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2024年 第60卷 第2期 刊出日期:2024-02-25
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林业科学. 2024, 60(2):  0-0. 
摘要 ( 36 )   PDF (4247KB) ( 124 )  
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研究论文
不同产区杉木生物量与碳储量模型
吕梓晴, 段爱国
林业科学. 2024, 60(2):  1-11.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220526
摘要 ( 187 )   HTML ( 25 )   PDF (641KB) ( 302 )  
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目的 建立适用于不同产区的杉木人工林生物量和碳储量模型,以便准确估算杉木人工林生物量和碳储量。方法 基于四川、广西、江西和福建共109株杉木的树干、树皮、枝、叶和根实测生物量数据以及四川、广西和福建共40株杉木的树干、枝、叶和根的含碳量实测数据,建立不同产区、不同林龄和综合产区成熟林的可加性生物量、碳储量模型。采用似乎不相关回归(SUR)对可加性模型系统中的参数进行联合估计,并用调整后确定系数R2a和总相对误差TRE检验模型拟合精度。结果 1) 4个产区和不同林龄杉木生物量模型的R2a为0.635 0~0.995 8,TRE为?17.88%~21.39%,树干、树皮和全株生物量模型的R2a均在0.91以上,适用于建模地的杉木人工林生物量预测。广西分侧根拟合的生物量模型除一级侧根外,R2a均在0.80以上,TRE为?5.42%~7.21%,可用于预测广西杉木人工林侧根生物量。枝、叶、根的生物量模型拟合精度较干、树皮低。2) 四川、广西和福建3个产区碳储量模型R2a为0.805 0~0.994 0,TRE为?19.34%~19.84%,树干、根和全株模型R2a在0.93以上,适用于各地区杉木人工林碳储量预测。枝、叶的碳储量模型拟合精度较干和根低。3) 不同产区的生物量、碳储量模型通用性存在地域差异,位于中亚热带西区的四川生物量模型通用性最差,位于南亚热带的广西带皮干和全株生物量模型通用性较好,位于中亚热带东区的福建和江西生物量模型可进行相互预测;南亚热带广西的碳储量模型通用性最好,而四川和福建的碳储量模型仅适用于本地碳储量预测。4) 综合生物量模型R2a为0.733 5~0.966 9,根据交互检验结果,综合模型可准确估算不同产区成熟林和福建幼龄林、中龄林的带皮干和全株生物量,TRE为?10.47%~19.88%;还可对江西和福建成熟林及福建中龄林除枝以外的各器官和全株生物量进行准确预测;综合碳储量模型R2a为0.802 9~0.982 6,除对广西杉木人工林枝碳储量的预测误差相对较大以外,其他检验样本TRE为?9.57%~15.70%,说明模型的通用性好,可准确预测不同产区的杉木人工林各器官和全株碳储量。结论 本研究所建立的模型均适用于建模地生物量和碳储量的预测;模型的通用性受产区差异的影响;综合模型可用于不同地区生物量和碳储量的预测。
关帝山3个典型森林群落优势种的氮素利用策略差异
张芸香, 吕世琪, 刘泰瑞, 李晋芳, 郭晋平
林业科学. 2024, 60(2):  12-20.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220425
摘要 ( 110 )   HTML ( 17 )   PDF (1540KB) ( 225 )  
