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。
目的: 测定亚热带树种的叶片功能性状、凋落叶质量、凋落物量和周转期,揭示叶片性状对凋落物量和周转的影响,为杉木采伐后如何选择造林树种以改善土壤肥力提供科学依据。方法: 选取在二代杉木林采伐迹地营造的17种亚热带树种,测定其在3年生未成林造林地的凋落物量和周转期,同时测定各树种的叶片功能性状(比叶面积、干物质含量、氮含量等)和凋落叶质量(碳氮比、单宁含量、可溶性糖含量等),建立叶片性状与凋落物量和周转期的回归关系。结果: 17种树种中,米老排凋落物量最高(6.67 t·hm?2a?1),杉木凋落物量最低(0 t·hm?2a?1);江南桤木凋落叶周转期最短(0.09年);深山含笑凋落叶周转期最长(1.09年)。凋落物量随比叶面积增加而增加,随叶氮含量增加而降低;凋落叶周转期随凋落叶碳氮比和单宁含量增加而增加,随凋落叶最大持水率增加而降低。结论: 在亚热带未成林造林地中,凋落物量受比叶面积和叶氮含量的影响,凋落叶周转期受凋落叶碳氮比、单宁含量和最大持水率的影响;杉木在未成林造林地阶段的凋落物归还量极少。经营亚热带人工林时,要考虑种植比叶面积和凋落叶最大持水能力较高、凋落叶单宁含量和碳氮比较低的树种,以提高林地凋落物归还量和周转速率,改善退化人工林的土壤肥力。
目的: 定量认识土壤有机碳(SOC)含量在坡面上的空间异质性及尺度效应,探索“由点及面”估算坡面平均SOC含量的精确便捷途径,为细致刻画坡面土壤资源状况、全面理解生态系统碳循环、制定土壤高质量管理方案提供科学基础。方法: 在宁夏半干旱黄土丘陵区,选择3个相邻的由退耕还林工程形成的典型坡面,从坡顶向坡脚设置连续样点,调查各样点的土地利用、植被特征、立地条件及表层(0~20 cm)SOC含量,分析其坡向差异、坡位变化;以“离坡顶的水平距离或相对距离”为自变量,以表层SOC含量的顺坡滑动平均值为因变量,定量描述坡面尺度效应;再以坡面上任一样点表层SOC含量与坡面平均值的比值为因变量,实现由“点”到“面”的尺度上推。结果: 研究区表层SOC含量存在明显的坡向差异、坡位变化、尺度效应。表层SOC含量的坡面平均值在南坡(7.60 g·kg?1)最高,东坡(6.42 g·kg?1)次之,西坡(5.65 g·kg?1)最低,其坡位间变幅在东坡(15.95 g·kg?1)最大,其次为西坡(11.34 g·kg?1),最小为南坡(9.72 g·kg?1),说明东坡的坡面效应最强,其次为西坡,南坡最弱。东坡、西坡、南坡表层SOC含量的坡位变化大致相同,均由坡顶向下逐渐减小,至离坡顶水平距离200、150、280 m(相对距离0.73、0.45、0.76)后趋于稳定,主要与坡面“上部为自然状态的坡地+林草植被+恢复年限长、下部为人工梯田+林农植被+扰动频繁”的空间格局有关。在东坡、西坡、南坡上,距坡顶水平距离每增加100 m,SOC含量的滑动平均值分别变化?3.40、?2.50、?1.51 g·kg?1;距坡顶相对距离每增加0.1,SOC含量的滑动平均值分别变化?0.96、?0.75、?0.55 g·kg?1。构建3个坡向不同坡位样点表层SOC含量与坡面平均值的比值随离坡顶水平距离或相对距离增加而变化的数量关系(R2>0.7,P<0.001),籍此可由坡面上任一样点表层SOC含量精确便捷地估算坡面平均值。将所有位点数据融合得出,离坡顶相对距离0.4的位点表层SOC含量最接近坡面平均值。结论: 半干旱黄土丘陵区坡面表层SOC含量沿坡从上至下基本呈先减小后稳定的变化,与土地利用类型、植被类型、恢复年限的坡面分布格局有关。以顺坡(相对)水平坡长增加为尺度变量可较好地定量刻画表层SOC含量的坡面变化特征及尺度效应,藉此可实现坡面表层SOC含量平均值的精确便捷推算。
目的: 确定环境变量对林地浅表层滑坡风险预测的相对贡献率,明确影响浅表层滑坡风险的关键植被因素及其减灾区间,探明植被因素与非植被因素对浅表层滑坡风险的耦合效应,为林地浅表层滑坡风险评价和减灾决策制定提供科学依据。方法: 以华蓥山林地为研究对象,选取17个浅表层滑坡影响因子,采用最大熵模型进行林地浅表层滑坡风险模拟,输出各因子对林地浅表层滑坡风险预测的相对贡献率,对比分析考虑或不考虑植被因素条件下林地浅表层滑坡风险对各因子的响应变化。结果: 1) 模型精度受试者工作特征曲线检验结果显示,不考虑植被因素的情况下,模型模拟精度为0.887,达到很准确的精度水平;考虑植被因素的情况下,模型模拟精度提升3.1%,为0.915,达到极准确的精度水平。2) 工程地质岩组、蓄积量、距断层距离、地形起伏度、高程、绿色比值植被指数、平面曲率和林分类型8个因子对浅表层滑坡风险预测的累计贡献率达80%,其中植被因素对林地浅表层滑坡风险预测具有重要作用,主要体现在蓄积量、植被覆盖度和林分类型3方面。3) 植被因素的存在造成浅表层滑坡风险对平面曲率、坡向、高程变异系数、坡度变率和坡面曲率5个变量的响应发生变化:对平面曲率、高程变异系数和剖面曲率所产生的浅表层滑坡风险起削弱作用,削减幅度分别为4.9%、5.9%和8.1%;对坡度变率所产生的浅表层滑坡风险起加剧作用,加剧幅度为10.9%;对坡向所产生的浅表层滑坡风险具有正反2方面作用,加剧和削减幅度分别为12.8%和6.4%。结论: MaxEnt模型用于林地浅表层滑坡风险模拟具有较高模拟精度,能够直观表达浅表层滑坡风险对各影响因子的响应;利用MaxEnt模型预测林地浅表层滑坡风险时,除了地质、地形、地貌、土壤等常规影响因素外,植被因素也是关键环境变量,其对模拟精度具有重要贡献;植被因素的存在整体上不改变浅表层滑坡风险对其他影响因子的响应趋势,但对于某些非植被因素的极端值所产生的浅表层滑坡风险具有重要影响,呈现出耦合效应,既可能加剧也可能削弱浅表层滑坡风险。
目的: 探究初植(同龄混植)和补植(异龄混植)阔叶树对湿地松养分获取和利用策略的影响,为湿地松林的科学管理提供参考。方法: 以种植于我国亚热带红壤丘陵区的湿地松林为对象,基于长期单种和混交试验平台,分别在林龄30年且立地条件相似的湿地松纯林、湿地松-木荷初植混交林、湿地松-木荷补植混交林(补植木荷14年)中构建5块20 m×20 m标准样地(共15块样地),采集湿地松标准木的根际土壤、细根、枝、新鲜叶和凋落叶样品,测定土壤和植物各器官的氮(N)、磷(P)含量,评估不同混交模式对根养分捕获能力、叶养分回收和树木养分转运的影响,揭示养分获取策略变化的驱动因素。结果: 混交阔叶树显著提高湿地松根际土壤的NH4+-N和矿质氮含量(P < 0.05),但根际土壤养分含量在初植和补植混交林之间无显著差异(P > 0.05);整体看,混交阔叶树提高湿地松各器官的N、P含量,其中初植混交效应比补植好。与纯林相比,初植混交林中湿地松根氮和磷捕获能力分别显著提高14.04%和46.16%,叶氮回收效率显著降低6.07%,磷回收效率显著提高15.49%。尽管补植阔叶树降低根养分捕获成本,但阔叶树根系抑制湿地松根系的养分捕获能力,导致补植混交林中湿地松根养分捕获能力和叶养分回收效率均无显著变化。此外,与纯林相比,初植混交林中湿地松运输根向枝、叶的N转运分别提高36.05%和15.61%,P转运分别降低35.13%和36.52%;补植混交林中N转运无显著变化,但运输根向枝、叶的P转运比在纯林分别降低53.21%和40.17%。结论: 混交阔叶树提高红壤丘陵区湿地松根际土壤和植株各器官的养分含量,改变湿地松养分获取策略,其中初植比补植更能促进湿地松的养分获取和利用。此外,养分在植物体内的转运过程可被检测,且反映根捕获和叶回收的权衡关系。
目的: 探究南方典型酸雨区树木生长的酸雨响应,为明晰酸雨对森林生态系统的影响提供科学依据。方法: 以重庆缙云山优势树种马尾松和润楠为研究对象,采用树轮气候学方法,分别采集马尾松40株和润楠35株建立树轮宽度年表,计算胸径断面积增长量,分析马尾松和润楠的生长趋势及其对酸雨因子的响应。结果: 1) 马尾松和润楠标准年表的样本总体代表性分别为0.942和0.869,马尾松标准年表的样本总体代表性、平均敏感度、一阶自相关和第一主成分解释量均大于润楠;2) 1961—2020年马尾松和润楠生长均曾受酸雨抑制,其中马尾松生长受抑制时间长于润楠,但均在2010年后出现生长恢复;3) 缙云山酸雨类型从硫酸型过渡到硫酸-硝酸混合型,平均气温和降水量不是近20年树木生长的主要限制因子;马尾松和润楠径向生长与降雨pH呈显著正相关(P<0.05),与降雨中SO42?浓度呈显著负相关(P<0.05);润楠径向生长与降雨中NO3?浓度呈显著负相关(P<0.05),马尾松径向生长与降雨中NH4+浓度呈显著负相关(P<0.05);4) 多元线性逐步回归模型表明,年尺度的降雨SO42?浓度和NO3?浓度分别对马尾松和润楠径向生长有极显著负面影响(P<0.01),分别可解释65.5%和29.5%的生长变异。结论: 酸雨中SO42?和NO3?浓度是缙云山地区树木生长的主要限制因子,利用树轮研究酸雨对树木生长的影响具有很大潜力。
目的: 基于SSR分子标记技术研究珍稀濒危保护树种闽楠群体的遗传结构,构建核心种质资源库,为种质资源的科学管理、有效保护和高效利用提供理论依据。方法: 利用33对多态性SSR引物,分析来自福建、江西、湖南、浙江、广西5省(区)27个种源地218个闽楠家系425份种质资源群体的遗传多样性和遗传结构。应用DateTrans1.0联合Popgene32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) 和Nei’s基因多样性指数(H);运用STRUCTURE 2.3.4软件对9个闽楠群体进行遗传类群划分。采用最小距离逐步取样法构建核心种质库,通过对相关遗传参数的t检验验证核心种质库的有效性。结果: 依据种质来源地的地理分布,218个家系可分成9个群体;种质资源群体的平均有效等位基因数(Ne)、观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)均值、Shannon信息指数(I)分别为2.159、0.224、0.477和0.841,表明闽楠种质资源群体具较高遗传多样性;群体遗传结构分析表明,9个群体可划分为3个亚群;425份原始种质经最小距离逐步聚类取样得到85份核心种质和340份保留种质,核心种质占原始种质的20%,其Na、Ne、Ho、He、I和H保留率分别为92.318%、103.803%、116.652%、105.052%、103.341%和104.664%。t检验表明核心种质和原始种质的遗传多样性参数无显著差异,能充分代表原始种质的遗传多样性。结论: 构建的核心种质库在保留原始种质库遗传多样性的基础上,去除遗传冗余,有利于闽楠种质资源的有效保护和科学利用,为进一步育种工作奠定基础。
目的: 研究油桐芽苗砧嫁接繁育新技术,建立油桐芽苗砧嫁接无性繁殖技术体系,为油桐良种无性化育苗提供新途径。方法: 以千年桐和三年桐种子培育的芽苗为砧木,以‘华桐1号’家系当年生半木质化带芽茎段为接穗,连续2年研究不同砧木物种、嫁接方法、嫁接膜类型、嫁接时期、苗床及移栽高度等因素对油桐芽苗砧嫁接成活的影响,并观察嫁接后伤口愈合的显微解剖结构。结果: 1) 在其他外界因素较优的条件下,以三年桐和千年桐为砧木,油桐嫁接成活率均可达89.0%以上,前期生长无显著差异。以千年桐为砧木,采用劈接法用塑料膜绑扎的成活率比铝箔片高184.0%,差异显著(P < 0.05);用塑料膜绑扎劈接的成活率比合接高58.7%,差异显著(P < 0.05)。2) 适宜油桐芽苗砧嫁接的接穗腋芽上、下部和叶柄长度分别为1.0、3.0和0.5 cm,适宜的砧木劈接切口长1.5 cm、移栽苗床高度15 cm、遮荫网透光率为25%、移栽时嫁接口高于地面。3) 不同嫁接时期对油桐芽苗砧嫁接的成活率影响显著,6月上旬的嫁接成活率比5月中旬高51.5%,差异显著(P < 0.05),且6月上旬嫁接的油桐苗后期长势较好。4) 观察腋芽的生长过程及嫁接口的愈伤组织解剖结构发现,嫁接10天后伤口部分愈合,腋芽开始膨大,20天后腋芽萌发长出新叶,70天后接穗和砧木的伤口愈合度高,解开嫁接膜有利于后期嫁接苗生长。结论: 本研究建立的油桐芽苗砧嫁接无性繁殖技术体系,6月大田大量育苗的嫁接成活率整体达70.0%以上,可为今后油桐良种无性化育苗提供切实可行的途径。
目的: 从印度梨形孢入手,建立印度梨形孢与杜鹃共生体系,为提高现有园林绿化杜鹃的抗旱性提供新思路。方法: 采用国内园林绿地常用锦绣杜鹃品种‘紫蝴蝶’,持续浇灌印度梨形孢菌液6次,共计30天,建立印度梨形孢与杜鹃共生体系,探究定殖印度梨形孢的杜鹃植株形态结构变化,评价印度梨形孢对杜鹃抗旱性的作用及部分相关生理生化指标的变化。结果: 浇灌印度梨形孢菌液4次(第20天)后发现印度梨形孢已逐步定殖于杜鹃根系,浇灌5、6次(第25、30天)后的定殖率分别达91.67%、100%。定殖30天后的杜鹃叶片鲜质量、干质量、叶面积增大,叶片解剖结构的上、下表皮厚度减小,栅栏组织与栅海比增大,叶片结构更紧密,根细胞截面积增大。随着干旱胁迫时间延长,定殖印度梨形孢的杜鹃生长状态较好,干旱胁迫20天后存活率高,叶片相对电导率、脯氨酸含量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性随干旱时间延长的差异不显著,半致死时间显著延长,受胁迫程度轻,抗旱性显著增强。结论: 锦绣杜鹃能与印度梨形孢建立互利共生关系,从而提高其对干旱胁迫的抗性。印度梨形孢可作为提高园林绿化植物杜鹃抗旱性的一种菌剂进行应用。
目的: 对比分析香杨和大青杨木材挥发性成分、香气构成及其关键药用活性物质,为提升杨树木材附加值、生产保健型杨树木制品提供理论基础。方法: 利用固相微萃取采集样品挥发性物质,将采集的样品导入气相色谱质谱联用仪(GCMS)进行成分分离和检测,通过气味阈值与物质相对含量计算其气味活度值。在中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP)数据库中查询已鉴定的挥发性成分,选择口服生物利用度(OB)≥5%、类药性(DL)≥0.14的物质作为主要活性成分,并获得相关靶点和相关疾病信息。结果: 香杨木材比大青杨木材检测出更多挥发性有机化合物(VOCs)和香气化合物,且有较多药用活性成分。香杨和大青杨木材粉末中分别检测出18和16种化学成分,其中包括醇类、烷烃类、醛类、酮类和酯类等物质。香杨木材挥发性物质中检索到8种香气化合物,包括7种关键香气化合物和1种潜在香气化合物,其香气特征表现为黄油、清香、脂香、蘑菇、香草、树脂、花香、清香;大青杨木材挥发性物质中检索到5种香气化合物,且均为关键香气化合物。除黄油、清香、脂香等怡人气味特征外,大青杨木材中关键气味化合物2-己酮的气味较为刺鼻。香杨和大青杨木材共有挥发性成分中包括5种药用成分,分别为乙偶姻、己醛、4,6-二甲基-十二烷、3-辛酮、十四烷;香杨木材挥发物中特有的药用成分有4种,分别为2,3-丁二醇、1-辛基-3-醇、1-己醇、β-柏木烯;大青杨木材挥发物中特有的药用成分有2种,分别为十五烷醛和1-十六烷醇,其中1-十六烷醇是人体健康的有效关键成分。结论: 香杨木材挥发物中具有更多香气化合物和药用活性成分。大青杨木材中关键性气味化合物2-己酮气味较为刺鼻,可能对室内环境和人体存在潜在危害。香杨木材有更清新的香气特征且挥发物中含较多对人体健康有益的药用成分,可作为保健型木材生产的候选树种。
目的: 探明香榧藻斑病的病原种类及其生物学特性,筛选对香榧藻斑病具有良好防治效果的药剂,为香榧藻斑病防治提供科学依据。方法: 在浙江省香榧主产区采集藻斑病病叶,结合传统形态学方法与分子生物学手段对从病叶中分离获得的香榧绿藻进行鉴定,明确病原藻的生物学特性,通过室内毒力测定和林间防治试验筛选防治香榧藻斑病的优良药剂。结果: 1) 从香榧藻斑病病叶中分离获得3种病原绿藻类群,结合藻株形态学特点以及SSU-ITS区间序列分析,3种绿藻类群分别被鉴定为链带藻、软克里藻和Tritostichococcus corticulus,均为香榧病原新记录种。3种香榧绿藻的培养条件相似,均适宜在初始pH 11、温度25 ℃、光照/黑暗为12 h/12 h光周期下的BG-11培养基中生长。2) 以混合藻为靶标进行室内毒力测定试验显示,12%松脂酸铜悬浮剂灭藻效果最好,EC50可达8.33 mg·L?1,显著低于其他药剂(P<0.05),其后依次为33.5%喹啉铜悬浮剂、80%波尔多液、20%噻菌铜悬浮剂和45%石硫合剂。林间防治试验表明,施药30天后,12%松脂酸铜和33.5%喹啉铜悬浮剂的防治效果分别达78.11%和71.62%。结论: 从浙江省香榧上新发现3种病原绿藻类群,藻群生物学特性类似。室内毒力测定和林间防治试验表明,12%松脂酸铜和33.5%喹啉铜悬浮剂对香榧藻斑病有较好防治效果。
目的: 为实现大规模定制家具更高效、更低碳的智能制造,有必要在自动化、连续化生产的基础上实施更精准的智慧生产决策,将生产管理由传统的批次级推进到板件级,以差异化的工序作业时间为基础开展生产调度。本研究通过分析数控钻孔作业时间的关键影响因素,构建可预测每一张板件数控钻孔作业时间的数学模型,在生产前获得较为精准的作业时间数据,解决定制家具板件差异化作业时间数据缺失的现实问题,为定制家具的板件级生产调度夯实数据基础。方法: 基于定制家具制造实际,从数控钻孔加工中心的作业逻辑着手,分析不同数据条件下影响数控钻孔作业时间的关键因素,通过MES(制造执行系统)从设备底层采集6万余条历史作业时间数据,构建解析程序提取关键影响因素,搭建使用Mish激活函数的3层人工神经网络模型,并引入动量和学习率衰减算法提高模型精度和运算效率,实现定制家具数控钻孔工序板件级作业时间的预测。结果: 不同数据条件下,人工神经网络模型可实现良好预测效果,其中基于数控程序提取的9维变量对平均作业时间的预测误差率为2.68%,具备对工序总体效能进行预测的能力;单一板件预测结果平均绝对误差为2.87 s,显著优于同等数据条件下的常规线性回归模型,对指导板件级精准调度具有实际意义。结论: 通过MES大量采集历史作业时间数据,构建解析程序,提取关键影响因素,基于制造大数据搭建3层人工神经网络模型,能够较精准预测板件级数控钻孔作业时间,为实现定制家具制造过程的设备与工艺优化、基于单张板件开展精准生产调度、构建家具制造数字孪生车间打下良好数据基础,推动智能制造在定制家具领域的实践。
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。
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。
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。
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LbGALA和LbNI基因表达量显著上调。3) CO2浓度升高处理下,基因LbGAE、LbNI、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(Gs;P<0.01)、冠层分离指数(Ω;P<0.05)和Priestley-Taylor系数(α;P < 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
森林观测信息的生产是支持智慧林业工作开展的基础和先导。本文以森林观测仪器技术体系的构建历史、现状和未来为切入点,以基础性公共技术的发展脉络为支撑,深入分析森林观测仪器与森林观测需求的耦合程度。传统森林观测仪器体系在时效性和准确性上已经无法满足日益发展的林业调查的需要,观测仪器存在孤立性高、难以集成、操作繁琐、效率低等问题。这主要是由于当前针对森林观测研究偏重对成熟仪器使用和数据分析,观测仪器的研发偏重算法补偿和集成第三方元件,轻物理结构设计等因素造成。面对基本测量原理鲜有更新、森林观测标准制定滞后于新型技术发展等问题,本文从对观测仪器现在和未来的联合模式进行阐述,从逻辑架构到物理技术层面上分析森林观测仪器联合模式可能在未来出现的发展状况与应用前景。最后,基于当前基础性技术发展的趋势,对可能出现的几种新形态的森林观测仪器进行推测,并以此展望在近未来可能在中国实现的一种智能森林观测体系的雏形。
目的: 定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。方法: 首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为例,结合设计的机器视觉算法,对林木激光点云进行枝叶分离和单叶分割,并用合适大小的椭圆形和圆柱体几何单元分别拟合每片叶片和骨架,开展林木真实模型重建; 其次,运用计算机图形学方法,结合研究地点的经纬度和时刻,模拟太阳入射光线,并引入物理学的双向反射和透射分布函数及蒙特卡洛光线追踪算法,开展反射和透射光线与冠层内叶片的碰撞模拟;最后,根据仪器测量得到的不同树种叶片平均粗糙度和折射率,结合光线追踪算法,实现林木冠层内短波辐射分布计算和木林冠层光截获效率评估。结果: 利用本研究方法计算时空变换下不同树种(芒果、橡胶、紫薇、樱花)4株树冠及一片香樟树林的直射、反射和透射太阳辐射通量,其中直射辐射通量占比约86%、反射辐射通量占比约5%、透射辐射通量占比约9%。叶面积指数高的树冠会拦截更多直射和透射光线;在太阳高度角较小时刻(上午或下午),斜射的太阳光线反射后易与树冠中其他叶片发生二次求交,产生较多反射辐射通量。同时,由于林木的趋光性,中午树冠光线拦截率高于上午和下午10%左右。比对采用本研究方法计算的树冠辐射通量拦截比值和样地手持光电仪器实测结果,绝对误差小于6%。结论: 在测绘科学、计算机图形学及林学多学科视角融合下,本研究基于激光点云重建树木真实表观形态结构,并将蒙特卡洛光线追踪算法与物理学的双向反射和透射分布函数相融合,真实模拟光线在树冠中的传播过程,可准确获取林木冠层内太阳短波辐射分布与树冠辐射通量拦截值,对研究时空变换下林木太阳辐射吸收、光强与树冠形态结构的耦合关联及不同表型参数的林冠辐射传输模型均有重要启示意义。
目的: 分析胡杨种群在干旱区不同地下水埋深梯度下的空间分布格局及种内竞争强度变化,探究种群空间结构对干旱环境的响应特征。方法: 在塔里木河下游3个断面处离河道1 000 m的范围内等距离布设15个50 m×50 m天然胡杨林样地,利用地面激光雷达(TLS)获取树木三维结构数据,并通过聚集指数(R)、丛生指数(I)、点格局函数g(r)等空间分布指标以及竞争指数(CI),分析空间分布格局和种内竞争强度。结果: 1)R和I指数表明,在下游不同地下水埋深梯度下,胡杨种群空间分布格局整体上呈聚集分布。2)各样地内在0~25 m半径r距离获取的g(r)函数值分析表明,大部分样地胡杨在r< 5 m距离内基本呈现聚集分布格局,在r>5 m距离呈随机分布格局。随着地下水埋深增加,树木聚集分布的距离r会缩小。3)点格局函数g12(r)结果表明,不同龄级胡杨树分布格局存在差异,中龄树主要呈聚集分布,其他龄级树呈随机分布;中龄树与幼龄树、成熟树之间存在正关联性,表现出相互促进关系,而其他龄级树木之间未呈现显著关联性。4)平均CI指数随离河道距离增大呈递减趋势,单木CI随胸径增大逐渐递减。结论: 塔里木河下游胡杨种群在小尺度上呈聚集分布格局,随着尺度的增加主要呈现随机分布特征。随离河道距离增大和地下水位逐步降低,导致树木密度降低和种内平均竞争强度变弱,树木呈衰退趋势。
目的: 利用深度学习进行树叶识别时需要大量训练样本,当样本量不足、图像风格单一会导致识别准确率不稳定。研究利用少量的样本进行树叶图像增殖和风格转换,可极大减轻数据采集的负担,为提升林业调查信息化、智能化提供有效的技术手段和理论支撑。方法: 采集6种树种的树叶图像建立数据集,引入light-weight GAN对图像进行增殖和风格转换,扩充人工拍摄的树叶数据集,通过在该数据集与原数据集上分别应用AlexNet、GoogLeNet、ResNet34和ShuffleNetV2四种深度卷积神经网络进行训练,分析生成对抗网络的图像增殖技术在树叶识别中的作用。综合模型准确率和训练时间等性能指标选择最优模型,同时对模型的学习率进行调整。使用测试样本对参数优化后的模型进行验证,分析该方法在实践中的可行性和意义。结果: 基于生成对抗网络生成的样本具有高清晰度,高保真性,能够有效地辅助神经网络模型的训练工作,同时也丰富了样本类别,使之获得包含更多不同季节、形状、健康状况的树叶图像。与原始数据集相比,AlexNet、GoogLeNet、ResNet34和ShuffleNetV2四种网络在新数据集的训练上均表现出训练误差更小、验证精度更高的特点,其中学习率为0.01的ShuffleNetV2模型对该数据集的训练效果最好,训练时最高验证精度为99.7%。使用未参与训练的测试样本对该模型进行验证,模型对各树叶的识别效果较好,模型的总体识别准确率高达99.8%。与未使用GAN技术的普通深度卷积神经网络相比,本文提出的模型对树叶识别准确率明显提升。结论: 生成对抗网络可以有效地扩充图像数量,对图像进行风格转换,与深度卷积神经网络相结合,可以显著提高树叶识别准确率,适合应用于林业树叶识别领域。
目的: 利用云计算手段模拟林火蔓延过程,规划火灾应急路径,以促进救援力量快速、高效到达指定火灾地点,为布置林火阻隔措施预留充足时间。研究也为吉林省通化市东昌区的林火应急响应和预防规划提出建设性意见。方法: 以吉林省通化市东昌区为研究区域进行实地调研和模型推演。着眼于林火点单源和多源差异性,利用应急路径规划模型、Dijkstra算法模拟计算单源林火情况下最短救援路径,并纳入多源林火优先级理论,实现救援资源利用最大化。采用FARSITE模型对区域实例森林火灾进行蔓延速率模拟,获取林火发生后各阶段实时数据,综合考虑森林火点附近资源布局情况以及道路交通能力,进行救援路径的推算和防火道路的布局,以验证方法的可行性,并对森林火灾应急响应救援路径进行智能优选。结果: 在一般森林火灾发生时单个着火点的公式基础上,为2个及以上着火点引入优先级理论,再根据火情严重程度通过Dijkstra算法进行依次推演。此外,增加μ作为通行能力系数,以考虑路况、道路属性对救援通行时间的影响,得到新的路径公式。通过FARSITE模型,对2010年 “5.3”一般森林火灾(20100503-220502-01)进行蔓延推演,在火源点起火5 h后,如果没有得到有效的人为干预,火情将演变为重大森林火灾,并蔓延到人居地区。由于风向影响,火源点东北侧的火情优先级高于北侧,若有条件同时进行救援,应急资源应按优先级倾斜。结论: 模拟结果表明,通过应急路径规划模型、Dijkstra算法和优先级理论,可以提高救援路径的获取速率,提前进行资源调配和人员安排,FARSITE模拟结合防火道路规划,联系火灾发生后各时间段的蔓延情况,能有效提升森林火灾决策效率,事半功倍地形成林火应急响应和预防规划方案。
目的: 探究影响木材密度的解剖学机制,揭示茎叶解剖和生理性状的协同与权衡关系,有助于阐明不同树种适应环境的生理生态机制。方法: 选择宝天曼天然林中常见的8种落叶阔叶树,测定木材密度、木质部导管及纤维等解剖性状、叶片压力-容积曲线参数等21个茎叶性状,探究决定木材密度的解剖学性状,分析茎叶性状的协同和权衡关系。结果: 1) 8个树种的木材密度与组成木质部的导管、薄壁组织和纤维组织这3大组织的比例都不相关,更多受到纤维细胞性状的影响。2) 对木材密度影响最大的木质部性状是纤维细胞腔占横截面的比例,其次是纤维细胞壁占纤维细胞的比例、纤维细胞壁厚与腔直径比、纤维细胞壁厚度等性状。3) 木材密度与叶片单叶面积、失膨压时相对含水量和弹性模量呈负相关。4) 失膨压时相对含水量与导管水力直径、最大导管直径、平均导管直径、纤维细胞腔面积、纤维细胞腔直径呈正相关;与导管密度、纤维细胞壁厚与腔直径比、纤维细胞壁占横截面比例呈负相关。结论: 木材密度主要由纤维细胞性状决定,而非导管和薄壁组织性状;高的叶片忍耐失水能力耦合于致密的茎纤维细胞和木材密度。
目的: 研究西藏“一江两河”中部流域造林地和邻近未造林地土壤理化性质差异性及其变化趋势,旨在为西藏重点区域人工造林及其林分经营提供理论参考,提高对该区人工造林地土壤肥力的系统性认识。方法: 以人工林(造林地)及其对照地(和造林地邻近的具有相同初始条件的非林地)土壤为研究对象,采用配对样地法,于2016年7—11月对54对样地0~80 cm土层分4层(0~20,20~40,40~60,60~80 cm)进行土壤调查取样,测定各土层土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、水解性氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、土壤密度(BD)、土壤质量含水量(MWC)、pH值、土壤粒径分布(PSD)等理化性质,通过两个关联样本检验方法、养分分级、主成分分析方法分析比较人工造林对土壤理化性质的影响。结果: 人工林较对照地0~80 cm土层剖面土壤BD、TP和AP分别显著降低了6.0%、10.5%和36.5%,MWC、TN和SOM分别显著增加了22.4%、28.6%和16.8%,AP变幅最大,TN增幅最高,pH、AK、TK、AN和PSD变化不显著。未造林地氮、磷、钾、有机质养分等级属于“稍缺”或更差水平的样地占比均在63.1%以上,TN养分等级最差;人工林氮、磷、钾、有机质养分等级属于“稍缺”或更差水平的样地占比均在73%以上,AP养分等级最差,AP由 “不缺水平”转为“缺”水平的样地比例最高。对照地土壤养分含量的分级排序为TP>AK>TK>AP>SOM>AN>TN(“>”左侧养分状况优于右侧,下同),人工林的排序为TP>AK>TK>TN>SOM>AN>AP。土壤肥力主要受有机质、全氮、土壤砂粒含量的综合影响,人工林和对照地差异不显著。结论: “一江两河”中部流域作为西藏人工造林的重点区域,人工造林对土壤BD、MWC、TN、TP、AP、SOM影响显著,造林后人工林土壤密度、土壤质量含水量、有机质、氮素理化性质趋好,而磷素养分条件变差。人工林土壤最缺AP,土壤养分由未造林地的N限制最强烈转变为了人工林的P限制最强烈,土壤肥力的提升受AP限制,但无论造林与否,土壤养分均表现为普遍缺乏。西藏人工造林应加强土肥管理,注重土壤养分的整体提升,造林前可加强有机肥的使用,后期管护注重磷肥的使用,以提高造林成效、改善土壤肥力。
目的: 以宁夏南部黄土丘陵区带状山杏人工林为例,揭示林带内与带间的不同深度处土壤湿度的时空变化及其关键环境影响因素,为半干旱区林草植被科学管理及雨水资源高效利用提供依据。方法: 2020—2022年,在宁夏彭阳县山杏人工林带内和带间各布设1套200 cm测深的智墒传感器,分层逐时监测土壤体积含水量和土壤温度变化,同时布设1台气象站连续监测近地面降水、气温、空气湿度等气象条件,采用相关分析探究土壤湿度对前1日土壤湿度、土壤温度和气象因子的响应规律。结果: 2020年和2021年为平水年,降水量分别为467.4和440.8 mm;2022年为枯水年,降水量为354.8 mm;土壤体积含水量平均值为平水年(2021年,17.0%)显著高于枯水年(2022年,14.3%)。土壤体积含水量随土层加深呈近线性增加,其斜率表现为林带间高于林带内,平水年高于枯水年。在0~120 cm土层的土壤体积含水量为林带内(15.3%)高于林带间(14.0%),但在120~200 cm土层为林带间(17.6%)高于林带内(16.8%)。在0~60 cm土层的土壤体积含水量变异系数为林带间(42.9%)高于林带内(37.8%),但在60~200 cm土层为林带内(23.2%)高于林带间(19.1%)。土壤湿度变化的季节格局为:相对稳定期(3—4月)、耗损期(5—8月)、恢复期(9—11月)和衰退期(12月—次年2月),最大值多出现在4月,最小值出现在8月(平水年)和12月(枯水年);土壤湿度变化的垂直空间格局为:速变层(0~50 cm)、活跃层(50~90 cm)、次活跃层(90~170 cm)、相对稳定层(170~200 cm)。相关分析发现,土壤湿度日变化相关性最强的环境因子为正相关的前1日土壤湿度和负相关的土壤温度,月变化相关性最强的环境因子为负相关的土壤温度。结论: 宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林林带内和林带间土壤湿度在季节和剖面上均表现出较大波动,枯水年比平水年波动的层次更深。综合分析发现前1日土壤湿度、土壤温度、气象因子均是影响枯水年和平水年日及月尺度各剖面层次土壤湿度变化的要素。其中,前1日土壤湿度和土壤温度为主要影响因子;在0~120 cm土层内的土壤湿度为林带内高于林带间。本研究结果对宁夏半干旱黄土区水平沟整地后退化植被科学恢复及土壤水分高效利用有很好的指导意义。
目的: 通过对油松生长季夜间液流特征和环境驱动因素的研究,揭示夜间液流组分拆分特征,探讨夜间液流的组分与气象因子之间的相关关系,以及茎干补水对气象因子的响应,为华北土石山区水资源和水源涵养林管理决策提供理论依据。方法: 以华北土石山区的油松作为研究对象,根据径阶大小选取18棵样树,在2014年生长季运用Granier热扩散探针技术(TDP)持续观测夜间液流,结合称重式蒸渗仪和自制微型蒸渗仪来计算蒸腾量,解析夜间液流的去向;并进行夜间液流与土壤含水量、大气温度、湿度及光合有效辐射等气象因子的相关分析,以确定主要驱动因素。结果: 在6—9月典型晴天,夜间液流速率都呈逐渐降低趋势,18:00—24:00的夜间液流速率高于00:00—05:00,夜间液流主要用于对白天失水过多的茎干进行补水,以至于在24:00时油松茎干储水量基本达到饱和,因此,00:00—05:00夜间液流速率趋于稳定;油松夜间液流用于茎干补水的比例(95.34%)显著高于用于夜间蒸腾量的比例(4.66%);油松夜间茎干补水量与饱和水汽压差呈极显著正相关(R2=0.793, P < 0.01),而对土壤含水量变化响应不敏感(R2=0.105, P > 0.05),表明夜间液流主要受饱和水汽压影响。结论: 华北土石山区的油松生长季夜间液流随着夜间时间的进行呈现逐渐降低的趋势;绝大部分的夜间液流用于夜间茎干补水,在气象因子中,饱和水汽压是驱动夜间茎干补水及夜间液流的重要因子(P < 0.01)。
目的: 探究高浓度氯盐胁迫下桧柏容器苗施加不同质量分数黄腐酸钾(FA-K)后的生长和生理特性,揭示FA-K缓解高浓度氯盐胁迫下桧柏的生理响应机制及差异性,为冬季北方高速公路中央分隔绿化带桧柏的管理维护提供技术支撑。方法: 选取2年生桧柏容器苗开展盆栽试验,以正常生长为对照,设置0.7% NaCl和0.7% CaCl2 2种盐分,每种盐分设置0、0.05%、0.10%、0.30%和0.50% 5种质量分数FA-K处理,测定各处理下桧柏苗生长指标(苗高生长量、地径生长量、生物量、根冠比)、光合色素含量(叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素)、相对电导率、丙二醛含量、渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖)含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性。结果: 1) 0.7% CaCl2胁迫对桧柏苗生长的抑制作用大于0.7% NaCl胁迫;0.7% CaCl2胁迫下桧柏苗除可溶性糖和类胡萝卜素含量低于NaCl胁迫外,其他生理指标(叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量、丙二醛含量、脯氨酸含量、相对电导率、过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性)均高于NaCl胁迫;2) 2种盐胁迫下,施加FA-K均使桧柏苗苗高生长量、地径生长量、生物量增加,叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量上升,相对电导率和丙二醛含量下降,超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性、脯氨酸和可溶性糖含量呈低-高-低的变化趋势,0.50% FA-K下2种盐胁迫的幼苗生长接近对照;3) 相较0.7% NaCl胁迫,FA-K对0.7% CaCl2胁迫表现出更好的缓解作用。结论: 高浓度氯盐胁迫显著抑制桧柏苗生长和存活,0.7% CaCl2抑制作用比0.7% NaCl强;FA-K能够有效缓解NaCl和CaCl2胁迫,0.50% FA-K缓解效果较佳。
