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2021年 第57卷 第3期 刊出日期:2021-03-25
目次
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林业科学. 2021, 57(3):  0-0. 
摘要 ( 143 )   PDF (3550KB) ( 177 )  
相关文章 | 多维度评价
论文与研究报告
祁连山不同年龄青海云杉径向生长对气候变化的响应
王彬,于澎涛,于艺鹏,张雷,王彦辉,万艳芳,杨文娟,王顺利,刘贤德
林业科学. 2021, 57(3):  1-8.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210301
摘要 ( 346 )   HTML ( 50 )   PDF (3811KB) ( 398 )  
数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

目的: 探讨不同年龄的树木生长及其对气候变化的响应规律,为预测未来气候变化下的森林动态和应对气候变化的林业管理提供科学依据。方法: 基于祁连山中段北坡排露沟小流域海拔2 800和2 900 m的青海云杉林全样地采样数据,采用胸高断面积年增长量(BAI)表征树木生长,探讨小龄树(30~60年生)、中龄树(60~90年生)和大龄树(90~120年生)在迅速增温期(1980—2000年)和增温趋缓期(2000—2013年)的生长差异及其主要影响因素。结果: 1980—2000年,迅速增温导致的水分胁迫限制所有树龄组的树木生长,小龄树、中龄树和大龄树的BAI拟合线斜率分别为-5.91(P < 0.01)、-9.48(P < 0.01)和-14.97 mm2·a-1P < 0.01);大龄树BAI与当年5—8月的平均标准化降水蒸散指数(SPEI)显著正相关的株数百分比最大,表明大龄树受到的干旱限制作用最大;2000—2013年,增温趋缓伴随降水增加形成相对暖湿的气候特征导致不同树龄组的BAI均转为不显著增加趋势,其中小龄树和中龄树的BAI拟合线斜率(分别为2.27和2.45 mm2·a-1)大于大龄树(1.02 mm2·a-1);大龄树BAI与当年6月平均气温显著负相关的株数百分比较大,小龄树和中龄树BAI与上年7月到当年6月的总降水量以及当年5—8月的平均SPEI显著正相关的株数百分比较大,表明干旱缓解后增温对大龄树仍有一定限制作用,但上年7月到当年6月的总降水量以及当年5—8月的平均SPEI可促进小龄树和中龄树生长。结论: 迅速增温期,祁连山中段青海云杉BAI下降速率随树龄增长逐渐增大,该时段气温和SPEI对大龄树BAI的影响更为强烈;增温趋缓期,BAI恢复增加趋势,小龄树和中龄树BAI增加速率大于大龄树,该时段降水和SPEI对小龄树和中龄树BAI的影响更大。

声景感知对森林公园健康效益的影响——以福州国家森林公园为例
朱玉洁,翁羽西,傅伟聪,董建文,王敏华
林业科学. 2021, 57(3):  9-17.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210302
摘要 ( 166 )   HTML ( 10 )   PDF (967KB) ( 176 )  
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目的: 探究森林公园环境能否缓解压力、不同森林公园环境的健康效益差异以及声景感知对森林公园健康效益的影响,并深入研究哪些声景是恢复性(正效益)声景的重要要素,为森林公园恢复性声景观设计提供参考。方法: 以福州国家森林公园为研究地点,以20个森林公园环境视听视频(10个有声视频和10个无声视频)为研究材料,邀请35名大学生进行视听试验,借助Ergo LAB数据平台采集受试者的生理指标,采用声景感知评价问卷评估样地声景感知程度;运用中位数检验分析不同森林公园环境的健康效益差异,Wilcoxon检验分析森林公园环境对压力恢复的效果和声景对健康效益的影响,并通过最优尺度回归确定恢复性声景的重要要素。结果: 不同森林公园环境均可有效降低皮肤电导水平反应率、心率和心率变异性;不同森林公园环境的健康效益存在差异,绿色空间样地S7、S9和蓝色空间样地S8、S10的健康效益较好;不同森林公园环境皮肤电导水平反映率存在显著差异,而心率和心率变异性未见统计学差异;声景加入会改变森林公园环境的健康效益,除谈话声和儿童嬉戏声较突出的样地S5外,其他视听组合刺激均比单一视觉刺激更具健康效益;鸟鸣声、流水声、蝉鸣声和脚步声对皮肤电导水平反映率的影响较大,鸟鸣声、流水声、蝉鸣声和风声对心率变异性的影响较大;鸟鸣声、流水声、蝉鸣声和风声等自然声对正效益(皮肤电导水平反映率下降,心率下降,心率变异性下降)的贡献较大,脚步声等人工声则相反。结论: 森林公园环境可在一定程度上缓解压力,但不同森林公园环境的健康效益存在差异,蓝色和绿色空间对提升健康效益具有重要作用。森林公园声景是恢复性环境设计的关键,鸟鸣声和流水声等自然声是恢复性(正效益)声景的重要要素。未来设计恢复性环境应从多维度出发,充分发掘和利用多种恢复性环境要素。

