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2020年  42卷  第11期

目录
2020-11期目录
2020, 42(11): 1-2.
摘要:
综合述评
摘要:
随着新一代基因组测序技术的快速发展,基因组选择技术在促进优良基因型精准高效选育方面展现了前所未有的应用前景。近年来,基因组选择在动植物数量性状遗传育种领域的研究进展引起了广泛关注,关于其在林木改良驯化中的应用 也逐渐被报道。本文通过综述基因组选择的基本概况、主要模型方法及其在动植物中的研究进展,进一步探讨了基因组选择在林木育种研究中的现状和发展趋势,强调了对预测模型优化与机器学习等新兴技术的引入与方法创新,提出了联合利用全基因组关联分析与基因组编辑技术的优化育种方案,为加快林木优良品种的精准选育提供了新思路。
摘要:
土壤大孔隙是优先流的主要通道,对土壤水分、空气和化学物质及污染物的优先运移起着重要作用,土壤大孔隙三维形态特征的量化分析及影响因素研究是目前大孔隙的研究重点,研究成果可为理解土壤水分运动机理及评估地下水污染等提供科学支撑。本文从大孔隙三维形态特征参数的定义(大孔隙体积、表面积、长度、数量、迂曲度、倾斜角度、路径数量、孔径、节点、连接度、圆度等),各参数测定方法及软件(Avizo 9.0、VG Studio MAX 2.2、Arc/Info 10.0、ImageJ等),大孔隙特征影响因素(根系、土壤动物、干湿及冻融交替、人为因素等)3个方面,综合介绍了土壤大孔隙三维特征的研究现状及进展,并基于此预测了今后的研究趋势,以期为今后大孔隙三维特征的深入研究提供参考。
林学
摘要:
  目的  物候指植被生长发育的节律性变化,是对气候和环境变化长期适应的结果。本文通过研究植被指数(NDVI、EVI)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)之间关系,探究各指数在研究区反映植被动态变化的能力,为深入了解人工林对气候变化的响应提供参考。  方法  利用Timesat 3.3软件对2007—2011年MODIS NDVI、EVI、GOME-2 SIF、通量塔GPP数据分别进行滤波。采用双逻辑斯蒂方程对4种指数时间序列进行拟合并根据曲线最大变化速率提取生长季开始期(SOS)和生长季结束期(EOS)。利用相关性分析、均方根误差分析研究NDVI、EVI、SIF反映植被动态特征的能力。  结果  (1)2007—2011年MODIS NDVI、EVI、GOME-2 SIF、通量塔GPP这4种时间序列曲线变化特征基本一致,NDVI、EVI、SIF月均值均与GPP月均值呈现显著正相关关系。(2)GPP月均值与NDVI、EVI之间决定系数R2在春季、秋季均大于SIF。然而,在夏季GPP月均值与NDVI呈现显著相关性,与EVI和SIF并无明显线性关系。(3)NDVI、EVI、SIF与GPP提取物候参数的均方根误差结果显示:利用EVI提取物候参数结果与GPP最为接近,其次为NDVI,最后为SIF。  结论  在本研究区内,MODIS NDVI、EVI能够更好地反映植被动态变化特征。由于NDVI、EVI数据是依据植被冠层结构光谱特性和叶片反射率提取的物候信息,因此会导致植被指数(NDVI、EVI)提取物候期比GPP提取物候开始期提前和物候结束期滞后。利用SIF数据提取物候参数SOS和EOS均提前于GPP数据提取物候参数S0S和EOS。SIF数据由于像元覆盖面积与通量塔GPP数据不完全吻合影响了GPP与SIF之间的相关关系。
摘要:
  目的  森林生物量是衡量森林碳储量的关键因子,准确估算生物量对掌握森林现状和森林资源合理利用具有重要意义。欧空局发射Sentinel-2A数据因其丰富的光谱信息和较高的空间分辨率为生物量的反演和监测提供了新的机会。本文旨在评估基于Sentinel-2A的各类特征变量反演针叶林地上生物量的能力以及完成区域尺度的针叶林地上生物量定量估测。  方法  试验以内蒙古赤峰市喀喇沁旗旺业甸林场针叶林为研究对象,以Sentinel-2A为主要数据源,提取了10个波段反射率、20个植被指数和5个生物物理参数共3种类型变量,分别建立基于光谱反射率、植被指数、生物物理参数,以及融合3类变量的多元逐步回归生物量估算模型,同时每组均加入高程因子分析地形对估算精度的影响。  结果  (1)基于多种类型参数建立的模型估算效果最好,模型决定系数达到0.765,均方根误差为39.49 t/hm2;(2)在3组单类型变量模型中,基于植被指数的预测结果最好,说明相比于波段反射率和生物物理参数,植被指数对针叶林地上生物量的估算贡献更大;(3)无论基于何种类型参数建模,高程信息的加入都会提高针叶林地上生物量的估算精度。  结论  基于Sentinel-2A植被指数与地形特征的针叶林地上生物量反演模型较好,可用于区域生物量估算。该研究对区域性森林资源监测的实际应用具有指导意义。
摘要:
  目的  研究森林火灾时空动态变化特征,有助于掌握森林火灾发生规律及变化趋势,为火险期划分和防火资源的合理分配提供科学依据。  方法  本研究基于MODIS卫星火点数据,运用数据统计、Mann-Kendall趋势检验法和滑动t检验,对浙江省2001—2016年森林火灾时空分布特征、变化趋势和防火期的变化进行研究。  结果  (1)2001—2016年浙江省森林火灾整体呈上升趋势,春季、夏季和冬季是林火发生主要季节。其中春、夏两季森林火灾显著增长,秋、冬两季森林火灾呈先上升后下降的变化趋势。浙江省传统定义火险期的林火数量呈下降趋势,而更多的林火在夏季发生,火险期由11月至翌年4月变为1月19日至9月1日,向夏季偏移和延长。(2)浙江省森林火灾空间分布呈现出由西南向东北递减趋势,其中杭州市、衢州市、丽水市和温州市森林火灾发生频率较高,且在防火期、春季和夏季呈上升趋势。  结论  研究建议浙江省加强西南地区及春、夏两季森林火灾监测和防火宣传,适当调整火险期和防火资源时空分配,将有助于抑制浙江省森林火灾的增长趋势。
摘要:
  目的  降雨再分配是森林生态系统重要的水文过程,分析辽东半岛地区赤松和蒙古栎林降雨再分配特征,为区域典型林分的生态水文分析及模型建立提供参考。  方法  以辽宁仙人洞国家级自然保护区内的赤松和蒙古栎林为调查观测对象,选择林外降雨量(POF)、林内穿透雨量(TF)、树干径流量(SF)和树冠截留量(IF)为指标,应用回归分析法建立林外降雨量与各类指标的关系方程,并分析2种林分的降雨特征及其变化规律。  结果  (1)赤松林穿透雨量、树冠截留量和树干径流量分别为388.5、215.3、66.5 mm,占林外降雨量的57.96%、32.12%、9.92%;蒙古栎林穿透雨量、树冠截留量和树干径流量分别为421.7、119.0、55.5 mm,占林外降雨量的70.73%、19.96%、9.31%。(2)低强度降雨时,赤松和蒙古栎林的初始迟滞时长1 h左右,而中等和高强度降雨时,迟滞时长较短,明显小于1 h。且赤松林的树冠截留迟滞时间较长,迟滞作用更强,截留效果更好。(3)林外降雨量与穿透雨量、树干径流量呈极显著线性正相关(P < 0.001),赤松林和蒙古栎林产生穿透雨l、树干茎流量的最小降雨量分别为4.2、5.8和2.0、2.5 mm。(4)赤松和蒙古栎林的树冠截留量与林外降雨量呈极显著(P < 0.001)二次函数关系,树冠截留作用与林外降雨同时产生。当林外降雨量分别大于90.0、70.0 mm时,赤松和蒙古栎林的树冠截留量分别在10.0、7.0 mm左右。