目的: 探究影响板栗分布的主导环境因子,模拟不同气候条件下板栗潜在分布区,为板栗种质资源保护和引种提供理论依据。方法: 基于472个板栗现有种群分布地理信息与21个环境变量,采用物种分布组合模型模拟板栗潜在适宜分布区,通过AUC与TSS值评价模型准确性。利用组合模型推测末次冰盛期、全新世中期、当前、2030年和2050年板栗适宜区分布及其变化趋势。结果: 1) 10种模型中,RF、GBM、MARES和GAM预测精度最好且稳定,最终组合模型AUC和TSS值分别为0.974和0.816,精度较高。2) 影响板栗地理分布的主要环境因子为最冷月极端低温、海拔、最湿季降水量、年温变化范围和最湿月降水量,累计贡献率达89.79%。3) 当前气候条件下中国潜在板栗适宜区分布广泛,自末次冰盛期以来,板栗适宜区不断向高纬度地区扩张,气候越暖扩张越快。但板栗整体适宜性不断下降,南方较为突出,北方则降幅较小,高适宜区总面积逐步减少。结论: 气候和地形因子共同影响板栗的地理分布,其中气候因子中温度因子贡献最大,地形因子中海拔因子贡献最大。当前气候条件下板栗在中国适宜区分布广泛,建议在高适宜区进行引种栽植及种质资源保护,当未来气候不利于板栗生长时向高纬度适宜区进行迁移引种,减少气候变化带来的损失。
目的: 开发簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,为开展簸箕柳和三蕊柳杂交选育速生、抗虫新种质的真实性鉴定提供参考。方法: 利用簸箕柳和三蕊柳重测序数据,开展全基因组SNP位点分析,筛选出种特异性的SNP位点并设计KASP引物,利用SeqHunter2检测设计引物在簸箕柳中的通用性,并利用簸箕柳和三蕊柳自然群体材料对合成的引物进行实验验证,筛选出簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,并对它们的杂交子代进行真实性鉴别。结果: 将三蕊柳和簸箕柳重测序的数据比对到三蕊柳基因组,共获得个6 598 144个SNPs。经过筛选,最终在簸箕柳中检测到674 144个和三蕊柳相比为纯合突变的位点。从每条染色体上随机选取100个位点用于KASP引物设计,在1 900个SNPs位点中,750个SNP位点可以成功设计出KASP引物。从每条染色体上选取2组,共选取38组引物,通过SeqHunter2检测得到11组引物在簸箕柳中是通用的。利用簸箕柳和三蕊柳自然群体DNA对合成的10组通用引物进行种内保守和种间差异性检测,获得4组在簸箕柳、三蕊柳和种间杂交子代中聚类明显的引物。引物Stri08_82809、Stri14_11602、Stri14_12274和Stri17_10731在簸箕柳自然群体中分别扩增出纯合G/G、T/T、A/A和T/T位点,在三蕊柳自然群体分别扩增出纯合A/A、C/C、G/G和C/C位点,而在真实杂交子代中分别扩增出G/A、T/C、A/G和T/C杂合位点。利用上述4组引物对簸箕柳×三蕊柳的杂交子代进行鉴定,发现在31个杂交子代中,29个个体扩增出杂合位点,说明同时遗传了2个亲本的特征位点,为真实的种间杂交子代。有2个个体扩增的位点为纯合且和母本相同,说明这2个子代为簸箕柳花粉污染的子代。结论: 本研究获得了簸箕柳和三蕊柳种间特异性KASP标记4组,可以准确快速的开展簸箕柳和三蕊柳种间杂交子代的真实性鉴别,为进一步簸箕柳和三蕊柳种间杂交及回交创制抗虫新品种提供了技术支持。
目的: BBX (B-box) 是锌指结构蛋白转录因子家族中一个重要的亚家族,在植物生长发育、植物信号转导及逆境胁迫响应中具有重要的调控作用。对蜡梅BBX24基因的克隆与分析,有利于丰富植物中对BBX基因家族的认识,为蜡梅抗逆调节机制提供新的理论依据。方法: 以蜡梅转录组数据库中获得的蜡梅CpBBX24基因cDNA序列为基础克隆基因全长,使用DNAStar 和MEGA进行序列分析和进化树构建。采用qRT-PCR进行蜡梅不同组织及不同花期表达特性分析,以及ABA、MeJA、干旱、高盐、高温和低温等处理后表达分析。同时,使用Gateway技术构建植物表达载体,花絮侵染法转化拟南芥,对T3代纯合系进行表型观察及非生物胁迫耐性分析。结果: 获得CpBBX24的cDNA序列长为1374 bp,包含729 bp 的开放阅读框(ORF),编码242个氨基酸,分子量为26.54 kD,等电点为4.93。序列分析表明CpBBX24蛋白在N端有两个串联的B-box结构域,其C端不包含CCT结构域。表达特性分析表明,CpBBX24在蜡梅根、茎、子叶、幼叶、成熟叶各器官,外瓣、内瓣、雌蕊、雄蕊等组织中均有表达,其中在子叶中表达量最高。在不同开花时期,CpBBX24表达呈波动变化,在衰老期表达量最高。ABA、MeJA、干旱、高盐、高温和低温均能诱导CpBBX24基因的表达,表达趋势各有差异。在PEG(30% PEG-6000)、高盐(300 mmol·L?1 NaCl)、高温(42 ℃)、低温(4 ℃)胁迫下,转基因拟南芥处理后植株总体生长状态优于野生型,相对电导率和丙二醛浓度数值显著低于野生型,说明CpBBX24基因过表达增强了拟南芥的干旱、高盐、高温及低温胁迫耐性。结论: ABA、MeJA、干旱、高盐、高温和低温等处理诱导了CpBBX24的表达,说明其可能参与蜡梅的逆境胁迫耐性调控。CpBBX24的过表达增强了拟南芥的干旱、高盐、高温及低温等胁迫耐性。这些结果表明 CpBBX24 基因在干旱、高盐、低温和高温等胁迫响应中发挥重要作用。
目的: 对比分析黑龙江大兴安岭林区雷击火与人为火发生规律的差异性变化,为研究区针对性的开展火源管理及合理制定火灾防控政策提供科学依据和参考。方法: 基于研究区1966—2021年间发生的森林火灾数据,按火因归类筛选出雷击火和人为火,通过方差分析、线性拟合等方法对比分析雷击火与人为火在不同时间尺度上的发生差异、规律变化及火灾季的变化趋势。结果: 1966—2021年间研究区共发生森林火灾1 887起,其中雷击火932起,人为火503起,占比分别为49.39%和26.66%。雷击火与人为火在发生年份、月份和时段等不同时间尺度上均有显著差异。研究区雷击火数量呈波动增加,而人为火数量呈波动减少的趋势,尤其是1987年之后研究区雷击火数量逐渐高于人为火,但从整体看研究区森林火灾总数变化并不显著。从火灾面积来看,研究区雷击火面积整体呈增加趋势,而人为火和总森林火灾面积呈减少趋势。研究区雷击火集中发生在6、7月份,人为火多发生于4、5月份,且呈现夏季防火期雷击火数量显著增多,但雷击火面积变化并不显著,春季防火期人为火数量和面积显著减少的变化趋势。从发生时段上看,研究区人为火高发时段为10:00—15:00,而雷击火高发期在12:00—17:00。雷击火和人为火在不同时间尺度上的变化差异造成了研究区火灾季节的变动,其中雷击火灾季呈延后扩张的趋势,人为火灾季呈逐渐缩短的趋势,总森林火灾季呈收缩变短的趋势。结论: 受气候变化及防火政策的影响,黑龙江大兴安岭雷击火与人为火之间的发生规律具有明显的差异性,根据不同火灾类型的发生特点和变化趋势,开展针对性的火灾防控工作是有效降低研究区森林火灾风险的必要前提。
目的: 对比不同腹杆角度下北美黄杉和云杉-松木-冷杉(SPF)华伦式平行弦木桁架的承载性能,探究腹杆角度和结构用材对华伦式平行弦木桁架承载性能的影响规律,为平行弦木桁架结构设计提供理论依据。方法: 以承载力和稳定性为验算指标,利用Smsolver结构力学求解器对平行弦木桁架各杆件的内力变化及其变形情况进行定量分析,得到平行弦木桁架腹杆角度的上、下临界角度和最优腹杆角度;采用ABAQUS有限元软件对3种腹杆角度的北美黄杉和SPF平行弦木桁架进行有限元模型分析与验证,获得不同基材平行弦木桁架在不同腹杆角度情况下的内力变化规律,判断其可能的破坏形式和受力机理;以SPF和北美黄杉为基材分别制作3种腹杆角度的平行弦木桁架,进行抗弯承载性能静力试验,探究平行弦木桁架的极限荷载、应力分布及主要破坏形式,并与有限元模拟结果进行对比,验证平行弦木桁架有限元模型分析的准确性和适用性。结果: 1) 华伦式平行弦木桁架的最优腹杆角度为47°,下临界角度为34°,上临界角度为60°;2) 北美黄杉平行弦木桁架的极限荷载范围为26.53~40.83 kN,跨中挠度范围为30.57~31.01 mm,SPF平行弦木桁架的极限荷载范围为23.48~34.16 kN,跨中挠度范围为31.85~32.05 mm;3) 腹杆角度34°、47°、60°的北美黄杉和SPF平行弦木桁架极限荷载分别为26.53和23.48 kN、35.10和30.06 kN、40.83和34.16 kN,对应跨中挠度分别为31.85和31.01 mm、30.72和32.05 mm、30.57和31.97 mm;4) 北美黄杉平行弦木桁架的破坏形式主要表现为靠近桁架支座处的腹杆出现裂纹以及桁架端部或荷载施加点处齿板拔出,SPF平行弦木桁架的破坏形式主要表现为桁架端部和荷载施加点处齿板拔出;5) ABAQUS有限元模拟和试验验证发现,2种平行弦木桁架跨中处弦杆轴力最大,往两边逐次递减,桁架跨中处腹杆轴力最小,往两边逐次递增,且弦杆轴力大于腹杆。结论: 北美黄杉平行弦木桁架承载性能优于SPF平行弦木桁架;平行弦木桁架的承载性能随腹杆角度增加而增加;2种平行弦木桁架的薄弱点均为桁架端部和荷载施加点处的齿板连接节点;ABAQUS有限元模型能有效反映出平行弦木桁架受力分布和整体结构变形趋势。
增强森林固碳增汇功能是减缓大气二氧化碳浓度上升和全球气候变暖的重要手段,也是实现碳中和国家战略目标的有效途径。本研究基于文献分析法和模型模拟,系统阐述中国森林碳储量和碳汇现状、动态变化与潜力提升途径。根据国家森林资源连续清查数据测算的森林植被碳储量近5年平均年增长0.152 Pg(以C计),2000s—2010s中国陆地生态系统碳汇量约229.7 Tg·a?1(以C计),其中森林植被(指乔木林)碳储量约增加150.6 Tg·a?1(以C计),约占整个陆地生态系统植被碳汇量的65.6%。过去70年,中国森林已从碳源转变为逐渐增强的碳汇。在森林面积保持不变的情景下,相比2000s—2010s时段,2030年后现有乔木林的生物量碳汇将有所下降;如果森林面积未来持续增加,2030—2050年中国新增乔木林的碳汇量仍将呈增加趋势。在全球变化背景下,气候变化及其引发的风险(极端干旱与热浪事件、森林火灾、病虫害等)可能会削弱森林碳汇功能。为维持并提升森林碳储量和碳汇潜力,需要采取森林碳储与碳汇双增以及森林碳汇与木质林产品碳库协同提升的策略,从保碳、增碳、扩碳和碳资源化利用的汇转移4个途径对森林资源实施保护修复、精准绿化、科学经营与合理利用以及多时空尺度的优化布局,同时重视森林土壤碳库增汇的长期效应。在林业减缓和适应气候变化框架下,森林碳汇潜力提升未来研究重点是科学推进国土绿化适宜造林地和树种选择,森林经营增汇技术,森林碳储、碳汇协同提升与木质产品库的碳汇转移与存续的时空配置优化模式,森林土壤固碳增汇机制以及潜力研究,准确评估森林碳汇对实现国家碳中和目标的贡献及其时间表和路线图。
原始森林是指由乡土树种自然演替而成,没有明显人为干扰痕迹,生态过程没有受到明显影响的森林,其具有复杂的结构和生态功能,是自然界最稳定的碳储库和资源库,对全球气候调节及人类生存发展具有重要作用。在研究领域内明确、规范原始森林的概念和监测方法,有利于世界原始森林资源的清查、保护及监测。本研究在梳理国内外原始森林概念的基础上,归纳总结了原始森林特征,分析了国内外原始森林资源清查和监测的现状,综述了原始森林的重要生态功能:1)原始森林固碳能力存在的碳中性、碳源及碳库假说;2)原始森林具有优于其他森林的水文调节功能;3)原始森林是物种基因库,具有突出的生物多样性保护功能。基于目前对原始森林概念和监测中存在的问题,提出未来研究建议:在森林资源清查中将原始森林单独分类;加大对原始森林生态功能研究,开展原始森林固碳潜力、土壤呼吸的研究;增加原始森林水文调节能力研究,探索原始森林在缓解全球气候变化中的作用;探究原始森林生物多样性保护功能,减少全球生物多样性丧失。
目的: 研究数字经济发展、森林生态产品价值实现与城乡收入差距之间的关系及其作用机制,为数字生态融合发展推动城乡收入差距缩小提供科学依据。方法: 基于浙江省11个地级市2011—2020年的面板数据,运用中介效应模型和交互效应模型探讨数字经济发展、森林生态产品价值实现及其二者交互项对城乡收入差距的影响效应及其作用机制。结果: 1) 数字经济发展和森林生态产品价值实现均能显著缩小城乡收入差距。2) 中介效应模型和交互效应模型分析结果表明,数字经济发展水平可通过提升森林生态产品价值实现效率缩小城乡收入差距,其缩小城乡收入差距的中介效应达到总效应的11.76%;在二者交互作用下,数字生态融合发展对缩小城乡收入差距的影响效应呈增强态势。3) 机制分析结果表明,森林生态产品价值实现效率通过增加非农就业人数缩小城乡收入差距。4) 异质性分析结果表明,数字经济发展水平的3个维度(数字化人才、数字化产业和数字化应用)均可有效缩小城乡收入差距,但其中仅数字化产业可通过提升森林生态产品价值实现效率缩小城乡收入差距。数字经济发展水平、森林生态产品价值实现效率以及二者交互项对浙西南地区及城乡收入差距大的地区在缩小城乡收入差距方面的影响更大。结论: 在全面推进数字乡村建设过程中,要不断强化数字经济与林业生产过程的深度融合,实现森林生态产品价值实现与缩小城乡收入差距同步协调发展。培养和吸引数字化人才,推动数字化技术研发和应用,提升数字技术支持农村居民林业生产效能,充分发挥数字经济发展促进森林生态产品价值实现及缩小城乡收入差距的作用。实施动态化、差异化的数字经济发展策略,针对城乡收入差距较大的山区和农村地区,强化其数字基础设施建设,让其充分发挥“数字红利”推动森林生态产品价值实现效率与农村居民林业收入可持续协调增长的“后发力量”。
目的: 分析浙江省11个地级市数字经济与林业产业融合(简称数林融合)发展水平、空间分布特征、构成要素及其外部影响因素,明确数林融合机制,为推动中国林业产业高质量发展提供科学依据。方法: 从数字基础设置、数字业务规模、数字技术创新3个维度构建数字经济发展水平评价指标体系,从规模、结构、效率3个维度构建林业产业发展水平指标体系,基于2015—2021年浙江省11个地级市的面板数据,采用熵值法、耦合协调度模型、莫兰指数空间分析等方法,对数林融合发展水平、时间演变、区域差异和空间分布进行测度,构建面板数据模型探究影响浙江省数林融合发展水平的主要因素。结果: 1) 浙江省11个地级市数林融合发展水平较低,且存在逐年下降趋势;2) 浙江省大部分地级市数林融合发展水平空间分布差异明显,各地级市存在负向或正向相关性特征;3) 农村居民每百户计算机数量和农村居民每百户移动电话数量与数林融合发展水平关联度最强;4) 地区人均生产总值和交通便利度对推动数林融合发展水平具有显著负向作用,数字经济指数对数林融合发展水平具有显著正向作用。结论: 2015—2021年浙江省11个地级市数林融合发展水平呈逐年下降趋势,且其空间变化特征不显著,数字经济各构成要素和外部因素在不同方向和程度上影响数林融合发展水平。因浙江省需要高度重视数林融合发展,率先打造全国数字赋能林业产业高质量发展示范高地。
目的: 在实现全体人民共同富裕的中国式现代化进程中,研究农村电子商务发展对林区内部收入差距与共同富裕的影响及其作用机制,为缩小农村内部收入差距、实现效率和公平有机统一、促进共同富裕提供有益参考。方法: 将“电子商务进农村综合示范政策”视为农村电子商务发展的一项“准自然试验”,基于2012—2020年中国家庭追踪调查(CFPS)5期面板数据,采用双重机器学习方法分析农村电子商务发展对宏观层面的林区各村庄内部所有林农家庭收入差距以及微观层面的各村庄内部单个林农家庭之间收入差距的影响及其作用机制,进而回答农村电子商务发展对实现共同富裕的作用。结果: 1) 农村电子商务发展能够显著缩小林区各村庄内部所有林农家庭年收入的基尼系数和各村庄内部单个林农家庭之间的收入相对剥夺指数,即缩小林区内部收入差距,经过一系列稳健性检验后该结果仍然稳健。2) 农村电子商务发展缩小林区内部收入差距主要通过显著提高低于40分位数和低于均值的低收入林农家庭的收入来实现,从而有利于促进共同富裕。3) 促进林农家庭非农就业、提高林农家庭创业和增加林农家庭出售农产品价值是农村电子商务发展缩小林区内部收入差距的主要途径。4) 农村电子商务发展对低技能水平、低社会资本和贫困线以下的林农家庭增收效应更大,表明农村电子商务发展具有很好的包容性。结论: 通过大型微观数据库的实证研究,验证农村电子商务作为数字经济的重要表现形式在林区发挥了公平与效率之间的平衡效应。在数字经济发展浪潮下,本研究不仅提供了农村电子商务在缩小林区内部收入差距方面的新经验证据,还为推动共同富裕提供了重要政策启示。
目的: 研究农村数字化发展提升林业经济韧性的作用机制,为推动形成林业可持续发展新格局提供科学依据。方法: 基于2011—2020年中国30个省(区、市)面板数据,构建多维度指标体系评估农村数字化发展水平和林业经济韧性水平,采用固定效应模型、机制检验模型、面板门槛模型和空间杜宾模型等检验农村数字化发展水平和林业经济韧性水平之间的因果关系和作用机制。结果: 1) 农村数字化发展能够提升林业经济韧性,提高劳动力资源生产率和土地资源生产率是农村数字化发展影响林业经济韧性的主要路径,农村数字化发展提升林业经济韧性效应存在显著区域异质性,东部地区效应更强且边际效益递增,林业经济韧性水平越高,农村数字化发展的提升效应越强。2) 在不同农村数字化发展水平下,农村数字化发展对林业经济韧性的影响呈非线性特征,表现为前期极强的数字红利、中期面临数字化瓶颈、后期效益递增。3) 农村数字化发展影响林业经济韧性存在门槛效应,当农村数字化发展水平低于第一个门槛时,农村数字化发展对林业经济韧性的影响显著为正;跨越第一个阈值后,随着农村数字化发展水平提升呈现边际收益递减趋势;也存在显著的空间溢出效应,直接影响和间接影响均显著为正。4) 除农村数字化发展水平外,经济发展水平、产业结构、降水量对林业经济韧性水平也具有显著正向影响。结论: 农村数字化发展能够有效提升林业经济韧性,应充分发挥数字技术提高劳动力资源生产率和土地资源生产率的作用,大力发展农村数字经济,注重分阶段动态化和差异化提升数字赋能林业经济韧性,与加强经济基础支撑、优化产业结构和借助自然禀赋协同提升林业经济韧性。
目的: 在加快推进数字经济与实体经济深度融合赋能现代产业体系的背景下,研究数字乡村建设对林业产业发展升级的影响机制,为森林资源富集地区制定数字赋能林业产业高质量发展的政策策略提供科学依据。方法: 基于浙江省山区26县2001—2021年面板数据,构建县域数字乡村建设水平评价指标体系测度数字乡村建设水平,采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量化分析数字乡村建设对林业产业发展升级的影响及其作用机制。结果: 1) 2001—2021年浙江省山区26县数字乡村建设水平呈增长态势,其中跨越发展县的数字乡村建设水平高于生态发展县;林业产业发展规模不断扩大,但区域间差异明显且两极分化较严重;林业产业结构合理化程度小幅上升,林业产业结构高级化程度波动上升。2) 数字乡村建设能够促进林业产业发展升级,即数字乡村建设对林业产业发展规模、林业产业结构合理化和林业产业高级化均产生显著正向影响;数字乡村建设对林业产业结构合理化和林业产业结构高级化的影响存在门槛效应。3) 数字乡村建设能够通过技术赋能、劳动力赋能和治理赋能等路径促进林业产业发展升级。4) 数字乡村建设对林业产业发展升级存在正向空间溢出效应;数字乡村建设能够显著促进本地区林业产业发展规模、林业产业结构合理化和林业产业结构高级化,同时对邻近地区的林业产业发展规模、林业产业结构合理化和林业产业结构高级化产生显著正向影响。结论: 2001—2021年浙江省山区26县数字乡村建设水平不断提高,林业产业发展升级状况向好,技术应用水平、人力资本水平和森林生态产品价值实现效率等因素在不同程度上影响数字乡村建设、促进林业产业发展。各县域单元需加快推进数字乡村建设,从创新技术运用、大力引进人才、提升林业部门生态治理能力和林业企业经营管理水平以及培育林业龙头企业并发挥辐射带动作用等方面发力,因地制宜,分类施策,推动山区县林业产业发展升级,打造数字赋能现代林业产业高质量发展的示范样板。
目的: 分析我国亚热带生态恢复典型先锋物种马尾松在不同混交比例针阔混交林内的种群动态及其驱动机制,为深入理解亚热带植被重建与恢复进程奠定基础。方法: 基于福建省长汀县生态恢复区4块不同混交比例针阔混交林内马尾松种群调查数据,构建积分投影模型并运用弹性分析、生命表响应试验等方法,探究混交林内马尾松种群动态及其驱动机制。结果: 针阔混交林内马尾松种群整体表现为持续衰退状态(种群增长率λ<1),随着阔叶树种在林分中相对多度增加,马尾松个体平均存活率和平均繁殖率以及λ均呈先上升后下降趋势。弹性分析表明,个体存活对混交林内马尾松种群增长最重要,小径级个体正生长利于种群发展,繁殖对种群增长的影响较为有限。随着阔叶树种相对多度增加,对马尾松种群增长最重要的个体逐渐由幼苗转变为成年树,种群维持风险逐渐增大。生命表响应试验显示,个体生长差异是不同混交林间马尾松种群增长差异的主要来源。结论: 随着阔叶树种混交比例上升,马尾松种群内幼苗和幼年树的比例和重要性持续降低,成年树的比例和重要性不断增加,不同生活史阶段个体生命率的差异化响应驱动马尾松种群动态变化。
目的: 运用植物解剖和三维制图方法探究箣竹属和刚竹属主要竹种叶片内部结构差异,为建立和丰富完善竹叶结构观察方法进行重要补充,为竹子分类以及运用植物解剖形态研究达到物种分类的目的提供依据和参考。方法: 以南京地区箣竹属6个竹种和刚竹属46个竹种为材料,采用石蜡切片方法制作叶片3切面,通过光学显微镜成像系统对52个竹种叶片各切面解剖结构进行观察和数据测量,并利用 Photoshop 拼构52个竹种叶片三维结构。结果: 1) 叶片角质层厚度、下表皮乳突数量是区分箣竹属和刚竹属的标志,刚竹属叶片厚度和角质层厚度显著大于箣竹属,且下表皮乳突数量明显多于箣竹属。2) 泡状细胞通常2~6个为1组,泡状细胞形态和数量种间不固定,属间有明显差异,箣竹属每组泡状细胞呈扇形(钝角)排列,刚竹属每组泡状细胞呈直角或锐角排列。3) 各维管系统由主脉以及平行侧脉、二级平行侧脉和小横脉组成。箣竹属维管束两侧梭形细胞空隙发达,刚竹属维管束两侧梭形细胞以及空隙普遍不发达不连续。4) 在平行侧脉之间,箣竹属叶肉细胞多为3~4层,刚竹属叶肉细胞则在4~6层之间,刚竹属叶肉细胞较箣竹属叶肉细胞紧密。结论: 刚竹属叶片厚度和角质层厚度较箣竹属大,刚竹属指状臂细胞和梅花状细胞较箣竹属密集,刚竹属细胞间空隙较莿竹属小,刚竹属下表皮乳突数量明显多于箣竹属,刚竹属的抗寒性可能强于箣竹属。
目的: 分析中东欧国家森林资源覆盖状况,了解中东欧各国林业的现实情形和独特优势,为中国与中东欧国家加强林业合作提供基础数据。方法: 基于Google Earth Engine(GEE)平台获取中东欧国家2020年生长季无云影像,利用随机森林算法对影像进行分类,应用连续变化检测和分类算法得到森林变化信息并更新初步分类结果,最终获得中东欧国家土地覆盖分类结果。利用欧盟统计局土地利用/覆盖区域框架调查(LUCAS)数据、目视解译数据以及联合国粮农组织统计数据(FAOSTAT)对本研究分类结果进行验证和评估,结合谷歌高分辨率影像对制图结果进行分析。结果: 本研究分类结果利用LUCAS数据和目视解译数据的森林类型用户精度分别为0.930和0.911,生产者精度分别为0.860和0.956,总体精度分别为0.810和0.881,整体上优于GlobeLand30 2020产品(森林类型用户精度分别为0.920和0.900,生产者精度分别为0.690和0.840,总体精度分别为0.700和0.832)。根据研究结果计算出中东欧国家总体森林覆盖率为39.6%,相比GlobeLand30 2020结果(34.4%),与FAOSTAT的森林覆盖率(40.0%)更接近。目视上看,本制图结果在细节刻画上比GlobeLand30 2020产品更丰富,更能准确反映森林分布特征。截至2020年,中东欧国家森林覆盖呈北部、东南地区和西南地区丰富密集,中部分布广泛且相对较少的特点,爱沙尼亚、拉脱维亚、斯洛文尼亚、黑山等国家森林分布茂密,波兰、匈牙利等国家森林分布较为稀少。结论: 针对中东欧国家森林覆盖应用需求,本研究提出基于产品变化更新的森林覆盖制图方法,生产了中东欧国家2020年森林覆盖产品。本研究方法可为大区域森林覆盖制图提供新的借鉴和参考,结果有助于宏观了解中东欧国家森林覆盖状况。
目的: 研究快速、准确、宏观获取不同森林类型有效叶面积指数(LAIe)的方法,探讨其空间分布规律,为中小尺度森林LAIe遥感产品的开发提供新思路,为林业精细化监测和森林生态系统碳水循环模拟提供科学可靠的技术手段。方法: 以长白山为研究区,基于Sentinel-2A多光谱影像,运用三维卷积神经网络提取研究区4种针叶林型(长白落叶松、樟子松、红松和红皮云杉)的空间分布;采用区分林型和全样本2种方案,分析样地实测LAIe与7种植被指数(增强植被指数、反红边叶绿素指数、改进简单植被指数、归一化水体指数、归一化植被指数、土壤调节植被指数、简单植被指数)的相关关系;利用各林型对应的最优植被指数,构建区分林型和全样本LAIe与植被指数的回归模型,并基于验证样本数据对比区分林型模型、全样本模型和PROSAIL模型在LAIe反演中的精度表现;结合地理因子分析4种针叶林型LAIe空间格局及变化规律。结果: 所有样本组中7种植被指数与相对的LAIe均存在极显著相关关系(P<0.01),除增强植被指数(EVI)与红松LAIe、简单植被指数(SR)与红皮云杉LAIe外,相关系数均大于0.6,但组间LAIe与不同植被指数相关性具有较大差异;红松、长白落叶松和樟子松LAIe与反红边叶绿素指数(IRECI)相关性最高,红皮云杉、红松LAIe分别与EVI、改进简单植被指数(MSR)相关性最高;4种不同林型模型比全样本模型的R2提高12.7%以上,RMSE降低34.5%;研究区内4种林型LAIe范围在0.37~5.86之间,平均LAIe由高至低依次为红松、长白落叶松、樟子松、红皮云杉。红松对海拔、坡度、坡向的变化最为敏感,红皮云杉、樟子松次之,长白落叶松最小。结论: 不同林型LAIe与遥感植被指数的相关程度存在明显差异,区分林型构建回归模型能够提高LAIe反演精度;区分林型后拟合的线性模型精度整体较PROSAIL模型和全样本模型更高,但LAIe高值区域没有PROSAIL模型表现稳定;4种针叶林型LAIe对地理因子变化的反应差异较大。本研究可为精细区分森林类型的中小尺度针叶林LAIe遥感反演研究提供参考。
目的: 探究北京松山林地土壤nirK型反硝化微生物群落特征及影响因子,为华北暖温带森林土壤生态系统氮循环过程和环境变化提供依据。方法: 在北京松山国家级自然保护区选择油松林、山杨林、蒙古栎林3种典型林型,分别设置3块(20 m× 20 m)标准地进行调查,采集0~20 cm表层混合土样,分析土壤性质并提取土壤微生物总DNA,PCR扩增反硝化过程关键酶亚硝酸盐还原酶的编码基因nirK片段,采用第2代高通量测序分析不同林型土壤nirK型反硝化微生物群落组成和多样性,探究林型和土壤性质对反硝化微生物群落特性的影响。结果: 1) 从油松林、山杨林和蒙古栎林9个土壤样本中共得到nirK基因有效序列993401条、优质序列770328条。3种林型土壤nirK基因共检测出7门78属,在已鉴定的微生物中各林型优势菌为变形菌门,其相对丰度在3种林型中均达50%,在油松林中最高为58.2%;优势属主要为慢生根瘤菌属、中生根瘤菌属和红假单胞菌属,总相对丰度达50%以上,其中核心菌属为慢生根瘤菌属。2) nirK型反硝化微生物α多样性分析显示,油松林Shannon(7.59±0.56)、Simpson(0.98±0.01)、Chao1(2164.24±214.08)指数均显著高于山杨林(5.23±0.26、0.89±0.02、1650.56±136.69)和蒙古栎林(5.76±0.38、0.93±0.02、1621.36±156.70)(P<0.05)。基于Bray-Curtis距离算法并采用PCoA分析显示,不同林型土壤反硝化微生物群落组间差异大于组内。3) 林分因子、土壤性质与土壤反硝化微生物的冗余分析结果表明,土壤碱解氮、硝态氮和有机质等土壤性质是影响nirK型反硝化微生物群落组成的关键因子(P<0.05)。结论: 北京松山油松林、山杨林和蒙古栎林土壤nirK型反硝化微生物群落组成、多样性存在明显差异,林型与碱解氮、硝态氮和有机质等土壤性质是影响土壤nirK型反硝化微生物群落特征的重要因素。
目的: 分离和鉴定引起浙江省香椿溃疡病的病原菌,揭示香椿溃疡病的病因,为该病害的科学防控提供理论依据。方法: 观察香椿溃疡病的田间症状,使用常规组织分离法分离病原菌,利用形态学结合分子生物学方法对病原菌进行物种鉴定,采用柯赫氏法则验证分离菌株的致病性。结果: 1) 从感病香椿样品中分离到2株病原菌;病原菌的培养性状、有性世代和无性世代的形态特征与假毛丛赤壳菌一致。2) LSU rDNA、ITS rDNA和tef1-α基因序列分析以及多基因系统发育分析表明,XCKY2菌株的LSU rDNA、ITS rDNA和tef1-α基因片段与假毛丛赤壳菌的同源性均为100.00%;XCKY1和XCKY2菌株与11株假毛丛赤壳菌聚为一支,贝叶斯后验概率为0.94。3) 致病性测定结果表明,假毛丛赤壳菌的菌饼和分生孢子悬浮液均能引起健康香椿苗发病,从发病香椿苗组织中也能再分离到假毛丛赤壳菌,由此确定假毛丛赤壳菌为香椿溃疡病的病原菌。结论: 从浙江省感病香椿样品上分离到2株假毛丛赤壳菌,经鉴定为引起香椿溃疡病的病原菌。本研究首次报道假毛丛赤壳菌是香椿溃疡病病原菌。
目的: 建立森林地表细小死可燃物(枯落叶、细枯枝、枯草等)含水率预测模型,预警区域森林火灾引燃的可能性及其潜在火行为。方法: 基于野外长期定位观测的赣南地区典型植被类型马尾松林地表细小死可燃物含水率数据,在不同地形条件和时间段进行气象因子随机森林相对重要性排序和皮尔逊相关性分析,建立地表细小死可燃物含水率随机森林模型和气象要素回归模型,比较不同模型精度指标,筛选适合赣南地区的森林火灾预测模型。结果: 赣南地区马尾松林地表细小死可燃物含水率具有明显变异性,阴坡含水率显著高于阳坡,在防火期初期最明显。地表细小死可燃物含水率与各气象要素(温度、相对湿度、风速、光照强度)具有极显著相关性(P<0.001);随机森林模型预测精度高于气象要素回归模型,阴坡2种模型精度均高于阳坡;具有滞后效应的光照强度因子对地表细小死可燃物含水率影响最大,影响地表细小死可燃物含水率的关键因素在阳坡是相对湿度、阴坡是风速。结论: 具有滞后效应的气象因子对赣南地区马尾松林地表细小死可燃物含水率有显著影响,考虑增加这些因素能更好预测地表细小死可燃物含水率变化,为火险预警提供可靠依据。
目的: 基于定量解剖方法探究桃花心木属3种树种木材的构造特征,揭示其不同构造特征的种间和种内变异规律,为木材“种”水平的准确识别提供科学依据。方法: 针对大叶桃花心木、桃花心木和矮叶桃花心木木材标本显微切片,通过光学显微镜采集其横、径、弦三切面微观构造图像,利用图像分析软件分别测量导管分子长度、管孔弦向直径、管孔频率、木纤维长度、木射线宽度、木射线高度和木射线频率7个定量解剖特征,分析其不同构造特征的种间和种内变异规律;采用随机森林算法对木材树种进行识别,比较木材不同定量解剖特征对识别准确率的贡献度。结果: 3种桃花心木木材显微切片图像中管孔、轴向薄壁组织和木射线等构造特征相似,通过人工方式难以区分;除木射线宽度外,其他6组定量解剖特征在种间均存在显著差异;随机森林算法对桃花心木的识别准确率达86.67%,7个定量解剖特征对木材识别结果的贡献度存在差异,其中导管分子长度的平均准确率降低度值(3.956)和平均基尼指数降低度值(6.311)最大,管孔弦向直径次之,木射线宽度的平均准确率降低度值(0.797)和平均基尼指数降低度值(2.175)最小,表明导管分子长度的贡献度最大,木射线宽度的贡献度最小。结论: 采用木材定量解剖方法,揭示3种桃花心木构造特征的种间和种内变异规律以及在木材识别中起关键作用的定量解剖特征,可为实现木材“种”水平的准确识别提供科学依据。
目的: 构建长三角城市森林建设水平指数,揭示长三角地区城市森林建设的空间关联性及其空间关联的演化特征,突破以往区域间要素互为独立的壁垒,在空间视角下分析各影响因素对长三角城市森林建设长期和短期的直接效应和溢出效应,为差异化城市森林建设、长三角森林城市群统筹建设和长三角生态绿色一体化发展提供参考和决策依据。方法: 基于熵权TOPSIS法构建城市森林建设水平指数,将城市森林建设的生态效益纳入其中,衡量2006—2019年长三角41个地级市的城市森林建设水平,通过地域相邻矩阵等3种空间权重矩阵,利用动态空间杜宾模型分析城市森林建设的空间溢出效应以及城市经济社会发展、创建森林城市等因素对城市森林建设水平长期和短期的间接效应和直接效应。结果: 1) 基于空间距离倒数的空间权重矩阵符合长三角城市森林建设的广泛空间关系,长三角地区城市森林建设的全局莫兰指数在0.244 3以上,呈现波动上升走势;2) 长三角41个地级市城市森林建设在空间上表现出稳定的空间块状集群异质性特征,“高-高”(H-H)值集聚,均集中在上海、江苏、浙江一带,形成沿海往内陆扩散的发展态势;“低-低”(L-L)值集聚,多集中在安徽省,呈先扩散后收缩的走势;3) 长三角城市森林建设的空间溢出效应在0.172左右,短期和长期人均地区生产总值对城市森林建设水平的直接效应分别为?0.014 2和0.091 4;创建森林城市短期直接效应与溢出效应均显著为正,但长期为负;人口密度、旅游人数、第三产业占比对城市森林建设水平的影响存在短期降低、长期提升的差异。结论: 长三角地区城市森林建设存在显著空间关联性,短期内经济发展给长三角地区城市森林建设水平带来压力,长期来看经济发展可带动城市森林发展;人口密度和旅游人数、第三产业占比增加会迫使管理者注重生态保护,以期望获得更大的生态效益;人均道路面积增加短期内可改善该城市的森林建设水平并辐射带动相邻城市,长期来看反而限制城市森林进一步发展的空间;创建森林城市成功后的一段时间内管理者可能进一步提高城市森林建设水平,并对周围城市森林建设产生积极影响,但长期缺乏持续性。
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。
