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2020年 第56卷 第6期 刊出日期:2020-06-25
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林业科学. 2020, 56(6):  0-0. 
摘要 ( 82 )   PDF (4101KB) ( 152 )  
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论文与研究报告
金沙江流域不同海拔处云南松生态弹性及生长衰退过程
申佳艳,李帅锋,黄小波,王绍武,苏建荣
林业科学. 2020, 56(6):  1-11.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200601
摘要 ( 239 )   HTML ( 19 )   PDF (3453KB) ( 211 )  
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目的: 研究影响金沙江流域云南松生长的关键气候因子及不同海拔处云南松的生态弹性和生长衰退历史,为预测未来极端干扰事件对云南松生长动态的影响提供依据,为该区森林保护提供理论支撑。方法: 用生长锥钻取金沙江流域永仁县不同海拔处云南松树轮样芯,建立不同海拔树轮年表。利用树木径向生长变化百分率研究云南松生长衰退历史,用抵抗力和恢复力指标判断云南松的生态弹性,用响应分析和冗余分析方法研究不同海拔云南松生长与气候因子的关系。结果: 限制云南松径向生长的主要气候因子在低海拔区(1 845 m)和中海拔区(2 340 m)为生长季初期3-5月的月平均气温、降水量、干旱强度以及生长旺季的降水量及干旱强度,在高海拔区(2 740 m)为生长季初期的干旱强度及生长旺季7月的平均气温;过去近150年中,研究区域云南松在1884-1886、1897-1900、1903-1906、1947-1949和2009-2011年间发生了生长衰退;相同时段的径向生长衰退现象在低海拔区域最明显,高海拔区次之,中海拔区较弱;不同海拔的云南松对相同年份极端干旱事件的生态弹性不同,抵抗力表现为中海拔>高海拔>低海拔,恢复力表现为低海拔>高海拔>中海拔;随年份后延,低海拔区云南松应对极端干旱事件的抵抗力在增强,恢复力在下降,中海拔区云南松的抵抗力稳定,恢复力在2012年极端干旱事件时增强,高海拔区云南松的抵抗力和恢复力在研究期内稳定。结论: 接近云南松林分布气候界限环境的树木更易发生径向生长衰退,位于水热条件适宜环境下的云南松抵抗极端事件干扰的能力更强,接近云南松林生长极限环境的树木受极端事件干扰后的恢复能力更强。

贵阳市主要绿化树种叶面吸滞颗粒物特征及其时空变化
刘延惠,侯贻菊,舒德远,杨冰,崔迎春,丁访军
林业科学. 2020, 56(6):  12-25.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200602
摘要 ( 143 )   HTML ( 7 )   PDF (5135KB) ( 105 )  
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目的: 分析贵阳市不同树种的单位叶面积颗粒物吸滞量差异及其时空变化,以期为合理选择高效滞尘绿化树种提供依据。方法: 以14个常见园林树种为研究对象,以贵阳市城市广场、城市公园、城郊绿地和城郊森林4个不同污染背景地点为采样点。在每个采样点各个树种分别选择3株样树(除部分树种在某个采样点无分布外),定期在4个样点同步采集叶样。采用基于风蚀原理的气溶胶再悬浮方法,测定单位叶面积的颗粒物吸滞量(M)。采集叶片,电子扫描显微镜拍摄叶面显微结构影像,利用图像分析软件量化分析叶面气孔、表皮毛、叶面粗糙程度、蜡质覆盖程度等形态结构特征因子。利用通径分析方法分析叶面形态结构特征因子对叶面颗粒物吸滞量的影响程度。结果: 所测乔木和灌木2种生活型间的吸滞量无明显差异;树种间的叶面悬浮总颗粒物(TSP)吸滞量(MTSP)差异显著,各树种MTSP为1.56~11.14 μg·cm-2,红花檵木最高,雪松较高,桂花、杜鹃、琴丝竹、女贞和白玉兰居中,香樟、红叶石楠、迎春花、樱花、杨梅、栾树和银杏较弱;通径分析表明,叶面粗糙度、表皮毛密度和长度对叶面TSP吸滞量的影响大于其他叶面微形态因子,具有较多和较长表皮毛且相对粗糙的叶面具有较大吸滞量;叶面吸滞的大颗粒(PM10~100)和粗颗粒(PM2.5~10)质量百分比(97.36%)高于背景空气(80.29%),这说明叶面趋向吸滞较大粒径颗粒物(PM10~100和PM2.5~10),而对细颗粒(PM1.0~2.5)和超细颗粒(PM1)吸滞能力较弱;多数树种冬、春季M值大于夏、秋季;同一树种M值表现为市区采样点高于郊区采样点;同在市区时,树木聚集生长的城市公园采样点高于树木散生的城市广场采样点,呈现出"集聚效应"。结论: 树种间的叶面TSP吸滞量差异显著;影响叶面TSP吸滞量的最主要形态结构因子是叶面粗糙度和表皮毛密度;叶面对大颗粒和粗颗粒的吸滞量高于细颗粒和超细颗粒,高污染地点的单位叶面积吸滞量大于低污染地点。以树木叶面形态结构因子为评价指标,可筛选滞尘能力强的树种。14种参试树种中红花檵木、雪松和桂花的叶面颗粒物吸滞量远大于其余树种,可用于缓解大气颗粒物污染。

