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2021年 第57卷 第6期 刊出日期:2021-06-25
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林业科学. 2021, 57(6):  0-0. 
摘要 ( 88 )   PDF (2976KB) ( 126 )  
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论文与研究报告
城市化进程下地表温度时空变化及其与植被覆盖度的相关性——以北京五环区域为例
袭月,张志强,周洁,王丽群,陈立欣
林业科学. 2021, 57(6):  1-13.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210601
摘要 ( 165 )   HTML ( 25 )   PDF (20314KB) ( 285 )  
数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

目的: 探究城市地表温度时空变化特征,阐明不同植被覆盖度条件下植被降温差异,为改善城市生态环境、合理规划城市绿地提供参考。方法: 以城市化水平较高的北京五环内区域为研究对象,基于1999-2017年5期Landsat遥感影像反演得到的地表温度和植被覆盖度图像,采用标准差分类法将研究区划分为极低温区、低温区、次低温区、中温区、次高温区、高温区和极高温区,探究研究期地表温度时空变化特征,运用线性回归进一步对300、600、900和1 200 m栅格尺度下的植被覆盖度和地表温度进行相关性分析。结果: 1999-2017年,北京五环内热环境的时间变化总体分为2个阶段:1999-2011年高温区和极高温区面积逐渐增加;2011-2017年,热环境状况有所改善,高温区和极高温区面积占比分别下降0.96%和0.71%,极低温区和低温区面积占比分别升高0.45%和1.19%。热环境空间格局随北京城市建设发生显著变化,1999年地表温度较高的区域集中在二环内,1999年后逐渐向外转移,至2011年,高温区和极高温区集聚在三环至五环间的东南部区域(2011年高温区和极高温区在三环至五环间分布比例最高,分别为70.73%和78.92%),2017年五环内区域整体热环境有一定程度改善。研究期内北京五环区域植被覆盖度总体呈先降后升的趋势,2005年植被覆盖度最低(31.84%),且植被覆盖度较高的区域主要分布在四环至五环,四环内区域植被覆盖度相对较低。地表温度与植被覆盖度总体呈线性负相关(P < 0.001),且在中植被覆盖度条件下(40%~60%)相关关系更稳定。同一栅格尺度下,植被覆盖度越高,降温效应越强,地表温度越低。结论: 1999-2011年,高温区和极高温区面积逐渐增加,且高温区域由二环内向外转移;2011-2017年,热环境状况有所改善。研究期内植被覆盖度总体呈先降后升的趋势,且植被覆盖度在四环至五环间区域较高。植被覆盖度增加可降低地表温度,且在植被覆盖度达到40%~60%时才表现出稳定的降温效果,适当提高植被覆盖度,可提升城市绿地降温功能,缓解城市热环境。

基于针刺仪平稳卡尔曼滤波器的树木年龄估计
潘虹,卢军,雷相东,郭旭展,姚建峰,唐守正
林业科学. 2021, 57(6):  14-23.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210602
摘要 ( 82 )   HTML ( 10 )   PDF (4926KB) ( 50 )  
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目的: 研究卡尔曼滤波在针刺仪抗钻阻力值序列中的应用,推导出针刺仪平稳卡尔曼滤波器估计树木年龄,为活立木年龄估计提供方法和依据。方法: 以山西省羊圈沟林场华北落叶松为研究对象,使用针刺仪在同一水平位置不同方向钻入华北落叶松获取323组抗钻阻力值序列作为研究样本,在针刺位置5 cm内截取104个圆盘作为参考样本。将卡尔曼滤波器理论应用于针刺仪,通过分析滤波器的性质,简化参数,推导出针刺仪平稳卡尔曼滤波器。以针刺仪钻入华北落叶松获得的抗钻阻力值作为平稳卡尔曼滤波器的输入,以最小均方误差为最佳准则的最优估计值序列作为输出,根据最优估计值序列的波峰波谷数估计树木年龄,并将平稳卡尔曼滤波算法估计的树木年龄和针刺仪自带DECOM软件自动判定的树木年龄分别与相应的圆盘年轮数进行成对数据t-检验。结果: 针刺仪平稳卡尔曼滤波器缩减初始参数数量,使得抗钻阻力的最优估计值序列只依赖于参数Rat值的选取。将323组活立木抗钻阻力值序列经过针刺仪平稳卡尔曼滤波器,依据相应活立木胸径大小选择恰当的参数Rat值可以得到较好去噪效果,算法估计树木年龄与实际树木年龄比较接近。算法估计树木年龄相对误差分布大多集中在-10%~10%之间,最小相对误差为0%,最大相对误差为25.69%,平均相对误差为0.75%,经成对数据t-检验后t为-0.468 16,算法估计树木年龄均值与实际树木年龄均值之间无显著差异。而针刺仪自带DECOM软件自动判定的树木年龄结果相对误差较大,大多集中在-20%~-60%之间,最小相对误差为-7.69%,最大相对误差为-84.78%,平均相对误差为-40.49%,与实际树木年龄进行成对数据t-检验后t为20.245,差异显著。结论: 针刺仪平稳卡尔曼滤波器应用于针刺仪抗钻阻力值序列能够较准确估计华北落叶松年龄,优于针刺仪自带DECOM软件自动判定结果,具有微损、操作快、测量精度高等特点,可为华北落叶松年龄估计提供一种有效途径。

