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2019年 第55卷 第5期 刊出日期:2019-05-25
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林业科学. 2019, 55(5):  0-0. 
摘要 ( 58 )   PDF (12284KB) ( 240 )  
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论文与研究报告
环剥对毛白杨树干表面CO2通量及其温度敏感性的影响
张茜茜, 杨庆朋, 刘亮, 王清涛, 李菲, 郭丽丽, 郝立华, 曹旭, 范晓懂, 梁伟佳, 郑云普
林业科学. 2019, 55(5):  1-10.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190501
摘要 ( 114 )   HTML   PDF (4805KB) ( 338 )  
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[目的]探明光合产物供应状况对树干表面CO2通量及其温度敏感性的影响机制。[方法]以10年生毛白杨人工林为研究对象,采用随机区组试验设计,通过环剥改变林木的光合产物供应状况,连续监测环剥点上部(AG)和下部(BG)的树干表面CO2通量(Es)和树干温度(Tstem)并拟合其温度敏感性(Q10),同时测定AG和BG非结构性碳水化合物含量的动态变化,比较生长季和非生长季的Es及其Q10对底物变化的不同响应。[结果]1)相比于对照树木(NG),环剥处理30天后,环剥导致生长季AG的Es升高57%和BG的Es降低43%,但在非生长季NG、AG和BG的Es差异不明显。2)环剥降低生长季AG和BG的可溶性糖浓度29%和15%,而非生长季环剥导致AG和BG的可溶性糖浓度分别降低15%和增加10%。3)不同季节EsTstem均存在较好的指数函数关系,但环剥会降低AG和BG的TstemEs变化解释率。4)环剥提高生长季和非生长季AG的温度敏感性(Q10)和树干基础呼吸速率(R15),但却同时降低BG的Q10R15。[结论]环剥阻断了光合产物的输入,从而改变树体环剥点上、下部的可溶性糖含量,最终导致环剥点上部的树干表面CO2通量及其温度敏感性上升,而环剥点下部的树干表面CO2通量及其温度敏感性下降。毛白杨树干表面CO2通量及其温度敏感性对环剥的响应在不同季节(生长季和非生长季)存在明显差异。
秦岭南坡林地土壤有机碳密度空间分异特征
卫玮, 党坤良
林业科学. 2019, 55(5):  11-19.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190502
摘要 ( 96 )   HTML   PDF (1199KB) ( 319 )  
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[目的]研究陕西秦岭南坡林地土壤有机碳密度空间分异特征,为秦岭林区土壤有机碳科学管理提供理论依据。[方法]在陕西秦岭南坡不同林区(洋县长青、佛坪县龙草坪、太白县太白山、宁陕县宁东和宁陕县宁西)及立地条件(海拔、坡向、坡位和坡度)设置样地,通过调查、取样和测定,采用差异性检验分析不同立地因子对土壤有机碳密度(tC·hm-2)的影响,并通过逐步回归分析量化各因子对土壤有机碳密度影响的相对重要性。[结果]秦岭南坡林地土壤有机碳密度均值为125.41 tC·hm-2(52.60~307.36 tC·hm-2),在0~10,10~30和30~60 cm土层分别为59.04,41.65和24.73 tC·hm-2,分别占土壤有机碳总密度的47.07%,33.21%和19.72%;秦岭南坡不同林区土壤有机碳密度差异较大,表现为龙草坪(143.55 tC·hm-2) > 宁东(138.37 tC·hm-2) > 宁西(134.09 tC·hm-2) > 太白山(109.29 tC·hm-2) > 长青(90.22 tC·hm-2);土壤有机碳密度随海拔升高先增后降,在海拔800~1 200 m最低(平均90.24 tC·hm-2),在海拔2 000~2 400 m最大(平均166.43 tC·hm-2),当海拔高于2 400 m后下降(平均132.51 tC·hm-2);阴坡土壤有机碳密度(127.23 tC·hm-2)稍高于阳坡(123.25 tC·hm-2);土壤有机碳密度随坡度增大而降低,由147.52 tC·hm-2减至87.06 tC·hm-2;土壤有机碳密度在下坡位(166.36 tC·hm-2)大于中坡位(129.43 tC·hm-2)和上坡位(77.14 tC·hm-2)。[结论]秦岭南坡林地土壤有机碳密度存在显著的区域差异,并随海拔升高先升后降,在各海拔间和不同坡位间均差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01),但在阴坡与阳坡间无显著差异。逐步回归分析表明,坡位和海拔是影响土壤有机碳密度差异的主导立地因子。与我国其他主要林区相比,陕西秦岭南坡林地土壤有机碳密度处于较高水平,在我国森林土壤碳库中具有重要地位,应加强管理。
轻稀土尾矿库区植被修复的镧、铈富集植物筛选
魏光普, 闫伟, 于晓燕, 魏杰, 肖凤洁
林业科学. 2019, 55(5):  20-26.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190503
摘要 ( 120 )   HTML   PDF (962KB) ( 192 )  
