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2021年 第57卷 第1期 刊出日期:2021-01-25
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林业科学. 2021, 57(1):  0-0. 
摘要 ( 182 )   PDF (2946KB) ( 239 )  
相关文章 | 多维度评价
论文与研究报告
长期施氮对暖温带油松林土壤呼吸及其组分的影响
杨璐,汪金松,赵博,赵秀海
林业科学. 2021, 57(1):  1-11.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210101
摘要 ( 451 )   HTML ( 26 )   PDF (1597KB) ( 456 )  
数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

目的: 比较长期施氮下不同氮水平间暖温带油松天然林土壤呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率差异,揭示土壤呼吸各组分变化的主要影响因子,以期为评价区域森林长期施氮对土壤呼吸的影响提供科学依据。方法: 在山西太岳山油松天然林进行10年(2009—2018)的氮添加试验,设置4个氮添加处理:对照(CK,0 kg N·hm-2 a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2 a-1)、中氮(MN,100 kg N·hm-2 a-1)和高氮(HN,150 kg N·hm-2 a-1),于2016—2018年生长季对土壤呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率进行监测。结果: 在长期(8~10年)施氮下,相比对照,LN、MN和HN处理的年均土壤呼吸速率分别降低21.9%、27.3%和29.1%,年均异养呼吸速率分别降低21.8%、36.6%和31.4%,而土壤自养呼吸速率未改变,土壤pH值下降0.07、0.37、0.78个单位,微生物生物量碳含量下降了11.3%、14.5%、14.7%,但长期施氮未改变土壤有机碳、全氮和细根生物量;异养呼吸速率与土壤微生物生物量碳及自养呼吸速率与细根生物量均呈显著的线性正相关(P<0.01);不同处理下土壤自养呼吸速率和异养呼吸速率与土壤温度均呈显著的指数正相关(P<0.05);长期施氮可提高土壤自养呼吸的温度敏感性(Q10)(CK=2.19、LN=2.90、MN=2.86、HN=2.34),但会降低土壤异养呼吸的Q10值(CK=2.72、LN=2.23、MN=2.12、HN=2.27);土壤呼吸速率与土壤湿度的关系不显著;土壤温度和土壤湿度双因子模型可分别解释自养呼吸速率和异养呼吸速率的28.7%~42.0%(P<0.05)和64.9%~78.1%(P<0.001)。结论: 长期施肥未明显改变土壤自养呼吸速率。长期施氮通过抑制土壤异养呼吸使土壤总呼吸降低。长期氮添加对自养呼吸和异养呼吸Q10的影响不一致,而呼吸底物的可利用性和土壤微生物活性的变化是主要因素。为提高土壤呼吸及其组分预测模型的精度,应综合考虑细根生物量及呼吸底物的长期变化。

由邓恩桉人工林转型的7年生丝栗栲天然林特征
王金池,黄清麟,严铭海,黄如楚,郑群瑞
林业科学. 2021, 57(1):  12-19.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210102
摘要 ( 320 )   HTML ( 11 )   PDF (1018KB) ( 209 )  
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目的: 首次报道福建省永安市持续遭受严重冻害的邓恩桉人工林转型的7年生丝栗栲天然林特征,为研究中亚热带人工林成功转型为天然阔叶林的基本条件、人工林植被控制、天然阔叶林的保护和乡土阔叶树的发展提供科学依据。方法: 在福建省永安市由邓恩桉人工林转型的丝栗栲天然林内设置3块20 m×20 m样地,将每块样地分割成4个10 m×10 m样方,对样方乔木层进行每木调查并在每块样地内选择1个有代表性的样方进行灌木层调查,同时,在每块样地的中心各设置1个4 m×4 m的草本层小样方进行草本植物调查。采用重要值、常用的生物多样性指标和主要测树因子分析乔木层和灌木层的树种组成与多样性以及林分生长等林分特征。结果: 由邓恩桉人工林转型的7年生丝栗栲天然林的平均胸径、平均树高、株数密度和蓄积量分别为5.1 cm、6.8 m、6 350株·hm-2和47.70 m3·hm-2;林木高径比为43~393,平均高径比为146;直径和树高结构表现出异龄林特征;林分内实生和萌生林木的株数占比分别为84.78%和15.22%,邓恩桉以枯立木或枯倒木的形式存在,枯立木密度为550株·hm-2。乔木层有51个树种,Shannon-Wiener指数、均匀度指数和生态优势度分别为4.20、0.74和0.11;乔木层内乔木和灌木分别有38和13种,重要值分别为87.32%和12.78%;乔木层内常绿和落叶树种分别有30和21种,重要值分别为57.93%和42.07%;乔木层内常绿阔叶乔木的株数和树种数均较落叶阔叶乔木多;乔木层内丝栗栲为优势种,重要值为24.41%,其相对多度、相对频度和相对优势度均为层内最大。灌木层有21个树种,Shannon-Wiener指数、均匀度指数和生态优势度分别为3.68、0.84和0.10;灌木层内乔木和灌木分别有15和6种,乔木树种的株数占比(47.68%)小于灌木树种(52.32%),但其重要值(53.91%)高于灌木树种(46.09%);灌木层内常绿树种的树种数及相对多度、相对频度、相对优势度和重要值均高于落叶树种;灌木层所有树种中,细枝柃的相对多度、相对频度、相对优势度和重要值均最大。与相近年龄的人促丝栗栲林相比,7年生丝栗栲天然林特征与相近年龄的人促丝栗栲林已无本质区别,属较为典型的幼林阶段中亚热带天然阔叶林。林分乔木层和灌木层中均有不少珍贵或高价值用材树种。结论: 邓恩桉人工林已经成功转型为树种多样性丰富、异龄林特征明显的7年生丝栗栲天然林。该丝栗栲天然林具有较高的郁闭度、株数密度、林木高径比和蓄积量,林分特征与相近年龄的人促丝栗栲林已无本质区别,属较为典型的幼林阶段中亚热带天然阔叶林,是中亚热带人工林成功转型天然阔叶林的典型案例。