华北落叶松人工林地表处理措施对当年幼苗密度的影响
佘萍,曹兵,王彦辉,余治家,王正安,马杰,贾宝光
林业科学. 2021, 57(3):  18-28.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210303
摘要 ( 201 )   HTML ( 13 )   PDF (1119KB) ( 121 )  
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目的: 研究华北落叶松人工林天然更新的主要限制因素,探索寻找促进天然更新的实用技术,为改善华北落叶松林天然更新和林分结构提供技术支撑。方法: 在宁夏六盘山选择5个试验点,每个试验点按林冠郁闭度不同选择华北落叶松人工林5类生境(近熟林的林冠下、林隙、林中空地、林缘和退耕幼龄林地),每类生境各设1块12 m×20 m样地,2018年10月中旬在每块样地设置割草、除落、开沟、挖穴和对照5种处理,采用完全随机区组设计,每个区组平行于等高线排列,地表处理后撒播华北落叶松种子(100粒·m-2)。整个试验共设置25块样地,每块样地5种处理,每种处理3次重复。在近熟林林冠下和退耕幼龄林生境设置防止鸟鼠采食种子的尼龙网覆盖和不覆盖2种措施。2019年6月计数存活幼苗,并进行统计分析。结果: 不覆网时,退耕幼龄林、林缘、林隙、林冠下和林中空地5类生境的幼苗密度均值依次为2.7、1.8、1.4、1.3和0.8株·m-2;开沟、挖穴、清枯、割草和对照5种处理幼苗密度均值依次为2.1、1.9、1.8、1.3和1.1株·m-2;每类生境的5种处理之间,最高的平均幼苗密度依次为林缘样地开沟4.1株·m-2、退耕幼龄林样地割草3.6株·m-2、林隙样地开沟2.4株·m-2、林冠下样地挖穴2.1株·m-2、林中空地挖穴1.3株·m-2。林地覆网能极显著提高所有处理的幼苗密度。近熟林内林冠下样地的幼苗密度均值提高幅度依次为清除枯落物2.3株·m-2、开沟1.0株·m-2、对照0.5株·m-2、挖穴0.5株·m-2、割草0.5株·m-2,即可提高0.5~2.3株·m-2;退耕幼林样地的幼苗密度均值提高幅度依次为清枯2.3株·m-2、开沟1.7株·m-2、挖穴1.3株·m-2、割草0.6株·m-2、对照0.3株·m-2,即可提高0.3~2.3株·m-2,与近熟林内林冠下样地基本一致。结论: 限制华北落叶松人工林天然更新的主要因素包括动物采食种子、过厚枯落物层阻碍幼苗根系进入土壤、病虫危害、杂草竞争和过密林冠遮荫等;建议采取的最佳复合措施为:通过间伐形成或选择业已存在的中等郁闭生境(如未郁闭幼龄林、林缘、林隙等),在林地部分区域全部清除枯落物或大面积开沟,下种后覆盖防止动物取食种子的尼龙网,这样可大幅提高林下幼苗密度。

杜仲半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因EuCPI的克隆及功能分析
张普,邵文靖,杜克久,张爽
林业科学. 2021, 57(3):  29-38.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210304
摘要 ( 173 )   HTML ( 7 )   PDF (10971KB) ( 79 )  
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目的: 以杜仲种仁为试材,克隆EuCPI基因全长序列并分析其结构特征,探究该基因的抗逆功能及对黄粉虫生长发育的影响,为今后深入研究其抗逆机制提供理论基础。方法: 提取杜仲种仁的RNA并反转录成cDNA,采用RACE技术扩增EuCPI基因的全长cDNA序列;利用生物信息学网站对其所编码蛋白的理化性质及结构功能进行分析预测;利用pET28a质粒构建原核表达重组载体,对重组蛋白进行SDS-PAGE、Western Blot及蛋白纯化试验;利用重组的原核表达系统探究在盐胁迫和高温胁迫下含有EuCPI基因的大肠杆菌和对照组之间生长曲线的不同,初步鉴定该基因对大肠杆菌的影响;此外,利用诱导后的重组菌液饲喂黄粉虫,探究EuCPI基因对黄粉虫生长发育的影响。结果: EuCPI基因具有547 bp的全长序列(GenBank登录号:MT702592),开放阅读框(ORF)为309 bp,编码蛋白由102个氨基酸组成,理论等电点(pI)为6.41,分子质量为11.17 kDa,不稳定指数为27.73,属于稳定蛋白,总平均亲水性为-0.416,属于亲水蛋白。氨基酸序列分析结果表明,EuCPI蛋白无跨膜结构,无信号肽,主要由50%的α-螺旋、36.27%的无规则卷曲、11.76%的延伸链和1.96%的β-折叠组成,属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族。系统进化树分析结果表明,该蛋白与欧洲栓皮栎CPI编码蛋白同源性较高。通过构建的原核表达载体pET28a-EuCPI,诱导表达并纯化出15.29 kDa大小的重组蛋白。高温胁迫试验生长曲线结果表明,在37℃条件下前10 h含有EuCPI基因的BL21(DE3)大肠杆菌与对照组长势基本一致,而在42℃和50℃条件下前10 h含有EuCPI基因的菌生长速度明显大于对照组,且对照组出现明显的生长抑制情况。固体培养基盐胁迫试验结果表明,随着培养基中NaCl浓度增加,试验组和对照组菌落均出现生长抑制现象,但含有EuCPI基因的菌落数量明显多于对照组,尤其在0.75 mol·L-1时,前者有较多的单菌落存活而后者无单菌落存活;液体培养基盐胁迫试验生长曲线结果表明,在0.25 mol·L-1 NaCl浓度条件下,前8 h含有EuCPI基因的BL21(DE3)大肠杆菌生长速度明显大于对照组,且对照组出现明显的生长抑制现象。饲虫试验结果表明,取食含有EuCPI基因的饲料的黄粉虫体质量呈下降趋势,而对照组体质量呈上升趋势,经数据分析存在极显著差异(P < 0.01)。结论: EuCPI基因能够提高大肠杆菌对高温胁迫和盐胁迫的耐受性,含有EuCPI基因的重组菌对鞘翅目昆虫黄粉虫的生长发育有一定抑制作用。

竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响
臧颢,刘洪生,黄锦程,张祖栋,欧阳勋志,宁金魁
林业科学. 2021, 57(3):  39-50.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210305
摘要 ( 165 )   HTML ( 12 )   PDF (4783KB) ( 136 )  
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目的: 构建包含竞争指标和气候因子的胸径生长模型, 分析竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响, 为气候变化背景下模拟抚育间伐、择伐后保留木的生长变化奠定基础, 为森林适应性经营中科学合理地对杉木人工林进行间伐、择伐提供依据。方法: 基于江西省赣州市南康区、崇义县和上犹县杉木人工林固定样地数据, 采用潜在生长量修正法构建胸径生长模型。利用分位数回归模拟潜在生长量, 运用7个环境因子(5个气候因子: 调查间隔期的平均温度、最高温度、最低温度、降水量和大于5℃的积温; 2个地形因子: 海拔和坡度)反映立地质量对潜在生长量的影响, 依据参数显著性和方差膨胀因子确定可作为自变量的环境因子。采用指数函数形式构建修正函数, 修正函数的竞争因子包括3个林分密度指标和3个单木竞争指标(2个与距离无关的竞争指标和1个与距离有关的竞争指标), 筛选出最优竞争因子后考虑其与5个气候因子间的交互作用对估计精度的影响。通过模型评价, 选出估计精度最高的模型添加样地水平随机效应参数, 用于分析竞争和气候及其交互作用对杉木人工林胸径生长的影响。使用平均绝对误差(MAE)、平均相对误差绝对值(RMAE)和平均预估误差(MPE)评价模型估计精度。结果: 海拔、调查间隔期的最低温度和降水量对杉木人工林胸径潜在生长量具有显著影响。胸径20 cm时, 潜在生长量达到最大值, 调查间隔期的最低温度和降水量对潜在生长量最大值呈正向影响, 而海拔则呈负向影响。对比各竞争指标构建的胸径生长模型估计精度发现, 含与距离无关的竞争指标的生长模型估计精度最高, 其次是含与距离有关的竞争指标的生长模型。鉴于气候和竞争的交互作用可提升模型估计精度, 对比只在修正函数中考虑竞争因子的模型, 考虑交互作用的生长模型MAE降低0.60%~18.69%, MPE降低0.12%~9.72%。竞争因子选用大于对象木的断面积之和, 对应的气候因子选用平均温度、最高温度和最低温度进行交互作用的模型估计精度最好, 以其作为基础模型并添加样地水平随机效应参数构建最终胸径生长模型, 模型估计精度较好, MAE为0.071 1 cm、RMAE为20.37%、MPE为4.90%。基于最终模型发现, 除承受竞争压力很小和竞争压力较大的林木外, 温度变化可加剧竞争对胸径潜在生长量的修正效应。结论: 分位数回归对胸径潜在生长量的模拟效果较好, 气候和竞争的交互作用也可提升模型估计精度, 如果建模区域气候变化较大, 构建单木生长模型时, 建议在模型中考虑气候和竞争的交互作用。

多源数据对林分动态预测的影响及不确定性分析
田相林,廖梓延,孙帅超,薛海连,王彬,曹田健
林业科学. 2021, 57(3):  51-66.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210306
摘要 ( 189 )   HTML ( 7 )   PDF (1742KB) ( 125 )  
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目的: 比较多源数据对林分动态预测的影响,分析模型参数与预测不确定性的变化规律,从准确性和可靠性角度对模型进行评估,获取改进模型的数据需求,为森林调查中的数据收集策略提供建议。方法: 收集秦岭油松林3期调查(1990、2005和2012年)和4种信息类型(临时样地、固定样地、解析木和多源数据)建模数据,设计一组数据信息要求较低的可变密度全林模型,基于贝叶斯信息动态融合框架,分析传统森林调查数据与生长收获模型的关系。利用MCMC抽样技术获得的参数联合后验分布对森林动态模拟的不确定性进行量化:一方面比较相同类型的多期森林调查数据不断对模型进行训练后,模型在参数与预测中的概率分布变化过程;另一方面比较分别采用4种数据类型对模型预测产生的影响。数据与模型更新循环过程以先验信息和后验信息不断相互转化的方法实现,即前一次拟合得到的参数联合后验分布作为下一期数据加入时的先验。不同数据类型整合根据数据自身抽样和观测误差所设计的独立似然结构实现。为避免粗糙数据或异常值对模型产生的影响,描述误差分布的似然函数采用重尾正态分布。观测误差的异方差特性通过迭代中自动调整似然函数的方差控制。结果: 随着新一期调查数据加入,模型参数的边际或联合分布不断发生变化,但概率分布峰度总是逐渐升高,即参数不确定性逐步下降,从而降低林分预测的不确定性。与基于1990年调查数据的模型相比,经过2005和2012年数据校正后模型在成过熟林阶段的不确定性下降最为明显,同时树高生长极大值的参数也更高。不同数据类型在模型预测中的差异反映出不同调查方法本身的缺陷和优势,解析木数据倾向于在成过熟林阶段预测出更高的树高生长;固定样地和临时样地数据在林分平均高和平均胸径模拟中表现相似,但由于抽样方法和数据量等因素区别,导致其在林分断面积模拟中呈现明显差异。基于循环更新或多源数据的模型呈现出最稳定的预测结果。结论: 在生长收获模型构建中,不同类型森林调查数据会产生不同预测结果,不同数据信息特性也会对预测的不确定性产生规律性影响。以概率分布呈现信息的贝叶斯方法,既可反映模型的精准程度,又能解释数据信息中存在的缺陷。本研究以全林模型更新为例,展示了该方法不断循环、更新、融合的数据-模型逻辑框架,是架构生长收获模型与数据桥梁的有力工具。