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[目的]测定我国北方某轻稀土尾矿库区的土壤轻稀土元素含量及植物中镧、铈元素含量和分布,分析植物对轻稀土元素镧、铈的转移系数和吸收系数,筛选镧、铈富集植物,以期发现轻稀土富集植物,为尾矿库景观生态恢复提供理论依据。[方法]以稀土尾矿库区尾矿坑的边缘绿地为研究样地,依据风向将采样点设置在东南、西北、东北和西南4个方向,从矿坑边缘由近及远依次设置在50,100和300 m边坡处,共计12个采样点。利用五点采集-四分法收集0~20 cm表层土壤样品,在采样点采集修复工程栽植的6种植物(梭梭、小叶锦鸡儿、花棒、胡枝子、白刺和毛白杨)地上器官和根部样品。采用ICP法测定土壤中轻稀土元素镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、钷Pm和铕Eu含量及植物中镧和铈含量。采用N.L.Nemerow综合指数法分析轻稀土尾矿库周边土壤单因子污染指数平均值,采用生物转移系数评价植物转移效率,采用生物吸收系数评价植物吸收土壤中镧和铈的能力。[结果]轻稀土尾矿库土壤中La,Ce,Pr,Nd,Sm,Pm和Eu的平均含量分别为2 762.46,5 440.42,1 308.42,1 604.11,133.96,28.12和40.53 mg·kg-1,镧、铈含量之和占测试样品轻稀土总量的72%;各方位表层土壤中轻稀土含量表现为东南 > 东北 > 西南 > 西北,且高于内蒙古土壤含量几何平均值(背景值)25.10~230.56倍,且各方向土壤的单因子污染指数均大于3,确定研究区土壤属重度污染;东南单因子污染指数平均值为69.06~544.10,污染值最高,西北单因子污染指数平均值为5.99~19.75,污染值最低,东北和西南单因子污染指数平均值相似;梭梭、胡枝子和白刺体内La和Ce含量均表现为地上器官>根,小叶锦鸡儿、花棒和毛白杨体内La和Ce含量均表现为根>地上器官;梭梭、胡枝子和白刺的镧、铈转移系数为1.03~1.76,胡枝子的镧、铈吸收系数为1.00~1.72,只有胡枝子的镧、铈转移系数和吸收系数均大于1。[结论]胡枝子是轻稀土元素镧、铈的富集植物,可用于轻稀土污染土壤修复,其他5种植物可作为轻稀土元素的耐受性植物应用。
不同毛白杨无性系林分蓄积量的长期水氮耦合效应
朱嘉磊, 薄慧娟, 李璇, 文春燕, 王江, 聂立水, 田菊, 宋莲君
林业科学. 2019, 55(5):  27-35.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190504
摘要 ( 112 )   HTML   PDF (1369KB) ( 220 )  
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[目的]研究不同田间持水量和纯氮施用量对毛白杨人工林单位面积上林分蓄积量的影响,确定毛白杨无性系最佳水氮组合方案。[方法]采用裂区试验设计在河北威县林地研究不同水氮耦合处理对不同无性系(BT17,B331,S86,1316)毛白杨林分蓄积量影响。[结果]1)无性系在不同纯氮施用量和田间持水量灌溉条件下单位面积上林分生长量有差异,S86无性系对高水肥处理响应较好,1316无性系响应较差。2)对杨树人工林进行水分灌溉管理措施时,应该设置田间持水量75%以上作为灌溉临界值同时灌溉临界值应考虑造林地区的环境条件、造林密度、林龄等因素。3)杨树人工林单位面积上纯氮施肥量范围是在100~400 kg·hm-2,且施肥量应当根据实验地区肥力等级状况进行酌量加减。[结论]在河北威县S86无性系是在田间持水量75%以上和每株施氮量160 g的管理措施下能实现速生丰产的毛白杨无性系,建议在相近地区进行杨树人工林速生丰产林培育时候优先考虑。
不同林龄杉木人工林土壤微生物群落代谢功能差异
王超群, 焦如珍, 董玉红, 厚凌宇, 赵京京, 赵世荣
林业科学. 2019, 55(5):  36-45.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190505
摘要 ( 148 )   HTML   PDF (3165KB) ( 371 )  
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[目的]研究不同林龄杉木人工林土壤理化性质以及微生物对碳源利用的差异,明确林龄对土壤微生物功能多样性的影响,为杉木人工林可持续经营管理提供理论依据。[方法]在福建武夷山脉选择3、12和38年生的杉木人工林,采用Biolog-ECO法研究不同林龄杉木人工林表土层(0~20 cm)土壤微生物对碳源的利用特征,并对土壤微生物利用各类碳源的特性进行热图分析、主成分分析(PCA)和相关性分析,揭示利用碳源的差异及导致差异的主要影响因素。[结果]不同林龄杉木人工林土壤微生物群落的代谢活性、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数、McIntosh多样性指数和McIntosh均匀度指数均随林龄的增加而增加。在96~168 h培养时间内,38年生杉木人工林土壤微生物群落的代谢活性显著高于12年生和3年生(P<0.05)。38年生对酚酸类、胺类和氨基酸的利用强度较大,12年生对酚酸类、多聚物和氨基酸的利用强度较大,3年生对多聚物、羧酸和碳水化合物的利用强度较大,并且38年生土壤微生物群落代谢碳水化合物、氨基酸、羧酸和胺类的强度显著高于3年生,而12年生和3年生土壤微生物群落对6类碳源的利用率差异不显著(P>0.05)。热图分析结果表明:38年生和12年生杉木人工林土壤微生物群落能够代谢31种碳源底物,而3年生杉木人工林土壤微生物群落仅能代谢19种碳源底物。环境因子中,土壤pH、全氮、速效钾和碳氮比能够显著影响微生物群落的代谢功能。[结论]38年生杉木人工林表土层(0~20 cm)土壤微生物群落代谢活性和多样性最高,3年生最低,pH、全氮含量随林龄的增加而上升,碳氮比则随林龄增加而下降,因此林龄是驱动杉木人工林土壤生物学和非生物性质变化的重要因素。