2种白刺对盐胁迫的代谢响应机制
闫海冰,张慧芳,冯帆,于兆友,杨秀清
林业科学. 2021, 57(1):  20-29.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210103
摘要 ( 442 )   HTML ( 9 )   PDF (6817KB) ( 181 )  
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目的: 研究盐胁迫下2种白刺叶片代谢物及其代谢通路的变化,以揭示白刺对盐胁迫的代谢响应机制,为有效提高白刺对盐碱地的持续生物改良及适应性研究提供理论依据。方法: 对唐古特白刺和西伯利亚白刺实生苗进行300 mmol·L-1 NaCl胁迫处理,蒸馏水处理为对照,采用GC-TOF-MS代谢组学方法,分析盐胁迫对2种白刺叶片代谢物及其代谢通路的影响。结果: 1) 与未胁迫处理相比,盐胁迫后唐古特白刺叶片存在差异代谢物11种,其中8种显著上调,包括1种脂肪酸、5种有机酸、1种醇和1种碱基衍生物;而西伯利亚白刺叶片中存在差异代谢物108种,其中106种显著上调,包括51种氨基酸、22种糖、11种脂肪酸、8种有机酸、7种醇、5种生物碱以及2种维生素。2)通过KEGG注释可将唐古特白刺的差异代谢物富集到6条代谢通路中,拓扑分析筛选到与代谢物差异相关性最高的关键路径为硫代谢、TCA循环及二羧酸循环;而西伯利亚白刺的差异代谢物可被富集到46条代谢通路中,其中,氨基酸代谢多达13条,筛选到的关键路径为缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成、C5支链二元酸代谢、泛酸和CoA生物合成。结论: 2种白刺对盐胁迫有不同的代谢响应机制。唐古特白刺通过以有机酸为主的11种代谢物参与盐胁迫响应,并通过加强以硫代谢为主的6条代谢通路来应答盐胁迫。西伯利亚白刺通过以氨基酸、糖、脂肪酸为主的108种代谢物参与盐胁迫响应,并通过加强以氨基酸代谢为主的46条代谢通路应答盐胁迫。西伯利亚白刺参与盐胁迫调控的代谢物较唐古特白刺种类更多,代谢途径更广,对盐胁迫的代谢响应更为显著。

外源激素对日本落叶松体细胞胚发生不同阶段的影响
吴晓雪,张艾婧,盖颖,蒋湘宁
林业科学. 2021, 57(1):  30-39.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210104
摘要 ( 301 )   HTML ( 8 )   PDF (4320KB) ( 120 )  
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目的: 探究外源激素对日本落叶松体细胞胚发生不同培养阶段的影响,优化日本落叶松的体细胞胚发生条件并提高体细胞胚的质量,为研究外源激素调控落叶松体细胞胚发生的生理机制提供数据支持,为落叶松的规模化繁育和遗传改良奠定基础。方法: 首先确定生长曲线的延迟期、对数期和平台期,然后根据生长曲线,采用正交设计研究胚性胚柄团在2,4-D 0.15、0.30、0.50 mg·L-1、6-BA 0、0.15、0.30 mg·L-1和ABA 0、0.50、1.00 mg·L-1浓度下培养7天、14天、21天的鲜质量增长情况和14天的体胚发生能力,采用析因设计研究悬浮细胞在2,4-D 0.15、0.30、0.50 mg·L-1和6-BA 0、0.15、0.30 mg·L-1浓度下培养7天、14天、21天的细胞鲜质量增长情况和14天的体胚发生能力,结合鲜质量增长和体胚发生能力2种结果确定胚性胚柄团增殖和悬浮细胞生长的最佳激素浓度。最后,以不含GA3、IAA的体细胞胚诱导培养基为对照,分别研究了GA3和IAA 0、10、20、30、40 mg·L-1对体细胞胚发生的影响。结果: 7、14、21天分别处于日本落叶松胚性胚柄团增殖和悬浮细胞生长的延迟期、对数期和平台期。在胚性愈伤组织增殖阶段,2,4-D、6-BA、ABA对胚性胚柄团增殖和体胚发生能力的影响显著(P<0.05),最佳的激素浓度是2,4-D 0.15 mg·L-1+ABA0.50 mg·L-1;在悬浮培养阶段,2,4-D、6-BA组合对悬浮细胞生长和体胚发生能力的影响显著(P<0.05),最佳激素浓度是2,4-D 0.15 mg·L-1+6-BA 0.15 mg·L-1;GA3、IAA对成熟子叶胚的数量的影响均显著(P<0.05),10~20 mg·L-1 GA3或IAA时成熟子叶胚数量显著升高,而更高的GA3或IAA浓度将会抑制体胚发生。结论: 外源激素可有效调控日本落叶松的体细胞胚发生,适宜增殖阶段胚性胚柄团增殖和体胚发生能力保持的激素组合为2,4-D 0.15 mg·L-1+ABA 0.50 mg·L-1,适宜悬浮培养阶段细胞生长和体胚发生能力保持的激素组合为2,4-D 0.15 mg·L-1+6-BA 0.15 mg·L-1,添加GA3或IAA 10~20 mg·L-1可以显著提高成熟子叶胚的数量。