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目的 研究关帝山林区华北落叶松林、白桦林和沙棘林3个典型森林群落优势种的新生枝叶氮含量、地上生物量和氮利用效率对5个土壤施氮梯度的差异化响应,阐明3个森林群落优势种不同的氮利用功能特性和氮利用策略,为氮沉降背景下的森林质量提升和精准经营提供理论依据。方法 采用野外5梯度土壤氮(0、9、18、27和36 g·m?2a?1)添加试验的方法,比较3个森林群落优势种和群落总体的新生枝叶氮含量、地上新增生物量和氮利用效率对土壤不同施氮量的响应;采用线性模型拟合地上新增生物量随新生枝叶氮含量、氮利用效率和土壤氮素供应水平的变化过程;通过构建结构方程模型,分析土壤氮添加影响地上新增生物量的作用路径。结果 3个群落优势种的新生枝叶氮含量总体表现为华北落叶松<白桦<沙棘,新生叶氮含量显著高于新生枝,两者的差异表现为白桦>华北落叶松>沙棘,生长盛期的枝叶氮含量都高于末期,生长期之间的差异也表现为白桦>华北落叶松>沙棘;新生枝和新生叶在生长盛期和末期的氮含量都有随施氮量增加而增加的趋势,但3个优势种的变化表现出显著不同的趋势,饱和施氮量和饱和氮含量均表现为华北落叶松<白桦<沙棘;3个群落新生枝叶生物量都随施氮量的增大而升高,但递增率拟合结果表现为华北落叶松林>沙棘林>白桦林;群落氮利用效率都随施氮量增大而降低,以华北落叶松林的降幅最大,沙棘林最小,也随优势树种枝叶氮储量的升高而降低,以白桦林降幅最大,沙棘林最小;群落优势种和群落类型对群落新生枝叶氮储量和氮素利用效率直接作用显著,也受施氮量的影响,进而正向驱动群落新增生物量积累。结论 华北落叶松林、白桦林和沙棘林3个森林群落新增生物量的差异主要取决于群落类型及其优势种的差异,直接受群落优势种的氮利用效率和新生枝叶氮含量的影响,并受土壤供氮水平的调节;三者的氮利用策略分异表现在氮需求、氮利用效率、环境氮敏感性、饱和氮供应水平4个方面;依次表现为“低需求-高效率-高敏感-低饱和”、“较低需求-低效率-较高敏感-较低饱和”和“固氮型-高需求-低效率-低敏感-高饱和”3个氮利用策略类型,可为不同氮沉降情境或林地氮含量水平下的林分优势树种选择、结构调控和林地精准管理提供依据。
鼎湖山森林流域地表水与地下水水质的长期特征
刘效东, 褚国伟, 焦正利, 张卫强, 张倩媚, 刘菊秀
林业科学. 2024, 60(2):  21-31.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220299
摘要 ( 73 )   HTML ( 9 )   PDF (1706KB) ( 164 )  
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目的 探究森林流域地表水、地下水的水质特征及其动态变化,为区域环境变化应对及生态环境建设与管理提供参考依据。方法 以鼎湖山国家级保护区东沟完整流域为对象,依照中国生态系统研究网络森林水环境监测规范,对鼎湖山森林流域流动地表水、浅层地下水水质开展长期定位观测。结果 研究期间(2005—2018年),鼎湖山流域大气降水整体呈现为弱酸性(pH值为5.85±1.10);相较于同期大气降水,森林流域流动地表水显著酸化(pH值为4.76±0.58,P<0.01),而流域下游浅层地下水则有一定程度的酸度改善。整体上,大气降水的矿化度较低,且无论干、湿季,浅层地下水矿化度均极显著高于大气降水和流动地表水(P<0.01);对溶解氧和化学需氧量指标的长期测定结果均表明鼎湖山森林流域地表水、地下水受人为污染的程度低,水质优。通过对水体中主要离子含量的比较分析发现,流域下游浅层地下水水体阳离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+和阴离子SO42?、Cl?含量均极显著高于流动地表水(尤其是Ca2+和K+增幅剧烈),而NO3?在地下水中含量却显著低于流动地表水(P<0.05);除浅层地下水中SO42?含量存在干、湿季间的显著性差异(P=0.03)外,其余离子的季节间差异均未达到显著水平。结论 严格保护下的鼎湖山森林流域地表水、地下水水质均较优,可以作为该区域水环境治理的本底参考。
外源钙添加对有机物料改良滨海盐碱土固碳潜力的影响
史文竹, 孙禧, 邵旭升, 热由索姆, 王艮梅, 张焕朝, 项剑
林业科学. 2024, 60(2):  32-41.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230253
摘要 ( 87 )   HTML ( 14 )   PDF (997KB) ( 197 )  
