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林业科学
 
2018年 54卷 5期
刊出日期:2018-05-25

论文与研究报告 综合评述 问题讨论 研究简报 目录
      
目录
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2018 Vol. 54 (5): 0-0 [摘要] ( 8 ) [PDF 3941KB] ( 20 )
论文与研究报告
抚育采伐对蛟河次生针阔混交林功能结构和谱系结构的影响
郝珉辉, 李晓宇, 夏梦洁, 何怀江, 张春雨, 赵秀海
[目的]研究不同强度森林抚育采伐对温带针阔混交林群落结构、生物多样性及生态系统功能的影响机制,为温带针阔混交林经营管理提供科学依据和理论指导。[方法]以吉林蛟河4块1 hm2的针阔混交林采伐样地为研究对象,样地于2011年7月建立,2011年12月进行抚育采伐作业,并于2015年7月对保留木进行复测。采集、测定叶面积、比叶面积、叶碳含量、叶氮含量、叶片碳氮比和最大树高6类植物功能性状数据,根据物种之间的性状距离和谱系距离构建功能性状树和系统发育树。通过Blomberg's K值法检验植物功能性状的系统发育信号;利用功能多样性指数和最近邻体性状距离指数计算2011年采伐前和2015采伐后不同空间尺度上(10 m×10 m、20 m×20 m和50 m×50 m)群落功能多样性和功能结构的变化情况;利用谱系多样性指数和最近亲缘关系指数计算群落谱系多样性和谱系结构的变化情况;通过树木4年间平均胸高断面积的增长量来量化保留木的生长差异。[结果]除叶面积外,其余5类功能性状均表现出显著的系统发育信号;抚育采伐前后,群落功能结构和谱系结构的变化具有尺度依赖性,在10 m×10 m尺度上,采伐后群落的离散度上升,聚集度下降,在20 m×20 m和50 m×50 m尺度上,采伐后群落的离散度下降,而聚集度上升;功能多样性和谱系多样性对采伐强度的响应同样存在尺度效应,中低强度抚育采伐对群落多样性的影响仅体现在小尺度上,而高强度抚育采伐即使在大尺度上也会对群落多样性产生显著影响;经历不同强度的抚育采伐后,样地内保留木的生长差异表现为中度采伐样地>重度采伐样地>轻度采伐样地>对照样地。[结论]中低强度的抚育采伐能够优化群落的功能结构和谱系结构,从而达到促进资源利用、加快保留木生长的目的;高强度的采伐会导致生态位空间过度释放,不利于资源的充分利用以及树木生长,也会对森林生物多样性产生严重的负面影响。因此,从调整群落结构、促进保留木生长以及保护生物多样性的角度出发,对温带针阔混交林的抚育采伐作业应控制在中等强度以内。
2018 Vol. 54 (5): 1-9 [摘要] ( 28 ) [PDF 961KB] ( 72 )
毛乌素沙地油蒿灌丛生态系统的土壤呼吸特征
刘鹏, 贾昕, 杨强, 查天山, 王奔, 马景永
[目的]探究毛乌素沙地半干旱区典型油蒿灌丛生态系统土壤呼吸速率特征,揭示土壤温湿度对土壤呼吸速率的影响,以期为预估半干旱区土壤碳排放提供科学依据。[方法]在宁夏盐池选取典型油蒿群落,采用切根法剖分土壤呼吸组分,于2014年4—10月利用自动气室法对切根处理与对照样地的土壤呼吸速率进行连续观测,采用指数方程拟合土壤呼吸组分对土壤温度的响应,并运用线性回归分析温度响应函数残差(观测值/预测值)与土壤含水率间的关系。[结果]在日尺度、自养呼吸速率最大值出现时间(11:00)早于土壤温度最大值出现时间(15:00),而异养呼吸速率最大值出现时间基本与土壤温度最大值出现时间一致;在生长季中期(6—8月),土壤总呼吸速率,自养呼吸速率和异养呼吸速率的温度敏感性(Q10)分别为1.51,1.40和1.88;自养呼吸速率对温度的响应受水分的影响,当土壤含水率小于8%时,土壤温度仅能解释自养呼吸速率季节变异的36%(Q10=1.10),自养呼吸速率的温度响应函数残差随土壤含水率升高而增加(R2=0.59,P<0.05);当土壤含水率大于8%时,自养呼吸速率随土壤温度升高呈指数增加(R2 =0.75,Q10=1.88),自养呼吸速率的温度响应函数残差与土壤含水率无显著关系;与自养呼吸速率不同,异养呼吸速率对温度的响应受水分的影响较小,在不同土壤水分条件下均随土壤温度升高呈指数增加(R2>0.65);自养呼吸贡献率(自养呼吸速率/土壤总呼吸速率)在日尺度上存在中午降低的现象;在季节尺度,RA/RT呈现出明显的季节性波动,在5—8月平均为54%,9—10月平均为69%。[结论]在日尺度,自养呼吸速率受土壤温度的影响较小,而异养呼吸速率主要受土壤温度调节;在季节尺度,异养呼吸速率主要受土壤温度调节,其Q10高于自养呼吸速率;而自养呼吸速率对温度的响应受水分的调节,其Q10随土壤含水率升高而增大;自养呼吸贡献率在日尺度与季节尺度的动态变化很可能来源于呼吸组分对环境因子的差异响应。