日本落叶松木质部发育相关基因筛选及其共表达网络构建
李慧,代新仁,周再知,李全梓
林业科学. 2021, 57(1):  40-52.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210105
摘要 ( 819 )   HTML ( 29 )   PDF (10695KB) ( 594 )  
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目的: 鉴定日本落叶松木质部发育相关基因,构建核心基因与木质部发育相关基因的共表达网络,为后期开展日本落叶松木材形成相关研究提供参考。方法: 对日本落叶松木质部、韧皮部和针叶3个组织进行二代和三代转录组测序,利用R软件的DEseq2包筛选木质部相对韧皮部和木质部相对针叶的差异表达基因,通过整合2组差异基因获得木质部特异表达基因,借助GO、KEGG及BLASTN等生物信息学分析手段探索基因功能,利用WGCNA分析构建木质部特异表达基因共表达网络。结果: 共获得2 596个木质部特异的高表达和低表达基因;GO分析结果显示这些基因在代谢过程、细胞过程、定位膜、细胞、细胞组件、催化活性、位点结合和转运活性等分类中显著富集;KEGG分析结果显示这些基因在淀粉和蔗糖代谢、类黄酮生物合成和代谢途径通路中显著富集,在苯丙烷代谢途径及淀粉和蔗糖代谢途径中分别富集到38个和196个基因;鉴定出木材形成相关基因,包括木质素合成相关基因PAL4CCR1C4HHCTCOMT1PER12PER52CYP98A3LAC12LAC17等,纤维素和半纤维素合成相关基因DECCEL1CslCTL2SPS3等;2 596个木质部特异的高表达和低表达基因经WGCNA分析后筛选出与木质部发育相关基因关联度较高的17个核心基因。结论: 筛选的日本落叶松木质部发育相关基因参与半乳甘露聚糖合成、木葡聚糖合成、纤维素微纤丝形成、细胞壁纤维素合成、次生细胞壁形成过程、纤维伸长过程、调控合成木质素的碳代谢流、木质素生物合成及降解、木质素单体聚合、木质素单体甲基化和细胞程序化死亡等木材形成相关生物学过程;在共表达网络中筛选出的17个核心基因可作为今后研究的重点来探索其在木材形成过程中的具体功能。

山新杨钾离子通道基因PdbSKOR的克隆与功能分析
王力敏,陈亚辉,杨庆山,曲日涛,姜姜,张金池,张洪霞,宋志忠
林业科学. 2021, 57(1):  53-63.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210106
摘要 ( 453 )   HTML ( 7 )   PDF (24650KB) ( 122 )  
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目的: 植物SKOR是典型的外向整流型Shaker类钾离子(K+)通道蛋白,介导根部K+向地上部的长距离运输。本研究克隆并鉴定杨树K+通道基因PdbSKOR,在转录水平探讨其组织特异性表达特征及对缺钾、高钾、干旱和低温胁迫的响应情况,并明确其电生理学功能。方法: 通过同源克隆法,在山新杨中鉴定并克隆1个K+通道基因PdbSKOR;运用MEGA 7.0软件构建山新杨等14种不同科属木本植物SKOR通道成员的系统进化树;利用实时荧光定量PCR分析PdbSKOR的组织特异性表达特征及在转录水平根部PdbSKOR对缺钾、高钾(60 mmol·L-1 KCl)、干旱(15% PEG6000)和低温(4℃)处理的响应情况;借助膜片钳系统研究PdbSKOR的电生理功能。结果: 在山新杨中克隆1个K+通道基因PdbSKOR(GenBank No.MT335814),其编码蛋白含有6个离子通道跨膜域(S1—S6)、环核苷酸结合域、Ankyrin锚蛋白域和KHA二聚体功能结构域,属于典型的Shaker类K+通道;14种木本植物SKOR蛋白的氨基酸一致性高达81.09%,S6跨膜区的氨基酸一致性最高(96%);不同科属植物的SKOR同源蛋白在遗传进化关系上差异较大,而同一科属植物的遗传距离较近,山新杨PbdSKOR与同属杨柳科的红皮柳的同源蛋白SpuSKOR的遗传距离最近;在PdbSKOR启动子区域预测到18种顺式作用元件,主要包括发育调控、激素响应和胁迫响应等相关的调控元件;实时荧光定量PCR表明PdbSKOR在3年生山新杨根部的相对表达量最高,其次是盛开期花和花序,在茎部、叶片和果絮中的表达量相对较低;PdbSKOR在组培幼苗根部的表达水平也是最高的,且在转录水平对高钾处理没有响应,但对缺钾、干旱和低温胁迫处理较为敏感,其中,PdbSKOR在幼苗根部的表达水平受缺钾或干旱处理的抑制均显著降低,受低温胁迫诱导而显著增强;膜片钳研究表明当细胞膜电位为+20 mV时,PdbSKOR离子通道即被激活,并记录到典型的外向整流电流,并随胞外K+浓度的降低而增大,且正向电压越大,内向整流的电流越强,表明PdbSKOR是一个电压依赖的外向整流型K+通道。结论: 从山新杨中克隆并鉴定了1个K+通道基因PdbSKOR;山新杨PdbSKOR与红皮柳SpuSKOR在系统进化关系上最近;PdbSKOR主要在山新杨根部(成年树和幼苗)表达,幼苗根部PdbSKOR在转录水平受缺钾、干旱和低温胁迫的调控;PdbSKOR是山新杨根部主导K+外排的通道。

