杨树因速生、适应范围广等特点作为经济林、生态防护林和国家储备林建设树种,是实现“碳达峰、碳中和”双碳目标的重要固碳载体,但食叶害虫和蛀干害虫危害严重影响了杨树人工林生产力。因此,解析杨树抗虫分子机制、培育抗虫高产杨树新品种是杨树人工林发展的紧迫任务。本文首先概述了杨树通过形成叶片毛状体、提升木材硬度等物理防御以及内在酚苷、挥发性物质等次生代谢物和蛋白酶抑制剂等大分子物质快速响应以降低生物胁迫的分子机制研究进展;然后归纳了杨树杂交育种技术、转基因育种技术和多组学联合分析在杨树抗虫新品种培育和关键抗性位点和基因挖掘上的主要应用,并分析了抗虫转基因杨树生物安全评价方法和进展;最后提出未来应着重解析抗蛀干害虫分子机制,并围绕育种目标进一步融合传统杂交育种和转基因、基因编辑、全基因组选择等现代生物育种技术,实现抗虫、优质、高产多性状聚合育种。同时建立健全转基因和基因编辑杨树生物安全评价方法、法规,为杨树抗虫遗传改良和分子设计育种提供理论依据和实践基础。
气候变化和人类活动的加剧导致全球范围内林火频发的严重形势,对森林生态系统构成重要威胁。为有效防范和减缓林火蔓延,科学构建林火阻隔带和阻隔体系至关重要。首先,本研究阐述生物防火林带的阻火机理,包括树种选择、结构设计和火环境调控等方面,并探讨防火林带的选址、宽度设计、树种配置和空间布局等关键因素。其次,综述工程阻隔带的类型、作用及可燃物清理方法,并重点分析林区道路的规划与设计。再次,回顾阻隔带阻火效果的关键影响因素,并评估其潜在有效性,同时进一步分析不同评估方法的适用性和局限性。最后,从个5个方面对未来研究方向进行展望:生物防火林带多层复合设计;工程阻隔带多元化规划布局;绿色高效低成本的阻隔带可燃物管理技术;生物防火林带阻火效果评估技术;阻隔带最佳宽度和密度阈值确定方法。
森林生态系统保护需要及时、准确、动态获取森林植物多样性现状和变化信息,并对导致其变化的因素做出分析与评价。遥感技术的发展为森林植物多样性多尺度监测提供了契机,尤其是基于光谱变异假说的光学遥感数据已广泛应用于森林植物多样性监测中;然而树冠的光谱变异信息更多反映水平方向的多样性,对森林垂直结构多样性的监测能力有限,且容易受光饱和效应的影响。尽管森林结构特征在理解森林功能多样性和物种多样性方面具有很大潜力,但迄今为止,对森林结构的测量手段仍十分有限。近年来,随着以激光雷达(LiDAR)为代表的主动遥感技术的发展,遥感技术对森林植物多样性的探测已从光谱维度拓展到结构维度,为厘清森林的结构?功能关系提供了契机。本研究通过文献整理,从森林结构角度出发,探讨森林植被结构与植物多样性的关系,概述不同平台激光雷达数据提取的结构指标在森林结构属性量化、结构多样性、植物物种多样性和功能多样性的评估、森林类型与演替阶段的区分、林下植被和枯木的探测等方面的研究进展。对不同的森林生物多样性指标有显著解释意义的LiDAR结构指标不同,且受数据采集、传感器类型、采样尺度、森林类型、地理位置等因素影响。将光学影像的光谱信息与LiDAR的结构信息融合在一起对物种识别与多样性相关研究非常有利。依托星?机?地不同平台的激光雷达遥感技术可以实现不同尺度森林结构与多样性的监测与评估,融合星载激光雷达和卫星影像数据有助于理解全球范围内冠层垂直结构变化对生态系统组成和功能的影响,在生物多样性保护和管理中具有广阔的应用前景。
胶黏剂可将小尺寸木质材料单元黏接成人造板、胶合板和胶合木等形式,应用于木结构建筑、承重墙、装饰、地板和桥梁等工程材料中。胶合性能是评价胶黏剂胶黏能力的重要依据,与其相关的指标主要包括胶合强度、施胶分布、渗透性、剪切强度、剥离率、木破率等。近年来,机器视觉技术已被广泛用于辅助评价胶合性能。为更详细、全面了解基于机器视觉的胶合性能测量技术,本研究在收集国内外胶合性能测量技术相关文献的基础上,概述基于机器视觉的图像采集技术、图像预处理技术、图像分割技术和图像识别分类,阐述机器视觉技术在胶黏剂分布、渗透性和木破率3方面的应用,讨论基于机器视觉技术无法准确分割数字图像导致测量精度低的相关问题,总结机器视觉技术胶合性能测量技术优化方法,并提出今后研究展望:1) 实现胶接接头上胶黏剂与木质材料的精准识别,特别是浅色胶黏剂与基材的识别,尤其包括刨花板和纤维板等板材的胶点与细小的木质单元;2) 深入探究不同测量对象的像素级单位特征与机器视觉的测量机制;3) 基于机器视觉技术进行科学、健全和体系的评价机制研究;4) 深入探究图像采集的光照条件、采集设备、样品放置等环境因素对采集图像质量的影响机制;5) 建立胶合性能评价数据库,为深度学习或胶合性能深入分析提供数据来源。