目的: 在我国北、中和南亚热带研究毛竹林土壤易氧化有机碳的垂直分布规律和纬度分布格局,揭示其区域分异的主要影响因素,为毛竹林固碳增汇、经营管理和土壤有机碳库稳定性维持提供科学依据。方法: 通过实地调查和试验分析揭示亚热带不同区域毛竹林土壤易氧化有机碳含量沿土层和纬度的变化规律,运用地理探测器中因子探测、交互探测和风险探测分析土壤易氧化有机碳区域分异的影响因素。结果: 1) 不同区域的毛竹林土壤易氧化有机碳含量均随土层加深而降低,但其占总有机碳的比例均随土层加深而升高;0~60 cm土层的易氧化有机碳含量表现为北亚热带(5.16 g·kg?1)>南亚热带(4.86 g·kg?1)>中亚热带(4.56 g·kg?1),土壤碳库稳定性随纬度降低而降低。2) 年均气温对毛竹林土壤易氧化有机碳含量变化的解释程度最高,q值为0.376~0.452;其次为海拔(q=0.392,P<0.001);林分因子中凋落物厚度对不同土层的易氧化有机碳含量影响显著,毛竹林生物量对30~60 cm 土层的易氧化有机碳含量的影响较显著(q=0.308,P<0.01)。3) 各因子间交互效应均表现为协同作用,毛竹林生物量与凋落物厚度交互作用在0~10 cm土层最强(q=0.704);毛竹林生物量与年均气温交互效应在10~30和30~60 cm土层最强,q值分别为0.601和0.732,均为较强的非线性增强作用。4)易氧化有机碳含量在部分年均气温范围之间存在显著差异,以年均气温17~19 ℃时最高(5.03~12.39 g·kg?1)、15~17 ℃时最低(2.69~6.20 g·kg?1);各土层易氧化有机碳含量在海拔700~900 m时均为最高;毛竹林生物量为75~90 t· hm?2时,0~10 cm土层易氧化有机碳含量达最高。结论: 总体而言,毛竹林土壤易氧化有机碳含量均随土层加深而降低,其占总有机碳含量的比例呈现北亚热带<中亚热带<南亚热带的纬度分布格局,因而在低纬度地区应实施轻扰经营技术,减少土壤扰动从而提高毛竹林土壤有机碳的稳定性。年均气温和海拔是影响毛竹林土壤易氧化有机碳含量的关键因子,毛竹林生物量对各土层易氧化有机碳含量均具有不同程度的影响且与气候、地形因子协同作用明显,气候、地形与林分状况的单因子作用及其交互效应共同主导着毛竹林土壤易氧化有机碳含量的区域分异特征。本研究为毛竹林土壤活性有机碳稳定性维持及固碳增汇潜力发挥提供了科学依据。
目的: 探究典型中亚热带区不同演替阶段森林群落土壤体积含水量的时间(年、干湿季)与空间(土层)异质性特征,分析森林群落演替进程中引起土壤不同土层体积含水量异质性的主要因素,为区域林水资源管理及森林生态系统服务功能评估提供基础数据。方法: 选取云南玉溪磨盘山的典型森林,包括演替初期的云南松林( PF)、演替中期的云南松阔叶混交林( PBMF)和顶级群落常绿阔叶林( EBF),应用时域反射法与经典统计学分析法,于2021年5月至2022年4月测量样地0~60 cm土层内每10 cm土层的土壤体积含水量,探析森林土壤水分的时空异质性及影响因素。结果: 1)在气候干湿分明、干旱频繁的中亚热带地区,森林土壤储水量在时间上呈中等变异且与降水变化趋势一致。随演替进行,年均土壤储水量为EBF最大,MPBF次之,PF最小。EBF与PBMF全年土壤储水量较PF分别平均增加31.24%和15.22%。2)3种演替阶段森林的土壤体积含水量均随土层加深而增大,0~10 cm土层土壤体积含水量平均比50~60 cm土层低45.22%,土壤体积含水量变异系数与土壤体积含水量呈显著负相关(P<0.05)。3)土壤体积含水量与林分密度、树高、胸径、土壤密度、土壤砂粒含量均极显著负相关(P<0.01),与叶面积指数、郁闭度、土壤孔隙度、黏粒含量、粉粒含量、有机质含量和有机碳含量均极显著正相关(P<0.01),叶面积指数、土壤孔隙度、粉粒含量、有机质含量和有机碳含量与土壤含水量的关联程度最高。结论: 云南玉溪磨盘山不同演替阶段森林的年、干湿季和0~60 cm土层的土壤体积含水量变异系数均值分别为19.86%、17.31%、14.06%和20.58%,均表现出中等强度异质性,随演替进行森林土壤储水能力不断增强。叶面积指数、土壤孔隙度、砂粒含量、有机质含量和有机碳含量是土壤不同土层体积含水量产生空间异质性的主导因素。
目的: 明确聚集指数和最大羧化速率遥感产品对BEPS模型估算植被生产力的影响。方法: 利用中国陆地通量站点观测数据,分析BEPS模型中聚集指数(CI)和最大羧化速率(Vcmax)的敏感性程度,并比较聚集指数和最大羧化速率遥感产品对植被生产力估算的精度提升作用。在此基础上估算2012年中国陆地生态系统植被生产力,通过与参数缺省值估算结果对比,研究CI和Vcmax的时空变化对模型估算结果的影响。结果: 1) CI和Vcmax均为BEPS模型中较为敏感的参数,两者均与植被生产力呈正相关关系,且不同植被类型下Vcmax敏感性均高于CI。2) 聚集指数和最大羧化速率遥感产品同时使用情况下,模拟结果的误差最小,精度最高,总初级生产力(GPP)均方根误差从665.60 g·m?2a?1降至584.71 g·m?2a?1,平均误差和相对平均误差均为4种模拟情况最低值。3) 2012年中国陆地生态系统GPP和净初级生产力(NPP)总量分别为5.21和 2.49 Pg·a?1,受CI遥感产品(NDHD-CI)和Vcmax遥感产品(SIF-Vcmax)的时空变化影响,GPP和NPP估算分别较模型缺省值偏低3.06%和4.72%。结论: NDHD-CI和SIF-Vcmax能够提升BEPS模型估算植被生产力的精度,未来可对其他高敏感度参数和模型机理进行优化改进。受CI和Vcmax时空变化影响,植被生产力估算结果略低于缺省情况。Vcmax对植被生产力估算影响高于CI。
目的: 探讨亚热带森林生态系统中邻体树种多样性对元素计量比的影响,以期为亚热带地区造林树种的选择提供养分利用效率的科学依据。方法: 基于大型野外树种多样性与生态系统功能实验平台,选取具有不同树种丰富度(1、4、8、16、32)的样地,以杉木为研究对象,在每块样地中心区域,选取8株目标树,测定其叶片氮(N)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)等养分含量,并计算其与邻体树之间功能性状差异。采用线性混合效应模型,分析邻体树种丰富度、树种间功能性状差异以及邻体树高指数对目标树叶片氮与钾、钙、镁化学计量比的影响。结果: 1) 杉木与邻体树之间的比叶面积不相似性显著降低了杉木叶片氮钾比(N∶K)和氮镁比(N∶Mg),但不影响杉木叶片氮钙比(N∶Ca);2) 邻体树种丰富度增加,且提高了杉木叶片氮镁比(N∶Mg);3) 邻体树高指数(遮荫程度)显著降低了杉木叶片氮钙比(N∶Ca)。随着遮阴程度的增加,杉木和邻体树之间根组织密度的不相似性对杉木叶片N∶Ca的影响由正效应逐渐转为负效应。结论: 在亚热带地区营造混交林有利于提高树木邻体树种功能性状差异,促进钙、镁、钾等养分资源的利用,改善树木的养分平衡状况。
目的: 探究沼生栎种子失水过程中水分的动态迁移规律,为其安全运输、贮藏提供理论依据。方法: 采用自然干燥法降低种子的含水量,利用核磁共振成像技术分析失水过程中种子内部水分的迁移路径,并结合信噪比定量分析失水过程中种子各部位水分的散失情况。结果: 1) 高场核磁共振成像及信噪比结果表明:新鲜种子中胚根区域、子叶中心部位水分含量较高,子叶外围区域水分相对较少;不同组织、不同部位子叶及不同部位种皮的信噪比均有差异。2) 含水量降至30.0%时,胚根区域水分大幅下降,且胚根尖端失水速率最快,子叶外围水分也有所减少,而子叶中心部位水分变化不明显,失水最慢;种皮各部位水分散失速率也不同;含水量继续降至25.0%时,种子发芽率开始显著下降,此时胚根区域的水分已近乎不见,信噪比再次大幅下降,胚根下方很大一部分子叶开始变暗,3个种皮部位的信噪比均降至很低,其中合点端信噪比降幅最大,且该部位由于失水而出现皱缩现象;含水量降至10.0%时,子叶皱缩明显,只有子叶中心部位及其下方一小部分区域还存在少量水分。结论: 沼生栎种子的重要储水部位为胚根区域和子叶中心位置,失水过程中胚根尖端水分下降最快,子叶中心部位失水最慢,胚根区域水分的流失是影响种子质量下降的重要原因。
目的: 研究不同修枝强度对杉木无节材形成及质量的影响,为确定杉木大径级无节良材培育的合理修枝强度提供科学依据。方法: 采用随机区组设计,对4年生杉木人工林进行不同修枝强度试验(每年修枝至树干直径6、8、10和12 cm,直至树干修枝净高度达7 m时停止修枝,未修枝木为对照)。在修枝22年后,调查林木生长情况;选取各修枝强度的平均标准木共计30株并砍倒,截取7 m以下树干运回实验室,测定树干饱满度;然后采用锯板法、旋切法切割树干,测定节疤的数量、长径和短径,并统计无节材积比例、无节单板数量比例和节疤体积比例。结果: 胸径和单株材积均有随修枝强度增加而显著下降的趋势,但修枝强度对树高无显著影响;修枝强度6 cm的胸径显著小于其余处理,单株材积显著小于修枝强度10 cm、12 cm和对照(CK);修枝强度8 cm的胸径显著小于修枝强度10 cm和12 cm,单株材积显著小于修枝强度12 cm。在1.3~4.0 m木段,修枝强度6 cm的饱满度显著高于修枝强度10 cm和12 cm;在4~7 m木段,修枝强度8 cm的饱满度显著高于修枝强度10 cm。锯板法的测定结果表明,节疤数量呈随修枝强度增加而显著降低的趋势,节疤长径和短径均随修枝强度增加而降低,修枝强度6 cm的节疤短径显著小于其余处理。旋切法的测定结果表明,节疤的数量、长径和短径均呈随修枝强度增加而显著降低的趋势。无节材积比例和无节单板数量比例均有随修枝强度增加显著提高的趋势,节疤体积比例有随修枝强度增加而显著降低的趋势。4个强度修枝的无节材积比例均显著提高(至少51.1%),无节单板数量比例均显著提高(至少33.25%)。锯板法和旋切法的测定结果一致表明,修枝强度6 cm和8 cm的节疤分布更少更小且无节材比例提升效果更明显,修枝效果排序为修枝强度6 cm>8 cm>10 cm>12 cm>CK。结论: 修枝强度的确定取决于经营目标。若要追求更大的胸径、树高和单株材积生长但对木材质量要求不高时,可选择修枝强度10 cm和12 cm;若要追求更大的树干饱满度、无节材积比例和无节单板数量比例,以及更低的节疤体积比例和更少及更小的节疤的数量、长径和短径,但对生长量要求不高时,可选择修枝强度6 cm和8 cm。
目的: 研究山核桃根系分泌物对外源溶磷菌生长和活化土壤磷能力的影响,进一步阐明微生物和植物的相互作用,也为缓解山核桃林地磷限制提供科学依据和技术支撑。方法: 利用液体摇瓶和土壤培养的方式,以2株具有有机磷活化能力的菌株[产酶溶杆菌(CQ18)和多黏类芽孢杆菌(QP22)]为试验材料,研究山核桃根系分泌物对其生长繁殖和活化磷的影响。结果: 液体培养时,添加山核桃根系分泌物对菌株CQ18生长无显著影响,但促进菌株QP22繁殖。接种后,有机磷液体培养液(以卵磷脂为唯一磷源)的酸、中、碱性磷酸酶活性显著增强;可溶性磷含量呈先增加后减少趋势,并均显著高于未接种处理。接种菌株CQ18的处理中,平均可溶性磷含量以低浓度山核桃根系分泌物处理最高(41.93 mg·L?1),未添加山核桃根系分泌物处理最低(37.01 mg·L?1);接种菌株QP22处理中,中浓度山核桃根系分泌物处理最高(30.14 mg·L?1),高浓度山核桃根系分泌物处理最低(18.09 mg·L?1)。接种土壤中菌体数量和土壤有效磷含量及酸性磷酸酶活性呈先增后减趋势,并均高于未接种处理。培养结束时,与未添加山核桃根系分泌物处理相比,含有山核桃根系分泌物处理的供试菌株数量最多,酸性磷酸酶活性显著增强,但其处理间有效磷含量无显著差异。结论: 菌株CQ18和QP22通过分泌磷酸酶水解卵磷脂、活化土壤中难溶性磷,并且山核桃根系分泌物能促进其生长繁殖和矿化有机磷。因此,菌株CQ18和QP22在山核桃林地应用中具有巨大潜力。
目的: 研究云南松幼苗生长和非结构性碳水化合物(NSC)对持续干旱胁迫的响应,为该物种的种群动态与制定合理经营措施提供理论基础,同时也为干旱条件下人工林营造特别是苗木管护提供依据。方法: 2年生云南松苗进行盆栽试验,采用称重控水法,将土壤相对含水量分别控制在田间持水量的75%~85%(对照)、60%~70%(轻度干旱)、45%~55%(中度干旱)和30%~40%(重度干旱),分析不同干旱处理对幼苗地径、苗高、生物量积累与分配和NSC含量的影响。结果: 1) 随土壤干旱程度增加,幼苗地径和苗高增长量、针叶、茎、粗根和整株生物量均逐渐降低;但细根生物量逐渐增加,重度干旱下显著增加22.79%。2) 随土壤气候程度增加,幼苗针叶、茎和粗根NSC含量均有不同程度的增加,重度干旱下显著增加10.89%、45.37%、30.70%,细根NSC含量则出现不同程度的降低;各器官可溶性糖与淀粉的比例存在干旱胁迫响应差异,且比值均大于1;淀粉是云南松幼苗最主要的NSC贮藏形式,主要贮藏于茎和粗根。3) 干旱胁迫下,云南松幼苗的生物量和NSC器官分配比例变化规律相似,即随土壤干旱程度增加,叶的生物量和NSC分配比例逐渐减小,茎、细根的生物量和NSC分配比例逐渐增加,粗根的生物量和NSC分配比例则先下降后上升。4) 幼苗生长与非结构性碳水化合物普遍存在显著相关;可塑性和PCA分析表明,苗高和地径的可塑性指数相对较小,而针叶生物量、细根生物量比、茎淀粉、针叶和茎可溶性糖/淀粉的可塑性指数较高,在主成分上的载荷较大。结论: 干旱胁迫显著抑制云南松幼苗生长。当碳供应受干旱胁迫限制时,存在生长和NSC储存之间的权衡,即生物量和NSC 减少对针叶的分配,但增加对细根的分配,是导致云南松幼苗生长缓慢的重要原因。云南松幼苗主要通过调节针叶和细根生长、增加茎贮存淀粉、针叶和茎维持NSC动态平衡来适应干旱环境。
目的: 研究我国南方珍稀观赏树种乐昌含笑的开花及传粉生物学研究,以阐明迁地保护下乐昌含笑的开花特性及繁育特性,为有效地保护和杂交育种提供技术指导。方法: 对乐昌含笑花的形态和开花动态进行了观察,通过TTC法进行花粉活力的测定,采用联苯胺-过氧化氢法测定柱头的可授性,估算花粉胚株比(P/O)和杂交指数(OCI), 并通过人工控制授粉试验和传粉媒介观察,分析乐昌含笑繁育系统的类型。结果: 乐昌含笑花期从3月中下旬到4月上中旬,单花的开放时间为7~12天,单花具有二次开合现象;单株开放时间6~20天。乐昌含笑为雌雄异熟且雌蕊先熟,开花当天柱头可授性最强,开花第2天花粉的生活力最强;乐昌含笑的杂交指数(OCI)等于4,花粉胚株比(P/O)为557.18±46.23。套袋试验表明:乐昌含笑不能进行自发传粉和无融合生殖,人工异花授粉的结实率显著高于自然授粉。繁育系统为兼性异交、自交亲和、传粉过程需要传粉媒介。结论: 乐昌含笑花的形态、开花动态等表明其具有虫媒传粉的特征,二次开合现象把雌雄蕊的成熟从时间上分隔开来,保证其异花传粉,传粉过程需要传粉者。
目的: AGAMOUS(AG)基因在控制雌蕊、雄蕊的发育中起着重要作用。对盐肤木中AG同源基因的克隆与功能分析,有利于明确AG基因在盐肤木花器官发育中的功能,并为进一步探索盐肤木花性别分化机制提供参考。方法: 基于实验室已有的转录组数据并结合RACE技术,从盐肤木花中克隆获得盐肤木AG同源基因,并对其编码的蛋白进行结构和系统进化分析;通过实时定量PCR技术分析盐肤木AG同源基因在雌、雄及两性花的不同花期中的表达特征;构建盐肤木AG同源基因的过表达载体,采用花序浸染法进行拟南芥遗传转化,获得T2代转基因植株,观察转基因植株表型。结果: 在盐肤木克隆获得了AG同源基因的2个可变剪接转录本,分别为RcAG和第6个外显子缺失的Rcag。RcAG包含729 bp的开放阅读框,编码242个氨基酸;Rcag包含687 bp的开放阅读框,编码228个氨基酸。系统进化树分析结果表明,RcAG与其同科植物杧果和阿月浑子的AG同源蛋白亲缘关系较近。qRT-PCR分析表明,在盐肤木不同发育阶段的雌、雄及两性花中,RcAG和Rcag呈现丰度持续升高的趋势,且在盐肤木雄花中,RcAG和Rcag的丰度要极显著高于雌花及两性花。过表达拟南芥表型观察发现,过表达RcAG导致拟南芥花瓣和雄蕊缺失,萼片尖端柱头化,萼片基部边缘出现胚珠结构,而过表达Rcag的拟南芥出现花瓣数量增多和雄蕊数量减少。结论: Rcag可能由于K区42 bp碱基的缺失丧失AG基因的正常功能,与RcAG相互竞争,共同调控盐肤木雌、雄蕊的发育。这一结果为进一步探索RcAG和Rcag在盐肤木性别分化中的作用奠定基础。
目的: 突瓣叶蜂属作为突瓣叶蜂亚科中最早建立的属,其种类分化复杂、分类研究困难,本研究旨在对突瓣叶蜂属内的存疑物种进行分类地位确定。方法: 以西藏自治区林业和草原局院内危害左旋柳和内蒙古呼伦贝尔市扎兰屯市危害旱柳的2种突瓣叶蜂为研究对象,采用传统形态分类学方法进行物种鉴定,经重测序技术获得二者的线粒体基因组数据,进一步将组装和注释后的线粒体基因组进行比对和二级结构差异分析。结果: 经鉴定2种突瓣叶峰分别为小须突瓣叶蜂[Nematus trochanteratus (Malaise, 1931)]和河曲突瓣叶蜂(N. hequensis Xiao, 1990)。小须突瓣叶蜂和河曲突瓣叶蜂线粒体基因组分别为16 337和16 126 bp,二者比对后显示一致性高达98.02%,其中17个基因序列完全相同,其余20个基因序列仅存在微小差异。二者有6个tRNA的8个碱基位点存在差异,12S rRNA有4个碱基位点存在差异,16S rRNA有7个碱基位点存在差异;13个蛋白质编码基因中,遗传距离(K2P)最大(COI、ND2、ND4L)的为0.011,最小(ATP8)的为0。结论: 结合小须突瓣叶蜂和河曲突瓣叶蜂的形态学及线粒体基因组差异分析,确认二者为同物异名。根据《国际动物命名法规》,确定河曲突瓣叶蜂为小须突瓣叶蜂的次异名。
目的: 探究聚乙烯醇/锂铝水滑石(PVA/LDH)分散液对巴沙木加工剩余物理化性能的影响,为构建高性能木质复合材料提供理论依据,实现木材加工剩余物的高值化利用。方法: 受天然贝壳“砖-泥”有序结构启发,以巴沙木加工剩余物(木粉)为主要原料,经脱木素和氧化改性,获得2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)功能化改性木粉(T-WP),向其中加入不同比例PVA/LDH分散液,通过真空抽滤自组装过程将无机纳米片水滑石插层,构建天然有机聚合物与无机纳米片复合的高性能新型木质层状复合材料,基于FTIR、XPS、Zeta电位、力学性能等测试与分析,探究各组分间的相互作用及机械性能协同增强机制。结果: 1) 木粉粒径100目时,纯T-WP薄膜的力学拉伸强度和韧性最大,分别为(225.25±0.82)MPa 和(5.18±0.36)MJ·m?3。2) PVA/LDH纳米片体系在T-WP上成功插层,并与T-WP分子链上的含氧官能团形成氢键、静电相互作用以及共价交联作用。3) 对不同PVA/LDH添加量的T-WP-PVA/LDH复合材料进行力学性能分析,PVA/LDH添加量为20 wt%时,T-WP-PVA/LDH复合材料的拉伸强度和杨氏模量最大,分别为(287.29±4.91)MPa和(14.21±2.60)GPa,是纯T-WP的1.28和2.40倍。4) 在相对湿度90%、温度25 ℃条件下放置16 h,T-WP-PVA/LDH复合材料的吸湿率为45.43%,力学拉伸强度为105.40 MPa;在湿润土壤中,T-WP-PVA/LDH复合材料表现出较好的可生物降解特性。结论: T-WP-PVA/LDH仿生层状复合材料中,T-WP分子链上的活性含氧基团与PVA/LDH体系形成氢键、静电相互作用以及Al—O—C共价交联作用,构建协同增强体系,赋予T-WP-PVA/LDH复合材料优异的力学性能。木质层状复合材料优异的特性使其在包装、地膜、一次性餐盒等领域具有广泛应用前景,有望替代部分聚乙烯、聚丙烯等石油基产品。
目的: 针对现有无醛胶黏剂在纸张内部渗透性较差以及一定程度上遮盖原纸色泽和纹理的问题,从装饰原纸性能着手,采用浆内填料加填结合表面颜料化涂布对装饰原纸进行处理,在保证纸张对胶液的渗透性、吸收性前提下,提高纸张的印刷适性和遮盖力,降低无醛胶黏剂对装饰纸饰面效果的影响,为制备适用的无醛装饰纸提供方法。方法: 选用优质阔叶木浆和针叶木浆进行原纸抄造,浆内填料(TiO2)含量设为20%、30%和40%,利用二氧化硅(SiO2)和聚乙烯醇(PVA)混合液对3种不同加填量的原纸进行涂布、压光整饰得涂布型装饰原纸。采用聚氨酯类无醛胶黏剂对涂布型装饰原纸进行浸渍处理,继而固化和热压贴面。使用扫描电子显微镜(SEM)和动态渗透性测定仪对装饰原纸的表面状态和动态渗透性进行表征测试,应用喷墨打印机对装饰原纸进行印刷打样,通过分光密度计结合相对反差的计算分析装饰原纸的印刷性能,测试分析装饰原纸的抗张强度、平滑度、透气度、吸水性、白度等物理性能以及装饰纸贴面板的表面耐磨性、表面硬度和表面胶合强度等性能。结果: 浆内填料加填量增加会使填料更多填充到原纸结构空隙中,影响胶液在纸张内部的渗透性,致密的表面涂层也会一定程度上降低胶液在纸张内部的渗透性。未涂布原纸的色密度随浆内填料加填量增加而下降,涂布原纸的青、品红、黄、黑色实地密度较未涂布原纸分别提高69.0%、96.2%、45.6%、86.5%,品红、黄、黑3种色别的相对反差均达到标准要求。涂布对装饰原纸的印刷适性起积极作用,填料加填量变化对涂布后装饰原纸印刷适性的影响并不显著;填料加填量增加致使装饰原纸的抗张强度、吸水性下降,平滑度、紧度、白度提高,涂布后装饰原纸较未涂布原纸抗张强度提高52.8%,平滑度提高97.56%,白度变化不明显,不透明度稍有提高;热压后涂布型无醛浸渍胶膜纸的表面耐磨性、硬度和表面胶合强度均达到标准要求。结论: 减少装饰原纸浆内填料加填量,辅以表面涂布方式,能够提高装饰原纸的物理性能以及印刷适性,该方式生产的装饰原纸适用于无醛胶黏剂浸渍,有利于装饰纸无醛化发展。
目的: 以豆粕(SM)为主要原料,通过构建双交联网络结构,提升豆粕胶黏剂的耐水胶合性能和固化胶层韧性,为豆粕胶黏剂的产业化应用提供理论依据和技术指导。方法: 利用环氧化天然橡胶(ER)和丙三醇三缩水甘油醚(PTGE),在豆粕胶黏剂体系构建双交联网络结构,研究不同环氧值ER对豆粕胶黏剂化学成分、黏度、吸湿性、残留率、热稳定性、断面形态等的影响,表征所制备杨木胶合板的耐水胶合强度。结果: 1) 环氧值为50%的ER-50协同环氧交联剂PTGE改性豆粕胶黏剂(SMP/ER-50),其耐水胶合强度为1.02 MPa,相比对照组提升292.3%,达到国家II类杨木胶合板标准;2) 扫描电子显微镜显示,SMP/ER-50胶黏剂的固化胶层断面出现均匀相分离结构,可有效提升胶黏剂的韧性;3) SMP/ER-50胶黏剂具有优异的耐水性能,其残留率为90.54%,较对照组提升26.65%;吸湿性为19.28%,较对照组降低14.99%。结论: SMP/ER-50胶黏剂耐水胶合性能和固化胶层韧性显著提高的主要原因是PTGE和ER-50在豆粕胶黏剂体系中形成致密的双交联网络结构,阻止水分浸入,提高胶黏剂的耐水胶合强度;双交联网络中,当受到外力作用时,ER吸收部分应力,可起到能量耗散作用,进而实现豆粕胶黏剂的增韧增强。
目的: 探究木材喷涂喷头结构参数对喷口流速v2、漆雾扩散角度γ和漆雾均匀性λ的影响,求解喷头最优结构参数,提高木材喷涂效率和喷涂效果。方法: 基于雾滴碰撞、聚集和积累理论初步探究v2、γ和λ的影响因素,将优化参数设为原始喷头的7项关键内部结构参数,包括内壁倒角β、三段管道内壁长度L1至L3和三段管道内壁直径d1至d3,利用Design Expert 设计7因素3水平3指标的BBD响应曲面试验,探究各结构参数对v2、γ和λ的影响显著性。BBD试验各组结果由3部分仿真获得,采用k-ε模型进行喷头内部流场仿真、KHRT模型进行高压平口雾化仿真。应用Image J测定漆雾扩散角度,通过Python运用“雾滴撒点法”完成对每组雾化仿真结果的均匀性标定,利用多目标优化方法求解喷头最优结构参数,并通过仿真喷涂和实机喷涂验证其喷涂效果。结果: BBD响应曲面试验结果表明,7项关键内部结构参数对指标的影响十分复杂,但3项指标v2、γ和λ回归显著(P≤0.000 1),多目标优化下的理论最优漆雾扩散角度为21.28°、最优漆雾均匀性为3.053;最优喷头的喷涂仿真试验结果表明,优化后喷口流速v2由35.8 m·s?1升至107 m·s?1,漆雾扩散角度γ由16.74°升至21.09°(与理论相差0.883%),漆雾均匀性λ由3.62升至3.03(λ越小代表越均匀,与理论相差0.751%)。在木材喷涂实机试验中,优化前后木材喷涂试样漆厚标准差由21.71 μm降至17.74 μm,单面喷涂时间由6.2 s降至5.5 s,单面喷头移动行程由3 255 mm降至2 887 mm。结论: 基于“雾滴撒点法”的漆雾均匀性评判标准以及基于响应曲面法和多目标的喷头结构参数优化方法可对木材喷涂喷头优化设计提供一定参考,对提高木材喷涂漆面均匀性和木材喷涂效率具有一定效果和帮助。
目的: 探究氟环唑(EPO)、环唑醇(Cy)、铜胺(氨)环唑醇(CuCy)等制剂处理材的野外耐久性能,确定各制剂在户外与土壤接触(C4.1)时的推荐使用或标准载药量,为该类防腐剂处理质量标准的制定及其实际应用提供依据。方法: 制备稳定的Cy和EPO水溶性微乳液,以马尾松和辐射松为试验材料,采用真空加压处理工艺,依据《木材防腐剂性能评估的野外埋地试验方法》(GB/T 27655—2011),将Cy、EPO和CuCy制剂处理试样进行埋地测试,每年记录并计算处理材的耐腐朽和抗白蚁蛀蚀完好指数,确定其耐腐朽和防白蚁性能。结果: 在木材腐朽中等危害区域(Z2)北京试验场,载药量≥0.049 kg·m?3 Cy和载药量≥0.047 kg·m?3 EPO处理材7年后耐腐朽完好指数≥9.0,耐腐朽性能良好;载药量1.60~3.20 kg·m?3CuCy处理的马尾松和载药量1.40~3.04 kg·m?3CuCy处理的辐射松11年后耐腐朽完好指数全部为10,耐腐朽性能较好,CuCy处理材耐腐朽性能与铜/戊唑醇/丙环唑(CuPT)相当。在木材腐朽白蚁严重危害区域(Z4)广州试验场,载药量1.97~2.80 kg·m?3CuCy处理的马尾松11年后耐腐朽完好指数≥9.78,其中载药量2.80 kg·m?3 CuCy处理材11年后抗白蚁蛀蚀完好指数为7.15。结论: 在Z2区域C4.1使用时,CuCy处理材载药量≥1.60 kg·m?3可确保耐腐朽性能;在Z4区域C4.1使用时,CuCy处理材载药量≥2.80 kg·m?3可确保耐腐朽和防白蚁性能。在Z2区域C4.1使用环境,不含铜Cy 和EPO处理材的耐腐性能较戊唑醇/丙环唑高效;在Z2及Z4区域C4.1使用环境,当载药量等量时,CuCy处理材的耐久性能与CuPT相当。
目的: 在生态文明建设背景下,研究欠发达生态脆弱地区林业全要素生产率变动及其影响因素,从林业投入资源配置、生产经营规模调整等方面探讨提高林业全要素生产率的可行路径,为生态脆弱与经济贫困叠加的同类高山集体林区加快转变林业发展方式、制定促进林业高质量发展相关政策提供科学依据和理论支撑。方法: 基于甘肃省2009—2018年500个农户跟踪调查数据,以资金、土地和劳动为投入要素,经济、生态和社会效益为产出要素构建DEA-Malmquist模型,从户主特征、家庭特征、林地特征、区位特征、林业政策和林业服务6个维度选取13个变量构建面板Tobit模型,测算甘肃省林业全要素生产率并分析其影响因素。结果: 1) 从整体变动上看,林业全要素生产率增长不足,原因在于各分量未形成合力,具体为林业全要素生产率增长受技术进步驱动,而技术效率、纯技术效率和规模效率促进作用有限。2) 从时间特征上看,林业全要素生产率处于不稳定状态(2010—2018年呈上下交替波动特征),未能实现林业生产力的持续发展。3) 从区域特征上看,因各地区自然历史条件和经济社会发展差异,林业全要素生产率地区差异明显。分区域来看,陇东地区林业全要素生产率增长不足,陇南地区增长有限,陇中地区增长较快;分县域来看,陇南地区各县域差异较大,陇中地区次之,陇东地区最小。4) 从影响因素上看,林业全要素生产率受年龄、担任干部、外出务工人数、林业收入与总收入占比、林道满足需要、地理区位、采伐指标申请难易、获得林业补贴、参与森林保险、林权抵押贷款难易以及参与林业合作社影响。结论: 1) 重视林业理论基础研究并不断应用转化林业科技成果,依靠科技进步保障林业持续发展;2) 强化林业培训措施,提高林业技术效率,注重林业技术效应,转变林业发展方式;3) 加大林业融资供给,引导林地规范流转,健全林业社会化服务体系,提高林业规模效率,实现林业规模经济;4) 持续改进技术进步,逐步提升技术效率,充分挖掘规模潜力,使生产率各分量形成合力,合理有效配置林业生产要素;5) 各地林业发展应全面考虑自身林业资源禀赋特殊性、生态安全必要性和艰巨性,提供精准扶持政策,因地制宜发展林业,加强区域交流合作,促进区域共同发展。
气候智慧林业于2020年之后兴起,是集智慧林业、气候林业和生态林业于一体的协同发展新组合。气候智慧林业是利用智能化和数字驱动的新一代信息与人工智能(AI)技术,通过改变传统的林业科学科研与管理范式,更好地理解森林生态系统与气候变化相互影响的机制;在此基础上,提出基于自然的气候解决方案,实现森林生态系统功能的高效、稳定、可持续目标,最终达到人与自然和谐发展。与传统林业和生态林业相似,气候智慧林业也需要强大的科学研究基础。气候智慧林业研究需要回答的核心科学问题是森林生态系统与气候变化相互影响的机制,其研究方向包括:1) 森林生态系统碳汇的监测、计量与核算,以及碳汇对减缓气候变化的时间效应;2) 森林生态系统韧性(抵抗力、恢复力、适应力)的形成及其对气候变化和自然干扰的响应机制;3) 森林生态系统碳汇的形成、维持与提升机制,包括管理措施和木材生产利用对碳汇的影响、碳汇与其他功能之间的平衡;4) 人工智能和多源遥感驱动的森林智能数据采集系统;5) 基于信息化+AI和专家决策的气候智慧林业管理系统。加强上述研究,有利于增强森林生态系统韧性,以更好适应气候变化或减缓气候变化的负面影响,提升森林缓解气候变化的能力,为增强森林的多种生态功能与林产品供给能力提供科技支撑。
目的: 研究氮(N)、磷(P)添加对亚热带毛竹林土壤水稳性团聚体及土壤有机碳(SOC)分布的影响,揭示毛竹林SOC对N、P添加的响应特征,为N沉降背景下毛竹林固碳增汇提供数据支持。方法: 以NH4NO3为N源、NaH2PO4为P源,设置不同N、P添加量的4个处理:CK(0 kg·hm?2a?1 N+0 kg·hm?2a?1 P)、N(120 kg·hm?2a?1 N)、P(120 kg·hm?2a?1 P)和NP(120 kg·hm?2a?1 N+120 kg·hm?2a?1 P),3年后分析N、P添加对毛竹林土壤0~20、20~40 和40~60 cm土层不同粒级(>2、0.25~2、0. 053~0.25和<0.053 mm)团聚体含量、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)及其SOC分布的影响。结果: 1) 各土层土壤水稳性团聚体均以大团聚体(>0.25 mm)为主,各处理大团聚体含量均随土层加深而降低,微团聚体(<0.25 mm)含量随土层加深而增加。在0~20 cm土层,N处理显著增加微团聚体含量,对大团聚体含量无显著影响;P处理对团聚体组成无显著影响;NP处理显著增加微团聚体含量、降低大团聚体含量;各处理对水稳性团聚体MWD和GMD均无显著影响。在20~40和40~60 cm土层,与CK相比,各处理均呈大团聚体含量降低、微团聚体含量增加的趋势。在20~40 cm土层,P处理显著降低水稳性团聚体MWD和GMD,N处理对水稳性团聚体MWD和GMD无显著影响,NP处理显著降低水稳性团聚体MWD,对水稳性团聚体GMD无显著影响;在40~60 cm土层,各处理均显著降低水稳性团聚体MWD和GMD。2) 与CK相比,N、P处理显著降低各土层SOC含量;NP处理对0~20和20~40 cm土层SOC含量均无显著影响,但显著降低40~60 cm土层SOC含量。3) N处理对0~20和40~60 cm土层土壤团聚体SOC贡献率均无显著影响,仅增加20~40 cm土层土壤大团聚体SOC贡献率、降低微团聚体SOC贡献率;NP处理显著降低各土层大团聚体SOC贡献率、增加微团聚体SOC贡献率;P处理对团聚体SOC贡献率的影响在20~40和40~60 cm土层与NP处理对其的影响趋势一致,对0~20 cm土层无显著影响。结论: N、P同时添加可在一定程度上减缓N或P单独添加引起的毛竹林SOC含量降低;P添加可促进SOC由大团聚体向微团聚体转移,增加SOC稳定性。在N素相对富集、P限制的亚热带森林土壤中,P添加可缓解N沉降引起的SOC含量降低,并在一定程度上促进SOC固定。
目的: 探究采伐干扰对东北典型天然次生针阔混交林乔木层碳储量变化的影响,为东北地区森林可持续经营提供理论依据。方法: 在吉林省林业实验区国有林保护中心选取4块1 hm2针阔混交林样地,2011年开展初次调查,同年冬季进行采伐作业,2013、2015、2018和2021年复测保留木。采用双变量线性回归法,探讨采伐强度、物种多样性、功能多样性、系统发育多样性和群落加权平均性状值对碳储量和碳增量的影响;使用多元线性回归模型,比较各变量的贡献程度;利用结构方程模型,检验各变量对碳储量和碳增量的直接和间接效应。结果: 1) 碳储量和碳增量多元线性回归模型中,采伐强度对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量的25%和5%;植物物种多样性对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量(物种、功能、系统发育多样性)的67%和58%;群落加权平均性状值对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量的8%和37%。2) 碳储量结构方程模型中,采伐强度对系统发育多样性、功能多样性、最大树高加权性状值和碳储量具有显著负向效应,路径系数分别为?0.221、?0.454、?0.337和?0.229;采伐强度对木质密度加权性状值具有显著正向效应,路径系数为0.368;采伐强度对物种多样性的直接效应不显著;物种多样性和功能多样性对碳储量具有显著正向效应,路径系数分别为0.306和0.235;系统发育多样性和群落加权平均值对碳储量的直接效应不显著。3) 碳增量结构方程模型中,最大树高加权性状值对碳增量具有显著正向效应,功能多样性与木质密度加权性状值不相关,其他变量间的关系与碳储量模型相同。结论: 物种多样性、功能多样性、群落加权平均性状值对碳储量和碳增量具有直接影响,森林经营时可通过增加植物种类以促成功能多样的林分来提高森林碳汇能力。采伐强度直接或间接通过功能多样性和群落加权平均性状值减少碳储量和碳增量,在森林经营中应合理采伐,以提高森林碳汇能力。