基于多特征优选的无人机可见光遥感林分类型分类
周小成,郑磊,黄洪宇
林业科学. 2021, 57(6):  24-36.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210603
摘要 ( 92 )   HTML ( 15 )   PDF (8505KB) ( 85 )  
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目的: 以无人机可见光遥感影像为数据源实现竹林、针叶林和阔叶林的分类识别,扩展无人机可见光遥感数据在森林资源调查中的应用范围。方法: ] 利用无人机获取仅包含红、绿、蓝3个波段光谱信息的航拍影像,经预处理生成空间分辨率为0.1 m的数字正射影像图(DOM)和数字表面模型(DSM),从DSM和DOM中提取包括高度特征、光谱特征、常见的可见光植被指数、HSV颜色分量、HSV颜色分量基础上提取的纹理特征以及扩展的形态学多属性剖面(EMAPs)6类特征;采用递归特征消除随机森林算法(RF_RFE)优选特征子集,根据不同类型特征和优选特征子集设置8组试验,使用随机森林分类器(RFC)进行林分类型分类,运用目视解译获得的地面真实影像建立混淆矩阵评价分类结果。结果: 1)单独利用光谱特征进行林分类型分类效果不理想,总体精度为65.68%,Kappa系数为0.53;以光谱特征为基础单独引入其他特征进行林分类型分类,除植被指数外,其他特征均可提高总体分类精度;2)采用递归特征消除随机森林算法优选出11个特征,包括5个EMAPs特征、3个HSV纹理特征、1个高度特征、1个植被指数和1个HSV颜色分量,11个特征组合获得8组试验中最高分类精度,总体精度为81.05%,Kappa系数为0.73;3)将多特征优选方法应用于不同分辨率的可见光无人机影像上均取得较好分类结果,其中分辨率为0.3 m时分类精度最高,总体精度为82.46%,Kappa系数为0.75。结论: 递归特征消除随机森林算法综合多类型特征中最有利于林分类型分类的特征,从而提高分类精度,研究结果可为无人机可见光遥感数据在森林资源调查中林分类型信息的提取提供参考。

未来气候变化背景下橡胶树白根病在中国的风险分析
白蕤,李宁,刘少军,陈小敏,邹海平,吕润
林业科学. 2021, 57(6):  37-45.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210604
摘要 ( 65 )   HTML ( 7 )   PDF (1563KB) ( 33 )  
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目的: 基于最大熵(MaxEnt)模型对未来气候变化背景下中国橡胶树白根病的风险进行预测,分析影响该病发生的主导环境因子,对中国橡胶树白根病的检疫及防控决策提供参考。方法: 在前人研究橡胶树白根病发生流行的基础上,利用基准时段(1970-2000年)全球生物气候数据和橡胶树白根病灾情资料,筛选出影响橡胶树白根病发生的地理分布信息和主导环境因子,采用MaxEnt模型和地理信息技术(GIS)构建橡胶树白根病发生与主导环境因子的关系模型。基于耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)提供的5个常用大气环流模式(GCMs),结合等权重集合平均法,获取典型浓度路径(RCP)2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景的2050s(2041-2060年)和2070s(2061-2080年)气候预估数据,根据建立的模型预测基准时段和未来(2050s和2070s)橡胶树白根病风险区分布,分析气候变化对橡胶树白根病风险区分布的影响,识别未来气候变化下橡胶树白根病的防治关键区及敏感区。结果: 模型训练和测试数据的受试者工作特征(ROC)曲线下方面积(AUC)值分别为0.965、0.942,模拟预测结果与历史灾情基本吻合。贡献率较高的主导环境因子是年均温变化范围、最湿月降水量、昼夜温差月均值、最冷季度平均温度、温度季节性变化标准差、最冷月最低温度。基准时段中国橡胶树白根病高风险区主要集中在海南岛、广东省西南部和东南部部分地区、云南省的南部和东南部部分地区。从基准时段到未来,风险区质心位置有向东北方向移动的趋势,高风险区面积占比呈现增加趋势。结论: 橡胶树白根病的风险区变化受温度和降水的影响显著。中国橡胶树白根病防治关键区为海南岛、云南省南部部分地区、广东省西南部部分地区,敏感区为广西壮族自治区东南部部分地区、广东省东部部分地区、福建省南部部分地区。研究结果可为中国橡胶树白根病的检验检疫提供一定的参考依据。