合欢种皮结构及其与吸水的关系
陈丽, 代松, 马青江, 邓先静, 朱铭玮, 李淑娴
林业科学. 2019, 55(5):  46-54.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190506
摘要 ( 121 )   HTML   PDF (5849KB) ( 241 )  
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[目的]研究合欢种皮结构及其对种子吸水的影响,探索种子的吸水机制,为硬实性种子休眠的解除提供理论依据。[方法]以籽粒饱满、无病虫害的合欢种子为试材,利用体视显微镜和扫描电镜观察种皮结构,并结合染色法和凡士林密封试验,探究合欢种皮结构对吸水的影响。[结果]合欢种子的种皮具有不透水性,采用始温60、70、80℃的热水浸种处理均能有效解除其硬实性,但种子生活力随热水温度的升高而降低。合欢种子呈不规则的扁椭圆形,种皮坚硬,黄褐色,背腹面各有一条向外突出且长轴与种子侧缘平行的椭圆形棱。扫描电镜结果表明,椭圆形棱是种皮表面的一道较宽的裂痕。合欢种子种皮由外到内依次为:表皮层、栅栏层、骨状石细胞层、厚壁细胞层、薄壁细胞层。种子表面有许多大小、形状及深度不同的裂缝。种孔和种脊紧闭,种脐被致密的蜡质所覆盖,维管束由种脐开始平行于种皮表面向其深处延伸。热水处理后,种孔开启,种脊处细胞开裂,种脐处的蜡质减少。凡士林密封实验发现,解除硬实性后,种子各部位均可吸水,但子叶末端区域的吸水量始终最低。吸水4 h时,种脐部位的吸水量最大,显著高于其他处理;随后中间部位吸水加快,吸水至24 h,种脐部位和中间部位的吸水率差异不显著,均高于子叶末端部位,该差异趋势一直保持至种子吸水饱和。苯胺蓝染色发现,种皮有3种吸水途径:水分最先由种脊进入种皮并沿其内的维管束移动;随后种孔和种脐处也有水分进入;水分还可以透过表皮层,但没有继续向内穿过栅栏层进入种子内部。TTC染色发现,种子的胚根端最先吸水并被染成红色,随后水分由胚根端向种子另一端即子叶末端迁移,在同一水平位置水分由子叶侧缘向中间渗透。[结论]解除合欢种子硬实性的最佳方法是始温70℃的热水处理5 min。种脊是合欢种子的初始吸水部位,随后水分也由种孔和种脐进入种胚,并由胚根端向子叶末端迁移。种皮的栅栏层、明线、厚壁细胞层、覆盖于种脐表面的蜡质层和填充于种皮维管束中的蜡质可能均与合欢种子的硬实性有关。
楸树种间和种内杂种生长与光合系统氮素利用及分配的差异分析
肖遥, 易飞, 韩东花, 卢楠, 杨桂娟, 赵鲲, 王军辉, 麻文俊
林业科学. 2019, 55(5):  55-64.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190507
摘要 ( 122 )   HTML   PDF (2772KB) ( 243 )  
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[目的]采用课题组早期创制的楸树种内杂种和种间杂种为试验材料,比较杂种间多年的生长性状及光合生理生化特性。旨在明晰楸树种间和种内杂种的生长及光合能力差异及其原因,探究杂种叶片氮素利用及分配与光合效率的潜在关系,为楸树栽培及遗传改良提供参考。[方法]试验采用完全随机区组设计,测定种内杂种(楸树×楸树,Cbb)和种间杂种(楸树×滇楸,Cbf)1~5年树高和1~6年胸径及6年生时的叶片氮素含量、叶绿素含量、光响应曲线和CO2响应曲线。采用非直角双曲线模型拟合光响应曲线,FvCB生化模型(Farquhar、von Caemmerer和Berry提出的生物化学光合模型)拟合CO2响应曲线,分别计算了表观光合量子效率(AQY)、光补偿点(LCP)等气体交换参数及最大羧化效率(Vc max)、最大电子传递速率(Jmax)等光合生理生化参数。并计算出光合系统(捕光系统,羧化系统和生物力能学组分)氮素分配比例。[结果]方差分析显示2年生以上的种内杂种Cbb树高和胸径均显著大于种间杂种Cbf。种间与种内杂种间叶绿素总量没有显著差异,但Cbf叶绿素b显著高出Cbb 15.08%,Cbb的叶绿素a/b和类胡萝卜素/叶绿素总量比值均显著大于Cbf。Cbb具有更高的最大净光合速率、气孔导度、最大羧化效率和暗呼吸速率,表明了Cbb具有更强的光合能力。种间与种内杂种间叶片氮素含量没有显著差异,但Cbb光系统氮素分配比例相对较高,同时具有更高的光合氮素利用效率,这可能是其高光合效率的主要因素之一。相关分析表明楸树杂种光合氮素利用效率与氮素在羧化系统及生物力能学组分中的分配比例呈显著正相关;种内杂种Cbb光合氮素利用效率与其胸径具有较好的(R2=0.531)正向线性关系。[结论]1)楸树种内杂种(楸树×楸树)对本地环境(中原地区)具有更强的适应性,致使其生长势显著优于种间杂种(楸树×滇楸);2)相对于云贵高原,中原地区更长的日照时间和更高的7月均温可能促使了楸树×楸树形成适应高光合辐射环境的响应机制(高水平Chl a/b和Car/Chl a+b);3)楸树×楸树光合系统更高的N分配比例及高效的N素利用效率提高了其光合能力;4)楸树种间杂种中滇楸所传递给子代的遗传物质不具有适应中原地区环境的调控机制,这是楸树×滇楸在生长和光合生理方面均劣于楸树×楸树的主要原因。
气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统研建
李亚藏, 冯仲科
林业科学. 2019, 55(5):  65-73.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190508