基于3-PG模型的长白落叶松生物量生长预测
夏晓运,庞勇,黄庆丰,吴荣,陈东升,白羽
林业科学. 2021, 57(3):  67-78.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210307
摘要 ( 127 )   HTML ( 8 )   PDF (1942KB) ( 106 )  
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目的: 基于3-PG模型预测长白落叶松生物量生长变化,为长白落叶松林分生长规律研究提供依据。方法: 以5块长白落叶松密度试验林连续28年监测数据和24块长白落叶松固定样地3期调查数据为基础,结合各组分(叶、干和根)生物量计算公式,获得每块样地不同调查时间的密度、胸径、蓄积和各组分生物量。根据密度试验林数据校正模型生理参数,结合立地参数和气象参数,通过参数率定、迭代拟合与敏感性分析方法确定长白落叶松3-PG模型的生理参数。采用决定系数(R2)、平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)评价模型预测能力。选取冠层量子效率(alpha)和初级生物量分配到根的最小值(pRn)进行敏感性分析,并预测肥力等级(FR)为0.2、0.4和0.6时长白落叶松生物量生长变化趋势。结果: 1)3-PG模型预测值与实测值之间R2在0.77以上;除叶干生物量比为25.6%外,其他各指标的MRE绝对值均在10.97%以内,预测结果较可靠;2)alpha和pRn具有较高敏感性,是模型的关键参数;3)模型预测不同FR下的长白落叶松生物量变化符合树木生长机理过程,且各组分生物量随FR增加而增加。结论: 基于地面数据的参数率定后,3-PG模型能够很好模拟长白落叶松生物量生长变化,可作为一种有效的森林经营预测工具。对于长白落叶松3-PG模型,冠层量子效率(alpha)和初级生物量分配到根的最小值(pRn)是影响预测结果的关键参数。

河北省北部华北落叶松人工林立地指数空间分布预测
李文博,吕振刚,黄选瑞,张志东
林业科学. 2021, 57(3):  79-89.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210308
摘要 ( 122 )   HTML ( 11 )   PDF (6904KB) ( 72 )  
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目的: 探究河北省北部华北落叶松人工林立地生产力空间分布格局及其与环境因子的关系,为高效森林经营提供依据。方法: 基于研究区1 179块森林资源二类调查小班数据,建立以地形、气候和土壤因子为辅助变量的多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、回归克里格(RK)和地理加权回归克里格(GWRK)模型。通过模型评价,选择最优模型预测研究区华北落叶松人工林立地指数(SI)空间分布,采用相关和偏相关分析方法分析SI分布格局与主要环境因子的关系。结果: 海拔、最干月降水、土壤全氮和全磷是影响研究区华北落叶松人工林立地生产力的主要因子;地统计学的2种模型(RK和GWRK)拟合优度相近且均显著高于MLR和RF模型,与全局回归的RK模型相比,局部回归的GWRK模型具有较高的R2(0.780)及较低的AIC(160.533)、RMSE(1.593 m)和MAE(1.113 m),为最优预测模型;不同立地生产力等级地区内SI对地形和土壤因子的变化表现更为敏感,对气候因子的变化反应较弱。结论: 海拔、最干月降水较高以及土壤氮磷含量适中的研究区西北部,是华北落叶松人工林适生区,而海拔、最干月降水较低以及土壤氮磷含量不平衡的东、南部,华北落叶松人工林的适应性较差,可通过造林活动或适当添加氮磷肥削弱环境因子对树木的不利影响。