(5)林外降雨量与树冠截留率呈极显著负相关(P < 0.001)的幂函数关系,当林外降雨量分别大于90.0、70.0 mm时,赤松和蒙古栎林的树冠截留率趋于平稳,降低到20%和10%左右。  结论  降雨再分配过程中,赤松林的树干径流量、截留量和截留率大于蒙古栎林,而赤松林穿透雨量小于蒙古栎林,赤松林降雨再分配作用强于蒙古栎林。林内穿透雨存在迟滞效应,迟滞时长受降雨强度和林分类型影响,且赤松林的迟滞时长大于蒙古栎林。林外降雨量与树干径流量、穿透雨量、树冠截留量呈极显著正相关,与树干径流量、穿透雨量呈线性函数关系,与树冠截留量呈二次函数关系,与树冠截留率呈极显著负相关的幂函数关系。
摘要:
  目的  探究陕北黄土区退耕还林(草)后形成的主要植被群落类型土壤有机碳空间分布特征及其影响因素,旨在为今后该地区人工林土壤碳汇管理以及生态效益评估提供参考依据,为我国北方森林土壤碳的相关研究积累基础数据。  方法  以吴起县大吉沟森林公园内的油松林、沙棘林、草地、油松沙棘混交林为研究对象,选取典型样区,运用单因素方差分析与灰色关联法,探讨不同植被类型在0 ~ 100 cm土壤有机碳垂直变化规律及其主要影响因素。  结果  (1)研究区土壤有机碳含量及储量具有明显表聚现象,且随土壤深度增加而降低。(2)不同植被类型下,土壤有机碳平均含量表现为沙棘林(7.03 g/kg) > 低坡度油松沙棘混交林(5.34 g/kg) > 草地(5.16 g/kg) > 高坡度油松沙棘混交林(3.87 g/kg) > 油松林(3 g/kg),沙棘林与油松林、高坡度油松沙棘混交林土壤有机碳平均含量呈显著性差异(P < 0.05)。(3)不同植被类型土壤有机碳储量介于41.11 ~ 74.76 t/hm2。(4)不同植被土壤剖面C/N在16.41 ~ 39.11之间,C/N均值由大到小表现为沙棘林(34.68) > 低坡度油松沙棘混交林(25.88) > 草地(25.82) > 油松林(23.08) > 高坡度油松沙棘混交林(22.71)。(5)不同植被类型土壤理化因子与有机碳含量关联度均在中等关联以上,与有机碳含量关系密切。  结论  研究区在今后建设碳汇林时应充分考虑土壤有机碳影响因素,优先选择沙棘等优势树种。
摘要:
  目的  桉树枝瘿姬小蜂是我国一种入侵性小蜂,自2007年传入我国广西省,在短短几年时间内危害了我国南部的桉树种植地,造成严重经济损失。本研究利用MaxEnt模型对桉树枝瘿姬小蜂在中国现在和未来的适生区进行预测,以了解桉树枝瘿姬小蜂在温度变化的影响下其适生地范围的变化。  方法  采用MaxEnt预测模型—最大熵模型,通过收集桉树枝瘿姬小蜂在中国报道的分布地数据、调查最新发生地危害轻重程度对该蜂在中国的适生区现在以及未来RCP8.5气候情景下的适生区进行模拟并检测模拟结果的精准度。  结果  模型模拟结果的测试遗漏率与理论遗漏率基本吻合。AUC 值为0.898,标准差为0.022,表明所使用的数据无空间自相关,模型筛选的参数结果可靠且准确度高。MaxEnt模型预测得到桉树枝瘿姬小蜂在中国的最佳适生区主要分布在长江以南的福建、广东、广西、海南等地,在RCP8.5气候情景下其未来中度适生区面积有小范围的下降,但整体适生区范围显著增加。  结论  通过适生地范围预测结果的分析,本研究对桉树枝瘿姬小蜂的监测以及潜在危险入侵地区制定有效的防治手段具有重要的理论指导意义。
摘要:
  目的  我国沙漠广袤,阳光充足,昼夜温差大,气候干燥,沙粒漏肥漏水严重。在沙漠栽植经济林木,成活率低,生长缓慢,经济、生态效益低下。枣树耐干旱,喜光照,研究沙漠枣树栽培技术,使沙漠建设枣园成为可能,提高沙漠红枣产量及质量,以期获得更高的经济效益。  方法  本文以陕西榆林毛乌素沙漠和新疆喀什塔克拉玛干沙漠为实验基地,采用观察法和对比试验法研究了沙漠枣的物候期、适宜品种、适宜树形、施肥灌溉、配方换土、生态作用、设施栽培、水肥一体化等内容。  结果  在沙漠种植枣树的栽植穴换土,以体积比为优质土∶农家肥 = 7∶3的比例搅拌制得,每栽植穴更换配方土0.08 m3。采用行距3.0 m、株距1.0 m栽植,密度适宜,且便于机械化作业。每年施基肥农家肥1次,施肥量30 m3/hm2,追施化肥2次,每次磷酸二铵300 kg/hm2、尿素120 kg/hm2,混合开沟施入或水肥一体化施入,用尿素0.4%、磷酸二氢钾0.3%、硫酸锌0.3%、硼砂0.5%、硫酸亚铁0.3%配制成混合液喷洒叶面2次,每年分别于4月初、5月中旬、6月下旬、8月初、12月初滴灌5次。栽培品种鲜食枣以秦宝冬枣、冬枣2号、早脆王、伏蜜脆为好,制干枣以骏枣、灰枣为好,鲜食枣的经济效益高于制干枣。树冠以纺锤形、开心形、小冠疏层形等小冠形为好。沙漠红枣采用水肥一体化和塑料大棚设施栽培,比露地栽培能提高产量3.2倍,提高经济效益6.5倍。  结论  本研究依据沙漠气候特点和枣树生长发育特性,攻克了沙漠红枣栽培土肥水三大技术难关,达到了沙漠红枣高产、优质、高效和防风固沙、保护生态的作用,实现了经济生态双赢利。
摘要:
  目的  通过研究生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤酶活性的影响,探究半干旱区不同类型生物土壤结皮对土壤养分周转的作用,为认识生物土壤结皮对沙地植被恢复的影响提供理论参考。  方法  以宁夏盐池毛乌素沙地油蒿灌丛间的裸地、地衣结皮和苔藓结皮为研究对象,分析油蒿灌丛间裸地土壤(0 ~ 5 cm)、地衣结皮层和苔藓结皮层(0 ~ 1 cm)及其下层土壤(1 ~ 5 cm)的土壤理化性质和土壤酶活性的变化特征。  结果  (1)地衣结皮层和苔藓结皮层均显著改善油蒿灌木群落的土壤理化性质,且苔藓结皮层改善作用更为明显。地衣结皮层和苔藓结皮层相比油蒿灌丛间裸地,土壤有机碳含量(SOC)分别提高3.30倍和6.51倍,微生物量碳含量(MBC)分别显著提高2.79倍和6.58倍,微生物量氮含量(MBN)分别显著提高3.49倍和12.73倍,全氮含量(TN)分别提高2.67倍和4.46倍,全磷含量(TP)分别显著提高1.82倍和2.06倍。生物土壤结皮下层土壤与灌丛间裸地相比微生物量氮(MBN)、TN和TP之间无显著差异,MBC显著降低。(2)与油蒿灌丛间裸地相比,地衣结皮层和苔藓结皮层显著提高了土壤转化酶和脲酶活性,其中,地衣结皮层分别提高转化酶和脲酶活性3.58倍和2.80倍。苔藓结皮层显著提高转化酶活性4.23倍。碱性磷酸酶活性则无显著影响。另外,生物土壤结皮层下土壤3种酶活性均无显著提高。(3)土壤理化性质显著影响3种土壤酶活性。SOC、MBC、MBN、TN和TP与土壤转化酶活性呈显著正相关,pH与土壤转化酶活性显著负相关。SOC、MBN和TP与土壤脲酶活性显著正相关。pH与土壤碱性磷酸酶活性显著负相关。  结论  地衣结皮和苔藓结皮均能加速油蒿灌丛土壤碳素周转;氮素周转则主要由地衣结皮调控。另外,仅结皮层能提高油蒿群落养分周转。研究结果表明,生物土壤结皮可以加速油蒿群落间土壤养分的周转和提高土壤质量,促进该区域植被和荒漠生态系统的恢复。
摘要:
  目的  基于昕水河流域日尺度降雨和输沙数据,分析1958—2015年昕水河流域降水与输沙变化趋势及相关关系,比较年降雨量、汛期降雨量、侵蚀性降雨量、轻度产沙降雨量、中度产沙降雨量、强度产沙降雨量等6种统计标准和降水空间分布对“水文法”基准期分析降水输沙相关关系的影响,筛选最佳的降水输沙相关关系统计方法,提高“水文法”的计算精度。  方法  利用Mann-Kendall非参数检验方法分析降水量与输沙量变化趋势,双累积曲线法判定“水文法”基准期,Pearson相关分析法比较水沙关系相关性结果。  结果  昕水河流域年降水量无显著变化趋势,年输沙量呈显著下降趋势;6种统计标准下的水沙关系相关性由高至低依次为:强度产沙降雨量、年降雨量、侵蚀性降雨量、中度产沙降雨量、轻度产沙降雨量、汛期降雨量;低降雨强度但高降雨量降雨事件对研究区产沙贡献小,剔除产沙无效降雨能提高水沙关系相关性;午城、黄土、蒲县雨量站水沙关系相关性较好,大宁、桑峨雨量站水沙关系相关性较差。  结论  昕水河流域年输沙量变化与三北防护林及淤地坝建设等地表人类活动变化直接相关;研究区的产沙主要发生在夏秋季的强降雨事件中,强度产沙降雨量用于降水输沙相关关系研究结果最优,汛期降雨量不适用于降水输沙相关关系研究,产沙无效降雨会增加水沙关系研究的偏差,在缺乏降雨强度准确数据时,应选择降雨历时短、降雨量大的产沙有效降雨进行水沙关系分析;在流域尺度,降水空间分布对降水输沙相关关系有影响,距流域出口站距离较近雨量站降水数据的水沙相关关系较好。
风景园林
摘要:
  目的  城市建成区的水景观建设是与城镇发展和人民生活关系最为密切、功效发挥最为明显的重要生态工程,在新时代城市生态建设从高速增长向高质量发展迈进的背景下,以多学科综合的视角对其构建一套综合效益评价方法具有重要的理论与实践意义。  方法  本文在分析水景观建设内涵的基础上,将城市建成区的水景观作为研究范围,提出将生态建设、生活游憩和生产发展作为综合效益评价的准则层,并确定了相关要素层;应用频度统计法、理论分析法和专家咨询法筛选出典型指标,构建了城市建成区水景观建设综合效益的评价指标体系;在此基础上通过层次分析法计算权重,进行单指标定量评价和多指标综合评价,对多准则集成获得的综合效益评价结果进行分级,形成了一套系统的综合效益评价方法;最后以潍坊市为例进行了应用研究。  结果  (1)2004年,潍坊市建成区水景观建设的综合效益得分为17.11,提供了极少效益,3个子效益均处于极少效益等级。(2)2004—2012年,综合效益得分增长较快,子效益中生活游憩效益得分增长最为显著。2012年的综合效益得分达到53.46,提供了中等效益,3个子效益均达到中等效益等级。(3)2012—2018年,综合效益及子效益得分的增长速度减缓,2018年的综合效益得分为76.54,提供了较多效益,子效益中生活游憩效益和生态建设效益得分提高较快,生活游憩效益得分最高,3个子效益均达到较多效益等级。(4)2004—2018年,生态建设效益中的环境改善得分增长显著,生活游憩效益中的文化承载和活动支持得分增长较为显著,生产发展效益中的经济效益得分增长最为显著,是推动对应子效益增长的主要因素。  结论  本研究评价方法的提出能够将城市建成区水景观建设的综合效益进行科学量化与比较,发现当前建设所存在的问题并明确未来建设方向,为我国城市水生态建设提供必要的评价标准和技术参考。
摘要:
  目的  对成渝城市群自然生态系统服务时空演变特征与驱动因素进行研究,有助于规划者从宏观尺度上掌握其自然资源存量情况与发展趋势,合理拟定成渝城市群规划建设策略,从而推动我国西部大开发平台建设。  方法  选择成渝城市群为研究对象,以144个市、县、区作为研究单元,通过当量因子法量化其生态系统服务,建立“自然—社会”驱动因子指标体系,在此基础上运用最小二乘法(OLS)模型筛选具有显著相关性的驱动因子,运用地理加权回归(GWR)构建回归模型,研究成渝城市群自然社会因素对生态系统服务的驱动作用。  