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2018年 第54卷 第1期 刊出日期:2018-01-25
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林业科学. 2018, 54(1):  0-0. 
摘要 ( 55 )   PDF (2894KB) ( 195 )  
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论文与研究报告
地形异质性对尖峰岭热带山地雨林木本植物群落结构及多样性的影响
王家鸣, 许涵, 李意德, 林明献, 周璋, 骆土寿, 陈德祥
林业科学. 2018, 54(1):  1-11.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180101
摘要 ( 158 )   HTML   PDF (3026KB) ( 422 )  
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[目的]探讨热带山地雨林不同地形条件下物种组成及群落结构特征差异,评估物种与地形关联性,为进一步探索热带山地雨林的物种共存机制提供依据。[方法]以海南尖峰岭热带山地雨林60 hm2大样地及其290种木本植物(胸径≥ 1 cm)为研究对象,通过对大样地每块20 m×20 m样地的平均海拔、坡度和凹凸度3个地形指标进行C-均值模糊聚类,将60 hm2大样地分为不同地形类型,分析不同地形条件下群落物种组成、物种丰富度和植株密度的差异;采用Torus转换检验,对大样地中胸径≥ 1 cm的独立植株且种群个体数量大于60的230种常见木本植物进行物种与地形关联性分析。[结果]尖峰岭60 hm2大样地可分为低海拔沟谷、陡坡、高海拔沟谷和山脊4类地形,其面积分别为12.6,16.68,15.08和15.64 hm2,对应的物种丰富度分别为274,269,264和267种;种-面积曲线表明,随着取样面积增加,同等面积条件下,低海拔沟谷的物种丰富度始终最大,其他3类地形物种丰富度基本处于陡坡估计值的±1.96×SE置信区间内,三者种-面积曲线相差不大;种-个体数累积曲线表明,随着个体数增加,低海拔沟谷物种丰富度的累积速率最大,陡坡和高海拔沟谷物种丰富度基本处于陡坡估计值的±1.96×SE置信区间内,二者种-个体数累积曲线相差不大,山脊物种丰富度随个体数增加的累积速率最小;高海拔沟谷植株平均胸径最大,陡坡次之,山脊植株平均胸径与大样地植株平均胸径相同,低海拔沟谷植株平均胸径最小;在各个径级内,山脊植株密度均最大,陡坡次之,植株平均胸径≤ 10 cm时,高海拔沟谷植株密度小于低海拔沟谷,而植株平均胸径≥ 10 cm时,低海拔沟谷植株密度小于高海拔沟谷;对4类地形内各径级植株数占总植株数的比例进行分析,平均胸径≥ 30 cm时,比例表现为高海拔沟谷 > 陡坡 > 山脊 > 低海拔沟谷,平均胸径≥ 50 cm时,比例表现为低海拔沟谷 > 高海拔沟谷 > 陡坡 > 山脊;低海拔沟谷中重要值最大的前3个物种为白颜树、柏拉木和大叶蒲葵,而其他3类地形条件重要值最大的前3个物种均为大叶蒲葵、白颜树和厚壳桂;230种常见植物中,有203个物种(占88.3%)与至少1类地形显著相关,高于世界上其他多个大样地;4类地形显著负相关的物种平均数占被检测物种总数比例表征的地形异质性贡献率为23.7%。[结论]尖峰岭60 hm2大样地中不同地形条件下木本植物群落结构及多样性具有较大差异,4类地形显著相关的物种数明显不同。地形是影响该大样地中木本植物分布的重要因素,与其他影响因素如光照、水分、土壤等多种环境因子共同发挥作用。尖峰岭热带山地雨林森林群落具有生境特化的特性,地形异质性对其物种多样性的维持具有重要贡献。本研究结果同样具有应用价值,如在恢复热带山地雨林植被、改造或营建混交林时,可以根据物种与地形的关联性,在不同的地形条件下选择不同的物种组合。
不同经营模式对蒙古栎天然次生林林分结构和植物多样性的影响
冯琦雅, 陈超凡, 覃林, 何亚婷, 王鹏, 段艺璇, 王雅菲, 何友均
林业科学. 2018, 54(1):  12-21.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180102
摘要 ( 183 )   HTML   PDF (2176KB) ( 428 )  
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[目的]研究不同经营模式对蒙古栎天然林林分结构和物种多样性的影响,为蒙古栎天然次生林恢复、森林质量提升及可持续经营提供科学依据。[方法]以黑龙江省哈尔滨市丹清河实验林场的蒙古栎天然次生林群落为研究对象,采取随机布设与典型抽样相结合的方法进行样地调查,研究目标树经营、综合抚育经营和无干扰3种经营模式对植物群落结构和多样性的影响。[结果]经过17年的经营实践,目标树经营模式中蒙古栎优势度下降明显,红松和红皮云杉优势度大幅增加并成为优势种;综合抚育经营和无干扰林分中蒙古栎优势度保持不变,其他树种优势度降低但树种组成发生变化;目标树经营和综合抚育经营模式中出现新的珍贵树种(黄檗、胡桃楸);蒙古栎胸高断面积绝对值在3种经营模式间差异很大,表现为目标树经营(5.3 m2·hm-2) < 综合抚育经营(11.0 m2·hm-2) < 无干扰(21.6 m2·hm-2);蒙古栎在各经营模式中均占有最大优势度,且目标树经营(55.1%)明显小于综合抚育经营(78.1%)和无干扰(79.6%);红松在目标树经营模式中的胸高断面积(2.8 m2·hm-2)和优势度(32.3%)都明显高于另外2种经营模式;林分平均密度和平均树高表现为无干扰显著大于另外2种经营模式(P<0.05),目标树经营与综合抚育经营模式间无显著差异;林木平均胸径在3种经营模式间无显著差异;从径级结构来看,除1~5和35~40 cm 2个径级外,无干扰模式的其他径级林木数量都明显多于目标树经营和综合抚育经营;从垂直结构来看,无干扰模式在>10 m的各层级都明显大于目标树经营和综合抚育经营;目标树经营、综合抚育经营和无干扰3种经营模式下乔木层物种多样性无显著性差异(P<0.05);综合抚育的灌木层物种多样性显著大于目标树经营和无干扰(P<0.05);目标树经营和综合抚育经营的草本层物种丰富度指数显著大于无干扰,3种经营模式中其他类型的多样性指数无显著差异(P<0.05);目标树经营与综合抚育经营的林分相似度最高,而目标树经营与无干扰林分相似度最低。[结论]目标树经营通过补植红松等后期树种的方式,成功地将后期树种引入林分,同时促进一些珍贵树种的生长;而短期来看,不加干扰的林分生产力水平高于目标树经营和综合抚育经营的林分;对于蒙古栎天然次生林而言,森林经营如何在长时间尺度上提高林分生长量,还需长期监测和深入研究。