2018 Vol. 54 (5): 10-17 [摘要] ( 11 ) [PDF 2708KB] ( 43 )
昆明市主要绿化树种叶片滞尘能力的叶表微形态学解释
李艳梅, 陈奇伯, 王邵军, 孙应都, 杨淏舟, 杨思莹
[目的]探究树种叶片滞尘能力形成的叶表微形态机制,以期为昆明市园林绿化树种选择提供参考。[方法]以昆明市10个常见绿化树种为研究对象,采集叶片,用KQ5200型数控超声波清洗器蒸馏水冲洗、过滤烘干,万分之一分析天平称滞尘量,LI-3000A型叶面积仪测量叶面积,计算树种单位面积滞尘量与单叶滞尘量。每树种5片叶,每叶片切取4个5 mm×5 mm组织块,2.5%戊二醛溶液固定,0.1 mol·L-1磷酸缓冲液清洗,梯度乙醇脱水,正丁醇固定,E-1010型离子镀膜仪镀膜;采用S-3000N型扫描电镜观察叶表形态结构特征,并分析其对树种叶片滞尘能力的影响。[结果]昆明10个绿化树种的单位面积滞尘量与单叶滞尘量均存在显著差异(P<0.05)。单位面积滞尘量大小顺序为:二球悬铃木>荷花玉兰>红花檵木>紫叶李>杜鹃>高盆樱桃>滇朴>球花石楠>香樟>冬青卫矛;单叶滞尘量大小顺序为:荷花玉兰>二球悬铃木>紫叶李>滇朴>球花石楠>高盆樱桃>红花檵木>杜鹃>香樟>冬青卫矛;单位面积滞尘能力强的二球悬铃木、红花檵木和紫叶李叶表粗糙度高、沟壑数量多且起伏大;叶片气孔密度对树种叶片滞尘能力的影响存在阈值效应;保卫细胞面积与叶片单位面积滞尘量及单叶滞尘量均呈极显著的正相关;叶片表皮毛数量与单叶滞尘量显著正相关。[结论]叶表粗糙度、气孔密度、保卫细胞面积、表皮毛密度等微形态学指标是调控这10个绿化树种叶片滞尘能力的重要因素。
2018 Vol. 54 (5): 18-29 [摘要] ( 22 ) [PDF 4115KB] ( 47 )
旱柳枝条皮层叶绿体的光化学特性及结构的特化
刘俊祥, 于永畅, 郎蓬蓬, 沈豪, 巨关升, 孙振元
[目的]皮层光合对CO2的再固定可增加植株的碳收益,在叶片光合受阻时保障植株的生存延续。光合作用决定于叶绿体的结构和功能,研究皮层叶绿体的光化学特性及其结构的特化,可为揭示皮层光合运行、调节的生理和分子机制奠定基础。[方法]以旱柳当年生枝条为材料,在明确枝条中叶绿体的分布及其光化学效率的基础上,解析枝条皮层叶绿体与叶片叶绿体的光化学特性和结构的差异。[结果]旱柳枝条从髓到表皮均有叶绿体分布,皮层组织叶绿体的最大光化学效率最高,显著高于维管组织和髓。枝条皮层叶绿体的叶绿素b与叶绿素a、类胡萝卜素与总叶绿素的比例显著高于叶片叶绿体。枝条皮层叶绿体的PSⅡ激发能分配比例是叶片叶绿体的1.4倍。皮层叶绿体较叶片叶绿体具有较高的长、短轴比例。皮层叶绿体具有完整的亚细胞器结构,其中基粒片层占总片层数的比例、淀粉粒占叶绿体的比例显著高于叶片叶绿体。[结论]皮层组织叶绿体是枝条光合的主要贡献者。皮层叶绿体通过增加受光面积、提高天线色素比例,增加对枝条中有限光能的捕捉;通过提高光保护色素的比例减轻光氧化胁迫;通过增加类囊体的垛叠面积,促进光能向反应中心PSⅡ的传递;通过储藏淀粉,为枝条的非结构性碳水化合物需求提供保障。皮层叶绿体通过对光合色素组成的调整和亚细胞器结构的特化来适应枝条内的理化环境,最大限度地利用枝条中有限的光能。
2018 Vol. 54 (5): 30-35 [摘要] ( 13 ) [PDF 2543KB] ( 25 )
磷素对杉木幼苗耐铝性的影响机制
于姣妲, 夏丽丹, 殷丹阳, 周垂帆
[目的]在南方酸性红壤中,低磷和铝毒是制约杉木人工林产量的重要因子。通过研究不同磷水平处理下,铝胁迫对杉木幼苗生理生化指标的影响规律,从而为阐明杉木适应自然环境中低磷富铝土壤机制提供基础数据,为我国酸性土壤杉木人工林的可持续经营和生产管理提供科学依据。[方法]设置0,0.16,0.32 mmol·L-1 3个浓度梯度的预培养,并在Al3+(0.1 mmol·L-1)和无Al3+(0 mmol·L-1)的环境中进行模拟胁迫试验,分析不同供磷处理下铝胁迫对杉木幼苗的抗氧化酶活性等生理指标、元素吸收、根系各元素亚细胞分布规律以及透射电镜-X-射线能谱(TEM-EDS)下Al在各细胞器的分布的影响机制。[结果]Al3+导致杉木幼苗体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)等生理指标异常,随着供磷程度的增加,上述生理异常现象均得到有效的缓解。此外,随着供磷水平的增加,杉木幼苗根系中Al含量显著降低,而K、Mg、Zn和P的含量明显增加,叶片中Al、Mg、Ca和K的含量显著上升。TEM-EDS分析发现杉木幼苗根系细胞壁是铝聚集的主要场所,磷素能够促使铝向液泡转运,并在液泡当中沉积为黑色不溶颗粒。对根系亚细胞进一步分析发现,Al和P主要分布在杉木幼苗根系的细胞壁组分中,随着供磷水平的增加,根系细胞壁组分中的Al和P比例显著下降,而在可溶组分中显著增加,这说明P与Al同时向液泡转运,此外,K和Mg也出现类似的规律。[结论]铝胁迫对杉木幼苗根系的毒害作用较大,磷素的增加主要通过改变杉木幼苗细胞内抗氧化酶活性以及Ca、K、Mg和Zn的吸收和转运,并增加Al向液泡转运,降低Al在杉木根系细胞壁组分中的富集,以维持根系细胞壁的正常结构和功能,从而缓解Al对杉木幼苗造成的膜脂过氧化作用,降低Al对杉木幼苗的损伤。
