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2024年 第60卷 第3期 刊出日期:2024-03-25
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林业科学. 2024, 60(3):  0-0. 
摘要 ( 72 )   PDF (14115KB) ( 279 )  
相关文章 | 多维度评价
前沿与重点:宁夏枸杞栽培生理和果实品质
模拟CO2浓度和温度升高对宁夏枸杞果实品质形成的影响
马亚平,冯学瑞,高捍东,宋丽华,曹兵
林业科学. 2024, 60(3):  1-9.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230101
摘要 ( 185 )   HTML ( 45 )   PDF (1651KB) ( 385 )  
数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

目的: 探究CO2浓度和温度升高对3个宁夏枸杞品种形态特征和营养组分积累的影响,为未来气候变化背景下培育高抗性优良枸杞品种以及经济林应对气候变化的适应性管理提供依据。方法: 采用开顶气室(OTC)模拟控制系统,对3个宁夏枸杞品种(‘宁杞1号’、‘宁杞7号’、‘宁杞10号’)分别进行CO2浓度(eCO2)和温度 (eT)升高处理。在果实发育的幼果期(YF,处理60天)、青果期(GF,处理70天)、转色期(CF,处理80天)和红果期(RF,处理90天)采集果实,测定其形态特征和营养组分含量。结果: 1) 形态特征分析表明,在CO2浓度升高处理下,‘宁杞1号’果实转色期纵、横径及红果期横径和单果质量显著增加,‘宁杞7号 ’青果期纵径和转色期横径显著增加,‘宁杞10号’幼果期横径和转色期单果质量显著增加。在温度升高处理下,‘宁杞1号’果实转色期和红果期纵径以及红果期单果质量显著增加,‘宁杞7号’青果期和转色期纵径、转色期和红果期横径和单果质量也显著增加,‘宁杞10号’单果质量显著增加(P<0.05)。2) 营养组分分析表明,CO2浓度升高处理显著增加‘宁杞1号’果实4个发育阶段的半乳糖、蔗糖、甜菜碱和黄酮含量,‘宁杞7号’果实红果期果糖、总糖、蔗糖、多糖、类胡萝卜素及甜菜碱含量显著增加,‘宁杞10号’果实红果期半乳糖、果糖、葡萄糖、多糖含量显著增加(P<0.05)。温度升高处理显著增加‘宁杞1号’红果期半乳糖、果糖、总糖、多糖、甜菜碱及黄酮含量,‘宁杞7号’4个发育阶段半乳糖、葡萄糖、蔗糖及红果期果糖、总糖、多糖、类胡萝卜素及甜菜碱含量显著增加,‘宁杞10号’4个发育阶段蔗糖、类胡萝卜素和黄酮含量及红果期半乳糖、总糖、甜菜碱含量显著增加(P<0.05)。结论: CO2浓度和温度升高对宁夏枸杞果实形态发育和营养组分积累均产生影响。‘宁杞10号’表现出更强的适应性,该品种在发育期,果实大小、单果质量和百粒质量增长最大,果实半乳糖、果糖、总糖、多糖、类胡萝卜素、甜菜碱含量增加显著。

CO2浓度升高处理下宁夏枸杞糖代谢相关酶及基因表达分析
冯学瑞,马亚平,刘佳欣,陆晖,李运毛,曹兵
林业科学. 2024, 60(3):  10-21.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230129
摘要 ( 92 )   HTML ( 10 )   PDF (1959KB) ( 210 )  
数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

