[目的] 研究不同林龄(7,17和25年生)杉木人工林土壤有机碳、全氮和全磷含量及其生态化学计量特征,探讨土壤层次分布规律及随年龄的变化规律,以期为杉木人工林可持续经营提供理论依据。[方法] 以湖南会同杉木林生态系统国家野外科学观测研究站基地内3块不同林龄的杉木人工林为研究对象,在每个林分内设置3块20 m×20 m样地,按照随机、等量和多点混合的原则,每块样地内采用"品"字形布点,按0~20, 20~40 和40~60 cm土层取样,测定土壤有机碳、全氮和全磷含量,并计算土壤碳、氮、磷之间的计量比。[结果] 7,17和25年生杉木人工林土壤有机碳含量为12.14~19.52 g·kg^-1,全氮含量为1.43~1.89 g·kg^-1,全磷含量为0.32~0.40 g·kg^-1; 3个林分土壤有机碳含量和全氮含量随着土壤深度(0~60 cm)增加而逐渐降低, 全磷含量在土壤垂直结构上的差异不明显; 3个林龄杉木人工林的土壤C:N随林龄增加而下降,分别为11.73,8.70和8.52,对照样地炼山造林前土壤C:N为9.52,7年生幼龄林显著高于对照样地,对照样地显著高于17年生中龄林和25年生近熟林(P<0.05); 土壤C:P分别为57.42,36.27和40.54,对照样地为55.70,低于我国平均值61,7年生幼龄林、对照样地显著高于17年生中龄林和25年生近熟林(P<0.05); 土壤N:P分别为4.87,4.18,4.76,差异不显著(P>0.05),低于我国土壤平均值5.2,而炼山造林前为5.85,显著高于3个林龄杉木人工林土壤N:P(P<0.05); 3个林龄杉木人工林土壤C:N:P分别为56:5:1,36:4:1和41:5:1,炼山造林前为55:6:1,均低于我国平均值(60:5:1)。[结论] 通过对不同林龄杉木人工林土壤碳、氮、磷含量的研究发现,随着炼山后造林时间的推移,土壤有机碳、全氮、全磷含量逐渐得到恢复。本研究杉木人工林土壤中的氮含量相对较高,而磷含量较为缺乏,为了达到土壤中磷的相对平衡,在土壤C:P较低的情况下土壤微生物体有机磷会出现净矿化现象。3个林龄杉木人工林土壤C:N,N:P和C:P在不同土壤剖面深度上变化不大,相对稳定。该研究区土壤C:N和C:P主要受土壤有机碳的影响,因此在杉木人工林经营管理过程中如何调控土壤中机碳含量显得十分关键。

[目的] 研究不同绿化树种在单位叶面积、单叶、单株和单位绿地面积4级层次上对空气中PM_2.5等颗粒物的滞留量,为优化城市绿化植物配置、降低空气中PM_2.5等颗粒物污染危害提供科学依据。[方法] 以北京市23种常见绿化植物为研究对象,经水洗、不同孔径滤膜过滤后用万分之一天平称量不同孔径滤膜上滞留的颗粒物质量,用扫描仪测出叶单面面积,计算出单位叶面积PM_2.5等颗粒物(总颗粒物PM及其PM_2.5、PM_>2.5的粒径组成)滞留量。用单叶面积、叶面积指数计算单叶、单株和单位绿化面积上叶片PM_2.5等颗粒物滞留量。采用多重比较分析不同植物PM_2.5等颗粒物滞留量的差异。[结果] 单位叶面积的PM,PM_2.5,PM_>2.5滞留量在植物种间差异显著,最大差别分别可达8.6,9.8,10.5倍。各植物种的单叶、单株和单位绿地面积的PM,PM_2.5,PM_>2.5滞留量亦表现出显著差异。在单叶层次,对PM,PM_2.5,PM_>2.5的滞留量差别可分别达到239, 198,285倍; 在单株层次,可达3 600,4 100,3 600倍; 在单位绿地面积层次,可达18.3, 20.5,18.1倍。不同生活型植物的单位叶面积、单叶、单株和单位绿地面积的PM,PM_2.5和PM_>2.5滞留量总体趋势表现为乔木>藤本>灌木。对不同叶习性而言,单位叶面积的PM,PM_2.5和PM_>2.5滞留量为常绿植物>落叶植物,而在单叶、单株和单位绿地面积层次上则为落叶植物>常绿植物。在单位绿地面积层次上,对PM_2.5等颗粒物的滞留量较高的树种有二球悬铃木、垂柳、元宝枫、榆树等, 中等的有油松、雪松、大叶黄杨等, 较弱的有日本小檗、黄杨、小叶女贞等。[结论] 不同植物PM_2.5等颗粒物滞留量在单位叶面积、单叶、单株和单位绿地面积4级层次上均表现出显著差异。由于植物滞留PM_2.5等颗粒物的数量取决于单位叶面积PM_2.5等颗粒物滞留量及其叶面积指数,因此在选择高滞留PM_2.5等颗粒物的树种时需同时考虑这2个因素,尤其是将不同生活型和具不同叶习性的植物合理混交配置,从而提高叶面积指数和滞留PM_2.5等颗粒物能力,这是增强城市森林降低空气中PM_2.5等颗粒物污染的有效途径。