林源次生代谢物的开发与利用是发挥森林“钱库”作用的重要途径。枳实黄酮是一类天然的林源黄酮类化合物,因具有重要的生物活性而被广泛应用于食品、药品等领域。然而,当前枳实提取物产业仍存在资源利用率较低、枳实黄酮生物活性作用机制不明以及水溶性差、生物利用度低等瓶颈问题,严重制约产业的可持续发展。基于此,本文综述了枳实黄酮的提取方法,提出了强化质量传递过程与揭示提取机理的策略;评述了枳实黄酮的主要生物活性与作用机制;梳理了通过化学结构修饰或包埋技术进行改性增加其利用价值的途径。同时,对开展枳实黄酮的研究提出了建议:1)在提高枳实资源利用率方面可采用多种技术联合或多组分提取的方法实现枳实黄酮的高效提取,建立质量传递模型并结合表征技术揭示提取过程中的物质迁移规律;2) 在生物活性及作用机制研究方面可以通过实验与计算化学相结合的手段深入研究枳实黄酮的化学结构与生物活性之间的构效关系,揭示其生物活性作用的分子机制;3)在枳实黄酮的改性方面可融合计算化学手段精准设计改性策略并诠释改性机制。
樟子松是中国北方生态防护林的重要树种,其天然林主要分布于大兴安岭北坡和呼伦贝尔沙地一带,而引种营建的人工林则已遍布中国北方,成为“三北”工程建设的主要常绿乔木树种。樟子松天然林自然更新良好,但大部分樟子松人工固沙林自然更新不良或失败,全球气候持续变化更加剧了其自然更新的不确定性,成为威胁三北工程行稳致远的重大隐患。本文梳理了有关樟子松及其原种欧洲赤松自然更新的国内外研究成果,分析了母树特征、生境特征和干扰等关键因子影响自然更新过程的效应与原理。基于与天然林更新过程的比较,划分了樟子松人工林自然更新的5个关键阶段,并明确了各阶段受非生物和生物类因子联合影响的机制。最后,针对改变林地的地下、地表和地上环境条件,分别提出了破土整地、地表火烧、伞护庇荫人工促进更新措施建议,对于推进“三北”工程区樟子松固沙林的世代更新具有积极意义。
家居智能制造过程中的赋能技术是加速家居智能制造转型、提升家居行业高质量发展的有效途径。本研究从近30年来家居行业智能制造基本理论和基础技术研究与应用入手,明确高质量发展所需的赋能技术及实施策略。一方面提出面向高质量发展的家居智能制造基础和过程技术创新、前沿和赋能技术推进两大技术体系和要素,搭建面向高质量发展的智能制造技术体系平台,包括总体架构和发展目标、核心内容、理论突破和基础保障、赋能技术、新发展模式、实施策略等,设定面向优质、高效、低耗、绿色、安全的家居高质量发展目标,界定智能家居产品、智能生产、智能工厂、智能物流和智能服务5方面核心内容,提出加快自动数据采集与处理、信息集成、工业互联网/物联网、建模与仿真等基础和过程技术创新思路,阐述大数据技术、工业机器人技术、智能调度和控制技术、虚拟现实和增强现实技术等构成的新型技术应用场景,解读云计算和边缘计算、数字孪生、人工智能、软件定义等前沿技术的实施途径;另一方面对技术体系进行归纳,包括基于家居信息化管控平台搭建的技术体系、基于家居产品全生命周期的数字化技术体系和基于可持续发展的家居制造生态技术体系;最后,对新一代智能制造技术在家居企业高质量发展方面提出未来研究建议:结合家居产品全生命周期数字一体化模式、互联工厂模式、商业模式重塑企业发展模式;利用数据驱动、软件定义、虚实结合和整理联系加强企业新策略的实施。