目的: 探究CO2浓度升高对宁夏枸杞果实发育过程中碳水化合物积累的影响,为揭示枸杞果实品质形成对气候变化的响应提供参考。方法: 以宁夏枸杞‘宁杞1号’为试验材料,采用开顶气室模拟控制系统进行CO2浓度升高处理(800±20 μmol·mol?1),以自然环境CO2浓度(400±20 μmol·mol?1)为对照,处理60天后收集幼果期、青果期、转色期、红果期的根、茎、叶和果实样品,测定其糖组分含量及糖代谢相关酶活性和基因表达。结果: 1) CO2浓度升高处理可促进果实发育过程中半乳糖、蔗糖和总糖的积累,红果期半乳糖、果糖、蔗糖、总糖含量较对照分别提升35.71%、23.18%、19.57%和12.23%(P<0.05)。2) CO2浓度升高处理下,宁夏枸杞发育期根、茎、叶和果实组织中苹果酸合成酶(LbMS)、中性转化酶(LbAI)、蔗糖磷酸合成酶(LbSPS)及蔗糖合成酶(LbSS)活性均显著升高(P<0.05),α-半乳糖苷酶(LbGALA)活性在果实中大于叶;4个时期果实中α-半乳糖苷酶活性分别较对照显著增加19.54%、36.68%、21.00%、24.93%,蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶在叶中的活性显著高于其他组织;果实成熟期LbGALALbNI基因表达量显著上调。3) CO2浓度升高处理下,基因LbGAELbNI、LbSPS在茎中显著上调,LbGALA在果实中显著上调,LbMS、LbAI在根中显著上调,LbSPS、LbSS在叶中表达量显著上调。结论: CO2浓度升高促进宁夏枸杞糖代谢相关基因LbSPS、LbAI、LbGAL等的表达,提高酸转化酶、中性转化酶等酶活性,从而促进夏果果实中半乳糖、蔗糖和总糖的积累。

宁夏枸杞果皮蜡质积累与气象因子的关系
米娟娟,赵娟红,李治刚,包晗,黄婷,秦垦,杨涓,郑国琦
林业科学. 2024, 60(3):  22-34.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230185
摘要 ( 95 )   HTML ( 13 )   PDF (1274KB) ( 141 )  
数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

目的: 分析不同采摘时期枸杞果皮蜡质含量与成分差异,探究不同采摘时期气象因子与枸杞果皮蜡质积累的关系,为不同采摘时期适宜制干方式的选择提供理论依据。方法: 以‘宁杞1号’和‘宁杞5号’3个采摘时期(老眼枝时期、七寸枝时期和秋果时期)的果实为材料,应用 GC-MS 技术对果皮蜡质含量、组分进行测定与分析,利用JL-18空气温、湿、光照记录仪监测不同采摘时期的气象因子,采用逐步回归分析法探究果皮蜡质含量及其组分与气象因子之间的关系。结果: 1) 2个枸杞品种在3个采摘期的青果期、转色期和红果期果实蜡质含量均存在显著差异,红果期果实蜡质含量显著高于青果期和转色期,而青果期和转色期果实蜡质含量差异不显著。2) ‘宁杞1号’的蜡质成分主要为二十六烷、二十八烷、1-碘代二十八烷、1-碘代三十烷、二十二醇和β-香树精,‘宁杞5号’的蜡质成分主要为二十六烷、二十七烷、1-碘代二十八烷、1-碘代三十烷、二十二醇和2-己基-1-癸醇。3) 老眼枝时期,‘宁杞1号’和‘宁杞5号’果皮蜡质含量与光照强度显著负相关,相关系数分别为 ?0.759(P<0.05)和?0.838 (P<0.01)。‘宁杞1号’酯类与日均温度显著负相关,相关系数为?0.712(P<0.05),‘宁杞5号’酸类和酯类与日均湿度显著正相关,相关系数分别为0.728(P<0.05)和0.739(P<0.05)。‘宁杞1号’和‘宁杞5号’酮类与夜均温度显著正相关,与光照强度显著负相关,相关系数分别为0.717(P<0.01)和?0.649(P<0.05);烷烃类与日均湿度和夜均温度显著负相关,相关系数分别为?0.772(P<0.01)和0.637(P<0.05);碘代烷烃类与夜均湿度显著正相关,相关系数为0.820(P<0.01)。七寸枝时期,‘宁杞1号’烷烃类与夜均温度显著正相关,相关系数为0.779(P<0.05);碘代烷烃类与日均温度显著负相关,相关系数为?0.724(P<0.05);酸类与日均湿度显著负相关,相关系数为?0.680(P<0.05)。‘宁杞5号’蜡质含量与夜均湿度和光照强度显著正相关,相关系数分别为0.795(P<0.01)和0.748(P<0.01);酮类和碘代烷烃类与日均温度显著负相关,相关系数分别为?0.887(P<0.01)和?0.749(P<0.05)。秋果时期,‘宁杞1号’烷烃类和碘代烷烃类与夜均温度显著正相关,相关系数分别为0.887(P<0.01)和0.767(P<0.05)。结论: 不同采摘时期的气象因子对宁夏枸杞果皮蜡质含量与成分产生不同影响,温度与碘代烷烃类、酮类和烷烃类积累有关,湿度与酯类、酸类和烷烃类积累有关,光照强度与酯类、醇类积累有关。

