树木在干旱胁迫下的死亡是一个重要的生理生态过程,不仅可以改变森林的结构和功能,还可能影响森林管理决策。在干旱胁迫条件下,树木体内水分代谢与碳代谢会出现失效现象,从而导致树木的死亡。但是在干旱胁迫环境下,树木死亡的生理机制以及干旱—复水过程中树木各个器官的生理生态响应还未探明,这一科学问题也是当前世界的前沿问题。树木的干旱致死机制至少有3种假说:水力失效、碳饥饿和生物攻击假说。水力失效假说认为在干旱胁迫环境下,树木木质部栓塞达到阈值后无法恢复水分传导从而使得树木脱水干燥死亡;碳饥饿假说认为树木在干旱胁迫环境下,气孔紧缩甚至关闭,树木不能进行光合作用产生有机物,但树木为了维持自身正常的生长发育及新陈代谢,使得树木自身可利用碳耗竭;生物攻击假说认为干旱胁迫影响生物因子的分布及生长速率等,使得树木易受到昆虫和病原体的攻击,从而导致树木的死亡。3种假说都已经被证实可以解释一部分树木死亡的现象,但是又不足以解释所有树木在干旱胁迫环境下死亡的现象,特别是非结构性碳水化合物的损耗在死亡过程中的作用仍不清楚。本文介绍干旱胁迫下的水分关系,对水力失效假说中木质部栓塞具体的生理过程进行整体阐述。然后,讨论长期干旱胁迫对树木生长发育、蒸腾作用的影响,以及由此产生的非结构性碳水化合物动态变化,探讨干旱致死过程中树木各个器官生理机制,并总结干旱—复水过程中树木的生理生态变化的研究进展。研究表明,水力失效假说仍然是干旱胁迫下树木死亡的主要假说,而树木体内非结构性有机碳的变化对树木死亡的贡献率未确定。干旱后复水能够使植物的生理功能得到恢复,可在一定程度上弥补干旱对植物造成的伤害, 对树木的形态特征、生理特征都造成影响。本文还对未来树木死亡的研究方向提出建议,旨在为今后树木的合理种植经营提供建议。
目的: 探究小叶鼠李叶片的光、氮、水资源利用效率(RUEs)在较长时间尺度(季节)上的变化特征,分析环境变化对RUEs季节动态的影响、叶片功能性状与RUEs的关系以及不同RUEs间的权衡关系。方法: 2021年6—10月,在北京密云山区,以当地林下优势灌木小叶鼠李为研究对象,对其光合参数和环境因子进行连续原位观测,使用LI-6800便携式光合测定仪测量小叶鼠李叶片光合光响应曲线的特征参数,同时测量其叶片功能性状,结合观测的环境因子数据,分析小叶鼠李叶片内禀水分利用效率(WUEi)、氮利用效率(NUE)和光利用效率(LUE)季节动态变化的影响因素及RUEs间的权衡关系。结果: 1) 小叶鼠李在生长期内WUEi、NUE、LUE的最大值分别为107.3 μmol·mol?1、18.35 μmol·g?1s?1、0.087 mol·mol?1,其季节变异系数(CV)分别为24.91%、39.12%、12.6%。2) 在生长季中期,土壤相对可利用含水量充足的湿润条件下(REW > 0.4),小叶鼠李具有较大的NUE和较小的WUE i,NUE与WUEi的变化趋势相反(P < 0.05),与LUE变化趋势相同( P < 0.05)。3) WUE i与比叶质量(LMA)正相关(P < 0.05),与蒸腾速率(Tr)负相关( P < 0.05);而NUE与LMA和叶厚度(LT)负相关( P < 0.05),与蒸腾速率(Tr)正相关( P < 0.05);空气温度( Ta)、光合有效辐射(PAR)和散射辐射(Rdif)增加均会促进增加叶片LUE(P < 0.05)。结论: 在土壤湿润、光照条件受限的条件下,林下优势灌木小叶鼠李叶片的WUEi、NUE均与土壤含水量解耦,与比叶质量和蒸腾速率关系密切;辐射强度和空气温度增加均会提高叶片的光、氮利用效率,且散射辐射增加也能提高林下灌木的光合能力。小叶鼠李叶片不同RUEs之间存在权衡关系,在生长季内不会同时出现最大化的WUEi和NUE,在土壤湿润、光照减少的条件下,NUE与LUE变化趋势一致,均在生长季中期波动变化,生长季末期逐渐降低。
目的: 探讨间伐强度对日本落叶松人工林林下植被、土壤微生物群落结构和土壤多功能性的影响,为其合理经营提供科学依据。方法: 以辽宁省东部山区16年生日本落叶松人工林为研究对象,于2019年4月设置对照组(2 000株·hm?2,郁闭度0.89)、间伐强度30%(保留1 404株·hm?2,郁闭度0.78)、间伐强度45%(保留1 106株·hm?2,郁闭度0.69)3种间伐强度,2020年7月生长旺季调查林下植被特征,并在春、夏和秋季进行土壤取样,测定土壤理化性质、酶活性、土壤真菌和细菌多样性与群落组成,以及基于15个与碳、氮、磷循环相关的土壤理化性质和酶活性指标计算土壤多功能性。结果: 与对照组相比,45%间伐强度可显著提高林下植物被多样性、土壤有效养分含量、酶活性、真菌多样性,增加土壤多功能性,且对土壤性质的影响在夏季表现尤为明显;30%间伐强度显著降低春、夏、季的土壤多功能性,对林下植被生物量和多样性影响不显著;2) 间伐显著影响土壤真菌优势门和纲的相对丰度,对细菌优势门和纲的相对丰度影响不显著;45%间伐强度显著增加夏季子囊菌门的相对丰度,显著降低夏、秋季担子菌门的相对丰度;3) 相关分析显示,林下植被生物量和多样性、真菌丰富度与土壤多功能性显著正相关;结构方程模型结果表明,45%间伐强度对土壤多功能性具有显著而直接的正效应,并通过改变真菌群落组成产生间接的正效应。结论: 日本落叶松人工林土壤真菌群落更易受间伐影响,细菌群落主要受季节影响;45%间伐强度(郁闭度0.69)较30%间伐强度(郁闭度0.78)更有利于维持16年生日本落叶松人工林林下植被生长发育、真菌多样性和土壤多功能性。
目的: 探讨华北落叶松群落叶性状间的权衡及叶化学性状、结构性状与光合性状间的关系,为林业经营管理优化造林树种的选择和配置提供科学支撑。方法: 以北京百花山落叶松群落木本植物包括优势种华北落叶松、3种落叶阔叶乔木(白蜡、黄檗和五角枫)、2种灌木(胡枝子和绣线菊)为研究对象,于2021年7—8月测定分析叶片的8个光合性状:最大净光合速率(Pnmax)、饱和光强(Isat)、暗呼吸速率(Rd)、饱和胞间CO2浓度(Cisat)、最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)、水分利用效率(WUE)和光合氮利用效率(PNUE),2个化学性状:碳氮比(C∶N)、氮磷比(N∶P),3个结构性状:叶厚(LT)、比叶面积(SLA)、叶组织密度(LTD)。利用单因素方差分析、斯皮尔曼相关性分析、主成分分析和线性回归等方法,分析叶性状之间的权衡及化学性状和结构性状对光合性状的影响。结果: 1) 种间变异最大的性状为PNUE和SLA,其为反映光合速率和获取光能的主要性状,变异系数分别为60.88%和56.8%,说明该群落植物更多的是对光资源的竞争。