千岛湖国家森林公园大气能见度变化特征及其影响因素
傅伟聪, 朱志鹏, 陈梓茹, 黄淑萍, 王敏华, 丁国昌, 董建文
林业科学. 2018, 54(1):  22-31.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180103
摘要 ( 99 )   HTML   PDF (3615KB) ( 285 )  
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[目的]研究千岛湖国家森林公园大气能见度变化特征及其影响因素,为提升森林景观及游览质量提供数据支撑。[方法]利用2015-12-01-2016-11-30监测数据,分析大气能见度变化特征,探究大气污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3)和气象因子(风速、气温、露点温度、海平面气压和空气相对湿度)对大气能见度的影响。[结果]千岛湖国家森林公园年均大气能见度为12.84 km,除PM2.5年均浓度略超出环境质量一级标准外,其他大气污染物年均浓度皆处于一级标准内,表明千岛湖国家森林公园空气质量较高;大气能见度呈夏秋季高、春冬季低的变化特征,最大值出现在8月,最低值出现在1月;从日变化规律看,最大值出现在傍晚(17:00),最低值出现在清晨(5:00);将大气能见度分为极差(<4 km)、差(4~10 km)、好(10~20 km)和极好(≥ 20 km)4个级别进行分析,发现不同级别大气能见度出现的频率有明显季节性,春冬季极差和差的频率高,好和极好的频率低,夏秋季好和极好的频率较高,差和极差基本未出现;年内数据相关性分析显示,大气能见度与大气污染物PM10、PM2.5、CO、SO2和NO2浓度及空气相对湿度和海平面气压负相关(相关系数分别为-0.29,-0.33,-0.26,-0.16,-0.35,-0.42和-0.11),而与气温、风速和露点温度正相关(相关系数分别为0.39,0.20和0.19);K均值聚类分析表明,千岛湖大气能见度较高时,气象条件为高温、高风速、低湿和低海平面气压,是夏秋季午后典型的气象特征,而大气能见度出现低值时,气象特征为低温、高湿、高海平面气压和低风速,为春冬季夜晚及凌晨典型的气象特征;以消光系数、干消光系数与AQI和大气污染物PM10、PM2.5、SO2、CO、NO2浓度构建回归模型,显示回归(P<0.001),且相对于其他污染物浓度指标,AQI和PM10、PM2.5浓度对大气能见度贡献率(R2)较高,表明其对大气能见度变化影响较大。[结论]千岛湖国家森林公园大气能见度高,空气环境质量较好,大气能见度呈现出明显的季节和日变化特征;大气能见度与大气污染物浓度和气象因子相关,气温、风速、空气相对湿度对大气能见度影响较高,AQI和PM10、PM2.5浓度对大气能见度影响较大;除去雨、雾等特殊天气影响后的大气能见度可有效反映大气环境质量。
基于随机森林算法和SRAP分子标记的桂花品种鉴定方法
邱帅, 沈柏春, 李婷婷, 郭娟, 王霁, 孙丽娜, 陈徐平, 胡绍庆
林业科学. 2018, 54(1):  32-45.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180104
摘要 ( 151 )   HTML   PDF (4674KB) ( 372 )  
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[目的]为了解决桂花品种难以鉴定以及苗木生产和园林应用中品种混杂、以次充好和常规DNA指纹图谱无法很好地应用于品种鉴定的问题,提出一种基于随机森林算法和SRAP分子标记的桂花品种鉴定方法,以实现桂花品种简便、快速和准确的鉴定。[方法]以45个桂花品种或变异类型为材料,提取DNA,使用90对SRAP引物进行PCR扩增,以毛细管电泳技术采集扩增信息,筛选出多态性强、扩增结果稳定的引物,计算单对引物的多态信息含量(PIC)、带型数、有效带型数、分辨能力(D)、带型分布的卡方值(χ2)和无法区分的样品对数(x)。筛选出能够完全区分所有品种的引物对组合位点数据作为训练集,用于构建基于随机森林算法的分类模型,并根据模型的泛化能力和分类效果选择最优的分类模型。[结果]筛选出10对SRAP引物,平均PIC为0.26,平均带型数为33.9,平均有效带型数为26.6,平均D为0.97,平均χ2为21.07,平均x为28.2。构建了8个分类模型rf1-rf8,每个分类模型均含有2对SRAP引物。所有分类模型都能完全区分所有桂花品种,模型的袋外数据(OOB)误差估计在0.004 4~0.013 9之间,rf5和rf3泛化能力最强,rf8最弱。rf1分类效果最优,rf3、rf4、rf5和rf7其次,rf2、rf6和rf8最差。[结论]分类模型rf1、rf3、rf4、rf5和rf7的分类能力最佳,所用SRAP引物对分别为me1/em3+me9/em6、me4/em5+me9/em6、me4/em8+me9/em6、me6/em9+me9/em6和me5/em5+me9/em6。除引物对的分辨能力外,所选引物对之间的相关性也显著影响模型的分类能力,相关性越弱,模型的分类能力越强。本研究提出的基于随机森林算法和SRAP分子标记的桂花品种鉴定方法,能够实现桂花品种简便、快速、准确的鉴定,满足桂花苗木生产、推广应用和种质资源保护对于品种鉴定的要求。
