生物多样性对森林生态系统功能和生态系统服务具有十分重要的影响,而不断加剧的气候变化正在严重威胁森林生物多样性及生态系统的健康和稳定性。为应对气候变化和保护生物多样性,提高森林生态系统韧性、多功能性和可持续性尤为重要。树种多样性是森林经营过程中关注的核心问题,直接影响森林生态系统的多功能性、稳定性和可持续性,是当今国内外森林生态学研究的前沿和热点。由于森林生态系统的复杂性(如类型多样、结构复杂以及对干扰和环境变化的时空动态响应),人们对树种多样性调控森林生态系统多功能性内在机理的认识还十分有限。本研究系统总结树种多样性对生态系统多功能性影响的生态学原理,包括生态位分化、资源分配与功能性状整合及拮抗、互补效应与选择效应、杠杆效应与功能冗余等;综述近年来树种多样性与生态系统多功能性的研究进展,涉及树种多样性对树木生长、林分生产力、根系及根系分泌物、土壤有机碳、土壤养分、土壤微生物和根系?土壤?微生物互作等生态过程与相关功能的影响,以及树种多样性对森林生态系统响应极端干旱、病虫害、外来物种入侵等的影响;结合经营实践,从树种选择与遗传多样性、混交与不同功能型树种组配、轮伐期调整与地力维持、景观配置与多功能性等方面提出人工林质量与生态系统多功能性协同提升的经营技术对策。最后,展望树种多样性与生态系统多功能性的未来研究趋势,探究应对气候变化与生物多样性保护相协同的近自然解决方案,以期为全球气候变化背景下森林生态系统经营,尤其是人工林多功能可持续经营提供科学依据和实践参考。
栎树为壳斗科栎属植物的总称,广泛分布于北半球的亚洲、欧洲、北美洲和非洲大陆,也是我国从温带到热带阔叶林的重要建群种之一,面积和蓄积量均位居全国首位。同时,作为重要的材用、工业用、果用和生态用等多用途树种,栎树资源的系统开发和可持续利用已成为林业科研的重要攻关方向,受到越来越多的关注。然而,栎树在我国的实际生产应用中存在重要应用型性状系统评价较少、优良品种缺乏、繁育体系不健全以及次生林经营方式不规范等问题。自20世纪30年代以来,相关科研人员在栎树多样性与适应性进化、种质资源收集和性状评价、新品种与良种选育、种苗繁育以及森林培育经营等方面开展了一系列研究,取得了重要研究成果。本研究在充分对比国外栎树对应研究现状的基础上,系统梳理我国栎树科学研究各方面的核心进展情况,探讨当前研究中存在的不足和问题,并对未来栎树的研究发展方向提出建议与展望,以期为我国栎树资源利用以及珍贵树种产业发展提供参考。
目的: 探究近自然化改造对南亚热带针叶人工林土壤有机碳化学组分及其分布均匀性的影响,为揭示针叶人工林近自然经营土壤有机碳化学稳定性机制提供参考依据。方法: 以经过疏伐后在林下补植乡土阔叶树(大叶栎和格木)的马尾松和杉木近自然化改造林及未改造纯林(包括马尾松改造林、杉木改造林、马尾松对照林和杉木对照林)为对象,采用13C核磁共振技术系统分析土壤、凋落物和细根的有机碳化学组分(烷基碳、氧烷基碳、芳香碳、羰基碳),并利用Pielou均匀度指数评估土壤、凋落物和细根总有机碳中各类有机碳组分分布的均匀程度。结果: 1) 近自然化改造可显著改变马尾松林凋落物、细根和土壤有机碳化学组分:凋落物中,烷基碳比例提高,而氧烷基碳和芳香碳比例降低;细根中,烷基碳比例提高,芳香碳比例降低;土壤中,烷基碳比例提高,氧烷基碳比例降低(P<0.05);然而,近自然化改造对杉木人工林凋落物、细根和土壤中的各有机碳化学组分均无显著影响。2) 马尾松改造林土壤、凋落物和细根的烷基碳比例/氧烷基碳比例比值以及凋落物、土壤Pielou均匀度指数均显著提高。3) 近自然化改造可显著增加土壤微生物生物量碳,但并未显著影响土壤细菌Chao1多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数。4) RDA分析表明,细根烷基碳比例和氧烷基碳比例是影响土壤有机碳化学组分最关键的2个因子,说明与凋落物相比,细根有机碳化学组分是导致纯林和改造林土壤有机碳化学组分差异的关键因素。结论: 近自然化改造对土壤有机碳化学稳定性的影响具有明显的树种特异性:马尾松林改造后土壤有机碳化学组分分布更均匀,烷基碳比例及烷基碳比例/氧烷基碳比例比值显著提升,有效增强了有机碳的化学稳定性,而杉木林改造后未产生类似效应。
近年来,我国林果产业蓬勃发展,林果树木种植规模持续扩大,林业产业结构日益完善;然而,林果树木修枝作业机械化水平不足,树木枝条修剪装备及相关配套装备匮乏问题突出,一定程度上制约了林果产业的高质量发展。本研究分析国内外林果树木修枝机械化的发展历程和现状,探讨国内林果树木修枝装备的基本结构与技术特点。首先,阐述人力手持式林果树木修枝的主要技术和装备,讨论其在不同作业条件下的适用性和作业效率。其次,介绍升降平台辅助式林果树木修枝技术与装备应用,剖析其在提升修枝作业效率和安全性方面的优势。再次,引入智能化修枝技术,借助修枝机器人集成应用图像识别技术、三维重建技术进行枝条空间位置判别,智能规划修枝路径,控制末端执行器实现自动化修枝作业。最后,指出国内修枝机械化发展存在的问题,提出研制农机农艺相融合的适用机型与装备、深入剪枝理论分析、推动新一代人工智能修枝技术的应用、完善林果产业扶持政策、重视专业人才培养等发展建议。
目的: 探讨不同原料来源及热解温度对林业剩余物生物炭理化性质的影响机制,旨在为定向制备林业剩余物基生物炭提供理论依据。方法: 选用杨树、桉树、杉木和马尾松枝条为原料,分别在300、400、500和600 ℃热解温度下制备生物炭。利用扫描电镜、X射线多晶衍射等方法对生物炭进行表征,分析孔隙结构及表面官能团等理化特性。结果: 热解温度对林业剩余物基生物炭的理化性质造成显著差异。随着热解温度从300 ℃升至600 ℃,杨树、桉树、杉木和马尾松枝条生物炭产率均呈下降趋势。杉木枝条生物炭在600 ℃时的比表面积达到最大值449.65 m2·g–1,同时其微孔孔容和微孔比表面积也达到最大值。以杉木和马尾松为原料制备的生物炭具有较高的比表面积和孔隙度,相比之下,以杨树和桉树为原料制备的生物炭则较低。马尾松与杉木生物炭热重分析曲线趋势一致,其中300 ℃条件下制备的生物炭热稳定性最差,600 ℃条件下稳定性最佳。此外,杉木和马尾松生物炭的XRD图谱中CaCO3衍射峰较弱,表明其方解石含量和结晶度均较低。结论: 本研究阐明了4种典型林业剩余物基生物炭对不同热解温度的响应机制,揭示了热解温度和原料类型是影响林业剩余物基生物炭产率和理化性质的关键因素。通过对热解温度和原料的有效调控,可以定向制备不同功能的林业剩余物基生物炭,以满足不同领域对生物炭性能的特定需求,为林业剩余物的资源化利用提供新的途径。