2018 Vol. 54 (5): 36-47 [摘要] ( 16 ) [PDF 3878KB] ( 36 )
IBA诱导楸树嫩枝扦插不定根发育的转录组分析
张恩亮, 马玲玲, 杨如同, 李林芳, 汪庆, 李亚, 王鹏
[目的]利用RNA-seq技术对楸树易生根品种‘豫楸1号’的嫩枝扦插生根的4个发育阶段进行转录组测序和分析,为阐明楸树不定根发育的分子机制奠定理论基础。[方法]首先利用浓度为2 g·L-1IBA处理‘豫楸1号’嫩枝,然后分别提取处理后0天(对照)、1天(激活期)、15天(愈伤形成期)的插穗基部的RNA及25天(不定根形成期)和35天(不定根伸长期)的根部的RNA进行转录组测序;接着测序得到raw reads,通过去除接头、重复序列、低质量的序列,得到高质量的clean reads,使用Trinity软件进行拼接获得contigs;随后,利用BLASTx、RSEM、Cytoscape及MeV4.9.0分子生物学软件对测序结果进行注释和差异基因鉴定;最后随机选取15个差异表达的RNA-Seq数据利用qPCR验证基因的表达。[结果]在62 955个unigenes中,31 646(50.26%)个unigenenes获得了注释;差异基因分析发现了11 100个差异基因,其中包括10 200个特异的和900个共同的差异基因;GO富集分析发现‘细胞骨架’仅在激活期显著富集,而‘DNA代谢过程’仅在愈伤组织形成期显著富集;KEGG富集分析显示参与丙烷合成、糖酵解和植物激素代谢等途径的基因对楸树不定根的形成具有重要的作用,并且随着楸树不定根发育进程的发展,参与糖酵解途径的基因数目逐渐减少而参与苯丙素合成的基因数量却在持续增加,表明在IBA刺激后,代谢通路的动态变化响应了不定根的发育进程。[结论]通过对楸树‘豫楸1号’不定根发育的4个阶段的转录组分析,发现细胞分裂素和乙烯间的互作促进楸树愈伤形成而生长素和油菜素内酯间的互作则促进了楸树不定根的伸长。虽然本研究不能完全解释‘豫楸1号’不定根形成的分子机制,但它可以作为进一步探索与这一复杂过程相关的候选途径和基因的有力工具,可为解析楸树不定根发育的分子机制和其他近缘物种的研究提供帮助。
2018 Vol. 54 (5): 48-61 [摘要] ( 17 ) [PDF 4349KB] ( 30 )
褐环乳牛肝菌与绿木霉复合接种对辽西北地区樟子松根系的影响
祁金玉, 宋瑞清
[目的]研究盆栽培养条件下单接种和复合接种褐环乳牛肝菌、绿木霉对樟子松幼苗生长特性、根系结构的影响,进一步揭示根际微生物对植物根系构型的调控作用。[方法]以辽西北种植的樟子松为研究对象,设计4个试验处理:1.接种无菌PD培养基(CK);2.接种绿木霉(T43);3.接种褐环乳牛肝菌(N94);4.接种褐环乳牛肝菌和绿木霉(N94+T43)。1年后分别测定樟子松幼苗在不同处理条件下菌根依赖度、生长指标、根系拓扑指数、分形维数。[结果]1)复合接种(N94+T43)菌根依赖度为84.91%,显著高于单接种和CK (P<0.05)。2)不同处理对樟子松幼苗苗高、地径、鲜质量、干质量提高效果依次为N94+T43 > N94 > T43 > CK。3)根冠比大小依次为T43 > CK > N94 > N94+T43。4)复合接种N94+T43显著增加了樟子松根系总长度、表面积、体积、平均直径、根尖数、分叉数等根系参数,与其他处理差异显著(P<0.05)。5)不同处理拓扑指数均接近于1,表明樟子松幼苗根系为典型的鱼尾形分枝;2年生樟子松幼苗根系分形维数依次为N94+T43 > N94 > T43 > CK。[结论]复合接种N94+T43菌根依赖度最大,降低了根冠比,提高了幼苗的苗高、地径、干质量、鲜质量,显著增加了樟子松根系总长度、表面积等根系参数,与其他处理差异显著(P<0.05)。各处理均未改变樟子松根系的鱼尾形分枝模式,但复合接种N94+T43根系分形维数最大。表明复合接种褐环乳牛肝菌和绿木霉(N94+T43)对樟子松根系构型的调控作用大于其他处理方式。
2018 Vol. 54 (5): 62-69 [摘要] ( 16 ) [PDF 2358KB] ( 25 )