油桐叶肉细胞原生质体分离及瞬时转化体系的建立
谷战英, 杨若楠, 陈昊
林业科学. 2018, 54(1):  46-53.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180105
摘要 ( 130 )   HTML   PDF (1740KB) ( 250 )  
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[目的]探索油桐叶肉细胞原生质体分离的最适条件,建立油桐原生质体的遗传转化体系,使在油桐体内研究自身基因的功能成为可能。[方法]以油桐成熟叶片和组培苗幼叶为材料,通过酶解法成功分离得到油桐叶肉细胞的原生质体并确定最适分离条件。在此基础上,以获得的原生质体为受体系统,建立PEG介导的油桐原生质体基因转化方法。[结果]原生质体分离结果表明,酶解时间对原生质体产量和活性的影响最大,其次是纤维素酶浓度,而离析酶浓度和甘露醇浓度对原生质体产量和活性的影响较小。以成熟叶片为材料分离原生质体的最适条件为纤维素酶浓度1.5%、离析酶浓度1%、甘露醇浓度0.6 mol·L-1、酶解时间12 h,以组培苗幼叶为材料分离原生质体的最适条件为纤维素酶浓度2%、离析酶浓度1%、甘露醇浓度0.7 mol·L-1、酶解时间6 h。为了建立油桐原生质体的瞬时转化体系,通过PEG介导法将拟南芥MGT6基因导入到油桐原生质体中,结果发现MGT6蛋白定位于原生质体质膜,与之前报道的研究结果一致,这表明本研究建立的油桐原生质体转化方法可成功将外源基因导入油桐原生质体并使其表达。[结论]建立油桐成熟叶片和组培苗幼叶叶肉细胞原生质体的高效分离方法,综合考虑取材的便利性和对后续原生质体培养的影响,建议以组培苗幼叶为材料分离原生质体,分离条件为纤维素酶浓度2%、离析酶浓度1%、甘露醇浓度0.7 mol·L-1、酶解时间6 h。在分离得到油桐叶肉细胞原生质体的基础上,本研究建立的PEG介导的原生质体遗传转化方法能以油桐叶肉细胞原生质体为受体,高效地将外源基因导入其中并使外源基因表达。本研究结果不仅可促进油桐基础研究的发展,在通过细胞融合和基因工程手段进行油桐种质创新方面也具有重要意义。
不同光环境下天台鹅耳枥叶形变化的测定与分析
陈模舜, 金则新, 柯世省
林业科学. 2018, 54(1):  54-63.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180106
摘要 ( 138 )   HTML   PDF (6560KB) ( 301 )  
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[目的]天台鹅耳枥属于极少种群植物,环境适应能力较弱,仅分布于浙江省天台县和磐安县。叶片是对光环境变化敏感且可塑性较大的器官,通过几何学形态测定分析天台鹅耳枥叶形变化与环境因素之间的关系,探究不同光环境下天台鹅耳枥叶的异速生长模式,以期为天台鹅耳枥的苗木培育提供理论依据。[方法]研究天台鹅耳枥叶形对不同模拟生长环境光强(低光强LI、中等光强MI和全光照FI)的响应。3月中旬在叶未展开时对天台鹅耳枥进行不同遮荫处理,7月下旬采集成熟叶片。运用几何学形态测定法分析天台鹅耳枥3种光照梯度下叶形之间的差异,基于Tpsdig 2程序将叶片轮廓的17个地标点数字化为标准的图像,用IMP系列软件中的Coordgen软件计算每个梯度种群的标准轮廓坐标数据,用薄板样条曲线图来表示相对形态上的变化,应用PAST 3.14软件显示叶形和叶脉方面的差异。环境因素对叶形态的影响采用SPSS 11.5软件进行相关分析。[结果]通过天台鹅耳枥叶的几何学形态测定分析,表明叶片为椭圆形,先端渐钝尖,基部微心形;不同光环境下叶片形态相近,但叶形异速生长较明显。经过主成分分析和多变量方差分析,结果显示3个有意义的叶形状变量,其主成分占总方差的77.48%。相关性分析表明,天台鹅耳枥叶的形态学差异与光合有效辐射(PAR)、地表温度(Ts)、大气温度(Ta)和相对湿度(RH)显著相关(P<0.05)。当叶形变化与PAR、TsTa显著正相关、与RH显著负相关时,叶片出现中部的扩张或收缩,变异聚焦于叶基和叶尖交替的伸缩率;生长于弱光环境下,叶片中部出现扩展、叶尖压缩;在强光环境中,叶片中部挤压、叶尖膨大。当叶形变化与PAR、TsTa呈显著负相关、与RH显著正相关时,叶形变化涉及叶柄长度和叶尖伸缩率;在强光和弱光环境下,天台鹅耳枥叶柄伸长、叶尖收缩;在中等光强下,叶柄收缩、叶尖膨大。当叶形变化仅与PAR、TsTa显著正相关时,叶形变化涉及叶片的伸缩率;在中等光强下,叶柄收缩,叶片下半部挤压、叶尖膨大。利用叶形状的主成分数据作相对扭曲图验证,显示由于受光环境的影响,天台鹅耳枥叶柄和叶尖出现上、下扭曲。[结论]不同光环境下天台鹅耳枥叶存在异速生长,随着光照的增强天台鹅耳枥改变叶片形态、调节叶柄位置增加光合能力。天台鹅耳枥叶形变化与光环境的相关分析显示,与其中等光强的林窗环境相适应,天台鹅耳枥叶片椭圆形较为饱满,叶基和叶片下半部收缩,叶尖膨大,较短的叶柄能更有效地传导水分和养料。天台鹅耳枥在自然状态下依赖于特殊的生境,引种栽培天台鹅耳枥时,选择光照较强的林窗环境,可有效恢复和扩大天台鹅耳枥种群。
子叶切除与苗圃施肥对栓皮栎容器苗造林效果的影响
史文辉, 李国雷, 苏淑钗, 刘勇, 贾黎明, 尚治国
林业科学. 2018, 54(1):  64-73.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180107
摘要 ( 111 )   HTML   PDF (2225KB) ( 283 )  
