失占43%。2017年中国大陆松材线虫病灾害受灾最为严重的省份为浙江省,全省经济损失总计为41亿元,直接经济损失7亿元,间接经济损失34亿元。松材线虫病灾害经济损失在各地区都表现出间接经济损失远大于直接经济损失,两者相比平均为4.6倍。直接经济损失包括森林物质资源损失、防治费用和无效营林费用损失,单位面积直接经济损失分别为21 800、1 783和17 302 元/hm2。间接经济损失包括调节服务价值损失、支持服务价值损失和文化服务价值损失,单位面积间接经济损失平均分别为77 981、70 057和7 741 元/hm2  结论  2017年中国大陆松材线虫病灾害主要发生在南方地区,华东、华南地区为重灾区,浙江省和广东省分别表现为省级尺度的灾害空间聚集中心。松材线虫病灾害造成的经济损失主要为间接经济损失。
生防细菌对油茶炭疽病病原菌的抑制作用
张平, 李朝阳, 赵清泉, 王立海, 马玲
2020, 42(10): 107-116. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190409
摘要:
  目的  从酸浆果实内分离筛选出对油茶炭疽病病原果生刺盘孢具有拮抗作用的内生细菌,并了解该菌对油茶炭疽病病原菌的抑菌机制,以期为油茶炭疽病的田间防治提供理论依据。  方法  本研究通过组织分离法从果实中分离出细菌14株, 通过平板对峙法筛选得到对油茶炭疽病病原菌具有显著抑制作用的细菌3株,菌株依次命名为DLSB-1、DLSB-4和DLSB-13。结合菌株形态学、生理生化特征以及16S rDNA序列比对分析,对菌株进行了鉴定。在上述试验基础上,判定生防菌株能否产生蛋白酶、纤维素酶和β-1,3-葡聚糖酶,通过显微镜观察3株细菌的无菌上清发酵液对病原菌丝的生长情况,并在室内测定了油茶盆栽苗的防治效果。  结果  3株细菌无菌发酵上清液均能抑制油茶炭疽病病原菌丝的正常生长,使其尖端膨大,畸变,扭曲。可产生蛋白酶和纤维素酶,不能产生β-1,3-葡聚糖酶;5个梯度的无菌发酵上清液(0.6 × 108、1.0 × 108、1.4 × 108、1.8 × 108、2.2 × 108 cfu/mL)与对照相比,对油茶炭疽病病原菌抑菌效果显著(P < 0.05),抑菌率最高达到81.14%。其中,菌株(DLSB-4)5个梯度的无菌发酵上清液对油茶盆栽苗的防治效果分别达到40.2%、43.9%、57.7%、68.7%和71.1%,差异显著(P < 0.05),且无菌发酵上清液的含量与防治效果呈正相关。  结论  3株细菌通过自身产生拮抗作用酶来抑制果生刺盘孢病原菌菌丝的生长,降低油茶炭疽病的发病率和病情指数。
基于根茎叶定量概化模型的植被区沿程波高衰减机制试验研究
曾思益, 陈杰, 蒋昌波, 何飞, 隆院男, 屈科, 邓斌, 伍志元
2020, 42(10): 117-125. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180110
摘要:
  目的  红树林作为一种新型生态式的护岸工具,其消波效应已成为海岸工程研究热点。本文对红树林根、茎、叶不同组成部分进行定量研究,进一步探究红树林对波浪的消减效应。  方法  采取定量概化的根茎叶植物模型,通过波浪水槽试验探究了红树林植被区沿程波高衰减机制。将Kobayashi等提出的理论模型计算所得的植被区沿程波高理论值与试验值进行对比。  结果  研究发现,由Kobayashi等提出的理论模型计算所得的试验波高衰减系数的范围分别为0.02 ~ 0.47。当入射波波长与植被区沿流向长度之比趋于1时,消波强度最弱。同时波浪在植被区衰减过程中出现了边界效应及波浪跃增现象,波高增量比的范围为0 ~ 13%。当波长与植被区沿流向长度之比在1.0 ~ 1.2之间,且淹没度等于1.0时,跃增高度随叶的分布密度的减小而增大,随根的分布密度的减小而减小。而当淹没度等于0.8时,减小根或叶的分布密度,跃增高度均减小。  结论  根和叶的分布密度、淹没度以及波长与植被区沿流向长度之比均会对植被区沿程波高衰减规律产生不同程度的影响。