摘要 ( 73 )   HTML   PDF (2057KB) ( 281 )  
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[目的]构建气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统,分析气候因子对马尾松各分项生物量的影响,为森林碳汇监测和森林可持续经营提供技术支撑。[方法]基于150株马尾松单木生物量数据,采用非线性联立方程组法构建气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统,各分项生物量(干材、干皮、树枝、树叶和地上总生物量)选用以直径和树高为自变量的二元生物量方程作为基础模型,利用一阶交叉验证法对所构建的生物量相容性方程系统进行评价。[结果]与传统未考虑气候因子的各分项生物量模型相比,气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统预测精度明显提高,且该生物量相容性方程系统可定量描述不同气候带亚区生物量的差异程度,保证干材、干皮、树枝和树叶与地上总生物量相容。[结论]气候敏感的马尾松生物量相容性方程系统能有效分析气候因子对各分项生物量的影响,可应用于其他树种的生物量预估。
多极化星载SAR森林覆盖变化检测方法
谷鑫志, 陈尔学, 李增元, 赵磊, 范亚雄, 王雅慧
林业科学. 2019, 55(5):  74-84.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190509
摘要 ( 102 )   HTML   PDF (7640KB) ( 237 )  
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[目的]利用多极化星载SAR数据,分析后向散射强度比值影像的概率密度分布特征,融合后向散射强度信息和影像空间上下文信息,提出一种具有较高检测正确率及较低虚警率和漏警率的森林覆盖变化检测方法,为多极化SAR卫星数据的业务化应用提供技术支撑。[方法]将"2期分别分类森林覆盖变化检测法"(CBFC)与"贝叶斯最大期望-马尔科夫随机场(EM-MRF)变化检测法"相结合,首先采用阈值分割法分别对2期多极化SAR影像进行森林-非森林分类得到初始森林覆盖变化图,然后以初始森林覆盖变化图作为训练数据对多极化比值影像进行Fisher特征变换和EM-MRF分类处理,2个时相的HH、HV极化比值影像经Fisher特征变换转化为一个综合差异影像,输入EM-MRF进行迭代分类得到森林覆盖变化检测结果。以黑龙江省逊克县为试验区,以2期ALOS PALSAR双极化数据为SAR遥感数据,以对2期Landsat-5影像、高空间分辨率遥感影像进行目视解译得到的森林覆盖变化图为参考,对本研究提出方法的有效性与CBFC方法及直接用CBFC提取的森林覆盖变化检测图掩膜EM-MRF地表覆盖变化检测图方法(CBFC-EM-MRF)进行比较评价。[结果]通过Fisher特征变换得到的差异影像可有效增强森林覆盖变化、未变化类别的对比度;CBFC通过阈值分割法进行森林-非森林分类,提取的森林覆盖变化图中出现很多面积很小的虚警检测,漏警率也很高,而本研究提出方法通过MRF加入影像空间上下文信息,提高了检测结果的空间连贯性,森林覆盖变化检测虚警率为1.58%,漏警率为11.87%,正确率为98.36%,检测效果和精度明显优于CBFC和CBFC-EM-MRF。[结论]多极化星载SAR森林覆盖变化检测方法具有收敛性好、检测结果可信度高、需要用户交互较少等特点,对我国高分三号及未来其他多极化SAR卫星的森林资源监测业务应用具有重要参考价值。
油茶苗圃炭疽病原菌鉴定及抗药性
李河, 李司政, 王悦辰, 刘君昂, 徐建平, 周国英
林业科学. 2019, 55(5):  85-94.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190510
摘要 ( 101 )   HTML   PDF (1948KB) ( 211 )  
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[目的]探讨中国油茶苗圃炭疽病原菌种类,揭示油茶苗圃炭疽病菌抗药性,为其防治提供依据和指导。[方法]分离油茶苗圃炭疽病菌,并对分离菌株的ApMat基因进行PCR扩增和测序,通过对序列系统发育分析鉴定炭疽病原菌种类;采用区分剂量法测定所有菌株对杀菌剂多菌灵、乙霉威、戊唑醇和咪鲜胺的抗药性。[结果]湖南、江西、海南和广东4个省份分离的95株的油茶苗圃炭疽病病原菌主要是果生炭疽菌(Colletotrichum fructicola)、暹罗炭疽菌(C.siamense)、山茶炭疽菌(C.camelliae)和胶胞炭疽菌(C.gloeosporioides)4个种,其中炭疽病菌分布范围最广、分离数量最多(83株,占总分离菌株的87.4%)。抗药性测定结果表明,对多菌灵产生抗性的菌株有31个,占总分离菌株的32.6%;对戊唑醇产生了抗性的菌株有31株,占总分离菌株的32.6%。其中对多菌灵和戊唑醇这2种杀菌剂均具有抗性的菌株有6株,占总分离菌株的6.3%;对多菌灵、乙霉威和戊唑醇3种杀菌剂均有抗性的菌株有2株,占所有分离菌株的2.1%。但所有95个菌株对咪鲜胺敏感,说明目前苗圃油茶炭疽病菌尚未对咪鲜胺产生抗药性。29个高抗多菌灵而对乙霉威敏感菌株第198位氨基酸由谷氨酸(Glu)突变为丙氨酸(Ala),2株对多菌灵和乙霉威具有双重抗药性的菌株第200位氨基酸由苯丙氨酸(Phe)突变为酪氨酸(Tyr)。[结论]我国油茶苗圃炭疽病菌已对多菌灵/乙霉威和戊唑醇产生严重的抗药性,但对咪鲜胺尚未检测到抗药性。
杨背麦蛾(鳞翅目:麦蛾科)触角感器的超微结构