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[目的]探究不同子叶切除强度和苗圃施肥对栓皮栎容器苗造林效果的影响,为丰富苗木质量调控技术提供参考。[方法]采用双因素试验设计,设置3种子叶切除强度(E1/3、E1/2、E2/3)和不切除对照(E0)设置,同时2种苗圃施肥处理(N0、N100),施入相同量的磷钾肥和微量肥料,调查分析生长季末栓皮栎苗高、地径和生物量以及造林1年后苗木形态、养分积累和光合特性。[结果]苗圃不施肥条件下,子叶切除处理均降低造林苗木生物量、养分含量和光合特性。苗圃施肥条件下,E1/3、E1/2处理苗木造林1年后主根生物量较对照(E0)分别增加21.9%、31.7%,侧根生物量分别增加41.4%、45.2%;E1/3、E1/2处理还提高造林苗木根系养分含量和光合特性,促进苗木对光能的利用与碳同化;E1/2处理对单株生物量和养分含量也有显著促进,对光合特性的促进效果比E1/3更佳;而E2/3处理苗木造林后生长受到严重抑制,苗圃施肥并未起到缓解作用,表明子叶自身养分对于苗木发育具有不可替代的地位,苗圃施肥效果有赖于子叶养分丢失程度。从苗圃和造林2个阶段评价子叶切除效应更为可靠;在子叶切除对造林苗木生长的影响评价过程中,苗木光合特性和生物量、养分含量同等反映苗木生长状况,是评价子叶切除效应的有效、便捷指标。[结论]适度切除子叶结合苗圃施肥有利于提高栓皮栎容器苗造林效果,切除1/2子叶结合苗圃施肥(每株100 mg N)培育栓皮栎容器苗造林效果最佳。
油茶食叶害虫角胸叶甲性选择和交配、产卵等行为学
杨柳君, 马玲, 刘晓玉, 冯睿, 朱桂兰, 曾爱平
林业科学. 2018, 54(1):  74-80.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180108
摘要 ( 122 )   HTML   PDF (958KB) ( 212 )  
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[目的]角胸叶甲(鞘翅目:叶甲科)是危害油茶叶子的重要害虫。研究角胸叶甲性选择和交配及产卵等行为学特性,为性干扰诱杀技术提供理论依据。[方法]从湖南永安镇油茶林土壤中挖出越冬代幼虫在室内连续繁殖,羽化后单头饲养,配对后观察其交配行为(记录交配前、交配和交配后3个阶段的交配行为)、交配产卵日节律(统计白昼和夜晚的交配次数和产卵量)、长期配对下成虫体质量及交配经历对性选择的影响。[结果]成虫羽化5~6天后开始交配,日平均交配(5±4.2)次,交配持续时间最短1 min,最长可达40 min,平均交配持续时间(18.88±9.3)min。交配后6~7天开始产卵,平均每雌产卵量为(275.5±131.4)粒。交配活动在10:00次数最多,其次在16:00、18:00较为密集。在下午有2个明显的产卵高峰期,分别为16:00和18:00,另外,在14:00、22:00及2:00产卵量相对较多,其他时间产卵量极少。雌虫喜欢选择体型小的雄虫进行交配,雄虫喜欢与有交配经历的雌虫进行交配。[结论]角胸叶甲成虫可进行多次交配,成虫体型对性选择有一定影响,成虫的交配经历也是影响性选择的一个重要因素。
基于高通量测序的4种不同树种人工林根际土壤细菌结构及多样性
丁新景, 敬如岩, 黄雅丽, 陈博杰, 马风云
林业科学. 2018, 54(1):  81-89.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180109
摘要 ( 142 )   HTML   PDF (1832KB) ( 298 )  
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[目的]研究黄河三角洲4个不同树种人工林根际土壤细菌群落结构及多样性,揭示人工林改善土壤生产力的微生物学机制,为人工林的栽培和管理提供理论依据。[方法]应用高通量测序技术,比较臭椿、榆树、绒毛白蜡和刺槐4种人工林根际土壤细菌群落结构及多样性,并结合根际土壤理化性质进行相关性分析。[结果]1)臭椿、榆树、白蜡和刺槐人工林根际土壤细菌分别有27、26、28和28门,酸杆菌门、变形菌门和放线菌门3门细菌在4种人工林根际土壤中相对丰度大于10%,是根际土壤中的优势群落;硝化螺旋菌门、绿弯菌门、浮游菌门、芽单胞菌门和疣微菌门5门细菌相对丰度超过1%,是根际土壤中的主要群落。4种人工林根际土壤中变形菌门、WS3、蓝藻菌门、广古菌门、厚壁菌门、OD1和软皮菌门7门细菌丰度差异显著。2)4种人工林中刺槐根际土壤细菌多样性最高,物种数、Chao1指数、Shannon多样性指数和Simpson指数分别为1 828.49、2 602.81、8.92和0.95。榆树根际土壤细菌物种数和白蜡根际土壤细菌Chao1指数最低,分别为1 703.36和2 161.69。臭椿根际土壤细菌Shannon指数最低,Simpson指数最高,分别为8.73和0.98。3)榆树根际土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量最低。刺槐根际土壤有效磷含量为3.47 mg·kg-1,显著高于其他3种人工林。臭椿根际土壤pH、碱解氮、速效钾和有机质含量最高,分别为8.52、48.63 mg·kg-1、330.27 mg·kg-1和74.83 g·kg-1,土壤含水量和有机质含量显著高于其他3种人工林。4)人工林根际土壤电导率、含水量、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量与根际土壤细菌多样性相关关系显著,土壤pH与细菌多样性指数无显著相关关系。[结论]黄河三角洲4种人工林根际土壤细菌结构相似,但部分细菌丰度差异显著;刺槐根际土壤细菌多样性最高。土壤电导率、碱解氮、有效磷和速效钾含量是细菌结构和多样性的主要影响因素。
等离子体处理对6种木材表面润湿性能的影响
彭晓瑞, 张占宽