毛竹NIP基因的分子特征及应答胁迫的表达模式
朱成磊,杨克彬,徐秀荣,马霜,李晓佩,高志民
林业科学. 2021, 57(1):  64-76.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210107
摘要 ( 456 )   HTML ( 21 )   PDF (4346KB) ( 182 )  
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目的: 膜内在水通道蛋白(NIPs)是细胞膜上运输水分子和一些小分子物质的膜蛋白,在植物生长以及抵御逆境胁迫等方面发挥着重要作用。温度和水分是影响竹子生长发育的重要环境因子,研究温度和干旱胁迫条件下毛竹NIP家族成员的表达模式,以揭示其在毛竹应答胁迫中的功能。方法: 利用生物信息学软件对毛竹基因组中NIP家族成员基因及其启动子序列进行系统分析,基于转录组数据分析基因在毛竹不同组织中的表达模式,并用实时荧光定量PCR (qPCR)技术检测基因在温度和干旱胁迫条件下的表达特征,构建2个NIP基因的酵母表达载体,分析它们的表达对酵母抗干旱和盐胁迫能力的影响。结果: 在毛竹基因组中共获得14个编码完整NIP蛋白的基因(PeNIP1-1—PeNIP1-6PeNIP2-1—PeNIP2-4PeNIP3-1—PeNIP3-4),含有3~5个内含子;在PeNIPs启动子区域中含有多种与胁迫、激素相关的调控元件;PeNIPs编码蛋白的氨基酸长度为235~297 aa,相对分子量为24.03~31.84 kDa;亚细胞定位预测显示所有PeNIPs均定位于细胞质膜上。共线性分析表明,有12个PeNIPs与水稻8个NIP基因存在27对片段重复,它们的非同义对同义取代比(Ka/Ks)均小于1,表明毛竹PeNIPs经复制后主要经历了较强的纯化选择。系统进化分析表明,来自毛竹和其他5个物种的NIP蛋白可分为3类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),毛竹在各类中的成员依次为6、4和4个。PeNIPs共包含10个保守基序,其中基序1、2和4为PeNIPs所共有。转录组表达谱热图分析表明,PeNIPs在不同组织中的表达存在一定的差异,如Ⅰ类的PeNIP1-3PeNIP1-4PeNIP1-5在根中表达,而在笋中几乎不表达;Ⅱ类的4个PeNIP2s以及Ⅲ类的PeNIP3-1PeNIP3-2在根和笋中表达量较高。qPCR结果显示,随着胁迫时间的延长,4℃处理下8个基因上调表达,2个基因下调表达;42℃处理下,2个基因上调表达,4个基因下调表达;而干旱胁迫下3个基因上调表达。表达PeNIP1-1PeNIP2-2的酵母在添加山梨醇或NaCl培养基上的生长优于对照。结论: 从毛竹中共鉴定出14个NIP家族基因成员(PeNIPs),各基因的分子特征、表达模式均存在着一定差异,说明它们在毛竹生长发育的不同阶段和响应环境胁迫中可能发挥着不同的作用;在酵母表达的PeNIP1-1PeNIP2-2能够一定程度上提高酵母的抗干旱和盐胁迫能力,说明它们在毛竹应对逆境胁迫中可能发挥着重要作用。

基于累加性和均衡性的林分质量综合评价方法
张岗岗,惠刚盈
林业科学. 2021, 57(1):  77-84.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210108
摘要 ( 271 )   HTML ( 6 )   PDF (4022KB) ( 176 )  
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目的: 林分质量综合评价是森林经营决策的前提和关键。为解决林分质量评价中偏重强调累加性可能导致的失衡发展问题,基于等周定理和等圆理论试图提出均衡性测度指标并构建综合评价方法,为林分质量问题诊断及精准提升提供参考。方法: 以甘肃小陇山林区锐齿栎天然林(a和b)、吉林蛟河林区阔叶红松林(c和d)和模拟天然林(e和f)的林分质量综合评价为例,先从林分结构和活力2方面筛选出10个评价指标,对各指标进行无量纲化和非同向性处理,再以单位圆中扇形半径和圆心角分别代表指标取值和权重大小,借助闭合图形面积特征量测度林分质量累加性(ωi1),分别基于面积和弧长特征量关系及其等周定理构建αi2βi2、基于等圆面积周长关系提出γi2测度各评价指标间的均衡性(ωi2),最后以累加性相等林分(c和e、d和f)验证3个均衡性指标的有效性,并采用几何平均值法构造综合评价函数(Fi)比较不同现实林分质量优劣。结果: 阔叶红松林c和d的αi2βi2γi2取值小于与其累加性取值相等的林分e和f,且3个均衡性指标评价结果趋势一致。4个现实林分质量的累加性、均衡性及综合评价结果优劣均表现为d>a>c>b,阔叶红松林d质量最优,其次是林分a和c,锐齿栎天然林b最差。结论: 改进单位圆以扇形半径和圆心角分别代表指标取值和权重大小,ωi1可量化描述林分质量累加性优劣,现有βi2与新提出的αi2γi2均能有效测度林分质量各评价指标间的均衡性,且评价结果具有较强一致性,兼顾累加性和均衡性的林分质量综合评价方法更为全面客观,其评价结果对林分质量问题诊断和森林经营决策具有重要启示作用,可有效提升林分整体质量并促进其均衡发展。

基于机载LiDAR点云多层聚类的单木信息提取及其精度评价
霍朗宁,张晓丽
林业科学. 2021, 57(1):  85-94.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210109
摘要 ( 411 )   HTML ( 7 )   PDF (11343KB) ( 415 )  
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目的: 针对已有三维点云数据单木分割方法提取下层林木困难、准确提取林木数量占总体比例偏低导致提取工作有效性不高、提取效果受点云密度和林分结构复杂程度影响等问题,改进单木提取策略和算法,为LiDAR单木提取技术向生产实践应用转化提供支撑。方法: 以机载LiDAR点云数据为基础,提出一种基于分层聚类的三维立体单木分割方法,并对点云分层、分割、单木匹配等环节进行算法改进,实现空间异质性较高林分的单木分割和信息提取。结果: 改进后的算法可在高密度、高空间异质性林分中进行单木分割和信息提取,并能更合理地与地面实测林木信息匹配,可匹配的林木比例最高达88.70%,单木树高、林分平均高精度最高分别达92.38%、99.84%,树高基尼指数、树高变异系数精度最高达89.65%。结论: 通过多水平分层和纵向聚类融合,可提升对于林下层尤其是更新层林木的提取能力;构建提取有效性指标,更加关注成果的适用性;评价指标中加入空间结构精确度指标,可充分发挥LiDAR对空间结构的反演能力。