4种柳树叶片表面易去除与难去除颗粒物滞纳特征
张少伟,岳晨,詹振枫,段劼,曹治国,刘俊祥,古琳
林业科学. 2020, 56(6):  26-34.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200603
摘要 ( 118 )   HTML ( 3 )   PDF (1678KB) ( 71 )  
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目的: 比较不同柳树叶片表面滞纳易去除和难去除颗粒物的质量及粒径分布差异,评价不同种柳树对颗粒物的滞纳特征,以期为进一步提高树木叶片滞纳大气颗粒物的定量评估精度及合理利用柳树进行城市绿化提供科学依据。方法: 以苗圃中3年生旱柳、龙爪柳、垂柳和蒿柳为研究对象,于雨后第7天(降雨量为36 mm)采集树叶样品,经泡洗得到易去除颗粒物,再对叶片进行刷洗和超声波清洗获得难去除颗粒物,称洗脱颗粒物干质量,测定粒径分布,计算易去除(ERP)、难去除(DRP)和总颗粒物(TRP)中各径级颗粒物质量和滞尘效率。结果: 不同柳树叶面的TRP和ERP滞纳量差异显著,其中ERP滞纳量占TRP滞纳量的比例为30%~50%;不同树种间,龙爪柳的ERP滞纳量最高,蒿柳的TRP和DRP滞纳量最高;在ERP和DRP不同粒径质量百分比方面,旱柳中粒径小于10 μm颗粒物的比例均最高,蒿柳中10~100 μm粒径颗粒物的比例最高;ERP的平均粒径大小排序为蒿柳(34.98 μm)>龙爪柳(33.89 μm)>垂柳(31.52 μm)>旱柳(27.81 μm),DRP的平均粒径大小排序为龙爪柳(40.18 μm)>蒿柳(35.34 μm)>垂柳(29.27 μm)>旱柳(28.25 μm);对于不同粒径颗粒物的绝对滞纳量,龙爪柳叶片对各径级ERP滞纳量均最高,蒿柳叶片对粒径大于10 μm的DRP滞纳量最高,旱柳叶片对粒径小于10 μm的DRP滞纳量均最高;蒿柳叶片对粒径大于10 μm的TRP和DRP滞尘效率最高,旱柳叶片对粒径小于10 μm的TRP和DRP滞尘效率最高,龙爪柳叶片对ERP的滞尘效率最高。结论: 4种柳树叶面难去除颗粒物滞纳量占50%以上。龙爪柳叶面滞纳的颗粒物更新最快,旱柳和垂柳叶面能持久固定小粒径颗粒物,蒿柳叶面对粒径大于10 μm的颗粒物滞纳能力最强。

基于TanDEM-X相干系数的森林高度估测方法
范亚雄,陈尔学,李增元,赵磊,张王菲,金玉栋,蔡丽杰
林业科学. 2020, 56(6):  35-46.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200604
摘要 ( 153 )   HTML ( 6 )   PDF (11104KB) ( 84 )  
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目的: 采用TanDEM-X单极化InSAR数据,研究基于相干系数的SINC模型森林高度估测方法,并分析5 m高分辨率的LiDAR DEM和30 m中等分辨率的SRTM DEM对模型估测精度和稳定性的影响。方法: 首先对观测的相干性进行非体散射失相干校正得到体散射失相干γVol,然后基于SINC模型将γVol的相干系数作为输入估测森林高度。以LiDAR提取的森林高度为验证数据,均匀选取150个检验样本,分别在15 m×15 m、30 m×30 m、50 m×50 m和100 m×100 m大小的样本尺度上进行精度评价,并与DSM-DEM差分法进行对比,分析2种方法的精度和适用性。结果: 5 m和30 m分辨率的参考DEM对SINC模型森林高度估测结果影响较小,随样本尺度增大其影响可逐渐忽略,当样本大小为100 m×100 m时,LiDAR DEM和SRTM DEM估测结果的R2分别为0.54、0.51,RMSE分别为2.38、2.51 m,精度分别为77.19%、75.99%;相比SINC模型法,DSM-DEM差分法在各样本尺度上的表现更好,但森林高度估测结果存在明显低估现象,必须采用森林高度实测数据进行校正,当样本大小为100 m×100 m时,R2为0.79,校正前后的RMSE分别为2.57、1.63 m,精度分别为75.44%、84.41%。结论: 基于相干系数的SINC模型法估测森林高度,以30 m空间分辨率的SRTM DEM进行地形补偿和地理编码,可以取得较好结果;虽然该方法的精度相比DSM-DEM差分法略有下降,但既不需要实测森林高度数据进行标定,也不需要输入高分辨率的DEM,具有大范围森林高度制图的潜力和更大的实际应用价值。