林业科学. 2018, 54(1):  90-98.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180110
摘要 ( 116 )   HTML   PDF (1941KB) ( 260 )  
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[目的]基于现有大量空气等离子体对人工林木材表面改性的研究,采用不同气体辉光放电等离子体对3种人工林和3种天然林木材进行改性处理,对比研究其对木材表面润湿性能的影响,为常压空气等离子体处理木材表面的工业化生产提供理论支持,为等离子体在不同木材表面改性的应用奠定理论基础。[方法]采用空气(Air)、氧气(O2)、氮气(N2)、氩气(Ar)和氦气(He)5种气体辉光放电低温等离子体分别处理山杨、云杉、蓝桉3种人工林木材和实木制品及木质制品表面饰面常用的红栎、白桦和黑胡桃3种天然林木材,测试计算不同等离子体处理条件下木材的接触角和表面自由能,以及经氮气等离子体不同时间处理后木材的表面水接触角,研究不同气体辉光放电低温等离子体对不同材质木材表面润湿性能的影响。[结果]木材表面经空气、氦气、氩气、氮气和氧气5种气体等离子体处理后,表面与水、二碘甲烷的接触角均明显减小,表面自由能增大,润湿性得到显著改善。试验条件下,氦气等离子体处理对云杉、山杨木材表面润湿性能影响最大,而蓝桉、红栎、白桦和黑胡桃木材均为氩气等离子体处理后的表面接触角降幅最大,表面自由能增大明显。等离子体处理时间对木材表面润湿性影响相对较大,一般人工林木材以3 min为宜,天然木材以4 min为宜。[结论]不同气体等离子体处理木材表面后,木材表面润湿性能均得到改善,且以空气作为等离子体处理气体的润湿效果相对较好。在实际生产应用中,可采用空气等离子体处理提高木材及木基复合材料间的胶合、接枝等性能。
基于拉曼光谱技术的竹材细胞壁化学组分分布
韦鹏练, 杨淑敏, 刘嵘, 安鑫, 费本华
林业科学. 2018, 54(1):  99-104.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180111
摘要 ( 184 )   HTML   PDF (3142KB) ( 324 )  
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[目的]研究竹纤维单细胞中重要化学组分的分布,揭示竹纤维细胞壁中化学组分的分布规律。[方法]以6年生毛竹为研究对象,取竹壁中部竹材,制成超薄切片,利用高分辨率激光共聚焦拉曼显微镜对纤维细胞进行原位光谱采集,通过光谱成像技术分析毛竹纤维单细胞中重要化学组分的分布。[结果]S型木质素和G型木质素广泛分布于细胞壁各壁层中,而H型木质素则主要分布在细胞外缘。羟基肉桂酸的分布与H型木质素类似,也主要存在于细胞外缘的壁层中。纤维素在细胞壁宽壁层中的分布相对稳定,且比窄壁层具有更高的分布密度;从细胞外围向细胞内部,木质素的分布密度总体呈下降趋势,在复合胞间层、细胞腔周围以及各壁层之间的交界处还具有相对较高的分布密度,形成局部聚集分布。[结论]竹纤维细胞壁径向方向具有不同的化学组成,纤维素、木质素以及羟基肉桂酸在不同壁层之间具有不同的分布密度。
基于扫描热显微镜的木材细胞壁导热特性
徐德良, 徐朝阳, 丁涛, 张洋, 王思群
林业科学. 2018, 54(1):  105-110.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180112
摘要 ( 160 )   HTML   PDF (2703KB) ( 257 )  
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[目的]基于扫描热显微镜(SThM)对木材细胞壁横切面和径切面进行扫描,研究木材微观尺度的导热特性,以获得木材细胞壁微观组成和构造对导热特性的影响机制。[方法]使用钻石刀对北美红栎试样进行显微切片以获得足够光滑的试样表面,制备符合扫描热显微镜和显微拉曼光谱测试要求的试样。采用扫描热显微镜的热传导对照模式对北美红栎纤维细胞区进行扫描成像。[结果]SThM测试结果表明,SThM探针在横切面对木材细胞壁进行扫描时,细胞壁胞间层和角隅区域的SThM探针电流强度明显低于S2层,即细胞壁胞间层和角隅区域的导热能力显著低于S2层;而在径切面,SThM探针扫描后细胞壁S2层和胞间层及角隅区域的探针电流差异不明显,即S2层、胞间层和角隅区域的导热能力未表现出明显差异。显微拉曼光谱测试结果表明,相比S2层,胞间层和角隅区域拉曼谱图中归属木质素的特征峰强度相对归属纤维素的特征峰明显要强。选用归属木质素的1 520~1 680 cm-1波数范围对细胞壁进行拉曼成像,成像结果显示木质素在细胞壁胞间层和角隅区域含量高。[结论]木材细胞壁S2层、胞间层和角隅区域的导热能力在横切面表现出明显差异,而在径切面差异不明显。木材细胞壁在横切面表现出S2层导热能力强的原因,主要是由细胞壁不同壁层的空间构造特征差别造成的。S2层纤维素含量高,纤维素结构单元微纤丝排列接近平行于细胞轴向,由此在横切面施加热量后热量在S2层顺纹传递,而胞间层和角隅区域木质素含量高,在此两区域化学成分排列呈无序状态,因而表现出S2层导热能力强。当SThM探针从径切面施加给细胞壁热量后,热量在S2层中的传递近似垂直于微纤丝,即热量从横切面的顺纹传递转变为横纹传递,由此造成横切面S2层导热能力强的条件消失,进而在径切面S2层与胞间层和角隅区表现出的导热能力基本一致。SThM技术揭示了木材细胞壁中纤维定向排列结构对细胞壁不同壁层导热性能的影响,该技术可以有效用于研究木材微观导热性能与结构。
涂料涂布对人造板装饰原纸表面性状和印刷适性的影响及其机制
张正健, 张启莲, 张明志, 黄汝权
林业科学. 2018, 54(1):  111-120.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180113