目的: 构建以人工智能(AI)为核心的智慧国家公园技术体系,通过集成天空地一体化监测数据、AI算法与生态机理知识,突破国家公园复杂生态系统动态过程的精准认知、多源异构数据的智能融合以及管理策略精准模拟推演的技术瓶颈,实现国家公园“监测?分析?评估?决策”全流程、全周期的智能化管理,全面提升国家公园治理能力和保护成效。方法: 围绕国家公园智慧化发展需求,提出以AI为核心的智慧国家公园体系架构,构建包括基础设施层、数据资源层、业务功能层和应用服务层的4层系统框架;设计涵盖天空地一体化智能感知网络、大数据智能融合处理平台、AI智能分析中枢和数字孪生决策平台等关键技术模块;围绕智慧保护、智慧监测、智慧评估、智慧管理和智慧利用5大典型应用场景,系统阐述基于AI的智慧国家公园实现路径与核心技术支撑。结果: 智慧国家公园技术体系依托天空地一体化智能感知网络实现生态要素的全域精准监测,基于大数据平台完成多源异构数据的融合与清理,运用AI智能分析中枢实现生态过程与变化规律的深度挖掘与预测,基于数字孪生平台实现生态全域态势的实景三维再现与管理策略的精准推演,提升国家公园数据处理能力与智能决策效率,为智慧化管理提供了科学化、精准化、智能化的决策方案。结论: 智慧国家公园技术体系能够有效克服现有管理模式效率低、智能化程度不足的问题,实现对国家公园生态系统多维度、长时序、精细化的全面认知和高效管理,为破解自然保护地复杂系统适应性管理的难题提供了技术路径和实践范例,对推动国家公园治理体系向数据驱动、智能决策的方向转型,强化国家生态安全屏障功能,具有重要的理论价值与推广意义。
木质素是植物细胞壁的重要组成部分,与纤维素和半纤维素共同构成陆地生态系统中最大的可再生有机碳库。因复杂的分支结构、异质性和多种键型组成,木质素降解往往较为困难,这一特性不仅制约木质素的高值化利用,还在很大程度上限制木质纤维素的高效转化。生物降解是一种绿色、低碳、环保的处理方法,在木质素转化利用中展现出巨大的应用潜力和广阔的发展前景,深入研究木质素的生物降解机制,不仅有助于为生物质转化利用和可再生化学品生产提供新的思路,而且有利于增进对全球碳封存的理解,从而更好应对当前的气候变化和能源危机。真菌作为地球上最主要的分解者,进化出最全面的酶系统用于木质素降解。然而,目前关于真菌降解木质素的研究仍存在诸多空白,其酶系统对木质素的降解机制尚未得到完全阐明。近年来一些研究取得了重要进展,如软腐菌Parascedosporium putredinis NO1分泌一种新型的、不需要辅助因子的木质素氧化酶,可打破木质素结构中的β-醚键,并释放三嗪;白腐菌Echinodontium taxodii可分泌锰过氧化物酶、漆酶和酯酶,这几种胞外酶协同作用对竹子木质素进行选择性脱除,破坏木质素与木聚糖的交联键,从而显著提高纤维素酶对纤维素的可及性和糖化效率。此外,白腐菌Phanerochaete chrysosporium分泌的木质素过氧化物酶PcLiP03通过静电和疏水作用特异性结合于木质素表面,与纤维素的结合能力较弱,纤维素加入几乎不影响PcLiP03对木质素的作用效果。在分解代谢方面,13C同位素标记技术的应用揭示担子菌Agaricus bisporus在胞外对木质素衍生物和天然木质素进行解聚,并以分解产物为碳源和能源,在胞内同化为多种细胞组分。同时,最新研究首次明确证明,厌氧真菌Neocallimastigomycete californiae可通过非特异性的小分子介导木质素解聚过程,改变木质素单体的组成比例,并引发多种木质素的化学键断裂。综上所述,这些研究成果在一定程度上突破了真菌降解木质素的传统认知,为发展更高效、经济的木质素生物降解技术提供了扎实的理论基础,同时为生物地球化学循环提供了全新的见解。下一步研究应进一步明确真菌降解木质素的酶促机制,并继续挖掘真菌代谢路径在木质素高值化利用中的潜力。
为满足新时代林业高质量发展的战略需求,更好服务于生态修复、木材安全与增汇减排等多重目标,林木遗传育种作为种质创新、良种培育与产业应用的核心环节,迎来关键发展机遇。近年来,我国林木遗传育种研究聚焦基因组学、精准基因编辑、分子设计育种等前沿领域,关键技术持续突破,多技术融合与全链条创新格局加速形成,显著提升了育种精准性和效率,为林业现代化提供了核心科技支撑。2025年,我国在林木基因组学、重要性状调控机制、分子育种技术及良种繁育等方面取得系列重要进展。本文系统综述该年度中国在林木基因组组装与跨物种解析、林木重要性状形成基础与调控机制、基因编辑与全基因组选择、种质资源创新与高效繁育等方面的标志性成果。这些研究不仅深化了对林木遗传规律的认识,也为实现精准设计育种奠定了理论与技术基础。最后,展望未来林木遗传育种研究在数据驱动、智能设计、技术集成与体系构建等方面的发展方向。