目的: 预测未来气候背景下辽宁西部黑水林场樟子松人工林总初级生产力(GPP)和生态系统内禀水分利用效率(iWUE)的变化趋势及差异,为樟子松人工林的可持续管理与科学经营提供科学参考。方法: 对BIOME-BGC模型中影响GPP和蒸散(ET)的参数进行敏感性分析,利用参数估计(PEST)结合涡度数据对模型进行参数调整,获得模拟生态系统总初级生产力(GPPm)和模拟生态系统内禀水分利用效率(iWUEm),以稳定同位素和遥感数据进行比对,预测本世纪末黑水林场樟子松GPPm和iWUEm对气候变化和CO2浓度增加的响应。结果: 细根与叶片碳分配比是同时影响BIOME-BGC模型中GPP和ET的高敏感性参数,叶片和细根年周转率是中敏感性参数。对敏感性参数进行校正后,模型输出的GPP模拟值更趋近于实测值。iWUEm与遥感生态系统内禀水分利用效率(iWUEy)、单株内禀水分利用效率(iWUEd)均呈显著相关(P<0.05)。在增温情景下,樟子松GPPm升高,但在降水和CO2增加情景下GPPm变化不显著,不同情景下的iWUEm与GPPm变化相似但变幅更大。在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,樟子松GPPm与基线相比呈上升趋势且差异显著,但在RCP2.6和RCP4.5情景下iWUEm与基线差异不显著,仅在RCP8.5情景下极显著升高(P<0.01)。结论: 参数校正后的BIOME-BGC模型能够准确模拟黑水林场樟子松GPPm和iWUEm,未来GPPm与iWUEm变化趋势的差异暗示iWUE的气候变化响应机制比GPP更复杂,其不仅受气候变化影响,还可能与当地立地条件有关。
目的: 提取肥城市不同时期的林地信息,分析林地时空变化特征,挖掘林地面积变化的驱动因子,为区域林地资源监测、管理和可持续发展提供参考。方法: 以肥城市为研究区,基于2000—2020年21期Landsat遥感数据,首先对Landsat遥感数据进行辐射定标、大气校正等预处理,采用决策树分类法对遥感数据进行土地类型解译,提取林地相关信息;然后揭示近20年来林地时空变化特征;最后构建新的环境压力模型(IPAT),分析林地面积变化的驱动因子。结果: 基于决策树规则提取的肥城市林地信息用户精度达94.7%,具有较高的解译精度。解译结果表明,近20年来林地面积在波动性中呈增长趋势,净增加17 463.54 hm2;增加的林地主要分布在肥城市中部和北部矿区,减少的林地则集中分布于中部林地的边缘部分,最终呈现中部和北部集中分布、其他地区零星分布的空间特征。改进的环境压力模型(IPAT)表明,林地禀赋价值是肥城市林地面积变化的主要驱动因子(贡献率超80.3%),富裕程度是次要驱动因素,二者贡献比例超过改进IPAT模型4个因子总贡献率的92%;林业产值对国内生产总值的贡献率和人口数量对林地面积变化的影响相对较小。结论: 基于决策树分类法对遥感数据解译能够准确提取肥城市林地信息并监测林地动态变化,林地禀赋价值对林地面积变化有显著影响。
目的: 探究繁殖方式对杉木幼苗根系不同序级生物量分配和生长的影响,分析不同繁殖方式培育的杉木幼苗在相似生长环境下的根系生长策略,为杉木幼苗个体根系生长发育研究提供科学依据。方法: 以种子萌发、组织培养和无性扦插等繁殖方式培育1年的杉木幼苗为研究对象,比较杉木幼苗根系不同序级生物量、形态性状和组织碳氮含量的差异,分析根系生物量与不同序级测定指标之间的内在关系,探究杉木幼苗因繁殖方式不同影响根系生长策略的差异性。结果: 1) 不同繁殖方式培育的杉木幼苗根冠比差异达显著水平(P<0.05),表现为扦插苗>实生苗>组培苗。从同一序级生物量分配情况看,扦插苗1级根生物量[每株(0.68±0.13)g]分别是实生苗的4.31倍和组培苗的1.09倍;组培苗2~4级根生物量显著大于实生苗和扦插苗,分别为每株(1.19±0.21)g、(1.63±0.19)g和(1.82±0.27)g,组培苗和扦插苗根系不同序级生物量积累量更大。2) 实生苗通过4级根生长促进1~2级根延伸,其4级根生物量、1~2级根比表面积显著大于组培苗和扦插苗(P<0.05);组培苗和扦插苗1级根平均直径和比根长显著大于实生苗,表现出通过直径增大和长度增加方式增强资源吸收效率的策略。3) 实生苗、组培苗和扦插苗根系不同序级组织C和N含量存在差异,组培苗和扦插苗1~2级根N含量显著高于实生苗(P<0.05),3~4级根N含量显著低于实生苗;组培苗1~4级根C含量显著低于实生苗和扦插苗;组培苗和扦插苗1级根C/N显著小于实生苗。4) 实生苗根系生物量与1级根上的组织N含量、2~3级根上的形态性状、4级根上的形态性状和组织C含量均具有显著关系(P<0.05);对于组培苗、扦插苗而言,根系生物量与1~2级根上的形态性状、3~4级根上的形态性状和组织C含量具有显著关系,体现出根系不同序级在形态构建与资源获取效率间存在的生态权衡关系。结论: 不同繁殖方式培育的杉木幼苗根系发育水平和生长策略存在明显差异,实生苗根系表现出探索寻觅土壤空间资源的生长策略;与之相比,组培苗和扦插苗根系形态构建特征和生长策略更具相似性,表现出增强对已占据空间资源吸收利用效率的生长策略。
目的: 探索银杉成熟胚愈伤组织诱导植株再生的影响因素,为阐明影响诱导银杉愈伤组织、不定芽等的机制提供帮助。方法: 以广西金秀和广西桂林2个种源的银杉成熟胚为试验材料,利用1/2 MS、DCR、P6培养基,分别添加0.5、1.0、1.5 mg·L?1的6-BA,0.2、0.4、0.6 mg·L?1的NAA和0.5、1.0、1.5 mg·L?1的IBA,诱导银杉愈伤组织、不定芽和不定根,得到银杉再生植株;分析银杉种源、培养基、植物生长调节剂等对银杉愈伤组织、不定芽、不定根诱导率和增殖壮芽率的影响。结果: 广西桂林种源银杉愈伤组织、不定根诱导率和增殖壮芽率最大,分别为66.48%,21.43%和55.00%。广西金秀种源银杉不定芽诱导率最大,为73.33%。适合银杉愈伤组织诱导植株再生的培养基和植物生长调节剂对于愈伤组织为DCR+0.5 mg·L?16-BA,对于不定芽为DCR+1.5 mg·L?16-BA,对于不定根为1/2 MS+0.2 mg·L?1NAA+0.5 mg·L?1IBA,对于增殖壮芽为DCR+1.0 mg·L?16-BA+0.4 mg·L?1NAA。结论: 广西桂林种源银杉整体诱导率和增殖率相比广西金秀种源高。DCR培养基对银杉愈伤组织和不定芽诱导具有显著促进效果,1/2 MS培养基对不定根诱导具有显著促进效果。6-BA既可诱导银杉愈伤组织和又可诱导不定芽,NAA和IBA组合可诱导出银杉不定根,6-BA和NAA组合可对银杉不定芽进行增殖壮芽。
目的: 揭示半胱氨酸蛋白酶CfAtg4在油茶果生刺盘孢中的生物学功能,为油茶炭疽病新型防控药剂的开发提供候选靶标位点。方法: 通过Overlap PCR构建CfATG4基因敲除片段,利用同源重组原理和PEG介导的原生质体转化法获得敲除突变体和回补菌株;测定野生型、突变体、回补菌株对自噬诱导剂雷帕霉素的敏感性,通过倒置荧光显微镜观察饥饿诱导前后自噬小体数量评价自噬发生程度,采用蛋白免疫印迹试验验证显微观察结果;测定野生型、突变体、回补菌株的生长速率、分生孢子产量、致病力、孢子萌发、附着胞形成以及对外界胁迫敏感性。结果: 1) 果生刺盘孢CfATG4基因敲除突变体ΔCfatg4对雷帕霉素更敏感,自噬小体数量显著少于野生型,ΔCfatg4突变体饥饿诱导前后均不能降解自噬标记蛋白GFP-CfAtg8,自噬作用丧失。2) 通过生物学表型分析发现,突变体ΔCfatg4在不同营养条件培养基上生长速率减缓,气生菌丝减少;ΔCfatg4突变体产孢量显著减少,在油茶叶片上致病性丧失,且无法穿透玻璃纸。3) 突变体ΔCfatg4孢子萌发率和附着胞形成率显著降低。4) 突变体ΔCfatg4对盐胁迫(NaCl、KCl)更耐受,对细胞壁完整性胁迫剂SDS更敏感,对CR更耐受;突变体ΔCfatg4在氧化环境(H2O2)下更敏感,在还原环境(DTT)下更耐受。结论: 半胱氨酸蛋白酶CfAtg4介导的自噬参与调控油茶果生刺盘孢生长发育、产孢、附着胞形成、外界胁迫应答和致病过程。
目的: 对栽植于渠道旁的绿洲农田防护林树干向、背渠两侧边材液流速率进行定位观测和比较,明确特殊立地条件下树干边材水分传输的方位差异,为提高利用液流估算树木蒸腾精度提供科学依据。方法: 以乌兰布和沙漠绿洲农田防护林的3种杨树(小美旱杨、新疆杨和北抗杨)为研究对象,采用有8个监测位点的热场变形液流测定技术同步监测和对比树干向渠和背渠2个方位的边材液流速率。结果: 边材液流速率在向渠侧(JQ-side)显著高于背渠侧(JNQ-side)(P < 0.01),且3个树种表现一致。观测期内,小美旱杨、新疆杨和北抗杨的JQ-side为JNQ-side的1.83倍(R2 = 0.90)、1.40倍(R2 = 0.71)和3.55倍(R2 = 0.71),典型晴天的JQ-side日峰值平均值分别可达3.38、2.47和5.35 cm·h?1,午间前后,树干向、背渠两侧边材液流速率差异最大。JQ-side和JNQ-side均表现出随边材深度而递减的显著变化,其中向渠侧边材各位点(1.5~7.5 cm)的液流速率均显著高于背渠侧相应位点(P < 0.01),该径向变化规律在每个树种不同方位均表现出一致性,可通过负指数函数较好拟合(R2 > 0.98)。结论: 灌渠引起绿洲农田防护林树干向、背渠两侧边材的水分传输产生显著差异,但并不改变各方位的径向变化格局。
目的: 分析内蒙古大兴安岭林火发生概率及驱动因素在1987年森林大火前后的差异,了解重大历史事件对林火防控的影响,为未来重大事件发生背景下的林火管理与防火资源合理配置优化提供理论支撑。方法: 基于1980—2018年(39年)内蒙古大兴安岭历史火灾数据,以对我国森林火灾防控有重大影响的1987年森林大火为分界线,采用逻辑斯蒂回归(LR)和增强回归树(BRT)2种林火预测模型对1987年森林大火发生前、发生后和所有年份3个时期的林火发生概率和驱动因素进行分析和比较,同时计算各旗(县)低、中、高3个火险等级的面积,判读不同时期的林火驱动因素和火险变化差异。结果: 1) 无论用所有年份还是用1987年前和1987年后的数据建模,BRT模型预测精度均高于LR模型,虽然LR模型预测精度略低,但也可以满足预测需求;2) 2种林火预测模型对3个时期的预测准确率均表现为所有年份>1987年后>1987年前,说明在样本数据量足够的情况下,以1987年森林大火为分界线并未提高预测精度,利用所有年份数据建模具有较高可信度;3) 气候因素在不同时期均为影响林火发生的主导因素,尤其要关注火灾发生前一年秋季防火期的相关气象指标(平均/最高气温、平均/最高地表温度、日照时数);4) 3个时期的火灾中高风险区发生明显变化,内蒙古大兴安岭东部(鄂伦春自治旗东南部、莫力达瓦达斡尔族自治旗大部及阿荣旗中部)3个时期均有较高火灾风险,北部原始林区(额尔古纳市北部)1987年前中高风险区很少,1987年后中高风险区显著增多。导致火灾发生的原因1987年前主要是人为因素,1987年后有关政策和法规的制定使人为因素引发的森林火灾减少,但雷击火次数有所增加。结论: 1987年森林大火重大历史事件的发生使我国森林防火政策发生巨大变化,影响内蒙古大兴安岭林火发生概率及驱动因素的主导因素由人为因素转变为自然因素(雷击火)。
目的: 调查蒙古国珍稀濒危动物戈壁棕熊及同域分布动物多样性和分布格局,为蒙古国大戈壁保护区A区戈壁棕熊的精准保护、同域分布野生动物的保护管理和科学研究提供数据支撑。方法: 对2019年4月—2021年3月在大戈壁保护区A区戈壁棕熊补饲点、水源点和兽径/通道处布设的118台红外相机数据进行分析,编制基于红外相机监测的保护区兽类和鸟类名录,采用分布强度指数和相对多度指数分析戈壁棕熊及其同域分布野生动物的分布强度和相对多度,比较主要兽类空间分布格局,探讨其分布特征与物种间相互作用以及环境因子的关系。结果: 调查累计59 271个红外相机工作日,鉴定出兽类6目13种、鸟类10目48种。兽类以荒漠生境典型物种为主,也包括干旱山地生境物种和部分古北界、全北界广布种;鸟类涵盖典型荒漠、半荒漠和干旱草原鸟种以及山地裸岩区典型鸟种和典型湿地鸟类。鸟类中19种为当地留鸟,占全部鸟种数的39.6%,其余29种为候鸟,仅在迁徙季短期停留于戈壁中的各绿洲。获得主要兽类独立照片23 312张,蒙古野驴的独立照片数最多,其次为野骆驼、戈壁棕熊。戈壁棕熊的分布强度表现为从保护区东部到西部逐渐降低,大多数有蹄类动物分布强度呈从西部到东部减弱趋势;食肉动物中各物种在不同绿洲呈现不同分布强度。10种大中型兽类中,戈壁棕熊相对多度指数(20.61)最高;食草动物中,蒙古野驴相对多度指数(17.26)最高。结论: 大戈壁保护区主要兽类分布强度在不同绿洲间存在差异,可能与其生境选择偏好和捕食者/猎物的分布有关,也是荒漠生态系统动物群落竞争共存机制作用的体现。多数物种在不同生境类型间的相对多度指数存在差异,尤其是有蹄类物种,对水源表现出明显依赖性。建议围绕水源点开展持续监测,进一步摸清大戈壁保护区A区的物种多样性,掌握戈壁棕熊等珍稀濒危物种的分布动态。
目的: 实时、同步测量楸木早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率,揭示早材和晚材不同类型组织的尺寸变化规律及其相互作用机理。方法: 以楸木心材同一生长轮内的早材和晚材为研究对象,采用动态水分吸附分析仪联用视频白光显微镜,在水分吸着-解吸阶段[温度设置为(25.0±0.1)℃,相对湿度变化过程设置为0%→95%→0%,以相对湿度10%为梯度进行升湿、降湿],同步测量早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率;在平衡含水率恒定阶段,考察“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间是否存在滞后现象。结果: 1) 在水分吸附全过程中,早材和晚材均表现出明显的吸湿滞后现象,绝对滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值;与早材相比,晚材的绝对滞后值较小。2) 早材和晚材木纤维组织、木射线尺寸的变化比率均随相对湿度升高而增大;导管弦向直径变化比率随相对湿度的变化模式与之相反,在相对湿度95%时,早材和晚材导管弦向直径的变化比率分别为0.945和0.918。3) 随着木射线与导管之间直线长度(L)增加,木射线弦向尺寸的变化比率减小,L≥200 μm后不再发生变化;轴向尺寸的变化比率未改变或改变很小,在相对湿度95%时,早材和晚材木射线弦向尺寸变化比率的最大值分别为1.051和1.038。4) 在水分吸附循环过程中,早材和晚材木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率均表现出明显的湿胀滞后现象,湿胀滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值。5) 在水分吸着-解吸过程中,早材和晚材组织“刚达到含水率平衡态”的尺寸变化比率与“保持含水率平衡态180 min”后的尺寸变化比率相比未发生明显变化,可被认为是相等的。结论: 木质素对绝对滞后值的影响大于半纤维素;在水分吸着过程中,木纤维组织和木射线的湿胀行为对导管产生挤压使其收缩;在水分解吸过程中,木纤维组织的干缩行为对导管产生拉伸使其扩张;晚材组织对导管的挤压和拉伸大于早材组织;木纤维组织对木射线的湿胀-干缩行为起抑制作用,相较于早材木纤维组织,晚材木纤维组织对木射线弦向湿胀-干缩行为的抑制作用更显著;木材吸湿滞后行为是引起湿胀滞后现象的原因之一;早材和晚材组织均可视为同步达到“含水率平衡态”和“尺寸变化平衡态”,即“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间不存在滞后现象。
目的: 研究往复荷载作用时国产速生杨木正交胶合木(CLT)剪力墙的抗侧力性能,阐明木材高温预处理和加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,为高温改性技术和国产速生木材在建筑结构中的高效利用提供参考。方法: 以木结构建筑常用的进口欧洲云杉规格材为对照,以相同强度等级的国产速生杨木为研究对象,选用180 ℃为预处理温度对杨木进行高温改性,制备5面全尺寸正交胶合木剪力墙,开展往复荷载作用时加速老化前后正交胶合木剪力墙的抗侧力性能试验。结果: 与相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙相比,往复荷载作用时未处理杨木正交胶合木剪力墙的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低5.8%、12.9%、8.0%;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能指标不同程度降低;与未处理杨木正交胶合木墙体相比,加速老化处理后,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低9.4%、9.7%、11.2%;木材经高温预处理后,经加速老化,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力变化较小,分别降低2.9%、2.4%、5.0%。结论: 往复荷载作用时,国产速生杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能略低于相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙,水平力作用时二者具有相似破坏模式,均为抗拔连接件节点处钉子被剪断;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的破坏模式均为底部墙角抗拔连接件处木材被拉断或劈裂破坏;木材高温预处理能够有效降低加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,具有相对较好的抗老化能力;建立正交胶合木剪力墙极限承载力计算模型,理论值与试验值误差小于10%。
目的: 沉香提取物是其主要应用方式之一。针对不同应用领域对沉香成分需求存在显著差异的问题,在提取过程中对沉香主要成分进行粗犷分离,明确不同提取物的释香行为,为实现沉香在特定领域的定向、高效利用提供参考。方法: 以传统沉香和奇楠沉香为研究对象,通过水蒸气-溶剂多级提取,获得精油、浸膏、醇沉等沉香多级提取物;利用气相色谱质谱联用(GC-MS)和高效液相色谱(HPLC)技术,分析不同品种沉香多级提取物的化学成分差异;采用顶空-气相色谱联用(HS-GC-MS)技术,分析传统沉香和奇楠沉香多级提取物在40~160 ℃的香气释放规律。结果: 水蒸气-溶剂多级提取可实现传统沉香和奇楠沉香中倍半萜、色酮类成分的粗犷分离;水中蒸馏和隔水蒸馏对精油成分影响较小,均主要含有倍半萜和芳香族小分子物质,相对峰面积≥99%;蒸馏后再进行溶剂提取,获得的浸膏主要含有色酮类成分,相对峰面积≥90%;醇沉可实现对传统沉香浸膏中杂质的有效分离。2种沉香多级提取物的主要化学成分和释香成分存在显著差异:传统沉香、奇楠沉香精油中,分别主要含有榄香醇、α-檀香醇,40 ℃时主要释香物质分别为匙叶桉油烯醇、(1R,3aR,5aR,9aS)-1,4,4,7-Tetramethyl-1,2,3,3a,4,5a,8,9-octahydrocyclopenta[c]benzofuran;传统沉香浸膏中色酮种类更为丰富,160 ℃后色酮裂解形成大量小分子挥发性物质,出峰数量和强度明显高于奇楠沉香。结论: 通过多级提取方式,可获得富含倍半萜类化合物的沉香精油以及富含色酮类成分的沉香浸膏、杂质较高的醇沉。精油在低温时具有较好的香气释放能力,适合开发香水、日化等常温释香产品;浸膏适用于高温释香,可开发熏香、燃香等产品;奇楠沉香浸膏中主要成分为2-(2-苯乙基)色酮、2-[2-(4-甲氧基苯基)乙基]色酮,可用于该色酮的单体分离;醇沉中沉香有效物质明显降低,可开发低值化产品。
目的: 以杨木、桉木和相思木木质素为原料,探究纤维素酶在不同材种木质素和模拟底物上的吸附行为,为木质纤维原料预处理技术选择和酶水解转化成本降低提供参考。方法: 采用二维核磁方法分析提取木质素的组成结构,应用旋涂法制备木质素和木质素/纤维素薄膜,并对酶吸附前后的表面形貌进行表征,利用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术原位、实时探究不同材种木质素吸附纤维素酶影响底物酶水解的规律。结果: 杨木、桉木和相思木分离木质素纯度高,均为GS型木质素(杨木、桉木和相思木木质素S/G比分别为1.09、1.73和1.22),木质素结构单元之间的主要连接方式为β—O—4结构。原子力显微镜(AFM)观察显示,底物水解过程中纤维素酶可均匀分布在底物和木质素表面且结合紧密,酶水解后桉木木质素薄膜的粗糙度高于杨木和相思木。经QCM-D分析木质素吸附纤维素酶的能力大小为杨木<相思木<桉木。结论: 原料酶水解过程可分为吸附、快速水解、缓慢水解和水解平衡4个阶段。同结构单元类型木质素对纤维素酶表现出的吸附能力不同,较高S/G比的木质素与纤维素酶之间的非生产吸附越多,导致酶与纤维素之间吸附位点减少,达到最大转化率所需时间更长,水解程度较低。
目的: 通过重组竹抗弯力学性能试验和理论分析,提出重组竹抗弯强度和抗弯弹性模量特征值取值建议,拟合相关关系,为重组竹在建筑结构中的应用提供参考。方法: 参考ASTM D143—14等规范,对40个重组竹试件进行抗弯力学性能试验,结合试件的荷载-跨中位移关系曲线以及各阶段的破坏模态,分析其受力性能;运用统计学理论,分别采用参数法、非参数法以及相关规范计算抗弯强度和抗弯弹性模量特征值。结果: 由试件的荷载-跨中位移关系曲线可知,重组竹抗弯破坏经历3个阶段,加载初期变形与荷载呈线性关系,此时试件处于弹性阶段;随着荷载增大,试件受拉区最外侧竹纤维的拉应力达到抗拉强度发生断裂,截面刚度降低,此时试件处于弹塑性阶段;继续加载,裂缝沿试件纵向和中性轴处发展,最终试件达到极限荷载后发生破坏,试件受压区未发现明显破坏。对于抗弯强度特征值,参数法计算结果均高于非参数法,基于正态分布和对数正态分布计算的抗弯强度特征值十分接近,且均大于Weibull分布计算的特征值;对于抗弯弹性模量,参数法、非参数法以及相关规范计算的特征值较为接近。结论: 对比3种计算方法的准确度,取非参数法计算的5%分位值作为抗弯强度特征值,取参数法计算的5%分位值作为抗弯弹性模量特征值,在此基础上,提出不同抗弯弹性模量等级对应的抗弯强度建议取值。
目的: 以高温花生粕(HPM)和低温花生粕(CPM)为试验原料,通过变性交联提高胶黏剂的胶接性能和耐水性, 为花生粕蛋白基胶黏剂的进一步实际应用提供参考。方法: 采用尿素(U)变性和聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)树脂交联两步法制备HPM和CPM蛋白基胶黏剂,并比较其在胶合强度、黏度、官能团、热性能和微观形貌方面的差异。结果: 与未变性交联的HPM和CPM胶黏剂相比,变性交联后HPM和CPM胶黏剂制备的杨木胶合板干态胶合强度分别提高134.1%和111.4%,湿态胶合强度分别满足国家标准Ⅰ类和Ⅱ类胶合板要求;变性交联后HPM与CPM胶黏剂黏度分别提高101.5%和70.5%,热分解温度分别提高至316.44 和307.57 ℃,且HPM制备的胶黏剂表面最紧密。结论: 变性交联后HPM胶黏剂的胶合强度、耐水性优于CPM胶黏剂,HPM比CPM更适宜作胶黏剂原料。
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。
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。
目的: 探究洞庭湖湿地植被覆盖变化的长期时空格局及其对气候变化和人类活动的响应机制,为湿地生态系统保护提供决策依据。方法: 利用FSDAF(时空融合数据分析框架)算法融合Landsat和MODIS影像,获取洞庭湖湿地2000—2019年月尺度归一化差异植被指数(NDVI)时间序列,采用改进的STL时序分解方法分离洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量,在不同时间尺度下量化湿地植被覆盖对环境变化和人为干扰的响应。基于线性回归方法与高时空分辨率的NDVI季节和趋势分量数据对洞庭湖湿地植被进行时空动态分析,识别湿地植被在不同尺度的时空动态格局。应用基于偏相关的分析方法定量评估2000—2019年3个主要气候因子(温度、降水量和太阳辐射)和人为因素对趋势和季节性植被变化的贡献。结果: 1) 2000—2019年,洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量变化呈现出空间分异格局,但总体呈“绿化”趋势,变化率分别为4.8×10?3 a?1和0.4×10?3 a?1。2) 温度和太阳辐射与植被变化存在显著正相关关系,与植被变化的季节相关性大于趋势相关性。降水量与植被变化的相关性相对较低,且与水稻的NDVI变化呈负相关关系(趋势分量偏相关系数R= -0.27;季节分量偏相关系数R= ?0.42)。3) 2000—2019年,人为因素和气候变化对洞庭湖湿地植被变化的平均相对贡献率分别为58%和42%,其中人为因素对长期和季节性湿地植被生长与恢复的相对贡献率分别为55%和62%,气候变化对长期和季节性湿地植被退化的相对贡献率分别为53%和56%。结论: 人为因素促进植被生长是洞庭湖湿地植被增绿的主要动因;气候变化对湿地生态系统构成威胁,采取合适的生态保护与修复方案仍是未来实现洞庭湖湿地生态系统可持续发展的重要手段。
目的: 提出一种冠层高度模型(CHM)与数字表面模型(DSM)相结合的单木分割方法,以解决无人机激光雷达提取地形坡度较大区域CHM时因树冠形变导致单木分割精度降低的问题。方法: 利用无人机激光雷达数据,在福建省顺昌县洋口林场地形起伏较大的中、高郁闭度杉木人工林中选择中龄林和幼龄林各3块标准地,结合地面实测数据和目视解译方法,对CHM与DSM相结合(优化方法)的4种窗口的局部最大值法的树顶点探测和极值标记的分水岭算法的单木分割进行精度评价,并与仅基于CHM的传统方法的树顶点探测和单木分割进行对比分析。结果: 树顶点探测方面,随着窗口增大,每块样地探测的单木总数量和探测百分比均呈下降趋势;中龄林3块样地的最佳窗口为0.3 m,幼龄林3块样地的最佳窗口为0.2 m,此时6块样地1∶1对应关系的单木数量和生产者精度均最大;在相应最佳窗口条件下,仅基于CHM的局部最大值法因树冠形变存在容易产生单木多树顶点探测现象,传统方法的单木探测百分比高于优化方法,但传统方法的树顶点探测精度低于优化方法。幼龄林的树顶点探测精度高于中龄林,这是因为幼龄林样地冠幅和单木相邻距离更一致,更适应固定窗口的局部最大值法。单木分割方面,优化方法的单木分割精度高于传统方法,幼龄林的单木分割精度高于中龄林。结论: 局部最大值法的树顶点探测和分水岭算法的单木分割直接数据源为DSM,是树冠表面真实起伏状况的反映,没有树冠形变,研究结果为更真实的树顶点和单木树冠边界。CHM与DSM相结合的单木分割方法在中、高郁闭度杉木人工中、幼林中分割精度较高(6块样地探测率r均大于88%,准确率p均大于92% ,F得分均大于91%),将该方法集成在ArcGIS模型构建器中,可为精准化、自动化、集成化的无人机激光雷达单木分割应用提供可能。
目的: 为解决光照、背景和拍摄尺度等复杂因素对野生动物图像识别准确性的影响。方法: 以野外红外触发相机采集的野生动物图像为对象:1)利用ENA24和NACTI两个公开的野生动物数据集构建包含不相交领域数据集S1和S2,共11个动物类别,包含25 591幅图像;2)针对领域偏移问题,采用ResNet50网络作为特征提取模块构建领域对抗网络,有效减轻了领域偏移;3)引入Wasserstein距离和相关对齐的表征学习网络,建立了基于Wasserstein距离和相关对齐的迁移学习网络,用于特征提取和识别,挖掘迁移性的特征。结果: 采用平均准确率作为评价指标,ResNet50、DDC、DCORAL、DAN、DANN、CDAN、HAN和JTN这8个模型在11种野生动物上的识别表现分别为48.4%、51.6%、49.6%、52.6%、45.2%、50.9%、54.6%和53.5%;在改进残差模块的ResNet50基础上,并引入Wasserstein距离和相关对齐的表征学习网络后,与现有最佳方法相比,11种(类)野生动物的平均准确率提高了2.7%。结论: 基于Wasserstein距离和相关对齐的迁移学习方法在野生动物识别方面的平均准确率达到57.3%;引入Wasserstein距离和相关对齐的表征学习可有效提高野生动物识别模型的准确性。
目的: 针对红外相机拍摄的野生动物图像数据量大、无效图像占比多、图像背景复杂等问题,提出一种可对图像进行自动、高准确率识别的模型,为生物多样性研究和野生动物保护工作提供更高效的支持。方法: 收集整理近4年来北京园林绿化生态系统监测网络各站点红外相机拍摄的约5 TB图像数据,对其手工标注并进行数据增强后自建10类共4 234张图像数据集。基于ConvNeXt卷积神经网络,结合北京地区野生动物图像数据集特点,设计BSGG-ConvNeXt模型,使用BlurPool、SENet、全局响应归一化层(GRN)、GCNet提升模型识别能力,并在自建数据集上探究训练策略对ConvNeXt网络识别准确率的影响,通过与其他经典模型比较,明确BSGG-ConvNeXt模型的优势。利用公开的红外野生动物Snapshot Serengeti(SS)数据集和Caltech Camera Traps(CCT)数据集,验证模型的泛化能力。结果: 以ConvNeXt的ConvNeXt-T网络尺寸模型为例,其在自建数据集中的准确率为74.13%,乘加累积操作数(MACs)为4.47×109。应用不同改进方案发现,使用 BlurPool后准确率提升2.2%,MACs降至1.07×109;使用SENet后准确率提升3.2%;使用GRN并删掉缩放层后准确率升至87.18%,参数数量增至27.88×106;使用GCNet后在不增大计算量的情况下准确率升至75.44%,但参数数量增至28.25×106。将上述改进方案结合得到的BSGG-ConvNeXt应用于ConvNeXt-T模型获得BSGG-ConvNeXt-T模型,参数数量虽有少量增多,但MACs降为1.07×109,模型准确率升至83.63%,高于原模型。使用预训练权重后的BSGG-ConvNeXt-T模型准确率可达94.07%,高于ResNet-50(76.39%)、ResNeXt-50(87.60%)、MobileViT(90.00%)、DenseNet(87.66%)、RegNet(69.90%)、ConvNeXtv2(91.93%)、SwinTransformer的(86.23%)和MobileOne(71.53%),将BSGG-ConvNeXt模型应用于4种不同网络尺寸的ConvNeXt模型后,在自建数据集中的表现均优于未改进模型。BSGG-ConvNeXt模型在SS数据集中的识别准确率达50.28%,在CCT数据集中的识别准确率达56.15%,均高于原模型的准确率。结论: BSGG-ConvNeXt模型识别红外相机拍摄的野生动物图像准确率更高,在自建、公开的野生动物红外图像数据集上均有较好表现,且具有一定泛化能力。
目的: 根据黄河三角洲东方白鹳卫星跟踪位点,预测其在全国范围内夏季和冬季适宜栖息地分布,以期为东方白鹳的协同保护提供科学依据。方法: 利用2016—2022年山东黄河三角洲80只东方白鹳卫星跟踪数据,通过空间自相关分析筛选出夏季5 283个点位,冬季4 730个点位,使用最大熵模型(MaxEnt)预测黄河三角洲东方白鹳夏季与冬季潜在适宜栖息地分布,并划分适宜等级。结果: 1) MaxEnt 模型预测夏季和冬季AUC值分别为0.866和0.838,结果准确性好。2) 海拔、等温性、距河湖距离、平均气温日较差、降水量季节性以及土地利用类型是影响黄河三角洲东方白鹳夏季与冬季分布的关键环境因素。3) 黄河三角洲东方白鹳夏季栖息地高适宜区面积为14.75×104 km2(占适宜区总面积的13.01%),主要位于松嫩平原(57.52%)、渤海湾(17.56%)、辽河平原(14.94%)等地区;栖息地类型包括湿地(35.30%)、农田(33.74%)和水域(12.43%)等。4) 冬季栖息地高适宜区面积为11.63×104 km2(占适宜区总面积的11.62%),主要位于长江中下游平原(49.02%)、淮河流域江苏洪泽湖(23.75%)、渤海湾(11.52%)等地区;栖息地类型主要包括湿地(40.56%)、农田(29.68%)和水域(18.45%)等。(5)夏季与冬季栖息地高适宜区的重叠面积为2.13×104 km2(占总重叠面积的4.11%),主要分布在渤海湾(59.81%)、山东半岛沿海(23.24%)、江苏东部沿海(9.34%)等区域。结论: 夏季适宜栖息地向北扩到东北松嫩平原、三江平原和辽河平原,该结果打破了东方白鹳出生后扩散的传统认知,建议加强该物种的协同保护。
目的: 探讨不同经营方法对秦岭华北落叶松林分生长和林下植被的影响,以期提高生态系统生产力,优化该地区华北落叶松人工林经营技术,为实现森林可持续经营提供理论和实践依据。方法: 以西北农林科技大学教学实验林场平河梁华北落叶松人工林为研究对象,根据近自然经营指导下的抚育间伐技术措施,设置间伐处理(T1,间伐强度20%)和林窗处理(T2,只留下少许保留木,伐出其他乔木,形成32 m×32 m的方形林窗),以未经营样地为对照(CK),间伐和林窗经营7年后,调查不同经营方法对人工林林分生长及林下植被更新和生长的影响。结果: 间伐后的林木平均胸径、单株材积、总蓄积量均显著高于对照组,但树高变化较小;间伐和林窗处理下的林下幼苗生长发育与对照组均存在显著差异(P<0.05);间伐处理中,华山松和云杉幼苗的成活率较高,但人工补植的红桦幼苗全部死亡;间伐和林窗处理既促进了人工补植幼苗生长,又促进了幼苗天然更新;间伐和林窗处理后林下灌草的物种多样性显著提高;间伐和林窗处理后林下灌草的种类和盖度提高,物种丰富度也显著增加,以间伐处理效果最佳;对照样地和经营后样地之间共有植物种少,而间伐处理和林窗处理之间共有种较多,相似性系数高。结论: 间伐和林窗2种经营方法对华北落叶松人工林生长均有促进作用,间伐经营对华北落叶松人工林生长和幼苗更新的促进效果更为明显,灌草的物种多样性也在间伐后显著提高,在秦岭其他区域的华北落叶松人工林中采用间伐经营更加合理。
目的: 探究马尾松林和湿地松林物候期的时空变异及影响因素,为红壤丘陵区森林碳汇时空格局精准评估与预测提供理论支撑。方法: 基于2017—2021年的数码相机时间序列数据,提取29块样地(马尾松林18块,湿地松林11块)的有效叶面积指数(LAIe)时空动态。采用有效叶面积指数的广义双重逻辑斯蒂模型确定物候期指标(生长季开始时间,SOS;生长季结束时间,EOS;生长季长度,LOS)。利用变异系数表征物候期时空变异幅度。通过皮尔逊相关分析和线性混合模型,解析气候(干旱指数、空气温度、降水量、饱和水汽压差、光合有效辐射)、土壤(土壤温湿度、土层厚度、石砾含量)和生物因子(林分密度、林下植被丰富度)对物候期的驱动作用。结果: 1) 马尾松林和湿地松林物候特征均为单峰曲线(但马尾松林无明显峰值)。与马尾松林相比,湿地松林的SOS较晚,但LAIe的季节变化幅度更大且值更高。2) 马尾松林的物候期在时空尺度上不如湿地松林稳定。马尾松林的SOS、EOS、LOS在空间上的变异系数和SOS在时间上的变异系数均大于湿地松林。3) 在年际尺度上,马尾松林的SOS和EOS分别与早春和旱季0~120 cm土层的土壤含水量呈负相关和正相关;湿地松林的EOS与旱季0~60 cm土层的土壤含水量呈正相关。4) 在空间尺度上,马尾松林物候期受林分密度、草本层物种丰富度和0~60 cm土壤石砾含量影响。结论: 马尾松林和湿地松林的物候特征在曲线峰值、SOS、LAIe变化幅度和数值大小等方面存在明显差异。湿地松林的物候期在时空尺度上更稳定。种内、种间竞争强度和土壤资源异质性共同驱动了红壤丘陵区马尾松林物候的时空变异格局。