森林可燃物作为森林燃烧三要素之一,其载量、燃烧特性和连续性分布均会影响林火的发生、蔓延和防控。森林可燃物作为林火发生的物质基础和必要条件,是林火蔓延的主要载体。一旦发生高强度火灾会严重破坏森林生态环境和森林资源。开展森林可燃物调控,减少可燃物积累,改善可燃物的燃烧特性以及改变其水平和垂直连续性,对降低林火风险,减小林火强度有重要意义。本文从可燃物调控技术(人工调控、机械清除、计划烧除、化学除草、微生物降解、营造生物防火林带等)和评价方法(林火行为、森林燃烧性、火灾风险和生态效应等)2方面,综述了国内外研究现状,总结归纳了森林可燃物调控技术和调控效果评价方法,对比了不同调控措施的有效性,分析了各种评价方法的优缺点。并对可燃物调控技术的未来研究方向和评价方法进行了展望,提出需要开展森林可燃物的基础研究,针对性探讨适宜重点火险区的调控措施,并长期监测和动态评估调控效果,量化调控效果的时间变化及生态环境影响。在理解阻火原理的基础上,提出以“绿色防火”理念结合森林生态调控等综合技术,助力实现“双碳”目标,是未来森林防火研究与管理的重要方向。
作为一种自然资源,树木具有重要的环境、社会和经济价值。树木生长成熟过程中,细胞间及细胞壁各层相互作用会产生生长应力,生长应力是木材组织正常发育的结果,是树干和树枝维持其垂直生长或特定角度生长的重要动力。此外,树木在抵御自身重力或光照、风雪、地势等环境刺激时,会形成具有更高水平生长应力的应力组织——应力木,从而达到调整或维持生长形态的目的。树木中的生长应力是影响木材成材和加工质量的重要力学问题,且生长应力水平与细胞结构、化学组分密切相关,开展树木生长应力研究、厘清树木生长应力分布和形成机理,对树木的定向培育、生物学结构与功能研究、木材加工与利用以及仿生新材料的开发具有重要意义。已有研究通过树木生长应力水平测试,结合其解剖结构、基因、化学组分、激素分布、力学材性等方面特征,对树木生长应力形成机理进行了深入分析,探索生长应力的产生来源;但由于生物材料结构复杂、变异性大,且研究者对生长应力形成机理的认识也在不断更新,树木生长应力形成机理尚未达成共识。本研究简述树木生长应力的生物力学作用及常用表征方法,综述主流的树木生长应力形成理论,对生长应力形成机理的一般性假说和特殊应力组织(应拉木和应压木)的生长应力形成假说进行重点分类阐述,并对各假说存在的争议性问题进行分析,以期全面认识树木生长应力,并为推动其进一步研究、为树木细胞结构和性质变异研究以及木材精细化利用提供参考,为探寻有效的降低树木生长应力的措施提供基础,为人工林的生物改良和栽培提供理论和实践支持。
以古代沉船、出水木器和简牍等为代表的饱水木质文物是人类古代文明的一种载体,是研究古代历史、艺术、科技、经济的宝贵实物资料,准确认知饱水考古木材保存状况是实现饱水木质文物科学保护的重要前提和基础。受长期水埋环境影响,饱水考古木材的结构与性能均发生显著劣变,且样品获取、制备和测试分析等难度远大于健康木材,现有健康木材的科学研究理论和评估体系对其难以适用。本研究首先从解剖构造、化学结构、纤维素晶体结构和孔隙结构4方面介绍饱水考古木材的结构特征与分析方法;其次阐述饱水考古木材的物理性能、化学性能、力学性能与表征手段;然后进一步总结饱水考古木材保存状况的综合评估原则、方法和关键指标;最后围绕饱水考古木材研究的现状、需求和难点,提出未来应重点研究领域。建议开展以下3方面研究:1) 提出饱水考古木材创新无损或微损研究方法,建立饱水木质文物评估技术和标准体系;2) 提高饱水考古木材科学数据提取的便捷性和可靠性,完善饱水木质文物信息资源和共享体系建设;3) 构建饱水考古木材结构与性能构效关系,完善适用于饱水木质文物的木材科学理论体系。通过新技术、新方法和新材料在饱水木质文物领域的应用,推动饱水考古木材保存状况评估研究,为木质文物的科学保护和长期保存提供理论基础和技术支撑。