[目的] 探讨底部渗灌不同灌水梯度对栓皮栎容器苗水分利用效率、形态特征和养分状况的影响,以期为栓皮栎容器苗精准灌溉提供科学依据。[方法] 选取栓皮栎当年生播种容器苗为研究材料,采用2种容器规格(D40容器: 体积656 cm³,规格6.4 cm×25 cm; D60容器: 体积983 cm³,规格6.4 cm×36 cm),设置4个灌水梯度(85%,75%,65%,55%基质饱和水质量),研究不同灌水梯度处理下栓皮栎容器苗用水量、生长、养分状况和基质电导率(EC)的变化。[结果] 1) 栓皮栎容器苗用水量随着灌水梯度的降低依次下降,水分利用效率没有呈现类似规律,但灌水梯度高的处理水分利用效率也较高。2) 灌水梯度为饱和含水量的75% ~85%时,苗木的高、地径、茎生物量、根生物量和单株生物量指标在所有处理中都达到最大。灌水梯度为饱和含水量75%和85% 2个处理间的形态指标差异不显著,但二者与其他含水量更低的处理差异显著。3) 处理之间在养分浓度方面无明显规律;但养分含量方面,灌水梯度为基质饱和含水量75%和85%2个处理的单株和各器官中养分含量均显著高于其他基质含水量更低的处理,且2个处理之间的养分含量差异不显著。4) 大规格容器苗木要比小规格容器苗木用水量多,但在形态和生物量方面,大规格容器的处理表现更优。在养分状况方面,大规格容器培育的苗木养分含量显著大于小规格容器培育的苗木,而养分浓度差异不显著。5)底部渗灌显著提高了基质上层的EC值,所有处理基质中层和下层的EC值无显著差异,且均显著低于上层,而灌水梯度的大小对基质上层的EC值无显著影响。本试验测定的EC值均低于危害苗木的最大EC值,不会对苗木造成不利影响。[结论] 容器为D60、底部渗灌灌水梯度为85%和75% 2个处理栓皮栎容器苗水分利用效率较高,2个处理之间的苗高、地径、生物量和氮、磷、钾含量等指标无显著差异,但均大于或显著大于其他处理,其基质上层的EC值均低于可能危害苗木的最大EC值。因此,从既节水又有利于苗木生长的角度考虑,栓皮栎容器苗底部渗灌的最佳灌水和容器组合为基质饱和水质量的75%和D60容器。

[目的] 分析大兴安岭地区主要森林景观类型的空间分布格局及其关联性,以期阐明该地区森林景观形成和维持的内在机制,为该地区森林景观的健康经营提供理论依据。[方法] 基于塔河林业局盘古林场2008年森林资源二类调查数据,采用ArcMap10.0软件中的核密度分析和Programita软件(2010版)中的O-ring统计方法研究该地区主要森林景观类型(天然落叶松林、天然白桦林、针叶混交林和针阔混交林)的空间分布格局及其关联性。[结果] 核密度分析结果表明,该地区各主要森林景观类型在空间上呈明显聚集分布,其平均斑块密度为0.73~1.57 km^-2,空间变异系数高达99.75% ~119.67%; 点格局O-ring分析结果表明,4种景观类型均在小尺度上呈现显著聚集分布,之后随研究尺度的增大逐渐呈随机分布的趋势; 各景观类型之间均在小尺度上显著负关联,在中等尺度上呈现出无关联性,而在大尺度上又有显著的正关联性; 森林采伐、林火干扰以及道路网等因素是森林景观格局变化的主要驱动因素。[结论] 大兴安岭地区由于极端的气候条件以及长期的采伐和林火干扰等因素,森林景观已经呈现出明显的破碎化趋势。为此,对于森林植被的恢复,可在小尺度上采取连片造林方式,而在大尺度上采用随机造林模式; 对树种的选择,应优先选择乡土树种,并注重各树种的合理空间配置; 而对于森林采伐,则应采取以择伐和间伐为主的方式; 同时,严格控制人类自身活动(如采伐方式、道路安排等)对森林景观的影响,进而从景观水平上创建健康、稳定的森林生态系统。