模糊逻辑与复合顺序形态学相结合的叶脉检测方法
李永亮, 张怀清, 杨廷栋, 马载阳, 贺长平, 李思佳
[目的]针对叶脉图像存在模糊性和噪声的问题,将模糊逻辑与复合顺序形态学相结合,提出一种叶脉模糊逻辑增强方法,以提高叶脉检测方法的抗噪能力和检测效果。[方法]根据5×5邻域中各像元距中心像元的距离,确定邻域像元权重,提出像元隶属度计算方法,利用三角型隶属函数实现叶脉图像模糊化。结合Sugeno模糊模型,提出模糊逻辑推理规则,增强叶脉图像对比度。构建2个尺度分别为3和5的方形结构元素及4个尺度为5的不同方向的线形结构元素,建立基于4个不同方向卷积差分模板的最佳线形结构元素确定方法,设定多个百分位,提出多结构元多百分位的复合顺序形态学检测算子。以叶脉原图和加噪后的图像为例,进行8种不同检测方法的对比试验,以峰值信噪比定量评定方法优劣。[结果]模糊逻辑与复合顺序形态学相结合的叶脉检测方法可增强原图对比度1.668倍,最大峰值信噪比为52.624 6,相较其他方法噪声得到了更有效的处理,提取的叶脉图像更加清晰、完整、连续。[结论]模糊逻辑与复合顺序形态学相结合的叶脉检测方法可有效提高叶脉检测抗噪能力和检测效果,是一种有效的叶脉检测手段。
2018 Vol. 54 (5): 70-77 [摘要] ( 10 ) [PDF 5124KB] ( 14 )
基于自学习特征的林业业务图像分类方法
李英杰, 张广群, 汪杭军
[目的]现代电子和通讯设备的普遍使用,使得林业管理部门可以及时获取和累积大量林业业务图像。对林业业务图像进行自动分类,可使林业各个管理部门,包括林业执法机构和执法队伍能够全面配合、相互协调,增强决策支持和应急处理能力,从而实现有效的森林资源监管。[方法]提出一种基于自学习特征的林业业务图像自动分类方法,该方法采用3层结构来获取图像局部特征的全局语义,并对全局语义进行建模。首先,将图像分块,对图像块采用线性稀疏自动编码器进行自动学习,获取局部特征的权值矩阵;之后,利用权值矩阵对图像进行卷积,获取各种局部特征在图像中的映射,再进行池化与连接形成特征向量;最后,利用特征向量,采用softmax分类方法进行图像类别建模与识别。[结果]确立了林业业务图像的4个类别:动物死亡、森林火灾、采伐和森林病虫害。收集4类图像355幅,每类图像数目不等,并裁剪为统一大小,建立试验用林业业务图像数据集。利用留一法进行多次交叉试验,识别精度达到80%。线性稀疏自动编码器有效地提取出了图像块中的色彩特征、色彩变化特征及不同方向和不同位置的梯度特征等;利用自动学习到的局部权值矩阵卷积整个图像,在每幅特征图像中激活了原图的不同特征,且这些特征是零散的;当被识别图像与同类图像有相似或者局部相似的特征时,其会被正确识别,反映了基于自学习特征的林业业务图像分类方法能联合图像中的局部特征识别全局语义。[结论]林业业务图像分类属于图像场景分类问题,其同一类图像的类内相似性较弱,利用传统的"特征提取+分类建模"方法进行分类,其分类特征的选取难度较大。相较而言,基于自学习特征的林业业务图像分类方法的局部特征是从图像中自动学习得到的,方法泛化性强;而且该方法只有3层,没有全部层的反馈学习过程,比目前流行的基于深度卷积神经网络的图像分类方法效率高;当累积的样本图像增多、更加全面时,可以期望获得更高的识别精度。
2018 Vol. 54 (5): 78-86 [摘要] ( 17 ) [PDF 4423KB] ( 21 )
防治核桃干腐病的新型纳米生物基农药缓释胶囊制备及缓释性能
曾楚楚, 娄钧翼, 郭明, 王冰璇, 卢闻君
[目的]核桃干腐病可降低10%~50%核桃产量,其病原菌主要以菌丝体的形态感染树皮细胞,并通过孢子大量繁殖,产生对寄主细胞有毒害作用的代谢物,使树体出现病斑,引起树木溃疡病。为了提高核桃干腐病的防治效果,设计反应路线,合成新型生物基材料,进而制备微纳米胶囊,包载干腐病抑菌剂,以便获得良好缓释性能和抑菌效果的新型纳米生物基农药缓释胶囊。[方法]采用海藻酸钠(SA)、羧甲基纤维素钠(CMC)和羧甲基壳聚糖(CMCS)为原料,通过DCC和DMAP活化法分别与胆固醇进行酯化反应,制备新型生物基材料,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(1H NMR,13C NMR)、X-射线衍射(XRD)表征其分子结构。采用相分离法将新型生物基材料制备为微纳米胶囊,包载戊唑醇(Teb),形成载药微纳米胶囊。通过动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)测定载药微纳米胶囊的粒径。通过紫外光谱测试其包封率和缓释性能。利用培养基法探究其抑菌效果,并初步进行防效试验。