乙烯利过度刺激诱发橡胶树死皮的生理效应
刘辉,胡义钰,冯成天,袁坤,王真辉
林业科学. 2021, 57(6):  46-55.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210605
摘要 ( 83 )   HTML ( 10 )   PDF (2872KB) ( 40 )  
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目的: 研究乙烯利过度刺激采胶所诱导的橡胶树死皮发生、发展过程中的胶乳产量和生理变化规律,为利用乙烯利刺激增产以及采取有效措施预防死皮发生提供理论依据。方法: 选择橡胶树品种‘热研7-33-97’健康植株,通过乙烯利过度刺激采胶诱发不同等级死皮,测定分析不同等级死皮植株胶乳产量和相关生理指标的变化规律,包括pH值、黄色体破裂指数、干胶含量、总固形物含量、硫醇含量、无机磷含量、橡胶粒子粒径分布及平均粒径等。结果: 1)在乙烯利过度刺激采胶过程中,胶乳产量呈先升后降的变化趋势。在刺激割胶早期阶段,胶乳产量不断增加,普遍增产3倍以上,但很快会诱发死皮。随着死皮发生、发展,胶乳产量逐渐下降,最终低于健康植株。2)黄色体破裂会导致乳管堵塞,黄色体破裂指数随植株死皮等级提高而显著提高,这与死皮发生有直接关系。死皮植株的胶乳pH值也略有上升,但仅3级死皮植株与健康植株具有显著差异。3)乙烯利过度刺激对胶乳具有稀释效应,死皮植株胶乳干胶和总固形物含量均低于健康植株,其中2~3级死皮植株中的含量递减,而4~5级死皮植株中的含量逐步回升。4)2~3级死皮植株的胶乳硫醇含量递增,均显著高于健康植株,而4~5级死皮植株中的含量逐步回落,与健康植株无明显差异。2~5级死皮植株的胶乳无机磷含量呈递减趋势,但均高于健康植株。5)健康植株的胶乳橡胶粒子粒径在0.09~2.27 μm范围呈单峰分布。随植株死皮发生发展,胶乳橡胶粒子粒径分布向小粒径方向逐步偏移,且峰值逐渐下降。与之相符,胶乳橡胶粒子平均粒径亦随死皮等级提高而逐渐变小,2~5级死皮植株的平均粒径均显著低于健康植株。健康植株的胶乳橡胶粒子平均粒径为0.89 μm,而5级死皮植株的平均粒径仅0.79 μm。结论: 乙烯利过度刺激采胶会促使胶乳黄色体破裂增加、硫醇和无机磷大量外排、橡胶粒子变小,从而导致乳管系统受损与堵塞,影响橡胶生物合成和胶乳外排,表现出死皮症状。天然橡胶生产中应合理使用乙烯利刺激,避免因过度刺激诱发死皮造成减产。

氟离子和碳酸氢根对构树幼苗生长和碳代谢的影响
姚凯,吴沿友
林业科学. 2021, 57(6):  56-63.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210606
摘要 ( 37 )   HTML ( 5 )   PDF (3086KB) ( 37 )  
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目的: 通过研究氟离子和碳酸氢根添加对构树幼苗生长和碳代谢的影响,探讨喀斯特生态区域内的氟离子对植物光合作用和糖代谢过程的影响机制,以期为氟富集地区的森林植被管理和修复提供理论依据。方法: 以喀斯特适生植物构树幼苗为研究对象,通过在Hoagland营养液中加入NaF和NaHCO3制成处理液。试验共设置4个处理组,即对照组、3 mmol·L-1 NaF处理组、3 mmol·L-1 NaHCO3处理组和3 mmol·L-1 NaF+3 mmol·L-1 NaHCO3处理组。测定构树幼苗在处理条件下的生长指标、光合指标、磷酸果糖激酶(PFK)活性、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)活性和碳酸酐酶(CA)活性。结果: 1)F-添加显著抑制了构树幼苗的生长和光合能力,并且使葡萄糖代谢从糖酵解途径转移到磷酸戊糖途径。在不同时添加HCO3-的情况下,F-对叶片内的CA酶活性不产生显著影响,但在同时添加HCO3-时,F-显著抑制叶片内的CA酶活性。2)根际HCO3-添加能够显著促进构树幼苗的生长和光合能力,提高葡萄糖代谢总量和CA酶活性。而同时添加F-能抑制HCO3-添加对植株产生的正面效应,使植株的生长、光合、葡萄糖代谢总量都显著下降,而G6PDH酶活性显著上升。结论: 环境中较高浓度的F-能够显著抑制构树的生长,具体体现在对光合过程的抑制和把过多的糖代谢底物分配到PPP途径上。而在根际添加适量的HCO3-能够为植株的生长提供额外的光合代谢底物,提高植株的糖代谢水平,从而对植物的抗逆性和生长都产生有利的影响。在同时添加HCO3-和F-条件下,HCO3-对植物生长的增益效果被F-的作用所削减,这主要是因为F-对植物光合系统中各种酶结构和活性的破坏和抑制作用,也可能与F-和HCO3-在根系吸收时存在竞争关系有关。

基于BLUP和GGE双标图的黑杨派无性系生长性状基因型与环境互作效应
李金花
林业科学. 2021, 57(6):  64-73.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210607
摘要 ( 52 )   HTML ( 1 )   PDF (1784KB) ( 22 )  
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目的: 基于BLUP和GGE双标图分析法综合评价多试验点区域化试验黑杨派无性系(品种)的速生性、稳定性和各试验地点的区分力、代表性,可为黑杨派引种无性系的选择和应用提供理论依据。方法: 对位于北京、河北和山东的9个试验地点15个黑杨派引种无性系(品种)进行生长性状测定,使用ASReml-R程序包拟合误差异质的线性混合效应模型,通过最佳线性无偏预测(BLUP)法获得各无性系在各试验点6年生胸径和树高BLUP数据,进行GGE双标图分析,对无性系和试验地点进行评价。结果: 基于胸径和树高BLUP数据GGE双标图分析的前2个主成分(PC1和PC2)的方差解释百分比为84.69%和69.83%。基于胸径BLUP数据GGE双标图显示,9个试验点之间均存在正相关关系,被分为2组:河北永清和山东金乡为一组,胸径最大的无性系为50;其余7个试验点为另一组,胸径最大的无性系为Por。区分力最好的地点为北京昌平和河北永清,代表性最好的地点为山东宁阳(高桥)和河北魏县。对于无性系高产性和稳产性,Por胸径最大,Pa、36、108、50、111和107的胸径均大于均值,而Og的胸径接近总体均值,La胸径最小;107、Me、108、Br、Og和36稳定性较好。结论: 胸径与树高BLUP-GGE双标图存在差异,胸径BLUP-GGE双标图较树高的可靠;无性系Por速生性突出,其次是Pa、36、108、50、111和107,稳定性较好的无性系为107、Me、108、Br、Og和36,速生性和稳定性均较强的无性系为Por、Pa、36、108和107。