[目的] 分析杉木生态公益林林分空间结构并对其进行评价,为杉木生态公益林空间结构优化措施的制定和其他生态公益林纯林空间结构优化调整措施的制定奠定理论基础。[方法] 基于福寿林场不同龄组杉木生态公益林(幼龄林、中龄林、近熟林)18个固定样地的实测数据和9个固定样地的复测数据,采用Voronoi图确定林木的空间结构单元,进而用混交度、大小比数、角尺度、竞争指数、林层指数和开敞度6个林分空间结构参数分析3个龄组杉木生态公益林间伐补植前后的林分空间结构特征,采用乘除法对各个空间结构参数进行多目标规划,提出林分空间结构评价指数,并参考人工林近自然化改造的目标和技术指标,采用定性和定量相结合的方法,将林分空间结构评价指数值划分为5个评价等级。[结果] 3个龄组杉木生态公益林间伐补植前的混交度和林层指数都偏低,林分混交程度低,稳定性差,垂直空间结构较差,林木对垂直方向的空间利用不足; 大小比数都接近中庸状态,林木个体差异不大,林木分化不严重; 角尺度为均匀分布和随机分布的中间状态,不是理想的水平分布格局; 幼龄林开敞度较大,林木生长空间充足,中龄林和近熟林开敞度较小,林木生长空间不足; 随着杉木的生长发育,竞争指数呈现出逐渐增加的趋势,说明杉木年龄的增加使林木个体所承受的竞争压力越来越大。18个固定样地杉木生态公益林林分空间结构评价指数为0.185 9~0.364 7,评价等级属于1级的样地占样地总数的11%,属于2级的样地占样地总数的89%,分属3,4,5级的样地没有,这说明杉木生态公益林的空间结构距理想状态差距还很大,需要进行林分空间结构优化。间伐补植后3个龄组杉木生态公益林的林层指数和混交度得到明显提高,林木个体差异变大,中、幼龄林的生长空间更加充足,9个复测样地杉木生态公益林林分空间结构评价指数为0.346 2~0.613 1,评价等级属于2级的样地占样地总数的11%,属于3级的样地占样地总数的78%,属于4级的样地占样地总数的11%,这说明通过间伐补植林分空间结构得到了明显改善。[结论] 分析林分空间结构,能够发现林分空间结构中存在的不合理性,从而为优化空间结构经营措施提供依据。林分空间结构评价指数的提出可为杉木生态公益林的理想空间结构及其表达探索一条新途径,可为改造以杉木为主的人工生态公益林向理想结构演变提供理论依据,从对研究区杉木生态公益林林分空间结构的评价结果来看,可较客观地反映杉木生态公益林间伐补植前后林分空间结构的实际现状。

[目的] 研究松墨天牛ATP合成酶D亚基基因的鉴定及其表达特性,为开展昆虫ATP合成酶基因研究提供分子信息和参考,为深入研究ATP合成酶基因在松墨天牛中的生理、毒理作用奠定基础。[方法] 对从松墨天牛cDNA文库中克隆的一条表达序列标签 (EST)进行3'cDNA末端快速扩增,将获得的扩增序列与cDNA文库中的序列进行拼接,经开放阅读框(ORF)检索和Blast同源比对鉴定基因; 用ProtParam tool软件分析基因编码的蛋白质性质,用DNAMAN软件构建系统发育树,用实时荧光定量PCR分析基因在不同虫态、成虫各部位和幼虫组织中的表达特性。[结果] 获得了1条长度为1 133 bp的 cDNA,其5'端非编码区长89 bp,3'端非编码区长294 bp,ORF长750 bp,编码ATP合成酶D亚基,命名为MaATPSE(GenBank登录号:KM101044)。MaATPSE编码249个氨基酸残基,预测分子质量为28.21 kDa,等电点为9.40,稳定系数为31.13。MaATPSE含有3个丝氨酸磷酸化位点、4个苏氨酸磷酸化位点、2个酪氨酸磷酸化位点和1个糖基化位点。松墨天牛与黑腹果蝇和家蚕的MaATPSE相似性均为83%; 松墨天牛与赤拟谷盗在系统发育树上聚成一支,相似性为87%,与其他非鞘翅目昆虫的遗传距离较远。MaATPSE在蛹和幼虫的相对表达量分别是成虫的3.70和2.65倍,各虫态之间表达有显著差异(P<0.05); MaATPSE在幼虫各组织中均有表达,在脂肪体中的表达量最高,为对照的5.94倍,其次是体壁和血淋巴,分别为对照的3.93和2.88倍; 中肠和马氏管的表达量较低,分别为对照的0.24和0.28倍; 除马氏管和中肠的相对表达量无显著差异外,各组织均有显著差异(P<0.05)。MaATPSE在成虫头、腹、触角、足和翅的相对表达量分别为对照的2.24,3.09,3.52,3.39和4.45倍,胸部的表达量较低,为对照的0.68倍; 成虫各部位之间相对表达量有显著差异(P<0.05)。[结论] 克隆到松墨天牛ATP合成酶D亚基基因MaATPSE,包括5'和3'非编码和完整的ORF。MaATPSE与赤拟谷盗ATP合成酶最为相似,MaATPSE在松墨天牛幼虫、蛹和成虫中都有表达,在幼虫各组织和成虫各部位中广泛分布。