[结果]成功获得3种新型纳米生物基载戊唑醇微纳米胶囊,粒径为200~300 nm,包封率分别为72.5%、69.7%和71.1%,具有良好缓释性能,累积释药率分别为85.5%、75.2%和51.6%(戊唑醇乙酸乙酯溶液空白对照累积释药率为100%),其释药规律符合Peppas动力学方程,干腐菌抑菌率分别为32.4%、28.8%和23.8%(戊唑醇乙酸乙酯溶液抑菌率为0%),与98%戊唑醇的防治效果相比,3种载药纳米胶囊对核桃干腐菌具有较好的长期防治效果。[结论]本研究制备的新型纳米生物基农药缓释胶囊表现出良好的缓释效果,能够延长抑菌剂防治核桃干腐病的有效期,达到改善传统防效的目的。有关结果不仅为核桃干腐病病原的防治提供新技术,而且制备的纳米材料可为防病药物提供新的包载材料。
2018 Vol. 54 (5): 87-100 [摘要] ( 6 ) [PDF 3493KB] ( 15 )
木质阻尼复合材料的隔声性能
刘美宏, 彭立民, 傅峰, 宋博骐, 王东
[目的]将单层木质材料与高分子阻尼材料多层复合,通过优化材料参数,获得一种质轻、厚度薄、隔声性能较佳的新型隔声复合材料,为木质阻尼复合材料声学性能研究提供新思路。[方法]将中密度纤维板(MDF)与橡胶材料(R)在热压温度100℃、热压压力3 MPa、热压时间10 min、涂胶量64 g·m-2的工艺条件下复合,制备的复合材料的弹性模量(MOE)为3 490 MPa,弯曲强度(MOR)为30.9 MPa,内结合强度为1.24 MPa,在减少涂胶量和提高生产效率的基础上,满足复合材料使用的力学性能。采用全因子试验,利用阻抗管测试复合材料的隔声性能,探讨MDF和R厚度及密度对其隔声性能的影响规律。借助SPSS软件分析材料参数对其隔声性能影响的显著性和相关性,确定每个参数对隔声性能的影响规律。[结果]MDF厚度对复合材料的隔声性能具有显著影响,MDF厚度从3 mm增加到5 mm,其计权隔声量增加5 dB。在低频段,复合材料受自身劲度控制,其隔声性能受面密度和阻尼性能的影响非常小。MDF厚度增加,刚度增加,板材抵抗弯曲变形的能力增强。随着MDF厚度增加,面密度增加,受相同频率入射声波激发引起的振动速度越小,隔声量越大。阻尼比从0.176增加到0.258,增加了31.8%,复合材料阻尼性能增加,使得吻合谷变浅隔声量增加。R厚度对复合材料隔声性能的影响呈较强的正相关,相关系数为0.979,随着R厚度从0.8 mm增加到2 mm,其计权隔声量增加了7 dB。在低频段为劲度控制区,隔声性能主要受刚度控制,刚度越大,复合材料的隔声曲线斜率较大,增加幅度越大。随着入射声频提高,越过劲度控制区,共振影响逐渐消失,进入质量控制区。随着面密度增加,复合材料的隔声性能增加。到达高频时,隔声性能主要受阻尼性能控制。复合材料的阻尼比从0.065增加到0.201,阻尼比越大,复合材料的阻尼性能越好。随着复合材料的阻尼性能提高,抑制了板材共振,提高了共振频率处的隔声量;使得临界频率向高频移动,抑制了吻合效应。R密度增加,复合材料的计权隔声量从36 dB提高到37 dB,隔声性能增加不明显,R密度增加对材料的隔声性能影响不显著。[结论]中密度纤维板(MDF)与橡胶材料(R)的厚度对复合材料的隔声性能影响较大,R密度对复合材料的隔声性能几乎无影响。MDF和R厚度及密度过大或过小,都不利于复合材料隔声性能的提高。通过分析材料参数对其隔声性能的影响规律,最终确定MDF厚度2 mm,R厚度2 mm,R密度2.3 g·cm-3,在此条件下木质阻尼复合材料的隔声性能较优。
2018 Vol. 54 (5): 101-108 [摘要] ( 9 ) [PDF 2884KB] ( 14 )
木门旋杯式静电喷涂漆膜厚度的理论分析
李博, 张占宽
[目的]分析木门旋杯式静电喷涂表面漆膜厚度及均匀性的影响因素和作用机制,为旋杯式静电喷涂技术在木门涂装领域的应用提供理论基础。[方法]利用数值计算方法,建立木门旋杯式静电喷涂漆膜厚度理论模型,分析喷枪垂直方向移动速度、木门进给速度、喷枪水平方向移动行程和喷枪垂直方向移动行程、喷枪间距等工艺参数对于木门表面漆膜厚度及均匀性的影响规律。[结果]喷枪垂直方向移动速度对漆膜厚度平均值的影响较小,但是对漆膜厚度标准差(均匀性)有一定影响,且漆膜厚度标准差与喷枪垂直方向移动速度不呈线性关系;木门进给速度对漆膜厚度平均值的影响较大,但是对漆膜厚度标准差的影响较小;随着喷枪水平方向移动行程增加,漆膜厚度平均值先增加后逐渐趋于稳定,漆膜厚度标准差先减小后逐渐趋于稳定;喷枪垂直方向移动行程对于漆膜厚度平均值及标准差均有较大影响;喷枪间距对漆膜厚度平均值的影响较小,但是对漆膜厚度标准差有一定影响,且漆膜厚度标准差与喷枪间距呈周期性变化关系。[结论]木门旋杯式静电喷涂漆膜厚度理论模型能够预测木门静电喷涂后表面的漆膜厚度及其标准差,可为木门旋杯式静电喷涂设备运行参数的优化提供理论指导。