目的: 探究不同花型牡丹成花过程中表型及理化指标动态变化,为牡丹成花品质的提升及花型改良提供理论依据。方法: 以单瓣型品种‘凤丹’和菊花型品种‘连鹤’成花过程中13个不同发育阶段的花芽(朵)为试验材料,采用形态结构观测和植物生理学测定方法,分析不同花型牡丹成花过程中的外部形态和相关重要生理生化指标[吲哚乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)、玉米素核苷(ZR)、赤霉素(GA3)、可溶性糖、可溶性蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)]的动态变化情况。结果: ‘凤丹’和‘连鹤’的花芽(朵)自越冬鳞芽期至盛开期在宽度和高度上均呈不同程度增长,二者分别在大风铃期和小风铃期开始快速增长,且均在盛开期达到峰值。从初开期到盛开期,‘凤丹’的ZR含量升高,‘连鹤’的ZR含量持续下降。‘凤丹’和‘连鹤’的可溶性糖和可溶性蛋白含量变化趋势一致,但‘凤丹’的可溶性糖和可溶性蛋白含量从平桃期起始终高于‘连鹤’。‘凤丹’和‘连鹤’在破绽期的SOD活性相较于前一阶段均表现出增长趋势,随着发育继续进行,‘凤丹’的SOD活性呈先升高后降低的趋势,‘连鹤’的SOD活性则呈先降低后升高的趋势。‘凤丹’和‘连鹤’不同发育阶段花芽(朵)中的POD活性变化趋势基本一致,但在变动幅度上略有差异。结论: 大风铃期至盛开期为‘凤丹’的快速生长期,小风铃期至盛开期为‘连鹤’的快速生长期。高含量的IAA和低含量的ABA、GA3可促进‘凤丹’和‘连鹤’花朵绽放,高水平的ABA/IAA、ABA/GA3和低水平的ZR/IAA、ZR/GA3可能更有利于牡丹花芽打破休眠,萌动膨大期和圆桃期各种激素波动程度较大。‘凤丹’和‘连鹤’花芽中营养物质含量、抗氧化酶活性最高的阶段为萌动膨大期。小风铃期是不同品种牡丹向不同花型进行差异分化的关键阶段。
目的: Rubisco活化酶(Rca)作为Rubisco的催化伴侣,具有促进CO2固定的作用。对毛竹、芸香竹和莪莉竹的Rca基因进行全基因组鉴定与系统分析,并聚焦毛竹的PeRca1-β和PeRca2-α基因功能,为解析Rcas在竹子光合作用中的分子机制提供参考。方法: 以水稻中已知的Rca氨基酸序列为诱饵,在毛竹、芸香竹和莪莉竹基因组数据库中进行BLASTP比对,获得不同竹种Rca基因家族成员,并利用生物信息学方法进行系统分析;采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术对毛竹Rca基因在不同组织以及不同光照环境下叶片中的表达模式进行分析;利用激光共聚焦显微镜观察毛竹Rca的亚细胞定位;基于转录组数据构建毛竹Rca基因的共表达网络;通过双荧光素酶报告(DLR)试验验证转录因子与毛竹Rca基因的调控关系;利用原位基因编辑技术对毛竹Rca基因进行功能研究。结果: 在毛竹、芸香竹和莪莉竹中分别鉴定到3个、3个和2个Rca基因家族成员,其中PeRca3-α和OlaRca2-α具有更长的内含子,且在进化树中PeRca3-α和OlaRca2-α聚类到独立分支,可能分化出新的功能。烟草表皮细胞的亚细胞定位试验证实PeRcas定位于叶绿体。RT-qPCR结果表明,PeRcas在毛竹不同组织中表达水平存在一定差异,且对光照时间和强度的响应能力不同,其中PeRca1-β和PeRca2-α在叶片中表达量较高,且受光照诱导表达,而弱光和黑暗抑制其表达。共表达网络分析发现,PeRca1-β和PeRca2-α均与PeGLK1-1具有较高相关性,DLR证实PeGLK1-1能够与其启动子结合并激活其表达。原位基因编辑后,毛竹叶片中PeRca1-β和PeRca2-α的表达量显著降低,且光合电子传递速率和实际光合量子产量均显著降低。结论: 毛竹和芸香竹中均有3个Rcas成员,莪莉竹中有2个Rcas成员,在进化上呈现高度保守性。PeRcas的表达水平在毛竹绿色组织中较高,且受光照的诱导以及弱光和黑暗的抑制,其中PeRca1-β和PeRca2-α的表达受PeGLK1-1调控。原位基因编辑能够降低毛竹叶片中PeRca1-β和PeRca2-α的表达量,导致光合作用效率和光能利用率下降。研究结果可为揭示竹子Rcas的功能提供依据,对全面解析竹子高效光合固碳的分子机制具有重要参考价值。
目的: 针对当前竹产品伐后下山主要依靠人工搬运、拖车运输存在劳动强度大、运送效率低、人力成本高及安全事故频发等问题,设计一种基于无人机的竹产品与疫木下山吊运系统,实现无人机在竹林或树林间的自主吊运并在危险情况下紧急脱困保护无人机安全的功能,减少人工参与、保障作业安全并克服山地垂直落差大的问题,推动毛竹产业向智能化、高效化发展。方法: 利用测定的竹梢和竹段形态特征参数,设计吊挂自动脱钩装置和无人机紧急脱困装置,应用SOLIDWORKS软件建立装置的三维模型,并开发驱动设备的软硬件系统。基于ANSYS Workbench软件的静态结构分析、静磁分析对吊运装置的关键结构进行仿真和理论计算,确定结构参数和电磁铁型号。进行室内试验,分析打包方式(魔术贴、凹扣和绳结)的效率、脱钩方式(重力钩和电磁主动钩)的稳定性和脱困机构的可行性。开展林间试验,测试整套吊运系统在实际工作场景下的效率和稳定性。结果: 室内试验表明,魔术贴打包方式平均用时21 s、凹扣组平均用时22.2 s、绳结组平均用时25.8 s,选用魔术贴进行打包;重力钩脱钩成功率为80%、电磁主动钩脱钩成功率为90%,确认采用电磁主动钩脱钩方式。林间试验结果显示,脱钩成功率为90%,其中挂钩平均耗时14.69 s,脱钩平均耗时1.19 s。在上升、下降和前进状态下,脱困成功率分别为80%、90%和90%。结论: 基于无人机的竹产品与疫木下山吊运系统能够减少人工参与、提高运送效率、降低成本和发生安全事故的概率,可满足现场应用需求。
随着野生动物保护和生态监测需求的不断增长,基于深度学习的图像识别方法在野生动物研究中的应用日益广泛。本研究首先介绍野生动物常用公开数据集,随后详细综述不同深度学习技术在野生动物图像识别中的应用,依据任务需求将识别方法划分为图像级、对象级和像素级3个层级,并重点讨论各层级方法的具体实现及其技术细节。在此基础上,深入探讨野生动物图像识别所面临的核心挑战,涵盖数据层面的诸多问题,如数据质量参差不齐、标注代价高昂且效率低下、样本分布不均衡;同时还从模型与算法角度剖析若干关键技术难题,包括细粒度检测、跨域分布偏移、类增量学习、零样本学习和跨模态学习等。针对上述挑战,总结当前的研究进展与应对策略,并提出未来可能的发展方向,旨在为构建高效、鲁棒且适用于实际监测场景的野生动物智能识别系统提供理论支持和方法参考。