[目的] 研究日本松干蚧各龄期在我国3个气候区的发生时间、形态特征、生活习性及天敌昆虫,为有效监测日本松干蚧发育和种群动态、确定最佳的防治时期提供依据。[方法] 根据日本松干蚧在我国的分布现状,选择辽宁省抚顺市(LNFS)、山东省青岛市(SDQD)和浙江省金华市(ZJJH)作为3个气候区的代表,于2011—2013年,在日本松干蚧危害的林区布点,采用野外连续调查和室内显微镜检相结合的方法进行研究。[结果] 1) 日本松干蚧在3个气候区1年都发生2代,以1龄寄生若虫越冬,但各虫态的发育历期明显不同,ZJJH种群3月上旬开始出蛰,SDQD和LNFS种群4月下旬—5月上旬才出蛰,LNFS种群在10月份进入越冬期,而ZJJH种群在12月才开始越冬。2) 日本松干蚧雌雄两性在不同发育阶段具有不同的形态特征和泌蜡特点,初孵化的1龄若虫具有发达的触角和足,虫体表面未分泌蜡质; 1龄若虫固定寄生后,开始分泌白色蜡丝,隐蔽于树皮缝隙下; 2龄若虫的触角、眼和足均消失,虫体表面具有薄的蜡质层,称"珠形期"; 春季2龄若虫大量取食后,虫体膨大部分暴露,可见虫体表面蜡质,为"显露期"; 雄性3龄若虫具有发达的触角和足,初期爬行灵活,寻找化蛹场所,随后虫体表面的蜡腺分泌白色蜡丝,形成蜡茧; 在蜡茧内经历预蛹和蛹期2个阶段; 雄成虫头部具有1对长的触角和1对复眼,胸部具1对前翅,后翅退化为平衡棒,腹部的第7腹节背面有成簇的柱状管腺分泌白色的长蜡丝,腹部末端具交配器; 雌成虫与3龄雄若虫形态相似,但胸部和腹部肥大; 雌成虫初期体表泌蜡不明显,交尾后,分泌蜡丝形成卵囊。3)日本松干蚧的天敌昆虫已记录14科59种,其中半翅目的花蝽科、脉翅目的草蛉科和鞘翅目的瓢虫科是主要类群。[结论] 本研究首次系统描述了日本松干蚧各龄期的发育过程和形态特征变化,特别是2龄若虫珠形期和显露期的特点,3龄雄若虫分泌蜡丝、结茧和化蛹过程,雄成虫的羽化、求偶和交配行为,雌成虫的分泌卵囊和产卵行为; 日本松干蚧各虫态在3个气候区发育历期不同,出蛰和越冬时间不同,是由当地气温变化决定的; 春季2龄若虫显露期到雄性3龄若虫和雌成虫的活动期是防治的关键期; 天敌活动春季以瓢虫为主,夏季和秋季以花蝽和草蛉为主。

[目的] 研究干旱环境下接种根际促生细菌(PGPR)对植物光合特性的影响,为PGPR在干旱逆境中的应用提供依据,为干旱地区造林及植被恢复提供技术支撑。[方法] 采用盆栽试验,以产细胞分裂素的蜡样芽孢杆菌L90为供试PGPR菌株,以核桃苗为供试植物,利用LI-6400便携式光合作用仪研究中度干旱胁迫及干旱复水条件下接种L90对核桃苗叶片光合参数的影响。[结果] 干旱胁迫(DR)及干旱环境下接种L90对核桃苗叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)及叶绿素(Chl)含量影响显著。整个胁迫期间,同正常浇水处理相比,DR处理核桃苗叶片的P_n和G_s分别下降21.78%和29.47%,而接种L90处理仅下降11.62%和23.84%,干旱环境下接种L90可显著提高G_s,缓解干旱对P_n的抑制。除干旱胁迫初期外,随着干旱胁迫时间的增加,L90缓解干旱对P_n的抑制效果逐渐增强。随着干旱胁迫时间的延长,DR处理核桃苗叶片的C_i迅速降低后持续升高,而G_s持续降低,其光合性能同时受气孔因素和非气孔因素的限制; 接种L90后核桃苗叶片的C_i和G_s持续降低,其光合性能主要受气孔因素限制。一定强度的干旱能够造成核桃苗叶片中Chl的分解或流失,在胁迫末期,同对照处理相比,DR处理核桃苗叶片的Chl含量显著降低9.22%; 同DR处理相比,L90处理叶片Chl的含量显著增加9.49%,干旱环境下接种L90显著抑制了干旱胁迫后期Chl的降解。恢复供水后,同正常浇水处理相比,DR处理的P_n,G_s和Chl含量分别降低9.46%,10.29%和5.86%,C_i增加8.72%; 同DR处理相比,接种L90处理的P_n,G_s和Chl含量分别提高7.01%,12.15%和5.81%,基本恢复到对照水平。接种L90有利于核桃苗叶片光合功能的快速恢复。[结论] 干旱胁迫下,植物叶片的P_n,G_s和Chl含量均有不同程度的降低,而干旱环境下接种产细胞分裂素的蜡样芽孢杆菌L90能够在一定程度上抑制这种降低,延缓水分胁迫下非气孔因素对植物叶片P_n的限制,且更有利于恢复供水后叶片光合功能的恢复。