目的: 1) 量化“过期”模型对推断总体参数(总体均值、方差)的影响;2) 提出利用基于模型辅助的估计量修正模型保质期引起的推断偏倚;3) 评估度量误差模型对推断偏倚的修正作用。方法: 在基于设计、基于模型和基于模型辅助3种推断框架下,应用度量误差模型,修正“过期”模型对总体参数(总体均值、方差)的影响。结果: 1) 将二阶抽样的估计值作为参照,对比基于模型的统计推断估计值,无论是线性回归模型还是度量误差模型,其均值估计值与二阶抽样下总体均值估计值6.774 m3·hm?2接近,其方差估计值的平均值为0.117,远小于基于设计的方差估计值0.965,精度提升平均为87.93%;2) 遥感数据“过期”引起模型失效,对总体均值估计产生较大偏差,总体均值估计值的偏移程度随着遥感数据获取时间的推移加剧;3) 在基于模型辅助推断框架下,线性回归模型和度量误差模型的总体均值估计值均在6.5~6.8波动,波动范围较小,变化趋势相同,二者均值估计值差异较小,后者推断精度更高,精度提升范围为5.71%~22.50%,平均为13.34%。结论: 1) 遥感数据作为辅助信息可有效提高估计精度;2) 当遥感数据“过期”时模型失效,总体均值估计值偏倚增大,方差估计值被低估;3) 基于模型辅助的统计推断可解决模型“过期”造成的推断偏倚问题,保持估计量近似无偏性,且精度与概率样本的样本量呈正相关;4) 度量误差模型可降低总体方差估计值,但仅使用度量误差模型无法消除时间外延性遥感数据产生的推断偏倚。
目的: 以杨树人工林生态系统为研究对象,研究环境因子与内源性昼夜节律对树木叶片水分生理和树干液流的生物物理调控机制,旨在揭示树木水分生理过程(叶片气孔导度、叶片蒸腾、叶片水势和树干液流)在夜间对不同环境稳定性条件的响应模式和影响因素。方法: 对位于北京市顺义区潮白河沿岸的欧美杨人工林,在生长季期间选定7个晴朗的昼夜,连续监测3棵样树的叶片气体交换和叶片水势。同时,使用热扩散探针技术监测样树的树干液流密度变化,同步记录环境因子变化,并使用日落后历时量化昼夜节律的影响。结果: 1)夜间出现树木气孔开放的现象,叶片蒸腾和液流同步发生。夜间环境稳定(v=0且?VPD ≤0.1 kPa)条件下,树木水分生理指标主要受大气和土壤温度影响(P<0.05),且较弱。夜间液流与叶片气孔导度显著负相关(P<0.01),表明液流主要用于茎干补水。2)夜间环境波动(v>0或?VPD≥0.1 kPa)条件下,叶片气孔导度和树干液流密度受大气温度(Ta)和VPD的正向调控,与空气湿度(RH)显著负相关(P<0.05),且Ta为主导影响因素。叶水势主要受Ta、土壤含水量(SWC)和温度(ST)的共同影响。夜间液流与叶片气孔导度、蒸腾速率和水势显著正相关(R2=0.67)。3)日间环境波动较强,叶片水分生理指标与树干液流密度的相关性显著高于夜间,但叶片气孔导度与VPD呈负相关,且气孔导度与液流密度之间表现出解耦现象(P=0.078)。4)以日落后历时为表征的昼夜节律对树木水分生理指标的作用方式随夜间环境稳定性变化而不同。在夜间环境稳定条件下,日落后历时显著影响叶片气孔导度、叶片水势和叶片蒸腾(P<0.01);而在夜间环境波动条件下,该因子对叶片水分生理指标的影响程度均有所降低且对气孔导度和叶片水势的影响不显著(P1=0.066, P2=0.08),说明夜间环境波动影响了昼夜节律对树木水分生理过程的作用方式和程度。结论: 在夜间不同环境稳定性条件下,树木水分生理的生物物理过程和调控机制有显著差异,当环境因子波动较小时,树木水分生理过程受昼夜节律调控形成了显著的夜间模式,此时应考虑其对植物水分的影响。本研究强调了昼夜节律在调控林木水利用中的关键作用,并建议制定基于时间和环境稳定性的灌溉策略,以优化水分管理和应对气候变化。
目的: 探究不同植物水分调节策略评价结果的差异,明确最佳的植物水分调节策略评价方法,为精准评价植物水分调节策略提供方法学参考,也为深入了解速生树种在水分亏缺立地下生长的生理机制提供理论依据。方法: 以毛白杨为试验材料,在不同土壤水分条件下(充分滴灌、不灌溉)和不同季节间(旱季、雨季)比较4种不同定量评价植物水分调节策略的方法并分析其适用性。结果: 1)不同土壤水分不同季节条件下,水力学面积与日最大叶片水势差法对毛白杨水分调节策略的评价结果相同,均为不灌溉处理相较于灌溉处理更偏等水调节,旱季相较于雨季更偏等水调节策略,符合本研究所提出的“一致性”与“相同性”水分调节策略评价原则。 2) 利用叶片正午水势与水汽压亏缺间关系斜率法(KΨMD-VPD)来评价植物水分调节策略时,不同季节与不同灌溉处理间所得出的水分调节策略结果不一致。 3) 用黎明前-正午叶水势间关系斜率法(KΨPD-ΨMD)评价毛白杨水分调节策略时,不灌溉处理下不同季节间评价结果与其他方法一致,灌溉处理下季节间评价结果与其他方法相反。因此, KΨMD-VPD与KΨPD-ΨMD法均不满足上述提出的两点性原则。结论: 水力学面积法与叶片水势差法对毛白杨水分调节策略的评价结果较为准确,是理想的毛白杨水分调节策略的评价方法,KΨPD-ΨMD法KΨMD-VPD法不适用于评价毛白杨水分调节策略。
目的: 比较分析青钱柳二倍体和四倍体的叶形态、光合性能和次生代谢物积累的差异,以期为青钱柳叶用林良种选育提供理论参考。方法: 以鹤峰和清凉峰2个种源的成年植株为试验材料,分别测定二倍体和四倍体的叶形态指标、解剖结构、气孔参数,比较光合生理的相关参数,监测叶次生代谢产物含量的季节动态及差异。结果: 1) 四倍体叶长、叶宽、叶面积分别为10.94 cm、4.57 cm、118.84 cm2,比二倍体分别高出19.5%、61.4%、94.2%,而比叶质量无显著差异;四倍体叶解剖结构各部分、气孔形态均显著大于二倍体,气孔密度为158.36 个·mm?2,比二倍体少43.8%。2) 四倍体叶类胡萝卜素含量显著高于二倍体,叶绿素a、叶绿素b无显著差异;通过对光响应曲线拟合得到二倍体和四倍体的最大净光合速率(Pnmax)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)分别为8.367、0.997、25.905、1 527.96 μmol·m?2s?1和13.797、1.573、32.905、1 311.36 μmol·m?2s?1;瞬时光合测定发现四倍体净光合速率、胞间CO2、蒸腾速率均显著大于二倍体;气孔导度、蒸气压亏缺则差异不显著。3) 二种倍性植株叶内主要活性物质的积累高峰均出现在5月和9月;三萜化合物和黄酮含量在主要的收获季节(5月和9月)倍性间均无显著差异;四倍体多酚含量(13.64 mg·g?1)仅于5月显著高于二倍体(13.29 mg·g?1),但四倍体多糖含量在整个生长季节均显著高于二倍体,5月和9月的含量分别达6.80和8.58 mg·g?1。结论: 青钱柳四倍体叶形态、叶解剖结构和光合生理特性均显著优于二倍体,促进了四倍体叶生物量积累;四倍体在5月份的多酚含量和叶多糖含量全生长季显著高于二倍体,黄酮、三萜含量倍性间在主要的收获季节均无显著差异。综合评价认为,四倍体是低海拔地区叶用青钱柳人工林生产的主要栽培材料,可获得更高的生物活性物质产量。
目的: 探究南酸枣花芽分化的外部形态变化与内部解剖结构的对应关系,揭示叶片中营养物质动态变化与花芽分化进程的关系。方法: 采用石蜡切片法观察南酸枣花芽;测定分化关键期叶片可溶性蛋白、可溶性淀粉、可溶性糖、全磷、全氮、全钾、有机质含量变化。结果: 1)南酸枣的花类型为单花类型或聚伞圆锥花序,雄花为花序,雌花为花序或单花。南酸枣花芽多为混合芽,成年雄树花芽萌发率达99%,雌树花芽萌发率达70%。2)南酸枣花芽分化可划分为9个时期:未分化期、生理分化期、苞片形成期、萼片形成期、花序形成期、花瓣形成期、雄蕊形成期、雌蕊形成期、侧花序发育期。南酸枣花芽分化从3月底开始,2月下旬芽萌动后约40天进入生理分化期,6月中下旬为雌雄原基分化盛期,翌年3月,雌、雄花的侧花序发育完全。3)花芽横、纵径的增长呈现先快后慢的趋势,生理分化期雌、雄花芽横径较未分化期分别提高了211.36%和231.11%,生理分化期南酸枣花芽体积处于快速增加期;花序形成期雌、雄花芽横径较花萼形成期分别提高了5.43%和10.00%,生长速度变缓。4)芽基叶片可溶性蛋白含量于花序形成期具最低值,雌、雄叶片中可溶性蛋白和可溶性淀粉含量均于花序形成期达峰值,分别为2.29、2.51和25.43、21.50 mg·g?1;花序形成期雌、雄叶片氮的含量降幅大,相较未分化期分别下降了22.88%和32.51%,全氮含量下降25.35%和34.09%,全磷含量下降41.07%和39.67%,全钾含量下降23.94%和22.52%。雌花芽叶片的碳氮比值范围在21.01~26.52,雄花芽范围在21.14~28.90。结论: 南酸枣自芽萌发至雌、雄蕊原基始分化约需4个月,雌花生理分化进程晚于雄花10天左右,花序发育完全约需1年时间。叶片中高含量的氮、磷、钾元素有利于花芽的生理分化,较高的碳氮比可调节南酸枣花芽的形态分化过程;叶片需积累较多的可溶性糖及可溶性淀粉有利于花序形成;生理分化期(4月下旬)和花序分化期(6月上旬)是花芽分化进程中较关键的时期,南酸枣高效水肥管理及花果调控应着重关注这两个时期。
目的: 探究食用菌栽培后毛竹林地土壤养分和细菌群落特征的变化,为毛竹林下栽培食用菌的应用与发展提供依据。方法: 于2020年10月在余姚市林场毛竹林下进行食用菌仿野生栽培,设计4个处理:分别栽培竹荪、大球盖菇和羊肚菌及对照(传统经营毛竹林,林下未栽培食用菌)。于2021年7月采集出菇结束后的土壤,利用PCR扩增技术研究土壤细菌群落多样性。分析土壤养分状况与细菌群落α多样性之间的相关性,揭示土壤细菌群落的变化规律。结果: 1)与对照相比,毛竹林下栽培大球盖菇能够显著增加土壤养分(P<0.05),土壤有机碳、水解性氮、有效磷、速效钾、硝态氮和铵态氮含量分别增加13.70%、6.48%、380.00%、100.68%、33.75%和20.75%。2)与对照相比,在毛竹林下栽培羊肚菌能够显著缓解土壤酸化,并显著增加土壤有效磷、硝态氮含量(P<0.05),分别增加665.60%和250.31%。土壤细菌α多样性显著提高(P<0.05),土壤微生物的群落组成发生改变,土壤酸杆菌门相对丰度显著降低,而拟杆菌门相对丰度显著提高(P<0.05)。3)竹荪处理对毛竹林土壤养分影响较小,属分类水平上细菌优势群落组成与对照相似,但细菌扩增特征序列来源最复杂。4)各处理土壤酸杆菌门和变形菌门为细菌优势门(P<0.05)。5)土壤有效磷和速效钾含量与土壤细菌群落相对丰度显著相关(P<0.05),酸杆菌门与土壤水解性氮、铵态氮和有机碳含量正相关,与土壤pH值负相关,土壤pH值、有效磷含量、硝态氮含量与Chao1、Shannon-Wiener和Simpson指数显著相关(P<0.01)。结论: 毛竹林下短期栽培大球盖菇使土壤养分提升的效果显著,栽培羊肚菌能够有效缓解土壤酸化,不同食用菌对土壤细菌群落影响差异大,在生产中可根据实地情况选择栽培。
目的: 探究1株植物促生菌洋葱伯克霍尔德菌菌株 JLS17对Cd2+的耐受与去除能力以及在Cd2+胁迫下的代谢响应,以期为菌株在土壤镉污染修复的应用提供基础理论依据,并为阐明具有抗镉功能分子与代谢途径的挖掘及微生物Cd2+耐受机制提供数据支撑。方法: 通过测定含不同Cd2+浓度培养液的吸光度(OD600)值评价菌株对Cd2+的耐受性,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定菌株对LB培养基中Cd2+的去除效果,采用非靶向代谢组学技术(LC-MS)分析菌株在Cd2+胁迫下的差异代谢物与代谢途径。结果: 1)不同程度的Cd2+胁迫(50~800 mg·L?1)均对菌株JLS17的生长速率及生物量增长(OD600)有明显的抑制作用,且抑制作用随Cd2+浓度的升高而不断加剧。2)菌株JLS17对LB培养基中Cd2+的去除量随Cd2+浓度的提高(10~100 mg·L?1)而增加,最高去除量可达55.90 mg·L?1,但去除率受Cd2+浓度影响相对较小,维持在41.9%~66.0%。3)LC-MS分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L?1和300 mg·L?1 的Cd2+浓度胁迫处理下,共有147种差异代谢物表达趋势一致,其中92种共性上调,55种共性下调,主要涉及氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质、有机酸及其衍生物、萜类、酮类、生物碱等。KEGG富集分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L?1和300 mg·L?1 的Cd2+浓度胁迫处理下显著富集的共有代谢通路为嘧啶代谢、氨基苯甲酸酯降解、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、叶酸的生物合成与磷酸戊糖途径,其中嘧啶代谢、色氨酸代谢、磷酸戊糖途径共性下调,叶酸的生物合成共性上调。结论: 1)菌株JLS17对Cd2+胁迫具有极强的适应性,并能有效去除LB培养基中的Cd2+,在镉污染修复中具有良好的应用潜力。2)菌株JLS17在Cd2+胁迫下可通过氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质等代谢物含量变化影响体内的代谢途径,其中色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、嘧啶代谢、磷酸戊糖途径、叶酸的生物合成等代谢途径与JLS17的Cd2+耐受性密切相关。
目的: 首次解析入侵害虫长林小蠹Hylurgus ligniperda线粒体基因组的序列和特征,在线粒体基因组学水平探讨长林小蠹与近缘物种的亲缘关系,丰富了象甲科昆虫线粒体基因组学数据的多样性,为推进我国重大林业检疫性害虫长林小蠹的分子鉴定、种群监测和管理提供数据支持。方法: 利用Illumina Novaseq 6000平台进行高通量测序,参考已发表的鞘翅目昆虫线粒体基因组数据,对组装好的长林小蠹线粒体基因组进行注释和特征分析;运用tRNA Scan-SE 2.0网络平台预测tRNA的二级结构;联合鞘翅目的23个物种,基于最大似然法重建长林小蠹及象甲科其他近缘物种的进化关系。结果: 1) 长林小蠹线粒体基因组全长为15912 bp,共编码37个基因:13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因和2个rRNA基因,以及1个控制区。线粒体基因组全部37个基因的排序与昆虫祖先的线粒体基因排序一致。2) 碱基构成表现为明显的AT碱基偏向性,其中A + T碱基的含量为74.50%,G + C碱基的含量23.80%;AT偏斜值为0.06,GC偏斜值为-0.24。3) 除nad5基因外,所有蛋白质编码基因均具有标准的起始密码子ATN;全部蛋白质编码基因终止密码子为TAA或T。除trnS1外,长林小蠹线粒体基因组中tRNA的二级结构均为典型的三叶草形。4) 基于线粒体基因组和最大似然法以及贝叶斯混合异质性模型构建的系统发育关系支持本研究中象甲科4个亚科的单系性,其亲缘关系为 [粗喙象亚科Entiminae + (隐喙象亚科Cryptorhynchinae + 魔喙象亚科Molytinae) + 小蠹亚科Scolytinae)]。结论: 长林小蠹线粒体基因组结构保守,具有明显的AT碱基偏向性,蛋白质编码基因的起始子和终止子组成稳定。基于线粒体基因组重建的长林小蠹及象甲科其他近缘物种间的系统发育关系与形态学研究结果相互支持。
目的: 以杨木纤维为材料,通过氧化改性增强纤维表面反应活性位点,建立纤维表面羟基、醛基多位点网络结构,制备高强度、低吸水厚度膨胀率无胶纤维板,实现全生物质低碳、可循环生产利用。方法: 采用高碘酸钠氧化改性木纤维表面基团,建立高反应活性醛基网络位点,通过醛基含量测定、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析仪(TG)、差示扫描量热仪(DSC)分析反应前后及不同醛基含量木纤维的微观结构和化学成分变化规律;利用化学键交联在低温热压条件下制备自胶合纤维板,探究醛基化木纤维制备无胶纤维板的力学性能和吸水厚度膨胀率。结果: 通过反应时间、温度、氧化剂浓度等条件控制,可实现木纤维醛基化定量改性;与原纤维对比,醛基化纤维表面粗糙度增大、纤维尺寸变短、纤维素聚合度下降,纤维素-半纤维素-木质素包覆结构疏松,木纤维表面产生大量孔隙;纤维素结晶区随反应强度增加逐渐被破坏,醛基化木纤维的热稳定性随醛基含量升高逐渐降低,有利于无胶纤维板的低温热压成型。醛基化木纤维在热压过程中通过化学键交联可实现自胶合,热压温度和醛基化木纤维醛基含量对无胶纤维板的性能具有显著影响,通过优化原料和工艺条件制备的无胶纤维板具有优异的力学性能和耐水性。结论: 通过控制反应条件可得到不同醛基含量的醛基化木纤维,实现对木纤维表面醛基的可控改性;自胶合过程中温度过低(50 ℃)易导致醛基化木纤维耐水性差,温度过高(125 ℃)易造成醛基化木纤维降解,引起鼓泡、膨胀、碳化,降低纤维板力学性能。当高碘酸钠浓度0.07 mol·L?1、反应温度30 ℃和反应时间6 h时,木纤维醛基含量为1.86 mmol·g?1;在热压温度100 ℃、压力20 MPa和热压5 min时,制备的自胶合醛基化木纤维板力学性能和耐水性达到最佳:抗弯强度78.36 MPa,弹性模量10.88 GPa,内结合强度3.04 MPa,24 h吸水厚度膨胀率仅8.01%。
目的: 探究水热环境中马尾松早材(EW)和晚材(LW)的轴向拉伸力学行为,在生长轮尺度上揭示木材软化行为发生规律,为木材弯曲、塑化、大变形加工等实际应用中工艺参数的选择和优化提供参考。方法: 以马尾松心材区域第17生长轮的早材和晚材为研究对象,采用X射线剖面密度仪测定早材和晚材的绝干密度;利用轮转式切片机在早材和晚材区域的径切面(LR)制取LR-EW和LR-LW组织切片,在早材与晚材区域的弦切面(LT)制取LT-EW和LT-LW组织切片;应用X射线衍射仪和动态力学分析仪在30、40、50、60、70和80 ℃条件下测定LR-EW、LR-LW、LT-EW和LT-LW组织切片的微纤丝角、拉伸弹性模量、拉伸强度和拉伸应变速率。结果: 1) 晚材的绝干密度(0.836 g·cm3)是早材(0.388 g·cm3)的2.2倍。任一温度时,早材的微纤丝角大于晚材,弦切面的微纤丝角大于径切面;饱水早材和晚材在径切面或弦切面的微纤丝角均随温度升高而减小。2) 30 ℃时,晚材径切面的拉伸弹性模量是早材的2.1倍,晚材弦切面的拉伸弹性模量是早材的3.3倍。在4种组织切片中,LT-LW的拉伸强度最大,LR-LW的拉伸强度是LR-EW的2.0倍。绝干密度和微纤丝角是影响早材和晚材径切面、弦切面拉伸力学行为的2个关键因子。3) 当温度由30 ℃升至80 ℃时,早材和晚材在径切面、弦切面的拉伸弹性模量和拉伸强度呈降低趋势,其降幅均为早材大于晚材、弦切面大于径切面。早材和晚材在径切面或弦切面拉伸弹性模量和拉伸强度降幅的拐点温度均为60 ℃,与木材细胞壁中木质素发生软化有关。4) 任一加载速率(0.5、1.0和2.0 N·min?1)时,饱水早材和晚材在径切面、弦切面的拉伸应变速率均随温度升高而增大;当温度和加载速率一定时,早材径切面的拉伸应变速率是晚材的2.0倍,早材弦切面的拉伸应变速率是晚材的3.3倍。当加载速率倍增时,早材和晚材径切面、弦切面的拉伸应变速率均呈倍增变化趋势。结论: 饱水早材和晚材在径切面或弦切面的微纤丝角、拉伸弹性模量和拉伸强度均随温度升高而减小(或降低)。与晚材相比,温度变化对早材拉伸弹性模量和拉伸强度的影响更大。温度升高引起微纤丝角变小,抑制拉伸弹性模量和拉伸强度降低,但在60 ℃及以上水热环境中,木质素软化是引起拉伸弹性模量和拉伸强度降低的主要因素。
目的: 探究不同树种在叶片和冠层尺度上吸滞大气颗粒物的特征,解析相同污染背景下不同树种单叶和林分冠层对大气颗粒物吸滞特征的变异,为营建能够高效吸滞大气颗粒物的城市森林提供理论依据。方法: 对北京市五环路周围具有代表性的平原风景游憩林进行调查后,选择奥林匹克公园内5片典型风景游憩林(华山松-银杏混交林、毛白杨-白蜡混交林、旱柳纯林、毛白杨纯林、多树种复层针阔混交林)作为研究对象,采用洗脱称量粒度分析法得到各树种单位叶面积大气颗粒物吸滞量,通过叶面积指数计算每公顷各树种对不同径级颗粒物的吸滞量,依据各树种冠层占整个林分冠层的面积比例计算纯林或混交林单位面积林分对不同径级颗粒物的吸滞量。结果: 不同林分各树种叶片吸滞大气颗粒物的粒径分布特征存在显著差异,单位面积叶片颗粒物吸滞量在树种间的差异随颗粒物径级和林分类型有所改变。单叶尺度上,各树种对不同径级大气颗粒物的吸滞能力综合排序为银杏>圆柏>元宝枫>栾树>华山松>侧柏>白蜡>旱柳>毛白杨。不同林分冠层对大气颗粒物的吸滞能力差异明显,相差倍数高达20倍左右;各类型林分单位面积的大气颗粒物吸滞量大小不随颗粒物径级而变化,对所有径级颗粒物均为华山松-银杏混交林的吸滞量最高,然后依次为多树种针阔混交林、旱柳纯林、毛白杨-白蜡混交林和毛白杨纯林。结论: 本研究9个树种中,银杏、圆柏和元宝枫为高滞尘树种,栾树、华山松和侧柏为中等滞尘树种,白蜡、旱柳和毛白杨为低滞尘树种;能够对大气颗粒物进行高效吸滞的林分结构特征为含多个高滞尘树种+具有多层林冠+林木疏密相间,欲使城市森林发挥其大气颗粒物吸滞效能,需同时关注高滞尘树种选择及合理林分结构设计。
目的: 干旱、半干旱环境中人工林生态系统碳吸收与水分损失之间的平衡关系尚不明确,阐明森林生态系统水分利用效率(WUE)应对环境因子的响应机制有助于量化城市人工林碳、水通量的平衡关系。方法: 应用涡度协方差技术,结合微气象观测系统,获取北京奥林匹克森林公园内油松人工林生态系统碳、水通量和环境因子数据,运用统计和模拟方法,分析人工林碳、水通量在季节尺度的平衡关系以及在干旱、半干旱环境条件下碳吸收与水分损失之间的平衡关系。结果: 研究期2012—2014年降水少,均发生季节性土壤干旱情况,年降水量低于过去60年均值,且逐年降低,2014年降水总量仅271 mm。WUE年均值为2.2~2.9 g?kg?1 ,2012年最小(2.2 g?kg?1)、2013年最大(2.9 g?kg?1)。生长季WUE主要受植被指数(NDVI)、净辐射(Rn)、气温(Ta)、土壤水分含量(SWC)和饱和水汽压差(VPD)的影响。在季节尺度,调控WUE的主要环境因子有所不同,春季NDVI的影响最大(P<0.05),可解释春季WUE变异的48%;夏季Rn和Ta的影响较强(P<0.05),可分别解释夏季WUE变异的52%和57%;秋季SWC和VPD的影响较强(P<0.05),可分别解释秋季WUE变异的44%和54%。在生长季,WUE和Ta呈线性负相关(P<0.01),WUE与VPD和Rn呈非线性负相关(对数曲线关系),WUE与SWC呈线性正相关(P<0.01);然而在极端干旱月份,如2014年5、6和8月,WUE与SWC呈负相关(P<0.01),WUE降至最低。2012和2013年7月均出现连续无雨的干旱期,WUE达最低值3.7 g?kg?1。相较而言,在生长季的连续降水期,随着SWC增加,WUE达最大值10.3 g?kg?1。结论: 干旱、半干旱环境中人工林生态系统碳、水通量是相互耦合的,季节性干旱和炎热降低碳吸收量和水分损失量,导致WUE降低。生长季的干旱期,在Ta较高的环境下,随着SWC降低,WUE降至最低。在生长季不同气温条件影响下,人工林可利用的土壤有效水与干旱特性(干旱强度和持续时间)相结合共同影响生态系统碳、水通量的季节变化,从而导致人工林WUE应对干旱事件的年际响应差异。
目的: 量化桉树人工林生态系统的碳水通量和组分并揭示其受环境生物因子的调控作用,为提高人工林碳汇评估准确性及深入认识气候变化背景下环境生物因子对人工林碳循环过程的影响提供依据。方法: 在雷州半岛北部,采用涡度相关法(EC)测定桉树人工林碳水通量,并同步监测空气温度(Tair)、饱和水汽压差(VPD)、光合光量子通量密度(PPFD)、土壤温度(Tsoil)、土壤湿度(SM)、降水量(Pre)和归一化植被指数(NDVI)等环境生物因子,分析碳水通量和组分的时间变化及其与环境生物因子的关系。结果: 桉树人工林生态系统总初级生产力(GPP)年均值为2 907.87 g·m?2a?1、生态系统呼吸(RE)年均值为1 509.77 g·m?2a?1、净生态系统碳交换(NEE)年均值为?1 398.83 g·m?2a?1、生态系统蒸散(ET)年均值为1 069.25 mm,表现为碳汇。GPP、RE、NEE、ET昼夜变化呈非对称单峰趋势,峰值和日均值的绝对值均表现为雨季高于旱季。雨季的GPP、RE、ET累积值高于旱季,NEE累积值在旱季和雨季无明显差异。日间NEE变化的主要影响因子为PPFD,当VPD≥15 hPa时NEE积累受到抑制,气温在中等水平(20 ℃<Tair< 27 ℃)时净碳吸收能力最强。夜间NEE变化主要受Tair影响,SM会影响NEE对Tair响应的敏感性。水分利用效率(WUE)在旱季(3.85 g·kg?1)高于雨季(2.61 g·kg?1),年均值为3.22 g·kg?1,季节差异主要由ET主导,与Tair、VPD、PPFD存在显著负相关(P<0.05)。结论: 桉树人工林生态系统在旱季、雨季和全年均表现为碳汇,其碳汇状态和强度由GPP主导。NEE变化主要受PPFD调控,高VPD会抑制生态系统净碳吸收,中等水平温度时生态系统净碳吸收能力最强,SM会影响夜间NEE对Tair响应的敏感性。桉树人工林WUE旱季高于雨季,季节差异主要由ET主导,同时受到Tair、VPD、PPFD的共同影响。
目的: 分析海南尖峰岭热带山地雨林60 hm2大样地幼苗物种组成、分布及数量特征变化规律,更深入了解热带森林群落物种组成和自然更新过程,为进一步探究幼苗分布与生长的影响因素提供参考依据。方法: 在海南尖峰岭典型热带山地雨林,基于2012年建立的1块60 hm2动态监测大样地,连续7年监测其中290个样站(每个样站3个1 m2小样方)的幼苗生长规律,区分幼苗的生活型、菌根类型和物种优势度,分析其物种组成及数量动态变化特征。结果: 2013—2019年共记录到幼苗个体234种60 750株,包括4种生活型(乔木、灌木、藤本和草本)和3种菌根类型(丛枝菌根类型AM、外生菌根类型ECM、内生和外生混合类型 AM & ECM)。优势物种九节和厚壳桂幼苗广泛分布,其重要值、植株数量和出现频度均在所有物种幼苗中占据前2位。各幼苗样方物种数量分布不均匀,较大部分幼苗物种仅有稀少的植株数量。结论: 海南尖峰岭热带山地雨林幼苗物种组成丰富,存在大量稀有物种,研究结果对了解时间和空间尺度上幼苗的物种组成、分布及数量特征变化以及探究其影响因素具有重要参考价值。
目的: 探究水分在国槐种子发育过程中的移动规律,为种子发育调控提供科学依据。方法: 采集国槐不同发育阶段(30~150天)的荚果,观察荚果和种子形态,测定各发育阶段种子的吸水曲线和发芽相关指标;采用核磁共振成像(MRI)技术分析荚果中水分的时空变化。结果: 在发育过程中,荚果颜色从翠绿色变为黄褐色,种皮颜色变化为绿色?黄绿色?黑色。种皮不同部位颜色变化规律不同,种脐区域在90天时先于其他区域变黑。荚果和种子大小均呈先上升后下降趋势,90天达到最大值, 120天后基本稳定。果皮和种子鲜质量变化均先上升后下降,二者干质量变化则先上升后趋于平稳,果皮、种子分别在120、90天达到最大值;果皮含水量先上升后下降,种子含水量则持续下降。不同发育阶段种子的吸水能力不同,30、60天的种子在吸水过程中易破损,后期种子能正常吸水,但吸水平台期逐渐延长,90、120和150天分别在8、60和108 h进入吸水平台期;该过程中,离体胚的发芽速度逐渐增加,种子则逐渐减慢。通过MRI技术发现,水分在果皮、种皮、胶状胚乳和种胚各组织中的时空变化不同,60天时果皮和胚乳中水分含量较高,种皮的种脐、种脊区域也有较强信号,种脐、种脊处的信号在90天消失,90~120天胚乳中的信号急剧下降,120天种子中的水分仅存在于种胚中。结论: 种皮的不透水性随发育而逐渐增加。90天时,种脐区域和种脊与果皮的水分运输中断,种子进入成熟脱水期;120天时,种子成熟,水分含量较低且主要集中在种胚中。
目的: 探究接种橙黄乳菇对马尾松和华山松幼苗生长、根系发育及代谢物的影响,为橙黄乳菇与2种松树菌根化苗木培育及共生栽培提供参考。方法: 以马尾松和华山松幼苗为研究对象,基于大棚盆栽试验,测定分析接种和未接种橙黄乳菇的2种松树幼苗菌根侵染情况、地上和地下生长指标、根系构型性状(根长、表面积、根体积、根尖数、分叉数)、形态性状(比根长、组织密度、比表面积)及根系代谢物差异。结果: 橙黄乳菇与2种松树幼苗均形成明显的菌根形态,并有较高的菌根侵染率和菌根依赖性。接种橙黄乳菇对2种松树幼苗生长具有一定促进作用,但存在差异,接种后马尾松幼苗株高和地上部分干质量显著增加,华山松幼苗株高和地下部分干质量显著增加,2种松树幼苗总根长、根表面积、根体积、根尖数和分叉数均明显提高,根系活力和阳离子交换量降低。接种橙黄乳菇明显影响2种松树幼苗根系代谢物含量,接种后马尾松幼苗根系总酚和总黄酮质量分数降低,总三萜、总生物碱和总甾醇质量分数升高,华山松幼苗根系代谢物变化趋势与马尾松相反。结论: 接种橙黄乳菇可改善2种松树幼苗根系形态、提高生物量、影响根系主要代谢物含量,在松树菌根化苗木培育即外生菌根真菌共生栽培方面具有可行性。
目的: 研究杉木与浙江楠混交对根系分泌物和土壤中丛枝菌根真菌(AMF)群落结构的影响,为杉木人工纯林“针改阔”的树种选择提供参考,为提高杉-阔混交林生产力提供理论依据和思路。方法: 在杉木纯林、浙江楠纯林、杉木与浙江楠混交林中,采集0~20 cm土层样品,分析纯林和混交林土壤中根系分泌物和AMF群落结构差异,阐明混交林根系分泌物对AMF群落结构变化的影响。结果: 纯林与混交林土层样品中共检出含量高且具有化感活性的主要分泌物5种:2,4-二叔丁基苯酚、邻苯二甲酸二丁酯、油酸甲酯、棕榈酸、硬脂酸,其中油酸甲酯、棕榈酸、硬脂酸含量在不同林分间差异显著。浙江楠纯林根际土壤中含AMF属的OTU数量最多、多样性和相对丰度最高,混交林次之,杉木纯林最低;3种林分土壤AMF优势属均为Glomus属,混交显著降低Glomus占比、提高Gigaspora占比。相关分析表明,邻苯二甲酸二丁酯对杉木纯林土壤AMF群落结构影响较大,油酸甲酯对混交林土壤AMF群落结构影响较大。结论: 杉木与浙江楠混交使土壤化感物质含量发生改变,影响土壤微生物结构组成,AMF群落多样性和丰富度显著高于杉木纯林。
目的: 分析外生菌根真菌卷边桩菇对灰杨铵态氮和硝态氮吸收、同化和代谢的影响,揭示卷边桩菇促进灰杨氮吸收利用的生理特征。方法: 对砂培灰杨幼苗接种外生菌根真菌卷边桩菇,以正常根、菌根和叶片为研究对象,采用非损伤微测技术测定NH4+与NO3?吸收速率,利用qRT-PCR分析氮转运基因的转录水平,应用分光光度计法测定NH4+与NO3?含量以及氮同化酶活性,使用元素分析仪测定总碳和总氮。结果: 接种卷边桩菇16周后,灰杨根系形成明显的外生菌根结构,菌根定殖率达55.5%。菌根灰杨的净光合速率显著高于非菌根灰杨,生物量没有明显变化。菌根灰杨根尖的NH4+和NO3?吸收速率相较非菌根灰杨显著提高。接种卷边桩菇改变灰杨根尖吸收NO3?的空间特征,使最大吸收点从900 μm前移至300 μm。与氮的吸收速率一致,菌根灰杨根中NH4+转运蛋白编码基因(如AMT1;1、AMT2;1和AMT3;2等)和NO3?转运蛋白编码基因(如NPF1.2F、NPF2.11A和NPF6.3等)的转录表达显著高于非菌根灰杨,且菌根灰杨根中NH4+转运蛋白编码基因的上调程度强于NO3?转运蛋白编码基因,菌根灰杨根和叶中的NH4+以及根中的NO3?含量显著高于非菌根灰杨。菌根灰杨根和叶中的谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶等NH4+氮同化酶活性显著升高。接种卷边桩菇引起灰杨根中的总氮含量显著升高,叶中的总碳含量显著降低,菌根灰杨根和叶中的碳/氮显著低于非菌根灰杨。结论: 外生菌根真菌卷边桩菇主要通过提高铵态氮的吸收、同化和代谢,增强宿主灰杨的氮营养。
目的: 探究氮沉降背景下土壤微生物对柠条根际微生境特征的影响,探明微生境变化对柠条根系形态构建的调控规律,为脆弱生态系统的生态修复提供理论依据。方法: 在土壤灭菌处理(灭菌土和非灭菌土)基础上,对1年生柠条盆栽苗木进行接菌和未接菌试验,并设置3个氮添加[不施氮(0N)、低氮(LN)和高氮(HN)]处理。生长季结束后,对比分析各处理的土壤微生物生物量、土壤养分转化相关酶和土壤养分等指标以及苗木细根形态变化,探究微生态环境变化与根系形态构建的关联性。结果: 1) 在不施氮和低氮处理中,非灭菌土处理的柠条根际土壤微生物生物量碳含量均显著高于灭菌土处理;在高氮处理中,灭菌土处理的柠条非菌根苗土壤微生物生物量碳含量最低。在不同氮添加处理中,灭菌土处理的柠条菌根苗根际土壤碳转化相关酶活性均高于非菌根苗(P<0.05),而非灭菌土处理和接菌处理交互作用下的柠条根际土壤可溶性碳含量高于单一处理(P<0.05)。2) 在不同氮添加处理中,非灭菌土处理下柠条非菌根苗根际土壤微生物生物量氮含量显著高于灭菌土处理(P<0.05);非灭菌土处理和接菌处理交互作用下的柠条根际土壤氮转化相关酶活性显著高于单一处理(P<0.05)。在低氮和高氮处理下,土壤灭菌处理的非菌根苗根际有效氮含量显著高于其他处理(P<0.05)。3) 在高氮处理中,非灭菌土处理和接菌处理交互作用下的柠条根际土壤微生物生物量磷含量和碱性磷酸酶活性显著高于其他处理(P<0.05),且柠条根际土壤有效磷含量介于非灭菌土处理和接菌处理的单一作用之间。4) 在高氮处理中,灭菌土处理的柠条菌根苗各根系形态指标最大;而不施氮处理中,非灭菌土处理的柠条非菌根苗各根系形态指标最小。5) 冗余分析表明,影响苗木根系形态的关键因子中解释度最大的为微生物生物量碳含量,且为正调控作用。多元线性回归分析表明,对苗木根系形态影响最大的是碱性磷酸酶活性,且表现为负调控作用。结论: 在外源氮输入背景下,非灭菌土处理和苗木接菌处理协同作用有利于维持植物根际微生境的平衡,且高氮处理中根际微生境的限制因子转化为磷元素;接菌处理促进柠条根系生长,土壤灭菌限制根系生长。根系生长与土壤碳、磷元素循环关系密切,土壤微生物生物量正调控根系形态构建,磷转化相关酶表现为负调控根系形态构建。