可持续营林及相关联的最优轮伐期决策是缓解全球气候变化的重要途径。经典Faustmann模型关于“所有参数在不同轮伐期内保持一致”的基本假设无法得到满足,有必要以广义Faustmann模型为基础探求多因素影响下的最优轮伐期决策问题。本研究围绕广义Faustmann模型,归纳总结其理论扩展及前沿应用,梳理可持续营林决策方法学中广义Faustmann模型的最新研究进展。研究发现:1) 广义Faustmann模型已在碳汇效益、异龄林管理、自然风险和税收政策4个方向得到拓展,其中土地期望值及相应的利润最大化一阶条件能够帮助林地所有者制定合理的营林管理方案;2) 利用广义Faustmann模型,能够将Pressler指示率中的数量增长率、质量增长率和价格增长率具体化,允许林地所有者在不知道未来价格的情况下,结合自身风险偏好使用事前决策的方法决定当年是否采伐林分;3) 林分的土地价值和木材价值在广义Faustmann模型下能够被明确区别开来,从而在转让一片未成熟林分时,实现对林分的土地和木材准确估值,并在不同税收政策下确定其各自税率。广义Faustmann模型在未来最优轮伐期决策研究中的拓展方向还包括以下几个方面:1) 将碳汇效益由地上生物量碳库扩展至完整林业碳库;2) 将税收政策由国外政策扩展至中国特色林业税费体系;3) 将模型假设由确定环境扩展至随机环境;4) 将研究尺度由林分层面扩展至森林层面;5) 将生态效益由碳汇效益扩展至森林生态系统服务。
绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO2,是陆地生态系统的主要碳(C)源,量化光合C在植物-土壤系统间的分配,对于明确C的周转与存留、预测气候变化背景下植被和土壤C库潜力具有重要意义。13C稳定同位素技术具有准确性和易操作性,在C循环研究中被广泛应用,为探究植物-土壤系统C分配、土壤微生物群落结构、C利用效率和土壤C矿化为CO2通量变化等特性提供重要技术支撑。本研究首先介绍13C稳定同位素的发展和标记方法,主要有13C脉冲(单次与多次)标记、13C连续标记、借助C4土壤种植C3植物确定13C丰度以及不改变植被条件鉴定自然13C丰度等。其次总结该技术在植物-微生物-土壤系统C循环中的应用:主要包括13C同位素标记在植物-土壤系统C分配,13C自然丰度技术在树木生长轮和植物群落水平C循环、土壤有机C形成与分解过程中的应用;在土壤微生物方面,概述13C稳定同位素在磷脂脂肪酸、氨基糖、芯片-稳定同位素探针、纳米二次离子质谱同位素成像、荧光原位杂交-纳米二次离子质谱技术等微生物标志物上的应用。接着总结13C稳定同位素方法的缺点,即13C样品检测价格昂贵、由于13C分馏作用影响13C丰度检测不准确及13C标记与微生物标志物技术结合对13C标记丰度要求较高等。最后,对未来13C同位素示踪技术研究提出展望:在理论上,需探究13C标记底物在植物-土壤-微生物系统C分配、转化和固持的作用机制和影响机制,构建统计与验证模型;在应用上,应注重交叉学科的运用,将地理信息系统、遥感等地学技术与13C稳定同位素相结合,从更广泛、更全面的角度推进陆地生态系统C循环研究。
地球关键带是大气圈、生物圈、土壤圈、水圈、岩石圈高度交汇和相互作用的地球表层复杂系统,也是联结气候系统-地表过程-地球深部过程物质和能量循环的重要桥梁,微生物在地球关键带碳循环中扮演着重要角色,认识地球关键带结构与功能,阐明关键带土壤微生物介导的碳转化过程是当前关键带研究热点之一。本研究首先介绍地球关键带的结构与范畴,以及土壤微生物结构特征、微生物驱动的土壤碳循环研究进展;然后指出当前工作仍停留在地球关键带的基本结构认识和土壤碳储量特征描述上,建议从关键带整体框架出发,沿垂直方向综合考虑从植物冠层到基岩之间的碳循环过程,联合使用多种技术方法,将短期高频次观测和长期定位观测相结合,重视长时间尺度下土壤有机碳对全球变化和人类活动的响应及反馈机制,特别关注土壤碳在关键带各界面的微生物驱动过程及其迁移转化规律;最后在考虑地球大数据科学工程和全球碳排放路径等时代因素的背景下,开展大气、植被、土壤、微生物、基岩、地下水等多界面、多过程、多时间尺度的同步观测和系统性研究,为地球关键带土壤碳循环模型优化及气候变化预测提供科学依据,也为我国“双碳”目标提供理论支撑。