宁夏枸杞果实性状和预处理对果实制干的影响
赵娟红,米娟娟,李治刚,包晗,黄婷,秦垦,杨涓,郑国琦
林业科学. 2024, 60(3):  35-44.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230184
摘要 ( 57 )   HTML ( 3 )   PDF (2006KB) ( 116 )  
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目的: 探究不同品种(系)宁夏枸杞果实性状和预处理对果实制干的影响,为枸杞制干工艺提供有价值的理论依据。方法: 以制干差异较大的不同品种(系)宁夏枸杞为试验材料,采用称重法、石蜡切片和扫描电镜等方法,对果实加工性状、果皮及角质层结构、果皮蜡质微形态和不同预处理枸杞果实制干时间进行探究,明确不同品种(系)宁夏枸杞果实性状和预处理对果实制干的影响。结果: 1) 不同品种(系)枸杞果实纵径、百粒质量、单果体积存在显著差异,‘16-23-7-8’横径、纵径、百粒质量、单果体积均最高,‘宁杞1号’最低。2) 随着果实发育,果皮和角质层厚度逐渐增加且存在显著差异。‘宁杞5号’果皮厚度最大,达768.273 μm;‘宁杞1号’果皮厚度最小,为445.100 μm。‘14-402’角质层最厚,达9.420 μm;‘16-23-7-8’最低,为7.528 μm。3) 成熟期枸杞果实表皮被束状蜡质层覆盖,蜡质晶体呈无规则片状,片状蜡质层较厚,排列较紧密。4) 不同品种(系)枸杞果实制干时间存在显著差异,由易到难依次为‘宁杞1号’、 ‘Z44’、‘16-23-7-8’、‘14-402’、‘宁杞5号’。与对照相比,碱处理后,平均制干时间缩短4.10 h;氯仿处理后,平均制干时间缩短16.94 h。结论: 枸杞果皮结构通过影响水分运输进而影响枸杞果实制干过程;预处理可破坏枸杞表皮蜡质层缩短制干时间。本研究5个枸杞品种(系)中,‘宁杞5号’不易制干,‘宁杞1号’最易制干,在枸杞制干时,应用的预处理方式必须考虑品种间存在的组织和形态解剖学特征的差异。

研究论文
天山雪岭云杉径向生长响应气候变化的海拔分异
周小东,常顺利,王冠正,孙雪娇,张毓涛,李翔
林业科学. 2024, 60(3):  45-56.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220631
摘要 ( 99 )   HTML ( 13 )   PDF (2952KB) ( 300 )  
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目的: 探究天山中部地区不同海拔雪岭云杉径向生长变化趋势、对气候因子的响应以及应对干旱胁迫的生态弹性,为预测气候变化下天山雪岭云杉林沿海拔梯度的群落发展趋势提供理论参考。方法: 在天山北坡中段雪岭云杉森林的下林线、林带中部、上林线处采集雪岭云杉树芯样品,建立3个树轮标准年表,计算胸高断面积增量,分析雪岭云杉径向生长与气候因子的关系,采用抵抗力、恢复力和恢复弹力分析雪岭云杉对干旱胁迫的响应。结果: 在过去61年,研究区各海拔雪岭云杉径向生长均受到明显抑制,受抑制程度表现为下林线处最重,林带中部次之,上林线处较轻;不同海拔影响雪岭云杉径向生长的主控气候因子存在差异,下林线主要与当年4—7月气温显著负相关(P < 0.05),与上一年6月和当年4、6月降水量及上一年8月至当年9月自校准帕默尔干旱指数(scPDSI)显著正相关(P < 0.05);林带中部主要与上一年6—8月和当年3—4、6—7月气温显著负相关(P < 0.05);上林线主要与当年2和6—7月气温显著正相关(P < 0.05),与上一年8月和当年4月降水及上一年6月至当年5月scPDSI显著正相关(P < 0.05);雪岭云杉径向生长对气候因子的响应在海拔梯度和时间梯度上均有差异,由下林线至上林线,与气温的负相关性及与降水和scPDSI的正相关性均依次减弱。在时间梯度上,与气温的相关性逐渐减弱,与降水和scPDSI的正相关性逐渐加强。不同海拔雪岭云杉应对干旱胁迫的生态弹性具有差异,抵抗力和恢复弹力表现为上林线>林带中部>下林线,恢复力表现为下林线>林带中部>上林线;下林线雪岭云杉对干旱较敏感,遭受干旱胁迫时生长下降明显;在抵抗力与恢复力反向平衡关系未打破时,下林线雪岭云杉不受干旱遗留效应影响。结论: 因研究区升温迅速而降水增加缓慢,各海拔雪岭云杉遭受干旱胁迫越来越严重,其中下林线雪岭云杉径向生长降幅最大,抵抗力最小,生长衰退风险最高。