木糖选择系统下xylA & BADH双价基因对二色胡枝子的遗传转化
杨晓红,陈晓阳
林业科学. 2021, 57(6):  74-84.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210608
摘要 ( 27 )   HTML ( 2 )   PDF (6250KB) ( 14 )  
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目的: 建立安全、无抗生素的二色胡枝子遗传转化体系,通过基因工程技术进一步提高二色胡枝子的抗逆性。方法: 采用PCR法从大肠杆菌DH5α菌株中克隆木糖异构酶基因(xylA);构建含有xylA和甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)的植物表达载体pBI121-xylA-BADH;培养基中用木糖取代一定量的蔗糖建立二色胡枝子的木糖选择系统;以农杆菌介导法对二色胡枝子的子叶节进行遗传转化,通过PCR和Southern检测确定转基因植株;对转化植株及非转化植株进行0.5~2 g·L-1NaCl胁迫,观测植株生长表现,测定1 g·L-1NaCl胁迫下转化植株和非转化植株的甜菜碱醛脱氢酶活性、叶绿素、电导率。提取转化植株及非转化植株组培苗叶片中的可溶性总糖,用高效液相色谱仪分析糖成分。结果: 测序结果表明,克隆的木糖异构酶基因与GenBank公布的大肠杆菌xylA核苷酸序列的同源性达到100%,PCR及酶切检测表明正确构建了pBI121-xylA-BADH植物表达载体。在二色胡枝子遗传转化过程中,应在纯木糖培养基上筛选抗性芽,在抗性芽增殖和生根过程中,可以采用蔗糖5 g·L-1、木糖25 g·L-1的糖类混合剂进行进一步筛选。在农杆菌介导的遗传转化中,外植体预培养1天后,采用LBA4404菌株侵染20~30 min,共培养3天,可以获得相对较多的木糖抗性芽。对获得的部分抗性芽进行PCR及Southern检测,得到2个转基因株系,二色胡枝子遗传转化率低于4.7%。耐盐性观测表明,转基因植株能够在含有2 g·L-1NaCl的培养基上生长并生根,而非转基因植株在相同培养基上则叶子变黄、脱落,且不能生根。无盐胁迫时,转基因和非转基因植株在甜菜碱醛脱氢酶活性、叶绿素含量和电导率方面无显著性差异;盐胁迫后,非转基因植株的甜菜碱醛脱氢酶活性无明显变化,而转基因植株的甜菜碱醛脱氢酶活性大幅度提升,且达到非转基因植株的8~10倍;盐胁迫后,转基因植株的叶绿素含量显著高于非转基因植株,而电导率则显著低于非转基因植株。高效液相色谱的分析结果显示,转基因植株叶片中测出了果糖和葡萄糖,而非转基因植株叶片中测出了葡萄糖和一种未标示的糖类。结论: 建立了二色胡枝子在木糖选择系统下的遗传转化体系,并获得稳定表达的转基因植株。外源甜菜碱醛脱氢酶基因可提高二色胡枝子的耐盐性;来源于大肠杆菌的木糖异构酶基因的导入会影响二色胡枝子的糖代谢。

基于苦楝转录组测序的SSR分子标记开发
蔡金峰,杨晓明,郁万文,汪贵斌,曹福亮
林业科学. 2021, 57(6):  85-92.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210609
摘要 ( 41 )   HTML ( 1 )   PDF (4239KB) ( 31 )  
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目的: 基于转录组测序数据开发苦楝SSR标记,为苦楝种质资源的选育、评价和遗传改良提供理论基础和科学依据。方法: 利用Illumina HiSeqTM 2500平台对苦楝叶片进行高通量测序,分别利用Trinity、MISA软件对转录组数据进行拼接组装、序列检索及SSR分布类型和特征分析。采用Primer 3软件设计合成100对SSR引物,分别用2%琼脂糖凝胶电泳和PAGE凝胶电泳进行初步筛选和多态性筛选。结果: 共获得Unigenes 20 077条,平均长度为1 431.82 bp,N50为1 955 bp;对Unigenes进行SSR位点的发掘和分析,发现4 116条Unigenes序列中含有5 469个SSR位点,SSR的发生频率为20.50%,平均分布距离为8.74 kb;单、二、三核苷酸重复单元分别占总SSR的50.23%、24.43%和22.11%;SSR重复单元以6~10次重复的最多,占总数的51.27%。筛选出16对多态性引物并进行PCR扩增,共检测到56个等位基因片段,平均每个位点含3.5个,平均有效等位基因数为2.31个,平均Shannon多样性指数I为0.861,平均多态性信息含量PIC为0.507。结论: 苦楝转录组SSR位点具有较高的出现频率和分布密度,基元类型和重复次数相对较高,具有高多态性的潜能,可以进行有目的的引物设计和开发。开发的16对SSR引物在苦楝上可检测到较高的多态信息含量,进一步丰富了楝科现有SSR标记数据库资源,可为楝科植物在基因组水平上的遗传多样性分析和分子辅助育种等提供参考。