水杨酸和茉莉酸/乙烯信号通路关键基因在月季-黑斑病菌互作中的表达模式
刘瑞峰,贾桂霞
林业科学. 2020, 56(6):  47-58.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200605
摘要 ( 198 )   HTML ( 8 )   PDF (1551KB) ( 78 )  
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目的: 监测月季水杨酸和茉莉酸信号途径关键基因的表达动态,以阐明水杨酸、茉莉酸/乙烯抗病信号途径在月季响应黑斑病菌过程中调控机制。方法: 以与黑斑病菌(cfcc87205)呈亲和互作的月季‘粉和平’离体叶片为材料,设置无菌水诱导2 h接种(CK+IN)、2 mmol·L-1SA诱导2 h不接种(SA+NO)、2 mmol·L-1SA诱导2 h接种(SA+IN)、0.2 mmol·L-1MeJA诱导2 h不接种(JA+NO)和0.2 mmol·L-1MeJA诱导2 h接种(JA+IN)5个处理和空白对照组(CK),在接种后16~144 h取样并通过RT-qPCR技术监测水杨酸信号途径ICS、NPR1、PR1和茉莉酸信号途径相关基因AOS、JAR1COI1、MYC2共7个基因的表达动态,对不同处理下各基因在同一时间点的表达量差异和同一处理下各基因的表达动态进行综合分析。结果: 1)CK+IN处理中,ICS下调表达,NPR1在16 h上调、在48~144 h持续下调表达(P < 0.05),PR1JAR1除分别在48和16 h下调表达外其余时间点与CK处理无显著差异(P < 0.05),AOS在16 h上调表达、72 h下调表达、在24、48和144 h与CK处理无显著差异(P < 0.05),COI1在24~72 h上调表达(P < 0.05),MYC2在16 h上调表达、在48 h与CK处理无显著差异、在24、72和144 h下调表达(P < 0.05);2)SA+IN处理中,ICS、NPR1PR1AOS上调表达(P < 0.05),JAR1与CK+IN处理中无显著差异(P < 0.05),COI1下调表达(P < 0.05),MYC2除在接种16和48 h与CK+IN处理中无显著差异外其余时间点上调表达(P < 0.05);3)JA+IN处理中,ICS在16 h下调表达、在24~144 h上调表达(P < 0.05),PR1在16、72和144 h上调表达、在24和48 h与CK+IN处理无显著差异(P < 0.05),AOSMYC2上调表达且在48 h前上调幅度较大(P < 0.05),JAR1除在24 h上调表达外、其余时间点与其在CK+IN处理中无显著差异(P < 0.05),NPR1COI1变化趋势同SA+IN处理。结果表明,病原菌对水杨酸和活性茉莉酸的合成有抑制作用,SA+IN处理可提高水杨酸信号途径相关基因的表达、促进茉莉酸的生成、但对活性茉莉酸的合成影响不大,接种48 h前SA+IN处理可削弱病原菌对MYC2的诱导效应,接种48 h后SA+IN处理在提高ICSPR1表达的同时也可提高MYC2的表达;JA+IN处理在促进活性茉莉酸合成和PR1表达的同时,也提高MYC2的表达。4)在SA+NO和JA+NO处理中,7个基因的表达量相对于CK不同程度的发生改变,但其变化趋势与相应的SA+IN和JA+IN处理不一致,说明病原菌影响外源水杨酸和茉莉酸对寄主相应信号通路基因的诱导表达。结论: 黑斑病菌对月季的水杨酸和茉莉酸/乙烯信号途径有抑制作用,且在接种48 h前主要抑制水杨酸信号途径、在接种48 h后主要抑制茉莉酸/乙烯信号途径。病原菌可能通过操纵月季MYC2的上调表达来实现其对水杨酸和茉莉酸/乙烯信号途径的双重抑制。

4种芳香植物精油对竹林病原真菌的抗菌性
王安可,毕毓芳,温星,王玉魁,蔡函江
林业科学. 2020, 56(6):  59-67.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200606
摘要 ( 164 )   HTML ( 12 )   PDF (3714KB) ( 95 )  
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目的: 研究肉桂、香茅、大蒜和互叶白千层4种芳香植物精油对12种竹林病原真菌的抗菌性能和4种精油的有效抗菌成分,以期将芳香植物精油利用到竹林病害防治中,开发出高效、经济、无污染的竹用生物农药。方法: 试验用3%聚乙烯醇乳化肉桂、香茅、大蒜和互叶白千层4种植物精油,利用含不同体积分数(0.005%~2.0%)精油的PDA培养基测试4种精油对12种竹林病原真菌(裂褶菌、暗色节菱孢、丝核菌、长蠕孢、尖孢镰刀菌、尖孢枝孢、腐皮镰刀菌、链格孢、出芽短梗霉、黑附球菌、竹针孢座囊菌和竹黄)的MIC(最小抑菌浓度)和MFC(最小杀真菌浓度)。根据MIC和MFC的结果,选择不同体积分数的精油:肉桂0.01%(黑附球菌与竹针孢座囊菌采用肉桂0.02%),大蒜0.05%,香茅0.1%(链格孢菌采用香茅0.03%),互叶白千层0.1%(包括尖孢枝孢、链格孢菌、出芽短梗霉、黑附球菌与竹针孢座囊菌)和0.5%(其余7种菌)及不同体积分数的化学成分(反式肉桂醛、二烯丙基硫醚、二烯丙基二硫醚、香茅醛、松油烯-4-醇体积分数与对应精油相同,香茅醇和香叶醇体积分数为香茅的25%);通过连续记录菌体的生长直径,评估各成分抗菌能力。结果: 肉桂、香茅、大蒜和互叶白千层精油均对12种供试病原菌有不同程度的抑制作用。肉桂精油对12种真菌的MIC多为0.005%(2个菌为0.010%),MFC为0.01%~0.10%;大蒜精油的MIC为0.005%~0.01%(1个菌为0.200%),MFC为0.1%~1.5%(有2个菌超过供试体积分数2.0%);香茅精油的MIC为0.005%~0.03%,MFC为0.04%~0.50%;互叶白千层精油的MIC为0.03%~0.2%,MFC为0.2%~1.5%。经过耐药性分析(MFC/MIC比值),肉桂和互叶白千层精油耐药性较好,香茅精油次之,大蒜精油最差。此外经过验证,肉桂精油的抗菌有效成分是反式肉桂醛,香茅精油的有效抗菌成分是香茅醇和香叶醇,互叶白千层精油的有效抗菌成分是松油烯-4-醇,大蒜的抗菌成分为二烯丙基硫化物。结论: 肉桂、香茅、大蒜和互叶白千层精油均可以抑制竹林病原真菌的生长。综合MIC、MFC和耐药性分析结果,肉桂精油抗菌效果最佳;其次是香茅精油和互叶白千层精油,但互叶白千层精油价格昂贵,应用的经济价值较低;大蒜精油MFC过高且耐药性差,不适合开发利用。