长白山阔叶红松林林层群落结构与生产力的关系
肖欢,叶尔江·拜克吐尔汗,张春雨,赵秀海
林业科学. 2024, 60(3):  57-64.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220438
摘要 ( 112 )   HTML ( 20 )   PDF (1889KB) ( 303 )  
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目的: 探究长白山阔叶红松林不同林层群落结构与林分生产力的关系,分析林分生产力的影响因素,为温带森林的恢复与可持续经营提供科学依据。方法: 基于长白山自然保护区阔叶红松林40 hm2固定监测样地2年(2014和2019年)植被调查数据,以样地内胸径(DBH)≥ 5 cm的木本植物为对象,根据胸径将阔叶红松林群落划分为优势木层、亚优势木层、中等木层和被压木层,运用R4.0.3软件计算各林层物种多样性、结构多样性和林分密度,与生产力进行相关性分析并构建结构方程模型,探讨不同林层物种多样性、结构多样性和林分密度对生产力的影响。结果: 1) 林分密度与生产力显著正相关(P<0.05),且相关关系随林层上升而下降。2) Pearson相关性分析结果显示,生产力与代表物种组成α多样性的香农威纳指数显著正相关(P<0.05),且随林层上升相关关系减弱;反之,代表物种组成β多样性的香农熵指数与生产力存在显著负相关(P<0.05),但该相关关系在中等木层和亚优势木层不显著。此外,物种均匀度指数与生产力显著负相关(P<0.05),相关系数随林层上升先增大后减小;胸高断面积基尼系数和胸径均匀度指数与生产力显著负相关(P<0.05),且该相关关系随林层上移而减弱,在优势木层与生产力无显著相关性。胸径香农威纳指数与生产力呈显著正相关(P<0.05),且随林层上移相关关系降低,相关系数由0.44降至0.31。3) 不同林层林分密度对生产力均有显著影响(P<0.001),且随林层上升其作用强度逐渐降低,路径系数由0.59降至0.27;物种多样性在被压木层和中等木层对生产力有显著正向作用(P<0.05),在优势木层和亚优势木层对生产力无显著影响;结构多样性在被压木层和中等木层通过作用于物种多样性和林分密度间接影响林分生产力,在优势木层和亚优势木层则直接作用于林分生产力。结论: 各林层林分密度对生产力均有显著影响(P<0.05),且随林层上升对生产力的作用强度逐渐降低,群落物种多样性和结构多样性对生产力的作用方向和强弱在不同林层表现各异。深入探讨不同林层物种多样性和结构多样性以及其如何影响森林生产力,在现代森林经营管理中尤为重要。

基于机器学习算法的华中天然林土壤有机碳特征与关键影响因子
沈琛琛,肖文发,朱建华,曾立雄,陈吉臻,黄志霖
林业科学. 2024, 60(3):  65-77.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230051
摘要 ( 104 )   HTML ( 12 )   PDF (1245KB) ( 232 )  
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目的: 比较4种机器学习算法在模拟华中地区3种典型天然林土壤有机碳含量上的表现,筛选最优模型算法,明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子,为森林土壤有机碳分布格局研究提供技术参考。方法: 以华中地区3种典型天然林(常绿针叶混交林、落叶阔叶混交林和常绿阔叶混交林)为研究对象,引入4种机器学习算法(支持向量机、人工神经网络中的多层感知器、随机森林和分位数回归森林),模拟0~60 cm土层土壤有机碳含量,比较模型解释量及表现稳定性,筛选最优模型算法。结果: 4种机器学习算法均能成功模拟天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,多层感知器、随机森林、分位数回归森林模拟结果明显优于支持向量机,其中随机森林模型表现最稳定,决定系数最高达0.620。母质、土壤密度、孔隙度、地理位置、海拔、植被和水分亏损情况等共同影响华中地区天然林0~60 cm土层土壤有机碳含量,但显著影响表层(0~20 cm)、中层(20~40 cm)与深层(40~60 cm)土壤有机碳含量的因子并不一致且影响机制不同。在0~20 cm土层,显著影响因子最复杂,除土壤密度以外,土壤孔隙度、地形、植被和气候均产生显著影响(P<0.05);在20~40 cm土层,土壤密度和地理位置依然有显著影响(P<0.05),各因子影响呈现复杂性和过渡性;在40~60 cm土层,成土母质是最重要的影响因子,其次为土壤密度和水分亏损指数,植被的影响下降(P<0.05)。从地理分布上看,0~20 cm表层土壤有机碳含量东南高、西北低,中层和深层土壤有机碳含量表现为西部较高、东部稍低;海拔较高的南部山区土壤有机碳含量更高。蒸发强烈或供给森林的水分不足会限制各层土壤有机碳富集。森林土壤有机碳含量随土层加深显著下降,常绿针叶混交林土壤有机碳含量在各土层均最高,落叶阔叶混交林居中,常绿阔叶混交林最低。结论: 华中地区天然林土壤有机碳含量分布呈现明显差异,常绿针叶混交林土壤有机碳贡献最大,成土母质和土壤物理属性对土壤有机碳富集与分布起决定性作用;适宜天然林生长的地理立地条件和气候环境,共同造就该地区天然林土壤有机碳富集。在营林和管理时可加大本地树种混交比重,提升森林土壤碳汇功能。