摘要 ( 175 )   HTML   PDF (6539KB) ( 270 )  
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[目的]结合装饰原纸抄造和涂布整饰工艺,研究颜料化涂布改善装饰原纸印刷适性的作用机制,为装饰原纸的性能改善及其在人造板装饰领域的运用提供参考依据。[方法]优选阔叶木浆和针叶木浆,辅以二氧化钛、聚丙烯酰胺(PAM)、聚酰胺环氧氯丙烷(PAE)、硫酸铝等填料和助剂,通过动态纸页成型器抄造装饰原纸;以聚乙烯醇(PVA)、阳离子淀粉为胶黏剂,添加蒸馏水、颜料、分散剂等助剂,在高速搅拌机中搅拌40~60 min,制备涂料,通过激光粒度仪、锥板黏度计分析涂料的粒径和触变性;采用涂布机和压光机对所制装饰原纸进行涂布和压光整饰,利用SEM、AFM、动态渗透分析仪、动态接触角测定仪对涂布装饰原纸的涂层形貌结构进行表征分析;采用印刷适性仪对涂布装饰原纸进行凹版印刷打样,通过色密度计测量样张的颜色特性,分析涂布装饰原纸的印刷性能。[结果]通过粒径和触变性分析得出,TiO2(201)和SiO2颜料粒径小且分布窄,TiO2(902)和Clay颜料粒径大且分布宽,而Al2O3颜料粒径小且分布宽,颜料制备成涂料后涂料粒径分布范围均变大,其中Clay涂料粒径分布范围最大,SiO2涂料粒径分布范围最小;Clay涂料和Al2O3涂料的触变性大,TiO2(902)涂料和SiO2涂料触变性小;涂层结构性能研究发现,SiO2涂层能更有效覆盖原纸表面,且孔隙分布均匀;SiO2涂层在1.3 s内动态接触角下降幅度达58.17%,且动态渗透Ci最小为17.6,Ct为2.8,表明SiO2涂布装饰原纸表面的孔隙小且更加紧密,易形成良好的均匀紧密涂层结构;在涂布装饰原纸物理性能改善方面,紧度提高25%~61%,吸水高度提高33%~118%,平滑度提高150%~290%,干抗张强度提高171%~194%,湿抗张强度提高220%~290%,其中SiO2涂料涂布装饰原纸的综合物理性能最优,紧度提高25%,吸水高度提高108%,平滑度提高290%,干抗张强度提高171%,湿抗张强度提高290%;在印刷性能方面,SiO2涂布装饰原纸在凹印网穴深度为33 μm时,其印品的青品黄三色密度分别达到1.31、1.3和1.28,比原纸色密度提高16.5%~40%,颜色整体阶调再现范围变大,印刷装饰效果更加优异。[结论]对装饰原纸进行SiO2涂料涂布,能够有效填充装饰原纸表面孔隙,形成优良的涂层结构,有助于印刷油墨的吸收固着,从而抑制网点扩大进而起到有效改善原纸印刷适性作用。
纳秒水导激光加工木材工艺探讨
姜新波, 胡昊, 刘九庆, 朱晓亮, 杨春梅, 马岩
林业科学. 2018, 54(1):  121-127.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180114
摘要 ( 93 )   HTML   PDF (2812KB) ( 269 )  
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[目的]研究纳秒水导激光加工木材工艺,探讨加工过程中加工方向、加工速度、输出功率、加工深度和热劣化现象等对加工质量的影响,获得使纳秒水导激光加工木材达到最佳加工效果各影响因素之间的关系,并论证其加工工艺的可行性。[方法]在对现有激光加工技术的加工工艺和原理进行调查、分析和研究的基础上,设计并制造出木材纳秒水导激光加工试验台。介绍试验台的总体布局原则、试验方法及各部分的主要功能,详细阐述试验台主要组成部分——纳秒激光数控加工试验台、传动试验台的组成和功能,并分析研究纳秒水导激光加工木材的基本原理和微观现象;进行纳秒水导激光加工木材试验,试验过程中随时记录每条加工直线附近产生的现象,加工后多次测量每条直线加工深度并取平均值,绘制顺纹理方向加工速度与加工深度关系、垂直纹理方向加工速度与加工深度关系以及输出功率与加工深度关系曲线。[结果]当输出功率不变时,加工深度随着加工速度增加总体呈双曲线减少的变化规律;当加工速度不变时,加工深度随着输出功率增大而增大;当输出功率较高时,加工深度不会随着输出功率增大而增大,反而呈现出逐渐减小的趋势或保持不变;加工过程中会有炭化现象产生,炭化程度随着加工速度降低和加工深度增加而加重;当加工木材的材质不同时,加工效果存在一定差别,硬质木材的加工效果相对好于软质木材,炭化程度相对较低,加工深度相对较小,加工曲线大致相同,只是曲率存在一定差别。[结论]利用纳秒水导激光加工木材,应严格控制加工速度、输出功率和加工深度之间的关系。当加工深度较大时,应适当增大加工速度,否则加工点附近会有炭化现象产生。纳秒水导激光加工木材工艺具有一定的可行性。
家庭劳动力配置异质性农户非木质林产品经营行为选择——来自陕西省和四川省1131户的调查
薛彩霞, 姚顺波
林业科学. 2018, 54(1):  128-140.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180115
摘要 ( 87 )   HTML   PDF (2025KB) ( 206 )  
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[目的]分析家庭劳动力配置差异对农户非木质林产品(NTFP)经营行为选择的影响,为巩固国家林业重点生态工程成果、实现林业可持续发展、缓解生态林业与民生林业之间的矛盾提供决策依据。[方法]在考虑农户家庭成员内部劳动力分工相互依赖的基础上,根据劳动力配置状况将农户划分为5种类型,并利用陕西省和四川省农户实地调查数据,分析不同类型农户NTFP的经营方式和技术类型及其各自的影响因素。[结果]劳动力配置差异农户在NTFP的经营方式和技术类型选择上存在显著差异;林地收入占比对各类农户种植经济林和发展林下经济影响显著,财政补贴对农户发展林下经济影响显著;林地质量和林地距公路的距离对各类农户的技术类型选择影响显著,农业劳动力规模、信贷支持和财政补贴对兼业型农户技术类型选择影响显著。[结论]劳动力配置不同导致农户NTFP经营行为存在差异;经济效益是农户选择经营NTFP的直接动因,财政补贴对农户发展林下经济具有显著促进作用;林地禀赋是各类农户经营劳动密集型NTFP的基础,农业劳动力规模和政策支持对兼业型农户经营劳动密集型NTFP具有重要影响。