2) 灌木为增加群落垂直结构上的光获取能力,通常具有更大的SLA。同时,灌木叶片的N:P为21.10,高于乔木(14.58),证明位于林分垂直结构下层的灌木为获取更多的光以维持自身生长发育,会将更多的氮分配到叶片中。3) 阔叶乔木叶C∶N、N∶P和SLA分别为18.19、16.04和193.77 cm2·g?1,针叶乔木的对应指标分别为39.6、10.2和82.2 cm2·g?1,针叶乔木具有较大的C∶N和较低的N∶P、SLA,说明针叶乔木更倾向于构建叶片的防御组织,对胁迫具有更强抵抗能力,但光的截获能力和利用率较低。4) 华北落叶松在叶经济谱中倾向于“缓慢投资-收益”型,2种灌木更倾向于“快速投资-收益”型。华北落叶松具有较高的WUE和较低的PNUE,2个叶性状之间存在明显的权衡关系。5) 五角枫和绣线菊的Pnmax没有显著差异,但其Rd仅为0.54和0.68 μmol·m?2s?1,显著小于同生活型的其他物种。6) 该典型群落木本植物的Isat、Rd、WUE和PNUE与C∶N、LT和SLA呈显著线性相关(P<0.05)。结论: 百花山华北落叶松典型群落6种主要木本植物之间存在叶经济谱,群落的种间竞争主要是对光资源竞争。在一定程度上C∶N、LT和SLA可以作为预测植物光合能力的易于观察的叶化学性状和结构性状,即具有较大C∶N、LT,较小SLA的物种,其对强光的耐受能力更高、水分利用效率越高、对弱光的利用能力强且碳消耗较少,但其光合氮利用能力较弱。
目的: 量化人工林生态系统碳通量组分,探明环境因子对碳通量组分的调控作用,以提高人工林生态系统碳汇功能评估的准确性,为进一步认识气候变化背景下环境因子对人工林生态系统碳循环过程的调控作用提供参考。方法: 以北京市密云区油松人工林生态系统为研究对象,采用涡度相关法(EC)测定油松人工林生态系统净碳交换量,同时对空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)、光合有效辐射(PAR)和土壤水分(SWC)等环境要素进行原位连续监测,分析人工林生态系统碳通量组分季节变化特征及其与环境因子的响应关系。结果: 北京密云油松人工林2021年累积生态系统总生产力(GEP)为315 g·m?2,呼吸强度(RE)为291 g·m?2,净生产力(NEP)为24 g·m?2。GEP和RE在生长季(4—10月)较高,非生长季接近0 g·m?2。日GEP、RE和NEP最大值分别为4.7、3.3和3.1 g·m?2。月最大净光合速率在生长季呈单峰型变化,最大值出现在7月。在生长季和生长旺期,NEP与GEP均呈正相关(P<0.01),决定系数分别为0.68和0.80。不同Ta、VPD、SWC条件下NEP与PAR间的关系无明显差异。NEP和GEP均随Ta、VPD和SWC增加先增加后降低,峰值分别出现在约25 ℃、10 hPa、0.2 m3·m–3。低SWC对NEP、GEP和Ta、VPD间的关系无明显影响,但降低RE的温度敏感性。结论: 北京密云油松人工林生态系统在生长旺期、生长季和全年均表现为碳汇,且NEP变化主要受GEP主导。高Ta、VPD和SWC均通过限制GEP降低NEP。低SWC对NEP、GEP和Ta、VPD的关系无明显影响,但降低RE对温度的敏感性。
木材干缩湿胀是影响木材加工利用的关键特性,与木制品尺寸和形状的稳定性密切相关。木材宏观到微观层次分明的多尺度分级结构导致木材干缩湿胀行为的复杂性。将木材干缩湿胀研究从宏观尺度引向介观和微观尺度,建立三者之间的有机联系,有助于阐明木材干缩湿胀行为的发生机制和演变机理,对深入认识木材性质,合理、高效利用木材具有重要理论价值和实践意义。本研究综述木材宏观尺度(无疵试样)、介观尺度(生长轮)和微观尺度(木材细胞)3种层级单元的干缩湿胀行为及其滞后现象,分析木材不同尺度结构的干缩湿胀行为发生和演变规律,介绍基于多尺度结构的木材干缩湿胀测试方法和技术手段。同时,对今后开展木材多尺度结构干缩湿胀行为研究提出建议:1) 在介观和微观尺度上系统开展针叶材和阔叶材基于生长轮和木材细胞的干缩湿胀行为研究,建立木材多尺度结构与干缩湿胀行为之间的构效关系;2) 揭示基于各向异性、非均质性和细胞类型多样性引发的干缩湿胀行为差异化响应规律及其互作机制;3) 阐明木材干缩湿胀行为的时间滞后和湿胀滞后现象;4) 引入相关理论模型,如有限元法的应用,构建木材多尺度结构的自由缩胀可视化有限元模型。
目的: 利用标准规格不同树种木条的分解,并结合土壤养分循环相关酶活性变化探讨生物炭和有机肥对杨树人工林地土壤质量的影响。方法: 在裂区试验设计中,分别以有机肥(M:0、3、9 t·hm?2)和生物炭(B:0、2.5、10 t·hm?2)为主区和副区因素对三倍体毛白杨人工林砂壤土进行处理(共计9个土壤处理:M0B0、M0B2.5、M0B10、M3B0、M3B2.5、M3B10、M9B0、M9B2.5、M9B10)。将3个树种[三倍体毛白杨(以下简称“毛白杨”)、美洲山杨、火炬松]木条按照2种放置方式(水平放置于林地表面、垂直插入20 cm土壤内)安置在林地内。土壤处理2年后,测定土壤酸性磷酸酶、纤维素酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、N-乙酰基-β-D-葡萄糖苷酶和芳基硫酸酯酶活性;木条分解2.5年后,测定其分解(密度损失)和含水量。结果: M9B10处理显著提高了土壤含水量(尤其在雨季)。对于土壤酶活性,9 t·hm?2有机肥显著提高了土壤酸性磷酸酶活性;M3B10、M9B0和M9B2.5提高了土壤α-葡萄糖苷酶活性;M0B10、M3B2.5和M9B2.5显著提高了土壤β-葡萄糖苷酶活性;M3B2.5、M9B0、M9B2.5和M9B10显著提高了土壤N-乙酰基-β-D-葡萄糖苷酶活性;同时,所有土壤处理提高了芳基硫酸酯酶活性,提高幅度为62.84%~ 248.14%。木条分解速率因放置方式(土壤内>表面)和木条树种(2种杨树>火炬松)而异。在林地表面,M3B0和M9B2.5处理促进了3个树种木条的分解,同时,M0B10、M3B2.5和M3B10处理促进了毛白杨和美洲山杨木条分解;在林地土壤内,M3B0促进了毛白杨木条分解,除M3B2.5、M3B10和M9B10外的所有处理加速了火炬松木条分解。结论: 生物炭和有机肥提高了土壤含水量和酶活性并加速了林地表面和土壤内的木质分解,可用于提高人工林地土壤质量,但有必要进行更多大田试验以根据土壤类型和气候条件制定土壤管理方案。