处理松材线虫病疫木的木腐真菌筛选
王旻嘉,叶建仁,涂煜昇,杜方平
林业科学. 2021, 57(6):  93-102.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210610
摘要 ( 59 )   HTML ( 4 )   PDF (1163KB) ( 45 )  
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目的: 通过室内和田间试验筛选能在有效降解松材线虫病疫木的同时,还能够抑制松材线虫在疫木内生活移动的木腐真菌,为研发松材线虫病疫木高效环保除治新途径提供依据。方法: 利用选择培养基从腐朽松木样本中初筛出19个木腐真菌。在不同种类木腐真菌平板上接入2 000条松材线虫共培养,从中筛选出能抑制松材线虫生长繁殖的菌株。通过测定受木腐菌侵染的黑松试样的失重率,判定木腐真菌对松木的腐解能力。选择能有效抑制松材线虫繁殖且降解松木能力强的菌株进行田间试验。采用液体摇瓶培养菌丝接种田间疫木,处理4个月后均匀钻孔取样,分析整段疫木内松材线虫数量变化。5-6月,收集天牛蛹室周围木样(0.5~1 cm),分析蛹室周围木样内松材线虫数量,同期在钢丝网罩中定期捕捉羽化的天牛,分析羽化天牛携带线虫的数量。结果: 室内筛选出7株能抑制松材线虫繁殖且降解木材能力强的木腐真菌,其中在菌株J5-2的平板上培养8天后,每皿仅分离出(18±10)条线虫,在硫磺菌和糙皮侧耳的平板上则完全分离不到松材线虫。在供试菌株中,硫磺菌对松木的降解能力最强,侵染黑松木材4个月后,试样失重率达到22.82%,其次是菌株S4,造成木块重质损失了21.68%。田间试验表明,7种木腐真菌接种4个月后,均能使疫木内松材线虫种群数量减少,其中菌株J5-2、硫磺菌、S4可使蛹室线虫数量减少65%以上,天牛携带线虫数量低于每头200条。菌株J5-2除害效果最佳,使疫木蛹室线虫数量减少72%,每只天牛携带松材线虫仅(15±4)条,最高携带量仅为60条。经鉴定菌株J5-2为Ceriporia sp.。结论: 菌株J5-2、硫磺菌和糙皮侧耳等木腐菌对松材线虫的抑制作用明显,硫磺菌和菌株S4降解木材的能力强,菌株J5-2、硫磺菌、S4在田间处理疫木的效果最好,可使疫木中线虫数量减低65%以上。利用木腐真菌就地处理松材线虫病疫木是一种高效环保新方法。

利用HS-SPME-GC/MS法分析横坑切梢小蠹危害细叶云南松诱导抗性挥发物质
吴东山,贾婕,陈虎,颜培栋,徐荣勋,杨柳琴,杨章旗
林业科学. 2021, 57(6):  103-110.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210611
摘要 ( 34 )   HTML ( 4 )   PDF (1030KB) ( 17 )  
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目的: 掌握横坑切梢小蠹危害与细叶云南松应激响应规律,探讨其与抗性有关的代谢挥发物关系,以期提出有效的防治措施。方法: 以广西乐业县雅长林场不同危害程度细叶云南松嫩梢为对象,利用顶空固相微萃取-气相色谱/质谱法研究细叶云南松诱导抗性挥发物质。SPME萃取优化条件为:在75℃固相萃取仪上平衡15 min,用75 μm萃取头(DVB/CAR/PDMS)萃取15 min。结果: 重度危害检测出最多挥发组分,主要为萜烯类、醇类。细叶云南松主要代谢挥发产物与其受危害程度密切相关,随着受害程度的增加,α-蒎烯、3-蒈烯、β-石竹烯、β-毕澄茄烯的含量随之增加,β-蒎烯含量逐渐减少,且仅对照含有少量长叶烯成分。重度危害类型中β-蒎烯含量最低仅为对照的47.85%,而3-蒈烯升高幅度最大,高于对照62.83%。单萜类及倍半萜类含氧衍生物总量随受害程度增加而增加,表明含氧化合物增多其抗虫性减弱。结论: 3-蒈烯、β-蒎烯、β-榄香烯、β-石竹烯和β-毕澄茄烯含量差异是导致细叶云南松诱导横坑切梢小蠹虫抗性的主要原因。顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术适用于松针挥发性成分的快速分析,并为细叶云南松小蠹诱导抗性物质研究提供科学依据。

危害青海云杉的新松叶蜂属(膜翅目: 松叶蜂科)一新种
武星煜,辛恒,杨启青,陈尚花,王汉男,魏美才
林业科学. 2021, 57(6):  111-114.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210612
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记述采自中国青海危害青海云杉的松叶蜂科新松叶蜂属一新种:青海新松叶蜂Neodiprion qinghaiicus Wei,Wang & Wu,sp. nov.。本种的锯腹片和阳茎瓣与青杄新松叶蜂很相近,主要形态区别有:触角黄色,栉齿黑色,鞭节Ⅰ-Ⅱ腹缘在侧面观等长(青杄新松叶蜂触角黑色,鞭节Ⅱ腹缘在侧面观略长于鞭节Ⅰ);后翅1 M室腹缘被cu-a截断的部分,内侧长于外侧(青杄新松叶蜂中这2部分翅脉长度相等);虫体瘦削(青杄新松叶蜂虫体粗壮)。体色与同属成员差别较大,可通过头部黑色且腹部黄色无黑斑等特征与中国其他新松叶蜂相区分。提供了中国新松叶蜂属分种检索表。