气象因子对长角血蜱寻觅活动的影响
柳絮飞,周在豹,王巍,郑建旭,魏婉红,李凯
林业科学. 2020, 56(6):  68-75.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200607
摘要 ( 89 )   HTML ( 5 )   PDF (1430KB) ( 49 )  
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目的: 通过对北京西部山地常见林分环境硬蜱优势种(长角血蜱)种群动态研究,探讨不同气象因子对蜱寻觅活跃度的影响,以指导游人和林间作业人员规避蜱叮咬。方法: 2017-2018年,在北京西部山地风景区内选取3个试验地点,通过拖旗法每2周对样地内长角血蜱采样数量进行一次有放回抽样调查,每次调查3 h,通过手持式温湿度计及自动气象站收集温度、相对湿度、太阳辐射等9个气象因子数据,采用主成分分析、T检验法和Pearson相关系数对不同地点间蜱数量及气象因子与长角血蜱寻觅活动间关系进行分析。结果: 1)长角血蜱成蜱年度动态呈双峰模式,主高峰为5月,是9月次高峰蜱数量的13.9倍;2)不同样地间蜱数量具有差异,以畜牧业活动为主的唐家场平均采集数量显著高于从事少量农业活动的东沟(t=-3.38,P < 0.01)和较少人员进出的北沟(t=-3.00,P < 0.01),而东沟、北沟无差异(t=-0.77,P>0.05);3)长角血蜱寻觅活动与太阳辐射、饱和差和蒸发量呈正相关,与相对湿度、落叶层相对湿度和露点温度成负相关;4)通过主成分分析法对9个气象因子进行降维,共提取2个主成分,累积贡献率达78.32%,其中第1主成分定义为温度因素,以采样温度、饱和差、太阳辐射和蒸发量贡献最大,达42.39%;第2主成分定义为湿度因素,以相对湿度、落叶层相对湿度和露点温度贡献最大,达35.93%。结论: 长角血蜱成蜱在该地有春、秋2个数量高峰期并以春季为主;温暖干燥的天气条件使得蜱活跃性更强,外加春季种群数量高发,二者耦合使得春季成为我国北方地区硬蜱侵袭和叮咬的高发季节;由于宿主的存在导致畜牧活动区域长角血蜱种群呈现高密度分布,因此在上述地区和天气条件下,特别是在春季应加强对蜱传疾病的监管。

基于人工神经网络模型的木材干燥应变模拟预测
付宗营,蔡英春,高鑫,周凡,江京辉,周永东
林业科学. 2020, 56(6):  76-82.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200608
摘要 ( 155 )   HTML ( 8 )   PDF (6296KB) ( 101 )  
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目的: 研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。方法: 整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于人工神经网络模型,以干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对弹性应变进行模拟预测,以预处理温度、干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对机械吸附蠕变进行模拟预测。通过网络训练和验证,得到合理的人工神经网络预测模型,并对模型进行测试,探讨分析所建立模型的预测能力。结果: 弹性应变预测模型中,各数据集均呈现出较好的相关性,训练集、验证集和测试集的相关系数(R)分别为0.988、0.983和0.978,所有数据集的决定系数(R2)均高于0.95,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.21×10-6。机械吸附蠕变预测模型中,利用含水率为28%和12%的数据集进行模型训练和验证,训练集和验证集的相关系数(R)分别为0.981、0.977,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.26×10-6;利用含水率20%的数据集进行模型测试,测试集的相关系数(R)为0.969,所有数据集的决定系数(R2)均高于0.94,网络模型能够解释94%以上的试验数据,表现出较好的预测能力。结论: 所建立模型的预测值和试验值吻合较好,预测成功率较高,能够为人工神经网络在干燥应力、应变方面的应用提供可行性依据。

基于预测控制的连续平压机热压板升降系统同步控制
张星梅,戚玉涵,任丁,瞿国富,周玉成
林业科学. 2020, 56(6):  83-93.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200609
摘要 ( 54 )   HTML ( 4 )   PDF (3351KB) ( 23 )  
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目的: 针对连续平压机热压板升降系统被控对象多且具有非线性、强耦合性等特点,提出基于广义预测控制的环形耦合同步控制方法,以降低热压板升降系统在上升和下降过程中各路液压缸的同步运动误差,确保热压板在升降过程中保持在同一水平面上,减小因不同步对热压板及相关元器件的损害。方法: 建立热压板升降系统同步控制模型,采用广义预测控制算法对每路液压缸的控制量进行优化,构建包含同步误差影响的热压板升降系统优化性能指标函数,导出各子系统基于预测控制的环形耦合同步控制规律。为降低计算复杂性,将优化函数进行分解,在各路液压缸的优化控制性能指标中引入该液压缸和相邻一侧液压缸同步误差的影响,对控制参数在线滚动优化,抑制扰动和随机噪声,采用环形耦合方式对各路液压缸进行同步控制。在系统控制模型基础上进行Matlab仿真试验,并与基于PID的主从控制方式进行对比,分析2种控制方式的位置跟踪、同步误差和抗扰动能力。结果: 环形耦合同步控制方法可保证单路液压缸的跟踪精度,使相邻液压缸之间的同步跟踪误差趋于零,能够实现各路液压缸之间的同步控制,解决某路液压缸受扰动时无法与其他液压缸精确同步的问题。Matlab仿真试验结果表明,与常规主从控制方法相比,基于预测控制的环形耦合同步控制方法具有更好的位置跟踪精度、同步性能、抗扰动能力和响应速度,对于升降过程中的系统扰动和参数突变,系统能迅速恢复稳定,体现出算法的鲁棒性和适应性。结论: 环形耦合同步控制方法更适用于被控对象多的系统,且系统的复杂程度不随被控对象增多而增加,预测控制算法与环形耦合同步控制的结合可实现连续平压机热压板升降系统中对液压缸较高的位置跟踪和同步控制精度,有利于减小因液压缸不同步造成的对设备的损害。