重组竹是以竹材为原料,以竹束或竹纤维化单板为基体单元与树脂增强体胶合而成的复合生物质材料,是实现竹材高效、高值化利用的有效途径之一,已成为竹产业的主流产品。目前,重组竹因物理力学性能优良,实现了竹材应用从室内地板、家具、水泥模板向风电叶片、耐候景观材和户外结构材的拓展,但作为一种新产品,需针对其使用过程中出现的问题和需求进行基础科学问题、关键创新技术与应用工程技术的联合攻关。本研究综合国内外公开报道的相关文献,系统梳理重组竹制造中单元制备、热处理、浸胶干燥与成型过程中技术科学内涵、交叉响应机理和制备调控机制,总结重组竹性能评价与功能化应用中的技术特征,剖析重组竹制造与应用技术过程中的关键科学问题,借鉴复合材料、多孔材料与生物质材料的研究成果,提出重组竹制造与应用技术研究与实践中需要加强和改进的方向,并进一步明确重组竹制造与应用过程中的装备研发和增强量化效应,为重组竹的科学应用提供理论依据和技术支撑。
目的: 分析中亚热带喀斯特森林树木功能型的生态位特征,推断不同功能型树木对资源的利用程度和种间竞争差异,为喀斯特地区的植被恢复与重建提供理论指导。方法: 以中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林为研究对象,在样地调查基础上根据冠层高度、种群大小、耐荫性和种子传播方式将被选的40种树木划分为不同功能型,通过计测生态位宽度和生态位重叠指数分析不同功能型树木的生态位特征。结果: 喀斯特森林树木的生态位宽度普遍较低,表现为常见种>偶见种>稀有种,且三者的生态位宽度间差异显著;重力传播种的生态位宽度显著低于动物和风力传播种,不同耐荫性和冠层高度功能型间的生态位宽度无显著差异;40种树木种对间的生态位重叠指数同样较低,常见种的生态位重叠指数显著高于偶见种和稀有种,上层种显著高于下层种,喜光种显著高于耐荫种,而重力传播种则显著低于动物和风力传播种;常见种与偶见种间的生态位重叠指数显著高于常见种与稀有种以及偶见种与稀有种间,动物与风力传播种间的生态位重叠指数显著高于动物与重力种间以及风力与重力种间,而中生与耐荫种间的生态位重叠指数则显著低于喜光与中生种以及喜光与耐荫种间。结论: 中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林中多数树种占据较小的生态位空间并可能存在较低的种间竞争作用,不同树木功能型生态位宽度和生态位重叠指数的差异可能与生境异质性和物种性状差异等存在密切联系。在进行退化生境植被重建时,可根据不同功能型树木的生态位特征合理构建群落的组成与结构,促进森林植被快速恢复。
闪电引发的野火造成了全球范围内生态、财产和生命的重大损失。随着气候变暖以及厄尔尼诺等现象的出现,全球雷暴和闪电活动显著增加,由其引发的雷击火造成的燃烧面积也显著增加。然而,目前对闪电点火过程和机制的研究还存在很大空白。本文对雷电分布特征、影响雷电密度的因素以及我国雷暴日的规律进行总结归纳,并将其与雷击火的发生和预测相关联,探究闪电规律与雷击火发生之间的关系。闪电的发生,在时间上具有随机性和瞬时性的特点,闪电发生地域不同,其特征也不相同,闪电密度东部比西部高,南部比北部高,陆地比海洋高。森林雷击火是由地闪电流的热效应所导致,引燃与否与闪电的极性、电流强度等特征密切相关。闪电密度还受到海拔、植被分布、土壤类型、地形以及火烧迹地等因素的影响,海拔升高引起强制对流,雷击,林地、灌木和草原由于地表加热程度不同导致雷击密度也不同,而大型火烧迹地通过增强自由对流或中尺度环流引发雷击。受人类活动强烈影响的地区(如城市、采矿区和工业区)的闪电活动更多。从土壤类型来看,冲积土、过渡性红砂土和淋溶土与闪电活动的增加有关。森林大火产生的火积云也可能会引发又一场火灾。我国东经105°以东地区的平均雷暴持续时期随纬度减小而递增。闪电引起雷击火的过程包括放电加热阶段、热反馈阶段和自燃火焰阶段3个阶段,且气候变化会影响闪电的发生和点火概率。在未来,闪电发生次数和着火概率的增加很大程度上会导致空间和时间上火灾风险的增加。目前,闪电预测雷击火模型中往往没有严格评估闪电的发生情况,未来有必要开发一种用于检测闪电长期趋势的系统,通过卫星通信、无人机航拍、利用现有的大气电场测量系统,同时结合人工引雷、野外点火等试验手段,建立雷击火智能化预报模型,以提高我国雷击火发生概率预报的准确度,实现对雷击火的有效防控。
目的: 探究水源涵养树种树干液流在不同时间尺度的环境调控机制和蒸腾,以提高森林生态系统水源涵养功能评估的准确性,为森林可持续性经营管理提供科学支持。方法: 以北京松山地区乡土树种大果榆为研究对象,2019年和2020年生长季,采用热扩散技术法连续原位观测其树干液流,并同步观测相关环境变量,采用线性和非线性回归法分析树干液流速率(Js)对环境的响应。结果: 连续2年生长季内大果榆单位地面面积蒸腾累计分别为334和252 mm,平均每天分别为1.82和1.37 mm。生长期Js变化主要由短波辐射(Rs)、空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)等环境因子综合调控,Js与Rs、Ta和VPD均呈显著正线性相关关系,决定系数R2分别为0.93、0.88和0.89,VPD对Js的调控存在阈值(0.9 kPa)。Rs、Ta和VPD与冠层气孔导度(gs)之间存在显著相关关系。昼夜尺度上,Js主要受Rs控制,Js日变化滞后Rs。结论: 季节与昼夜尺度上Js的调控因子存在一定差异,其环境调控主要通过调节冠层气孔导度进而影响植物树干液流。树干液流对环境因子的敏感性差异及二者日变化的时滞效应能够充分反映出大果榆的耐旱性和环境适应性。
目的: 基于多个变量分别构建杉木单木叶生物量预测模型,并选择出预测效果最佳的模型,为杉木叶生物量的精准预测提供参考。方法: 以21块不同林龄样地共63株解析木为例,分别基于胸高处边材面积、胸径和冠基部直径3个变量,考虑其他与叶生物量相关的单木和林分因子,以样地为随机效应因子构建非线性混合模型,采用指数函数、幂函数和常数加幂函数消除数据间的异方差性。根据模型评价指标赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)和对数似然值(Log Likelihood)选择最佳模型,并对不同参数的混合模型进行似然比检验。采用留一交叉验证法,计算模型决定系数(R2)、总相对误差(TRE)和平均绝对误差(MAE),对模型预测效果进行检验。结果: 基于3个变量以幂函数为异方差结构构建的混合模型效果最好,混合模型均优于基础模型,且基于冠基部直径构建的模型预测效果最佳。结论: 以基于冠基部直径构建的非线性混合效应模型(模型16)作为预测杉木单木叶生物量的最佳模型,符合管道模型理论。各变量均具有一定生物学和统计学意义,野外调查较易获取(非破坏性)。模型具有一定实用性,且预测精度较高(R2 = 0.805 1)。本研究结果可为其他树种构建单木叶生物量模型提供参考。