气候敏感的青冈栎单木胸径生长模型
刘帅,李建军,卿东升,朱凯文,马振燕
林业科学. 2021, 57(1):  95-104.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210110
摘要 ( 241 )   HTML ( 5 )   PDF (2892KB) ( 168 )  
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目的: 构建气候敏感的青冈栎单木混合效应模型,探索气候对青冈栎胸径生长的长期影响,为未来气候变化下的青冈栎林经营决策提供依据。方法: 基于湖南省芦头林场青冈栎解析木数据,选择Mitscherlich生长方程作为基础模型,构建包含气候变量的再参数化模型和非线性混合效应模型,预测未来3种典型浓度路径(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)下2011—2100年青冈栎单木胸径生长。结果: 1)非线性混合效应模型能够准确描述青冈栎单木胸径生长与气候变量之间的复杂关系,在拟合优度、误差水平等方面相比传统回归模型更具优势;2)加入气候变量的青冈栎生长模型能够响应气候变化对林木生长的影响,最冷月均温是影响青冈栎胸径生长最主要的气候变量,并负相关于胸径生长,其他气候变量在统计上不显著没有入选生长模型,对青冈栎生长的影响尚不明确;3)青冈栎胸径生长对不同时期不同气候场景的响应不同,高排放的RCP8.5对青冈栎胸径生长的不利影响更大,低排放的RCP2.6对青冈栎胸径生长的负面影响相对较小,这些影响随时间推移将更加强烈。预计至2100年,30年树龄的青冈栎胸径生长在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5场景下相比气候条件不变时将分别下降6.3%、15.6%和53.1%。结论: 本研究构建的青冈栎单木混合效应模型具有气候敏感、统计可靠和预测有效等优点,研究结果有助于林业工作者在经营实践中应对未来气候变化所带来的挑战。

基于林内图像的单位面积碳储量估计方法
王雪峰,陈珠琳,管青军,刘嘉政,王甜,袁莹
林业科学. 2021, 57(1):  105-112.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210111
摘要 ( 309 )   HTML ( 13 )   PDF (4123KB) ( 169 )  
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目的: 针对森林碳储量估算工作量大、成本高等问题,提出一种基于林内图像简洁高效且满足精度要求的单位面积森林碳储量估计方法。方法: 林分纵断面图像隐式包含林分密度和高度2类复合信息,与林地上对应的林木碳储量直接相关。以此为突破口,首先,分析林木图像分类算法,提出在全局阈值基础上结合邻域像素属性来决定焦点像素归属,以消弱因林内光线不均对图像灰度造成的影响;然后,提出一个与林木碳储量关系紧密的参数并给出其图像计算方法;最后,以该参数为自变量,建立预估模型,实现对碳储量的估计。结果: 在以焦点像素为中心的3×3的邻域内,如果有大于6个相似像素出现,则将焦点像素归为该类,这种利用与邻域像素关系以决定当前像素归属的方法具有膨胀和腐蚀双重特性,即当焦点像素处于树体内部时容易将该点归为树体,当焦点像素处于树体外部时容易将该点归为背景,相比单纯全局阈值方法更能提高林分图像分类的准确性。碳储量预估模型方面,2参数的直线方程估计精度与3参数的逻辑斯蒂模型接近;如果在普通模型基础上增加代表海拔的虚拟变量,则能使碳储量估计精度得到较大程度提高。以兴安落叶松为例,验证基于林内纵断面图像能够实现对单位面积碳储量的较高精度估计这一假设。结论: 在林木图像提取过程中,继承对称交叉熵法泛用性强、效率高的优点,同时针对该算法容易将树体内部部分像素分割成背景、树体外部部分像素归并于树体内部的缺点,采用兼顾像素邻近关系的方法对其进行改进,取得良好结果,且该算法对林内光线不均表现出迟钝特性。在基于林内图像的碳储量预估模型方面,逻辑斯蒂模型表现出良好适应性,由于考虑海拔因素能降低估计误差,因此在实际应用中有必要分海拔段进行预估。

危害大樱桃的樱实叶蜂属(膜翅目: 叶蜂科)一新种
牛耕耘,武星煜,刘舒歆,杨亚丽,章瑶瑶,魏美才
林业科学. 2021, 57(1):  113-120.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210112
摘要 ( 456 )   HTML ( 10 )   PDF (24725KB) ( 129 )  
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樱桃实叶蜂幼虫蛀食野生樱桃幼果,导致樱桃提前落果。国内多个省区有报道樱桃实叶蜂危害严重,但其种类均尚待澄清。本文记述采自甘肃省、幼虫蛀食大樱桃幼果的叶蜂科一新种:武氏樱实叶蜂Analcellicampa wui Niu & Wei,sp.nov.。本种与陕西、河南、湖北、湖南、四川等地分布的丹凤樱实叶蜂近似,其区别是:各足基节端部、转节全部和后足胫节大部黄褐色,触角第2节浅褐色;中胸胸腹侧片被毛,无明显光裸区;前翅Sc脉游离段位于1M脉上端内侧并远离1m脉,R+M脉段等长于1m-cu脉,显著短于1M脉;后翅2A脉很短,约等长于cu-a脉;腹部第1背板缺口深三角形,内缘直;锯腹片亚端部锯节明显宽于中部锯节,中部锯节节缝显著,锯基腹索踵宽大。对3种樱实叶蜂的COI基因进行测序,其中武氏樱实叶蜂与丹凤樱实叶蜂COI序列的K2P距离为7.29%,武氏樱实叶蜂与黄褐樱实叶蜂COI序列的K2P距离为8.54%。为方便害虫鉴定,提供实叶蜂族分属检索表和3种樱实叶蜂分种检索表。