荧光假单胞菌的溶磷机制及其在杨树菌根际的定殖动态
刘辉,吴小芹,叶建仁,陈丹
林业科学. 2021, 57(3):  90-97.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210309
摘要 ( 103 )   HTML ( 7 )   PDF (1032KB) ( 54 )  
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目的: 探究荧光假单胞菌菌株JW-JS1的溶磷能力及其在杨树根际和菌根际的定殖动态,揭示菌株的溶磷机制并进一步阐明溶磷细菌与外生菌根真菌的互作机制,为杨树专用复合菌剂的开发与应用提供理论依据。方法: 通过液体培养试验分析荧光假单胞菌菌株JW-JS1培养液可溶性磷含量、pH和可滴定酸含量的变化,采用高效液相色谱(HPLC)法测定有机酸种类和含量,利用抗利福平标记法筛选稳定的标记菌株,运用灌根法研究其在杨树根际和菌根际的定殖动态。结果: 1)JW-JS1菌株培养液可溶性磷含量随接种时间延长逐渐增加,培养液pH与可溶性磷含量呈极显著负相关(r=-0.889**),可滴定酸含量与可溶性磷含量呈极显著正相关(r=0.958**);2)JW-JS1菌株分泌的总有机酸量(434.39 mg·L-1)明显高于CK(25.94 mg·L-1)(P < 0.05),共检测出草酸、酒石酸、柠檬酸、顺丁烯二酸和反丁烯二酸5种有机酸,其中,草酸含量(273.69 mg·L-1)明显高于其他种类有机酸,约占总有机酸量的63.01%;3)筛选出含有300 μg·mL-1利福平抗性的标记菌株JW-JS1Rif,与原始菌株相比,其菌落形态和溶磷能力均未发生明显变化(P < 0.05);4)标记菌株在杨树根际和菌根际均能长期稳定存活并保持一定的定殖数量,随接种时间延长定殖数量呈下降趋势,定殖动态基本一致,其中,接种50天后定殖数量分别为5.2×104和4.5×104 cfu·g-1结论: 荧光假单胞菌菌株JW-JS1的溶磷能力与培养液pH、可滴定酸含量和有机酸密切相关,特别是菌株分泌的草酸可能在溶磷过程中发挥重要作用。荧光假单胞菌菌株JW-JS1在杨树根际和菌根际均能长期稳定存活并保持一定的定殖数量。荧光假单胞菌菌株JW-JS1与红绒盖牛肝菌Xc是构建杨树专用功能复合微生物肥料的理想材料。

基于深度学习的小目标受灾树木检测方法
周焱,刘文萍,骆有庆,宗世祥
林业科学. 2021, 57(3):  98-107.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210310
摘要 ( 190 )   HTML ( 11 )   PDF (18496KB) ( 113 )  
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目的: 针对无人机森林图像中树木尺度小、生长密集以及分布不规律等问题,提出一种基于深度学习的小目标受灾树木检测方法,以准确识别和定位高分辨率无人机森林图像中的小尺度受灾树木。方法: 以辽宁省凌源县受红脂大小蠹侵害的油松林无人机图像为数据源,利用LabelImg开源软件标注拍摄高度为180~240 m的图像,构建无人机森林图像数据集。设计小目标受灾树木检测框架,该框架在轻量级目标检测框架(SSD)基础上,首先从conv3_3开始构建预测模块,并根据图像中目标树木的尺寸删减预测模块,同时优化特征图上默认框生成方式;然后,通过特征增强模块将基础特征图转化为增强特征图,生成基础和增强预测模块;最后,利用基于默认框的双层损失函数训练检测模型以促进特征学习。结果: 基于深度学习的小目标受灾树木检测方法可实现无人机森林虫害远程监测,较准确检测无人机图像中细小密集的受灾树木。采用5组不同结构的SITD模型以及SSD、FSSD和RFBNet目标检测框架对无人机森林图像数据集进行训练和测试,以平均查准率(AP)和Precision-Recall曲线作为评价指标,试验选出最优SITD模型在测试集上的AP为92.62%,相比原始SSD300框架提升69.71%,且优于其他3种目标检测框架。结论: 基于深度学习的小目标受灾树木检测方法可实现对森林中受灾树木的自动化检测,能够简化林业有害生物监测流程,提升对森林虫害的预警能力。

舞毒蛾取食诱导小黑杨苯丙烷代谢酶活性及其相关基因的表达
周心怡,闫丽琼,吕云彤,孙丽丽,朱靖闻,曹传旺
林业科学. 2021, 57(3):  108-116.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210311
摘要 ( 93 )   HTML ( 2 )   PDF (1805KB) ( 66 )  
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目的: 探究舞毒蛾取食对小黑杨苯丙氨酸代谢途径中关键酶诱导防御的影响,为明确杨树抗虫性分子机制提供理论依据,并为利用基因工程手段提高寄主抗虫性提供基因材料。方法: 通过RT-PCR法获得小黑杨C4H4CL基因全长序列,并进行基因特性分析;采用邻接法构建C4H和4CL系统进化树;利用分光光度计法比较舞毒蛾取食和机械损伤处理下小黑杨C4H和4CL活性,并运用实时荧光定量RT-PCR技术测定2种损伤处理对C4H4CL基因表达量的影响。结果: 从小黑杨转组文库中克隆鉴定获得2个属于p450家族的C4H基因(命名为C4H-1C4H-2)以及1个多结构域蛋白超家族(AFD_class_I)4CL基因,全长基因开放阅读框大小为1 518~1 740 bp,编码505~579个氨基酸,蛋白质分子质量为58.00~63.03 kDa,理论等电点pI为5.63~9.09。系统进化树分析表明,小黑杨C4H-1与银白杨亲缘关系近聚为一类;而C4H-2与毛白杨、欧洲山杨、毛果杨×美洲黑杨和毛果杨具有较高同源性聚为一类,小黑杨4CL与毛果杨×美洲黑杨和毛果杨亲缘关系较近。舞毒蛾取食诱导小黑杨C4H-1C4H-24CL基因表达量增加,分别为对照组的6.86、1.15和1.50倍;而机械损伤诱导C4H-1基因表达上调,抑制C4H-24CL基因表达下调,分别为对照组的1.80、0.71和0.60倍。取食和机械损伤均能诱导小黑杨C4H和4CL活性增加,且取食诱导显著高于机械损伤。结论: 舞毒蛾取食显著诱导小黑杨C4H和4CL活性增加,可能分别来源于C4H-1C4H-24CL基因表达量增加。舞毒蛾取食参与诱导小黑杨苯丙氨酸生物合成途径防御反应,可为进一步明确小黑杨诱导抗性机制以及探讨小黑杨木质素合成防御昆虫取食提供基础理论。

榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响
武国芳,龚迎春,钟永,赵荣军,任海青
林业科学. 2021, 57(3):  117-125.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210312
摘要 ( 136 )   HTML ( 0 )   PDF (11492KB) ( 46 )  
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目的: 针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将“正交胶合木”概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点“预增强”方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。方法: 以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。结果: 对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%~36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。结论: 局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。

巴里黄檀心材色素成分及其稳定性和抗氧化性
杨雨桐,张卿硕,符韵林,孙静
林业科学. 2021, 57(3):  126-134.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210313
摘要 ( 80 )   HTML ( 7 )   PDF (1245KB) ( 64 )  
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目的: 分析巴里黄檀心材色素成分,探究色素的稳定性和抗氧化性,为充分利用巴里黄檀资源提供理论基础和技术支撑,为同类红木资源的高效利用提供参考。方法: 从巴里黄檀木制品加工废料(刨花)中提取色素,使用超高效液相色谱-串联四级杆-静电场轨道阱高分辨质谱(UPLC-Q-EXACTIVE-MS)法分离鉴定色素成分,对色素主要成分进行定量;探究pH、金属离子、温度和紫外光照对色素稳定性的影响;以抗坏血酸(Vc)为阳性对照,分析色素对DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力。结果: 从巴里黄檀心材色素中鉴定出荭草素、葛根素、牡荆素、异鼠李素、天竺葵素、矢车菊素、高车前素、白杨素、黄豆黄素、蓟黄素、樱花素、柚皮苷、染料木素、锦葵素、香叶木素、美迪紫檀素、芒柄花黄素、高丽槐素和6-羟基黄酮共19种黄酮类化合物,其中芒柄花黄素相对含量为2.27%;色素在酸性条件下稳定性较好,在碱性条件下稳定性差,pH>9后溶液出现沉淀;K+、Na+、Ba2+、Ca2+、Mg2+对色素几乎无影响,Al3+对色素有增色作用,Gr6+、Cu2+、Fe3+使色素产生沉淀,破坏作用较大;色素高温加热2 h内稳定性较好,长时间高温加热对色素有增色作用;紫外光照射对色素有缓慢增色作用;色素对DPPH自由基和ABTS自由基具有一定清除能力。结论: 巴里黄檀心材色素为黄酮类色素;色素在酸性至中性环境下较为稳定,在碱性条件下不稳定,Gr6+、Cu2+、Fe3+存在时不稳定,长时间高温加热和光照对色素稳定性影响较大;色素具有一定抗氧化能力。

问题讨论
非农就业对农户林业生产分工的影响——基于福建省的农户调研数据
温亚平,冯亮明,刘伟平
林业科学. 2021, 57(3):  135-144.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210314
摘要 ( 85 )   HTML ( 1 )   PDF (1041KB) ( 33 )  
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目的: 在集体林权制度改革后期,森林资源配置效率的提升遇到了新问题,现有研究成果及现实探索并未提供行之有效的答案;与此同时,外部环境的变化促使农户非农就业增多,林业投劳机会成本上升。本文主要探索非农就业与林业生产分工之间的关系,为加快构建林业生产分工体系、有效促进林业专业化发展提供政策参考,并丰富林业分工理论的研究。方法: 1)将非农就业对农户林业生产分工决策的影响分为替代效应和收入效应,并以此为理论基础,深入分析非农就业对农户林业生产分工的影响;2)利用福建省农户调研数据,选取二元Probit模型验证二者之间的显著关系;3)选择“本村人是否有外出打工的习惯”作为工具变量,采用Ⅳ-Probit模型解决内生性问题;4)将“非农就业人数”替换关键变量“非农就业收入”进行稳健性检验。结果: Ⅳ-Probit模型实证分析结果显示:在1%的显著性水平上,非农就业收入和非农就业劳动力不住家对农户林业生产分工有显著的正向影响。主要原因有2方面:一是农户非农就业收入越多,参与林业生产分工的资金约束越小,替代效应越明显;二是非农就业不住家的农户从事林业生产的机会成本相对较高,选择林业生产分工服务的可能性更大。同时,在10%的显著性水平上,周围农户参与分工的比例和家庭收入在本村的水平对农户林业生产分工有显著影响。稳健性分析表明上述结果具有稳定性。结论: 1)农户非农就业对林业生产分工有促进作用,因此,随着社会经济的发展,农户的非农就业收入和不住家的非农劳动力人数会不断增加,林业生产分工进一步深化是未来的发展趋势。2)周围农户参与分工的比例越高,林业生产分工的交易成本就越低,农户就越有可能参与分工。根据以上结论,林业部门需要着力构建林业生产分工服务体系,打造林业生产分工服务信息平台,建立多部门综合联动机制,制定统筹兼顾的林业政策,使得林业分工发展得以稳定有序的推进。