目的: 通过植物与生物炭联合应用修复土壤镉污染,探究在模拟镉污染土壤中施加不同比例生物炭后北方常见树种栓皮栎和白蜡幼苗的生长生理状况和土壤镉吸附效果差异,为阐明树木对镉污染的响应机制以及提升镉污染治理能力提供参考。方法: 将栓皮栎和白蜡的实生苗在模拟镉污染土壤中进行盆栽试验,向土壤中施加不同比例(0%、2.5%、5%、10%)的生物炭,观察幼树生长、光合及抗氧化生理活性、镉在土壤和苗木中的迁移差异,分析栓皮栎和白蜡的镉吸附效果及生物炭修复作用。结果: 1) 5 mg·L-1的镉污染导致:栓皮栎、白蜡土壤pH值分别显著降低10.8%和11.7%;栓皮栎苗木的苗高、地径、生物量分别降低18.5%、15.1%及38.9%;白蜡苗木的苗高和生物量分别提高3.9%和12.6%,但地径降低10.1%;2个树种幼苗的叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度受到抑制;栓皮栎叶片抗氧化酶活性降低,而白蜡叶片抗氧化酶活性有所提高。2) 施加生物炭后,土壤酸性得到改善,土壤镉含量显著降低,可缓解苗木胁迫状态,但生物炭施加比例提高至10%时,苗木生长与生理指标下降。3) 栓皮栎和白蜡苗木对土壤中镉的吸附表现不同,白蜡有更高的富集系数,而栓皮栎有更高的转运系数。结论: 施加生物炭比例为2.5%时,植物对土壤中镉的吸附效果最好,土壤中镉含量最低;施加生物炭比例为5%时,能有效提高镉污染下的苗木生长状况,保障苗木稳定生长;白蜡的镉耐受性比栓皮栎高,苗木吸附镉的能力也更强。
目的: 构建生态系统健康评估框架与综合阻力面,识别川滇生态屏障区生态源地和关键节点,为研究区生态安全格局优化奠定基础,为生态保护与修复提供科学依据。方法: 基于2021年多源基础数据和“生态活力?组织力?恢复力?生态系统服务”框架,利用InVEST、Fragstats和TerrSet等软件,评估研究区生态系统健康空间分布,确定最优生态源保护方案;采用随机森林模型计算未来土地利用发展概率,结合自然和社会因子构建综合生态阻力面,应用电路理论模型构建研究区生态安全格局。结果: 2021年,研究区生态系统物理健康指数、活力、组织力和恢复力均呈现明显的空间分异。生态系统物理健康指数和活力平均值分别为0.533和0.546,呈南高北低分布,高值区主要分布在生态系统类型多样、野生生物资源丰富、植被覆盖率较高及水资源充足的南部、西南部、中部和北部;西北部和东部的生态系统物理健康和活力水平较低。组织力平均值为0.583,受地形阻隔影响,高值区多分布在地势平坦、交通连通性较好、植被覆盖度高、有河流穿越的区域;低值区集中于岷山、米仓山、邛崃山、大凉山和高黎贡山等地形复杂地区。恢复力平均值高达0.667,西部和西北部因过度放牧引发草地退化、盐碱化和沙化等问题而呈低值,城镇发达、耕地密集和湖泊所在地也为低值区。生态系统健康分布呈西部、西北部、东部和东南部较低,东北部、中部和南部较高的格局。综合生态阻力面平均值为32.716,与生态系统健康分布趋势相反。生态安全格局共包含210块生态源地,面积66 990.64 km2,占总面积的28.28%;生态廊道511条,总长度达5 951.475 km;在空间分布上呈现出西部密集、东部稀疏的特征。一般生态廊道(250条)长且分散,连接较远生态源;重要生态廊道(178条)短而密集,与一般廊道形成廊道网络;核心生态廊道(83条)连接面积较大源地。共识别出143个生态夹点和248个生态障碍点,主要分布于一般生态廊道上,以草地、其他用地和耕地为主。结论: 本研究揭示出川滇生态屏障区生态系统物理健康的区域差异,生态系统健康整体呈南北高、东西低分布格局。东北部、中部和南部是生态源地和夹点的集中分布区,应优先保护自然植被的完整性;阿坝州、甘孜州和香格里拉地区受自然与人为活动的影响显著,应重点修复;应进一步优化东北部和南部地区的空间规划,协调生态与经济的可持续发展。
目的: 探索核桃枝叶堆肥的适宜性和可行性,筛选适宜的堆肥工艺,为核桃枝叶废弃物资源化利用、果园绿色生态化管理提供科学依据。方法: 以核桃枝叶废弃物和鸡粪为堆肥原料,对不同物料比(核桃枝叶废弃物∶鸡粪分别为3∶7、4∶6和5∶5)处理分别添加有效微生物菌剂、三安菌剂和不添加菌剂,在堆肥过程中,测定各处理物料的理化指标、细菌群落多样性及组成,并评价各堆肥产品的腐熟度,最终明确核桃枝叶废弃物的适宜堆肥工艺。结果: 1) 添加菌剂均比未添加菌剂处理更早进入高温阶段,且堆体含水率下降幅度、电导率值、全氮、全磷和全钾以及总养分含量也更高;到堆肥终点时,枝叶废弃物∶鸡粪为4∶6并添加有效微生物菌剂处理(BEM)的总养分含量达61.93±2.36 g·kg–1,相比堆肥初始期增加57.68%,均显著高于其他各处理。2) 整个堆肥过程中,各处理的变形菌、放线菌、厚壁菌和拟杆菌的相对丰度均较高,细菌群落多样性在堆肥前期和后期呈增加趋势;到堆肥终点时,添加有效微生物菌剂的处理,其放线菌和变形菌相对丰度更高,腐熟物料的效果更好。3) 不同堆肥时期各处理的细菌属组成差异明显,前期藤黄色单胞菌属、极小单胞菌属、B-42菌属、乔治菌属的相对丰度较高,后期链霉菌属、马杜拉放线菌属、类土地杆菌属的相对丰度增加,到堆肥终点时的BEM处理的马杜拉放线菌属相对丰度高达40.00%。4) 综合物?化?生的多指标体系以及根据国家有机肥料标准,各处理组在45天均能腐熟,BEM处理的堆肥效果最好;若不添加任何菌剂,当物料比为3∶7时,其养分含量和腐熟度更高。结论: 核桃枝叶废弃物可作为堆肥原料,45天左右能腐熟,当物料比为4∶6并接种0.2%的有效微生物菌剂时,腐熟效果最佳,可用于有机肥还田。