综合评述
针叶树碳水化合物分配研究进展
钱杨, 孙洪刚, 董汝湘, 姜景民
林业科学. 2018, 54(1):  141-153.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180116
摘要 ( 123 )   HTML   PDF (2094KB) ( 324 )  
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全球气候变化对森林尤其是人工林生态系统碳水化合物分配模式产生显著影响,可导致人工林大面积死亡,会因此产生碳排放,由碳汇变为碳源。对现有人工林进行可持续科学经营管理,提高碳同化效率,减缓大气CO2浓度升高趋势,增加林分碳储量,提高森林适应性,是当前和未来应对全球气候变化、发挥人工林减缓并适应气候变化作用的重要举措之一。我国现有针叶人工林面积占人工林总面积的70%以上,但每公顷平均碳储量只有世界平均水平的17%,因此森林增加碳汇的重点应该放在提升现有针叶林的碳密度方面。然而,有关针叶树碳水化合物分配机制以及针叶树如何通过调节碳分配模式来适应环境变化等方面的研究存在很大争议。基于此,本文首先介绍不同时空尺度下针叶树碳源和碳汇的内涵和确定标准,其次讨论碳水化合物在针叶树体内运输途径以及生长、储存和防御等方面的分配模式,进而分析影响碳水化合物分配的外界因素和内在调控机制,最后结合碳水化合物分配理论研究的核心问题以及利用培育措施提高针叶林碳汇能力方面对未来研究方向提出建议:1)时空尺度演绎视角下碳水化合物分配机制;2)极端气候条件下多环境因子对针叶树碳水化合物分配综合作用机制;3)针叶树碳汇林培育理论体系构建的关键问题。
木材湿热软化压缩技术及其机制研究进展
黄荣凤, 高志强, 吕建雄
林业科学. 2018, 54(1):  154-161.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180117
摘要 ( 135 )   HTML   PDF (2023KB) ( 302 )  
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木材压缩是提高软质木材密度、强度和硬度,改善木材物理力学性能,扩大木材应用范围的有效方法。本文针对湿热软化下的木材压缩问题,从木材软化机制、软化特性、软化点的确定、热板加热下的传热传质特性、层状压缩的形成和压缩变形固定等方面分析木材压缩技术的研究现状、进展以及存在的问题。木材细胞壁的成分和组织构造是影响木材软化和压缩变形的主要内在因素,而湿和热则是影响木材压缩变形的外在因素。木材是一种具有弹塑性的天然高聚物。干燥木材缺乏塑性,水分和热量都能对木材组分起到增塑作用,特别是在湿热共同作用下增塑作用更加显著。木材细胞壁主要成分纤维素、半纤维素和木质素的特性及所占比例直接影响木材的可塑性,其中木质素的含量和软化特性是木材软化的主要影响因素。玻璃化转变温度和应力屈服点是表征木材软化最常用的参数。在木材弹塑性分析中,应力屈服点控制了木材在塑性区域的应力-应变关系,同时也决定了塑性变形潜能,但由于木材成分和结构非常复杂,应力-应变关系的拐点并不明显,因此应力屈服点和屈服应力的确定是木材塑性变形表征的关键点,也是一个难点。木材的组织构造主要影响木材的传热传质过程。利用木材3个断面渗透性的显著差异,通过干燥、浸水、放置、热板加热等处理,可使木材内部各个层面上形成差异显著的含水率梯度分布和屈服应力差,压缩后形成层状压缩木材。层状压缩木材压缩层的密度可达0.8 g·cm-3以上,未压缩层仍然保持原有的密度,而且压缩层的形成部位是可控的。层状压缩技术可以解决整体压缩木材损失大的问题,但目前木材压缩变形机制的研究都是围绕木材整体压缩开展的,缺乏木材软化点和屈服应力随含水率变化规律以及热板加热下木材内部屈服应力差变化规律的基础研究。要实现层状压缩的可控性,还需要在热板加热下的传热传质规律及木材湿热梯度分布的形成与调控等方面开展深入研究。
研究简报
喷施茉莉酸诱导长白落叶松抗性对舞毒蛾生长发育的影响
姜礅, 薛羿, 徐智文, 王嘉冰, 孟昭军, 严善春
林业科学. 2018, 54(1):  162-167.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180118
摘要 ( 89 )   HTML   PDF (912KB) ( 189 )  
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[目的]采用喷施茉莉酸处理诱导长白落叶松产生系统抗性,分析系统抗性对舞毒蛾生长发育和繁殖的影响,揭示局部与全株处理诱导抗性的差异。[方法]以3种不同浓度(0.01、0.10和1.00 mmoL·L-1)的茉莉酸局部或全株喷施长白落叶松苗,以喷水组为对照(CK),观察记录各处理组舞毒蛾生长发育状况和产卵量,分析其解毒代谢酶的活性。[结果]取食用茉莉酸局部或全株处理长白落叶松后,各处理组舞毒蛾3~6龄幼虫体质量均低于CK,其中1.00和0.10 mmol·L-1局部及全株处理组的舞毒蛾3~6龄幼虫、0.01mm·L-1局部和全株处理组的舞毒蛾5、6龄幼虫体质量与CK差异显著(P<0.05)。各处理组的幼虫存活率、雌雄蛹质量和产卵量均低于CK,其中除了0.10 mmol·L-1全株处理外,其他各处理组的蛹质量均和产卵量与CK差异显著(P<0.05)。浓度相同时,茉莉酸局部处理对舞毒蛾生长发育和产卵量的抑制作用与全株处理相近,且处理浓度为1 mmol·L-1时的抑制作用优于其他2种浓度。0.10 mmol·L-1局部处理组舞毒蛾3龄幼虫体内的ACP、AKP活性和4龄幼虫体内的AKP、SOD、POD活性均显著高于CK(P<0.05),且局部与全株处理组幼虫保护酶和解毒酶活性的变化趋势一致。[结论]茉莉酸局部处理长白落叶松后能系统诱导增强其抗虫性,抑制舞毒蛾的生长发育和繁殖,且诱导效果与全株处理相近,舞毒蛾幼虫也能通过提高体内保护酶和解毒酶的活性抵御落叶松产生的诱导抗性。