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目的 研究外源钙添加对有机物料改良滨海盐碱土过程中土壤CO2排放和土壤碳库的影响,以期为滨海盐碱土的改良利用与固碳潜力提升提供理论依据。方法 采用室内培养试验,在施用玉米秸秆生物炭+鸡粪(BM)以及水稻秸秆+鸡粪(SM)的基础上,以氢氧化钙和硅酸钙作为钙源,按照等钙量原则,分别设置了6种处理:不施用硅酸钙和氢氧化钙(CK)、施用12.4 g·kg?1硅酸钙(Ca1)、施用24.8 g·kg?1硅酸钙(Ca2)、施用7.9 g·kg?1氢氧化钙(Ca3)、施用15.8 g·kg?1氢氧化钙(Ca4)以及施用12.4 g·kg?1硅酸钙+7.9 g·kg?1氢氧化钙(Ca5),进行1个月的培养试验。结果 培养期间外源钙的添加能显著降低CO2累积排放;有机物料的施用会导致土壤有机碳(SOC)的损失,外源钙的添加不会显著影响SOC矿化但会导致土壤无机碳(SIC)含量显著增加,从而弥补SOC的损失,增加土壤的总碳量,实现土壤固碳的目的,适当增加氢氧化钙的添加量对固碳量有促进作用;外源钙添加导致的减排作用主要是通过增加吸收矿化产生的CO2,并转化为碳酸钙的形式而固定。结论 在改良盐碱土的过程中,有机物料配施硅酸钙和氢氧化钙的改良措施能实现土壤固碳减排。
北京市元宝槭和紫丁香叶片的功能性状和生态化学计量比及养分重吸收效率的城乡梯度差异
王泽锦, 冉堃, 于淼, 张碧嘉, 冀莉, 李品
林业科学. 2024, 60(2):  42-54.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220808
摘要 ( 72 )   HTML ( 4 )   PDF (747KB) ( 154 )  
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目的 探究城市典型观赏树种养分限制沿城乡环境梯度的响应差异,以期为城市化下的城市森林观赏树种养分管理提供科学依据。方法 分别于夏季和秋季沿北京城区–近郊–远郊梯度上采集典型观赏树种元宝槭和紫丁香的成熟叶和凋落叶,测定其6种叶片功能性状(叶鲜质量、叶干质量、叶面积、比叶面积、比叶质量、叶片含水率)和6种营养元素含量[(碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)],计算元素的化学计量比值和养分重吸收效率,比较元宝槭和紫丁香在叶片功能性状、生态化学计量特征以及养分重吸收效率上的差异;分析年均温度、年降水量、年均太阳辐射量等环境因子与元宝槭和紫丁香叶片功能性状、生态化学计量特征以及养分重吸收效率的相关性。结果 叶片功能性状、营养元素含量及其化学计量比值对城市化有显著响应,且存在种间差异。沿城区到远郊梯度,元宝槭和紫丁香成熟期叶鲜质量、叶干质量、叶面积、比叶面积、叶片含水率整体呈上升趋势,而比叶质量降低。凋落期元宝槭叶片的叶鲜质量和叶干质量沿城乡梯度逐渐降低;紫丁香凋落叶的叶干质量和比叶质量在城乡梯度上呈先升高后降低的趋势,叶面积则逐渐变小。2个树种凋落叶的比叶面积均沿城乡梯度先降低后升高。元宝槭和紫丁香成熟叶的N和K含量在近郊低于城区和远郊;元宝槭成熟叶的P和Mg含量在城乡梯度上变化不显著,而紫丁香成熟叶的P和Mg含量在近郊显著高于城区和远郊。元宝槭凋落叶P和Mg含量沿城乡梯度无明显变化;紫丁香凋落叶P含量在近郊显著高于城区和远郊,而Mg含量在远郊显著低于城区和近郊。元宝槭和紫丁香凋落叶K含量在城乡梯度上均先降低后升高。2个树种N、P、K、Ca和Mg 5种营养元素的养分重吸收效率沿城乡梯度无明显差异。结论 城市化导致元宝槭和紫丁香的叶片变小。2个树种的生长均受N限制,城区的元宝槭和远郊的紫丁香具有更强的耐旱性,2个树种在不同梯度上K、Ca和Mg的重吸收效率均低于全球平均水平,元宝槭对营养元素的重吸收能力强于紫丁香。与叶片养分含量和养分重吸收效率相比,叶片功能性状与环境因子的关系更为密切。
青檀叶片饲用营养价值分析与优良无性系筛选
乔谦, 程甜甜, 燕语, 于永畅, 武冲, 刘庆忠, 张林, 刘燕
林业科学. 2024, 60(2):  55-64.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220159
摘要 ( 73 )   HTML ( 3 )   PDF (1216KB) ( 152 )  