[目的] 对不同地区地表可燃物温度与气温的差异、气温-可燃物温度转换模型在不同地区的适用性以及应用气温和地表可燃物温度分别驱动直接估计法模型的误差进行研究,为提高可燃物含水率预测精度提供参考。[方法] 在东北林业大学帽儿山试验林场红松和落叶松2个林分下,采用自动气象站测量距地表1.5 m处气温,采用热电偶测量距地表1,2,3,4 cm处地表可燃物温度。红松林分共观测10天,落叶松林分共观测4天,其中,1天在每个林分中设置2个采样点,对距地表1 cm的可燃物含水率每隔1 h测定1次。对气温和地表可燃物温度的差异进行比较,计算目前在可燃物含水率预测中常用的2个气温-地表可燃物温度转换模型(Byram & Jemison模型和Van Wagner模型)的预测误差,根据误差对其适用性进行评价。以目前常用的基于时滞和平衡含水率的可燃物含水率直接预测法为例,分析这2个模型其对可燃物含水率直接估计法精度的影响。[结果] 1) 地表可燃物温度与气温有差异,白天低于气温,夜间高于气温;2) 现有2个气温-地表可燃物温度转换模型的误差大于3℃,不能反映气温和地表可燃物温度之间白天和夜间的异向差异;3) 在可燃物含水率的直接估计法模型中,采用气温作为温度变量和采用通过气温-可燃物温度转换模型计算所得的可燃物温度作为温度变量所建立的模型效果相似。[结论] 现有的2个气温-可燃物温度转换模型所计算的可燃物温度都高于气温,误差很大,在研究地区不适合用于计算地表可燃物温度。对于以时为步长的可燃物含水率直接估计模型,无需利用现有气温-可燃物温度转换模型进行温度转换。利用气温建模还是利用地表可燃物温度建模的优劣目前尚无法确定,需进一步研究。研究新的可燃物温度模型,特别是能够反映气温和可燃物温度差异日变化的转换模型,将是未来研究的任务。

[目的] 针对内蒙古科尔沁沙地作业环境及沙生灌木林的生长特点,提出灌木林平茬机切割装置地面仿形方法,并研制适于沙地作业的履带自行式灌木林平茬设备,为灌木资源的有效利用提供技术支持。[方法] 在对内蒙古科尔沁沙地进行实地考察的基础上,确定履带自行式沙地灌木林平茬机优化设计方案,运用三维造型技术、虚拟样机技术等设计方法完成悬挂式灌木林平茬机整体结构及关键零部件设计,并采用抽样调查方法对试验林地灌木林实际分布密度及生物量等参数进行统计计算。[结果] 考虑到灌木林生长特点和沙地整体环境,刀架外形根据灌木丛根部特点设计为倒V形,采用提升链及仿形支承轮结构使切割装置随地面浮动,以柔性连接方式实现刀具浮动切割及升降,并完成悬挂式割灌机的设计及研制,具体包括牵引和驱动方式的选择、切割装置及仿形机构的设计等。所设计灌木林平茬机结构形式为履带液压底盘前悬挂式,外形尺寸为长1 200 mm、宽900 mm、高1 150 mm,作业行驶速度3.5 km·h^-1,移动行驶速度5 km·h^-1,圆锯片刀具转速3 600 r·min^-1,割茬高度为50 mm,切割装置最大离地间隙为900 mm。完成设计试制后在科尔沁沙地腹地内蒙古通辽市奈曼旗兴隆沼林场的灌木林地进行试验,该地区共营造小叶锦鸡儿灌木林26.67万hm²,林场拥有小叶锦鸡儿灌木林2 000 hm²,试验总面积900 m²(宽10 m、长90 m),同时对平茬的灌木丛数、枝条量进行了测量,统计计算得到该地区灌木林的实际分布密度为811 丛·hm^-2,湿质量、干质量生物量分别为6 012.44 kg·hm^-2和3 763.22 kg·hm^-2,单株平均积沙量0.5 m³,冠幅直径3.1 m,平均高度1.9 m。通过对样品采用烘干的方式得出灌木枝条萌芽前的含水率为34.71%,为灌木林平茬复壮抚育剩余物的资源化或能源化利用提供基础数据。[结论] 通过对灌木林平茬机结构与工作原理的分析,设计、试制了以液力驱动橡胶履带底盘为动力的悬挂式灌木林平茬机。对样机在灌木林地进行试验的结果表明,该机作业效率243丛·h^-1,留茬平均高度50 mm,留茬劈裂率低于3%。经当年夏、秋季的调查显示,平茬后的灌木新枝萌发数量是平茬前的5~10倍,当年生长高度超过1.2 m,满足沙地灌木林平茬复壮的要求。