江西九龙山铁尾矿区3种树木对土壤重金属质量分数及微生物群落组成的影响
王文正,宋立国,王钱,刘相荣,孙启武,厚凌宇
林业科学. 2024, 60(3):  78-86.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220086
摘要 ( 71 )   HTML ( 5 )   PDF (866KB) ( 210 )  
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目的: 探究种植湿地松、杉木、桤木对江西九龙山铁尾矿区土壤重金属质量分数及微生物群落组成的影响,为该矿区及相似立地区域植被恢复提供可靠的科学数据和理论依据。方法: 采用微波消解法处理湿地松、杉木、桤木的根际、非根际土壤样品和根、茎、叶样品,通过ICP、AAS测定样品重金属质量分数,依据测定结果计算3种树木的生物富集和转移系数,分析其对不同重金属的富集和转移能力。应用宏基因组学测序分析3种树木根际、非根际土壤样品,探究各树种对应土壤中的微生物群落组成。结果: 1) 3种树木对Hg、Cu、Pb、Zn的生物转移系数(BTF)均大于1,对Cr的BTF小于1,表明其对Hg、Cu、Pb、Zn的转移能力强,对Cr的转移能力弱。杉木的BTF(As)大于1,表明杉木对As的转移能力强。2) 杉木对Hg、Pb的生物富集系数(BCF)均大于1,表明杉木对Hg、Pb的富集能力强。相较于其他重金属,湿地松对Hg、Pb的生物富集系数最高,桤木对Zn的生物富集系数最高,表明湿地松对Hg、Pb的富集能力强,桤木对Zn的富集能力强。3) 在门水平上,对照组(J1)中酸杆菌门相对丰度最高(45.55%),其次为变形菌门(12.11%)。在湿地松根际土壤(J2)和非根际土壤(J3)、杉木根际土壤(J4)、桤木根际土壤(J5)和非根际土壤(J6)中变形菌门相对丰度最高(22.72%~44.56%),其次为酸杆菌门(13.49%~16.56%)。在属水平上,对照组优势属为短根瘤菌属和纤线杆菌属,J2、J3、J4、J5、J6中相对丰度占比最高的优势属为短根瘤菌属和鞘氨醇单胞菌属。结论: 1) 根据3种树木对重金属的转移和富集能力评估结果,杉木、湿地松可作为Hg、Pb修复的先锋树种,桤木可作为Zn的修复树种与其间作。2) 基于门、属2分类等级水平的分析,3种树木根际、非根际土壤中优势微生物群落均为变形菌门,3种树木种植均促进土壤中变形菌门微生物相对丰度增加,变形菌门可提高植物对重金属的吸收并对植物生长有促进作用,二者相辅相成,可有效提高植物吸收重金属的效率。