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目的 全面分析与评价青檀叶片的饲用营养价值,为青檀用作木本饲料提供数据支撑。方法 对10个青檀无性系进行叶片营养成分、抗氧化活性、次生代谢产物组分和含量、氨基酸成分和含量的测定,并采用质量评价指标综合评价其饲用特性。结果 1) 不同青檀无性系叶片各营养成分指标均达到极显著差异,粗蛋白含量介于10.15%~24.36%,平均为17.60%,其中‘福缘’(24.36%)和‘WT’(24.33%)含量最高;粗脂肪含量介于7.98%~11.45%,平均为9.31%;粗纤维含量较低,平均为4.08%;无氮浸出物含量平均为49.69%;中性洗涤纤维含量的品种间差异最大,介于17.76%~67.67%,平均为45.51%;酸洗洗涤纤维含量的差异较小,平均为24.07%;全磷和钙含量平均值分别为0.173 3%和5.863 3%;单宁含量远低于拒食标准,平均为2.926 0 g·kg?1。2) 饲用质量评价指标无性系间均有极显著差异,10个无性系中有4个达到美国牧草和草地协会(AFGC)干草1级标准,分别为‘WT’、‘金玉缘’、‘慧光’和‘巨龙’。3) 抗氧化活性综合指数法(APC)评价认为,‘大叶’、‘巨龙’和‘青龙’叶片抗氧化能力强,‘无量’、‘金玉缘’和‘慧光’叶片抗氧化能力弱。4) 青檀叶片总类黄酮和5个黄酮类物质含量在无性系间均有极显著差异,具有筛选高生物活性物质的基础;总类黄酮含量平均为9.92 mg·g?1,5种物质中绿原酸含量最高(710.96 μg·g?1),其次是异鼠李素(27.12 μg·g?1),儿茶素(16.53 μg·g?1)、槲皮素(9.09 μg·g?1),咖啡酸含量极低,仅为1.73 μg·g?1。5) 检测到18种游离氨基酸和19种水解氨基酸,平均总量分别为47.87 mg·g?1和108.20 mg·g?1,且总含量在无性系间均有极显著差异;两类氨基酸组分中均以异亮氨酸、亮氨酸含量最高。结论 青檀叶片具有粗蛋白、粗脂肪、钙含量高,粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、单宁含量低的特点,饲用评价指标综合等级达到1级标准,具备发展成为优良木本饲料树种的物质基础;初步筛选出‘WT’、‘福缘’和‘巨龙’ 3个优异无性系。
盐胁迫下不同基因型核桃实生幼苗生长及生理响应
姬新颖, 唐佳莉, 李敖, 郑旭, 王红霞, 张俊佩
林业科学. 2024, 60(2):  65-77.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230164
摘要 ( 85 )   HTML ( 4 )   PDF (2880KB) ( 244 )  
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目的 研究不同基因型核桃实生幼苗对盐胁迫的生长及生理响应状况,综合评价其耐盐能力,为盐碱地区耐盐品种的筛选提供参考。方法 以新新2号(JX2)、温185(JW185)、扎343(JZ343)和辽宁1号(JL1)共4种基因型种子的当年生实生苗为材料,以不同浓度NaCl溶液(0、50、100、200和300 mmol·L?1)进行胁迫处理,观测幼苗生长状况,测定处理不同天数(6、12、18和24天)的光合参数、膜透性、渗透调节物质、酶活性和内源激素含量等相关生理指标,对4种基因型的耐盐能力进行综合评价。结果 1) 盐胁迫条件下,4种基因型幼苗的生长受到不同程度的影响,各基因型的叶片均表现出了不同程度的枯黄、卷曲和脱落等盐害症状,苗高增量、地径增量及植株干质量等生长指标随NaCl浓度的增加呈下降趋势,其中,JX2生长状况相对较好,受抑制程度较轻。2) 随盐浓度的增加和胁迫时间的延长,各基因型的叶绿素含量和光合参数总体呈下降趋势,JX2较对照的降幅较小,表现较好。3) 随盐浓度的增加和胁迫时间的延长,相对电导率(REC)和丙二醛(MDA)含量总体呈上升趋势,其中,JX2的REC值和MDA含量较低,较对照增幅较小,JZ343则相反。4) 随盐浓度的增加和胁迫时间的延长,脯氨酸(Pro)含量总体呈上升趋势,可溶性糖(SS)和酶活性总体表现为先增加后减少,其中,JX2积累的Pro和SS较多,并且JX2的酶活性较高。5) 在内源激素方面,促进脱落酸(ABA)生成的同时抑制了生长素(IAA)等的合成。结论 盐胁迫显著影响各基因型幼苗的生长和光合作用,使其叶片细胞光合活性降低,植株生长减缓,幼苗能够通过增加渗透调节物质含量、提高酶活性、调节自身激素平衡等机制来应对盐胁迫。通过综合评价可知,4种基因型耐盐能力的大小顺序为:JX2 > JW185 > JL1 > JZ343。