目的: 解析SNARE蛋白Nyv1在杨树腐烂病菌中调控囊泡运输相关过程的功能,探究该病菌在生长发育和致病过程中的作用机制,为阐明SNARE蛋白在杨树腐烂病菌致病过程中的调控机制提供理论依据,并为该病害防控提供参考。方法: 1) 利用酿酒酵母Nyv1的氨基酸序列进行Blastp分析,获得其同源的CcNyv1基因;2) 利用生物信息学软件对CcNyv1编码的氨基酸序列和其他真菌中的Nyv1同源序列进行多序列比对,并构建系统发育树;3) 采用Split-marker方法和PEG介导的遗传转化体系,构建CcNyv1基因缺失突变体及其回补菌株;4) 通过PDA平板生长试验观察菌丝生长速率,分析CcNyv1基因及其Longin、SNARE结构域对菌丝的营养生长和盐胁迫响应的影响;5) 通过对1年生杨树枝条烫伤接种观察病斑扩展面积,评价CcNyv1基因及其Longin、SNARE结构域对杨树腐烂病菌致病力的影响;6) 利用FM4-64染剂染色,探究CcNyv1基因和Longin、SNARE结构域对该病菌的内吞作用产生的影响。结果: 1) 通过酿酒酵母Nyv1的氨基酸序列blast比对,在杨树腐烂病菌中获得其同源基因CcNyv1,该基因全长780 bp,包含1个内含子,编码1个233 aa的囊泡运输相关R-SNARE蛋白,该蛋白含有1个N端的Longin结构域和1个C端的SNARE结构域;2) 多序列对比和系统发育分析表明, CcNyv1和其他子囊菌中的Nyv1同源基因具有较高的序列相似度,且在进化上较为保守,与寄生隐丛赤壳中的同源基因的亲缘关系最为接近;3)成功构建CcNyv1基因缺失突变体、Longin结构域缺失突变体、SNARE结构域缺失突变体和CcNyv1基因回补菌株;4)菌丝生长表型和侵染杨树枝条致病表型分析表明,CcNyv1基因缺失突变体和Longin、SNARE结构域缺失突变体在菌丝营养生长、盐胁迫响应以及致病力等方面存在明显缺陷;5) 比较FM4-64染色后野生型和缺失突变体菌株的囊泡分布情况,可见CcNyv1基因和Longin、SNARE结构域影响杨树腐烂病菌的内吞作用。结论: 杨树腐烂病菌SNARE蛋白CcNyv1在营养生长、胁迫应答、致病力及内吞作用等方面发挥重要调控作用。
目的: 针对林业文本利用率低、通用领域预训练语言模型对林业知识理解不足以及手动标注数据耗时费力等问题,基于大量林业文本,提出一种融合林业领域知识的预训练语言模型,并通过自动标注训练数据,高效实现林业抽取式问答,为林业决策管理提供智能化信息服务。方法: 首先,基于网络爬虫技术构建包含术语、法律法规和文献3个主题的林业语料库,使用该语料库对通用领域预训练语言模型BERT进行继续预训练,再通过掩码语言模型和下一句预测这2个任务进行自监督学习,使BERT能够有效地学习林业语义信息,得到具有林业文本通用特征的预训练语言模型ForestBERT。然后,对预训练语言模型mT5进行微调,实现样本的自动标注,通过人工校正后,构建包含3个主题共2 280个样本的林业抽取式问答数据集。基于该数据集对BERT、RoBERTa、MacBERT、PERT、ELECTRA、LERT 6个通用领域的中文预训练语言模型以及本研究构建的ForestBERT进行训练和验证,以明确ForestBERT的优势。为探究不同主题对模型性能的影响,分别基于林业术语、林业法律法规、林业文献3个主题数据集对所有模型进行微调。将ForestBERT与BERT在林业文献中的问答结果进行可视化比较,以更直观展现ForestBERT的优势。结果: ForestBERT在林业领域的抽取式问答任务中整体表现优于其他6个对比模型,与基础模型BERT相比,精确匹配(EM)分数和F1分数分别提升1.6%和1.72%,在另外5个模型的平均性能上也均提升0.96%。在各个模型最优划分比例下,ForestBERT在EM上分别优于BERT和其他5个模型2.12%和1.2%,在F1上分别优于1.88%和1.26%。此外,ForestBERT在3个林业主题上也均表现优异,术语、法律法规、文献任务的评估分数分别比其他6个模型平均提升3.06%、1.73%、2.76%。在所有模型中,术语任务表现最佳,F1的平均值达到87.63%,表现较差的法律法规也达到82.32%。在文献抽取式问答任务中,ForestBERT相比BERT可提供更准确、全面的答案。结论: 采用继续预训练的方式增强通用领域预训练语言模型的林业专业知识,可有效提升模型在林业抽取式问答任务中的表现,为林业文本和其他领域的文本处理和应用提供一种新思路。
目的: 1) 评估模型的线性和非线性形式、模型残差假设对推断不确定性的效应;2) 比较2种总体均值的方差估计方法(自助法和解析法);3) 评估多种因素对推断不确定性的效应,构建基于遥感模型的统计推断经验法则用于指导实践。方法: 应用基于模型的统计推断方法,以森林蓄积量估算为例,基于非洲稀树草原的薪材材积实测样地数据和Landsat 8遥感辅助数据,使用二阶抽样从总体中选择160块样地形成样本,在不同模型假设下进行总体参数推断,量化分析参数模型假设对估计量不确定性的效应,并辅以置信椭圆等诊断方法确保分析的有效性。结果: 1) 不同模型假设下的总体均值估计值$ {\hat{\mu }}_{\mathrm{m}\mathrm{b}} $为7.159~7.331 m3·hm?2,解析方差估计值$ {\widehat{\mathrm{V}\mathrm{a}\mathrm{r}}(\hat{\mu }}_{\mathrm{m}\mathrm{b}}) $为0.147~0.221,抽样精度为93.59%~96.64%,总体均值的经验方差估计值$ {\widehat{\mathrm{V}\mathrm{a}\mathrm{r}}(\hat{\mu }}_{\mathrm{b}\mathrm{o}\mathrm{o}\mathrm{t}} )$为0.143~0.237。模型假设会影响模型参数估计,进而影响推断精度$ {\widehat{\mathrm{V}\mathrm{a}\mathrm{r}}(\hat{\mu }}_{\mathrm{m}\mathrm{b}}) $。自助法是检验总体参数解析估计量无偏性的有效方法。2) 基于设计的统计推断方法得出的总体均值估计值$ {\hat{\mu }}_{\mathrm{d}\mathrm{b}} $为6.774 m3·hm?2,其方差估计值$ {\widehat{\mathrm{V}\mathrm{a}\mathrm{r}}(\hat{\mu }}_{\mathrm{d}\mathrm{b}} )$为0.965,抽样精度为85.50%。既定条件下,相比基于设计的统计推断,基于模型的统计推断能够有效将推断精度提升77.10%~84.77%,对抽样精度的提升为9.46%~13.03%。结论: 基于模型的统计推断在小样本推断中具有更高的推断精度和抽样精度,有助于实现高精度、低样本量、短周期的森林资源调查目标,但建模过程中的不确定性会影响推断精度,其中残差变异性对推断不确定性的影响最大。忽略方差异性和空间自相关效应在同方差假设下进行总体参数推断,会低估$ {\widehat{\mathrm{V}\mathrm{a}\mathrm{r}}(\hat{\mu }}_{\mathrm{m}\mathrm{b}}) $,在考虑方差异性的同时应进一步检验空间自相关性并使用相应的权函数和自相关函数模拟残差变异性。
目的: 针对无人机松林图像中早期松材线虫病害特征不明显、尺度多变导致的目标漏检、误检问题,提出一种基于深度学习的早期松材线虫病害检测方法。方法: 首先,为达到在无人机机载端的模型部署需求,提出一种降低计算量和参数量的松材线虫病害检测方法;其次,为获取早期松材线虫病害更准确的特征,采用多种方式同时提取特征并融合以增强对有效特征的学习能力;然后,为进一步提高不同尺度特征的融合能力,添加注意力机制对齐相邻两级特征;最后,以辽宁抚顺大伙房试验林场无人机拍摄的早期松材线虫病害为研究对象,利用LablImg开源软件标注拍摄高度为100~240 m的图像,构建无人机早期松材线虫病害图像(EPI)数据集。结果: 在EPI数据集上的测试结果表明,本研究方法的平均精度(AP)最高达95.2%,相比YOLOv5s、YOLOX-s和YOLOv6s的AP分别提高3.1%、4%和0.9%;该模型体积仅12. 8 M,分别是YOLOv5s、YOLOX-s和YOLOv6s模型体积的23.6%、17.8%和8.9%。结论: 本研究方法具有较高识别精度,同时模型体积较小,可为无人机在机载端识别早期松材线虫病害提供可能。
目的: 元宝枫是我国珍贵经济林树种,其籽油中含有丰富的神经酸等物质,在预防和治疗人类神经系统疾病上具有重要价值。然而,近年来作者发现元宝枫种子受到一种元宝枫瘿蚊(Acumyia sp.)幼虫的严重侵害。为了无公害防治该害虫,本研究旨在调查并鉴定元宝枫瘿蚊的天敌。方法: 通过在北京和内蒙古的实地调查,发现了寄生和捕食元宝枫瘿蚊幼虫和蛹的一种小蜂。通过分类研究,确定其为小蜂总科金小蜂科毛链金小蜂属Systasis的一个新种——元宝枫瘿蚊毛链金小蜂Systasis aceri Yang, Liu et Cao sp. nov.。本文详细描述了该寄生蜂的形态特征,并附有彩色形态特征图。同时,还记述了该小蜂的生物学,也和毛链金小蜂属我国的二个相近种进行了比较,提供了鉴别特征。结果: 该新种与中国的一种寄生刺槐叶瘿蚊的小蜂——叶瘿蚊毛链金小蜂Systasis obolodiplosis Yao et Yang相似,但可以通过以下特征进行区分:新种体呈金绿色,雌性体长3.4~3.6 mm,雄性1.8~2.4 mm(而后者体呈蓝色,带有紫色金属光泽;雌性体长2.1 mm,雄性1.3 mm);唇基略呈方形,宽为高的1.4倍(后者的唇基更宽,宽度是其高度的2.0倍);腹部较长,长为宽的2.7倍(后者的腹部较短,长为宽的1.8倍)。Xiao & Huang修订了中国毛链金小蜂属的种类,并提供了9个种的分类检索表。使用此检索表,新种最初被归为Systasis procerula Xiao et Huang。然而,本新种雌性在其他特征上存在差异:痣后脉长度是痣脉的1.4倍(后者的痣后脉短于痣脉);触角较短,梗节加鞭节的长度是头宽的1.15倍(后者是头宽的1.4倍);本种腹部更长,长为宽的2.7倍(后者腹部较短,长为宽的1.5倍)。此外,还描述了新种的生物学特性。元宝枫瘿蚊毛链金小蜂对元宝枫瘿蚊幼虫和蛹具有较高的寄生率,达到34%。其1~2龄幼虫为寄生性,而3龄以后则转为捕食性,能将单个种子中的52~125头瘿蚊幼虫(或蛹)捕食殆尽。该小蜂一年发生2~3代,是元宝枫瘿蚊的主要天敌。结论: 本天敌的发现为无公害生物防治元宝枫瘿蚊提供了一种优秀天敌。这一发现对于保护元宝枫这一珍贵树种及其籽油资源具有重要意义,并为未来种实害虫提供了新的生物防治技术。
目的: 以速生人工林杨木为试验材料,利用定向重组技术制备高硬度重组木,揭示压缩率对杨木重组木表面硬度的影响规律,为杨木表面改性及其重组木制备工艺优化提供可靠的方法和科学依据。方法: 利用定向重组技术制备压缩率50%、55%和59%共3种杨木重组木,选取杨木、红榉和俄罗斯柞木为对照样,采用万能力学试验机测定3种木材和3种不同压缩率杨木重组木样品表面的金氏硬度;应用超景深三维显微镜(UDTM)、场发射扫描电镜(SEM)观察样品表面的宏观和微观形貌以及样品金氏硬度测试过程中破坏面的宏观和微观形貌;运用压汞法(MIP)测试样品孔隙率;使用激光共聚焦显微镜(LSCM)和透射电子显微镜(TEM)表征酚醛树脂在重组木中的分布情况。结果: 杨木重组木的金氏硬度随压缩率增大而增大,与杨木相比,压缩率59%杨木重组木的金氏硬度增加12.63倍,其硬度高于俄罗斯柞木和红榉。金氏硬度测试过程中的应力-应变曲线显示,压缩率越大,重组木的比例极限应力越大。场发射扫描电镜(SEM)和超景深三维显微镜(UDTM)观察可知,杨木原木的破坏面呈韧性断裂,制备的重组木随压缩率增大其破坏模式逐渐变为脆性断裂。压汞法(MIP)测试样品孔隙率可知,定向重组可显著降低杨木的孔隙率,压缩率越大,重组木的孔隙率越低。激光共聚焦显微镜(LSCM)和透射电子显微镜(TEM)观察可知,随压缩率增大,酚醛树脂沿胶层带分布的宽度和深度逐渐增加,且渗透到导管、木射线和纤维细胞的细胞腔中。通过纳米压痕测试重组木细胞壁力学性能,当重组木压缩率为55%、施胶量为15%时,其细胞壁硬度和弹性模量相较原木分别提高54.65%和20.14%。重组木表面硬度增大主要是因为杨木经定向重组后,其导管和木纤维细胞被压缩密实,孔隙率降低,单位体积内的细胞实质密度增加,细胞之间的结合面积增大,连接更紧密;同时,引入的酚醛树脂不仅将压缩的细胞结构固定,而且通过形成的胶钉可提高细胞之间的连接强度,浸入细胞壁的酚醛树脂还能够增强其硬度和弹性模量,从而赋予重组木表面较高的硬度。结论: 定向重组技术可有效解决速生人工林杨木木材材质软、表面硬度低的问题,且可通过控制压缩率调控重组木硬度,以满足不同应用场景对材料硬度的需求。
目的: 探究吸湿解吸循环过程中木材水分吸附特性,阐释湿度循环对木材细胞壁及其吸着水分子的影响机制,为木材的实际使用和合理开发提供理论依据和数据参考。方法: 以杉木和马尾松木材为试验材料,采用动态水分吸附分析仪在3或5次吸湿解吸循环(0%→95%→0%)过程中实时测定木材水分吸附数据,绘制水分吸着-解吸等温线,借助H-H模型对其吸湿平衡含水率进行非线性拟合分析。结果: 1) 吸湿解吸循环前后,木材平衡含水率最大值呈降低趋势,其差值范围为0.21%~1.76%;初次循环过程木材吸湿平衡含水率低于后续循环过程,相对湿度40%~95%时尤为明显;2) 随着吸湿解吸循环次数增加,木材单次循环所需时间减少,且降低幅度也明显变小;与块状试样相比,粉末状试样单次循环所需时间较少;3) 初次循环过程木材吸湿滞后现象相比后续循环过程更明显,随着循环次数增加,吸湿滞后最大值减小,吸湿滞后率均值增大;4) H-H模型可用于分析吸湿解吸循环过程中木材水分等温吸附,其拟合度(R2)均高于0.996;随着循环次数增加,代表含有单位摩尔吸附位点的绝干木材质量(W)参数呈降低趋势,木材单分子层吸附水最大质量分数呈增大趋势,多分子层吸附水最大质量分数和吸附水总质量分数最大值均呈降低趋势。结论: 随着吸湿解吸循环次数增加,湿度循环对木材细胞壁的影响减弱:木材吸湿性能降低,其平衡含水率最大值呈降低趋势;单次循环所需时间减少;吸湿滞后现象减弱。
目的: 鉴定马尾松木材气味化合物及气味特征并分析其来源和释放机制,为马尾松气味数据库的构建及其作为景观木材在景观设计中的科学利用提供指导。方法: 以不同含水率的马尾松心、边材为研究对象,利用气相色谱-质谱-嗅闻(GC-MS-O)技术分析马尾松木材气味化合物释放特性。结果: 马尾松木材常温状态下释放的气味化合物共25种,主要有α-蒎烯(浓松木香)、莰烯(薄荷香,刺激)、柠檬烯(柠檬香,清香)、长叶烯(清凉)和(+)-环苜蓿烯(清香)等。马尾松木材气味化合物主要组分为萜类、醇类、烃类和醛类等,萜类占气味化合物总量的90.99%~96.58%(质量浓度)。马尾松木材气味化合物以薄荷樟脑、清香花香和木香为主,伴有果香和甜香,偶有较弱的杏仁和皮革混合香气味。随着含水率降低,马尾松木材气味化合物总质量浓度和气味强度呈先升后降趋势。边材气味化合物的种类、质量浓度和气味强度大于心材,含水率30%时,边材气味化合物的质量浓度和气味强度分别是心材的6.76和1.77倍。马尾松边材中含萜类、醇类、烃类和醛类等气味化合物,心材中仅萜类和烃类气味化合物稳定存在,偶有少量醇类化合物。单体气味化合物质量浓度与木材含水率相关,但相关性在心、边材中有所不同。单体气味化合物质量浓度与单体气味强度总体呈正相关,但相关系数因化合物种类、木材位置和木材含水率不同差异较大。结论: 薄荷樟脑、清香花香和木香是马尾松木材的主要气味,果香和甜香起气味修饰作用,整体上马尾松木材气味可带给人们舒缓、放松、愉快等心理感受。马尾松木材用作景观材料,对使用者的心理和身体健康均有积极作用,适宜用于大部分城市公园、儿童公园以及疗愈景观中。
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。
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。
目的: 探明采伐限额对林场尺度森林碳汇强度及其持续时间的影响规律和机制,量化不同采伐限额对林场尺度森林多目标经营决策的影响,为全面提升森林质量和碳汇功能提供理论基础。方法: 以大兴安岭塔河林业局盘古林场为例,模拟退火为优化算法,考虑活立木、枯死木、枯落物、木材产品、采伐/加工以及替代效应的碳库,建立以木材生产、生物质能源和碳汇综合收益最大化为目标的经营规划模型,并量化不同采伐限额(情景1:每分期0 m3;情景2:每分期19 000 m3;情景3:每分期38 000 m3;情景4:每分期56 000 m3)对100年规划期(10个分期,每分期10年)内经济收益、木材产量、生物质能源产量、碳汇量以及经营措施的综合影响。结果: 当仅考虑碳汇收益时,规划期内盘古林场的总经济收益为15 416.19×104 yuan;随着采伐限额的增加,规划期内总经济收益呈明显增加趋势,情景2, 3和4分别较情景1增加19.74%、39.14%和58.81%;各分期净碳汇量随着规划分期的增加呈明显降低趋势,而各分期林地碳储量呈明显增加趋势;整个规划期内平均碳汇量0.16~0.24 t·hm?2a?1,规划期末林地碳储量高达77.47~77.90 t·hm?2,较规划期初增加约48.07%;规划期内中径材蓄积比例呈增加趋势(从5.80%到36.18%),而小径材比例呈明显下降趋势(从45.74%到16.09%),但短小材比例则相对稳定(平均43.98%);各情景中生物质能源产量与木材产量密切相关,其比值分别为0.243 7、0.249 7和0.247 7,整体以收获树干(45.70%)和树根(36.03%)中的生物质能源为主;情景2~4中,平均每分期采伐面积分别为890、1 742和2 385 hm2,整体以轻度择伐为主(从75.08%到67.65%),但中度(从17.98%到22.25%)和重度(从6.95%到10.10%)择伐面积比例呈明显增加趋势。结论: 长远来看,适当增加大兴安岭地区的森林采伐限额不仅能够增加森林的碳汇强度,还能够显著延长碳汇的持续时间。
目的: 研究森林凋落物输入变化对土壤微生物残体碳的影响,为全面认识植物、土壤与微生物间的相互作用对森林长期碳固存的影响提供科学依据。方法: 以亚热带米槠天然林为研究对象,采用随机区组试验设计,设置3种凋落物处理(去除凋落物、双倍凋落物和对照),测定土壤理化性质、氨基糖含量及微生物残体碳含量,采用Pearson 分析和路径分析(PLS-PM)探讨微生物残体碳含量的影响因素。结果: 去除凋落物后,土壤中总氨基糖、氨基葡萄糖、氨基半乳糖和甘露糖胺含量分别降低了14.7%、33.4%、9.3%和16.1%;凋落物添加处理后,甘露糖胺含量降低了21.7%。去除凋落物后,真菌残体碳和总微生物残体碳含量分别降低了16.2%和16.1%,而细菌残体碳含量无显著变化;凋落物添加后,总微生物残体碳含量显著降低了9.2%,但2种处理下微生物残体碳对土壤有机碳的贡献无差异。路径分析表明,凋落物输入变化下的微生物生物量碳、土壤含水量和微生物生物量是驱动土壤微生物残体碳累积的关键因子。结论: 改变凋落物的输入可显著调控土壤微生物残体的积累,尤其是对真菌残体碳的影响较大,而对细菌残体碳的影响较小。凋落物在微生物残体碳积累中具有重要作用,适度维持地表凋落物贮量有助于保持土壤碳库的稳定。
目的: 比较2个密度杨树人工林的土壤团聚体和固碳差异,揭示其土壤固碳过程,为制定有效的可持续人工林经营措施提供理论基础。方法: 采集高密度(400 株·hm?2)和低密度(278 株·hm?2)杨树人工林(16 年)表层土壤,利用最适湿度干筛法将土壤团聚体分为小(<0.25 mm)、中(0.25~2 mm)、大(>2 mm)粒级,测定各粒级中活性、慢性和惰性有机碳含量及其矿化速率。结果: 与低密度相比,高密度杨树人工林土壤的中、小团聚体组成占比显著提升,大团聚体组成占比降低,分别为1.06%、21.92%和77.02%。2个密度杨树人工林的各粒级土壤团聚体的有机碳组分均存在显著差异,其中高密度人工林土壤各粒级活性和慢性有机碳含量较高,而惰性有机碳含量在<0.25 mm和0.25~2 mm粒级中较低。室内培养试验发现,与低密度人工林相比,高密度人工林土壤各粒级团聚体的碳矿化速率在整个培养阶段普遍较低,说明保守的土壤微生物碳代谢策略是高密度林土壤有机碳积累的关键。林分密度对土壤团聚体粒级分布及活性和慢性有机碳含量有显著影响,而对土壤惰性有机碳含量影响不显著;其中高密度林的土壤密度降低导致了活性和慢性有机碳含量的积累。结论: 合理调节林分密度是影响人工林土壤团聚体形成和有机碳组分的重要营林措施。高密度杨树人工林土壤的密度降低和保守的土壤碳代谢能力将有利于土壤碳固存。
目的: 准确量化半干旱区典型人工林的蒸腾特征及其对气象因子和土壤水分的响应规律,探究其水分利用策略的差异,为该区域的林水综合管理提供理论依据。方法: 2022年5—10月,在六盘山半干旱区叠叠沟小流域选取当地主要的造林树种华北落叶松和白桦,各布设1个面积30 m × 30 m的固定样地,每个样地选取12株不同胸径的样树,连续测定树干液流密度、气象因子和0~60 cm土层的土壤含水量,分析华北落叶松和白桦人工林蒸腾特征及其对潜在蒸散(PET)和土壤相对可利用水分(REW)的响应差异。结果: 1) 7—10月华北落叶松和白桦人工林的日均蒸腾量分别为0.63和0.54 mm·d?1,前者比后者高0.09 mm·d?1;华北落叶松和白桦林分日蒸腾量随着月份变化均呈先增后减的变化趋势,在7月均达到最大值,分别为1.38和1.45 mm·d?1。2) 2种人工林的日蒸腾量对PET的响应均符合指数函数关系,即日蒸腾量随PET增大呈先增大后趋于稳定,但变化趋势在不同REW之间有差别;华北落叶松林分日蒸腾量随PET增长的速率在REW < 0.3时较低,在REW > 0.3后则迅速升高,且不同REW之间差距很小;而白桦林分日蒸腾量随PET增长的速率持续增大,且比较均匀。3) 2种人工林的日蒸腾量对REW的响应也均符合指数函数关系,但变化趋势在不同PET之间有差别;华北落叶松林分蒸腾量随REW增长的速率在PET < 2 mm·d?1时较低,在PET > 2 mm·d?1后则迅速升高,且不同PET之间差距很小;相比之下,白桦人工林日蒸腾量随REW增大而升高的变化在整个PET变化范围内都比较均匀,且增长速率持续增大。结论: 华北落叶松林分日蒸腾量对PET和REW的响应明显比白桦林更敏感。华北落叶松林分日蒸腾量在PET < 2 mm·d?1或REW < 0.3时明显高于白桦,但在PET > 2 mm·d?1或REW > 0.3后迅速升高到其最大值附近并随PET或REW升高保持稳定,而白桦林分日蒸腾量表现为相对均匀地逐渐趋于其最大值。这说明在水分受限的半干旱区,华北落叶松林的蒸腾耗水量高于白桦林,且白桦林蒸腾受干旱期土壤水分的限制更明显。
目的: 探究柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略,分析这2个树种在混交林中的水分利用关系、土壤水利用率的影响因子以及种植方式对土壤水分环境的影响,为旱区防护林的林分结构优化调控提供理论指导。方法: 于2018年生长季(5—10月),在宁夏河东沙区选择柠条纯林、新疆杨纯林和柠条+新疆杨混交林,利用氢氧稳定同位素技术和IsoSource混合模型,分析柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分来源,采用相似性比例指数(PS指数)计算柠条和新疆杨在混交林中的水分利用关系;同时,监测土壤含水量、土壤养分和根系生物量,并利用结构方程模型(SEM)量化不同因子对林地植物土壤水利用率的影响;计算土壤储水量、土壤水分亏缺和土壤水消耗率,分析柠条、新疆杨纯林及混交林对土壤水分环境的影响。结果: 1) 在纯林和混交林中,整个生长季的柠条的主要水分来源土层基本一致,而新疆杨则表现出不一致性。2) 混交林中柠条和新疆杨在整个生长季的相似性比例指数(PS)为62.75%,表明两者之间存在较弱的水分竞争,在生长季不同时期,2个树种的主要水分来源土层不同,能通过水分利用的时间和空间分离来应对干旱。3) 土壤含水量对3个林地的植物土壤水利用率的总效应最高,土壤含水量和土壤养分与柠条纯林的土壤水利用率呈极显著负相关(P<0.01),而与混交林中柠条的土壤水利用率呈极显著正相关(P<0.01),与新疆杨纯林和混交林的植物土壤水利用率呈显著正相关(P<0.05);根系生物量对3个林地的植物土壤水利用率呈显著正相关(P<0.05)。4) 混交林土壤储水量高于柠条和新疆杨纯林,而土壤水分亏缺和土壤水消耗率低于柠条和新疆杨纯林。结论: 柠条在纯林和混交林中的水分利用策略基本一致,新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略存在差异;混交林中的柠条和新疆杨通过时间和空间上的水分利用的差异来应对干旱,且混交林相比纯林可更有效降低土壤干旱化风险;土壤含水量和土壤养分是影响3个林地植物土壤水利用率的主要因素。
目的: 以胡桃楸雄花序为材料,建立染色体形态良好、染色体分散且无细胞质背景的胡桃楸高质量染色体制片技术,为深入开展胡桃楸分子细胞遗传学研究提供参考。方法: 通过卡宝品红压片观察花药发育进程,采集花药细胞处于分裂旺盛阶段的雄花序,分别采用1 MPa一氧化二氮(N2O,笑气)、0.7 mmol?L?1环己酰胺、2 mmol?L?1 8-羟基喹啉对花序进行不同时间预处理。剥开花序取出花药,酶解后制成悬液,在55 ℃的烤片机上涂片。以45S rDNA和5S rDNA为探针,对中期染色体进行原位杂交。结果: 1) 当雄花序颜色鲜绿、长度达到约1.5 cm、花药顶端变为红色时,花药细胞分裂旺盛,可以观察到大量小孢子母细胞和中期分裂相。因此,为了获得丰富的有丝分裂中期分裂相,取材最佳时机是雄花序中上部的花药顶端变红时,可以保证雄花序中大部分花药处于旺盛分裂期。2) 2 mmol?L?1 8-羟基喹啉预处理4、6、8 h的染色体都均凝缩不充分,边缘不清晰,拖尾明显,且大部分着丝粒无法辨认;0.7 mmol?L?1环己酰胺预处理4 h的染色体较长,凝缩不充分,拖尾严重,预处理6 h的染色体凝缩适当,形态清晰,大部分着丝粒可以辨认,预处理8 h的染色体边缘清晰,但凝缩过度,着丝粒不明显;1 MPa N2O预处理2 h的染色体长度适中,但凝缩不充分,边缘模糊,处理3、4 h的染色体凝缩程度都较高,染色体较为粗短,染色体间形态差异不明显;此外,N2O预处理4 h的染色体中,有部分会出现粘连拉丝的情况。因此,胡桃楸雄花序最合适的预处理条件为0.7 mmol?L?1环己酰胺处理6 h。3) 胡桃楸染色体数为32,染色体基数为16 (2n = 2x = 32)。45S rDNA和5S rDNA探针在胡桃楸染色体上均产生明亮的FISH信号。45S rDNA的杂交信号位于1对中着丝粒染色体的着丝粒附近,2条染色体上的信号强度相近;5S rDNA的杂交信号位于另外1对中着丝粒染色体的着丝粒附近,2条染色体上的信号强度一强一弱。结论: 以胡桃楸花药顶端变红的雄花序为材料,成功建立胡桃楸高质量中期染色体制备及FISH技术体系,为核桃属植物的分子细胞遗传学研究奠定基础,也为花药量大的植物获取高质量染色体制片提供了参考。
目的: SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的一类转录因子,对植物生长发育以及天然免疫反应至关重要。本研究通过在山新杨中过表达PdbSPL28基因,分析比较野生型和转基因山新杨在抗病方面的表型差异,探究PdbSPL28基因的生物学功能及其对杨树抗病性的影响,为深入解析该基因调控杨树抗病性的分子机制提供基础。方法: 利用同源克隆获得山新杨PdbSPL28基因完整ORF序列,并利用DNA人工合成技术对该基因ORF中的miR156作用位点进行序列改造,采用酶切、连接反应分别将改造前和改造后的PdbSPL28基因序列构建过表达载体;采用Gateway技术构建亚细胞定位载体,利用烟草叶片瞬时转化系统分析PdbSPL28蛋白亚细胞定位;利用农杆菌介导的叶盘转化法获得PdbSPL28基因过量表达的转基因山新杨,基于刺伤接种法和石蜡切片技术,观察野生型和转基因山新杨对2种间座壳属病原菌(Diaporthe nobilis和D. cercidis)的抗性差异及叶片解剖结构变化并测定病情指数;制备病原菌D. nobilis孢子悬浮液,接种野生型和2个过表达株系的离体叶片,在接种后不同时间点采集样品,通过液质联用方法检测茉莉酸含量变化。结果: 山新杨PdbSPL28基因ORF全长1 341 bp,序列中含有1个miR156作用位点;PdbSPL28蛋白含有保守的SBP结构域,定位于细胞核。对PdbSPL28基因ORF中miR156作用位点改造后,成功获得6个该基因过量表达的转基因株系。与野生型相比,PdbSPL28过表达山新杨对2种间座壳属病原菌的抗性明显增强。茉莉酸测定结果显示:在接种前,PdbSPL28过表达株系叶片中茉莉酸含量高于WT;但在接种96 h时,过表达株系茉莉酸含量极显著低于WT。结论: 对miR156作用位点进行序列改造,可以提高获得PdbSPL28基因过量表达转基因山新杨的概率;PdbSPL28基因过表达可以提高山新杨对间座壳属真菌引起的叶斑病抗性,茉莉酸信号途径可能在过表达株系响应D. nobilis侵染过程中发挥重要作用。
目的: 探究红松越年枯死的病理学过程和产生原因,以期为有效除治无松材线虫病症状的携带者松树提供理论依据。方法: 统计抚顺市大伙房实验林场自然侵染红松越年枯死比例,观测自然侵染和人工接种红松病症病状,测定红松当年显症的松材线虫数量阈值。实验室内不同温度下测定松材线虫虫口增长情况,以及媒介昆虫羽化后适宜松材线虫虫口有效增长的时期(虫口增长期),计算从寄生关系的建立到症状开始出现的时间(潜育期),并揭示红松感染松材线虫后越年枯死的原因。结果: 截至6月,自然侵染红松的越年枯死比例为41.4%。观测的自然侵染和低剂量人工接种红松在被侵染或接种当年均未出现显著外部、内部症状变化,而是到翌年松脂分泌停止,树干水分低,针叶变红褐色,只有进行高剂量饱和接种才出现当年半数显症。病症表现为松材线虫能够正常侵染红松,可有效繁殖但在低温时繁殖受阻,可成功越冬但越冬后虫口数量骤减。红松显症的全株阈值St1=(163±22)条·g?1,局部阈值St2=(621±20)条·g?1。以每株50 000条的接种量接种38年生红松,在当年虫口增长期内全株松材线虫数量仅为(90±8)条·g?1,低于St1、局部松材线虫数量最高为(350±18)条·g?1,也低于St2。抚顺的虫口增长期(141天)比大连(154天)和南京(173天)短。经计算,抚顺市松材线虫的潜育期为146天,长于虫口增长期。结论: 云杉花墨天牛携带的松材线虫数量相对较低,导致初始侵染量低。松材线虫生命周期受温度特性的影响,表现为非增长期长、虫口增长期短,最终导致在虫口增长期内未能达到红松显症的松材线虫数量阈值。这些综合作用导致松材线虫潜育期延长,其中41.4%的死亡红松表现出越年枯死现象。
目的: 探明落叶松针叶和梢的内生真菌多样性和群落结构的差异与落叶松枯梢病发病的关系,为落叶松枯梢病的防控提供参考。方法: 基于高通量测序技术,通过OTU数量、鉴定类群、多样性指数和FUNGuild营养型预测等方法,分析无病斑和染病的针叶和松梢的内生真菌群落结构、多样性和功能营养型的差异。结果: 针叶样品中共计1 091个OTU,梢样品中共计1 083个OTU;针叶样本间差异显著(P<0.05),全无病斑的针叶内生真菌多样性显著高于染病最重的针叶,无病斑梢与感病梢内生真菌多样性无显著差异;针叶和梢中的优势菌门为子囊菌门,无病斑的针叶内生真菌优势菌目和属为刺盾炱目和Arthrocatena,染病后针叶优势真菌为葡萄座腔菌目和新壳梭孢属,梢中优势为真菌目和属为煤炱目和小叠孢属。 LefSe分析表明,在针叶和梢中真菌群落中共54个显著性差异类群。PCoA分析进一步证实,无病斑与染病针叶的内生真菌群落差异显著(anosim R=0.695,P<0.05)。针叶真菌营养型以病理-腐生营养型真菌为主,染病后病理营养型真菌占优势,梢中真菌营养型以病理-腐生营养型真菌为主。结论: 相较于落叶松梢,针叶内生真菌群落结构变化更显著,病原菌在针叶中富集,进而促进落叶松枯梢病的发展。
目的: 建立鉴定竹笋夜蛾物种的多重PCR技术,用于浙江省笋用竹的3种竹笋夜蛾幼虫的物种鉴定。方法: 针对COI基因的变异区设计物种特异性多重PCR引物;优化影响多重PCR反应的参数,建立鉴定竹笋夜蛾的多重PCR技术;采用标准DNA模板评价多重PCR技术的敏感性和特异性;利用多重PCR技术对林间采集的竹笋夜蛾幼虫进行物种鉴定。结果: 针对3种竹笋夜蛾COI基因的变异区设计了3条物种特异性多重PCR引物,与通用引物LCO1490配合使用,扩增竹笋基夜蛾、竹笋禾夜蛾和笋秀夜蛾COI基因片段,大小分别为290、390和590 bp。优化后的多重PCR鉴定技术的反应体系为:2×HotStart Taq PCR预混试剂10 μL,10 μmol·L?1的引物LCO1490、JYE290、HYE390和QTYE590各0.5 μL,DNA模板1 μL,加ddH2O补足20 μL。优化后的多重PCR鉴定技术的反应条件为:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性30 s,59 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s;72 ℃下延伸10 min,循环数为35。多重PCR鉴定技术对笋秀夜蛾的最低检出限为0.01 ng·μL?1,对竹笋禾夜蛾和竹笋基夜蛾的最低检出限低于0.001 ng·μL?1。林间样品鉴定结果表明,所有38份DNA都能扩增出明显的特异性条带,鉴定成功率100%;经测序验证,本研究的技术鉴定的物种与经COI基因序列鉴定的物种一致。结论: 研究建立了浙江省笋用竹的夜蛾的多重PCR鉴定技术,能够快速高效鉴定浙江省笋用林内竹笋夜蛾幼虫的物种,该技术具有鉴定周期短、灵敏度高、特异性强、准确度高等优点。
目的: 对75种南美进口阔叶材提出微观图像辨识模型TimberIDNet75,为海关、进出口检疫检验以及从事木材鉴定研究的人员提供一种准确的多材种辨识方法。方法: TimberIDNet75模型是包含1个输入层、4个隐含层的34层卷积层的中浅层神经网络。为尽量扩大感受野以提取更多图像特征,输入层采用13×13×256的卷积核,对每张图像提取256类特征,经激活、池化处理后作为输出。第1个隐含层采用2次卷积、激活后再进行残差修正,称作“两卷一修正块”。第1个隐含层包含3个“两卷一修正块”,提取256类特征作为输出。第2个隐含层包含4个“两卷一修正块”,再次提取512类特征作为输出。第3个隐含层包含6个“两卷一修正块”,对上一层的输出进行特征提取,获得1 024个类的特征。第4个隐含层包含3个“两卷一修正块”,对第3层的输出进行特征提取,获得2 048个类的特征,经全局平均池化后输入到全连接层映射出75个树种的分类。结果: TimberIDNet75模型的准确率达99.4%,损失值为0.044。将TimberIDNet75模型与现阶段较先进的深度学习模型进行比较,ResNet模型的准确率为98.1%、VGGNet模型的准确率为 97.1%、GoogleNet模型的准确率为96.2%、AlexNet模型的准确率为94.7%、ViT模型的准确率为53.2%,TimberIDNet75模型的准确率相比其中准确率最高的ResNet模型提高1.3%。利用TimberIDNet75模型对随机获取的75种进口阔叶材微观解剖样本进行实际测试,样本全部准确辨识,准确率达100%。结论: TimberIDNet75模型中的“两卷一修正块”,在节省机器资源的同时,可消除模型梯度下降导致过拟合的问题,同时利用残差法使得模型训练时人工干预降至最低,准确率和效率大幅提升。