黑龙江省3种主要火源引发森林火灾的次数和面积时空分布特征
尹赛男,王东昶,单延龙,韩喜越,高博,王明霞
林业科学. 2021, 57(6):  115-124.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210613
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目的: 根据森林火灾历史资料,研究黑龙江省由雷击火、农事用火、野外吸烟火源引起森林火灾的时空格局,为该地区火源管理和森林火灾预防提供科学依据。方法: 以黑龙江省1997-2017年森林火灾资料为基础,分别分析3种火源的时间变化特征;通过双因素方差分析方法,分析3种火源在不同月份和日内时刻造成火场总面积的差异性;使用多距离空间聚类分析方法(Ripley's K函数)分析3种火源的空间分布格局。结果: 黑龙江省1997-2017年由雷击火引起的森林火灾最频繁,危害也最大,且近年来发生次数有所增加;雷击火主要聚集发生在大兴安岭地区,以6月和7月发生最频繁;每年9月16:00-16:59由雷击火引发的森林火灾每次造成的火场总面积均值最大。农事用火和野外吸烟引起的森林火灾次数和火场总面积在1997-2017年呈波动式下降,且主要发生在4月和5月;农事用火引起的森林火灾在6月12:00-12:59和9月16:00-16:59每次造成的火场总面积均值最大;而野外吸烟火源造成的火场总面积在月和日上均不存在差异,说明针对该种火源在发生频率高、危害程度大的时间都应重点防范。从空间上看,农事用火主要聚集分布在黑河市市辖区、嫩江县、逊克县、七台河市等地;野外吸烟则主要聚集分布在松岭林业局、加格达奇林业局、逊克县、嘉荫县、七台河市和鸡东县等地。结论: 随着黑龙江省火源管控、林火监测和扑救能力的逐渐加强致使雷击火、野外吸烟、农事用火在近年造成的火场总面积相比之前都有大幅下降;森林火灾多发生于春季和夏季;3种火源引发的森林火灾在空间上都呈聚集分布,主要聚集在西北部的大兴安岭地区,北部黑河、伊春地区及东南部七台河地区。

弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能分析
刘美宏,彭立民,吕少一,吕建雄,高玉磊,樊正强
林业科学. 2021, 57(6):  125-133.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210614
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目的: 分析弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能,归纳总结指板用木材的声学振动性能要求,为寻找可替代树种或对人工林木材进行功能改良以替代传统指板用木材提供科学依据。方法: 采用X-射线剖面密度测试仪表征木材一个生长轮内早晚材的密度差异及沿径向密度分布的均匀性;利用超声波微秒计测试木材声传播速度;运用模态分析法测试木材的共振频率和扭转频率,根据矩形截面Euler-Bernoulli方程计算木材声学振动参数。结果: 乌木绝干密度为1 180 kg·m-3,阔叶黄檀绝干密度为810 kg·m-3,东非黑黄檀绝干密度为1 320 kg·m-3;弦乐器共鸣板用硬槭木绝干密度为660 kg·m-3,非乐器用木材辐射松绝干密度为480 kg·m-3。乐器用木材一个生长轮内早晚材及相邻生长轮之间密度差异较小,材质均匀。指板用木材轴向和径向声传播速度均低于硬槭木和辐射松。硬槭木顺纹与横纹的声传播速度比为3.2,声学各向异性较优。乌木、东非黑黄檀和阔叶黄檀的动态弹性模量(E')分别为18.2、16.8和14.8 GPa,指板用木材的E'均大于14.0 GPa。指板用木材的比动态弹性模量(Esp)均小于18.0 GPa,硬槭木和辐射松的Esp分别为24.5和26.8 GPa,均高于指板用木材。乌木、阔叶黄檀和东非黑黄檀的声辐射品质常数(R)分别为3.21、5.08和2.58 m3·Pa-1s-3,硬槭木和辐射松的R分别为7.17和9.41 m3·Pa-1s-3。指板用木材的声阻抗(ω)、对数衰减系数(λ)和损耗角正切值(tanδ)均高于硬槭木和辐射松。指板用木材的声学转化率(ACE)和E'/G'均低于硬槭木。乌木、阔叶黄檀、东非黑黄檀、硬槭木和辐射松的动态剪切模量(G')分别为1.97、1.72、2.58、1.21和1.09 GPa,指板用木材的G'均大于硬槭木和辐射松。结论: 指板用木材绝干密度均大于800 kg·m-3。木材密度与其声学振动性能存在一定函数关系,选材时密度和声学振动性能需共同考虑。与共鸣板相比,指板选材对木材声学振动性能的要求远低于共鸣板。在声学振动性能方面,木材的E'G'是指板选材的主要评估指标,要求尽量选择E'G'大的木材,E'越大,指板抵抗不同弦张力所引起的弯曲变形能力越强;G'越大,指板抑制不同弦张力所引起的扭转变形能力越强。木材的EspR、ACE、E'/G'、λ、tanδω等声学振动参数可不作为指板选材的主要评估指标。