目的: 通过长时序植被数据集探究内蒙古自治区植被覆盖度的时空变化及气候驱动因子,为当地植被生长遥感监测提供技术支持,为区域生态管理与决策提供科学依据。方法: 基于Google Earth Engine(GEE)平台,选取MOD13Q1 V6.1数据,构建新的核归一化植被指数(kNDVI)数据集,对2004—2023年内蒙古自治区植被覆盖度的时空变化及气候驱动因子进行分析;利用Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验和Hurst指数,揭示植被覆盖度的时空变化特征和未来发展趋势;采用偏相关和复相关分析量化kNDVI对温度、降水的响应强度,并结合像元尺度归因模型区分气候与非气候的相对贡献。结果: 1) 内蒙古自治区植被覆盖度的时空变化呈东北部高、西部低的格局,2004—2023年kNDVI植被覆盖度中值在0.089~0.133之间波动,均值在0.118~0.144之间波动,基本呈稳定趋势。2) 近20年间内蒙古自治区35.36%的区域植被覆盖度显著改善,49.95%的区域植被覆盖度保持不变,14.69%的植被覆盖度出现退化;70.96%的植被覆盖度表现出“不可预测的未来趋势”,29.04%的植被覆盖度表现出“可持续性”。3) 植被对气候因子的响应较强,对降水的响应强于温度;在0.05置信水平下,65.09%的植被覆盖度由非气候因子驱动,34.91%的植被覆盖度由气候因子驱动。结论: 内蒙古自治区植被覆盖度的空间异质性明显,非气候因子对植被覆盖度变化起主导作用,主要分布在呼伦贝尔大部、兴安盟大部、乌兰察布大部、包头、呼和浩特、巴彦淖尔、乌海、阿拉善大部等地区;受气候因子驱动的植被覆盖度主要分布在呼伦贝尔西部、兴安盟西部、锡林郭勒、乌兰察布中部、呼和浩特北部、阿拉善东部。
目的: 探究马尾松和红锥混交林及相应纯林中根系与菌丝对土壤不同磷组分含量的影响及其调控机制,为亚热带人工林营造过程中的树种选择与配置及养分精准管理提供理论依据。方法: 以马尾松和红锥混交林及其纯林为研究对象,利用不同孔径(2 mm、48 μm和1 μm)的内生长袋原位区分根系与菌丝对土壤不同磷组分含量的调控作用,测定土壤中的磷组分含量等土壤理化性质及微生物生物量碳、氮、磷含量和酶活性,系统比较不同林分中根系与菌丝对土壤不同磷组分含量的影响,并借助相关性分析、方差分解和冗余分析识别关键调控因子。结果: 1) 相较于马尾松纯林,马尾松和红锥混交林可显著增强中等活性磷组分(NaOH-Po)的正向根系效应和活性磷组分(NaHCO3-Po)的负向根系效应,同时也显著增强活性磷组分(NaHCO3-Po)的正向菌丝效应和稳定磷组分(HCl-Pi)的负向菌丝效应(P<0.05)。2) 树种混交一方面通过根系介导的生物过程(抑制β-1,4-葡萄糖苷酶活性)与非生物过程(降低土壤pH值)显著促进中等活性磷组分(NaOH-Po)的积累(P<0.05),并推动活性磷组分向中等活性磷组分转化;另一方面通过菌丝介导的生物过程(增加微生物生物量碳含量和微生物生物量氮含量)显著增加活性磷组分(NaHCO3-Po)含量(P<0.05),并活化稳定磷组分,使其向活性磷组分转化。3) 相关性分析、方差分解和冗余分析结果进一步表明,生物因素是影响根系与菌丝调控土壤不同磷组分含量的关键因素。结论: 树种混交主要通过根系介导的生物与非生物过程及菌丝介导的生物过程调控土壤不同磷组分含量,其中生物因子起核心作用。在人工林经营中,应充分考虑不同树种根系与菌丝的生态策略,优化树种配置以提升土壤磷有效性和人工林生产力。
目的: 探究2000年以来科尔沁和浑善达克沙地植被覆盖度时空变化特征及其驱动因子,为科学开展我国东部沙地生态治理和实现“三北”地区生态保护与高质量发展提供科学依据。方法: 基于2000—2022年MODIS-EVI数据计算植被覆盖度,采用趋势分析和地理探测器方法探究科尔沁、浑善达克沙地植被覆盖度时空变化特征及其驱动因子,利用Hurst指数分析两大沙地未来植被覆盖度变化情况。结果: 1) 2000—2022年科尔沁、浑善达克沙地植被覆盖度呈增加趋势,其多年植被覆盖度平均增速分别为0.0103 a?1和0.0031 a?1。2) 科尔沁沙地植被覆盖度呈增加趋势的面积占比92.49%,广泛分布于科尔沁沙地全域;浑善达克沙地植被覆盖度呈增加趋势的面积占比70.70%,主要分布于浑善达克沙地的中部、东部、北部和南部。3) 影响植被覆盖度时空变化的主要驱动因子在科尔沁沙地为土地利用类型和农田生产潜力,在浑善达克沙地为降水和气温;Hurst指数小于0.50的面积占科尔沁和浑善达克沙地的大部分区域。结论: 2000年以来科尔沁和浑善达克沙地荒漠化防治成效显著,植被生长状况趋于改善,但两大沙地植被覆盖度的驱动力存在差异,科尔沁、浑善达克沙地植被未来可能出现退化。
滨海湿地作为海陆过渡带的重要生态系统,受潮汐作用、盐度梯度以及盐生植被分布等多重环境因子的共同影响,形成了独特的氮(N)循环模式,在缓解近岸水体富营养化和维持生态系统功能方面具有重要作用。滨海湿地土壤脱N过程的驱动机制已受到广泛关注,但现有研究多侧重于环境因子或微生物过程的单一解析,盐生植物对微生物脱N过程的影响机制仍缺乏系统梳理。盐生植物根系性状是调控植被特征与土壤N循环过程耦合关系的重要功能属性。本研究系统梳理了滨海湿地水文与盐度条件以及盐生植物对脱N过程的影响。重点从根系功能性状的角度,整合了根系生理性状、化学性状和形态性状通过碳(C)输入、根系泌氧、调节根际微环境等途径对微生物脱N过程的影响,以期揭示根系介导的微生物群落结构重塑、核心脱N功能类群富集以及C—N、铁(Fe)—N等关键元素耦合脱N过程的调控机制。本研究旨在填补盐生植物根系性状与滨海湿地微生物脱N过程之间系统认识的不足,为未来相关研究的深化开展提供理论参考。
目的: 基于荧光SSR分子标记技术分析刺槐群体遗传多样性和遗传结构,初步筛选核心种质资源,为科学管理和保存刺槐种质资源、精确构建核心种质资源库以及有效提高育种效率提供理论参考。方法: 利用17对荧光SSR引物,分析来自美国阿巴拉契亚、北京、河南、山东、山西、辽宁6个种源地323份刺槐种质资源群体的遗传多样性和遗传结构,应用Gene Marker 2.2.0 结合POPGENE 32软件计算观测等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)、Shannon信息指数(I)、Nei’s基因多样性指数(H)和种群间F值。运用PowerMaker软件获得多态性信息含量(PIC)值。利用Structure软件分析刺槐种群结构,使用Python 3算法中的Evanno2005方法推断划分最佳遗传类群。采用最小距离逐步抽样法(LDSS)构建核心种质库后进行优化,t检验验证优化核心种质库的代表性。