基于分层叠加的机载LiDAR点云单木分割
孔丹,庞勇,梁晓军,杜黎明,白羽
林业科学. 2024, 60(3):  87-99.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220303
摘要 ( 101 )   HTML ( 12 )   PDF (6582KB) ( 219 )  
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目的: 提出一种基于分层叠加的单木分割算法,以充分利用高密度激光雷达点云信息,提高林分中下层单木分割精度。方法: 区别于传统将冠顶点作为聚类种子点的单木分割算法,基于分层叠加的单木分割算法以点云水平切片后各层的局部最大值为种子点进行分层聚类,并通过分层叠加与迭代优化,减少枝杈等因素导致的过分割现象,在保证上层树单木分割精度的同时提高对中下层单木的提取能力。结果: 基于分层叠加的单木分割算法在不同密度落叶松林分均有较高单木分割精度,提取单木与实测单木总体匹配成功率最高达94%,在中高密度林分匹配成功率最高达92%,相较其他算法,对中下层单木的匹配率可提高20%~40%;在单木树高提取精度方面,单木提取树高与实测树高相关系数为0.8,相对均方根误差为8.45%,提取冠幅与实测冠幅相关系数最高为0.83,相对均方根误差为16.5%。结论: 通过分层聚类、聚类种子点优化选取,充分利用林分各层次点云信息,可提高单木分割精度,为森林经营管理提供高精度数据支持。

散射辐射比例对华北平原杨树人工林生态系统能量分配的影响
徐磊,吴小云,律江,石云,朱梦洵,许行,张志强
林业科学. 2024, 60(3):  100-110.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230249
摘要 ( 62 )   HTML ( 6 )   PDF (1584KB) ( 185 )  
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目的: 在全球辐射总量及其组成显著变化的背景下,明确散射辐射比例(Fdif)对华北平原杨树人工林生态系统能量分配的影响,为准确评估杨树人工林的生态服务功能和进一步完善生态系统过程模型提供科学依据。方法: 利用涡度相关技术和小气候观测,对2019、2021年生长季(DOY 91~304)杨树人工林生态系统的能量通量和环境因子开展研究。结果: 华北平原杨树人工林生态系统能量分配在生长季中期(DOY 152~243)以潜热通量(LE)为主,在生长季初期(DOY 91~151)和末期(DOY 244~304)以显热通量(H)为主。Fdif与波文比(β)呈显著负相关(P<0.01),与冠层导度(GsP<0.01)、冠层分离指数(ΩP<0.05)和Priestley-Taylor系数(αP < 0.01)呈显著正相关。通径分析结果表明,Gs是调节华北平原杨树人工林生态系统能量分配的主要因子,Fdif下降时,Gs降低,饱和水汽压差(VPD)增大,生态系统的β显著增大,进而改变生态系统能量分配模式。结论: Fdif变化影响华北平原杨树人工林生态系统能量分配,Fdif下降会导致能量平衡中的LE所占比例增加、H所占比例相应减小。在气候变化背景下,本研究不仅可深入揭示华北平原杨树人工林生态系统能量分配机制,同时也对准确评估森林生态系统服务功能起到至关重要的作用。

元宝枫色素含量、分布及超微结构与叶色的关系
王娟,蔺银鼎,李洁,田旭平
林业科学. 2024, 60(3):  111-120.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230157
摘要 ( 76 )   HTML ( 10 )   PDF (2309KB) ( 172 )  
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目的: 探究元宝枫叶片颜色属性与不同叶色叶片各组织中色素含量和分布,以及与细胞超微结构的关系,为明确元宝枫叶片呈色的内部机制提供细胞学依据,为揭示红叶植物变色机制提供参考。方法: 分析元宝枫叶片颜色属性,测定各颜色叶片叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷含量,观察叶片各组织中色素分布情况,使用透视电镜观察叶肉细胞的叶绿体和其他细胞器的超微结构。结果: 元宝枫不同叶色叶片色素含量、分布和超微结构均存在差异。1) 红叶花色素苷含量极显著(P<0.05)高于黄叶和绿叶,叶绿素含量较低。黄叶叶绿素含量最低,类胡萝卜素含量显著(P<0.05)高于红叶,类胡萝卜素与叶绿素含量比值显著高于绿叶和红叶(P<0.05)。绿叶叶绿素和类胡萝卜素含量显著(P<0.05)高于黄叶和红叶,花色素苷含量显著(P<0.05)低于红叶,与黄叶之间无显著差异。相关分析表明,元宝枫叶片色素含量比值均与叶绿素含量呈负相关关系。2) 元宝枫叶片上下表皮细胞均无色素分布,花色素苷主要分布于栅栏组织。红叶花色素苷分布明显,绿叶和黄叶花色素苷分布较少。黄叶类胡萝卜素分布明显,在海绵组织也有花色素苷分布。3) 嫩绿色叶片叶绿体尚在发育中;绿叶细胞发育成熟,有淀粉粒。叶片变红后,叶绿体中核糖体减少,全红叶片中出现叶绿体解体的残留物;黄叶中叶绿体受损,细胞中有嗜锇颗粒;尖端变褐的叶片细胞中有大量嗜锇颗粒,有些细胞基本为空腔。结论: 元宝枫彩叶未发生结构变异,其颜色变化是因为在叶片变红过程中,叶绿素和类胡萝卜素含量降低尤其叶绿素含量下降迅速,而花色素苷含量上升,其内部花色素苷与叶绿素和类胡萝卜素的比值上升造成的,属于色素型彩叶。叶片花色素苷主要分布于栅栏组织,在变红前就已产生,随其含量上升,最终在叶色上呈现出来。在叶色变化过程中,叶绿体逐渐解体,出现衰老症状,为衰老期型彩叶。黄叶生长势差,叶色从绿转黄,不能呈现红色,衰老速度较红叶更快。