基于卷积神经网络模型的木材宏、微观辨识方法
赵子宇,杨霄霞,郭慧,葛浙东,周玉成
林业科学. 2021, 57(6):  134-143.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210615
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目的: 提出一种基于卷积神经网络模型——PWoodIDNet模型的木材宏、微观辨识方法,以有效提高木材辨识精度和速度,为海关、进出口检疫检验、家具企业等法定部门和企业提供先进的辨识方法和仪器,推动我国木材进出口检疫检验行业和木材加工制造企业的科技进步。方法: 首先,选择16种木材样本,每种样本获取50张高分辨率显微CT图像和工业相机图像,共1 600幅;然后,截取具有木射线、薄壁组织、轴向管胞、纹孔和纹理等特征的目标区域,共4 800幅,通过水平翻转、垂直翻转、镜像、亮度变换等图像增强算法后将图像集扩充至19 200幅。构建基于卷积神经网络的木材宏、微观辨识模型——PWoodIDNet模型,采用加入动量的随机梯度下降(SGDM)方法优化模型,并利用GPU优化并行运算库,对木材宏、微观结构数据集进行分类准确率对比。结果: 相比现行GoogLeNet模型,PWoodIDNet模型准确率提高1.49%,速度提高59.69%;相比现行AlexNet模型,PWoodIDNet模型准确率提高3.76%,速度提高2.63%。结论: PWoodIDNet模型突破现有辨识方法木材辨识种类范围窄、准确率低和辨识速度慢的难点,能够有效辨识木材,并可在更短的训练时间内实现最佳辨识效果,为我国木材辨识提供一种新的方法和思路。

高温花生粕蛋白基胶黏剂的制备与表征
屈阳,郭芹,李甜,赵紫芸,岳海涛,杨洁,王强
林业科学. 2021, 57(6):  144-149.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210616
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目的: 以高温花生粕(HPM)为试验材料,通过复合改性交联制备胶合强度高、耐水性好的HPM蛋白基胶黏剂(HPMA),为HPMA的产业化应用提供技术和理论依据。方法: 采用十二烷基硫酸钠(SDS)、纳米SiO2(nSiO2)和聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)树脂复合改性交联制备HPMA,研究HPMA制备的杨木胶合板胶合强度以及HPMA外观、黏度、固体含量、pH、热稳定性、蛋白质二级结构和表面结构的变化。结果: HPMA制备的杨木胶合板干态、温水湿态和沸水湿态胶合强度分别提高113%、114%和81%,达到国家Ⅰ类杨木胶合板标准。HPMA呈棕褐色,黏度、固体含量、pH分别为6 448 mPa·s、31.33%和5.83,热分解温度高达317℃。HPMA制备过程中蛋白质二级结构和基团均发生显著变化,表面结构由粗糙无序变得紧致均一。结论: HPMA胶合强度和耐水性显著提高的主要原因是SDS使蛋白质二、三级结构打开,疏水基团暴露,并与nSiO2和PAE发生超支化交联形成不溶水的三维网络结构。

综合评述
森林土壤氧化亚氮排放对磷添加响应的研究进展
郑翔,曹敏敏,纪小芳,方万力,刘胜龙,姜姜
林业科学. 2021, 57(6):  150-157.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210617
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氧化亚氮(N2O)是大气中的主要温室气体之一,其浓度上升会加剧全球变暖。森林土壤在调解大气N2O浓度中发挥着至关重要的作用,近年来,为了提高森林生产力,磷(P)肥使用量逐年增加;然而,与氮沉降或氮添加对森林土壤N2O排放的影响相比,人们对P添加如何影响森林土壤N2O排放的认识还十分有限。本研究综述森林土壤N2O排放对P添加的响应及其作用机制。由于植物和土壤微生物(微生物量、群落组成和微生物活性)对P添加的响应存在差异,致使森林土壤N2O排放对P添加的响应呈促进、抑制和无影响3种结果。总体而言,P添加可缓解植物和土壤微生物的P限制,土壤N2O排放对P添加的响应受土壤初始养分(N、P)状态调控。P添加能够促进植物根系对无机氮的吸收和/或提高微生物固氮,从而降低森林土壤N2O排放;P添加还能刺激硝化和反硝化细菌的活性,增加森林土壤N2O排放。此外,P添加也可能通过缓解土壤酸化,影响丛枝菌根真菌共生和凋落物分解,实现对土壤N2O排放的调控。在今后的森林管理中,可以考虑将P添加作为温室气体减排的一种策略。

研究简报
气候变化背景下我国酸枣潜在适生区预测
赵光华,崔馨月,王智,荆红利,樊保国
林业科学. 2021, 57(6):  158-168.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210618
摘要 ( 88 )   HTML ( 19 )   PDF (9486KB) ( 60 )  
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目的: 预测我国酸枣适生区对气候变化的响应,为气候变化背景下酸枣种质资源开发与利用提供科学依据。方法: 基于GIS技术和R语言,筛选出酸枣121个地理调查数据和34个环境因子,利用R语言的ENMeval数据包,调整MaxEnt模型默认参数,并运用优化后的MaxEnt模型分析酸枣当前适生区的地理分布;采用Person相关分析和VIF方差膨胀因子筛选出参与建模的所需因子,刀切法筛选该适生区主导环境因子,根据IPCC发布的第5次气候模型,探讨在不同气候情景下酸枣未来地理分布的变化。结果: 模型优化结果表明,当模型参数中特征组合为线性、二次型与片段化,以及调控倍频为3.5时,MaxEnt模型的复杂度最低,受试者工作特征曲线分析法的AUC为0.946,模型预测的可靠性极高、精度极好;刀切法结果显示,年均气温、最湿季平均气温、最湿月降雨量、降水量变异系数、海拔和表层(0~30 cm)土壤盐基饱和度是影响酸枣分布的主要环境因子;当前酸枣适生区主要集中在陕西、河南北部、山西中南部、河北、宁夏北部、内蒙古东南部、四川东北部、辽宁西部和山东境内,在未来气候变化情景下,酸枣适生区分布会有不同程度变化,到2050s和2070s,酸枣适生区面积有一定增加,在RCP4.5和RCP8.5情景下响应敏感且呈递增趋势,而在RCP2.6情景下的递增趋势较其他2种情景小。结论: 气候、土壤和地形因子共同影响酸枣的潜在地理分布,其中气候因子所占权重最大,是最有可能引起酸枣地理分布区迁移的环境变量;模型经过参数优化能准确模拟预测出酸枣潜在地理分布区;未来全球变暖引起的气候变化将会改变酸枣的分布格局。MaxEnt模拟结果显示,适生区总面积趋于增加,且扩张区域主要位于中高纬度地区,减少区域主要位于低纬度地区;在3种气候变化情境下,2050s和2070s的酸枣适生区质心呈往高纬度迁移的趋势,酸枣适生区域整体迁移至华北平原和东北平原一带。