杨属派间5个种特异性InDel引物及在派间杂交子代鉴别中的应用
戴晓港, 韩峭子, 尹佟明
林业科学. 2024, 60(2):  78-86.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230225
摘要 ( 57 )   HTML ( 0 )   PDF (2437KB) ( 70 )  
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目的 远缘杂交可以实现有利基因的聚合,是种质创新的重要手段。杨属有些派间杂交困难,且杂交子代从形态学难以区分,本研究开发杨属不同派间的特异性引物,为派间杂交创制新种质的真实性鉴定提供技术支撑。方法 利用在美洲黑杨和小叶杨中种特异性InDel位点设计引物,并利用SeqHunter2依次比对胡杨、山杨、小叶杨和大叶杨基因组,再用杨属5个派的自然群体材料进行种内保守及种间多态引物的试验验证,筛选出杨属不同派的特异性引物序列,对杨属不同派间杂交子代进行真实性鉴别。结果 将从美洲黑杨基因组设计的5 000对InDel引物依次分别比对胡杨、山杨、小叶杨和大叶杨基因组,最后筛选出341对引物在上述5个种中是通用的。从不同染色体上共选取48对引物并合成,利用5个树种各1个DNA检测得到43对引物是通用的,其中19对引物在不同种中扩增条带单一且存在差异。利用自然群体混合DNA对试验验证的19对通用引物进行种间多态性和种内保守性检测,初步获得4对多态性引物。最后再用自然群体DNA对这4对引物进行扩增检测,发现引物Chr12_4341229和 Chr13_10582756在美洲黑杨、小叶杨、山杨、大叶杨和胡杨中均只能扩增出一个位点,引物Chr12_4341229扩增条带分别为148、152、113、152和159 bp,引物Chr13_10582756扩增条带分别为140、144、116、140和159 bp。利用上述2对引物对小胡杨2号、黑胡杨和黑小杨进行鉴定,发现所有杂交子代个体均能检测它们2个亲本的特征带。引物Chr12_4341229和Chr13_10582756一起使用,可以用于美洲黑杨、小叶杨、山杨、大叶杨和胡杨任意组合杂交子代的真实性鉴别。结论 本研究获得了杨属5个派间的5个种的特异性InDel引物2对,可以有效地进行杨属不同派5个种之间任意组合种间杂交子代的真实性鉴别,为进一步开展杨树派间杂交创制新种质提供了技术支持。
蜡梅花发育相关基因CpUFO表达特性与功能分析
车冰雁, 余尚妍, 李志能, 李先源
林业科学. 2024, 60(2):  87-96.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230227
摘要 ( 52 )   HTML ( 2 )   PDF (1117KB) ( 96 )  
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目的 UFO是被子植物中首个被发现的F-box蛋白,主要参与调控花分生组织特性和花器官发育。本文通过对蜡梅CpUFO基因表达特性分析及异源表达拟南芥表型分析,初步鉴定CpUFO的功能,为阐明蜡梅花发育分子调控机制提供参考。方法 基于前期构建的蜡梅转录组数据,克隆蜡梅CpUFO基因并对其编码蛋白进行同源比对及进化树分析。根据qRT-PCR分析CpUFO基因在不同组织、器官及全年花发育各阶段中的相对表达量,比较35S::CpUFO转基因拟南芥株系及Col-0野生型表型差异,并通过qRT-PCR检测过表达拟南芥株系内源开花相关基因的表达特性,分析过表达CpUFO对拟南芥开花时间以及花器官发育的影响。结果 获得的CpUFO基因cDNA序列为1 665 bp,编码403个氨基酸,含有保守的F-box结构域。CpUFO在外花被片中表达量相对最高,其次是内花被片,在果、茎、叶、腋芽及雌雄蕊中表达水平较低;而在全年花芽中的表达量分析结果显示,低温打破休眠后的露瓣和始花以及盛开期花芽中的表达量显著高于其他时期。与野生型拟南芥相比,35S::CpUFO转基因株系莲座叶数目减少,开花提前,且拟南芥内源基因TFL1表达量下调,成花关键基因FULAP1的表达量上调。结论 CpUFO在不同组织、器官及花发育各阶段均有表达,不同组织中在外花被片中表达量最高,全年花芽中打破休眠的花蕾开放阶段表达量最高。同时,过表达CpUFO会促进拟南芥早花并影响其花器官发育。