研究简报
三倍体毛白杨分枝格局对不同土壤供水水平的响应
张亚雄,王烨,李广德,李豆豆,贺曰林,席本野,孙丽娟
林业科学. 2021, 57(3):  145-151.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210315
摘要 ( 87 )   HTML ( 2 )   PDF (1684KB) ( 313 )  
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目的: 研究不同土壤供水水平对三倍体毛白杨分枝格局及适应性的影响,为毛白杨人工林冠层管理提供理论依据。方法: 以2年生三倍体毛白杨人工林为研究对象,采用完全随机区组设计,分析充分灌溉(FI)、控水灌溉(CI)和不灌溉(CK)3种处理下9株样树的分枝格局。结果: 1)不同土壤供水水平对一级枝条平均枝长和分枝角度有显著影响(P < 0.05),FI处理下一级枝条平均枝长最长(3.31 m)、分枝角度最大(59.81°);2)不同处理对RD2∶1有显著影响(P < 0.05),随着土壤供水量增加枝径比呈增大趋势,CK、CI和FI的RD2∶1分别为0.39、0.39和0.51;3)不同处理间毛白杨的总体分枝率和逐步分枝率均差异不显著(P>0.05),FI处理下当年生新生枝条较多,CK处理下较少。结论: 在不同土壤供水水平下,毛白杨平均枝长、分枝角度、枝径比具有较强的可塑性和变异性,土壤水分充足时,毛白杨分枝数增多,一级枝条生长较快,分枝角度加大,总体分枝率较低。

密度和行距配置对毛白杨苗木质量的影响
孙明慧,刘勇,王长伟,李国雷,王苗苗,宋协海,常笑超,万芳芳,宋怀山
林业科学. 2021, 57(3):  152-160.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210316
摘要 ( 145 )   HTML ( 6 )   PDF (1186KB) ( 85 )  
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目的: 探究密度和行距配置对毛白杨苗木生长、养分含量和光截获的影响,筛选毛白杨苗木适宜的密度和行距配置,为提高毛白杨苗木质量、节约毛育苗成本提供参考。方法: 以毛白杨新品种“北林雄株1号”苗木为试验材料,采用双因素完全随机区组设计,设置高、中、低3种育苗密度[50 000(A1)、41 667(A2)和31 250(A3)株·hm-2]和3种行距配置,测定毛白杨苗木生长指标、养分含量、光截获和叶面积指数。结果: 1)密度和行距配置对毛白杨苗木生长指标影响显著(P < 0.05),中密度带状配置A2B3的苗高、根生物量和总生物量最大,分别为294.65 cm、151.92 g和328.77 g,较高密度行状配置A1B1分别提高30.21%、62.78%和26.96%;2)密度和行距配置显著影响毛白杨叶氮浓度,A3B3的叶氮浓度最大(16.43 g·kg-1);带状配置较行状配置可显著提升苗木茎根的氮浓度;3)密度和行距配置的交互作用对毛白杨苗木光截获影响不显著(P>0.05),行距配置对毛白杨苗木光截获和叶面积指数影响极显著(P < 0.01),带状配置显著增加毛白杨苗木光截获和叶面积指数,带状配置B3的光截获和叶面积指数最大,分别为0.87和3.59,显著高于行状配置B1;4)不同密度和行距配置下,光截获显著影响毛白杨生长指标(P < 0.05),光截获与毛白杨苗高、地径、地上生物量、地下生物量和总生物量呈极显著正相关(P < 0.01),与茎根比呈显著负相关(P < 0.05),其中光截获与生物量的决定系数(R2)最高,达0.408。结论: 在不同密度和行距配置下,光截获是影响苗木苗高、地径、地上生物量、地下生物量和总生物量的关键因素。密度和行距配置不同,苗木生长指标以及养分浓度均表现出相应变化。从苗木质量上考虑,中密度带状配置B3毛白杨的生长指标、养分含量和光截获最佳,苗木质量最佳。从生产经济上考虑,高密度带状配置B2、高密度带状配置B3、中密度带状配置B2、中密度行带状配置B3的密度和行距配置模式均较佳。

Granier原始公式测算107杨树干液流通量密度的误差及校正公式
马长明,张含含,韩煜,孟庆星,张劲松,马玉洁
林业科学. 2021, 57(3):  161-169.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210317
摘要 ( 68 )   HTML ( 3 )   PDF (1615KB) ( 60 )  
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目的: 验证Granier原始公式对测算107速生杨树干液流通量密度时的适用性,为精准计算林木蒸腾量提供依据。方法: 以107速生杨为对象,基于热扩散树干液流测定技术,采用离体茎段式称重法和整树容器称重法实测液流通量密度,以验证Granier原始公式的适用性,并通过建立实测液流通量密度与热扩散法测定的树干液流温差系数(K值)的统计关系,形成校正公式。结果: 和整树容器称重法和室内茎段称重法的实测值相比,Granier原始公式计算的液流通量密度存在严重低估,误差率分别达-71.5%和-74.3%。基于整树容器称重法和室内茎段称重法的实测值而建立的校正公式分别为Fd(液流通量密度,cm3·cm-2 s-1)=0.010 8K0.566 6R2=0.812 6)和Fd=0.019 17K0.952 8R2=0.940 3)。经6月23日、24日数据验证,在以林木自然生长条件下的野外整树容器称重法实测值为基准时,Granier原始公式的计算值低估68.90%,而整树容器称重法拟合的校正公式计算值仅低估2.95%,离体茎段称重法拟合的校正公式计算值低估15.75%。结论: Granier原始公式在计算107速生杨树干液流通量密度值时存在严重低估,会造成很大误差,但校正公式可反映液流通量密度与K值的关系,能准确表达出真实的液流量。因此,采用基于整树容器称重法校正的Granier公式所计算的107速生杨树干液流通量密度具有较高精度。