[目的] 评价我国31个省(市、自治区)的森林生态安全状况,对比分析其变化趋势,旨在了解各省(市、自治区)森林生态系统的安全现状及其相互之间的差异情况,为因地制宜地制定改善生态环境的政策提供科学依据。[方法] 沿用传统的PSR模型思路,从森林生态承载力和人类行为对森林生态系统的影响2个角度构建森林生态安全评价指标体系。根据年鉴数据,采用熵权法对我国31个省(市、自治区)1999—2012年的森林生态安全状况进行评价,并做对比分析。[结果] 森林生态承载力指标中,资源类指标所占权重最大(0.536),复杂性指标次之(0.188),森林资源状况是导致各省(市、自治区)、各年份之间森林生态承载力产生差异的最主要原因; 人类行为指标中,人类对森林施加压力的负面影响(0.995)大于维护森林带来的正面影响(0.005); 在研究期间,大部分省(市、自治区)森林生态安全综合评估值呈逐年上升趋势,森林生态系统安全状况得到较大改善,但仍有部分省(市、自治区),如上海、天津、宁夏、青海等地,其1999,2004和2009年3个代表年份的平均综合评估值均在0.350左右,远低于全国平均水平0.546,需重点关注并采取措施防止森林生态系统退化; 各省(市、自治区)之间森林生态安全状况存在较大差异,吉林、云南等林业大省的综合评估值远高于宁夏、上海等地,全国各省(市、自治区)的森林生态安全状况呈现较为严重的两极分化现象; 在综合评价某省(市、自治区)的森林生态系统安全状况时,森林生态承载力的影响为主,人类行为的影响为辅。[结论] 我国森林生态安全状况整体呈改善趋势,但各省(市、自治区)之间存在较大差异,出现两极分化现象;引起各省(市、自治区)森林生态安全状况变动的主要因素是森林资源的数量和质量。必须加强对现有森林尤其是天然林的保护; 在造林的同时注意林分和林种结构的合理搭配; 加强对可持续发展的重视,减少对森林资源的破坏; 建立森林生态系统安全预警机制,及时对森林生态安全恶化的风险进行防范。

低温胁迫限制了许多野生植物和作物的地理分布,降低了生产率。植物在低温胁迫下生存能力差别很大,来源于热带和亚热带的冷敏感植物在温度高于冰点的低温条件下会发生不可逆的伤害,而温带地区的植物能够承受极端的冰冻条件。近年来有关冷敏感植物和温带植物低温胁迫下生理生化响应特征,转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析取得了较快进展,从不同层次阐明了木本植物调节低温反应和抗冷(冻)性的生理和分子机制,为利用抗冷(冻)相关基因进行林木抗(冷)冻分子育种提供了重要参考。冷敏感树木在1~10℃的低温胁迫下,会出现水分状况、矿质营养、光合作用、呼吸作用和新陈代谢等生理过程的紊乱,造成冷害甚至死亡。钙信号途径是低温应答过程中重要的信号转导途径。ABA通过ABA依赖的转录因子的转录激活参与植物胁迫响应基因的调节。低温响应转录调控分为CBF途径和非CBF途径。CBF调控下游基因的表达过程: 植物细胞膜相关受体首先感知环境信号并传送到细胞核,通过Ca²⁺和MAPKs等感知和传导信号,诱导转录因子CBF的表达,从而激活冷响应基因的启动子,触发冷响应机制(基因激活),转录的mRNA被翻译成不同的蛋白质。这些基因产物参与改变膜质成分组成、抗氧化酶活性、渗透物质含量等生理过程,从而提高抗冷性。另外,CBF基因表达也受到上游一些转录因子的调节,包括钙离子信号途径和ICE1-CBF-寒冷响应途径。树木抗冷锻炼和抗冻锻炼的机制与代谢途径有许多相似之处,但后者可能更复杂,因为它需要面对极端的低温和不正常的温度波动。抗冻锻炼期间低温诱导的抗冻蛋白具有较强的抑制冰晶重结晶的活性; 脱水蛋白和胚胎后期丰富蛋白(LEA)通过渗透调节保护细胞; 热休克蛋白(HSPs)调节蛋白质的折叠和运输,恢复钝化酶的活性; 抗氧化酶系统清除氧自由基和过氧化氢; 早期光诱导蛋白参与高光胁迫适应过程,这些蛋白在树木抗冻机制中具有重要作用。在树木抗冷(冻)领域,未来应加强对控制抗冷(冻)生理变化的转录因子及关键功能基因的全面解析, 深入探讨光、温度等环境信号诱导抗冻性形成机制, 使用蛋白质组学方法与其他技术相结合阐明低温胁迫下重要蛋白质表达机制和功能,完整地揭示木本植物在低温逆境下的生存机制。