2018 Vol. 54 (5): 109-115 [摘要] ( 6 ) [PDF 2205KB] ( 23 )
基于SIMOTION D435的连续平压热压机驱动控制系统设计
侯晓鹏, 张国梁, 王军峰, 苗虎, 刘鑫钰, 周玉成
[目的]探讨基于SIMOTION D435的人造板连续平压热压机驱动控制系统设计方法,构建满足人造板连续平压生产工艺和连续平压机机械结构的控制系统,为驱动系统设计提供新的控制思路和方案。[方法]基于人造板连续平压热压机工作过程,分析驱动控制系统工作原理,提出驱动控制的要求和总体方案;选用西门子公司SIMOTION D435-2DP/PN作为连续平压热压机驱动的控制系统,分析基于SIMOTION的驱动控制系统的各组成部分与相互关系;设计基于PROFIBUS DP的控制系统硬件组态和基于DRIVE-CLiQ的SINAMICS驱动控制器配置和总线结构;通过设定轴的名称、轴的类型、控制工艺、连接的驱动器以及对应的编码器等信息完成轴工艺对象配置;设计驱动控制程序的模块化结构和控制流程,并进行系统程序开发和执行系统的分配;通过实际现场的人造板连续平压生产检验驱动控制系统的运行效果。[结果]整个驱动系统由上下钢带、上下链毯、装板运输机和过渡皮带4部分组成,并以下钢带的运行速度为基准,上钢带、链毯、装板运输机和过渡皮带的驱动速度由此基准速度进行控制;采用DP1、DP2以及SIMOTION内部集成的Integrated DP 3个PROFIBUS总线段,SIMOTION D435-2DP/PN对应包括下钢带和下链毯的下驱动单元,DP1总线依靠2个CU320控制单元对应包括上钢带和上链毯的上驱动单元及装板运输机与过渡皮带驱动单元,DP2总线通过DP/DP Coupler实现与主PLC的数据交换,包括启动、停止和故障复位指令、各驱动单元的速度设定和转矩电流的限幅值等控制信息的接收,以及各驱动单元的实时速度、电流、转矩和电机温度等状态信息的反馈;所建立并对应6个驱动电机的6个轴工艺对象类型均为电气轴、控制工艺均为速度轴、编码器均为增量型;整个控制程序分为数据传输和处理、状态监控、运动控制功能、逻辑控制和系统信息确认与系统故障复位5个主要模块。[结论]驱动控制系统各驱动单元之间可实现载荷的有效分配,达到速度控制偏差在1‰以内的精确控制。本研究设计的基于SIMOTION D435的连续平压热压机驱动控制系统具有良好的开发框架,系统配置方便、程序结构易于理解、程序执行灵活多样,具有较好的可视化效果。
2018 Vol. 54 (5): 116-126 [摘要] ( 7 ) [PDF 10262KB] ( 20 )
基于雷达波的树木躯干内部缺陷探测识别
肖夏阳, 文剑, 肖中亮, 李伟林, 张厚江
[目的]采用探地雷达对木质体内部缺陷进行断层扫描探测,研究基于雷达波的树木内部层面反射特征识别算法,为雷达波无损测试技术在树木内部结构和缺陷的解析、定位及分布表征提供理论依据。[方法]采用900 MHz介质耦合树木雷达对柳木试件进行断层扫描,研究实现阈值法、匹配滤波器法和希尔伯特积算法获取缺陷层面的反射位置,基于层剥反演法对树木内部不同介质进行介电常数反演,求得层位的相对深度,结合三维激光扫描仪获取的树木外形轮廓点云数据,根据轮廓追踪法将雷达波B扫描图像与断层轮廓绝对位置进行映射,实现对树木内部缺陷的准确定位和表征。对3种算法分别使用FDTD正演方法进行对比验证,并应用于颐和园古柳木试件试验测试中。[结果]正演对比测试结果表明,希尔伯特积算法相较于阈值法和匹配滤波器法,对木质体内部缺陷识别效果更好。柳木试验测试结果显示,树木内部缺陷深度误差为10%,结合三维激光和外轮廓扫描技术求得的缺陷部分面积误差在5%左右。[结论]本研究提出的算法可以实现雷达波扫描图像对树木内部缺陷的准确定位和分布成像。
2018 Vol. 54 (5): 127-134 [摘要] ( 7 ) [PDF 2794KB] ( 18 )
综合评述
森林火灾火烧迹地遥感信息提取及应用
杨伟, 姜晓丽