吉林蛟河不同林分腐木甲虫(鞘翅目)多样性分析
刘生冬,史佳琦,董诗睿,吴新毅,孟庆繁,李燕,赵红蕊,靳英华
林业科学. 2021, 57(1):  121-130.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210113
摘要 ( 271 )   HTML ( 6 )   PDF (1517KB) ( 147 )  
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目的: 阔叶红松林是我国长白山林区顶级植物群落,林内动物、植物种类丰富,分析阔叶红松林及阔叶混交林中腐木甲虫物种组成、多样性,以及林分因子对腐木甲虫的影响,有助于揭示腐木甲虫与森林生境变化的相互关系作用机制,为评价天然林在保持腐木甲虫多样性的作用,以及不同生境对腐木甲虫多样性的影响提供依据。方法: 2012—2013年,每年5月中旬—8月下旬的腐木甲虫活跃期,在吉林蛟河阔叶红松林、杨桦林、水胡林中利用飞翔拦截诱捕器持续采集林内腐木甲虫,通过甲虫的生物学、相关文献资料和数据库确定腐木甲虫种类。结果: 共采集到甲虫39个科239种,其中,腐木甲虫203种,7 465个个体;叩甲科、露尾甲科、隐翅虫科和天牛科的数量和种类较多;四星蜡斑甲和条脊甲在本地首次被采集到。阔叶红松林2个林分中腐木甲虫具有较高的多样性,杨桦林和水胡林中多样性相对较低。不同林分对甲虫的物种数、个体数、丰富度指数和多样性指数均有显著影响。阔叶红松林2个林分中甲虫的物种数、个体数、丰富度指数都显著高于杨桦林和水胡林。郁闭度、平均胸径、每公顷蓄积、每公顷株数、灌木盖度对各类群影响不同,林分的郁闭度、平均胸径、公顷蓄积对大多数腐木甲虫有正向影响。结论: 阔叶红松林内腐木甲虫种类和数量比较丰富,林龄、胸径、蓄积高的阔叶红松林林分腐木甲虫具有较高的多样性,其在维持腐木甲虫多样性方面发挥着重要作用。天牛科的物种数、个体数在阔叶红松林林分中数量都高于杨桦林和水胡林。叩甲科是阔叶红松林中最大的类群,与其他类群不同,其在灌木盖度高和乔木株数多的杨桦林数量较多。

德清真片胸叶蜂在毛竹上的产卵偏好性
方林鑫,张守科,贾克峰,叶碧欢,张威,舒金平,王浩杰,徐天森
林业科学. 2021, 57(1):  131-139.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210114
摘要 ( 217 )   HTML ( 3 )   PDF (1439KB) ( 48 )  
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目的: 德清真片胸叶蜂是我国南方竹区重要的竹子害虫之一,研究该虫的产卵习性,分析不同生境与寄主营养条件对其产卵选择的影响,为其防控提供理论支持。方法: 在德清真片胸叶蜂发生区内,选取不同竹林结构及立地条件的毛竹林样地,随机调查不同年龄毛竹各轮枝条的卵粒数量;测定新、老竹叶片含水率、上下表皮厚度及营养元素(N、Na、K、C)含量,利用逐步判别分析法分析各因子与德清真片胸叶蜂产卵行为的关系。结果: 1)在同一竹株上,中高部盘枝叶片上的产卵量最多;坡底竹叶上的着卵量(3 835.0±385.2粒)极显著高于坡顶竹叶上的卵量(864.5±215.5粒,P < 0.01);2)竹龄对德清真片胸叶蜂的产卵选择有极显著的影响,新竹(1年生)上的产卵量(3 954.6±1 247.4粒)显著高于老竹(2年生,144.3±49.3粒,P < 0.001),这可能与新、老竹叶的含水率有关,而与新、老竹叶片表皮的厚度无关(P>0.05);3)新、老叶片中C、K含量差异不显著,而N、Na含量差异显著(P < 0.01);N含量为影响德清真片胸叶蜂产卵的主导因子,Na次之。结论: 德清真片胸叶蜂偏好在坡底、盘枝高度中上的新竹叶上产卵。竹龄、竹叶含水率及叶片N、Na含量与该虫产卵选择密切相关。在进行德清真片胸叶蜂防治时,可针对性地对当年新竹进行竹腔药剂注射,可达到事半功倍的防治效果。

基于空间矩阵模型及0~1测度的美国白蛾风险格局分析
叶江霞,王敬文,张明莎,周汝良,石雷
林业科学. 2021, 57(1):  140-152.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210115
摘要 ( 285 )   HTML ( 14 )   PDF (2988KB) ( 95 )  
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目的: 分析美国白蛾在中国的扩散风险格局,为其防治和风险管理提供精准的空间位置和技术支持。方法: 收集全国2011年至2016年美国白蛾的乡镇检疫数据,进行寄主、气象要素、地理环境、人为影响变量的空间模拟。将影响有害生物发生发展的因子及风险描述为空间栅格点上的连续变量,利用GIS (地理信息系统)的空间矩阵模型表达变量,并借助SPSS筛选和建立0~1测度的多变量Logistic概率模型,以250 m为最小空间栅格,描述全国任意一个空间地理单元发生扩散的风险概率。结果: 除生物气候变量外,人流物流变量的影响显著,高风险位于东部农区、建设用地及人工植被区域,主要集中在辽宁、北京、天津、上海、河北、山东、河南、安徽、湖北、江苏、陕西等省市,并有扩散到吉林、内蒙、湖南、江西、新疆、宁夏等省区的趋势。结论: 利用矩阵模型及0~1概率化测度描述有害生物发生及扩散风险,对基层开展检疫和防治具明显的指导作用。引入人流物流扩散影响模拟变量,可有效提高测报预警精度。人为活动密集区既是疫区,又是传播通道。山地森林系统的自然植被对传播扩散具有阻隔作用,加强高风险区的近自然林修复和建设,加大重要通道的检疫,对防控具有重要意义。