目的: 探讨外源茉莉酸甲酯对温室牡丹‘洛阳红’挥发性成分及含量的影响,获得改善温室牡丹花朵香气成分的方法,为提高牡丹的经济效益提供参考。方法: 采用整株喷施法,以5种不同浓度(50、100、200、300、400 μmol?L?1)的茉莉酸甲酯溶液喷施温室牡丹‘洛阳红’植株,利用动态顶空套袋吸附法结合气相色谱—质谱联用技术检测其不同开花时期的挥发性成分及含量。结果: 1)不同开花时期的温室牡丹‘洛阳红’共检测出25种挥发性化合物,其中未喷施和喷施茉莉酸甲酯溶液的植株分别检测到23种和24种化合物。可将这些挥发性化合物分为醇类、酯类、醛类、萜烯类、苯环类和烃类6大类,其中烃类和苯环类化合物的总释放量相对较高;喷施不同浓度的茉莉酸甲酯溶液后,六类化合物含量在不同开花时期呈现不同变化趋势。2)对香气化合物的分析发现,对二甲氧基苯、2,4-二叔丁基苯酚、茉莉酸甲酯这3种化合物在大多数样品中含量较高,可视为温室牡丹‘洛阳红’的主要香气成分。3)喷施茉莉酸甲酯溶液后,对二甲氧基苯含量下降,2,4-二叔丁基苯酚和茉莉酸甲酯含量升高,浓度以100 μmol?L?1为最佳。结论: 喷施浓度为100 μmol?L?1的茉莉酸甲酯溶液能较好地改变温室牡丹‘洛阳红’香气成分及含量,从而改善‘洛阳红’置于室内时因香气过于浓郁而令人感到不适的问题。
城市化进程和居住环境改善导致野外-城市交界域(WUI)在全球范围内不断扩大,且因气候变化,越来越多的WUI存在较高火灾风险。WUI火灾对生态系统和社会具有重大影响,其火管理是当前区域发展面临的一个重要挑战。近年来我国也频繁发生WUI火灾,但针对此类火灾的研究还很少。本文从WUI定义及其火动态研究、火灾风险评估和风险减缓措施3方面系统阐述WUI的火管理研究进展。WUI火灾风险评估特别强调火灾的暴露性和脆弱性以及火烧对环境和社会的影响。火灾风险减缓措施需要基于火险评估结果制定,主要途径包括通过可燃物管理降低WUI的潜在火烧强度和暴露性、改进房屋和其他建筑的材料与设计以提高抗火能力、提高居民的防火意识和防火能力、改善社区的火灾扑救能力和综合抗灾能力。未来应深入探究WUI火蔓延模型、烟雾传输和经济损失模型、WUI可燃物管理技术、WUI规划及相关火管理标准等,开展跨学科和国际合作研究。可靠的火险评估方法和火灾风险减缓技术,将为不同特征的WUI制定相应的火管理对策提供理论和技术支持。我国也面临相关技术需求,应开发WUI火管理技术和标准,提供可靠的火灾风险评估方法和风险减缓技术,提高WUI对火灾的适应能力。
目的: 研究不同造林密度马尾松人工林生长过程中个体分化特征及其对生产力的影响,为确定适宜经营密度、培育马尾松林中大径材、提高林分生产力提供依据。方法: 基于2 500、3 333、4 500、6 000株·hm?2(分别记为A、B、C、D)4种马尾松造林密度试验林连续15年的定位观测数据,采用随机森林和结构方程分析林龄、造林密度和自然稀疏过程对马尾松人工林个体分化及其生产力的影响规律。结果: Gini系数(个体大小分化)随林龄增加显著减小,随造林密度增加显著增大。林分自然稀疏过程中,随林龄增加活立木株数显著减小,林分自然稀疏率呈波动性变化且随造林密度增加显著增大。A密度相较其他密度率先达到大径材占比25%(21年生),中径材占比50%(17年生)。马尾松人工林林分蓄积量随林龄增加呈对数函数增长,15年间林分蓄积量增加顺序为A(420.03 m3·hm?2)>C(202.51 m3·hm?2)>B(186.76 m3·hm?2)>D(148.95 m3·hm?2),林分生产力整体呈先增加后减小并逐渐趋于稳定。林龄、造林密度和活立木株数对Gini系数和林分生产力均具有显著影响,其中林龄对Gini系数具有显著负向影响,造林密度对Gini系数具有显著正向影响;林龄和造林密度对林分生产力的影响主要通过“林龄-活立木株数-林分生产力、造林密度-Gini系数-林分生产力”的间接作用。结论: 马尾松人工林2 500株·hm?2造林密度下,林木个体大小分化程度较小,生产力水平较高,适合南亚热带地区中大径材马尾松人工林培育。
目的: 探究西南喀斯特地区植被自然恢复演替过程中典型群落的土壤碳氮储量变化特征,为该地区退化生态系统恢复与重建提供参考。方法: 采用空间代时间方法,在重庆市中梁山喀斯特槽谷选取弃耕地(弃耕半年)、草地(5~10年)、灌丛(15~25?年)、灌乔林(30~40年)和乔木林(50~60年)作为一个植被自然恢复演替序列,设置固定样地,采集0~10、10~30、30~50、50~70?cm土层土壤样品,测定有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3?-N)含量及碳氮比(C/N)和土壤pH,估算各演替序列下土壤碳氮储量,分析在自然恢复演替不同阶段的土壤碳氮含量与储量特征。结果: 植被自然恢复演替显著提高土壤SOC和TN含量与储量(P ?<?0.001),灌乔阶段的土壤SOC和TN含量与储量最高,含量分别为57.75和6.31?g·kg ?1,储量分别为87.71和10.06?t·hm?2,相比弃耕地阶段的碳氮储量分别增长51.88%和30.31%;各演替阶段0~30?cm土层SOC储量占0~70?cm土层的64.02%~73.68%,TN储量占64.73%~78.55%;0~70?cm土层C/N在自然恢复演替过程中呈先升后降的变化趋势,在灌丛阶段最高,为9.56;0~30?cm土层C/N在乔木阶段最高,为9.98,30~70?cm土层C/N相对较低;土壤NH4+-N储量以灌乔阶段最高(0.103?t·hm?2);土壤NO3?-N储量以弃耕地阶段最高(0.076?t·hm?2),其次为灌乔阶段(0.038?t·hm?2);土壤SOC和TN储量与土壤NH4+-N、NO3?-N和TP含量显著正相关(P<?0.05),此外,土壤SOC储量与土壤TN、TK含量显著正相关(P?<?0.05),土壤TN储量与土壤SOC含量显著正相关(P<?0.05);土壤C/N与土壤SOC、TN和NH4+-N含量极显著正相关(P?<0.01),与土壤TP含量显著正相关(P<?0.05),与土壤TK含量极显著负相关(P?<?0.01)。结论: 西南喀斯特地区植被自然恢复演替可显著提高土壤碳氮含量与储量(P?<?0.001),对0~30?cm土层的碳氮含量与储量、C/N的影响比在30~70?cm土层更明显。土壤碳氮储量与土壤养分循环存在一定关联。随植被自然恢复演替到灌乔阶段,土壤碳氮储量得到显著提升并达到峰值(P?<?0.001);植被自然恢复对土壤质量提升显著(P?<?0.001)。