基于生成对抗网络的树种识别方法
苏彤, 许杰
林业科学. 2024, 60(2):  97-105.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220152
摘要 ( 70 )   HTML ( 3 )   PDF (1977KB) ( 176 )  
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目的 利用卷积神经网络模型进行图像自动识别时,为防止模型过拟合通常需要大量训练样本。本研究为提高树种识别准确率,在原有叶片图像基础上进行图像样本扩充来保证训练质量,提出一种融合生成对抗网络与卷积神经网络的树种识别方法。方法 在Pytorch框架下,采集10种常见树种(山杨、梣叶槭、榆、刺槐、紫丁香、杜仲、火炬树、山荆子、水曲柳、红端木)叶片图像作为研究对象。首先,采用均值滤波去噪和尺寸归一化对图像进行预处理。其次,以生成对抗网络生成的图像扩充数据集,其中,以深度卷积生成对抗网络(DCGAN)模型为基础并对其进行改进,建立残差条件深度卷积生成对抗网络(RC-DCGAN)模型,将随机噪声和类别标签作为生成器的输入,以控制样本生成过程;在生成器中嵌入残差结构,使生成模型学习更多特征信息,以提高生成图像质量。然后,将原始图像和扩充图像作为卷积神经网络(CNN)的训练集,一方面,使用RC-DCGAN模型和旋转、镜像、改变对比度等传统图像扩充方法,扩充图像11 400幅;另一方面,将原始图像与生成图像、原始图像与传统扩充图像,分别输入至CNN中进行训练,并在原始图像的每个类别中随机挑选50幅对模型进行测试,以验证生成对抗网络对提升识别准确率的可行性。最后,确定适合试验要求的CNN分类模型,并与AlexNet模型、VGG-16模型、VGG-19模型、ResNet18模型的识别效果进行对比,以检验本研究方法的可行性。结果 RC-DCGAN模型比DCGAN模型生成的图像质量更高,贴合真实图像;利用生成对抗网络扩充图像的方法与ResNet30树种识别模型,训练准确率为99.03%,平均验证识别准确率为97.20%;而在相同树种识别模型下,传统图像扩充方法的识别率为95.50%;在相同数据集下,AlexNet模型、VGG-16模型、VGG-19模型、ResNet18模型所获得的识别率分别为86.52%、87.57%、91.43%、93.25%,均低于本研究模型的识别率。结论 联合生成对抗网络和卷积神经网络的方法对本研究10种树种叶片图像的识别准确率最高,且克服了使用传统图像处理扩充方法使模型泛化能力下降的问题,说明利用生成对抗网络对图像扩充的方法具有可行性和有效性,可为相关研究工作提供借鉴。
综合评述
森林木质残体微生物群落构建机制研究进展
赵杼祺, 胡振宏, 何鲜, 黄志群
林业科学. 2024, 60(2):  106-117.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220472
摘要 ( 88 )   HTML ( 8 )   PDF (7305KB) ( 139 )  
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木质残体分解是森林碳循环过程中的重要环节,而微生物是影响其分解的关键因素,近年来,木质残体微生物群落构建机制已逐渐成为森林生态系统碳循环研究中的重要议题。然而当前对木质残体微生物构建的研究内容较为零散,基于此,本文进行了综述。1) 微生物通过在木质残体不断定殖和竞争维持了其群落的动态平衡。木质残体微生物来源主要包括残体自身、大气以及土壤。定殖过程在分解的各个阶段均会发生,主要包括微生物进入基质后发生的竞争和资源捕获。2) 土壤、木质残体特性、气候是影响木质残体微生物群落形成的3个要素,三者均会作用于微生物源和定殖过程。3) 土壤环境会影响其微生物群落,也会改变与其接触的残体水分和养分等特性。木质残体特性的差异会影响资源的可得性进而影响微生物群落。随着分解进行,微生物群落形成会从初期以随机过程主导转变为确定过程为主导。气候会通过温度与湿度2种气候因子作用于土壤与木质残体,表现形式主要为大气候、小气候及全球气候变化。该领域在未来研究中需要注意的问题有:1) 关注早期定殖者及不同分解阶段土壤微生物优势类群对木质残体微生物群落形成过程的影响。2) 加强木质残体资源变化情况与对应微生物群落中优势物种功能特性的研究。3) 将木质残体分解与全球气候变化和养分循环联系起来。4) 选择靶向宏基因组联用等技术辅助进行研究。综上,本文总结了森林木质残体微生物群落形成机制研究的基本思路、框架与前景,为森林生物多样性保护、生物地球化学循环功能的维持以及森林固碳提供了一定的科学参考。