目的: 研究全频段范围内木结构墙体空气声隔声性能,明确限制常规构造木骨架墙体隔声性能的瓶颈,揭示设置隔声垫层、改变骨架类型、设置窗体等设计参数对墙体隔声性能的影响规律,提出高空气声隔声等级的木结构墙体体系, 为木结构墙体在装配式建筑中的高效应用提供技术支撑。方法: 通过小尺寸材料层面的阻抗管法试验,比较分析60~6 300 Hz频率范围内工业级弹性橡胶板(橡胶板)、聚氨酯橡胶隔音减震板(聚氨酯板)和聚苯乙烯挤塑板(XPS板)等隔声垫层的隔声性能;基于实验室法开展全尺寸墙体在100~5 000 Hz频率范围内的隔声试验,通过1/3倍频程频段18个中心频率对应的单值隔声量,得到墙体计权隔声量(Rw)、频谱修正量和隔声等级,并与装配式建筑中广泛应用的蒸压加气混凝土(ALC)墙体和正交胶合木(CLT)墙体进行比较。结果: 相较同一厚度的聚氨酯板和XPS板,全频段范围内橡胶板的隔声量较高,且其隔声性能随板厚增加而提高,试验范围内,10 mm厚橡胶板隔声效率最高。常规构造木骨架墙体的隔声量整体上随声波频率增加而提高,该墙体体系在125和3 150 Hz处分别出现明显的共振隔声低谷和吻合隔声低谷,其Rw为43 dB,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别为4和3级;在墙骨架和定向刨花板(OSB)间设置10 mm厚橡胶板后,受制于木龙骨的声桥作用,墙体隔声性能提升有限,Rw增至45 dB,隔声等级未发生改变,常规构造和设置橡胶板的木骨架墙体体系均不满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。当墙骨架采用轻钢骨架且轻钢骨架两侧均覆面双层石膏板(GB)时,该墙体体系的Rw增至50 dB,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别升至6和5级;在石膏板和轻钢骨架间设置10 mm压缩玻璃棉条后,Rw增至51 dB,隔声等级未发生改变,该轻钢骨架墙体体系满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。与200 mm厚单层和复合ALC墙体相比,试验范围内轻钢骨架墙体的厚度和面密度分别降低35%和70%,但空气声隔声性能更高;针对道路交通、企业生产经营和日常生活等噪音对应的频率范围(160~630 Hz),该轻钢骨架墙体体系的隔声性能增加明显。在常规构造木骨架墙体基础上开洞安装Rw为33 dB的窗体,墙体在全频段范围内的隔声频谱特性曲线未发生明显变化,其Rw达44 dB,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别为5和4级;常规构造木骨架墙体一侧的GB由单层增至双层、木骨架和OSB间设置10 mm厚橡胶板、木骨架和GB间设置金属减震龙骨制成复合墙体,在复合墙体上安装窗体,该墙体的Rw增至48 dB,且在低频段下的共振隔声低谷和高频段下的吻合效应低谷消除或明显变浅,用作隔墙或围护构件时的空气声隔声等级分别升至6和5级,满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。结果: 与木骨架墙体相比,CLT墙体的空气声隔声性能较低;共振隔声低谷、吻合隔声低谷和声桥效应是限制常规构造木骨架墙体隔声性能的瓶颈因素,导致该墙体体系不能满足现行国家标准对普通住宅墙体的隔声要求。将木骨架替换为轻钢骨架,并设置隔声垫层、增加墙面板数量,能够有效提高墙体的空气声隔声性能。
目的: 探究不同密度和含水率下重组竹顺纹抗拉强度的变化规律,提出重组竹顺纹抗拉强度与密度、含水率的相关模型,为推进重组竹在工程中的应用提供依据。方法: 参考ASTM D143—14《木材无疵小试样的标准试验方法》,选取不同密度(1.1、1.2、1.3 g·cm?3)和含水率(4%、8%、12%、16%、20%)的重组竹试件进行正交抗拉试验,分析重组竹顺纹抗拉的主要破坏形态;采用线性模型和抛物线模型拟合重组竹顺纹抗拉强度随密度的变化规律,采用线性模型和ASTM模型拟合重组竹顺纹抗拉强度随含水率的变化规律,提出重组竹顺纹抗拉强度在密度和含水率双因素影响下的耦合模型。结果: 重组竹顺纹抗拉的主要破坏形态为平口破坏和斜口破坏,重组竹密度越大,平口破坏概率越大;重组竹含水率越大,斜口破坏概率越大。基于试验研究和数据拟合提出重组竹顺纹抗拉强度的单因素影响模型和双因素耦合模型,理论结果与试验结果吻合良好。结论: 在本研究密度范围内,重组竹顺纹抗拉强度随密度增加而增大、随含水率升高而减小。线性组合模型和ASTM组合模型均能较好预测重组竹顺纹抗拉强度在密度和含水率双因素影响下的理论值,线性组合模型计算更为简便,在实际预测中建议直接使用线性组合模型。
目的: 分析沉香主要成分在燃烧过程中的挥发或裂解方式 ,比较国产、惠安系和星洲系3个产区沉香燃烧释放的挥发性和半挥发性成分组成及差异,确认对沉香燃烧香气有贡献的气味活性化合物及其来源,解释沉香燃烧气味形成原因,为沉香产地识别和香气品质评价提供科学依据。方法: 采用水蒸馏和乙醇提取沉淀方法分离沉香树脂部分中倍半萜类和2-(2-苯乙基)色酮类(PECs)特征成分,应用热重(TG)分析倍半萜类、PECs化合物和木材部分的热质量损失模式,使用静态顶空气相色谱质谱联用(HS-GC-MS)分析不同产区沉香燃烧烟气中的挥发性成分并确认气味活性化合物,利用主成分分析(PCA) 分析3个产区沉香燃烧释放的挥发性成分差异,收集燃烧沉香产生的烟尘,运用液相质谱(LC-MS/MS)联用分析其中PECs成分组成,通过HS-GC-MS分析加热后的PECs标准品,探究沉香中PECs化合物裂解机制及其对燃烧气味的影响。结果: 1) 沉香中的倍半萜类化合物在200 ℃以内完全挥发,PECs化合物质量在150~350 ℃缓慢降低,木材在250 ℃以上迅速燃烧。2) 沉香燃烧释放的挥发性成分主要为芳香族和倍半萜类化合物,其中芳香族化合物种类和含量明显增加,为沉香燃烧气体提供辛、甜、杏仁、花香等丰富的气味;国产沉香中2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、3,4-二甲氧基苯酚、乙酰丁香酚等7种化合物释放量与样品乙醇提取物含量负相关,这些化合物主要为沉香燃烧烟气提供烟熏、粉尘和木材气味。3) 倍半萜类关键香气化合物桉油烯醇、cis-桉叶-6-烯 -11-醇、愈创木醇的相对含量在国产沉香中最高,惠安系沉香中次之,星洲系沉香中最低。4) 沉香燃烧烟尘中含有多种Flidersia型 2-(2-苯乙基)色酮类(FTPECs)化合物,但未检测到四氢2-(2-苯乙基)色酮类(THPECs)化合物。沉香四醇裂解释放苄基丙酮和苯甲醛,2-(2-苯乙基)色酮高温裂解不仅生成苯甲醛、苯乙醇等6种芳香族化合物,还能挥发进入空气。结论: 沉香的主要成分倍半萜类、PECs化合物和木材燃烧过程中热质量损失模式不同,倍半萜类化合物直接挥发进入空气,PECs化合物和木材裂解生成多种芳香族化合物,这些化合物具有多种气味,对沉香燃烧香气有重要影响。不同产区沉香燃烧后释放的化学成分存在一定差异,星洲系与惠安系和国产沉香差异较大。高温下不同种类PECs裂解生成芳香族化合物种类和含量不同,FTPECs可部分挥发进入空气中。
目的: 通过菌株初筛、单因素培养条件比较以及复合真菌培养体系下木质素氧化酶系酶活性的变化规律研究,获取最优产酶效率培养体系,为生物制浆预处理提供基础和科学依据。方法: 采集颐和园树木上的真菌子实体作为菌种来源,通过生长速度和愈创木酚培养基初筛得到生长快且漆酶活性高的白腐菌菌株,测定菌株木质素氧化酶系漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶的分泌规律。基于单因素试验探究不同碳源、氮源、pH、添加剂、金属离子、温度等条件对菌株分泌木质素氧化酶系的影响,根据产酶规律选择不同菌株构建1∶1复合真菌培养体系,分析其产酶规律和产酶效率。结果: 初筛得到1株生长快速、高漆酶活性的菌株,经鉴定为白腐菌粗毛栓孔菌(Trametes hirsute)。单因素试验结果显示,葡萄糖和酵母浸粉分别是T. hirsute产酶的最优碳源和氮源;单独添加Cu2+的产酶效率优于同时添加Cu2+和Mn2+,产酶量随金属离子浓度增大呈先升后降趋势,0.25 mmol·L?1 Cu2+添加效果最佳;产酶量随温度升高也呈先升后降趋势,在38 ℃、pH=6.5且添加0.5 mmol·L?1藜芦醇和0.5 mmol·L?1对苯二胺条件下对T. hirsute产酶均有促进作用。在培养条件优化基础上,构建T. hirsute与密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)复合真菌培养体系,其产酶能力进一步提高,该体系的木质素氧化酶系3种酶最大总产酶量达1 505.81 U·L?1,相比对照组提升约63.61%,其中漆酶活性相比对照组提高84.37%,且提前1天达到产酶峰值。结论: 通过初筛获取高漆酶活性白腐菌株T. hirsute,优化产酶条件可显著提升其木质素氧化酶系产酶量,在培养条件优化基础上构建的T. hirsute与G. trabeum复合真菌培养体系能够进一步提升其产酶能力,并促使漆酶提前1天达到产酶峰值,在生物预处理方面展现出巨大应用潜力。
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。
目的: 通过溲疏属植物叶片诱导不定芽,建立完整的组织培养体系,为构建溲疏属植物遗传转化体系和分子育种提供参考,也为从头驯化野生溲疏属植物种质资源的创新提供理论依据和实践指导。方法: 以2种陕西秦岭常见野生溲疏属植物(小花溲疏和钩齿溲疏)的带叶茎段作为外植体,通过初代培养、继代培养和生根培养建立其快速繁殖体系,再利用培养植株的叶片诱导愈伤组织和不定芽诱导的方式建立其叶片诱导不定芽体系。结果: 外植体最佳消毒方式为75%乙醇表面消毒10 s,0.1%升汞表面消毒3 min,其成活率为100%,污染率为0。小花溲疏丛生芽增殖最佳的培养基配方为MS + 2 mg?L?1 6-BA,其增殖系数为2.8。钩齿溲疏丛生芽最佳培养基配方为MS + 5 mg?L?1 6-BA,其增殖系数为4.53。生根培养最佳的培养基配比为1/2 MS + 0.8 mg?L?1 IBA,其小花溲疏的生根系数为1.74,钩齿溲疏的生根系数为7.86。选择30天生根苗从上至下第2~4节叶片作为诱导愈伤组织的外植体材料。小花溲疏叶片诱导愈伤组织最佳的培养基配比为WPM + 1 mg?L?1 2,4-D,其诱导率为63%,钩齿溲疏叶片诱导愈伤组织最佳的培养基配比为WPM + 0.1 mg?L?1 2,4-D,其诱导率为70%。结论: 以小花溲疏和钩齿溲疏的叶片作为外植体,成功建立了诱导不定芽形成和植株再生体系。小花溲疏叶片不定芽分化最佳的培养基配比为MS + 2 mg?L?1 6-BA + 0.3 mg?L?1 IBA,钩齿溲疏叶片不定芽分化最佳的培养基配比为MS + 5 mg?L?1 6-BA + 0.05 mg?L?1 NAA。
目的: 研究全球气候变化背景下西南高山亚高山区植被活动增强对蒸散的影响,揭示该地区植被水资源需求动态,为优化区域水资源分配、保障水资源安全提供理论依据。方法: 基于2001—2020年MOD16数据蒸散指标(实际蒸散、潜在蒸散以及实际蒸散与潜在蒸散之比),利用线性拟合、SEN趋势分析、偏相关分析、多元逐步回归分析等方法,阐明温度、降水、相对湿度、气压、日照时数、风速等气象因子和归一化植被指数等植被因子对西南高山亚高山区蒸散指标的影响及其贡献率。结果: 1) 西南高山亚高山区实际蒸散出现年内峰值的时间略滞后于潜在蒸散,二者呈空间分布差异性。研究区域年实际蒸散在246.0~1 191.3 mm之间,峰值出现在7月下旬,其中雅鲁藏布江上游亚高山段、藏南亚高山区实际蒸散较高,怒江北部实际蒸散较低;年潜在蒸散在538.0~2 314.9 mm之间,峰值出现在5月下旬至8月中旬,其中雅砻江上游和金沙江上游亚高山段南部地区潜在蒸散较高。2) 西南高山亚高山区实际蒸散多年平均值为627.8 mm,整体呈显著增加趋势(P<0.05),增速约2.93 mm·a?1,显著增加区域主要分布在嘉陵江上游、岷江上游、大渡河、雅砻江上游、金沙江上游亚高山段、澜沧江上游和怒江部分地区; 潜在蒸散多年平均值为1 500.6 mm,整体呈不显著降低趋势,速度约2.57 mm·a?1,降低区域主要分布在雅砻江上游、金沙江上游亚高山段和藏南亚高山区。实际蒸散与潜在蒸散之比多年平均值为0.43,呈显著上升趋势(P<0.05)。3) 西南高山亚高山区实际蒸散的主要影响因素及作用大小排序为:气温>降水>归一化植被指数>相对湿度>气压>日照时数>风速,潜在蒸散的主要影响因素及作用大小排序为:气温>日照时数>降水>相对湿度>风速,实际蒸散与潜在蒸散之比的主要影响因素及作用大小排序为:气温>相对湿度>归一化植被指数>日照时数>气压。4) 实际蒸散增加主要与植被活动增强有关,由归一化植被指数升高主导实际蒸散增加的区域占比近63%;潜在蒸散降低主要与日照时数减少有关;归一化植被指数升高、日照时数减少对实际蒸散与潜在蒸散之比的正向作用抵消增温对实际蒸散与潜在蒸散之比的负向作用,导致其上升。在Budyko模式下,实际蒸散与潜在蒸散之比的变化显示研究区域由水分限制向能量限制的方向发展。结论: 近20年来西南高山亚高山区植被活动增强对区域蒸散产生显著影响,由此引发的流域水量平衡和土壤水分供给的长期可持续问题值得密切关注。
目的: 分析宁夏六盘山半干旱区叠叠沟小流域华北落叶松人工林林龄、密度和主要立地因子对树高和胸径生长的影响,建立树木生长的多因子响应耦合模型,为该地区华北落叶松人工林生长预测和可持续经营提供理论依据。方法: 2018和2019年,在六盘山半干旱区叠叠沟小流域分别选择42和57块华北落叶松人工林样地,调查树高、胸径、林龄、密度等林分结构特征以及坡向、土壤厚度等立地因子,并收集2003—2017年在叠叠沟小流域调查的93块样地历史数据。基于192块样地数据,分析树高和胸径对林龄、密度、坡向、土壤厚度等因子的响应规律,利用2/3和1/3的数据建立和验证树高与胸径生长的多因子响应耦合模型。结果: 树高和胸径对林龄、密度、坡向、土壤厚度的响应规律各异;树高和胸径随林龄增加先快速增加,后在林龄超过20年时缓慢增加;树高和胸径随密度增加先表现为稳定,后在密度分别超过2 000、1 500株·hm−2时缓慢下降,在密度超过3 000、2 300株·hm−2时加快下降;树高和胸径随坡向偏离正北方向的角度增加先表现为稳定,后在坡向超过80°时迅速降低;树高和胸径随土壤厚度增加先表现为增加,后在土壤厚度分别超过90、80 cm渐趋稳定。基于连乘耦合、立地指数和立地因子3种林木生长模型表达式,建立树高和胸径响应林龄、密度、坡向、土壤厚度和立地指数的耦合模型并拟合模型参数;树高模型的确定系数分别为0.804、0.902、0.806,NS系数分别为0.793、0.903、0.762;胸径模型的确定系数分别为0.846、0.803、0.834,NS系数分别为0.837、0.840、0.818;3种模型拟合效果均较好。结论: 宁夏六盘山半干旱区华北落叶松人工林树高和胸径生长随林龄、密度、坡向、土壤厚度增加分别表现为先快后慢增加、先稳定后下降、先稳定后降低、先升高后稳定,建立的连乘耦合、立地指数和立地因子多因子耦合模型精度均较高,但鉴于研究区尚未确定立地指数分布规律并综合考虑各模型精度、应用难度、结构复杂程度差异,建议采用多因子连乘耦合模型预测华北落叶松人工林树高和胸径生长。
目的: 探究杨树人工林林龄变化对土壤微生物群落结构和功能群特征的影响,为杨树人工林的地力维护和可持续经营提供科学依据。方法: 以辽宁省新民市2、4、7、10和14年生欧美杨I-214杨人工林为研究对象,测定0~20 cm土层土壤理化性质,利用高通量测序技术分析不同林龄I-214杨人工林土壤细菌和真菌群落结构及其功能多样性差异。结果: 土壤有机碳、硝态氮、速效钾和有效磷含量均随林龄增长呈先降后升的变化趋势。土壤优势细菌门为变形菌门和酸杆菌门,其中变形菌门的相对丰度随林龄增长而增加;优势真菌门为子囊菌门和担子菌门,相对丰度几乎不受林龄影响。土壤细菌香农指数随林龄增长呈先降后升的变化趋势,在林龄2年时最高。冗余分析表明,土壤密度、pH和速效钾、有效磷含量显著影响土壤细菌群落,土壤全氮和硝态氮含量显著影响土壤真菌群落;土壤微生物群落功能预测表明,具有碳和氮转化功能的细菌群落相对丰度随林龄增长而增大,且土壤细菌香农指数、碳转化功能群落相对丰度以及土壤硝态氮、速效钾、有效磷养分含量均在林龄 10 年时开始呈现出明显降低趋势。结论: 松辽平原区 I-214 杨人工林土壤细菌群落较真菌群落更易受林龄影响,林龄10年时为关键转折点,土壤细菌群落多样性、碳转化功能群相对丰度以及部分养分含量下降,需考虑采取适宜经营措施,以维持土壤肥力以及微生物群落结构和功能多样性。
目的: 探究林分类型对土壤磷素有效性的影响及作用路径,揭示调控土壤磷素有效性的关键无机磷组分,为百山祖国家公园人工林土壤肥力维持和可持续经营提供理论依据。方法: 以百山祖国家公园杉木纯林、马尾松纯林、杉木马尾松混交林和杉木毛竹混交林为对象,测定0~10、10~20和20~40 cm土层土壤的基本性质、无机磷组分和有效磷含量等,分析全磷、有效磷和无机磷组分含量在林分类型间的差异,揭示土壤磷素有效性变化的关键驱动因素。结果: 4类林分0~40 cm土层土壤的全磷和有效磷含量分别为0.14~0.24 g·kg?1和0.73~1.72 mg·kg?1,平均值分别为0.19 g·kg?1和1.11 mg·kg?1,4类林分0~40 cm土层土壤的磷素活化系数为0.42%-0.72%,平均值为0.59%,且均以杉木毛竹混交林最高;4类林分0~40 cm土层土壤的各无机磷组分含量均表现出差异,杉木毛竹混交林均高于其他3类林分;除闭蓄态磷酸盐含量外,磷酸铝盐、磷酸铁盐、磷酸钙盐、可溶性磷含量等均与有效磷含量显著正相关(P<0.01);标准化主轴分析表明,磷酸铝盐含量与有效磷含量之间的异速增长指数显著低于1.00(P<0.01),磷酸铁盐含量、磷酸钙盐含量和可溶性磷含量与有效磷含量的异速增长指数均显著大于1.00(P<0.01);随机森林分析表明,磷酸铝盐、水解性氮和全氮含量是土壤有效磷含量的最主要调控因子;偏最小二乘法结构方程模型表明,林分类型通过影响土壤基本性质(全氮和水解性氮含量)、计量比(碳氮比和氮磷比)和无机磷组分(磷酸铝盐和磷酸铁盐含量)等对土壤有效磷含量起间接的正向调控作用。结论: 本研究区内,林分类型对土壤有效磷的直接效应不显著,但通过调控氮素水平、养分计量特征和无机磷组分等产生显著的间接效应。磷酸铝盐是土壤磷素有效性变化中最主要的调控因子。营建针阔混交林是提升百山祖国家公园人工林土壤磷素有效性的关键措施。
目的: 探究云南高原高山松、云南松和思茅松3种松树径向生长对区域气候因子的响应和适应性特征,为预测气候变化背景下西南林区树木生长动态及各树种地理分布区变化提供指导,为区域森林保护和管理提供理论依据。方法: 根据树木年轮学方法,采集各树种分布区内树轮样本,构建树轮宽度年表,结合各采样点1958—2018年的气温、降水、帕尔默干旱指数等气象资料,利用响应分析、多元回归分析和滑动相关分析等方法,确定影响3种松树径向生长的关键气候因子及其对气候变化的响应差异。结果: 3种松树采样点的气候均呈暖干化特征。限制松树径向生长的关键因子对高山松为当年5月降水量和1月平均气温,其对回归模型方差解释率的贡献分别达59.8%和27.5%;对云南松为上一年10月、12月和当年1月降水量,其对回归模型方差解释率的贡献分别达38.8%、15.4%和25.4%;对思茅松为当年生长季(7月)、上一年和当年生长季后期(9月)降水量,其对回归模型方差解释率的贡献分别达53.8%、30.9%和15.3%。云南松径向生长对干旱的敏感性高于高山松和思茅松。气候暖干化使高山松对生长季初期(5月)气温和降水量的敏感性增强;使云南松对生长季初期(5月)降水量的敏感性减弱,对生长季(8月)气温的敏感性增强;使思茅松对7月平均气温、平均最高温度的敏感性减弱,对上一年生长季后期(9月)降水量的敏感性增强。气候变暖使3种松树径向生长与气候因子的响应关系变得不稳定,主要发生在各采样点气候突变时间段,与区域气候波动同步,且不同树种具有一致性。结论: 高山松和思茅松对干旱的适应性强于云南松。气候变暖使气温对高海拔区高山松径向生长的促进效应减弱,使云南松对生长季初期低降水敏感转变为对生长季低温敏感;气候变暖抑制思茅松生长季充足水分条件的促生长作用,增强气候因子对径向生长影响的滞后效应,使3种松树对气候因子响应的敏感性变得不稳定。
目的: 预测不同气候情景下黄心梓木在我国的分布情况及其自然群体可能的迁移路线,为黄心梓木的保护和可持续利用提供科学依据,为濒危植物的潜在适生区预测和保护提供参考。方法: 基于当前和未来(2030s、2050s、2070s)4个时期的环境变量数据以及黄心梓木分布数据,利用MaxEnt模型模拟预测不同气候情景下黄心梓木在我国的潜在地理分布,综合分析限制其扩散的环境因子,制定针对性保护措施。结果: 1) MaxEnt模型各组曲线下面积(AUC)均高于0.9,模型预测结果非常准确。2) 黄心梓木在我国的潜在适生区狭窄,当前适生区总面积为50 416 km2,其中高适生区面积2 309 km2,仅在黔南和黔西南部分地区分布,中适生区(面积14 288 km2)在其周围分布,低适生区面积33 819 km2,分布在贵州中部、广西、云南、四川等地;未来气候情景下,黄心梓木在我国的潜在适生区呈先扩张后收缩的变化趋势,其中高强迫(SSP5-8.5)情景下的2030s时期适生区总面积最大(70 313 km2),新增面积达当前适生区总面积的39%。3) 最干月降水量(bio14)、海拔(bio20)、等温性(bio3)、年降水量(bio12)是限制黄心梓木分布的主导环境因子。4) 未来气候情景下,黄心梓木潜在适生区的质心迁移方向总体为先向北移后向东南移。5) 基于黄心梓木现状提出在高适生区范围内就地划分保护区,在湖北西部、重庆东北部等潜在适生区开展相关育种试验扩大其种植面积以及建立种质资源库等相关保护措施。结论: 黄心梓木在我国的潜在适生区较为狭窄且中、高适生区相对集中,大多分布在贵州西南部,广西、云南、四川、重庆以及湖北部分地区也可能有分布;目前黄心梓木的潜在适生区未达到饱和,预计适生区面积会持续扩增至2030s;未来气候情景下,黄心梓木潜在适生区面积呈先扩大后缩小的趋势;基于黄心梓木现状,建议以人为方式开展协助恢复其生境以及快速促进其种群扩大等相关保护措施。
目的: 研究甜龙竹笋品质的地理变异及其与立地环境的关系,为甜龙竹的经营管理及竹笋品质的提高提供科学依据和理论支持。方法: 以云南省7个不同种植区(芒市、思茅区、石屏县、新平县、昌宁县、临翔区和沧源县)的甜龙竹为研究对象,对其外观形态和营养成分进行测定,采用方差、相关性和冗余等分析方法对竹笋品质指标与土壤化学性质、气候和海拔等环境因子进行分析。结果: 1)不同地区甜龙竹笋外观形态存在显著差异,昌宁县竹笋的基径、笋长指标最高,沧源县竹笋质量指标最高,芒市竹笋可食量指标最高,可食率以石屏县最高。2)在营养成分方面,昌宁县竹笋单宁含量显著高于其他地区;芒市竹笋可溶性糖含量显著高于其他地区;临翔区竹笋粗脂肪含量显著高于其他地区;思茅区竹笋木质素、灰分和蛋白质含量显著高于其他地区;新平县竹笋纤维素含量显著高于其他地区。3)相关性分析表明,竹笋基径与8月低温呈极显著负相关,脯氨酸与8月降水量呈显著正相关,精氨酸与速效钾呈显著正相关,精氨酸与空气相对湿度和8月平均温呈显著正相关。4)冗余分析结果表明,粗脂肪、精氨酸、组氨酸、丝氨酸、苏氨酸、蛋白质等竹笋营养成分对土壤速效磷和全磷含量表现为正响应,笋长、质量和可食量等外观形态表现出负响应;笋长、质量和可食量以及含水率与空气相对湿度和8月平均温呈正相关;脯氨酸、丙氨酸、单宁、谷氨酸和蛋氨酸等营养指标与8月降水量呈正响应,与土壤有机质呈负响应;天冬氨酸、可溶性糖和可食率与土壤有机质呈正响应,与8月降水量呈负相关。结论: 7个地区中昌宁县甜龙竹笋品质最优;8月低温是影响甜龙竹笋外观形态的主要环境因子,空气相对湿度和8月平均温是影响竹笋基本营养成分的主要环境因子,甜龙竹笋氨基酸含量主要受速效钾和8月降水量的影响;竹笋外观形态与土壤有机碳、空气相对湿度和8月平均温呈正响应关系,竹笋营养成分与土壤速效磷、全磷和8月降水量呈正响应关系。
目的: 研究山桐子幼苗对极端高温和高温干旱复合胁迫的生理响应,探明山桐子对极端高温的抗性能力,为其栽培、引种及极端高温下的生产和生存提供参考和理论依据。方法: 以2年生‘豫济’山桐子苗木为试验材料,通过人工气候室控制温度和水分模拟极端高温和高温干旱复合胁迫环境,以自然环境为对照,测定‘豫济’山桐子的植株形态变化和生理变化。结果: 极端高温胁迫和高温干旱复合胁迫下,‘豫济’山桐子植株萎蔫、枝干皱缩,苗木枯死;苗高、地径、根长、根表面积、根平均直径以及各生物量、叶片上下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等均不同程度下降;在光合作用方面,光合速率(Pn)显著下降,气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)逐渐降低,胞间二氧化碳浓度(Ci)逐渐升高,Pn主要受非气孔因素限制;在抗氧化系统方面,高温胁迫导致超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先上升后下降趋势,高温干旱复合胁迫导致SOD和过氧化物酶(POD)活性下降,2种胁迫方式均促进丙二醛(MDA)含量升高;在蛋白质和糖类代谢方面,高温胁迫导致可溶性蛋白含量呈先上升后下降趋势,高温干旱复合胁迫导致可溶性蛋白含量下降,2种胁迫方式均促进可溶性糖含量升高。结论: ‘豫济’山桐子在日平均温度40 ℃、日最高温度62 ℃条件下能够持续生长24 h,超过24 h将受到严重迫害。高温胁迫和高温干旱复合胁迫均使‘豫济’山桐子受害严重,且高温干旱复合胁迫的受害程度大于高温胁迫。
目的: 探究已筛选出的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis BD2231)和奇异链霉菌(Streptomyces mirabilis BD2233)2株拮抗菌的促生特性及其机制,为杂交竹基腐病防治和植物生长提供有效的微生物菌剂。方法: 采用定性和定量方法,测定BD2231和BD2233在分泌吲哚乙酸(IAA)、溶磷、产铁载体、生物固氮、产ACC脱氨酶和纤维素酶等方面的能力;分析2株菌株对番茄和烟草种子萌发以及对番茄、烟草和杂交竹幼苗生长的影响;利用ELISA试剂盒和实时荧光定量PCR方法,探究菌株对番茄、烟草和杂交竹叶片生长素、赤霉素、水杨酸和茉莉酸的质量浓度及其相关基因表达的影响。结果: BD2231和BD2233均能产生生长素(IAA)、铁载体和纤维素酶,但不具有溶磷、生物固氮和产ACC脱氨酶的能力,其中,BD2233分泌IAA的质量浓度达12.44 mg·L?1,BD2231的载体活性单位(SU)和纤维素酶活性(CMC酶活)分别达26.75%和0.43 U·mL?1。2株菌株可显著促进番茄和烟草种子萌发,经BD2231发酵液处理的番茄和烟草种子发芽率更高,分别为61%和87%。2株菌株可显著促进杂交竹幼苗生长,提高植物的株高、茎粗、鲜质量和干质量。BD2231和BD2233能够显著促进植物叶片内源激素生长素、赤霉素、水杨酸和茉莉酸途径相关基因IAA9、GA20ox、PR-1和MYC2的表达,提高内源激素的质量浓度,BD2233对植物的生长素质量浓度提高效果较好,BD2231对植物的赤霉素、水杨酸和茉莉酸质量浓度提高效果较好。结论: 贝莱斯芽孢杆菌BD2231和奇异链霉菌BD2233通过产生IAA、铁载体和纤维素酶促进植物种子萌发和幼苗生长,且可提高植物生长素、赤霉素、水杨酸和茉莉酸的质量浓度及其相关基因的表达,BD2231在促进植物生长方面表现更好。
目的: 以塞罕坝机械林场为例,建立一种基于可燃物特征的森林火险区划方法,为林场尺度火险区划提供借鉴。方法: 选取15个火险影响因子,运用层次分析法(AHP)、专家打分法和判断矩阵法获得小班尺度引燃危险、火强度危险和综合火险的因子权重,以小班调查数据和可燃物理化性质测定数据为基础,计算每个小班的引燃危险指数、火强度危险指数和综合火险指数;采用聚类分析法和ArcGIS技术,得到林场内引燃危险、火强度危险和综合火险的等级区划图,分析林场区域的火灾发生危险性。结果: 1) 在塞罕坝机械林场,引燃危险等级极高(ⅤY)区域面积占林场总面积的9.21%,主要零散分布于林场西部、南部和中部;高(ⅣY)和较高等级(ⅢY)分布区域较广,全区均有分布,较高以上等级(ⅢY、ⅣY、ⅤY)面积占比67.95%。2) 火强度危险极高等级(ⅤQ)面积最大,占林场总面积的46.42%,其次是高等级(ⅣQ),面积占比26.38%,二者面积之和占比72.8%,集中在林场南部和西部;较高等级(ⅢQ)面积占比7.95%,主要分布在东部。3) 综合火险等级高(ⅣZ)和较高(ⅢZ)面积占比大,分别为29.07%和28.12%;极高等级(ⅤZ)面积占比也达19.13%; 较高以上等级(ⅢZ、ⅣZ、ⅤZ)区域面积总占比为76.32%,主要分布于林场西部、南部和中部。结论: 基于层次分析法、聚类分析法和ArcGIS技术的火险区划方法,能在小班尺度很好地进行森林火险分类,得到引燃危险、火强度危险和综合火险区划,对林场等级的可燃物管理有参考价值。塞罕坝机械林场综合火险等级很高,特别是西部、南部和中部;林场火强度危险等级极高(ⅤQ)和高(ⅣQ)的区域面积很大,一旦着火极易引发高强度森林火灾。引燃危险等级高和火强度危险等级高的区域并不完全重合,需在引燃危险等级高的区域内加强火源管理和易燃可燃物管理,降低火发生概率,建议在火强度危险等级高的区域和引燃危险等级高的区域之间规划隔离带,以有效阻滞可能发生的林火向火强度危险等级高的区域快速蔓延,防控大火巨灾发生。
目的: 开展森林城镇交界域内建筑受林火威胁风险的模型构建与风险等级划分,为合理规划城镇防火设计和灭火资源配置提供科学依据。方法: 以火行为为基础,分析森林火灾产生的热辐射强度和飞火颗粒数量。通过耦合火焰长度模型、火焰倾角模型、火焰辐射模型和飞火颗粒流量模型,提出以热辐射、飞火颗粒和建筑重要度为指标的交界域火灾威胁建筑的风险等级划分方法,采用赋值法将交界域火灾风险分为3个等级,并给出对应的形容词评级。利用局部参数敏感性分析对火焰辐射模型和飞火颗粒流量模型的输入参数进行重要度排序。将间距作为参照,定量划分热辐射和飞火颗粒的等级。以韩国蔚珍郡林火为例,分析社区内建筑的风险等级。结果: 依据归纳总结的文献资料和试验数据,将建筑暴露在热辐射中的等级分为3级,分别为0~9、9~30、≥30 kW·m−2;将建筑暴露在飞火颗粒中的等级分3级,分别为0~2、2~3、≥3个;从生命、经济、社会和环境影响力等因素,将建筑重要度分为4级。构建交界域火灾威胁建筑的风险模型,从危险严重程度将建筑所受风险分为高、中、低3级,并给出各等级对应特点。用新建的风险模型评估韩国蔚珍郡林火对面积400 m2单层乙类厂房的破坏等级,在火线强度5 000 kW·m−1、风速2 m·s−1和间距10 m的情况下,该厂房所受火灾风险为中等。结论: 通过局部参数敏感性分析,火焰辐射模型和飞火颗粒流量模型的参数重要度排序从高到低依次是火焰温度、间距、大气透射率、火焰发射率、火线强度和环境风速。交界域内建筑所受最大热流密度和飞火颗粒数量随火线与建筑间距增大而减小,随风速和火线强度增大而增大。
目的: 受病虫害胁迫诱导的微弱光谱信号极易淹没在植被物候引起的光谱变化特征中,探索一种基于植被胁迫光谱弱信号增强的森林病虫害监测方法,为森林病虫害防治与管理提供科学依据。方法: 以八角林为研究对象,选取广西壮族自治区乐业县为试验区,收集2019—2021年试验区Sentinel-2影像数据,首先选取对植被病虫害胁迫响应敏感的红边归一化差异植被指数(NDVI705)、红边位置指数(REPI)、红边叶绿素指数(CIred-edge)、植被衰减指数(PSRI)、特征色素简单比值指数(PSSRA)、植被光合有效辐射吸收系数(FAPAR)作为八角林病虫害指数的预选集;其次采用S-G滤波法构建光谱指数时间序列曲线,优选出能够综合表征八角林病虫害胁迫诱导的形态颜色和生理要素变化敏感的PSRI和FAPAR指数;然后应用季节趋势分解法(STL)对FAPAR、PSRI指数进行时间序列分解、季节性分量剥离,综合剥离季节性影响后的FAPAR、PSRI分量构建八角林病虫害敏感指数(IPDI);最后运用随机森林算法建立八角林病虫害胁迫监测模型。结果: 1) 与健康植被相比,受病虫害胁迫的八角林FAPAR偏低、PSRI偏高;2) 应用STL方法对植被病虫害胁迫响应敏感参数进行时间序列分解,可有效剥离植被物候变化中对植被胁迫弱信息的影响,增强八角林病虫害胁迫响应敏感性;3) 基于IPDI的八角林病虫害遥感识别模型精度较高,2019—2021年模型的Kappa系数和总体精度分别为0.81、0.84、0.80和87.59%、88.51%、84.17%,2020年八角林遥感计算的病虫害胁迫受害面积与统计受灾面积的相对误差为2.08%。结论: 基于植被胁迫光谱弱信号增强方法可有效监测八角林病虫害胁迫分布状况,显著提升防治效率,助力八角林的可持续管理与生态保护。
目的: 预测松褐天牛在我国最新的潜在适生区及其对气候变化的响应,为松褐天牛的传播风险分析及其精准防控提供理论依据。方法: 利用松褐天牛650个分布点数据和20个环境变量,基于优化的MaxEnt模型和ArcGIS 10.7软件,预测当前和未来气候情景下松褐天牛在我国的潜在适生区分布及其空间格局变化。结果: 模型优化结果显示,当特征组合选取线型、二次型、铰链型、乘积型,调控倍频设置为1.5时,模型为最优模型,准确度最高;Jackknife检验表明,温差月均值、年降水量、最干月降水量、最暖季度降水量和海拔是影响松褐天牛分布的主导环境变量;在当前气候情景下,松褐天牛在我国的适生区主要分布于黄河以南地区;在未来气候情景下,松褐天牛的适生区面积呈显著增加趋势,新增适生区主要集中于陕西省、河南省、甘肃省、山东省和辽宁省。结论: 优化后的MaxEnt模型能够准确预测松褐天牛在我国的潜在适生区分布;温度和降水是影响松褐天牛分布的主导环境变量;气候变化会引起松褐天牛适生区迁移。
目的: 采用糠醇-环氧植物油复合改性方法,改善糠醇改性降低木材韧性的问题,促进其在建筑结构领域的应用。方法: 将环氧大豆油和环氧亚麻油2种环氧植物油以不同添加量与糠醇溶液复配制备浸渍液,采用满细胞法处理毛白杨木材,获得不同环氧植物油添加量的糠醇-环氧植物油复合改性材。利用扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)探究糠醇、环氧植物油在木材细胞结构中的分布规律,揭示其化学反应关系。分析复合改性材的力学性能变化,优选适宜增韧剂添加量。结果: 复合改性材SEM观察并结合其增重率和密度测试结果(显著增加)证明,糠醇树脂和环氧植物油可浸渍到木材细胞结构中。FTIR分析表明,环氧植物油与糠醇发生开环反应。与糠醇改性材相比,环氧大豆油添加量为20%(质量分数,下同)时,复合改性材气干/吸水饱和的弦向和体积湿胀率降低幅度最大,分别降低36.9%、20.0%和35.9%、30.7%,且抗湿胀系数(ASE)最大;环氧亚麻油添加量为40%时,复合改性材气干/吸水饱和的弦向和体积湿胀率降低幅度最大,分别降低52.5%、65.6%和41.5%、46.0%,且ASE最大,环氧植物油加入能够显著提高糠醇改性材的尺寸稳定性。环氧大豆油和环氧亚麻油添加量为20%时,复合改性材的抗弯强度(MOR)和静态硬度提高幅度最大,与糠醇改性材相比,分别提高17.9%、25.3%和30.0%、25.1%。环氧大豆油和环氧亚麻油添加量为40%时,复合改性材的抗弯弹性模量(MOE)提高幅度最大,与糠醇改性材相比,分别提高22.7%、21.1%。与其他力学性能相比,环氧植物油对糠醇改性材的韧性提高幅度最大。环氧大豆油和环氧亚麻油添加量为40%时,复合改性材的冲击韧性分别提高88.7%、59.8%。环氧植物油添加可显著提高糠醇改性材的MOE、MOR和静态硬度,改善其韧性下降问题。结论: 环氧植物油添加量20%的复合改性材物理力学性能最优。环氧植物油与糠醇发生开环反应,其长柔性脂肪链引入糠醇树脂链中可改善糠醇改性降低木材韧性的问题,且可进一步提高其物理力学性能。