目的: 提出一个基于理论生长方程(Richards公式)的激活函数,解决神经网络算法在森林生长建模时输出可能不符合生物学规律的问题,为神经网络在森林生长建模方面的应用提供一个新的思路和方法。方法: 以吉林省汪清林业局臭冷杉为研究对象,利用96株解析木数据,分别建立传统非线性回归模型、基于普通激活函数的深度神经网络模型和新的基于Richards激活函数的深度神经网络树高-胸径模型。结果: 相较基于普通激活函数的深度神经网络模型,新的基于Richards激活函数的深度神经网络模型具有明显的树高渐近线,更符合生物学规律。与传统非线性回归模型(直接使用Richards公式拟合)相比,新的基于Richards激活函数的深度神经网络模型精度略有提高,R2提升0.175%,均方根误差(RMSE)与平均绝对误差(MAE)分别降低2.282%和4.011%。结论: 提出一个基于Richards方程的深度神经网络激活函数,具有如下优点:1) 输出一定存在一个合理的最大值;2) 配合合理的神经网络结构可使输出一定大于1.3;3) 将传统回归方法拟合得到的参数作为神经网络模型输入,能使神经网络的训练得到先验知识。
目的: 分析东北地区10种主要造林树种幼龄期各组分生物量分配特征,建立并筛选单树种和全树种最优生长模型,为该地区森林生物量尤其是幼龄林生物量估算提供模型参考。方法: 在吉林省舒兰市生物多样性与生态系统功能控制试验样地内,2021年7―8月份选取长势良好的植株进行全株取样,每个树种选取15~21株个体,共计200株。测量根系、茎干、叶片各器官生物量及其分配比例,并计算地上部分以及整株生物量。以基径和树高为自变量,以根系、茎干、叶片各器官和地上部分及整株生物量为因变量,建立一元线性、多元线性、幂函数等形式的回归方程,构建单树种和全树种生物量模型,并通过决定系数、参数显著性以及赤池信息标准(AIC)等指标筛选最优模型。结果: 1)10个树种的生物量总体呈现出茎干生物量占比最高(45%)、根系生物量次之(35.5%)、叶片生物量最低(19.5%)的分配格局。随着基径增长,茎干生物量占比呈上升趋势,叶片生物量占比呈下降趋势,根系生物量占比变化不明显。2)10个树种的生物量最优模型均以幂函数形式为主,单树种生物量模型以Y=a(D2H)b和Y=aDb为最优形式;全树种生物量模型则以Y=a(D2H)b和Y=aDbHc为最优模型形式(D为基径,H 为树高,a,b,c分别为方程系数)。结论: 幂函数形式为生物量最优模型,其中单树种生物量模型具有更高拟合优度,适用于特定树种生物量的精确估算,而全树种生物量模型则对区域性的生物量估算具有更广泛的适用性。
目的: 探讨初植密度对不同产区杉木人工林优势高生长全过程的影响规律和发生程度,揭示杉木人工林优势高生长的初植密度效应及其对立地质量指示性的有效范围,为杉木人工林优势高生长评价及密度有效调控提供科学依据。方法: 以杉木中带东区(江西分宜)和中带中区(四川纳溪)共30块长期定位观测的杉木密度试验林样地(林龄范围为2~30年生)为研究对象,分析杉木人工林在不同产区和不同林分生长发育阶段下优势高对初植密度的响应规律。结果: 林分优势高与初植密度呈负相关关系,即初植密度越小,优势高越大。在林分生长发育前期,不同初植密度林分优势高生长轨迹几乎重合,初植密度影响较小,随林龄增长,不同初植密度间林分优势高生长差异呈增大趋势,至成熟龄期,林分优势高受初植密度的影响因产区而异,在中带东区影响仍很明显,在中带中区影响逐渐减弱。优势高年均生长量和连年生长量与初植密度呈负相关关系,且初植密度越大,其峰值越小,峰值出现时间越早。同一林龄下,与中带中区相比,立地条件整体更优的中带东区林分优势高生长受初植密度作用产生的分化程度相对更大。中带东区试点在5年生以后,中带中区试点在10~19年生期间,在低、中初植密度范围(1 667~3 333株·hm?2)或高初植密度范围(6 667~10 000株·hm?2)内,林分优势高生长不受初植密度显著影响,当初植密度达到或超过5 000株·hm?2后,其与相对低的初植密度(1 667~3 333株·hm?2)林分相比,林分优势高生长则受初植密度的显著制约。结论: 初植密度不同,林分优势高生长过程明显不同。在一定初植密度级差范围内,初植密度对林分优势高生长没有显著影响,超过一定级差时则高、低初植密度间林分优势高生长具有显著差异。标准年龄20年生时,中带东区试点差异显著的密度组合中,优势高差值最大达2.46 m,超过一个立地指数级,此时用优势高指示立地质量缺乏一定准确性。预估立地指数时,对初植密度高于5 000株·hm?2的林分需要修正密度的影响。
目的: 探究马尾松林改为茶园的土地利用/覆盖变化对土壤碳含量的影响,明确林缘形成对森林土壤碳含量的作用,为准确估算森林土壤碳储量和固碳功能提供科学依据。方法: 在武夷山国家公园选择马尾松纯林转为茶园的典型地点,研究马尾松林内不同林距(距“林—茶”接壤边缘1、20和50 m)及接壤茶园内4处位置的表层土壤(0~20 cm)总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量变化及影响因素。结果: 马尾松林改为茶园16~28年后,土壤TOC、DOC和MBC含量分别比原马尾松林下降了57.1%、48.8%和16.9%。在马尾松林内至林缘方向上,TOC和DOC含量呈下降趋势,而MBC含量无显著差异(P>0.1),为TOC含量均值在林距50 m、20 m、1 m和毗邻茶园处依次为31.08、30.67、22.26和13.25 g·kg?1,DOC含量均值依次为269.7、259.8、226.5和135.5 mg·kg?1。TOC和DOC含量与解释变量(土壤理化性质、土地利用/覆被类型和林缘年龄)的逐步回归方程拟合优度好,自变量分别解释了各自变异的87.7%和76.6%;但MBC的拟合效果很差。其中,土地利用/覆被类型和土壤氮组分含量对TOC和DOC产生不同程度的作用;而林缘年龄仅对DOC含量产生影响。结论: 马尾松林改为茶园的土地利用/覆盖变化使土壤碳含量下降(TOC和DOC最为明显),且随离开林缘的距离增加而降低。因此,需要考虑土壤碳含量的林缘效应,以降低景观尺度的森林土壤碳库和碳汇估算中的不确定性。