杉木正交异向蠕变行为的时温等效性
彭辉,蒋佳荔,吕建雄,赵荣军,曹金珍
林业科学. 2021, 57(1):  153-160.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210116
摘要 ( 330 )   HTML ( 0 )   PDF (4500KB) ( 62 )  
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目的: 探究时温等效原理在杉木正交异向蠕变行为中的适用性及其特点。方法: 以含水率约0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态热机械分析仪DMA 2980,在30~150℃范围内,基于一系列20 min蠕变试验分别获得3个应力水平和不同恒定温度水平下杉木轴向、径向和弦向的蠕变曲线。将其他温度下的蠕变曲线通过水平移动因子平移并叠合连接至参考温度(本研究中为30℃)曲线,生成一定时间范围内的蠕变主曲线。分析形成主曲线相邻分曲线叠合处的应变量以及应变量斜率是否相同,判定主曲线是否光滑。利用最小二乘拟合法,运用WLF方程和Arrhenius方程对水平移动因子与温度的关系曲线进行拟合。结果: 蠕变应变量随应力水平或温度水平增大而增加;不同方向试样的应变量之间存在明显差异:轴向试样的应变量显著低于横向(弦向和径向)试样,弦向试样的应变量约为径向试样的2倍;叠合生成主曲线时,径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可生成光滑的蠕变主曲线,主曲线跨越的时间由103s延长至107s;轴向试样仅通过水平移动因子无法生成光滑的蠕变主曲线,经垂直移动因子修正后的各轴向蠕变曲线能够叠合出光滑的主曲线,与未经垂直移动因子修正的蠕变主曲线相比,其跨越的时间由约105s降低至约104.5 s;三方向试样水平移动因子与温度关系曲线在30~150℃内满足WLF方程,标准误差小于13.41%。结论: 时温等效原理在30~150℃范围内描述木材正交异向蠕变行为是适用的;轴向试样蠕变行为时温等效的构建需通过水平移动因子和垂直移动因子的共同作用,而径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可使得时温等效原理适用;三方向试样蠕变主曲线水平移动因子与温度的关系曲线均满足WLF方程。

基于人工蜂群算法优化SVM的NIR杉木弹性模量预测
陈芳,程献宝,黄安民,王学顺
林业科学. 2021, 57(1):  161-168.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210117
摘要 ( 273 )   HTML ( 2 )   PDF (4509KB) ( 191 )  
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目的: 利用近红外光谱分析技术,提出一种基于人工蜂群算法优化支持向量机(ABC-SVM)的木材弹性模量预测模型,为木材弹性模量无损预测提供科学参考。方法: 以294个杉木样本为试验材料,采用常规力学方法测量样本弹性模量,采集样本近红外漫反射光谱,选择350~2 500 nm光谱段,对原始数据进行15步指数平滑和一阶导数预处理,并利用主成分分析降维处理后的数据,建立偏最小二乘回归(PLS)模型、支持向量机回归(SVR)模型和人工蜂群算法优化支持向量机(ABC-SVM)模型预测杉木弹性模量,采用决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和平均绝对误差(MAE)对所建模型进行对比分析。结果: PLS模型的R2为0.726 700、RMSE为6.744 9、MAPE为0.063 5、MAE为5.065 6;SVR模型的R2为0.935 305、RMSE为3.528 1、MAPE为0.023 7、MAE为1.840 9;将人工蜂群算法用于SVM参数寻优,获得的最优参数c=5.670 51、g=0.031 25,ABC-SVM模型的R2为0.935 371、RMSE为3.526 0、MAPE为0.023 7、MAE为1.840 0。3种模型均可对杉木弹性模量进行有效预测。结论: 1) 根据决定系数(R2),SVR和ABC-SVM模型的预测性能优于PLS模型,ABC-SVM模型的预测性能最佳;2)根据均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和平均绝对误差(MAE),3种模型的MAPE均在可接受范围内,ABC-SVM模型关于误差的各项指标均最小,基于ABC-SVM模型预测杉木弹性模量高效、科学。

金丝楸木材化学成分的不均一性
杨昇,李改云
林业科学. 2021, 57(1):  169-177.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210118
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目的: 研究金丝楸木材化学成分在纵向不同高度及径向心、边材中的含量和组成特点,为金丝楸木材加工利用提供科学依据。方法: 分析金丝楸木材纵向不同高度心、边材苯醇抽提物、聚糖和木质素含量,采用细胞壁全溶法结合二维异核单量子核磁共振(2D HSQC NMR)技术对相应部位的原生木质素分子结构进行表征。结果: 金丝楸木材边材苯醇抽提物含量高于心材,且心材中靠近树心部分的苯醇抽提物含量高于靠近边材部分。心、边材苯醇抽提物化学成分存在差异,但不同高度相同径向区域苯醇抽提物含量及其成分差异较小且并未随树高不同体现出特定变化规律。边材木质素含量低于心材,但心、边材木质素含量在树高方向上无明显变化规律。金丝楸木材木质素为典型G/S型木质素,纵向不同高度区域木质素大分子结构基本一致,但心材木质素分子结构中β-5'连接的相对含量高于边材。木聚糖是金丝楸木材半纤维素的主要组分。边材聚糖相对含量高于心材,但心、边材聚糖含量并未随树高不同体现出特定变化规律。结论: 金丝楸木材径向心、边材化学成分含量及相应成分分子结构具有规律性差异,边材向心材过渡过程中主要变化为木质素成分的积累和发色物质的生物合成。木材纵向不同高度相应区域中各化学成分含量也存在一定差别,但并未随树高不同发生规律性变化。木材纵向不同高度相同径向区域中各组分的化学成分和分子结构基本一致。对金丝楸木材进行加工利用时,应重点关注其径向方向的化学成分含量和性质差异。