[目的] 对人工林区内的采育目标进行检测和识别,为采育作业操作员提供辅助信息,弥补人眼判断的不足,提高作业效率,降低操作风险。[方法] 提出一种基于二维激光和图像的人工林采育目标检测方法,主要内容包括以下几个方面: 1) 基于二维激光测距仪和红外热像仪搭建采育目标信息采集系统,利用上位机对传感器的信息采集进行控制,并对采集到的信号进行预处理,获取目标的激光数据、可见光图像和红外热图像; 2) 将激光与图像进行标定,得到图像中的目标区域,同时由激光坐标得到目标的位置信息,为目标识别和定位打好基础; 3) 将可见光图像与红外图像进行融合,融合后的图像信息更丰富并减少由单一传感器所引起的不确定性,起到互补的作用; 4) 根据采育目标的特点,基于激光与图像信息进行特征提取,包括温度特征、颜色特征和形状特征等,为目标识别提供具体依据; 5) 在获得采育目标特征的基础上,运用当前流行的机器学习算法——支持向量机(SVM),通过大量样本训练和学习,建立特征参数与采育目标的数学模型; 6) 在SVM模型的基础上,利用3种不同的优化算法对其参数进行优化,提高识别性能。[结果] 将不同算法优化后的模型通过受试者工作特征曲线(ROC曲线)进行对比,结果显示,采用遗传算法优化后的模型对人工林采育目标的识别正确率能够达到96%以上,具有较好的识别效果。[结论] 将多传感器融合技术引入到林业智能装备中,取代常用的昂贵的三维激光扫描系统,采用二维激光与图像结合的方式,一方面节省了成本,另一方面,针对二维数据,系统的数据处理速度更快;同时,多传感器之间的互补作用使得对目标的测量和识别更为准确。

[目的] 探讨祁连山西水林区甘青锦鸡儿灌丛冠下穿透雨分布特征及其影响因素,为定量评价祁连山区甘青锦鸡儿灌丛的生态水文功能和基于生态过程的灌丛水文模型的参数化提供数据支撑。[方法] 基于祁连山甘青锦鸡儿种群特征调查,在坡中位选取3株代表性甘青锦鸡儿灌丛,沿冠层枝条辐散方向选取观测断面,在断面上布设承雨器,对叶量稳定期内12次降雨事件的冠层穿透雨及其空间分布进行测定,分析穿透雨与降雨特征的关系以及冠下穿透雨空间分布格局及其影响因素。[结果] 甘青锦鸡儿灌丛冠下穿透雨在不同降雨事件中差异较大,观测期内单株灌丛的平均穿透雨率为45.9%; 穿透雨量与降雨量之间呈线性关系(y=0.626 2x-1.018 1,R²=0.983),穿透雨率与降雨量之间呈二次函数关系(y=-0.033 6x²+1.806 8x+34.094,R²=0.575 3); 穿透雨率具有明显的空间异质性,平均穿透雨率沿径向由距灌丛基部10 cm处的28.98%单调递增至距基部90 cm处的62.19%,受冠层结构特征的影响,在距灌丛基部30~50 cm的区间内增加量最大,占总增加量的61%; 穿透雨率沿径向的空间变异系数随降雨量的增大而降低,在降雨量小于10 mm的小降雨事件中穿透雨率的空间变异性尤为显著; 穿透雨率的空间分布格局还受降雨强度的影响,当降雨强度为0.97和4.27 mm·h^-1时,距灌丛基部10~30和50~90 cm的穿透雨率有明显差异,而当降雨强度为25.06 mm·h^-1时,穿透雨率沿径向的差异被弱化。[结论] 单株甘青锦鸡儿灌丛的穿透雨特征同时受降雨特征和冠层结构特征的影响,其冠下穿透雨量与降雨量及穿透雨率与降雨量间的关系与前人相关研究结果一致。冠层特征决定了冠下穿透雨的空间分布总格局,但穿透雨的空间分布格局也受降雨量和降雨强度的影响,降雨量增大或降雨强度达到一定程度时均会降低冠下穿透雨的空间异质性。

[目的] 研究毛乌素沙地长柄扁桃坚果核仁的营养品质特点,尤其是脂肪酸的组成变异规律,为长柄扁桃新品种选育提供科学依据。[方法] 在对毛乌素沙地长柄扁桃坚果表型多样性进行调查和分析的基础上,选取代表坚果质量和核壳厚度以及出仁率多样性的31个长柄扁桃优良单株坚果核仁为样本,利用索氏提取法和AOAC996.06脂肪酸分析方法提取分析样品粗脂肪含量和脂肪酸组成,采用SPSS13.0等统计分析软件对粗脂肪和脂肪酸检测数据进行统计分析。[结果] 31个毛乌素沙地长柄扁桃坚果核仁中粗脂肪含量在46.08%~61.61%之间,平均为54.58%。坚果核仁油中脂肪酸鉴定出棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和顺-11-二十碳烯酸7种组分,其中油酸含量最高,达34.94%,其次是亚油酸,平均含量为15.87%。油脂中不饱和脂肪酸比例在96.44%~98.31%之间,不饱和脂肪酸主要由油酸和亚油酸构成,二者占不饱和脂肪酸的93.09%。饱和脂肪酸比例较低,在3.56%以下,主要是棕榈酸。在油脂和脂肪酸变异方面,不同单株间坚果核仁油脂含量变化相对稳定,变异系数仅为8.10%,而单株间各脂肪酸组分间的变异系数差异较大,变异系数从大到小依次为亚麻酸(37.02%)>顺-11-二十碳烯酸(29.34%)>硬脂酸(25.39%)>棕榈油酸(21.83%)>亚油酸(20.34%)>棕榈酸(14.44%)>油酸(8.77%),油酸和亚油酸不但含量高,而且变化相对稳定; 亚麻酸和顺-11-二十碳烯酸不但含量低,而且单株间差异大。油脂和脂肪酸含量相关性方面,油脂含量与油酸和亚油酸组分呈显著正相关,相关系数分别为0.68和0.70,与不饱和及饱和脂肪酸的比值相关系数最高,为0.74,与亚麻酸及饱和脂肪酸所占比值呈显著负相关,相关系数为-0.52和-0.68。同时,单不饱和脂肪酸所占比值与油酸呈极显著正相关,而多不饱和脂肪酸所占比值与亚油酸呈极显著正相关,相关系数都接近1.00,说明不饱和脂肪酸的种类和含量与油酸和亚油酸密切相关。[结论] 毛乌素沙地长柄扁桃油脂含量高,脂肪酸组成相对单一,主要是脂肪酸油酸和亚油酸,且含量相对稳定、变异小,这些油脂和脂肪酸组成及变异规律的检测分析,为油用长柄扁桃新品种的选育提供一定的指导。