目的: 在量化生态系统阳冠层和阴冠层光合参数的基础上,通过探究其季节动态变化和主要生物物理调控因子,揭示散射辐射变化对杨树人工林生态系统总初级生产力( GPP)的影响,为人工林生态系统服务功能和碳汇能力的准确评估提供参考。方法: 以北京顺义区共青林场的杨树人工林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术和微气象观测系统,对生态系统碳循环过程和生物物理因素进行了连续4年(2015—2018年)的定位观测;采用非线性拟合方法将生态系统最大光合速率(Amax)和表观量子效率(α)拆分为受直接辐射(Amax,dir、αdir)和散射辐射(Amax,dif、αdif)影响的两部分。由于直角双曲线模型(Michaelis-Menten model)在模拟GPP时会出现不饱和现象,本研究采用PAR为2 000 μmol·m–2s–1时的GPP作为最大光合速率(A2000)。结果: 采用晴空指数和太阳高度角模拟的散射辐射与实测值接近(斜率为0.82,R2 = 0.87,RMSE = 51.67 W·m–2,P< 0.01)。2015—2018年生长季杨树人工林的αdif、A2000,dir和A2000,dif呈先增加后减小的变化趋势,αdif和A2000,dif显著高于αdir和A2000,dir(pα = 0.02;pA2000 = 0.03),αdif/αdir和A2000,dif/A2000,dir分别为5.6和6.1,二者的比例在夏季表现出明显差异。生长季GPP呈单峰变化模式,且GPP与A2000,dif显著相关(P< 0.01),随着PARdif/PARdir的增加,GPP显著增加(P< 0.01)。在夏季,A2000,dif主要受Ta的影响,随着Ta的增加而增加(偏相关系数为0.74,R2 = 0.49,P < 0.05);在春季和秋季,LAI主导着 A2000,dif的变化(偏相关系数为0.69,R2 = 0.53,P < 0.01),而Prestley-Taylor系数( η)和晴空指数(CI)无论是在春秋还是夏季,对A2000,dif都无显著影响。结论: α和A2000会随季节发生变化,散射辐射对A2000和α的影响要显著高于直接辐射的影响,且在生长季中期更加明显,A2000,dif在春秋季和夏季的变化分别主要受生物因素(LAI)和环境因素(Ta)主导。A2000,dif是调控GPP变化的最关键因素,因此,散射辐射是影响该人工林生态系统光合生产力的重要环境因素。
目的: 探究毛竹林土壤呼吸及组分对氮添加、磷添加及其二者交互效应的响应差异,揭示生物和非生物因子在调控土壤呼吸中的作用,为评价养分添加影响毛竹林土壤碳排放过程及模型预测提供科学依据。方法: 以缺磷型毛竹林为对象,2017年6月采用林下喷施方式隔月进行氮(10 g?m?2a?1)和磷(10 g?m?2a?1)添加,设置对照(CK)、单一氮添加(N)、单一磷添加(P)和氮磷共添加(N + P)4个处理,2017年9月—2018年8月采用Li-8100土壤碳通量系统测量土壤总呼吸速率和异养呼吸速率,并测定土壤温度(T)、湿度(SM)、细根和土壤化学性质、细根生物量及土壤微生物特征。结果: 氮磷添加均未改变毛竹细根生物量,对土壤自养呼吸速率无显著影响,氮添加显著增加土壤可利用氮含量、磷添加降低土壤真菌和细菌生物量比值分别是氮磷添加抑制土壤异养呼吸速率的主要原因。氮磷添加对土壤自养呼吸速率和异养呼吸速率均存在交互作用。氮磷添加的交互效应对土壤总呼吸速率无显著影响,但磷添加显著增加土壤总呼吸速率。模型R = aebT × SMc可较好解释T和SM与R的协同变异,P处理降低T和SM调控R的决定系数。N、P和N + P处理降低土壤总呼吸Q10(CK = 2.64、N = 2.54、P = 2.10、N + P = 2.39)和土壤异养呼吸Q10(CK = 2.32、N = 2.03、P = 1.94、N + P = 1.75),但N和N + P处理增加土壤自养呼吸Q10(CK = 2.80、N = 2.95、P = 2.44、N + P = 4.35)。结论: 缺磷型毛竹林土壤自养呼吸速率和异养呼吸速率对氮磷添加主效应及二者交互效应存在非对等响应,预测未来毛竹林土壤碳排放时应充分考虑土壤自养呼吸和异养呼吸对氮、磷添加响应的差异性。
目的: 利用多光谱图像光谱信息快速准确检测植物叶绿素含量,为植物生长监测、胁迫诊断与精确管理提供参考依据和技术指导。方法: 以冬青科中1年生苗期的大别山冬青和北美冬青为研究对象,构建一套基于多光谱相机RedEdge-MX近端提取植物表型信息的系统,采集成熟期和生长期2个品种冬青叶片的蓝色、绿色、红色、近红外、红边5个波段的多光谱图像,处理得到每个叶片各波段处的光谱反射率。将得到的光谱反射率与使用手持式叶绿素含量测定仪测得的叶绿素相对含量(SPAD)进行相关性分析,采用传统支持向量回归(SVR)算法与网格搜索算法(GS)、遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)进行反演建模,对比得到拟合度最高的反演模型,实现利用多光谱图像光谱信息快速准确检测植物叶绿素含量。结果: 对比传统SVR算法与优化后GS-SVR算法、GA-SVR算法和PSO-SVR算法得到反演模型的光谱反射率与SPAD相关性,其模型拟合度分别为 $ {R}_{1}^{2} $ =0.24,均方根误差RMSE1=0.160; $ {R}_{2}^{2} $ =0.72, $ {\mathrm{R}\mathrm{M}\mathrm{S}\mathrm{E}}_{2} $ =0.097; $ {R}_{3}^{2} $ =0.84, $ {\mathrm{R}\mathrm{M}\mathrm{S}\mathrm{E}}_{3} $ =0.073; $ {R}_{4}^{2} $ =0.91, $ {\mathrm{R}\mathrm{M}\mathrm{S}\mathrm{E}}_{4} $ =0.066。校正决定系数 ${R}_{\mathrm{adjusted1}}^{2}$ =0.23,平均绝对误差MAE1=0.119; ${R}_{\mathrm{adjusted2}}^{2}$ =0.71, $ {\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{E}}_{2} $ =0.069; ${R}_{\mathrm{adjusted3}}^{2}$ =0.83, $ {\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{E}}_{3} $ =0.050; ${R}_{\mathrm{adjusted4}}^{2}$ =0.87, $ {\mathrm{M}\mathrm{A}\mathrm{E}}_{4} $ =0.044。结论: 综合对比发现,优化后的PSO-SVR算法反演预测效果表现最佳。本研究通过采集植物多光谱图像,采用对比优化后的PSO-SVR算法得到5个波段光谱反射率与SPAD的最优反演模型,预测模型的准确性和鲁棒性增加,可以实现植物叶片叶绿素含量的快速检测。同时,本研究结果推广应用至遥感层面,可以实现对大面积区域内的植被叶绿素进行反演,能够为精确林业苗木生长监测、胁迫诊断与动态调控提供理论基础和技术支撑。