徐伟, 毕嘉瑞, 刘梅, 张吉辉, 张益恺, 臧连生
林业科学. 2019, 55(5):  95-103.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190511
摘要 ( 90 )   HTML   PDF (3689KB) ( 155 )  
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[目的]了解杨背麦蛾成虫触角感器的类型、数量、分布和超微形态。[方法]利用扫描电镜技术观察杨背麦蛾雌、雄蛾的触角感器。[结果]杨背麦蛾触角感器绝大部分位于触角鞭节的腹面和侧面,少部分位于柄节和梗节。基于感器外部形态可分为8种类型:BÖhm氏鬃毛(BBⅠ型和BBⅡ2种亚型)、毛形感器、锥形感器(SBⅠ和SBⅡ 2种亚型)、刺形感器、腔锥形感器、耳形感器、鳞形感器和栓锥形感器。其中毛形、锥形和耳形感器表皮具多孔,属于嗅觉感器。雌、雄蛾触角感器形态和分布无明显差异。但雄蛾触角与雌蛾相比,亚鞭节多1~4节;毛形和锥形SBⅡ感器明显长于雌蛾;刺形和腔锥形感器基部直径雄蛾明显长于雌蛾;毛形、锥形、刺形、腔锥形和鳞形感器总数均明显多于雌蛾。[结论]杨背麦蛾触角感器种类丰富,多数具有嗅觉功能,雌、雄蛾触角感器在数量和特征上有明显的性二型现象。
星天牛转录组及三大解毒酶家族相关基因系统发育分析
韩小红, 卢赐鼎, 华银, 林浩宇, 是雨霏, 吴松青, 张飞萍, 梁光红
林业科学. 2019, 55(5):  104-113.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190512
摘要 ( 134 )   HTML   PDF (9125KB) ( 298 )  
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[目的]研究星天牛转录组信息及体内细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)和谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)三大解毒酶系的表达谱情况,通过构建系统进化树,探析其这3种酶系基因家族的类别及其系统演化关系,为星天牛对多寄主种类的适应性与杀虫剂的抗药性机制研究提供依据。[方法]采用新一代高通量测序技术Illumina HiSeqTM2500对星天牛进行转录组测序与数据分析,通过数据筛选并进一步与鞘翅目近缘物种的解毒酶同源蛋白进行系统发育分析。[结果]经测序、序列拼接得到55 260条unigenes,将其与公共数据库进行同源比对,注释了32 247条unigenes,在Swiss-Prot数据库注释的unigenes的数量最多(99.11%);注释到Nr数据库时与赤拟谷盗的unigenes同源性最高(60.25%);在GO数据库中,共有8 083个unigenes被成功注释,根据其功能大致可分为3类47亚类;在KEGG数据库中,4 600条unigenes与162个预测路径可以匹配。通过基因注释发现248条解毒酶系基因在星天牛体内表达,包括139条CYP基因、72条CarE基因、37条GST基因。系统发育分析发现,星天牛的大部分CYP基因都至少与一种鞘翅目近缘物种的CYP基因聚类在一起,P450基因中的CYP6家族数量与其他近缘物种(鞘翅目)类似,包含的基因数量最多;CarE解毒酶蛋白基因主要为β-酯酶、神经趋化蛋白、外源性代谢酶、未知等4种类型,分别可能参与星天牛的一些激素以及信息素的加工、神经和发育过程、消化与解毒等生理过程;星天牛的GST基因聚类主要包含Microsomal GST、Sigma GST、Omega GST、Delta GST、Theta GST等亚家族,具有保护生物大分子免受氧化损伤、催化活力等功能。[结论]本研究获得星天牛的转录组信息,初步探明星天牛体内三大解毒酶系的表达谱及分化情况,可为星天牛对多寄主种类的适应性与杀虫剂抗药性的产生及遗传机制研究提供基础数据和参考。
喀纳斯泰加林群落与环境和火干扰因子的关系
杨玉萍, 潘存德, 余戈壁, 李贵华, 刘景, 崔倩, 刘博
林业科学. 2019, 55(5):  114-124.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190513
摘要 ( 95 )   HTML   PDF (2059KB) ( 211 )  
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[目的]划分森林群落类型,定量分析森林群落形成与其环境因子和火干扰因子之间的关系,为新疆喀纳斯泰加林群落物种多样性保护与森林可持续经营提供科学依据。[方法]以新疆喀纳斯泰加林火成演替森林群落为研究对象,基于149个森林群落样地及其火干扰发生时间和火烈度的调查,采用双向指示种分析(two-way indicator species analysis,TWINSPAN)方法对喀纳斯国家自然保护区科学实验区处于不同演替阶段的森林群落进行群落类型划分,并采用冗余分析(redundancy analysis,RDA)方法通过对其森林群落进行排序,分析森林群落形成与环境因子和火干扰因子的关系,定量分离环境因子、火干扰因子及其二者的交互作用对森林群落形成的影响。[结果]1)TWINSPAN将149个森林群落调查样地划分为16种森林群落类型;2)RDA排序结果较好地反映了喀纳斯泰加林群落形成与环境因子和火干扰因子之间的关系,环境因子中的海拔、坡位、坡度、坡向、土壤有机质和全钾含量对森林群落的形成起较大的作用,其中海拔、坡位、坡度和坡向与RDA第1排序轴存在极显著相关性(P<0.01),土壤有机质和全钾含量与RDA第1排序轴存在显著相关性(P<0.05);火干扰因子中的火烈度对森林群落形成也起较大的作用,火烈度与RDA第2排序轴存在极显著相关性(P<0.01);3)因子分离显示,在影响喀纳斯泰加林群落形成的因素中,环境因子解释的部分占21.96%,火干扰因子解释的部分占1.80%,二者交互作用解释的部分占49.82%,未能解释的部分占26.42%。[结论]喀纳斯国家自然保护区科学实验区有16种森林群落类型,其森林群落形成受环境因子和火干扰因子的共同控制,并且二者的交互作用尤为突出。火干扰是新疆喀纳斯泰加林群落物种多样性保护与森林可持续经营不可或缺的重要因素。