木材分子考古研究进展
焦立超, 陆杨, 郭雨, 殷亚方
林业科学. 2024, 60(2):  118-127.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230034
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木材考古学研究是推动木质文物自然和历史信息挖掘、保护和修复的重要基础。近年来,随着古DNA捕获和测序技术的快速发展,从木质遗存中可获取古DNA信息,在木材解剖学基础上,创新开展以古DNA为核心的木材分子考古研究已成为木材考古学的前沿热点。本文首先对木材分子考古研究进行概述,从古DNA的保存和降解、获取以及数据处理和序列分析3方面归纳木材古DNA的研究进展,并指出古DNA因高度降解、含量极低和化学损伤特征导致其难于提取和信息解译的难题。然后总结木材分子考古在解读先民认知与利用森林资源方式、复原历史时期地域性森林植被类型和物种多样性以及重建古代树木应对气候和生境变化的微进化反应等方面的主要应用。最后提出该研究领域未来应优先开展的工作:1) 建立考古木材标本库及其DNA信息数据库;2) 研究不同时空维度下木材古DNA损伤及变化规律;3) 构建稳定高效的木材古DNA提取及序列信息解译技术体系。通过进一步加强木材分子考古等多学科交叉研究,推动新理论、新方法、新技术在木材学和考古学领域的应用,为木质文物的用材树种识别、保护利用以及重建历史时期森林植被、环境气候与人类活动的耦合关系提供重要科学依据。
纤维素自愈合水凝胶研究进展
张永跃, 石江涛, 付宗营, 卢芸
林业科学. 2024, 60(2):  128-138.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220297
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水凝胶是由亲水性聚合物通过物理或化学交联方式形成的3D网络结构材料,通常具有亲水性、黏弹性、生物相容性等特点,广泛应用于生物工程、柔性电子等领域。传统水凝胶一般采用化石基聚合物为原料,其使用和废弃过程对人体和环境存在潜在威胁;同时水凝胶长时间使用后,在机械外力作用下易产生破坏,从而会对其结构完整性和性能产生影响。具有自我修复能力的水凝胶破损后利用超分子相互作用或可逆共价作用可以恢复到与起始状态几乎相同的机械性能,对延长水凝胶使用寿命具有重要意义。纤维素是一种天然有机聚合物,主要来源于自然界中的树木等天然材料,具有无毒、无害、生物相容性好等优点,符合绿色环保理念,应用前景广阔。纤维素链上丰富的含氧基团可与水分子形成氢键网络,有利于制备具自愈能力的水凝胶。对纤维素进行化学改性得到纤维素衍生物,如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等,可以扩大其在水凝胶领域的应用。本研究综述以纤维素以及纤维素衍生物为原料的一类自愈合水凝胶,总结传统自愈合水凝胶存在的缺点并提出相关改性策略。纤维素因自身晶体结构以及内部超分子相互作用导致其在水中难以溶解,故一般采用分散体系或溶解体系进行纤维素水凝胶的制备,通过调控水凝胶的三维结构,利用可逆共价作用(酰腙键、二硫键交换等)和非共价作用(氢键、疏水作用、主客体相互作用等)赋予其自我修复能力。由于这种可逆交联的存在,传统纤维素自愈合水凝胶一般机械性能较差,同时因现阶段对纤维素自愈合水凝胶的功能开发比较单一,限制其在各领域的应用。本研究介绍构建智能网络结构、仿生自然生物伤口愈合机制、功能化改性的方式,总结新型多功能智能纤维素自愈合水凝胶构筑的方式,结合自愈合水凝胶取得的相关研究成果,提出纤维素自愈合水凝胶现阶段仍需解决的问题,并对自愈合水凝胶的应用前景进行展望。