磷是影响植物生长的关键养分元素之一,地下细根觅养塑性是植物提高土壤磷吸收的重要方式。在自然环境条件下,土壤养分具有异质性或斑块状分布特点,特别是相对固定的养分(如磷)。植物如何调整地下觅养性状对养分斑块的塑性响应尚不清楚,特定细根性状预测地下觅养性状塑性响应更具有较大不确定性。本研究总结植物地下觅养塑性的影响因素,阐述细根(形态、构型、增殖、化学、生理)和菌根真菌性状对富磷斑块的塑性响应,从真菌侵染方式、根系形态结构、养分获取策略等方面分析地下觅养性状及其塑性响应在丛枝菌根和外生菌根树种间的差异。基于地下觅养的碳成本假设,指出细根形态塑性和生理塑性在许多情况下是资源竞争的结果。真菌菌丝的增殖塑性更能提高植物养分获取效率,但当根系和菌根真菌均存在于养分斑块时,根系增殖比真菌反应更敏感。本研究还探讨细根性状对地下觅养塑性的预测,指出细根直径是地下觅养性状变化的重要预测指标。围绕当前植物地下觅养塑性研究存在的不足,从地下觅养塑性框架、地下觅养机制、细根性状对植物养分获取塑性的预测、细根觅养塑性与防御塑性之间的关系等方面提出今后的研究方向,深入理解植物地下磷养分获取策略及其对环境变化的适应机制。
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。
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。
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。
气候变化是全球治理的一个重要方面,评估人类活动引起的温室气体排放量是应对气候变化的基础性工作,受到世界各国政府、科研机构和企业广泛关注。随着我国“碳达峰”“碳中和”(简称“双碳”)目标的提出以及相关政策的落地实施,碳足迹作为温室气体排放测度指标,其重要性日益凸显。开展木竹产品碳足迹评价是我国木竹加工企业落实国家“双碳”目标的核心工作,对木竹产业低碳高质量发展亦具有重要意义。本文全面分析锯材、改性材、人造板及其制品、结构用集成材和胶合木等主要木竹产品碳足迹评价的研究现状,以及碳足迹评价方法的研究进展。目前,生命周期评价法是国际主流的碳足迹评价方法,依据的标准主要为ISO/TS 14067、GHG Protocol和PAS 2050;在木竹产品中储存的生物碳及其延迟碳排放效应的评估方法,以及计入产品碳足迹评价结果的形式等方面尚未形成国际共识;因不同国家木竹加工技术水平和能源结构有所不同,同一类别产品碳足迹差异显著。此外,不同科研人员采用的评价标准和研究假设等各异,导致同一产品碳足迹评价结果可比性不强。未来应:1) 研制木竹产品延迟碳排放效应的评估方法,科学量化木竹产品对应对气候变化的积极贡献;2) 制定适于木竹产品碳足迹评价国际统一的产品种类规则,进一步增强碳足迹核算结果的可比性,推动木竹产品碳足迹评价结果国际互认;3) 建立木竹产品全生命周期回溯跟踪体系,助力木竹产品全生命周期碳足迹评价工作的顺利开展;4) 构建契合我国木竹产业特点全国统一的碳排放因子数据库,为准确计量木竹产品碳足迹提供数据支撑。
我国竹资源丰富、竹加工技术先进、研发能力过硬、国际竞争力强,竹产业是我国绿色朝阳产业,在发展绿色经济、推进国家生态文明建设和现代林业建设,以及践行“一带一路”、乡村振兴和精准扶贫等国家战略中发挥着重要作用。当前,传统塑料行业面临非可再生资源依赖度高、能源消耗大、环境污染严重等挑战,随着世界经济的发展以及人们对环保的重视,各国政府和组织已启动多项“限塑禁塑”政策和措施并推广可持续塑料替代品的行动。竹子是一种加工单元多样、材性优良、可再生可降解的环保低碳优质生物质材料,具有很大的加工选择性和产品可设计性,可为相适应的以竹代塑产品开发提供多种可能和选择。作为一种环保型替代方案,以竹代塑逐渐受到政府、市场和消费者的青睐。2022年11月,中国政府同国际竹藤组织携手共同发起“以竹代塑”倡议,推动各国减少塑料污染,应对气候变化,加快落实联合国2030年可持续发展议程。