目的: 建立绣球花发育的形态学指标与减数分裂进程的对应关系,观测小孢子母细胞减数分裂过程中染色体行为及花粉特征,为绣球种质创新奠定工作基础。方法: 采集不同发育阶段的花序,卡宝品红压片后,观察可育花的花粉母细胞减数分裂情况,统计减数分裂异常现象出现的比例,利用液体培养基培养并测定花粉萌发力。结果: 1) 绣球‘无尽夏’花序边缘的装饰花开放之前,可育花的花粉母细胞细胞质浓厚、核仁明显。当花序边缘的装饰花微微开放时,可育花的花蕾直径在3~3.5 mm,花药宽约0.5 mm,长约1 mm,此时花粉母细胞减数分裂进入粗线期。随着可育花进一步发育,可以观察到从终变期到花粉粒的各个时期。花序边缘的装饰花完全开放时,可育花的减数分裂已经结束,此时可育花的花蕾直径在4 mm左右,花药宽约1 mm,长约1.5 mm。2) 绣球‘无尽夏’在减数分裂过程中染色体行为正常,2个杂种F1的小孢子母细胞减数分裂过程出现大量异常现象。Hydrangea macrophylla ‘Magical Jade’ × H. chinensis的杂种F1在小孢子母细胞减数分裂中期I有46.41%的细胞出现游离于赤道板之外的染色体,52.48%的细胞在后期I和末期I会出现落后染色体或形成染色体桥,35.11%的细胞在末期II出现微核现象。H. macrophylla ‘Taube’ × H. macrophylla ‘Veitchii’ 的杂种F1在小孢子母细胞减数分裂中期I出现未配对染色体的比率为15.31%,在后期I和末期I有17.30%的细胞出现落后染色体或形成染色体桥,末期II未观察到微核现象。3) 绣球‘无尽夏’花粉粒为球形,大小一致,直径为(16.72±0.75)μm,萌发率为(25.15±3.54)%。在2个杂种F1中观察到有球形和形态不规则的皱缩花粉,H. macrophylla ‘Taube’ × H. macrophylla ‘Veitchii’杂种F1球形花粉粒的直径为(16.60±1.73)μm,萌发率为(16.26±1.72)%。H. macrophylla ‘Magical Jade’ × H. chinensis杂种F1的球形花粉粒可分为大小2类,小花粉粒的直径为(16.48±0.71)μm,大花粉粒的直径为(23.30±1.82)μm,是小花粉的1.41倍,推测为2n花粉,大花粉占花粉粒总量的(6.12±1.01)%。结论: 花序边缘的装饰花微微开放,可育花的花蕾直径3~4 mm,可以作为绣球离瓣组花粉母细胞减数分裂启动的标志。绣球‘无尽夏’及H. macrophylla ‘Taube’ × H. macrophylla ‘Veitchii’ 的杂种F1花粉萌发率较高,在后期的育种工作中可以进一步用作杂交亲本。
目的: 比较相同海拔海南长臂猿现有天然林栖息地与松树林潜在栖息地的林分结构、植物物种组成及多样性,探究二者生境质量差异,科学评估松树人工林恢复状况,为海南长臂猿种群生态空间扩展奠定基础。方法: 以海南热带雨林国家公园霸王岭片区海拔400~800 m区域长臂猿现有天然林栖息地和松树林潜在栖息地为对象,参照CTFS规范在2种生境分别建立59个400 m2样方,调查并分析2种类型生境内林分结构、森林植物及长臂猿食源植物的多样性特征及其差异。结果: 共调查到天然林栖息地植物93科259属450种,其中食源植物43科70属86种,茜草科植物占优势;松树林潜在栖息地植物74科186属301种,其中食源植物29科46属60种,山茶科植物占优势。天然林栖息地森林的树木平均胸径6.30±5.90 cm、平均树高6.02±4.92 m、平均冠幅5.21±12.52 m2、平均冠层厚度2.10±1.65 m和植株密度6 136±1 930株·hm?2,这些林分结构因子均高于松树林潜在栖息地(平均胸径5.19±4.19 cm,平均树高5.04±3.38 m,平均冠幅2.87±7.75 m2,平均冠层厚度1.99±1.62 m,植株密度5 517±1 901株·hm?2);随着径级和树高增大,松树林潜在栖息地森林的树木密度相较天然林栖息地明显减少。在整体尺度上,天然林栖息地内森林群落植物物种的Shannon-Wiener指数与丰富度指数最高(H'=4.37, S=452);松树林潜在栖息地内大型食源植物物种Shannon-Wiener指数与丰富度指数最低(H'=4.37, S=452),但均匀度指数最高(E=0.83)。在20 m×20 m样方尺度上,天然林栖息地不同类型植物的物种丰富度均显著高于松树林潜在栖息地(森林群落植物: t=4.72, P=0.02; 食源植物: t=4.61, P=0.01; 小型食源植物: t=2.03, P=0.02),大型食源植物Shannon-Wiener指数及物种丰富度指数均极显著高于松树林潜在栖息地(Shannon-Wiener指数: t=5.03, P<0.001; 物种丰富度:t=4.58, P<0.001)。2种生境间的森林群落植物相似性在科水平上最高(CJ=0.76);在物种水平上以小型食源植物最高(CJ=0.67),大型食源植物最低(CJ=0.31);植物物种β多样性差异为大型食源植物(F=1.64, P<0.001)>森林群落植物(F=48.10, P<0.001)>食源植物(F=7.72, P=0.01)>小型食源植物(F=7.72, P=0.01)。结论: 与天然林栖息地相比,松树林潜在栖息地缺乏适合海南长臂猿夜宿的大型阔叶乔木和大型食源植物,森林群落植物和大型食源植物的物种多样性显著低于天然林栖息地,目前不能满足海南长臂猿种群的生存需求;但松树林内小型食源植物的物种组成与天然林栖息地相近,具有发展成为长臂猿栖息地的潜力;大型食源植物是当前松树林潜在栖息地恢复所需的生态关键种。