结果  (1)成渝城市群生态系统服务总量劣化趋势显著,1995—2015年间(1995、2000、2005、2010、2015年,共5期)成渝城市群生态系统服务价值分别为3 470.53亿、3 464.08亿、3 452.43亿、3 438.02亿和3 423.92亿元,分别比前一期下降6.45亿、11.65亿、14.40亿和14.10亿元;(2)成渝城市群生态系统服务空间分布以成都、重庆两处核心城市中心区与缙云—中梁山脉中心区呈现显著区域化分布特征,全域超过90.38%的区域生态系统服务均处于下降趋势;(3)降雨量、温度、单位面积平均GDP、林业用地比例、人口密度5项驱动因子对成渝城市群生态系统服务具有显著影响。其中,降雨量、单位面积平均GDP呈现较明显的负相关驱动特征,林地覆盖比例呈现较明显的正相关驱动特征,降雨量与人口密度则呈现较明显的两极化趋势。  结论  本研究明确了在研究期限内成渝城市群生态系统服务逐渐劣化的发展状态,所构建的地理加权回归(GWR)模型在空间层面上量化降雨量、温度、单位面积平均GDP、林业用地比例、人口密度5项主要驱动因素对成渝城市群生态系统服务所呈现的不同驱动特征与驱动强度,为成渝城市群长远规划提供决策依据。
林业工程
摘要:
  目的  从力学角度看,竹材的薄壁组织扮演基体的角色,而因其几何形貌的限制,目前针对薄壁组织开展的力学方面的相关研究较少。探索薄壁组织的力学性能,尤其是基体材料属性的赋值,对竹材精细化仿真模型的建立起到关键作用,进而提高模拟分析结果的准确性。  方法  以毛竹材为研究对象,7组试样取自同一竹秆不同高度处节间,软化后切厚度为30和80 μm的弦切片,其中厚度为30 μm的切片用于测试薄壁细胞形态参数,厚度为80 μm的切片用于制作有效试验段仅含薄壁组织的拉伸试样,并在力学试验机上结合光学引伸计完成竹材薄壁组织的拉伸试验,计算分析其抗拉强度、弹性模量和失效应变。  结果  竹材薄壁细胞长、宽、腔径和双壁厚在竹秆高度方向上无明显的变异规律;薄壁组织的平均抗拉强度为13.08 MPa,抗拉弹性模量为830.86 MPa,失效应变为1.98%,三者在竹秆高度上的变异规律均不明显;竹材薄壁组织拉伸性能与薄壁细胞形态之间的线性相关性较低。对薄壁组织拉伸失效断口的分析表明其拉伸失效的实质是胞间层分离与细胞壁断裂,本试验采用的毛竹材薄壁组织的平均抗拉强度在13.08 ~ 34.82 MPa之间。  结论  试验方法与结果均可靠,试验结果将为全面而深入地了解竹材力学性能及其数学模型的建立提供重要的参考价值,另外本试验方法将为植物材料力学性能的相关研究提供参考。然而,为提高测量结果的准确性还需进一步的深入研究,竹材薄壁细胞组织构造在竹秆高度方向上的变异规律与其力学性能之间的关系仍需探索。
摘要:
  目的  油用牡丹是我国特有的木本油料树种,属于多年生小灌木,其果实采收可以采用茎秆切割的方式,而灌木茎秆切割机理研究一直是林业生产中的难点问题之一。研究灌木茎秆在不同应变率下的动态力学性能并建立其本构模型对茎秆切割有着重要意义。  方法  通过准静态拉伸试验和动态拉伸试验,研究茎秆塑性变形特点,并提出以Johnson-Cook模型作为本构模型,根据模型参数的物理意义,试验拟合得到模型参数。采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析了油用牡丹茎秆切割过程,并对仿真结果与试验结果进行了相关性分析。  结果  准静态拉伸试验结果表明茎秆断裂过程存在明显的应变硬化现象;动态拉伸试验结果说明茎秆断裂存在显著的应变率效应,拉伸强度随应变率增加而增加;基于试验结果拟合得到了Johnson-Cook模型作为茎秆本构方程时的材料参数值;应用这些参数的模型在茎秆切割仿真中,切割力与切割能量与试验结果对比均无显著性差异,验证了本构方程及参数测定的准确性。  结论  基于Johnson-Cook模型建立了油用牡丹茎秆切割本构方程并验证了其可靠性,为油用牡丹茎秆切割性能的数值模拟研究及采摘机割刀设计提供了依据。