一种基于图像处理的旋切原木直径测量方法
闫磊, 高翔, 王腾雨, 庞磊, 苏霖, 康永祯
林业科学. 2019, 55(5):  125-133.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190514
摘要 ( 95 )   HTML   PDF (3284KB) ( 237 )  
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[目的]提出一种基于图像处理的旋切原木直径测量方法,为旋切原木直径测量提供非接触式的技术支持。[方法]增添650 nm红色激光器和940 nm不可见激光器作为辅助光源,采用树莓派官方摄像头和带有滤光片装置的USB高清工业摄像头进行图像采集,利用图像处理技术探究5种计算方法(计算激光线下弧线像素点个数、计算激光线骨架像素点个数、计算激光线周长像素点个数取平均值、计算激光线X轴方向像素点个数和通过激光线计算拟合圆直径)和6种数据拟合方法(傅里叶拟合、指数拟合、高斯拟合、Polynomial拟合、Power拟合和Sum of Sine拟合)下能够满足测量精度的最优方案。[结果]对比各计算方法采用不同数据拟合方法的拟合优度,可得到拟合优度最佳的2种方案:计算激光线X轴方向像素点个数并采用Sum of Sine拟合方法,其决定系数为0.999 8,标准差为1.638;计算激光线X轴方向像素点个数并采用傅里叶拟合方法,其决定系数为0.999 8,标准差为1.881。在原木测量误差分析中对拟合优度相差较小的2种方法(傅里叶拟合和Sum of Sine拟合)进一步对比,傅里叶拟合的平均绝对误差范围为1.7%,标准差为2.11,方差为4.45;Sum of Sine拟合的平均绝对误差范围为1.5%,标准差为4.35,方差为18.95。[结论]计算激光线X轴方向像素点个数并采用傅里叶拟合方法,在满足旋切机用原木直径测量精度要求的同时,拟合优度最佳。
基于微波液化的木质纤维素组分分离和转化——纤维素组分的理化和酶解性质
彭霄鹏, 聂双喜, 刘璟, 崔颖
林业科学. 2019, 55(5):  134-141.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190515
摘要 ( 89 )   HTML   PDF (3409KB) ( 189 )  
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[目的]将微波加热与甘油利用相结合的综合炼制工艺用于木质纤维素生物质预处理,探索其在燃料乙醇制备中的可行性,为实现经济可行、经济有效的木质纤维素生物质酶解预处理技术和生物燃料生产提供基础信息。[方法]以银腺杨、日本落叶松、刚竹和柳枝稷为试验材料,采用微波液化法对其进行液化处理,将液化产物分为纤维素、半纤维素和木质素组分,并对纤维素纤维组分进行综合表征。[结果]化学分析结果表明,纤维素纤维具有较高的葡聚糖含量;红外光谱显示,木质素和半纤维素的信号逐渐减弱,说明半纤维素和木质素经液化处理后有效脱除;XRD分析结果表明,纤维素纤维结晶度高、表面积大。[结论]相比原木质纤维素生物质,银腺杨、日本落叶松、刚竹和柳枝稷4种原材料纤维素纤维的酶解糖化效率均有不同程度提升(最高酶解转化率可达70%),液化固体产物——纤维素纤维在制备燃料乙醇中具有广阔的潜力和前景。
综合评述
林木基因型与环境互作的研究方法及其应用
林元震
林业科学. 2019, 55(5):  142-151.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190516
摘要 ( 164 )   HTML   PDF (1310KB) ( 361 )  
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我国是全球第一大木材进口国和第二大木材消费国,木材对外依存度已连续多年超过50%。然而,我国每公顷森林年均生长量约为林业发达国家水平的一半,这说明我国林木育种水平与林业发达国家相比仍有较大差距。因此,加强林木的规模化试验与精准遗传评估,通过林木良种的精确选育与推广对提高我国人工林的生产力水平具有重要意义。基因型与环境互作是林木规模化试验与精准遗传评估的重要环节之一。基因型与环境互作(G×E)是指基因型的相对表现在不同环境下缺乏稳定性,表现为不同环境下基因型排序变化或基因型间差别不恒定。现有研究证实,林木G×E很普遍且通常很大,要找到具有广泛适应性的优良基因型往往较困难。由于G×E会减小遗传力和遗传增益,因此了解G×E效应及其驱动环境因子,对育种设计、良种选育和种苗配置至关重要。本文归纳了目前研究G×E的主流分析方法(包括因子分析法、BLUP-GGE联合分析法)和遗传力的估算方法,也比较了这些G×E分析方法(包括稳定性分析、B型遗传相关、AMMI分析、GGE双标法、因子分析法和BLUP-GGE联合分析法)的优缺点,其次综述了全球重要经济树种(湿地松、火炬松、欧洲云杉、巨桉、辐射松、花旗松,等)近年来在生长性状(胸径、树高、材积,等)、形质性状(通直度、分枝角度、分枝大小,等)和材性性状(木材密度、弹性模量,等)的G×E研究进展,进而讨论了林木G×E的环境驱动因子及其应对策略,最后针对林木G×E研究新方法开发、加强多性状的G×E分析以及将基因组选择融入G×E分析方面对未来研究方向提出建议:1)新的林木遗传分析模型与G×E分析的联合应用;2)林木多环境、多性状的G×E的模式和幅度;3)特定环境的林木基因组育种值的精准估计。