[目的] 克隆异丁醇生物合成途径中的2个关键酶基因——乙醇脱氢酶基因(adh2)和2-酮酸脱羧酶基因(kivd),构建产异丁醇的工程大肠杆菌;进一步以杨木水解液为底物进行发酵,以期能利用木质纤维原料发酵生产异丁醇,为异丁醇的可再生生产提供研究基础。[方法] 分别以酿酒酵母总DNA和乳酸乳球菌总DNA为模板,通过PCR扩增异丁醇生物合成途径关键酶基因adh2和kivd。同时构建重组质粒pSTV-29-adh2和pSTV-29-kivd,分别转化大肠杆菌DH5α,构建重组菌株E.coli DH5α-pSTV-29-adh2和E.coli DH5α-pSTV-29-kivd。进一步构建串联表达质粒pSTV-29-adh2-kivd,导入大肠杆菌DH5α中,构建重组工程菌E.coli DH5α-pSTV-29-adh2 -kivd。各重组菌株经IPTG诱导表达后,采用BCA 蛋白定量试剂盒测定其粗酶提取液中目的蛋白含量,并通过SDS-PAGE 电泳检测重组菌株E.coli DH5α-pSTV-29-adh2,E.coli DH5α-pSTV-29-kivd和E.coli DH5α-pSTV-29-adh2-kivd中目的基因adh2和kivd的蛋白表达量。利用各重组菌E.coli DH5α分别以葡萄糖和杨木水解液为原料发酵生产异丁醇,采用气相色谱检测发酵液中异丁醇含量。[结果] 重组质粒pSTV-29- adh2 ,pSTV-29-kivd和pSTV-29-adh2-kivd经菌液PCR、酶切及测序验证,得到的片段大小与目的基因adh2(1 067 bp)和kivd(1 667 bp)大小和质粒载体pSTV-29(2 999 bp)大小相符,adh2和kivd基因测序结果与NCBI中对应基因序列完全一致,表明表达载体pSTV-29-adh2,pSTV-29-kivd和pSTV-29-adh2-kivd构建成功。蛋白含量测定结果和SDS-PAGE电泳检测结果显示, 目的基因adh2,kivd的蛋白在各重组菌中均得到表达,在电泳图谱中的对应位置40 kD(Adh2蛋白分子质量40 kD)和70 kD(Kivd蛋白分子质量70 kD)处均有明显的蛋白特征条带,且adh2基因编码的乙醇脱氢酶蛋白比kivd基因编码的2-酮酸脱羧酶蛋白表达量高,而空白对照菌株未出现任何蛋白特征条带,表明各重组菌E.coli DH5α-pSTV-29-adh2,E.coli DH5α-pSTV-29-kivd和E.coli DH5α-pSTV-29-adh2-kivd构建成功。在发酵试验中,只有重组菌E.coli DH5α-pSTV-29-adh2-kivd能产异丁醇,以葡萄糖为底物的发酵液中异丁醇产量为4.1 g·L^-1,以杨木水解液为底物的发酵液中异丁醇产量为0.14 g·L^-1,而重组菌E.coli DH5α-pSTV-29-adh2和E.coli DH5α-pSTV-29-kivd的发酵液中均未检测到异丁醇。结果表明,只有adh2和kivd在重组菌E.coli DH5α体内同时表达时才能利用缬氨酸途径生物合成异丁醇。[结论] 成功构建了产异丁醇大肠杆菌工程菌E.coliDH5α-pSTV-29-adh2-kivd,实现了异丁醇关键酶基因在大肠杆菌中的表达及木质纤维发酵产异丁醇,为发酵法生产异丁醇提供了一条新的途径。