森林火灾是影响陆地生态系统、大气环境以及全球变化的重要因素之一。传统的森林火灾信息统计数据存在收集困难、难以空间化等方面的不足,而遥感技术的发展为火灾研究提供了一种新的技术手段。本文旨在对现有基于遥感的火烧迹地相关研究进行总结,从数据开发以及数据应用2个方面梳理现有研究成果,并对未来的研究提出展望,为森林火灾相关研究提供依据。在参阅近年来国内外相关文献的基础上,本文从2个方面对火烧迹地相关研究进行系统总结:1)现有火烧迹地数据产品集及其开发算法:从产品名称、遥感数据源、覆盖范围、时序范围、空间分辨率、时间分辨率等方面,对11种火烧迹地数据产品集进行介绍;随后,对不同数据产品的开发算法进行比较,包括基于热学异常的提取算法、基于光谱特征变化的提取算法以及两者相结合的提取算法;最后,对现有火烧迹地数据产品的精度特征进行总结。2)火烧迹地数据产品应用:对火烧迹地数据在火灾风险评估、大气污染物排放、全球植被动力学模型、火灾后生态系统监测4个方面的应用进行介绍。现有的火烧迹地数据产品还存在一定的不足,这些不足限制了其应用领域的扩展。未来的火烧迹地数据产品改进可以从以下3个方面展开:1)构建长时间序列火烧迹地数据产品集。2)开发高精度的火烧迹地数据产品集,充分考虑火灾发生时以及火灾发生前后的各种异常特性,真实反映火灾发生所带来的地表特征变化,才能建立更加精确、稳定的提取算法,提高火烧迹地数据产品精度。3)建立多样化的火烧迹地数据产品集,改良现有火烧迹地数据产品,增加新的监测内容,如火烧能量、火焰温度以及火灾规模等,这将进一步扩大火烧迹地数据产品的应用范围。
2018 Vol. 54 (5): 135-142 [摘要] ( 15 ) [PDF 889KB] ( 23 )
问题讨论
木本植物木质部栓塞测定技术的争议与进展
陈志成, 姜丽娜, 冯锦霞, 万贤崇
气候变化导致的全球尺度的森林衰败死亡增多,以植物水分关系为核心的树木死亡机制成为研究热点,而木本植物长距离水分运输中的木质部栓塞的研究是植物水分关系的核心。本文声学检测法、非破坏性成像技术和低压液流技术3类测定木质部栓塞的技术方法进行综述。声学检测法的优点是对植物材料无破坏性且具有较高的时间分辨率,但测定结果的可靠性差,这种方法更倾向于定性检测木质部栓塞。核磁共振和微CT成像技术是近年来兴起的非破坏性成像技术,对植物材料无破坏性,可对导管无偏差的三维成像;尤其是微CT技术,其空间分辨率小于1~2 μm,可更详尽地呈现出木质部的栓塞程度和分布模式以及栓塞形成和修复的动态。应用微CT方法是未来研究中的趋势,但此装置还不易获取,因此在当前的木质部栓塞研究中还难以广泛应用。低压液流方法是近30年来测定木质部栓塞应用最广泛的方法,本文对此方法的原理及操作步骤进行介绍。近年有学者提出在测定过程中可能会出现"张力-剪断假象",认为即使在水中剪断存在张力的枝条也会人为地增加所测样品的栓塞程度。这就质疑了之前树木栓塞日变化和栓塞修复的研究结果及用自然干燥法测定树木抗栓塞能力的研究结果。"张力-剪断假象"在植物水力研究领域引起激烈的讨论,之后有众多学者迅速设计针对性的试验开展研究,然而并没有重复出"张力-剪断假象",并且认为避免"张力-剪断假象"的张力释放过程发生了栓塞修复。"张力-剪断假象"虽然对低压液流方法测定木质部栓塞引起争议,但此事件使研究者认识到严格、细心地进行木质部栓塞测定操作的重要性。最后提出应用低压液流技术测定木质部栓塞操作中应该注意的10项建议。
2018 Vol. 54 (5): 143-151 [摘要] ( 13 ) [PDF 935KB] ( 37 )
中国木质林产品外贸依存度算法研究及其测评
于豪谅, 田明华, 史莹赫, 程经纬, 张振宇
[目的]随着中国成为世界第一大木材进口国和第二大木材消耗国,大量依赖木材进口对中国林业产业安全日益形成威胁,更被指责为"毁林"的罪魁祸首和"世界森林资源的黑洞";而作为木质林产品出口大国,对国际市场的严重依赖也蕴藏着越来越大的风险。目前中国木质林产品外贸依存度尚没有统一的定义、计算方法和口径,现有测算结果差异很大,直接影响到对中国木质林产品外贸依存程度的正确判断,进而影响到相关贸易、产业政策的制定,迫切需要明确定义、制定科学的算法。[方法]分析现有中国木质林产品外贸依存度研究中的各种定义、算法、研究角度、使用目的、统计口径和数据来源,研究其存在的问题,总结不同算法反映的信息、适用范围和数据要求。利用改进的算法,使用中国林业统计数据,测算中国木质林产品外贸依存度水平和变化趋势;使用联合国粮食及农业组织数据,测算并比较评价世界主要林产品进口国木质林产品外贸依存度水平。[结果]提出考虑林业产业总产值中产业构成的传统价值量算法的修订算法,基于该算法的测算结果显示,2014年中国木质林产品进口依存度和出口依存度分别为12.59%和14.51%,并不高;明确原木折算法在木材资源供给进口依存度测算中的应用,提出木材消费净进口依存度及其算法,讨论是否计算废纸问题,确定原木折算法使用的原木当量系数、在纵向和横向比较中应使用的林产品统计口径范围和数据来源,基于该算法的测算结果显示,2002—2014年中国木材资源供给进口依存度和木材消费净进口依存度均呈先下降再上升的趋势,2014年分别为47.94%和35.85%,与世界主要林产品进口国相比均处于中等水平;提出产品数量法适用于计算某些林产品的生产出口依存度和消费进口依存度,确定其具体算法,对刨花板等中国主要木质林产品的测算结果表明,几种林产品生产的出口依存度均在8%以下,但胶合板尤其是纸和纸板的出口贸易安全还有必要加以持续关注,几种林产品的消费进口依存度很低,均在3%以下,但刨花板、纸和纸板消费对进口依赖程度相对较高,可以进一步提高产品质量和档次以实现进口替代。[结论]在中国木质林产品外贸依存度的测算上,不同算法反映不同的信息,有不同的适用范围和不同的数据要求,在使用时要针对实际研究问题和具体用途谨慎选择。总体上,中国木质林产品的外贸依存度处在一个相对安全、合理的变化范围内,尚没有对林业产业安全形成实际威胁。