尺蛾科昆虫性信息素组分特征及应用进展
马涛, 黄志嘉, 朱映, 林娜, 肖强, 何余容, 温秀军
林业科学. 2019, 55(5):  152-162.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190517
摘要 ( 156 )   HTML   PDF (3466KB) ( 288 )  
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国内外对于鳞翅目昆虫性信息素的研究最为详细。本文阐述鳞翅目昆虫性信息素活性组分的最新分类进展,根据其化学结构可分为TypeⅠ、TypeⅡ、TypeⅢ、Type 0 4类。其中:Type I为分子结构具有末端功能团的C10-C18醇、醛、醋酸酯类化合物,分布于多个鳞翅目总科中;TypeⅡ为C17-C23的不饱和碳氢化合物以及相对应的环氧衍生物,广泛分布于尺蛾总科中;TypeⅢ为携带1个或多个甲基分支的C17-C23化合物,仅出现在少数的鳞翅目昆虫中;而Type 0为与植物挥发物结构类似的短链仲醇或酮类化合物,分布于进化上较为原始的昆虫中。尺蛾总科作为鳞翅目昆虫的第三大科,目前共计93属158种尺蛾的性信息素组分得到鉴定,其性信息素组分中除了姬尺蛾亚科以TypeⅠ为主以外,灰尺蛾亚科、尺蛾亚科、沙尺蛾亚科、花尺蛾亚科、星尺蛾亚科均是以TypeⅡ为主。尺蛾科昆虫性信息素组分碳链较长,结构复杂,多数为不饱和烃类化合物(TypeⅡ型),严重影响了全球尺蛾类性信息素组分的化学鉴定及野外应用,通过分析对已鉴定的尺蛾性信息素组分及结构特征,明确其性信息素组分化合物的双键位置、环氧结构和手性构象,以及在各亚科、属、种之间的分布特征,并探讨我国重要尺蛾(茶尺蠖、国槐尺蠖、银花尺蠖、油桐尺蠖、春尺蠖等)的性信息素研究情况,可为今后鉴定未知尺蛾性信息素活性组分,以及利用昆虫性信息素对尺蛾类害虫进行有效的绿色防控等提供参考。
研究简报
四明山国家森林公园游客游憩动机
周彬, 雷凤瑶, 虞虎, 张亦弛
林业科学. 2019, 55(5):  163-168.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190518
摘要 ( 125 )   HTML   PDF (968KB) ( 201 )  
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[目的]研究四明山国家森林公园游客游憩动机类型及差异,为四明山国家森林公园旅游产品升级转型提供科学依据。[方法]采用问卷调查法对四明山国家森林公园游客游憩动机进行实地调研,利用SPSS22.0软件对问卷调查结果开展描述统计分析、探索性因子分析、均值计算、独立样本t检验和单因素方差分析,使用AMOS21.0软件进行验证性因子分析。[结果]四明山国家森林公园游客的5个游憩动机均值表现为健康放松4.37 > 社会交往4.03 > 学习教育3.96 > 自我实现3.86 > 逃避压力3.79;不同学历游客在逃避压力动机上存在显著差异(P<0.05),不同职业游客在学习教育、自我实现以及逃避压力动机上均存在显著差异(P<0.05),不同家庭年收入的游客在学习教育、社会交往及健康放松动机上存在显著差异(P<0.05)。[结论]健康放松是四明山国家森林公园游客体验森林游憩活动的首要驱动因素,其次为社会交往、学习教育和自我实现,而逃避压力位居最后。在维护森林生态安全前提下,建议四明山国家森林公园开发森林康养、森林研学、森林度假、森林养老和森林体育等旅游产品。
南美油藤种子发育过程的代谢组学和转录组学联合分析
刘果, 陈鸿鹏, 吴志华, 彭彦, 谢耀坚
林业科学. 2019, 55(5):  169-179.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190519
摘要 ( 245 )   HTML   PDF (4473KB) ( 408 )  
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[目的]南美油藤种子油中富含不饱和脂肪酸,是一种具有重要经济价值和应用前景的油料植物。目前影响南美油藤种子油脂合成的关键基因、途径及其调控机理尚未清晰。因此,对南美油藤种子的脂质代谢物的动态变化规律及重要脂肪酸代谢相关调控基因的研究,不仅能够为提高其种子油产量和改善油脂品质提供理论基础,也可为其他木本油料植物高效开发利用提供有价值的参考依据。[方法]选用不同生长阶段的南美油藤种子(形成初期、发育初期、中期、后期、成熟期)为研究对象,结合GC-MC代谢组学技术和高通量转录组测序技术,分析种子发育过程中脂质代谢物含量的动态变化规律,并根据种子不同生长阶段的差异表达基因寻找出脂质代谢物生物合成与累积的关联酶基因。[结果]脂质代谢组学分析发现,南美油藤种子中高含量的α-亚麻酸和亚油酸主要在种子成熟阶段合成与累积,是判别南美油藤种子中脂肪酸缓慢累积时期与快速累积阶段的依据。转录组学分析表明,南美油藤种子成熟阶段前后的基因表达存在显著差异。结合代谢组学与转录组学的分析结果显示,与脂肪酸生物合成和累积相关的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,基因家族的不同成员存在生物学功能的差异性和多样性。