综合评述
核桃矿质营养研究进展
宫峥嵘,王一峰,王瀚,李唯,耿明建,张文明,刘露
林业科学. 2021, 57(1):  178-190.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210119
摘要 ( 1472 )   HTML ( 76 )   PDF (8831KB) ( 819 )  
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核桃是世界上栽培最广泛的坚果树种和重要的木本油料作物,近年来,我国核桃栽培规模快速扩大,但单位面积产量相对较低,养分管理措施不利是主要原因之一。本文通过综合国内外公开报道的核桃生产文献,梳理其矿质营养研究成果,以明确核桃生长的适宜土壤环境和矿质营养特征,厘清核桃必需矿质元素的营养功能及丰缺效应,为通过高效养分管理和施肥实践促进我国核桃产业提质增效提供参考。核桃对土壤环境适应性较强,强酸、强碱和盐害土经过改良也可丰产。核桃生产对矿质养分的需求较高,成年树体大量元素含量高低依次为钙、氮、钾、镁、磷、硫。以仲夏叶片含量为指标整理成年核桃主要矿质元素的丰缺标准,描述养分胁迫产生的生理性病症及其发生时期。氮、磷、钾缺乏会显著影响幼树生长,一些非生理性病害增多可能与磷、钙营养异常有关,核桃对硼和氯敏感,过量易产生毒害。已有证据显示,氮、钾、钙、硼、锌、铜与核桃产量品质形成联系紧密,磷、镁、铁、锰的产量品质效应量化尚待进一步明确。在分析核桃矿质营养研究难点、归纳发达国家工作经验基础上,提出我国核桃矿质营养研究与实践中需要加强和改进的方向。

研究简报
江西武夷山南方铁杉针阔混交林主要植物生态位特征
赵家豪,叶钰倩,陈斌,袁在翔,刘江南,杨涛,袁荣斌,关庆伟
林业科学. 2021, 57(1):  191-199.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210120
摘要 ( 374 )   HTML ( 15 )   PDF (1011KB) ( 159 )  
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目的: 江西武夷山国家级自然保护区内分布有我国唯一较大局域的南方铁杉种群,探究该地南方铁杉针阔混交林主要植物的生态位特征,旨在明晰群落内各种群的资源利用状况及不同种群间的竞争关系,为珍稀物种南方铁杉保护及森林生态系统稳定性维持提供科学依据。方法: 基于江西武夷山国家级自然保护区内海拔1 800 m的长期监测固定样地植物调查数据,运用Levins生态位宽度、Shannon-Wiener生态位宽度及Pianka生态位重叠度计算方法,对混交林内乔木层、更新层、灌木层和草本层主要植物的生态位宽度及种群之间的生态位重叠度进行计算比较,探讨南方铁杉在该针阔混交林中的地位。结果: 乔木层中,南方铁杉和青冈的生态位宽度最大,青冈是与南方铁杉生态位重叠度最高的物种,叶萼山矾和天目紫茎的生态位宽度最小,利用资源能力较弱。更新层中闽皖八角及多脉青冈的分布幅度较广,资源利用能力较强,生态位宽度最大;而南方铁杉的生态位宽度较小,在更新层中优势程度较差,云锦杜鹃和红麸杨与南方铁杉的生态位重叠度最大;老鸹铃、多脉青冈、红麸杨、叶萼山矾、云锦杜鹃、青冈和南方铁杉7个树种在更新层中的生态位宽度明显低于其在乔木层的生态位宽度。灌木层和草本层生态位宽度最大的物种分别为箭竹和求米草,箭竹由于数量多、分布广而对更新层物种生存产生不利影响。结论: 南方铁杉是该针阔混交林的建群种,在乔木层中只有青冈具有一定的竞争能力,南方铁杉幼树的更新状况较差,优势度较高的青冈有替代南方铁杉的可能。为维持南方铁杉原始林的稳定性以及完善南方铁杉的管理保护措施,可适当采用择伐等人为干扰措施优化南方铁杉的更新条件。

栓皮栎粗根和茎干中非结构性碳水化合物含量的调配关系
徐军亮,竹磊,师志强,武靖,章异平
林业科学. 2021, 57(1):  200-206.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210121
摘要 ( 383 )   HTML ( 6 )   PDF (1059KB) ( 172 )  
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目的: 探讨非结构性碳水化合物(NSC)及其组分含量的季节动态变化规律和在栓皮栎不同器官间的调配关系,为阐明栓皮栎生长过程中的碳调配机制提供参考。方法: 以秦岭东段栓皮栎优势群落为研究对象,对栓皮栎生长季、非生长季粗根和茎干NSC及其组分含量进行测定,并分析两器官各指标间的相关性。同期,通过直接观察监测叶物候指标。结果: 1) 栓皮栎粗根和茎干NSC及其组分含量均随时间变化存在显著差异(P < 0.05),粗根NSC含量均值(13.96%)高于茎干(6.24%),这主要与器官的功能性差异有关。2)除淀粉外,NSC、可溶性糖和可溶性糖与淀粉比值在粗根和茎干间均存在较强的相关性(P < 0.05)。3)茎干NSC含量峰值较粗根相比有滞后性(约半个月)。粗根NSC含量下降同期茎干径向生长启动,其NSC含量上升到最大值,这说明栓皮栎器官间存在碳调配关系。由于栓皮栎展叶时间晚于茎干径向生长,茎干径向生长启动所需的碳水化合物可能来源粗根中储存的NSC。结论: 栓皮栎粗根和茎干NSC及其组分含量具有明显的季节动态变化,粗根和茎干之间存在NSC动态调配关系。