基于改进YOLOv5s的CNN-Swin Transformer森林野生动物图像目标检测算法
杨文翰,刘天宇,周俊池,胡文武,蒋蘋
林业科学. 2024, 60(3):  121-130.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220597
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目的: 为提高野生动物在复杂森林环境中的检测精度,促进森林野生动物保护技术发展,提出一种基于YOLOv5s网络模型、针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像的改进检测算法。方法: 以包含湖南壶瓶山国家级自然保护区几种典型森林野生动物在内的数据集为研究对象,首先,对真实标注框图像进行裁剪、归一化和缩放处理,随机将2~4张裁剪图像拼贴组成新的数据集元素,以丰富和增强数据集图像信息;其次,使用一种基于通道注意力思想的加权通道拼接方法,在通道拼接时引入权重改变通道数量,通过反向传播训练方法不断更新权重以增加重要特征信息的通道层数;接着,引入Swin Transformer模块与CNN网络相结合,为卷积神经网络特征提取加入自注意力机制,融合2种网络特征提取层的优势,提高特征提取的感受野;最后,选择更优的α-DIoU损失函数替代GIoU损失函数,针对边界框重叠面积和中心点距离造成的损失,引入新的几何因素惩罚项。结果: 在相同试验条件和数据集下,相比原YOLOv5s网络模型,改进算法极大提高检测的平均准确率和平均回归率,均值平均精度由74.1%提升至88.4%,获得14.3%的精度提升,同时也超过YOLOv3、YOLOXs、RetinaNet、Faster R-CNN等其他流行目标检测算法。结论: 针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像背景与目标对比度低、遮挡重叠严重,致使检测误检率、漏检率高等问题,在检测算法中提出一系列改进措施,为我国森林野生动物的保护和数据获取提供一种新的可行性方案和思路。

气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的磨削力与表面粗糙度
刘彩梅,伍希志,吴雨阳,李贤军
林业科学. 2024, 60(3):  131-140.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220353
摘要 ( 59 )   HTML ( 1 )   PDF (4002KB) ( 80 )  
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目的: 探究气鼓轮砂带砂光参数对磨削力的影响以及磨削力与砂光表面粗糙度的关系,为更好控制气鼓轮砂带砂光木(板)材的表面粗糙度提供理论参考。方法: 开展气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的单因素试验,运用流体腔理论建立气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型,基于有限元模型和单因素试验,探究气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差对磨削力和砂光表面粗糙度的影响,并分析磨削力与砂光表面粗糙度的关系。结果: 随着气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差增加,试件总磨削力增大,但其引起总磨削力增大的原因不同;试件接触中心节点法向应力大小主要与气鼓轮气压有关;对应同一试件的中间区域(6~59 mm),气鼓轮气压组和进给量组试件的局部磨削力近似相等,轴平行度误差组试件的局部磨削力与位置近似线性相关;气鼓轮气压对试件磨削力和表面粗糙度影响较小,进给量可较明显改善试件表面粗糙度;试件表面粗糙度与局部磨削力的线性拟合相关系数R2为0.975,与总磨削力的线性拟合相关系数R2为0.871,表面粗糙度与局部磨削力的线性相关性更好。结论: 气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型可以准确计算试件磨削力;分析气鼓轮磨削力与试件砂光表面粗糙度的关系时,选择试件局部磨削力比试件总磨削力和试件法向应力更好。