2023年11月,《“以竹代塑”全球行动计划(2023—2030)》在首届以竹代塑国际研讨会开幕式上正式发布,提出以竹代塑六大行动目标、23项具体行动。中国向全世界发出“以竹代塑”的强音和保护生态环境的决心,多项以竹代塑决策陆续部署,为竹产业发展提供了有力支持。本研究基于我国竹资源和竹产业的优势特点以及传统塑料行业的绿色转型需求,分析以竹代塑替代方案的迫切需求和可行性;着重梳理汽车部件、家用电器壳体、冷却塔填料、管道管材、建筑装饰材、一次性餐具等典型重点行业产品现状及其以竹代塑加工技术和产品市场发展潜力,提出以竹代塑行动建议、发展趋势与展望,旨在为我国以竹代塑技术产品的推广和应用提供一定参考。
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。
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。
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。
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。
作为陆地森林生态系统骨架的树木长期遭受有害生物胁迫,危害林木正常生长,甚至造成林木死亡,对林业可持续发展带来严重威胁,为了实现对林业有害生物靶标及灾害区域的快速、准确检测和监测,需要识别获取林业有害生物防治靶标对象的特征。本研究首先重点围绕生物胁迫之植物病害、植物虫害、鼠(兔)危害、有害植物等直接靶标及其危害的间接靶标的主要特征分析,综述国内外采用不同途径检测和识别林业有害生物防治靶标的技术和装备研究概况。然后建议组织跨学科力量,探索研究基于植物胁迫预警靶标识别、传感网络协同防御控制的林业有害生物防治靶标识别技术及综合防治智能化系统。展望林业有害生物防治靶标识别被动传感技术和主动传感技术的未来发展,提出根据植物在生物胁迫下的物理化学特征表现开展机器视觉、气敏、力敏、热敏、声敏等防治靶标的被动传感技术研究,利用激光雷达扫描、光声效应主动引诱以及电子昆虫和气味主动引诱等主动传感技术,以解决被动传感难以识别特定有害生物靶标的问题,以及研发设计生物、磁敏、湿敏、热敏等新型传感器和研究超声波、LiDAR、辐射、卫星图像等多传感器融合技术,提高林业有害生物靶标的识别精度。最后围绕植物根系、野生哺乳动物、土栖白蚁、有害植物等特定靶标提出相应的靶标感知识别技术研究建议。
白蚁、黏土与生态环境三者之间存在复杂的相互作用, 有较多研究关注高等白蚁(白蚁科)对黏土分布的影响及其生态学作用。一方面, 黏土矿物是一些高等白蚁地理分布的限制性因素; 另一方面, 白蚁活动可以改变黏土矿物的分布和化学风化过程。在修筑蚁丘的过程中, 高等白蚁将大量富含黏土的深层土搬运至地表, 使得蚁丘更加坚固。同时, 黏土的吸水性和保水性能够维持蚁丘内部湿润、恒温的微生境, 从而保障白蚁共生真菌的生长。这些黏土通过雨水冲刷重新进入地下, 可促进土壤颗粒循环, 提高蚁丘及周围土壤的肥力和保水性, 为植被的生长和动物群落的发展创造有利环境。在热带地区干旱和半干旱的环境中, 富含黏土的白蚁丘可以提高生态系统的异质性和对干旱的耐受性, 从而延缓全球气候变化带来的不利影响。在一些发展中国家, 白蚁丘中的黏土还被用作建筑材料和作物栽培基质, 并广泛的被非洲地区的妇女(尤其是孕期妇女)取食。最近的研究表明, 鼻白蚁科的低等白蚁与黏土也存在复杂的相互作用。一些低等白蚁利用黏土修建泥线、泥被等生物结构, 并搬运黏土以填充食物的缝隙和空洞。这些黏土不仅能提高食物湿度, 促进低等白蚁取食木质纤维, 还具有支撑食物的作用。此外, 一些黏土矿物能引发低等白蚁的聚集行为, 有望作为引诱材料, 为有害白蚁的防治带来新的思路。
(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