集材机用三角履带轮关键参数的优化设计
刘铁男,王立海,张广晖,孟庆凯
林业科学. 2020, 56(6):  94-102.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200610
摘要 ( 86 )   HTML ( 3 )   PDF (2360KB) ( 39 )  
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目的: 采用三角履带轮代替传统轮胎,并对其关键参数进行优化设计,以改善轮式集材机的通过性,提高集材机的牵引力和爬坡能力,为集材机用三角履带轮后续研究提供理论数据,为其他三角履带轮研发提供参考。方法: 分析三角履带轮的结构组成及其作用,基于轮式集材机的基本参数和林内工况提出集材机用三角履带轮结构技术方案,选取三角履带轮关键参数,并结合轮式、履带式集材机的行驶理论、工作效率和布局关系等对集材机用三角履带轮关键参数取值范围进行理论计算。利用三角履带轮驱动效率理论,建立关键参数优化设计数学模型,借助MATLAB优化工具箱,采用约束非线性优化函数fmincon对关键参数进行优化,得到关键参数的最优组合。结果: 从输出结果得到exitflag=1,表明优化一阶最优性条件满足容许范围,分析结果比较理想。根据优化结果绘制三角履带轮总体几何布置图,三角履带轮各部件之间没有任何干涉。结论: 1)通过对三角履带轮结构组成及其作用的分析,结合林内工况,提出集材机用三角履带轮总体布置方案;2)选取三角履带轮关键参数,从实际调研出发,综合考虑工作效率、行驶稳定性及三角履带轮结构特性,确定关键参数选取原则和方法;3)基于三角履带驱动效率最优原则进行履带驱动段的驱动功率损失分析,建立履带驱动效率数学模型,确立优化目标函数,借助MATLAB软件优化模块对三角履带轮关键参数进行优化分析,得到关键参数的最优组合。

综合评述
有机物覆盖的土壤环境效应作用机制研究现状与展望
孙晓丹,叶钰倩,王刚,关庆伟
林业科学. 2020, 56(6):  103-112.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200611
摘要 ( 162 )   HTML ( 13 )   PDF (1389KB) ( 124 )  
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有机物覆盖作为一种对土壤生态系统的干扰,对土壤结构和功能具有显著影响,在城市土壤保育及城市土壤修复中发挥着重要作用。通过查阅Web of Science、CNKI等数据库相关文献,本文探讨有机物覆盖对土壤环境的影响,进一步明晰其作用机制,对深入探究土壤生态系统物质循环过程,完善有机覆盖应用技术体系,提高城市土壤保育和修复效果具有重要意义。大多数研究表明:有机物覆盖可以减缓地表水分蒸发和雨水的直接渗透,促进土壤团粒结构,提高土壤保水性,有利于土壤水分的稳定,减缓水土流失;有机物覆盖具有在高温时降温、低温时保温的双重效应,能改善植物生长的水热条件;受土壤条件、覆盖量、覆盖材料等多种因素影响,施加有机覆盖物后,温室气体的排放表现出不确定性;由于土壤的水、气、热等因子的改变,有机物覆盖后土壤微生物的活性、种类、多样性受到影响,且能刺激土壤动物的活动,改善土壤结构和质量;有机物覆盖后,土壤理化性质改善、养分含量提高及微生物群落结构和功能的变化等进一步使土壤酶活性提高,土壤中的碳氮转化速率加快;有机物覆盖后,受土壤环境的影响,植物根系的结构特征改变,细根周转增强,根际沉积增加,加之有机覆盖物本身可为土壤提供碳源,土壤生态系统的物质循环加快,土壤有机碳固持增加,但对土壤碳组分变化的研究还存在争议;有机覆盖物的分解不同程度上能增加土壤有机质、营养元素含量,改善土壤营养情况,增加土壤肥力。目前关于有机物覆盖对土壤环境影响的研究越来越多,但结果还没有统一定论,缺少长期定位观测数据,其作用机制尚未研究清楚,生产实践中的技术体系还不完善。因此,对今后的研究提出以下建议:1)开展长期定位的动态监测和试验研究,明晰有机物覆盖后的土壤环境变化;2)全面探究有机物覆盖对土壤生态系统物质能量转化过程的影响,深入研究其作用机制;3)建立完善的有机物覆盖应用技术体系,提高土壤保育和土壤修复效果。

表型技术在林木育种和精确林业上的应用
边黎明,张慧春
林业科学. 2020, 56(6):  113-126.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200612
摘要 ( 453 )   HTML ( 41 )   PDF (6359KB) ( 333 )  
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缺乏有效的表型采集与分析能力已成为林木育种研究领域的瓶颈,其关键难点是生成准确的表型数据,以便正确解释获得的结果。在精确林业中面临的核心挑战是实现自动化、大范围、快速实时的表型性状分析。长久以来,林木遗传育种和精确林业监测要花费大量的人力收集常规表型数据,传统的表型研究方法具有效率低、维度低、通量低、精度低、劳动量大、主观性强等缺点,无法满足挖掘"基因型-表型-环境型"内在关联、揭示特定生物性状形成机制的科研需求。因此,亟需在林业上发展并应用非破坏式、自动化、高通量、高精度的表型监测技术。现代表型技术使用搭载多种类型成像传感器的系统,自动收集林木形态结构和生理生化等大量表型数据,实现对大批量林木个体的生长监测。另外,无损测量的特点使对同一林木个体进行连续监测得以实现,从而获取林木生长相关的表型性状,如在胁迫研究中,表型技术能明晰林木对胁迫的响应模式及其对胁迫的抗性。利用新型传感器技术对遗传测定群体进行准确、高通量、无损式、快速高效的表型信息采集,对于加快林木遗传改良进程、实施精确林业战略、挖掘优良种质、提高森林质量和抗逆能力至关重要。本文回顾林木表型技术的发展,介绍了基于个体和基于林分(群体)的林木表型技术的应用领域和研究内容。详细分析可见光相机、荧光成像仪、近红外成像仪、高光谱成像仪、热红外成像仪和激光雷达扫描仪等各成像传感器的测量参数、频谱范围、成像原理、优缺点,以及在林木表型信息采集上的应用现状等。林木表型技术的研究趋势为:1)构建新型采集平台获取林分和个体的关键表型性状以提高精度及通量;2)利用环境监测技术,分析林木在温度、湿度、水分、光照等非生物胁迫下的表型反应,以进行抗逆良种选育;3)利用生物胁迫下的表型变化分析推动精确林业中的病虫害监测、分类、识别和防治等;4)利用高通量表型技术与全基因组选择、数量性状位点和全基因组关联分析相结合以鉴定基因的功能,提高选择的准确性。表型技术的应用将实现快速实时、高质量、高精度、高通量的采集林木数据,从而提高育种效率,优化精确林业实践,加速林业信息化的发展进程。