福建三明市应用Smal-007菌剂防治松材线虫病的效果
姚伍, 郑催云, 陈红梅, 刘侃诚, 韩正敏
林业科学. 2018, 54(1):  168-173.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180119
摘要 ( 117 )   HTML   PDF (1001KB) ( 222 )  
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[目的]基于Smal-007生防菌已有防治松材线虫病的效果,选择福建省三明市林区扩大防治面积,以验证Smal-007生防菌在我国南方林区的应用效果。[方法]选择三明市梅列区、三元区、沙县凤岗街道和沙县青州镇4个试验点,共363.6 hm2松林进行松材线虫病防治试验。梅列区试验地103.3 hm2,为马尾松纯林,其中防治区65.1 hm2,对照区38.2 hm2;三元区试验地100.0 hm2,多为马尾松阔叶混交林,其中防治区51.7 hm2,对照区48.3 hm2;凤岗街道试验地82.4 hm2,多为马尾松纯林,其中防治区56.5 hm2,对照区25.9 hm2;青州镇试验地77.9 hm2,多为马尾松阔叶混交林,其中防治区53.6 hm2,对照区24.3 hm2。在梅列区试验地,使用小松MD6200喷雾机人工喷洒Smal-007菌液,喷洒量为12~15 kg·hm-2;在三元区和沙县试验地,使用海燕650-C型轻型飞机喷洒Smal-007菌液,喷洒量为6~7 kg·hm-2。2014和2015年每年5月各喷洒1次,每年12月统计各试验地松材线虫病枯死株数,计算防治效果。[结果]人工喷洒的梅列区试验地和飞机喷洒的三元区试验地松树枯死株数明显减少,松树枯死株降低率在90%以上,其中梅列区试验地2014和2015年防治效果分别为90.9%和100.0%,三元区试验地2014和2015年的防治效果分别为93.4%和92.7%。飞机喷洒沙县试验地,由于2次喷洒后均遇到大雨,防治效果不理想,其中沙县凤岗街道试验地2014和2015年的防治效果分别为30.5%和69.4%,沙县青州镇试验地2014和2015年的防治效果分别为26.7%和20.1%。[结论]在进行Smal-007生防菌的松材线虫病防治时,只要喷洒均匀,喷洒后保持48 h无雨,就可以达到满意的防治效果,Smal-007生防菌能在闽北松材线虫病疫区推广应用。
不同生长期毛竹材细胞壁力学性能与微纤丝角
刘苍伟, 苏明垒, 王思群, 王新洲, 赵荣军, 任海青, 王玉荣
林业科学. 2018, 54(1):  174-180.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180120
摘要 ( 127 )   HTML   PDF (2806KB) ( 283 )  
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[目的]以不同生长期的毛竹材纤维细胞壁为研究重点,在纳米尺度下分别表征不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能,阐明成熟毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能与幼龄竹和过熟竹的差异,为竹材的科学采伐和竹材分级、改性及重组研究与合理利用提供理论依据。[方法]采用滑走显微制片法观察毛竹材横切面显微结构并精准确定其纳米压痕测试部位,应用纳米压痕技术结合非包埋制样法对0.5年幼龄毛竹、4.5年成熟毛竹和10.5年过熟毛竹材纤维细胞壁力学性能进行研究;利用广角X-射线散射法结合高斯拟合算法对不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的微纤丝角进行测算。[结果]毛竹材竹肉横切面显微结构表明,毛竹主要由薄壁组织细胞和维管束组成,维管束由导管和包裹着导管周围的厚壁纤维细胞组成;对其厚壁纤维细胞壁的纳米压痕测试结果表明,3个生长发育期的毛竹材细胞壁力学性能指标有较大不同,其中0.5年幼龄毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度最小,分别为10.7 GPa和0.358 GPa,4.5年成熟毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度均为最大,分别为19.6 GPa和0.498 GPa,10.5年过熟毛竹材的细胞壁硬度和弹性模量居二者之间,分别为17.6 GPa和0.445 GPa;微纤丝角测试结果同样表明不同生长发育期毛竹材细胞壁的微纤丝角不同,其中0.5年幼龄毛竹材微纤丝角最大,为13.5°,4.5年成熟毛竹材微纤丝角度最小,为8.43°,而10.5年过熟毛竹材微纤丝角介于二者之间,为11.9°。[结论]生长期对毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝排列均有影响,幼龄毛竹材纤维细胞壁力学性能与成熟毛竹材纤维细胞壁力学性能有较大差别,随着竹龄增大达到成熟期时,毛竹材纤维细胞壁力学性能达到最大,但毛竹材并不是生长期越长其细胞壁力学性能越好,而是随着竹材老化其力学性能呈下降状态。处于成熟期的毛竹材其纤维细胞壁微纤丝排列与主轴的夹角呈较小状态,也决定了其具有较优的力学性能。依据3个竹龄毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝角测量结果,本研究在细胞壁水平阐明了毛竹材在成熟期时其微观力学性能优于幼龄毛竹材和过熟毛竹材。