结果: 323份刺槐种质资源群体共扩增出135个等位基因,平均每对引物扩增7.941个等位基因,有效等位基因数均值2.808,Shannon信息指数均值1.200,观测杂合度均值0.191,期望杂合度均值0.588,Nei’s基因多样性指数均值0.589,多态信息含量均值0.544,表明刺槐群体遗传多样性较高;6个地理来源刺槐群体整体分析显示遗传多样性最高为辽宁、最低为北京;6个地理来源323份刺槐种质资源可划分为2个亚群,基因变异主要存在于种质资源个体间。最小距离逐步抽样法确定初始核心种质资源库最佳比例为20%,优化核心种质资源库比例为23.220%,确定248份保留种质、63份初始核心种质、12份补充种质,共筛选出75份核心种质,北京6份、河南8份、美国阿巴拉契亚17份、山西8份、山东29份、辽宁7份;核心种质资源库相比原始种质资源库Na保留比例100.00%,Ne、I、Ho、He和H分别增加0.423、0.245、0.267、0.192和0.197,t检验表明核心种质库能够充分代表原始种质资源群体的遗传多样性。结论: 323份刺槐种质资源群体遗传多样性处于较高水平,遗传结构与地理来源相关性较小,初步构建的核心种质库可为下一步的资源保护和高效利用提供参考。
森林阶段划分是理解森林动态和实施森林可持续经营的核心科学问题。针对当前研究中概念混淆、方法适用性不清的挑战,本研究系统梳理和评述主流的森林全周期阶段划分方法,明晰其理论基础和应用边界,以期为森林精准经营提供理论依据和实践指南。首先,辩证地厘清“森林演替”(群落尺度物种更替)和“森林发育”(林分尺度结构动态)两大核心概念的内涵、区别与联系,为后续方法评述和归类奠定理论基础。进而,从历史演进视角将现有方法归纳为四大范式体系:1) 时序范式(龄组划分法)——以林龄为单一划分指标,服务于木材永续利用,该方法操作简便,但难以刻画复杂森林的结构特征;2) 结构范式(森林循环阶段划分法)——基于林隙动态理论,揭示原始林的自然结构循环过程,是生物多样性保护的生态标尺;3) 生态范式(正向演替阶段划分法)——依据物种功能群的替代序列,阐释群落演替的宏观规律,为生态恢复提供理论框架;4) 融合范式(近自然发育阶段划分法)——面向全周期经营,将结构动态与经营目标相结合,是连接生态理论和经营实践的桥梁。综合分析表明,四大范式各有其独特的产生背景、适用尺度和局限性,方法选择取决于具体应用场景或经营目标。当前,该领域面临三大核心挑战,即概念融合的复杂性、量化与标准化不足以及气候变化对传统发育和演替路径干扰带来的不确定性。未来,森林全周期阶段划分研究将迈向以精准化、智能化、动态化为特征的深度融合发展新阶段,重点发展方向包括构建融合结构与生态功能的精确量化指标体系,发展能够整合气候预测模型的“气候智能型”动态划分框架,最终通过深度融合先进探测技术与人工智能算法,有望实现从“人工判别”到“智能感知”的范式革命,为全球森林的精准监测和高质量经营提供颠覆性的技术支撑。
目的: 聚焦青钱柳家系生长性状和叶水溶性多糖含量的变异规律,筛选适应性广、性状稳定的高多糖积累量的优良家系,为青钱柳叶用人工林的定向培育提供优良种质资源。方法: 以江西玉山、湖南石门和福建沙县3个试验点建立的11个青钱柳家系试验林为研究对象,测定其树高、地径、叶水溶性多糖含量、单株叶生物量和单株叶水溶性多糖积累量,分析青钱柳家系各性状的遗传参数;采用GGE双标图及多性状稳定性指数法分别对单株叶水溶性多糖积累量进行单指标和多指标综合评价,定向筛选高多糖积累量的优良家系。结果: 1) 多年多点的试验结果表明,青钱柳家系的树高、地径、叶水溶性多糖含量及单株叶生物量存在极显著差异(P<0.01),且基因型与立地环境的交互作用显著,特别是叶水溶性多糖含量不仅受遗传和立地的影响而且与树龄的变化相关。2) 遗传参数估计结果表明,青钱柳不同性状的遗传力存在明显差异,除地径遗传力较低(0.32)外,其他性状均有较高的遗传力。3) 以青钱柳单株叶水溶性多糖积累量为定向筛选目标,通过GGE双标图分析、多性状稳定性指数评价,筛选出高产且稳定的2个青钱柳家系(JZS27和MC5)。结论: 青钱柳的生长性状、叶水溶性多糖含量及单株叶水溶性多糖积累量受立地环境与基因型共同作用,但不同性状遗传力存在明显差异,基于GGE双标图分析与多性状稳定性指数评价,筛选出适合不同区域青钱柳叶用人工林培育优良家系,为优质高效青钱柳叶用林的定向培育提供依据。
目的: 掌握雅鲁藏布江流域越冬斑头雁的重要分布地点、数量变化、栖息地利用和活动特征,为制定斑头雁种群及其栖息地保护以及禽流感监测防控策略提供科学依据。方法: 对雅鲁藏布江流域斑头雁进行3次较为全面的调查,调查方法和路线完全一致,调查范围涉及日喀则市、拉萨市和山南市辖区范围内的16个区县,以几乎没有斑头雁分布的仁布县和尼木县为分界,将调查区域分为东部和西部,沿有斑头雁栖息的江河边及农田沼泽等地用望远镜进行扫描,记录斑头雁的种群数量、调查时间、栖息地类型等信息,采用非参数Kruskal-Wallis方法对斑头雁群体大小以及不同栖息地类型的个体数量进行显著性检验,通过卫星跟踪方法获取斑头雁在雅鲁藏布江流域的详细活动位点,在R软件中计算活动区并分析斑头雁日间和夜间的活动区面积以及对不同土地类型的利用是否存在显著差异。结果: 1) 2014和2018年斑头雁种群数量较为稳定,分别为66 729和65 261只,2022年数量增至90 987只;拉萨市的林周县和日喀则市的桑珠孜区是斑头雁越冬种群数量最多的2个区域,数量达2万只以上。2) 虽然记录到的斑头雁最大种群数量为9 265只,但斑头雁仍以300只以下的种群为主,1 000只以上的种群较少,不同种群大小间存在显著差异。3) 斑头雁在不同年份对不同栖息地的利用情况存在差异,但均偏向于在未翻耕青稞地越冬,同时对沼泽的偏好很高,其次是农田和天然水域;卫星跟踪结果也显示斑头雁日间主要活动于农田和草地,夜间主要栖息于水域和裸地,日间和夜间的活动区面积无显著性差异。4) 斑头雁在雅鲁藏布江流域东部和西部之间的活动相对独立,但能通过位于江孜县的年楚河产生间接联系。结论: 近年来斑头雁种群数量增长可能与其适宜栖息地面积增加有关,尤其是农田的增加,意味着冬季收割完遗留在田地中的青稞以及正在生长的冬小麦能为越冬斑头雁提供更多的食物来源。雅鲁藏布江流域东部和西部的越冬斑头雁相互交流虽然有限,但考虑到斑头雁在拉萨市和山南市之间以及日喀则市各地区之间来往较为频繁,建议当地相关部门成立多部门多区域的联防联控应急机制,科学有效地开展禽流感监测与防控。