重大入侵害虫松树蜂繁殖行为及化学生态调控研究进展
保敏,乔海莉,石娟,骆有庆,陆鹏飞
林业科学. 2020, 56(6):  127-141.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200613
摘要 ( 126 )   HTML ( 3 )   PDF (2443KB) ( 103 )  
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松树蜂原产于欧洲、亚洲的格鲁吉亚共和国和蒙古国以及北非,是国际上具有极高风险的林业外来入侵生物。先后传入多个国家,对各国松树资源造成重大的经济损失。2013年首次发现入侵我国并定殖于东北地区樟子松林,所以目前急需有效的监测技术来摸清其种群传播态势。本文综述有关松树蜂的繁殖行为和化学生态调控方面的最新研究进展。繁殖行为方面:松树蜂为雄蜂先熟,羽化的松树蜂中,雄蜂数量占绝对优势,其羽化受气候和在树干上羽化孔的高度影响。求偶行为受到物理因素(光、声音)和化学因素(寄主植物挥发物、信息素)的调控。该虫既可孤雌生殖,也可进行两性生殖;孤雌生殖后代全为雄蜂,两性生殖受精卵发育为雌蜂,未受精卵发育为雄蜂。松树蜂雌蜂羽化后即可产卵,部分雌蜂交配后再进行产卵,产卵量受到温湿度、处女蜂体型、树干内部共生菌的共同影响;产卵偏好于受害和衰弱木。化学生态调控方面:松树蜂信息素是两性交流的重要因子,雌蜂表皮中具有接触信息素能引诱雄蜂进行交配;雄蜂释放信息素可以聚集雌、雄两性树蜂;松树蜂信息素释放节律与交配节律表现出一致性。健康寄主、衰弱木、受害木均对树蜂有吸引作用,特别是受胁迫后(农药注干处理和环割)释放的挥发物,主要包括单萜烯,倍半萜烯、芳香族化合物、绿叶气体和碳水化合物等;受到胁迫后释放的挥发物变化存在动态节律。松树蜂可以携带淀粉韧革菌属的共生菌,挥发物主要成分为单萜类、醛类、酯类,酮类,共生真菌的挥发物可以吸引交配后的松树蜂,同时对松树蜂的寄生蜂也有吸引力,说明寄生蜂利用松树蜂的共生真菌来定位松树蜂幼虫和卵的位置。最后,改善林分结构、天敌和线虫防治、卫星遥感监测、检验检疫是近年来常用的松树蜂林间监测和防治技术。

问题讨论
要素投入驱动、产业结构升级与林业经济增长的空间效应解析——以黑龙江省重点国有林区为例
张滨,吕洁华
林业科学. 2020, 56(6):  142-151.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200614
摘要 ( 65 )   HTML ( 4 )   PDF (1679KB) ( 44 )  
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目的: 验证林业经济增长过程中是否存在显著的空间关联效应、空间集聚效应和空间溢出效应,探讨林业经济增长与要素投入、产业结构升级存在的内在关系。方法: 以黑龙江省重点国有林区40个林业局为例,运用全局Moran指数验证林业经济增长是否存在空间自关联效应,是否与劳动力、资本、森林管护、产业结构之间存在空间交叉关联效应;运用局部Moran指数检验林业经济增长是否存在空间集聚效应;运用空间回归模型检验林业经济增长是否存在空间溢出效应,并探讨空间溢出效应的表现形式。结果: 劳动力投入增长与林业总产值增长的全局Moran指数均值为负值,其他全局Moran指数均值为正值,并且整体上在0.10显著性水平上通过检验;局部Moran指数在0.10显著性水平上只有绥棱等8个林业局存在高增长集聚特征;空间回归模型显示劳动力投入存在显著的负向空间溢出效应,林业总产值、资本投入、森林管护、产业结构升级存在显著的正向空间溢出效应,并且空间杜宾固定效应模型的溢出效应均大于本地效应。结论: 要素投入驱动、产业结构升级与林业经济增长之间存在显著的空间关联效应,开始形成空间集聚效应;要素投入驱动与产业结构升级的边际效应主要通过空间溢出效应表现出来。黑龙江省重点国有林区林业经济增长的空间溢出效应本质上是知识溢出效应,具体表现在3个方面:生产内容与经营模式的同化、要素配置结构的趋同、产业结构升级的同步。