杜仲ARF基因家族全基因组鉴定和表达分析
刘闵豪,李龙,叶靖,周轩辕,李周岐,范睿深,徐郡儡
林业科学. 2021, 57(3):  170-180.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210318
摘要 ( 155 )   HTML ( 11 )   PDF (3570KB) ( 86 )  
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目的: 杜仲是我国特有的传统药用和胶用木本植物,其生长发育相关基因研究对杜仲育种有重要意义。生长素响应因子(ARF)是生长素信号转导途径中重要的转录因子,了解ARF在杜仲器官发育中的作用具有重要的理论和实际应用价值。方法: 利用杜仲全基因组测序数据鉴定杜仲ARF基因,并对这些基因进行生物信息学分析;根据杜仲EuARFs与拟南芥、水稻和欧美杨ARF蛋白的序列比对,构建系统进化树;根据转录本全长测序数据分析杜仲叶片不同生长时期的ARF基因表达谱,并利用qRT-PCR分析杜仲ARF基因与调控ARF基因的miRNA在不同器官不同发育时期的表达模式。结果: 共鉴定出18个杜仲ARF基因,根据系统进化树可以将EuARFs分为5类;miRNA靶位点分析表明eu-miR160s调控Ⅱ亚族的EuARFs,eu-miR167s调控除了EuARF8.2的V亚族的EuARFs。表达谱结果显示EuARFs在叶片不同生长时期的表达不同,其中V亚族EuARFs与Ⅵ亚族EuARF19.2在3 cm长的生长叶和完全展开的幼叶中表达量较高。qRT-PCR试验结果显示,EuARFs在正常生长条件下不同发育阶段(幼嫩和成熟)的器官(根、茎和叶)中均有表达,在根中表现为在成熟阶段上调表达,叶和茎段中表现为在成熟的器官中下调表达;eu-miR160s主要在幼嫩的根中表达,eu-miR167s则主要在成熟的叶片中表达。结论: 共鉴定出18个杜仲ARF基因,这些EuARFs在正常生长条件下不同发育阶段(幼嫩和成熟)的器官(根、茎和叶)中均有表达,根据表达量可以预测V亚族的EuARFs对幼苗的生长发育具有调控作用,EuARF19.2对杜仲叶片生长具有重要调控作用。

点云数据双向选择单木提取与地面数据匹配方法
霍朗宁,张晓丽
林业科学. 2021, 57(3):  181-188.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210319
摘要 ( 93 )   HTML ( 4 )   PDF (9594KB) ( 60 )  
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目的: 基于双向选择判断原理,提出一种将激光雷达(LiDAR)点云数据提取到的单木信息与地面实测单木信息进行匹配的方法,以得到更为合理的信息匹配结果。方法: 采用机载LiDAR点云数据分割单木,提取单木位置、数量、树高和冠幅等信息,从LiDAR提取单木位置出发,依据树高和距离正向确定候选地面实测单木,再根据候选地面实测单木位置和距离信息逆向确认LiDAR提取单木是否为最合适的匹配对象木。结果: 以匹配精度、匹配后的单木树高和冠幅精度为判断指标,与邻域最高匹配法、最邻近匹配法和双因素匹配法相比,在匹配精度一致的情况下,双向选择判断法匹配的单木树高精度可从75.21%提升至91.01%,冠幅精度从60.50%提升至68.64%;在保证匹配信息精度一致的情况下,双向选择判断法可将匹配精度从传统方法的33.52%提升至61.11%。结论: 点云数据双向选择单木提取与地面数据匹配方法可快速、高效地将激光雷达点云数据提取到的单木信息与地面实测单木信息进行匹配,与传统方法相比,能够在高密度、多林层林分中发挥更高优势。

白蜡窄吉丁对高温高湿的耐受性
党英侨,张彦龙,王小艺,魏可,杨忠岐
林业科学. 2021, 57(3):  189-194.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210320
摘要 ( 128 )   HTML ( 3 )   PDF (1028KB) ( 74 )  
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目的: 明确白蜡窄吉丁对高湿热环境的耐受能力,为预测白蜡窄吉丁在我国南方高温高湿地区定殖的可能性提供科学依据。方法: 室内设置极端温湿度环境,测定不同条件下白蜡窄吉丁雌雄成虫的生存率、雌虫成熟虫卵量以及新鲜卵粒的孵化情况。结果: 1)白蜡窄吉丁雌雄成虫对恒定高温高湿环境均具有较强耐受性。相对湿度为80%时,雌雄成虫可在38℃下存活3天以上,恒温41℃时雄虫的存活率在第三天开始下降,而雌虫则在恒温42℃才开始死亡。白蜡窄吉丁雄虫对高温高湿的耐受能力较雌虫弱,恒温43℃以上时雌虫可存活24 h,而雄虫在12 h内全部死亡。2)白蜡窄吉丁雌虫在相对湿度80%,温度28℃、38~43℃下均有卵发育成熟。与28℃对照相比,38和41℃下白蜡窄吉丁雌虫成熟虫卵量明显增多,当环境温度超过41℃时成熟虫卵量随温度升高而下降,44℃时卵无法发育成熟。3)相对湿度为80%时,卵粒易被霉菌感染,28和38℃时仍有部分卵粒孵化,41℃以上则无法正常孵化。与28℃相比,高温高湿环境下卵的孵化率显著降低。结论: 白蜡窄吉丁对高温高湿具备较强耐受性,被传播到中部或南部一些地区后具有正常生存并建立种群的可能性。