林业工程
大果紫檀心材色素纯化及成分研究
张卿硕, 韦柳明, 杨雨桐, 孙静, 符韵林
2020, 42(10): 126-136. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200225
摘要:
  目的  研究大果紫檀心材色素的纯化工艺及成分,为其心材形成机理提供理论基础。  方法  以大果紫檀心材为原料,使用7种溶剂抽提大果紫檀心材色素,测定波长并建立心材色素质量浓度的标准曲线。选用10种大孔树脂纯化心材色素, 分别测定吸附率、吸附量、解吸率和解吸量,确定吸附效果最佳的树脂。在DA-201树脂的动态吸附过程中,以色素质量浓度为指标探究不同因素的影响大小,确定最佳吸附条件。使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)对纯化后的心材色素分离与鉴定。  结果  选用乙醇作为提取溶剂,提取液的色差值为55.15。将486 nm作为测定波长,建立了标准曲线。大孔树脂DA-201的吸附–解吸值最佳,其吸附量和吸附率分别是10.07 g/L和80.19%,解吸量和解吸率分别是7.06 g/L和70.07%。在DA-201大孔树脂的静态吸附过程中,最佳条件为pH值4和洗脱剂乙醇浓度100%。在动态吸附过程中,最佳吸附条件分别为吸附流速2.0 mL/min,上样液质量浓度2 g/L;最佳解吸条件分别为洗脱流速1 mL/min,洗脱剂用量100 mL。对纯化后的心材色素分析,从中分离鉴定出10种黄酮类和醇类化合物,分别为荭草苷、牡荆素、金雀异黄素、白藜芦醇、白杨素、黄豆黄素、异甘草素、诺卡酮、芒柄花黄素和酮洛芬。  结论  用DA-201型大孔吸附树脂纯化大果紫檀心材色素工艺稳定,获得了最佳吸附和解吸条件,同时确定了心材色素成分。
热处理温度和时间对杉木质量损失和静曲强度的影响
张静, 漆楚生, 母军
2020, 42(10): 137-144. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200257
摘要:
  目的  热处理可以改善木材的尺寸稳定性,同时会降低木材质量并影响木材力学性能,有必要探明热处理对木材质量和力学性能的作用机制。  方法  本研究选用人工林杉木薄片作为试验材,在160、180、200、220℃及氮气环境下分别处理1、2、3、4、5、6 h,测试处理后木材的质量损失率(mL)和静曲强度(MOR),采用ATR-FTIR、TGA进行表征,并建立热处理杉木质量损失率和静曲强度的预测模型。  结果  热处理温度低于200 ℃时,温度比时间对杉木质量损失率和力学性能的影响更显著。当热处理温度高于200 ℃时,温度和时间对质量损失率和力学性能均有显著性影响。热处理杉木的质量损失率随热处理温度升高和时间延长呈非线性增加,质量损失率范围在0.2% ~ 17.6%之间,其预测模型为lnmL = 0.8lnt + 9.35lnT – 53.67(t为时间,T为温度),R2为0.99,试验测试值与模型预测值基本一致。杉木的MOR随热处理温度升高和热处理时间延长线性降低,与未处理杉木相比,MOR降低了4.4% ~ 74.8%,其预测模型为MOR = −2.57t – 0.82T + 220.44,R2为0.93,该模型总体预测效果较好。热处理杉木MOR随质量损失率增加呈指数下降,两者关系模型为MOR = 65.4\begin{document}${{\rm{e}}^{ - 20m_{\rm{L}}}}$\end{document} + 16.4,R2为0.95,此模型能够预测MOR随质量损失率的非线性变化趋势。  结论  通过试验数据建立了杉木的质量损失率与热处理条件,MOR与热处理条件,质量损失率与MOR之间的经验方程,可预测热处理木材质量损失和MOR的变化趋势,为木材热处理工艺的优化和热处理木材性能预测提供参考和依据。