目的: 针对林业外来害虫因目标尺度多样、栖息环境复杂、易受遮挡等因素导致的现有检测算法识别准确率低、鲁棒性差的问题,提出一种融合多尺度注意力特征的林业外来害虫检测方法(MAF-YOLO),通过增强模型对不同尺度特别是小尺度目标的特征提取能力,并优化边界框回归策略,从而显著提升在复杂自然环境下对外来害虫的检测精度和泛化能力。方法: 该方法以YOLOv5s为基线架构,其核心改进包括:1) 在颈部网络中嵌入坐标注意力机制,以强化对目标区域关键特征的捕获能力并抑制背景噪声干扰;2) 增设160像素×160像素的小目标检测头,构建多层级检测结构,以提升对微小目标的检测灵敏度;3) 采用Focal-EIoU损失函数替代原始CIoU损失函数,缓解正负样本及难易样本不平衡的问题,优化目标的定位精度;4) 引入域适应训练策略,通过在大规模通用数据集上预训练,增强模型对不同场景的泛化能力。结果: 在包含15类潜在入侵和已入侵的林业外来害虫图像数据集上,训练和评估提出的模型,改进后的YOLOv5s模型精确率和召回率较原始YOLOv5s模型分别提升3.6%和4.4%;与SSD、YOLOv7、YOLOv8模型相比,改进模型的平均识别精度分别提高2.2%、1.1%和0.3%;结合域适应后模型精确率达77.9%,较原模型提升2.1%。结论: 本研究实现了林业外来害虫的精准识别,增强了模型的准确性与鲁棒性,为有效监测林业外来害虫提供了理论依据和技术支持。
目的: 在新一轮数智化革命与林业发展加速融合的背景下,探究林业数智化对林业新质生产力的影响机制,为林业数智化推动林业新质生产力发展提供科学依据。方法: 基于2011—2022年中国29个省份面板数据,构建林业数智化和林业新质生产力评价指标体系,采用基于相对熵距离的动态改进TOPSIS法测度其发展水平,运用双向固定效应模型、中介效应模型、门槛效应模型和空间杜宾模型等方法分析林业数智化对林业新质生产力的影响机制。结果: 1) 中国29个省份的林业新质生产力和林业数智化水平呈波动上升趋势,且区域差异明显;2) 林业数智化能够显著促进林业新质生产力发展,林业数智化对林业新质生产力发展的促进作用存在基于林业产业结构升级的门槛效应;3) 林业数智化可通过推动林业产业结构升级、生产要素配置创新和林业生态效益提升间接促进林业新质生产力发展;4) 林业数智化对林业新质生产力的正向影响在东部地区、林业数智化高水平地区和林业加工制造型地区更为显著;5) 林业新质生产力存在显著的空间集聚特征,林业数智化对林业新质生产力存在正向的空间溢出效应。结论: 中国29个省份林业数智化对林业新质生产力发展具有显著的促进作用。需加强林业技术研发创新,加大林业数智化投入和专业人才培养力度,促进林业生产要素升级与产业结构优化,提升生态效益;需强化邻近地区林业产业合作交流,推动区域协同发展;同时,政策制定需结合区域特征、数智化水平和产业结构差异,实施针对性措施,以林业数智化赋能林业新质生产力发展。
目的: 理清杉木属植物的起源、演替和散布过程,解析现代杉木遗传多样性和遗传结构特征,揭示现代杉木分布格局形成的可能机制。方法: 通过梳理杉木大化石、孢粉化石和阴沉木相关文献资料,理清历史时期杉木属植物的起源、演替、散布及其与现代杉木分布的关系。以江西省大岗山1981年建立的全国杉木种源试验林183个种源1 440个单株、福建邵武种源试验林台湾杉木种源14个单株和四川德昌杉木种源20个单株为研究材料,将种源分别按10个种源区群体、14个省区种源群体和23个地理种源群体进行遗传多样性和遗传结构特征分析。对174个种源的1 352个单株进行SSR测序,对177个种源的531个单株、4株台湾杉木和6株德昌杉木进行叶绿体cpDNA测序。结果: 杉木不同地理种源群体内遗传变异占总变异的98.20%~99.16%,仅有0.84%~1.80%的变异来自于不同地理种源群体间,表明杉木不同地理种源群体间的遗传组成及其结构已趋于一致,不同地理种源群体的遗传结构没有显著差异。杉木为一属一种,台湾杉木可能从浙江或福建引入。德昌杉木因长期适应当地环境,形成了遗传结构相对独立的种源,该种源未受外来基因流影响,且已在区域内实现人工栽培。不同地理种源群体间遗传分化低,其原因主要是不同地理种源群体间存在较高的基因流水平(Nm:2.689~6.328),驱动这种高水平基因流的实现并非不同地理种源群体间自然产生的基因流,而是2 000年来大规模长距离引种栽培形成的结果。公元1000—1600年,我国南方地区通过种植杉木实现重新造林,称之中国南方大造林,为我国历史上“第一次森林革命”。杉木人工林的迅速发展是应对“宋代木材危机”进行税收改革的成果,成功地满足了宋、元、明、清时期大量的木材需求,影响至今。杉木至今仍是我国造林面积和蓄积量第一的主要造林树种,其栽培面积在1999—2003年间达到1 380万hm2峰值。结论: 第四纪末次冰盛期,杉木分布退缩至我国南部边缘地带,濒临灭绝。现代杉木可能起源于一个由叶绿体单倍型Hap14构成的极小孑遗种群或单株。不同地理种源群体遗传结构无显著差异,表明所研究的1955年之前起源的177个地理种源均为人工林,推测明清时杉木可能已完全转化为人工林。长达2 000年的栽培,特别是宋代以来我国南方大规模杉木造林开创了我国历史上“第一次森林革命”,长距离引种、栽培以及发达的木材贸易,导致杉木天然林消失殆尽,全部转化为人工林,成为世界林业史上的奇迹。杉木作为森林革命的标志性树种,暗示林业制度的建立以及造林学理论与技术的萌芽最早可追溯至我国宋代以前。