产业组织模式对经济林种植户生态化经营的影响
李博伟,朱臻,沈月琴
林业科学. 2020, 56(6):  152-164.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200615
摘要 ( 64 )   HTML ( 2 )   PDF (2087KB) ( 53 )  
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目的: 从产业组织嵌入的视角分析农户采取生态化经营的行为机制,使用浙江省经济林种植户的调查数据实证检验不同组织模式对经济林种植全程生态化经营水平的影响。方法: 于2018年采取典型抽样和随机抽样相结合的方法对浙江省经济林种植户进行实地调研并获取429个有效样本,采用Order-Probit模型和Probit模型作为基准模型初步分析产业组织模式对生态化经营的影响,进而采用倾向得分匹配模型(PSM)消除基准模型可能产生的样本选择性偏误。结果: PSM的处理组平均处理效应(ATT)估计结果显示:1)合作社模式使得农户生态化经营综合得分平均提高0.557 4,且结果在1%的显著性水平上通过检验,合作社模式使得农户采纳套种、人工除草、测土配方施肥、降低施药强度、青果处理、外种皮处理技术的概率分别提高14.95%、19.9%、33.66%、17.18%、26.38%、22.06%,且结果均至少在5%的显著性水平上通过检验;2)公司+农户模式(公司和农户在产销环节建立稳定的合作关系)使得农户生态化经营综合得分平均提高0.388 2,且结果在5%的显著性水平上通过检验,公司+农户模式对降低施药强度影响不显著,但使得农户采纳套种、人工除草、测土配方施肥、青果处理、外种皮处理技术的概率分别提高12.94%、9.82%、17.65%、16.18%、16.83%,且结果均至少在10%的显著性水平上通过检验;3)销售合同模式(经销商和农户建立稳定的供销关系)不能显著提升生态化经营综合得分,销售合同模式仅在10%的显著性水平上使得农户采纳外种皮处理技术的概率提高11.88%,对其他环节单项生态化技术的ATT估计结果均不显著。PSM的控制组平均处理效应(ATU)估计结果显示:1)假如未加入合作社的农户加入合作社可使得生态化经营综合得分平均提高0.550 9;2)非公司+农户组织模式的农户假如参加公司+农户可使得生态化经营综合得分平均提高0.465 6;3)非销售合同组织模式的农户假如参加销售合同组织模式可使得生态化经营综合得分平均提高0.210 6。结论: 1)经济林种植户生产全过程生态化经营水平总体偏低,相应地,对各环节单项生态化技术的采纳率偏低。2)销售合同模式对经济林种植全程生态化经营水平的促进作用不显著,合作社模式比公司+农户模式更能促进经济林种植全程生态化经营水平提升。3)未来若能进一步提高生产组织化水平,经济林种植全程生态化经营水平仍具有提升潜力,不同组织模式作用下经济林种植全程生态化经营水平提升潜力为合作社>公司+农户>销售合同。4)户主为男性、学历教育、接受技术培训能够显著促进经济林种植全程生态化经营水平提升,非农就业的增加会显著抑制经济林种植户采取全程生态化经营。

自然保护区建立是否必然导致农户收入低——基于福建武夷山国家级自然保护区内外社区农户收入的实证研究
张雅馨,刘霞,张博,谢屹
林业科学. 2020, 56(6):  165-178.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200616
摘要 ( 89 )   HTML ( 4 )   PDF (3261KB) ( 101 )  
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目的: 探究自然保护区内外社区经济发展水平的差异及其成因,检验自然保护区建立是否必然导致农户收入低,为完善自然保护区社区政策、促进自然保护区和社区协调发展提供对策建议。方法: 采用系统抽样方法,从福建武夷山国家级自然保护区内外社区选取30个自然村(区内12个、区外18个)174户农户作为研究对象,于2011、2014和2015年开展3次问卷访谈和跟踪调查,运用描述统计分析方法呈现区内外社区农户收入水平、收入结构和收入动态变化。基于可持续生计框架构建自然保护区内外社区农户收入差异成因的理论分析模型,并利用工具变量(2SLS)模型进行解析。结果: 在3个时间节点,自然保护区内社区农户收入均明显高于区外,自然保护区建立没有导致农户收入低,其受自然资本、人力资本、社会资本、物质资本和金融资本共同影响,尤其是自然资本和人力资本发挥主要作用。结论: 在经济发展水平较高的地区,自然保护区建立不会必然导致农户收入低,反而有利于农户收入增长,促进自然保护区和社区关系融恰。为提高农户收入并促进自然保护区和社区协调发展,应在已有社区政策基础上,扩大政策影响面,增强农户风险应对能力,巩固和提升已取得的生态保护与经济发展协同成效。

研究简报
基于实测白榆蒸腾速率校正计算液流速率的Granier原始公式
马玉洁,李春友,武鹏飞,尹昌君,马长明
林业科学. 2020, 56(6):  179-185.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200617
摘要 ( 93 )   HTML ( 4 )   PDF (1286KB) ( 64 )  
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目的: 验证Granier原始公式在计算白榆树干液流速率上的适应性,分析误差大小,并据此对Granier公式校正,以提高对白榆蒸腾速率的估计准确性。方法: 以白榆为对象,采用热扩散式探针法(TDP)测定树干温差并通过Granier原始公式计算树干液流速率。以整树容器称重法为验证基准,即以称量测定的蒸腾速率为因变量,以热扩散式探针法测定的温差系数K为自变量,进行曲线拟合,得到Granier校正公式。结果: Granier原始公式计算的液流速率日变化规律与整树容器称重法的测定值一致,呈"单峰型"特征,但Granier公式计算的液流速率比称重法测定值低80%以上;对Granier原始公式校正(Fd=0.059 6K0.916 4R2=0.704 9)以后重新计算的液流速率(Fd)与称重法测定值的差异率基本维持在-30%~30%之间。白榆Granier校正公式的残差在-2~+2之间,表明此拟合方程是有效的。结论: 原始公式计算的白榆液流速率明显低于称量测定的蒸腾速率真值,不能准确表达真实蒸腾速率,造成的误差较大;但校正后的Granier公式能表达真实液流量。因此,应采用校正的Granier原始公式,以准确估计白榆的真实液流速率。