2018 Vol. 54 (5): 152-167 [摘要] ( 4 ) [PDF 1099KB] ( 16 )
研究简报
漓江水陆交错带4种草本覆盖对地表径流氮素的消减作用
吴林川, 王冬梅, 任远, 张丹丹, 黄端
[目的]研究漓江水陆交错带不同草本植物覆盖对地表径流和泥沙中氮素的消减作用,以期筛选出防治水体富营养化的最佳草本植物,为水陆交错带生态修复提供理论依据。[方法]在漓江水陆交错带建立径流小区,设置狗牙根、狗尾草、假俭草和空心莲子4种草本覆盖区及无植被覆盖裸露区作为对照,研究4种草本植物覆盖对地表径流和泥沙及径流水、泥沙和土壤中不同形态氮素的消减作用。[结果]相较于裸地,狗牙根、狗尾草、假俭草和空心莲子草对径流的消减率分别为17%,35%,29%和23%,对径流中全氮的消减率分别为37%,43%,40%和52%;相较于裸地,狗牙根、狗尾草、假俭草和空心莲子草对侵蚀泥沙的消减率分别为17%,32%,26%和20%,对泥沙中全氮的消减率分别为31%,48%,41%和40%;径流消减率与NO3--N、TN消减率极显著正相关(P<0.01),与NH4+-N消减率显著正相关(P<0.05),降雨强度与NO3--N消减率显著负相关(P<0.05),与TN消减率极显著负相关(P<0.01)。[结论]4种草本植物覆盖对均能有效降低地表径流中氮素对水体的输入,狗尾草和空心莲子草的效果最好;氮素消减率与径流消减率显著正相关,因此拦截地表径流是防治水体污染的首要措施。
2018 Vol. 54 (5): 168-176 [摘要] ( 9 ) [PDF 2228KB] ( 23 )
阳生叶光能利用率与光化学反射植被指数关系
李师宇, 于颖, 范文义
[目的]对帽儿山地区主要树种的实测光谱与植被光能利用率进行统计分析,从光化学植被指数定义出发,修正PRI指数,进而得到阳生叶PRI与LUE之间较稳定的定量关系,为碳循环模型准确估计植被初级生产力(GPP)和净初级生产力(NPP)提供基础。[方法]数据采集时间为2016年8月,测量时间为10:00—15:00。LUE测定采用Li-Cor6400光合仪,叶片反射率是通过SVC HR-1024i在实验室测量获得。对实测PRI指数与LUE分针阔树种进行相关性分析和回归分析;对多波段反射率与LUE进行逐步回归分析,提取与LUE高相关性波段,重新组合形成新的PRI指数;分针阔树种建立修正后PRI指数与LUE回归关系。[结果]1)传统PRI指数与LUE相关性分析:针阔树种阳生叶PRI与LUE的pearson相关系数为0.234(P=0.079);阔叶仅为0.121(P=0.389),相关性低;针叶相对较好为0.467(P=0.174),对针叶进一步进行回归拟合,其R2较低(R2=0.218 2;P=0.174),传统PRI指数在此次研究中适用性较差。2)对多个波段反射率逐步回归分析,筛选后得到5个波段反射率组成的多元回归模型,其相关性有所提高(R2=0.402 2,P=0.04);波段518 nm处反射率对LUE的贡献率最大,偏回归平方和R2=0.133 4。基于传统PRI定义,对PRI指数进行修正,用518 nm反射率替换531 nm处反射率,用修正PRI指数与LUE建立新的一元回归模型。3)用修正PRI指数与LUE分树种分别建立一元回归模型,其回归结果:对于针阔树种阳生叶叶片两者之间R2为0.496 9(P<0.001),RMSE为0.024 7;对于阔叶树种阳生叶叶片两者之间R2为0.404 5(P<0.001),RMSE为0.023 6;对于针叶树种阳生叶叶片两者之间R2为0.538 5(P<0.001),RMSE为0.018 9。结果与传统PRI指数构建的一元回归模型及逐步回归构建的多元模型相比,显著性有明显提高。[结论]建立帽儿山地区针阔叶树种上层阳生叶叶片修正后PRI指数与LUE的关系。相比较传统PRI指数,修正后的PRI指数与LUE有着更高的相关性;所构建的一元回归模型不管是对针叶树种还是阔叶树种都有良好适用性。
2018 Vol. 54 (5): 177-184 [摘要] ( 13 ) [PDF 942KB] ( 30 )
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