目的: 描述危害柏木的一新种——柏木华扁蜂Chinolyda cupressi Wei, sp. nov.,明确其与相似种柳杉华扁蜂Chinolyda flagellicornis Smith, 1860的区别,澄清先前的错误鉴定,并探讨其在形态和生态适应方面的差异及其可能的原因。方法: 通过形态学观察和比较分析,详细研究柏木华扁蜂的形态特征,包括触角、翅和外生殖器等构造。同时,对华扁蜂属2种的线粒体基因组蛋白质编码基因进行遗传距离计算、基因顺序和系统发育分析,评估2个物种之间的亲缘关系和遗传差异。结果: 柏木华扁蜂具有独特的形态特征:触角33~34节,雄性触角几乎全部黑色;前翅端斑内侧仅达2r脉一线,雄性1M附近无黑斑,后翅仅端部1/3黑褐色;前翅Sc1和Sc2脉远离Rs+M脉基部;1R1室显著短于1M,长约等于高;后翅臀室柄明显短于cu-a脉;产卵器端部较窄小;雄虫下生殖板端部宽钝,阳茎瓣侧突较扁窄;两性额窝显著。生物学观察显示,该种寄主为柏木,在重庆和湖北1年1代,成虫羽化时间为4月上旬,卵孵化期为4月下旬至5月上旬,幼虫发生期为5月中下旬。基因组分析表明,柏木华扁蜂与柳杉华扁蜂线粒体基因组trnI(+)-trnQ(?)-trnM(+)基因簇均重排为trnM(+)-trnI(+)-trnQ(?),且系统发育分析显示其各形成单系群,具有密切的亲缘关系。遗传距离分析结果显示,柏木华扁蜂与柳杉华扁蜂之间的遗传差异显著大于各自种内遗传差异,且柏木华扁蜂的AT含量显著高于柳杉华扁蜂,支持二者作为独立种、互为姊妹种的分类地位。结论: 柏木华扁蜂维一新种,与柳杉华扁蜂有显著的形态差异,线粒体基因组2个物种间也有显著区别。新种模式标本保存于中国南昌亚洲叶蜂博物馆。
目的: 研制一款针对山地种植、小规模经营散户的手持便携式蓝莓采摘机,通过刚柔耦合动力学仿真与蓝莓采摘田间试验分析不同工况下采摘机的工作性能,解决人工采摘蓝莓采摘效率低、劳动强度大、果实损伤率高等问题,为蓝莓机械采摘装置的结构设计提供理论参考。方法: 基于采摘机的整机结构和工作原理,对采摘装置进行力学分析,对关键零部件进行有限元分析,分析采摘装置与蓝莓植株相互作用过程中的采摘振动机理。根据蓝莓采摘作业要求,应用Hypermesh、Ansys软件将采摘机关键零部件与蓝莓植株三维模型转换为柔性体,在Adams中建立采摘装置与蓝莓植株的刚柔耦合力学仿真模型,设置蓝莓果实在植株上的分布位置。通过蓝莓采摘仿真试验分析行程速比系数K、手电钻转速n和卡箍夹紧位置对系统动力学性能以及植株不同位置果实采摘力的影响,采用有限元仿真分析采摘机关键零部件的结构强度。以仿真因素为试验变量,利用自行研制的便携式采摘机开展预采试验和机器工作参数试验,以采摘效率、成熟果实采净率、生果脱落率和果实破损率为评价指标,分析机器的采摘性能,得到机器的最优工作参数组合。结果: 1) 动力学仿真结果表明,采摘传动装置行程速比系数K过低时,采摘机构易卡顿;行程速比系数K过高时,机构运动剧烈、铰接部位磨损严重。当行程速比系数K=1.3、手电钻转速n=180 r·min?1时转矩峰值最大$ {M_{\Sigma O}}(t) $=3.0 N·m,小于手电钻的额定转矩4.0 N·m,满足使用要求。2) 有限元分析结果表明,采摘装置关键零部件的最大正应力为196 MPa,小于材料屈服极限355 MPa,满足使用条件。3) 刚柔耦合仿真、预采试验和机器工作参数试验结果共同表明,机器卡箍最佳夹紧位置为植株主干距根部1/3~2/3处,机器工作的最佳行程速比系数K=1.3,手电钻最佳工作转速n=180 r·min?1。4) 最优工作参数组合下,机器的采摘效率为0.29 kg·min?1、成熟果实采净率为91.4%、生果脱落率为5.9%、果实破损率为4.8%,机器采摘效率是人工采摘效率的5.08倍。结论: 研制的手持便携式蓝莓采摘机满足蓝莓采摘作业的工作要求,适于采摘中高丛蓝莓植株,研究成果可为小型浆果采摘机设计提供技术参考和理论支持。
目的: 构建杉阔复层异龄混交林,评估不同林下补植模式的土壤质量变化,筛选适宜的林下补植模式,为杉木人工林土壤健康维护和可持续经营提供科学依据。方法: 在1998年营建的杉木人工林中,2014年进行第3次间伐(平均保留密度225株·hm–2),2015年设置杉木纯林对照(M0)、仅补植闽楠(M1)、补植闽楠和红豆杉(M2)、补植闽楠和红豆杉及木荷(M3)4种林下补植模式,杉木与补植树种的株数比例均为3∶7;在补植7年后的2022年,采集0~60 cm土层深度的土样,测定化学性质、胞外酶活性和细菌群落特征(16S rRNA)。选取最小数据集建立土壤质量指数(SQI)模型,采用方差分解量化生物因素(酶活性、微生物代谢限制和群落结构)和非生物因素(化学性质及其计量比)对土壤质量的贡献率,并通过结构方程模型解析“林下补植模式?土壤质量指数”之间的关系。结果: 与纯林M0相比,经林下补植形成的杉阔复层异龄混交林(M1、M2、M3)可显著改善土壤质量和微生物群落生态功能,0~20 cm土层的全氮、全磷、碱解氮、有效钾、土壤有机碳等关键养分含量提升29.87%~72.62%,其中M2的0~20 cm土层各指标增幅最大。林下补植通过优化土壤酶活性驱动碳氮磷循环,M1的土壤蔗糖酶活性、葡萄糖苷酶活性和M3的脲酶活性在0~20 cm土层达到峰值,而纯林的酸性磷酸酶活性、过氧化氢酶活性较高,反映出分解代谢路径的差异。M2的微生物磷限制平均值较纯林下降12.05%,并通过提升0~20 cm土层的氮水解酶相对活性和缓解40~60 cm土层的微生物碳限制优化养分利用策略。微生物群落分析显示,营建的复层异龄混交林可显著提高土壤微生物的Shannon多样性指数,改变酸杆菌门、变形菌门等功能菌群丰度。林下补植模式通过调控全磷(路径系数0.68)、氮磷比(0.71)及SOC(0.33)、pH值(0.34)、氮水解酶活性(0.17)和土壤微生物Shannon多样性(0.60)间接影响土壤质量。3种林下补植模式的土壤质量指数均优于纯林,其中M2的0~20 cm土层的土壤质量最高,纯林的40~60 cm土层的土壤质量最低。结论: 通过在杉木人工纯林林下补植乡土树种形成的杉阔复层异龄混交林,能够提升土壤养分水平、平衡化学计量限制、优化酶活性和微生物群落多样性,改善土壤质量,其中林下补植闽楠和红豆杉改造模式的土壤改良作用最为突出。
(月刊 1955年创刊) 主管:中国科学技术协会 主办:中国林学会 出版:《林业科学》编辑部 主编:尹伟伦 国内统一刊号:CN 11-1908/S 国际标准刊号:ISSN 1001-7488 国内邮发代号:82-6