目的: 采用定向重组技术制备人工林柏木重组木,分析其结构与性能,揭示柏木制备成重组木后性能变化的内因,为人工林柏木高值化利用提供技术参考和理论依据。方法: 制备80%、100%和120%不同压缩率柏木重组木,探究压缩率对重组木耐水性能、力学性能(抗弯性能和水平剪切性能)的影响规律;应用超景深显微镜(UDM)、冷场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(LSM)和透射电镜(TEM)观察重组木微观结构变化以及重组木中胶液分布情况;使用剖面密度测量仪测量垂直于板面表面方向的密度梯度,分析重组木剖面密度。结果: 随着压缩率增大,重组木表面纹理颜色加深,剖面密度逐渐均匀,吸水率(WAR)、吸水厚度膨胀率(TSR)和吸水宽度膨胀率(WSR)逐渐减小,静曲强度(MOR)和水平剪切强度(HSS⊥)逐渐增大。压缩率120%时重组木WAR最小,相比原木降低34.73%,同时重组木MOR和HSS⊥达到最大,分别为125.77和17.05 MPa,相比原木分别提升53.47%和84.32%。剖面密度测量仪、冷场发射扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜和透射电镜观测结果显示,重组木耐水性能和力学性能提升主要是因为随着压缩率增大,木材细胞压缩密实、胶液分布范围更广,在更多的细胞腔和胞间层形成胶合位点,减少吸水时水分进入通道,抑制细胞腔回弹,增强胞间层薄弱结构。结论: 采用定向重组技术将人工林柏木制备成高性能重组木后,其力学性能显著提升;随着压缩率增大,重组木的耐水性能显著增强,压缩率120%时重组木性能达到最优。
目的: 分析激光切削水曲柳的技术参数与切削效果之间的相关性,建立切削效果最优回归模型,为满足切削效果提供合适的技术参数组合。方法: 以激光机镜头高、进给速度和光强为影响因素,以缝深和缝宽为切削效果指标,利用SPSS 27.0对激光切削水曲柳的技术参数与切削效果进行Spearman相关性分析,进一步根据最小二乘法原理采用MATLAB R2020a编程进行多元线性和非线性回归分析。结果: 1) 镜头高与缝深和缝宽呈极显著相关,相关系数分别为-0.677和0.962;进给速度与缝深呈极显著相关、与缝宽无显著相关性,相关系数分别为-0.619和-0.090;光强与缝深和缝宽无显著相关性,相关系数分别为0.116和0.057。2) 多元线性回归分析结果表明,缝深回归模型的拟合优度(R2)为0.771 54(P<0.01),缝宽回归模型的R2为0.904 58(P<0.01);多元非线性回归分析结果表明,缝深回归模型的R2为0.936 69(P<0.01),缝宽回归模型的R2为0.942 41(P<0.01);多元线性和非线性回归模型均拟合较好,相对来说多元非线性回归模型的准确度高于多元线性回归模型。3) 多元回归模型系数对比和图像变化幅值显示,镜头高对缝深和缝宽的影响大于进给速度和光强。4) 在激光切削水曲柳生产实际中,如果只是粗略、快速计算缝深和缝宽,可采用多元线性回归模型估计;如果需精确计算缝深和缝宽,采用多元非线性回归模型估计效果更好。结论: 1) 缝深和缝宽随激光机技术参数组合总体上呈周期性变化规律;2) 在激光切削水曲柳生产实际中,需要先调整镜头高;3) 激光机技术参数组合对缝深与缝宽的影响展现出更为显著的非线性特征。
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。
目的: 探究3种丁香属植物花粉形态特征和花粉离体萌发方法,比较不同贮藏温度对花粉寿命的影响,明确3种丁香属植物的繁育方式,为丁香属的杂交育种提供参考。方法: 以紫丁香、白丁香和花叶丁香为试验材料,使用扫描电镜观察花粉形态,利用离体培养法测定花粉适宜的离体萌发培养条件,比较不同贮藏温度对花粉活力的影响,采用血球计数器法统计花粉/胚珠比(P/O),通过花性状检测估算杂交指数(OCI)。结果: 3种丁香属植物花粉均为中等大小,长球形,三萌发沟,具清晰的网状雕纹;极赤比(P/E)在1.45~1.83之间,体积指数在28.24~38.82之间。培养基中蔗糖、硼酸、CaCl2、GA3和6-BA质量浓度对花粉离体萌发均有影响。3种丁香属植物花粉萌发的适宜培养基:紫丁香为15 g·L−1蔗糖+50 mg·L−1硼酸+50 mg·L氯化钙+25 mg·L−16-BA,白丁香和花叶丁香为15 g·L−1蔗糖+50 mg·L硼酸+50 mg·L−1氯化钙+50 mg·L−1GA3。结论: 根据孢粉NPC系统分类,3种丁香属植物花粉均属于N3P4C5型,花粉体积、P/E、网纹纹饰可用于3种丁香属植物种间鉴别。室温下丁香花粉寿命为14天左右,–80 ℃下丁香花粉可持续保持较高活力。P/O统计结果显示3种丁香属植物的繁育系统属于异交型,OCI估算结果则认为其繁育系统为部分自交亲和的虫媒异交型。
目的: 选育出高产、稳产、抗逆性强、适宜机械化栽培的大果油茶品种,为油茶产业高质量发展提供新一代良种。方法: 20世纪80年代初中期,从油茶中心产区湖南省茶陵县选择14个油茶优良单株,与来自全国初步筛选出的70个参试油茶优良无性系共建立84个无性系品比试验林,试验设计为每小区10株、3次重复。2006年后对各无性系进行连续3年的测产、经济性状分析和评价。结果: 2008年从84个优良无性系中筛选出原产地均为茶陵县的3个大果油茶品种‘华鑫’‘华金’和‘华硕’,与其他无性系相比果实大、产量高、产量稳、适应性强、易识别、生产成本低、适合机械化作业和采收、品种配置简单高效。结论: ‘华鑫’‘华金’和‘华硕’3个无性系2009年通过国家级林木品种审定。2021年再次通过国家级林木品种扩大范围审定,同年被国家林业和草原局列为全国16个油茶主推品种。现已在湖南、江西、广西、广东、湖北、河南、四川等省(区、市)广泛推广应用,有力促进了我国油茶良种的更新换代和油茶产业的高质量发展。
目的: 以长白落叶松人工林为研究对象,探究不同立地类型的立地质量差异,实现从立地分类到立地分级,精准评价长白落叶松人工林立地质量。方法: 基于吉林省一类调查和二类调查固定样地数据,采用广义代数差分法构建林分优势高生长差分模型。通过偏相关分析筛选对长白落叶松优势高生长具有显著影响的主导立地因子并形成立地类型(ST),应用K-Means算法对立地类型聚类形成立地类型组(STG),分别以ST、STG作为随机效应构建优势高生长混合效应模型,引入指数函数、幂函数、常数加幂函数消除异方差,采用一阶自回归、复合对称和自回归移动平均3种结构考虑自相关性,选出最优混合效应模型,根据立地类型组30年生的优势高进行立地分级。结果: 最优差分模型M1.1的调整决定系数($ {R}_{\mathrm{a}}^{2} $)为0.865,相对均方根误差(rRMSE)为7.756%。对林分优势高具有显著影响(P<0.01)的立地因子(偏相关系数)为海拔(0.379)、土层厚度(?0.247)、腐殖质层厚度(0.190)、坡位(0.113)、坡度(0.067),前3项为主导立地因子,形成45个立地类型。45个立地类型聚类形成5个立地类型组,考虑立地类型组的混合效应模型M1.7最优,赤池信息准则(AIC)为4 402.492、贝叶斯信息准则(BIC)为4 451.014,相较M1.1的AIC和BIC分别下降7.42%、7.04%。利用M1.7将5个立地类型组划分为5个立地等级,30年生的优势高依次为18.7、17.6、16.2、14.4和12.8 m。结论: Richards、Korf、Hossfeld较其他基础模型更适宜推导差分模型;海拔、土层厚度、腐殖质层厚度是影响长白落叶松优势高生长的主导立地因子;获得立地类型与立地等级的对应表。
目的: 引入DBSCAN聚类算法和QuickHull凸包检测算法,提出一种自适应端元特征值提取(AEEE)算法,解决像元三分模型中纯净像元指数结合二维散点图(PPI-2DSP)算法依赖人工圈选特征像元候选区的问题,利用AEEE算法评估神木市的光合植被覆盖度(fPV)、非光合植被覆盖度(fNPV)和裸土覆盖度(fBS),并分析其时空变化,验证算法的有效性,为该地区生态环境评价和植被覆盖度变化规律研究提供参考。方法: 以Landsat系列卫星遥感影像为数据源,首先对遥感数据进行预处理,然后计算像元的归一化植被指数(NDVI)和干枯燃料指数(DFI),通过以下4个步骤获取特征像元候选区:1) 应用随机采样模块减少数据规模;2) 采用DBSCAN算法聚类,去除离群数据,得到最大簇;3) 利用QuickHull算法计算凸包,构建特征三角形边界;4) 计算由凸包点集中3个点所构成的最大面积三角形顶点,分别以3个顶点为中心,取端点阈值($\theta $)范围内区域作为特征像元候选区。预处理的影像经最小噪声分离变换减少计算量后,采用PPI算法计算纯净像元指数,利用特征像元候选区提取纯净像元指数大于5的纯净像元,将这些像元的NDVI和DFI算术平均值作为端元特征值代入像元三分模型计算fPV、fNPV和fBS,并分析其时空变化。结果: AEEE算法提取的神木市2000—2022年端元特征值与PPI-2DSP算法选取的端元特征值相近,相对误差平均值约7.35%;将其应用于像元三分模型,估算得到神木市的fPV和fNPV,与传统方法相比年平均误差分别为4.79%和5.05%,符合精度要求。在时间层面上,2000—2022年神木市的fPV和fNPV总体呈波动增长趋势,分别以年平均0.52%和0.22%的速率增长;在空间层面上,2000—2022年神木市的fPV和fNPV呈东南增长快速、西北增长缓慢的趋势,其中fPV主要以增加(39.8%)和基本不变(28.0%)2种变化强度等级为主。结论: AEEE算法适用于对光合植被、非光合植被和裸土3种端元特征值的自适应提取,能够解决PPI-2DSP算法依赖人工圈选特征像元候选区的问题。
目的: 基于我国新一代风云四号B星(FY-4B)静止气象卫星遥感数据,采用集成学习算法构建大兴安岭林区近地表气温遥感估算模型,以提供空间连续的近地表气温图像,为大兴安岭森林火灾风险评估、植被干旱预警和生态环境评价等提供数据支撑与决策辅助。方法: 选取大兴安岭林区周边20个气象站点的监测数据作为近地表气温真值,结合FY-4B静止卫星遥感数据,根据影响近地表气温的热力学原理,分别构建地表参数(包括地表温度和地表反照率)、地形参数(包括坡度、坡向和地面高程)和时空信息(包括经纬度和观测时间)组成参数特征集。经时空匹配和归一化等预处理后,采用梯度提升决策树集成学习算法构建大兴安岭林区近地表气温遥感估算模型。将参数特征集数据按7:3比例随机分为训练集和测试集,利用气象站点实测近地表气温数据对训练得到的模型进行精度验证。将训练得到的模型应用于大兴安岭林区近地表气温估算,以获取林区完整的近地表气温空间分布。结果: 估算模型训练集的整体均方根误差( RMSE)为1.393 ℃,测试集的整体RMSE为1.621 ℃,模型未出现过拟合与欠拟合现象,80%的测试误差小于2.0 ℃,能够比较准确估算大兴安岭林区近地表气温。在近地表气温估算模型中,权重最大的特征参数为地表温度,监测时间、地表反照率、纬度和高程等也是重要的影响参数。估算模型用于实际林区气温制图任务中,可有效获取林区完整的近地表气温空间分布。结论: 结合气象站点实测近地表气温与FY-4B静止卫星遥感数据,能够有效获取间隔时间短、空间分布连续的近地表气温图像,有效弥补仅利用地面气象站点测量值导致数据缺失的不足,对人迹罕至、难以布设站点的森林深处等区域,不仅可降低气温监测成本与难度,还能进一步提升监测效率与精度。
目的: 探究2个杉木家系幼苗在不同CO2浓度下对外源碳的固定及其光合碳在不同器官中的运输与分配规律,为揭示杉木固碳及光合碳分配策略对CO2浓度升高的响应机制提供理论依据。方法: 以南方林区广泛种植的洋口No.020和No.061杉木幼苗为对象,设置对照CO2浓度(400±50) μmol·mol?1(C400)及CO2浓度分别升高到(800±50) μmol·mol?1(C800)和(1 000±50) μmol·mol?1(C1 000)这3个CO2浓度梯度,利用13C标记法对不同浓度CO2进行标记,量化示踪标记后不同阶段各杉木家系幼苗固定的光合碳在各组织器官的流向和分配,分析幼苗净光合速率、各器官生物量分配比例及生长差异,阐明不同CO2浓度条件下各杉木家系幼苗的固碳能力及光合碳的体内分配规律差异。结果: 在不同CO2浓度处理下,各杉木家系幼苗的各组织器官的13C分配和生物量分配比例均大致呈现叶>茎>根的规律。随着CO2浓度增加,各杉木家系幼苗的净光合速率与各器官δ13C值总体上随之增加;No.020加快对根的13C运输,表现为处理1天后,C800与C1 000处理下根的13C分配比例分别较C400处理增加50.40%和109.63%。CO2处理浓度亦影响各杉木家系幼苗的光合碳分配策略,进而改变生物量分配。30 天后,相较C400处理:C800与C1 000处理下的No.020地上部13C分配比例分别增加了6.23%和6.03%,No.020茎的13C分配比例分别增加了39.50%和50.31%(P<0.05),No.061根系13C分配比例分别增加了22.40%和70.26%(P<0.05),No.061茎的13C分配比例分别减少了2.45%和15.10%(P<0.05);C1 000处理下No.061茎的生物量分配比例减少12.44%,根的生物量分配比例增加5.22%。结论: 正常大气CO2浓度下,No.020杉木幼苗具有更强的代谢转运能力。CO2浓度升高促进2个杉木家系幼苗提高净光合速率,增加光合碳合成,促进No.020杉木幼苗加快对光合碳的向下运输,并影响2个基因型杉木的光合碳分配策略,其中,No.020倾向于向地上部尤其是茎中储存光合碳,而No.061倾向牺牲茎的光合碳分配以增加根系光合碳供给。
目的: 通过叶面施氮的方法探究氮肥的喷施时间对油用牡丹养分利用特性的影响,为解决我国油用牡丹栽培中氮肥利用效率低、生产人工成本高等问题提供参考。方法: 以长势均匀的10年生‘凤丹’牡丹为研究对象,于显蕾期至种子收获期每隔15 天利用智能微喷灌进行叶面喷施,生长期内总施氮量为450 kg·hm?2,选用尿素为唯一氮源,尿素溶液浓度为5 g·L–1,设置4个氮肥喷施时间,3:00—4:00(T1)、7:00—8:00(T2)、14:00—15:00(T3)、19:00—20:00(T4)。研究一天中的不同氮肥喷施时间对油用牡丹‘凤丹’生育进程中干物质积累,氮、磷、钾养分吸收情况以及利用规律的影响。结果: 1) 不同氮肥喷施时间处理下,植株小枝总生物量随着生育期递进逐渐增加,各时期营养器官与生殖器官生物量积累在T3处理有最大值(P>0.05)。2) 随着生育期递进,植株干物质分配比例表现为营养器官逐渐降低,生殖器官逐渐增加并于120 天时达到最高,其中生殖器官分配以T3最高(P>0.05),2022年和2023年花后30 天时生殖器官干物质分别占总干物质的15.95%~25.81%和15.36%~18.92%,至120 天时可达34.78%~45.78%。3) 叶片氮磷钾含量随生育期递进逐渐降低,小枝茎的氮、磷含量先升高后降低,钾含量持续降低,生殖器官氮磷钾含量先降低后升高;叶片和生殖器官氮、磷、钾积累量逐渐增加,茎的氮积累量变化平稳,磷积累量先增加后减少,钾积累量逐渐增加,各器官不同时期不同处理间具有一定差异。结论: 相同氮肥浓度下,氮肥喷施时间可在‘凤丹’不同发育时期影响植株的营养生长和生殖生长,14:00—15:00使用微喷灌设备进行氮肥叶面喷施,更利于植株小枝生物量的积累,该时段处理的植株小枝生物量积累、植株氮磷钾元素积累量、氮素收获指数及氮素利用效率均最高。
目的: 探究外源喷施茉莉酸甲酯(MeJA)对红椿苗木干旱损伤的缓解作用及其缓解生理机制,确定MeJA提升红椿耐旱性的关键调控因子。方法: 以2年生红椿苗木为材料,采用盆栽控水试验,以叶面喷洒MeJA溶液的方式,探讨MeJA对中度干旱胁迫下红椿生长以及渗透调节、抗氧化和光合等生理过程的缓解作用。结果: MeJA能缓解干旱对红椿苗木的生长抑制,恢复细胞形态,提高苗高和叶片生长速度;MeJA可促进红椿叶片可溶性蛋白(SP)和淀粉(St)的积累,恢复细胞渗透势;MeJA还可通过提高叶片AsA-GSH循环的效率,增强对活性氧(ROS)的清除能力,降低丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O2$ \bar{\cdot} $)、过氧化氢(H2O2)含量,减轻氧化损伤,保护细胞结构和功能,提高红椿苗木的抗旱能力;此外,外源MeJA能够抑制干旱胁迫下红椿叶片叶绿素的分解,增大气孔导度(gs),维持其光合能力。PLS模型的VIP分析进一步表明,SP是影响红椿抗旱性的关键控制因子,其次是O2$ \bar{\cdot} $、gs和蒸腾速率(Tr)。结论: 外源MeJA主要通过提高干旱胁迫下红椿叶片的渗透调节能力和抗氧化能力,增大气孔导度,改善光合作用,从而有效地缓解干旱胁迫对红椿苗木的损伤,研究结果为红椿抗旱调节物质开发和抗旱栽培提供了一种新的思路。
目的: 探明不同板栗品种坚果果皮结构特征及与其腐烂指数的相关关系,筛选影响板栗腐烂的重要果皮结构指标,为板栗耐腐种质资源评价、筛选和科学贮藏提供参考依据。方法: 以种植于河北省迁西县的6个板栗品种(‘荔波早栗’‘八月红’‘明拣’‘泰栗1号’‘燕山早丰’和‘大板红’)坚果为试验材料,进行180天低温(0~2 ℃)贮藏试验,每隔30天调查坚果腐烂情况。在贮藏前取完好果,贮藏中取腐烂果的果皮进行固定,采用石蜡切片法观察不同板栗品种坚果的果皮结构及差异、贮藏期间腐烂果果皮的结构变化,并对完好果、腐烂果的果皮结构指标与腐烂指数进行相关性分析。结果: 1) 不同板栗品种在贮藏期间的腐烂程度存在显著差异。‘明拣’‘泰栗1号’‘燕山早丰’和‘大板红’较耐贮藏,腐烂指数平均为9.35%,而‘八月红’和‘荔波早栗’较易腐烂,腐烂指数分别达到23.53%和21.63%; 2) 不同板栗品种坚果的果皮结构存在显著差异。‘明拣’‘泰栗1号’‘燕山早丰’和‘大板红’的角质层厚,表皮细胞小且形状规则,中果皮层和内果皮层致密性高;‘八月红’和‘荔波早栗’的角质层薄,表皮细胞较大,‘八月红’的表皮细胞层存在明显间隙,‘荔波早栗’的表皮细胞层虽较为紧密,但中果皮层和内果皮层致密性差。与完好果相比,腐烂果的角质层厚度显著下降,表皮细胞层、中果皮层和内果皮层间隙率增加,果皮结构致密性显著下降。就品种而言,‘荔波早栗’和‘八月红’腐烂果的角质层几乎消失,表皮层破坏严重,中果皮层内薄壁细胞的胞壁分解,出现大量空腔,而‘明拣’‘泰栗1号’‘燕山早丰’和‘大板红’腐烂果的角质层仍保持一定厚度,表皮细胞结构仍较为完整,但中、内果皮层出现较多空腔;3) 相关性分析表明,腐烂指数与完好果和腐烂果的角质层厚度均呈显著负相关(P<0.05),与表皮细胞层间隙率和中内果皮层间隙率呈显著正相关(P<0.05),与表皮细胞长宽比呈负相关,与其他指标无明显相关性;4) 基于角质层厚度、表皮细胞长宽比、表皮细胞层和中、内果皮层的细胞间隙大小4个指标,利用隶属函数法综合评价发现,6个板栗品种的耐腐性由强至弱排序为‘明拣’>‘泰栗1号’>‘燕山早丰’>‘大板红’>‘荔波早栗’>‘八月红’。结论: 板栗果皮的角质层厚度、表皮细胞长宽比、表皮细胞层和中、内果皮层的细胞间隙大小与腐烂发生密切相关,以上4个指标可作为判定板栗坚果耐腐性的重要参考。
目的: 开展红锥全基因组选择(genomic selection,GS)研究和优良子代早期评选,对快速选育优良新品种具有重要意义。方法: 以红锥全分布区内226个无性系和覆盖23个半同胞家系的479株子代为试验材料,通过高通量重测序获取基因型分型数据,针对生长性状开展GS研究,采用5折交叉验证法评估5种GS模型和10种SNPs数量对GS预测准确性的影响;基于GS预测模型估计候选群体的基因组估计育种值(genomic estimated breeding value,GEBV),采用布雷金多性状评定法进行优良子代个体的早期综合评选。结果: 训练群体中,胸径性状的变异系数为22.73%,大于树高(17.13%),它们之间呈极显著正相关(r=0.63, P<0.001);树高和胸径在种源间均存在极显著差异(P<0.001)。参考群体和候选群体经重测序分型、数据质控后,每个个体得到790 877个SNPs,这些SNPs较均匀地分布在红锥基因组上。基于基因组最佳无偏估计(genomic best linear unbiased prediction,GBLUP)模型,训练群体树高和胸径的广义遗传力分别为0.52和0.48,不同标记SNPs数量对遗传力估计影响很小。在五种GS模型中,树高GS预测准确性最高的是Bayes B模型(0.21),胸径则是Bayes ridge regression(BRR)模型(0.06);贝叶斯模型预测准确性要优于GBLUP模型,但它们之间差异不显著。对于10种SNPs数量,在0.5~5 K阶段,GS预测准确性先升高,随后达到平台期。树高性状调用Bayes B模型,胸径性状调用BRR模型,对红锥候选群体各性状GEBV使用布雷金多性状综合评定法评选出15株优良子代个体,树高、胸径GEBV均值分别比参考群体均值提高了7.0%和5.2%。这些子代个体具体为4 438、4 468、4 407、4 388、4 052、4 461、4 390、4 389、4 410、4 399、4 460、4 467、4 212、4 044、4 459和4 020,主要来自F5和F29两个家系。结论: 本研究建立了红锥的GS预测模型,并依据候选群体GEBV进行了优良个体的早期评选,为后续红锥优良新品种的快速选育奠定了技术和材料基础。
目的: 以台风袭击后的木麻黄国际种源试验林为研究对象,以速生抗风性为主要选育目标,开展短枝木麻黄抗风种质的评价和优良个体的选择。方法: 以澳大利亚林木种子中心引进的10个国家23个种源109个家系的10年生短枝木麻黄种源试验林作为材料,基于“杜苏芮”台风袭击后灾害调查数据,利用基于BLUP的混合线性模型方法对生长性状、遗传力和育种值进行测定和估算,并结合折干率、倒伏率、保存率和台风受损程度对短枝木麻黄优良家系和优良个体进行综合选择。结果: 不同家系间树高、胸径、材积和保存率差异达极显著水平(P<0.001),冠幅达显著水平(P<0.01),倒伏率、折干率、受损程度差异不显著(P>0.05)。除了保存率外,木麻黄基因库的其他性状家系遗传力都小于单株遗传力。以材积育种值大于0、剔除保存率小于平均值的家系和入选率为20%为标准,筛选了22个速生优良家系,其树高、胸径、单株立木材积和冠幅能获得的遗传增益分别为18.27%、23.2%、49.9%和24.3%;采用单株材积育种值为正且入选率为10%为标准,筛选了106株优良个体,树高、胸径、单株立木材积和冠幅能获得的遗传增益分别为21.0%、44.4%、101.8%和38.5%,可提供木麻黄第1代种子园建园材料并充实核心生产群体。结论: 台风袭击后不同木麻黄家系生长性状差异显著,具有较强选择潜力。根据材积性状育种值结合保存率筛选出22个优良家系和106株优良个体,可作为进一步遗传改良的材料。
目的: 从猕猴桃本体分离获得生防细菌构建生防菌群,明确浙江临安猕猴桃溃疡病病原菌的类群,探究生防菌群的生防效应,为猕猴桃溃疡病的防治提供新思路。方法: 从浙江临安猕猴桃种植区分离溃疡病菌并鉴定;基于健康、发病猕猴桃枝条内生菌的宏基因组测序比较和R语言分析,以该病菌为靶标分离生防细菌,构建生防菌群;通过离体共培养和活体接种试验,验证菌群的生防效应。结果: 1)浙江临安的猕猴桃溃疡病由丁香假单胞菌猕猴桃致病变种HY-05引起。枝条内生菌的宏基因组测序结果表明,与发病的猕猴桃植株相比,健康的猕猴桃枝条内部细菌群落之间更易形成积极的互作关系。2)基于R语言分析,从猕猴桃健康植株分离获得病原菌HY-05的拮抗菌株红树林动球菌ZC-3和蒙氏肠球菌ZC-5,以及ZC-3的益生菌嗜根寡养单胞菌ZC-6,构建成生防菌群。3)离体共培养试验结果表明,各供试菌株均能抑制菌株HY-05的生长,其中以ZC-3、ZC-5和ZC-6构建的生防菌群效果最佳,抑制率达100%;植株活体试验中,添加各生防菌组合的处理均可不同程度抑制猕猴桃溃疡病的发生,其中以ZC-3、ZC-5和ZC-6构建的生防菌群处理效果最佳,防治效果达56.00%,与发病对照相比差异极显著(P<0.01)。结论: 发生自浙江临安的猕猴桃溃疡病由丁香假单胞菌猕猴桃致病变种引起,从猕猴桃植株内分离获得的生防菌株构建的生防菌群经离体和活体实验证实具有实际生防效应。
目的: 研究云南松鲜针叶中的挥发油在模拟林火预热条件下的溢出特点,并探索挥发油影响林火行为的机理。方法: 采用水蒸气蒸馏法(SD)提取云南松针叶中的挥发油,测定其体积和质量,得到挥发油含量。使用自动顶空进样器模拟火场预热条件,与气相色谱?质谱(GC-MS)分析联用得到不同预热条件下挥发性油质气体的组分构成,通过比较不同预热条件下气体组分和含量的异同,研究挥发油溢出特点。结果: 1)云南松鲜针叶中挥发油的体积含量在10.61~15.43 mL?kg?1,均值为13.13 mL?kg?1,标准差为2.42 mL?kg?1;质量含量在7.86~9.74 g?kg?1,均值为8.52 g?kg?1,标准差为1.05 g?kg?1。2)在不同温度和时间的预热条件下共分离鉴定出48种挥发油组分,其中绝大多数属于萜类化合物,包括单萜烯、倍半萜烯和其他萜类含氧衍生物,还有微量的酸、醇和酯类化合物。在预热150 ℃、15 min条件下确认了27种萜类化合物,相对含量占比为89.16%,包括8种单萜烯占比54.70%,14种倍半萜烯占比31.86%,5种其他萜类含氧衍生物占比2.60%。3)随预热温度升高和预热时间延长,云南松针叶溢出的挥发性油质气体越来越多。50 ℃和75 ℃温度下挥发油溢出缓慢,溢出气体的量很少;100 ℃温度下挥发油的溢出量较50 ℃和75 ℃明显增加,挥发性油质气体持续溢出,且一直未达到平衡状态;125 ℃温度下挥发油的溢出量较前3个温度条件呈现跳跃式增加,预热30 min后达到顶空平衡的状态,挥发性油质气体的量不再增加;150 ℃温度下在预热15 min后,挥发油溢出变缓,逐渐达到平衡状态;175 ℃温度下挥发油溢出量最多,预热15 min尚未达到平衡状态。4)α-蒎烯是云南松针叶受热溢出的挥发油组分中含量最多的化合物,模拟预热条件下得到其相对含量在23.45%~79.66%,预热50 ℃温度下α-蒎烯的相对含量最高。5)以175 ℃、预热15 min条件下的α-蒎烯溢出量为100%,相对而言,50 ℃和75 ℃温度下预热60 min的α-蒎烯的相对溢出量仅为14.2%和25.1%;100 ℃温度下预热60 min的α-蒎烯的相对溢出量可达63.6%;125 ℃温度下预热30 min的α-蒎烯的相对溢出量达到90%;150 ℃预热温度下的α-蒎烯的相对溢出量达到90%只需要15 min。结论: 温度越高,云南松针叶中的挥发油越容易快速溢出;云南松针叶中的挥发油组分只有在预热温度达到一定条件后才会溢出,特别是倍半萜烯,但溢出温度远低于该组分的沸点;云南松针叶中的α-蒎烯在很低的预热温度下(50 ℃)就能溢出,是火场中参与燃烧的主要挥发性油质气体组分,火场温度升高和预热时间延长都会使α-蒎烯溢出量明显增加,其在真实火场大环境中的溢出量和累积规律应做为今后高强度极端火行为研究的重要内容。
目的: 探究红锥人工林立木生长应变的变异规律及受生长弱化处理的影响,为制定降低生长应力的营林措施提供参考。方法: 在南亚热带区域红锥人工林中,选择不同树龄和生长势等级(A级:优势木与亚优木;B级:中庸木;C级:被压木与濒死木;D级:枯立木)的林木,于不同季节测定立木生长应变指标(可反映不能直接测定的生长应力)并分析其变异规律,探究立木生长参数、树干方位和树干高度以及生长弱化处理(A处理:树干基部环状剥皮;B处理:树干基部注射草甘膦生长抑制剂)对生长应变的影响。结果: 红锥人工林立木生长应变在不同生长势、季节、树龄间存在显著差异:生长应变随生长势等级降低而减小,夏季生长应变最高、春季最低,且夏季的变化显著大于其他季节;生长应变与测定月份的平均土壤温度、空气温度、月降水量显著正相关,与土壤湿度、空气湿度显著负相关;生长应变随树龄增加而增大。红锥人工林立木生长应变表现出显著的周向变异性;在树干高度9.0 m以下,伐倒木的生长应变在不同树干高度差异不显著。与对照(未进行任何生长弱化处理)相比,生长弱化处理1年后红锥人工林立木生长应变显著降低,在树干基部环状剥皮和注射草甘膦生长抑制剂的降幅分别达50%和30%。结论: 红锥人工林立木生长应变受林木生长势、季节、树龄和树干方位等树木特征以及测定月份湿度、温度、降水量等气象因子的显著影响,非夏季采伐有利于降低木材生长应力。红锥人工林立木生长应变与树木高径比相关性不显著,调节林木密度不能显著降低生长应力。在树干基部环状剥皮和注射草甘膦生长抑制剂的生长弱化处理,可显著降低立木生长应变。
目的: 提出一种悬臂梁1/3跨贴片法,以简化木材泊松比测试方法并提高测试精度。方法: 基于梁一阶弯曲振动的应力和应变分析提出一种动态测试木材泊松比的方形截面悬臂梁1/3跨贴片法。首先,对于云杉、欧洲赤松和山毛榉3个主向方形截面悬臂梁试件,长厚比为 8、10、12、16和20,应用ANSYS 19模态程序块计算其一阶弯曲模态应力和应变,确定横向应变与纵向应变比值的绝对值$ -{\varepsilon }_{y}/{\varepsilon }_{x} $沿悬臂梁表面中央线x/l 的变化曲线,即$ -{\varepsilon }_{y}/{\varepsilon }_{x}-x/l\mathrm{曲} $线以及横向应力σy=0的位置;其次,根据方形截面悬臂梁$ -{\varepsilon }_{y}/{\varepsilon }_{x}-x/l $曲线在x/l = 0.2~0.7范围内呈平直线的变化特征以及其上$ -{\varepsilon }_{y}/{\varepsilon }_{x} $等于相应的木材主向泊松比参考值,提出测试木材泊松比的1/3跨贴片法(应变片粘贴于距试件悬臂端 l/3处);最后,利用1/3跨贴片法动态测试落叶松弦向(LT)和径向(LR)、西加云杉横切向(TR和TL)以及单板层积材(LVL)纵向和横向的泊松比。结果: 采用对称加载的四点弯曲梁法和轴向拉伸法试验验证了1/3跨贴片法动态测试木材泊松比的有效性(3种方法测试的落叶松、西加云杉和LVL泊松比十分吻合);从试验方面说明1/3跨贴片法与σy = 0贴片法测试木材泊松比的一致性(1/3跨贴片法动态测试的落叶松和西加云杉的泊松比与σy = 0贴片法相当吻合)。结论: 方形截面悬臂梁1/3跨贴片法除具有试验操作简单和测试精度高的优点外,用3根方形截面悬臂梁试件即可动态测试LT、LR、RT、RL、TR和TL共6个木材主向泊松比,优于悬臂板试件σy = 0贴片法;该方法采用长厚比8~20的方形截面悬臂梁试件,适用于测试木材6个主向泊松比,贴片位置与木材主向和试件尺寸无关。
目的: 基于卷积神经网络自动提取,探究融合木材近红外光谱与数字图像特征信息准确识别木材树种的可行性。方法: 以樟科10种木材标本为例,使用手持式近红外光谱仪和便携式扫描仪采集木材标本横切面近红外光谱和图像。创新引入递归图方法,将手持式近红外光谱仪采集的一维短波长近红外光谱转换为二维图像,促进卷积神经网络从近红外光谱数据中提取判别性更强的特征,实现近红外光谱与图像在二维尺度上的融合。构建结构简单的双分支卷积神经网络模型,自动提取、融合近红外光谱与图像特征识别木材树种。结果: 与直接使用一维近红外光谱的建模方法相比,近红外光谱递归图结合卷积神经网络模型的识别性能提升1.79%~14%;与使用近红外光谱或图像单一特征识别相比,双分支卷积神经网络模型自动提取、融合近红外光谱与图像特征,对10种木材的识别性能至少提高3%,模型准确率、精度和召回率均大于99%。结论: 一维短波长近红外光谱递归图转换能够促进卷积神经网络从近红外光谱数据中提取判别性更强的特征,提高模型识别性能。双分支卷积神经网络能够充分提取并有效融合木材近红外光谱与图像特征,一定程度上可克服使用单一特征识别木材树种的不足,提高木材树种识别效果。
目的: 开展呼伦贝尔市生态空间生态产品禀赋分析,结合比较优势分析结果与实际探索情况对价值化实现路径进行优化设计,以实现地区社会、经济与生态的复合性协调发展。方法: 基于呼伦贝尔市13个旗(市、区)水源涵养、生物多样性保育、固碳和生态康养4类典型生态产品价值量,结合全市和地区GDP,采用资源禀赋分析法计算各旗(市、区)的禀赋系数并分析比较优势。结果: 资源禀赋分析结果与生态空间资源分布一致,4类典型生态产品禀赋均具有强比较优势的旗(市)为根河市、额尔古纳市和鄂伦春自治旗,得益于森林和湿地分布面积较大;但上述旗(市)经济发展相对滞后,GDP位列全市中下游,表现出生态资源存量与经济发展状况的不协调。目前呼伦贝尔市生态产品动态监测、价值核算体系和价值化实现路径设计仍处于起步阶段,生态系统服务提供的隐性附加价值未被很好测算和体现出来。基于呼伦贝尔市资源禀赋和价值实现相关障碍因素的分析,提出4种可行的优化路径:精准量化补偿森林生态效益;建立多元化生态保护补偿机制;构建绿色金融服务体系;推动生态产业发展。结论: 通过多种措施有效将生态价值转化为经济优势,可推动落后区域的全面可持续发展,为提高林草湿生态空间生态产品能力、解决地区生态与发展不协调问题供科学决策依据。
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。
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。
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。
目的: 掌握砍伐后森林的恢复进程,为制定大熊猫栖息地修复措施提供基础依据。方法: 以马边大风顶保护区Landsat系列卫星数据为基础,使用支持向量机分类法,移动窗口法分析该保护区森林砍伐前后40年间森林覆盖度的变化特征,并结合野外实地样方调查评价保护区林地的破碎化和连通性。结果: 1) 保护区内的森林遭到严重砍伐,森林面积从295 km2降至230 km2,之后逐步恢复到274 km2并于近年达到277 km2,森林面积逐渐接近砍伐前水平,恢复速率也随之下降,且小规模偷伐盗伐仍在影响森林恢复。2) 保护区内被严重砍伐的区域较为集中,主要分布于丝厂拉达-觉罗豁防火公路沿线区域,以及永红管护区西南部与马拟管护点北方区域,导致保护区高连通性林地被阻隔分为3个区域。3) 丝厂拉达-觉罗豁防火公路沿线区域遭受砍伐最严重,该区域具有代表性,区域内的前期修复结果并未达到大熊猫适宜栖息地要求,仍需改进,宜试行森林恢复与保护实验。结论: 保护区内森林破碎化严重,各区块间存在分隔,对照大熊猫原始生境进行栖息地修复,建立大熊猫生境廊道并加强管控是必要且亟需的措施。
(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