其中FAD2-3FAD7FATAKAS2LACS2LACS8SAD酶基因表达与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著正相关,说明7个酶基因表达对南美油藤种子油脂的合成与累积有促进作用;FAD2-2、KCS1KCS10LACS1酶基因与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著负相关,说明4个酶基因的表达对南美油藤种子油脂的合成与累积具有抑制作用。[结论]南美油藤种子成熟前后脂肪酸含量及差异表达基因存在显著差异,可依据种子中α-亚麻酸和亚油酸的含量变化将种子发育过程划分为脂肪酸缓慢累积和快速累积2个时期;南美油藤种子脂肪酸代谢中的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,且同一基因家族的不同成员在脂肪酸的累积过程中可能具有不同的生物学功能。研究结果可为利用分子生物学技术提高南美油藤种子油产量和改变脂肪酸组分提供备选基因和相应的理论基础。
基于FCM和分水岭算法的无人机影像中林分因子提取
李丹, 张俊杰, 赵梦溪
林业科学. 2019, 55(5):  180-187.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190520
摘要 ( 184 )   HTML   PDF (3278KB) ( 275 )  
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[目的]研究高精度小型无人机获取林分调查因子方法,将林分调查因子在低空无人机影像上识别并提取出来,获取树高、冠径等测树因子,建立林分因子测量方法,实现经济、高效、快捷、精准的森林资源调查和监测,及时掌握森林资源及相关林分因子的时空变化特征。[方法]以东北林业大学城市林业示范基地樟子松人工林为研究对象,以多旋翼无人机影像为数据源,基于FCM聚类算法和分水岭分割算法以及形态学运算、阈值分割、图像平滑、灰度化、二值化等一系列数字图像处理技术,提取樟子松人工林林分因子。FCM聚类算法和阈值分割法用于提取树梢标记图像,分水岭分割算法对树梢标记图像进行迭代处理从而获得单木树冠分割图像,根据单木树冠分割结果提取单木特征进而计算各林分因子值。[结果]在林地提取中,根据影像的颜色特征绿度分割成功地将林地部分与非林地部分分离开来,确定单木树冠分割范围。在单木树冠分割中,阈值分割法和FCM聚类算法均可有效将树梢标记从林地图像中提取出来;将基于标记的分水岭分割算法用于单木树冠分割取得较好效果,大多数单木树冠被单独分割出来,但某些区域仍然存在一定的欠分割或过分割问题。在林分因子提取中,提取的林分因子包括林分郁闭度、林地面积、立木株数和平均冠幅,其中林分郁闭度的测量精度为96.67%,林地面积的测量精度为81.23%,立木株数和平均冠幅的测量精度与单木树冠分割中的树梢提取方法(阈值分割法和FCM聚类算法)及分水岭分割中的2个参数(形态学腐蚀的结构元素大小和中值滤波的窗口大小)有关。针对2种树梢提取方法,分别进行参数组合试验,结果显示2种树梢提取方法使用适当参数组合所得各林分因子测量精度均在80%以上,平均测量精度均在90%以上,其中阈值分割法的最高平均测量精度为94.49%,FCM聚类算法的最高平均测量精度为93.17%。[结论]利用无人机拍摄的人工林影像进行森林资源调查,将先进的计算机科学技术和无人机技术应用到林业领域中,可有效提高森林资源调查的效率和精度。本研究提出的林分因子提取方法适用于高郁闭度林分,测量精度满足实际需求。
基于红外相机监测的汪清自然保护区东北豹种群动态
孔维尧, 孙权, 刘鑫鑫, 曲丽, 王福友, 姚明远, 邹红菲
林业科学. 2019, 55(5):  188-196.  doi:10.11707/j.1001-7488.20190521
摘要 ( 145 )   HTML   PDF (2183KB) ( 269 )  
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[目的]东北豹是分布最北、种群数量最小的豹亚种,濒危等级为"极危"。分析采用相机监测技术得到的汪清保护区内东北豹种群数量和分布情况的长期动态,为这一濒危物种的保护提供科学依据。[方法]2013年秋-2017年秋,在汪清保护区内东北豹主要分布区以每3 km×3 km网格1对的密度布设相机。采用相对丰富度指数(relative abundance indices,RAI)计算东北豹相对丰富度,以99%核密度等值线定义东北豹分布区,在Extract Compare软件中进行个体识别。在CAPTURE软件中对有效监测期的数据进行闭合种群检验、适宜模型评估和种群数量估计。以8 km为半径,在相机布设处向周边外延绘制缓冲区作为有效监测面积,评估东北豹种群密度。[结果]在9个监测季,东北豹RAI指数波动在0.34~2.12之间。2013年秋季东北豹分布区为201 km2,2017年秋季分布区为992 km2。共识别东北豹个体9只,其中成年雌性和雄性各3只、幼崽2只、性别不明个体1只。在种群数量低的情况下,CAPTURE闭合种群检验效力并不强,检验结果总体偏低。Mh模型(假设拍摄率有个体差异)选择标准得分在2015春、2015秋、2016秋、2017春4个监测季最高,在其他5个监测季得分仅次于M0(假设拍摄率一致)。卡方拟合优度检验显示,Mb(假设捕获前后拍摄率有差异)、Mt(假设不同时段拍摄率有差异)模型评估捕获率与M0模型无显著差异。研究期间东北豹种群密度波动在0.12~0.88只·(100 km2-1,种群总捕获率整体较高,但2017年春季拍摄个体仅占种群评估数量的0.43。[结论]受地理因素和猎物丰富度变化影响,东北豹时空分布具有异质性。CAPTURE闭合种群检验对小样本检验效力不强。Mh假设是进行东北豹种群数量评估的适宜模型,"拍摄羞怯反应"会导致种群密度评估结果偏高。