生物炭及其老化对杉木林土壤养分含量和微生物群落组成影响的室内模拟
张燕林,黄彩凤,包明琢,周垂帆,何宗明
林业科学. 2021, 57(6):  169-179.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210619
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目的: 探讨生物炭的输入以及经历老化后对杉木人工林土壤主要养分含量和微生物群落组成的影响,为我国南方杉木林地施用生物炭提供合理依据。方法: 以杉木叶为原材料制备生物炭,并对其进行水洗和酸化处理以模拟加速生物炭在自然环境中的长期老化,同时以2代杉木林红壤为供试土壤,设置土壤中未加生物炭(CK)、加入3%的生物炭(BC)、3%的水洗老化生物炭(WBC)以及3%的酸化老化生物炭(OBC)4组处理,进行150天室内培养后测定土壤主要养分,同时采用高通量测序技术分析土壤细菌、真菌的群落组成,并分析土壤主要养分含量与主要微生物类群的相关性。结果: 生物炭添加能显著提高土壤全碳、全氮、溶解性有机碳、速效钾和硝态氮的含量;老化后的生物炭降低了土壤溶解性有机碳含量,OBC对土壤溶解性有机氮含量也有显著抑制作用(P < 0.05)。韦恩图分析表明,OBC对土壤微生物物种数的促进效果最明显。对细菌而言,生物炭老化前后均能显著提高土壤变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、芽单胞菌科、鞘脂单胞菌科和红螺菌科的相对丰度;OBC显著提高了土壤疣微菌门和浮霉菌门的相对丰度;绿弯菌门、放线菌门和厚壁菌门与全碳、全氮含量呈显著负相关,变形菌门、拟杆菌门与速效钾、硝态氮含量呈显著正相关。对真菌而言,子囊菌门和担子菌门是主要的优势菌门,WBC提高了土壤担子菌门、毛霉亚门和灵芝科的相对丰度;OBC降低了土壤壶菌门的相对丰度;子囊菌门与铵态氮、溶解性有机碳含量呈显著正相关,被孢霉门的相对丰度与溶解性有机氮含量显著正相关。结论: 生物炭添加能有效改善杉木人工林土壤主要养分状况,然而经水洗和酸化老化处理后的生物炭提高土壤养分的效果有所减弱;老化前后生物炭的添加总体上均能增加土壤微生物的物种数,但对主要微生物类群相对丰度的调节有差异。

华山松alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因的克隆及表达
康晓彤,陈辉
林业科学. 2021, 57(6):  180-188.  doi:10.11707/j.1001-7488.20210620
摘要 ( 50 )   HTML ( 4 )   PDF (4945KB) ( 31 )  
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目的: 研究华山松alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因及其表达特性,为揭示其在华山松抵御华山松大小蠹和蓝变真菌秦岭细粘束孢的入侵机制提供理论依据。方法: 运用PCR和RACE技术克隆华山松alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因cDNA序列;利用生物信息学方法分析基因的核苷酸序列和编码蛋白的氨基酸序列,并构建系统发育树;通过实时荧光定量PCR技术分析华山松alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因在MeJA处理和秦岭细粘束孢侵染后的表达差异。结果: 华山松alpha-pinene synthase基因编码区全长为1 887 bp,编码的蛋白由628个氨基酸组成,分子质量为71.59 kDa,理论等电点为5.86。华山松(-)-limonene synthase基因编码区全长为1 905 bp,编码的蛋白由634个氨基酸组成,分子质量为73.01 kDa,理论等电点为5.97。经实时荧光定量PCR分析,MeJA处理后alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因在不同时间均被诱导表达,其中alpha-pinene synthase基因表达量在第2天达到最高峰,(-)-limonene synthase基因表达量在第4天达到最高峰;秦岭细粘束孢侵染后alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因均被诱导表达,但表达量在处理后不同时间有明显差异。结果表明华山松alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因是响应MeJA处理(模拟华山松大小蠹入侵危害)和秦岭细粘束孢侵染重要的基因。结论: 华山松alpha-pinene synthase基因和(-)-limonene synthase基因能够响应MeJA处理和秦岭细粘束孢侵染,这对进一步揭示寄主华山松抵御华山松大小蠹和蓝变真菌入侵机制提供了理论依据。