氮添加对长序榆C、N、P养分含量及非结构性碳水化合物含量的影响
洪琮浩,洪震,雷小华,汪俊峰,闫道良
林业科学. 2020, 56(6):  186-192.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200618
摘要 ( 120 )   HTML ( 8 )   PDF (1957KB) ( 131 )  
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目的: 通过研究外源氮添加,模拟氮沉降对濒危植物长序榆碳、氮、磷养分积累及其之间的计量关系及非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响,以期为在氮沉降持续增加的背景下保护该极小种群提供参考。方法: 通过精确定量对1年生长序榆实生苗施加不同浓度的氮素,分析施氮后长序榆根、茎、叶中总碳、氮和磷的积累及其之间的计量关系和非结构性碳水化合物含量的变化。结果: 高氮量(N:262.3 mg·L-1)添加后,显著降低长序榆叶生物量,对根茎生物量没有明显影响。低氮(N:52.46 mg·L-1)和高氮均会提高根中总碳含量,但显著降低叶中总碳含量。高氮处理下,根茎叶中的总氮含量显著提高,总磷含量则会随着施氮水平的提高而显著降低。低氮和高氮处理均会降低植株中的C:N值,C:P和N:P均表现在高氮处理下最高。低氮和高氮处理均会提高根、茎中可溶性多糖和淀粉含量。高氮处理显著降低叶中可溶性多糖和淀粉含量。非结构性碳水化合物含量随施氮水平的增加,在根和茎中先降低后升高,在叶中为先升高后降低。高氮处理导致PnGs、Tr、WUE和Ls不同程度下降,Ci表现上升。结论: 高氮处理长序榆,提高了叶片N含量,抑制叶片的光合性能,降低碳物质积累,加剧磷素限制,由此提高其濒危的风险。同时,更多的非结构性碳水化合物在长序榆根中积累,以应对高氮对其造成的不利影响。

土壤镉污染对香樟幼苗光合和生理特性的影响
周际海,程坤,郜茹茹,段洪浪,濮海燕,金志农
林业科学. 2020, 56(6):  193-201.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200619
摘要 ( 122 )   HTML ( 5 )   PDF (2709KB) ( 130 )  
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目的: 研究镉污染对香樟幼苗生理生化特性的影响,揭示光合作用等生理特性对香樟镉胁迫的响应机制,探讨香樟的镉耐性及其用于污染修复的潜力与可行性,为镉污染的土壤修复提供数据积累和初步科学依据。方法: 选取1年生香樟为试验材料,采用盆栽试验,设置4个处理,即镉污染浓度分别为0(CK)、1(Cd1)、10(Cd2)和30 mg·kg-1(Cd3),每个处理设5个重复,分别于第0、15、30和60天采样,分析测定不同浓度镉污染条件下香樟叶片光合作用参数以及叶绿素、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和丙二醛含量。结果: 处理0~15天内,不同浓度镉胁迫下香樟叶片的净光合速率(Pn)无显著变化,培养30天和60天后不同浓度镉处理的Pn均低于对照,且以高浓度Cd3对Pn影响最大,较CK降低约22.33%。不同浓度镉处理下香樟叶绿素含量均降低,降低程度与镉浓度有关。不同浓度镉处理的香樟叶片脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均增加,Cd3的最高。处理30天和60天后,中高浓度镉处理的超氧化物歧化酶活性显著高于CK和低浓度镉处理;过氧化物酶活性随着镉污染时间及浓度增加而上升;Cd2和Cd3的丙二醛增加显著。结论: 香樟的光合作用参数、渗透调节物质及抗氧化酶等生理生化特性指标与镉浓度和培养时间密切相关,不同浓度镉处理的香樟光合生理特征反映出其具有一定的耐镉性,具备修复重金属污染土壤的潜在价值。

荆条根系的固土功能随土壤含水率的变化
朱锦奇,苏伯儒,王云琦,王玉杰,李云霞
林业科学. 2020, 56(6):  202-208.  doi:10.11707/j.1001-7488.20200620
摘要 ( 103 )   HTML ( 2 )   PDF (1874KB) ( 69 )  
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目的: 分析原状根土复合体和素土的黏聚力和内摩擦角随土壤含水率的变化规律,探索植物根系破坏方式与土壤含水率的关系,为动态分析降雨过程中边坡稳定性提供理论基础。方法: 选择北方常见灌木种荆条,在降雨后的不同时期,在预先挖好的土壤剖面取得原状根土复合体和素土样本,测定其抗剪强度指标:黏聚力c和内摩擦角φ,并辅以重塑的根土复合体和素土样本作为对比。结果: 1)荆条单根拔出强度随土壤含水率增高呈单峰曲线变化,土壤体积含水率约18%时达到最大值。2)植物根系可以显著提高土壤的抗剪强度,其中原状和重塑根土复合体黏聚力分别比原状和重塑素土高出约15.8 kPa和7.5 kPa,内摩擦角最大高出约3.1°和1.1°。3)根土复合体的黏聚力和内摩擦角与土壤体积含水率大体呈负相关。随着土壤含水率从约13%增高到约40%,原状和重塑的根土复合体样品中的土壤黏聚力的最大增加值分别降至5.9 kPa和2.6 kPa。原状根土复合体内摩擦角最大增加值降至0.1°,重塑土复合体则升至1.8°。结论: 根系可以同时提高土壤的黏聚力和内摩擦角,根系对土壤的加固效果随土壤含水率的升高而大幅度降低。因此建议在降雨较多的地区或季节,植物根系固土护坡能力应该更保守地进行评估。本研究可为土壤含水率在内的根系固土动态模型的建立提供理论依据。