目的: 全面测定银杏无性系种实的无胚率以及有胚、无胚种实的主要成分,筛选出无胚率高的银杏无性系种质资源,深入研究种实无胚现象出现的原因与机制,为银杏产业资源的进一步开发利用提供参考。方法: 于江苏省徐州市邳州国家银杏良种基地随机采集47个无性系雌株种实,抽样后逐一剥开,开展无胚现象调查,计算无胚率。根据国家和行业相关标准,区分银杏无胚种实、有胚种实,并分析其主要成分。结果: 47个银杏无性系的无胚率在17.16%~100%之间,平均59.74%,中位数59.02%,方差分析发现无性系之间的无胚率差异显著。银杏无性系的果形指数在1.19~1.81之间,果形指数与无胚率存在显著性相关,相关系数为?0.285。选择12个无性系测定发现,无胚银杏种实的脂肪、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、总氨基酸、总黄酮、萜内酯含量与有胚银杏种实差异不显著,银杏毒、Ca、Fe含量显著低于有胚种实。无胚率与淀粉、萜内酯含量均有较强相关性,相关系数分别为0.698、?0.599。结论: 从胚性有无角度深化对银杏种实加工利用的科学认识,发现银杏主要无性系胚性关系,找到无胚率90%以上或完全无心的银杏种质资源,区分无胚、有胚种实,分析其主要营养成分、矿物质和主要次生代谢产物的成分差异及其与胚性的关系,证实银杏无胚率与其淀粉含量呈极显著正相关,与其萜内酯含量呈显著负相关等,为银杏果业开发提供更精准的科技支撑。
目的: 基于樟子松和兴安落叶松干形数据,比较分析最小二乘法(ONLS)、分位数回归(QR)、混合效应模型的固定效应法(FIXED)以及广义加性模型(GAM)对树干不同位置直径和树干总材积的预测精度,为树木干形和材积精准预测提供参考。方法: 以大兴安岭漠河林业局不同林分条件下的187株樟子松和283株兴安落叶松为研究对象,拟合林业上常用的33个削度方程,选出精度较高的削度方程作为ONLS、QR和FIXED的基础模型。基于描述干形的常用变量,同时考虑变量转换,如平方和开根号等变量转换构建GAM。应用R软件对4种建模方法进行拟合,选取平均误差(ME)、均方根误差(RMSE)、百分比均方根误差(RMSE%)和确定系数(R2)对比分析4种建模方法,采用留一交叉检验法对不同建模方法进行检验,比较各方法预测树干不同位置直径和树干总材积的精度。为更直观展示各建模方法效果,分别从2种树种中随机抽取2株不同大小树木进行树干模拟。结果: 1) 基于Kozak(2004)模型的ONLS、QR和FIXED以及构建的GAM拟合结果表明,4种建模方法均能较好拟合樟子松和兴安落叶松干形数据;2) 留一交叉检验结果显示,GAM对樟子松和兴安落叶松树干直径的预测精度优于ONLS、QR和FIXED;3) GAM预测2种树种材积时与估计直径一致,即GAM预测精度优于其他建模方法;相较ONLS,樟子松和兴安落叶松GAM材积预测的RMSE分别下降5.6%和11.3%;4) 2种树种不同大小树木树干模拟发现,对于大树树干,ONLS、QR、FIXED和GAM模拟效果相似,且均能较好模拟樟子松和兴安落叶松树干干形;对于小树树干,ONLS、QR、FIXED和GAM模拟效果差异较大,其中GAM能较好模拟樟子松和兴安落叶松树干干形。结论: GAM预测树干不同位置直径和树干总材积时精度最高。当以预测为主要目的时,GAM通过简单编程能够实现对樟子松和兴安落叶松树干直径和材积的估计,可作为一种精度较高的树干干形预测方法。
目的: 基于长时间序列多源数据,开展雷击火驱动因子分析,采用机器学习方法构建动态、高分辨率雷击火火险预测模型,为雷击火防控提供支撑。方法: 分析大兴安岭地区2010—2020年雷击火时空分布规律,基于闪电监测数据、卫星遥感数据、气象再分析资料、DEM等多源数据选取闪电、气象、植被、地形4类18个雷击火潜在驱动因子,研究其特征及与雷击火发生的关系;提取历史雷击火点和随机生成的非雷击火点对应的驱动因子,构建原始样本集,计算各驱动因子的重要性和相关性矩阵进行驱动因子挑选;基于优化后的训练样本集,采用梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)和极端随机树(ERT)3种集成学习模型进行雷击火火险预测能力评估,选择表现最优的方法用于构建大兴安岭地区雷击火火险预测模型并应用。结果: 2010―2020年大兴安岭雷击火出现次数最多和最少的年份分别为2015和2012年,主要集中于5―7月,发生时段主要集中于10:00―17:00;雷击火高发区为漠河县、塔河县、新林区和呼中区。闪电与雷击火的空间分布基本一致,但闪电越多雷击火发生次数不一定越多,2011年闪电次数最多,为114 632次,雷击火仅出现11次。在闪电强度为?20~?40 kA、陡度为?4~?8 kA·μs?1、相对湿度小于40%、降水量小于4 mm、气温大于29 ℃、大气压为91~95 kPa且风速为1~3 m·s–1的气象条件下更易发生雷击火。NDVI(归一化植被指数)、GPP(总初级生产力)、Et(蒸散量)、NPP(净初级生产力)大小与雷击火发生呈正相关。雷击火在海拔300~900 m、坡度0~12°范围内出现次数较多,坡向对雷击火发生影响不大。特征选择后剩余13个特征参量分别参与3种集成学习算法模型构建,其中,ERT模型预测能力最好,其AUC达0.97,查准率、查全率和F1 Score均高于GBDT和RF模型。ERT模型预测的高风险区与实际雷击火点分布区的空间一致性很好。结论: 利用多源大数据,尤其是卫星观测数据,获取更多与雷击火发生有关的潜在驱动因子,并依靠机器学习,能够较好体现因子间非线性关系及自行学习参数间复杂关系能力的优势,本研究构建的雷击火火险预测模型具备很好的泛化性、自适应性和较高的空间分辨率。
目的: 研究城市森林中的多个树种在多样化生境条件下对持续干旱的生长反应和敏感性,为快速筛选抗旱性强且能健康生长的适应性树种提供参考依据。方法: 通过测量不同生境(郁闭林、开敞林和行道树)中不同树龄(幼龄、低龄和成年)的17种树木在2005—2020年的各年年均枝长变化,计算其相对增长率(干旱年的年均枝长增长量与非干旱期相应值的比)(RAI)来评价树木枝条生长对干旱胁迫的敏感性。结果: 1)年均枝长随树龄增大而减小,郁闭林中幼龄树木和开敞林中低龄树木的年均枝长高于成年行道树。2)各树种的年均枝长与标准化降水指数呈显著性相关(r2=0.687, P<0.01),郁闭林中的欧洲水青冈和夏栎,以及开敞林中的欧梣和夏栎的枝长生长对干旱不敏感,但各生境中有14种树木对干旱极为敏感。3)各树种的叶片膨压损失点水势的平均值与极小值呈显著相关(r2=0.549,P<0.01),但与生长敏感性不相关。4)木质部结构与RAI(r=0.553,P<0.01)和生长敏感性(r=0.545, P<0.01)呈显著性相关,散孔材和半环孔材树种比环孔材树种对干旱更敏感。结论: 各树木的年均枝长受多种因子影响,年均枝长可推荐作为一种简便、快速、有效的评价树木生长活力的新方法,能反映不同树种对生境条件的敏感性和适应性,为城市林业和园林绿化相关部门筛选应对气候变化的抗逆性树种提供科学依据。
(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