综合评述
种子功能性状在道路边坡植物群落形成过程中的作用
秦坤蓉,秦华,林立,王海洋
林业科学. 2024, 60(3):  141-149.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220145
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道路边坡是一种受人为活动持续干扰的人造生境。因受种子可用性和苛刻立地环境的双重限制,道路边坡植被恢复一直是困扰林业管理者的难题。尽管现有边坡恢复工程技术已相对成熟,但恢复的植物群落通常缺乏自然性和可持续性,其重要原因之一在于既有恢复技术通常忽略群落的形成规律及植物性状在群落构建过程中的潜在作用。植物功能性状分析已成为理解植物群落生态学过程和模式的基本工具,但种子功能性状的重要性在很大程度上仍被忽视,尤其是与种子扩散、沉淀、萌发等群落形成过程密切相关的性状。基于此,为更好理解种子功能性状在边坡植物群落形成过程中的作用,本研究立足于道路边坡生物和非生物环境特征及其生态限制,对既有相关研究进行总结,剖析自然条件下影响植物在道路边坡定植的关键因素,并从种子功能性状角度概述植物种子在扩散、沉淀和萌发等早期群落建立过程中适应边坡环境的生态对策,同时阐述种子功能性状在群落恢复预测以及恢复植物筛选等方面的潜力。总体而言,与种子扩散、沉淀和萌发能力相关的种子性状对植物在道路边坡上成功定植至关重要。演替早期,种源短缺和苛刻非生物环境是影响边坡植物群落建立的主要因素。适应边坡环境的植物,通常在种子扩散、沉淀和萌发等方面有特殊的生态策略,以适应道路边坡强地表径流冲刷、干旱、贫瘠的环境。对相关成果进行总结有利于更好从种子性状角度了解道路边坡早期植物群落的形成过程和规律及种子性状在该过程中的作用和潜力,为生态敏感区内道路边坡植被恢复研究与实践提供理论支撑。

竹材酶水解制备单糖的预处理研究进展
马腾飞,刘悦,战雅微,王美鑫,李志强
林业科学. 2024, 60(3):  150-159.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220357
摘要 ( 78 )   HTML ( 3 )   PDF (775KB) ( 138 )  
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糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广阔。竹材可通过绿色、环保、可持续的生物酶水解工艺制备单糖,其中最关键的步骤是预处理,要求成本合理、废液处理过程简便环保,且木质素能够有效利用。本研究综述近10年来预处理对竹材酶水解制备单糖的影响,从反应机理、底物收率、底物中纤维素含量、酶水解性能和糖降解生成发酵抑制物等角度,概括总结物理法、化学法、物理化学法、共晶溶剂法、有机溶剂法和其他方法等预处理方法的优势和不足。基于绿色高效转化利用的目标,建议竹材预处理制备单糖要综合考虑预处理工艺、生物酶制剂、竹种、竹龄和木质素高值化利用等因素,并提出未来竹材生物炼制技术的研究方向:1) 竹材的致密和坚硬结构是影响其高效预处理的重要因素,需探索系统的低耗能破碎方法;2) 研发具备廉价、绿色、工艺简便和降解产物少的预处理药剂以及符合竹材结构特性的预处理方法;3) 研发竹材木质素高值化利用关键技术与工艺,推进竹材原料全化学组分利用。

植物细胞壁抗降解屏障研究进展与展望
鲁彦,李嘉祺,马雨萱,薛慧婷,李冠华
林业科学. 2024, 60(3):  160-168.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220329
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纤维素是地球上最丰富的可再生资源,经酶促水解反应生成葡萄糖是纤维素转化的理想方式,但转化效率低,探究相关的抑制因素及其特点成为纤维素高值化应用的首要基础科学问题。本研究首先从宏观形态、显微结构、超微结构、分子、基团、元素、化学键和基因水平,多角度、多层次总结制约纤维素酶促水解反应效率的关键抑制因素,阐述抗降解屏障的内涵;其次明确抗降解屏障表现出的在不同生物质的特有异质性、在植物发育不同阶段的高度动态性以及在预处理过程的复杂联动性;最后展望生物质抗降解屏障破解研究的新趋势和新策略:细胞壁界面抗降解屏障的新认识,细胞壁修饰与改造方法,细胞壁精准解构与组分分级利用的新技术和多酶协同酶解体系的建立等。