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2024年 第60卷 第8期 刊出日期:2024-08-25
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林业科学. 2024, 60(8):  0-0. 
摘要 ( 5 )   PDF (11238KB) ( 89 )  
相关文章 | 多维度评价
前沿与重点:智慧林草技术与应用
洞庭湖湿地植被时空动态及其驱动力分析
张雨田,石军南,张怀清,吴炳伦
林业科学. 2024, 60(8):  1-13.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240048
摘要 ( 230 )   HTML ( 27 )   PDF (2621KB) ( 211 )  
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目的: 探究洞庭湖湿地植被覆盖变化的长期时空格局及其对气候变化和人类活动的响应机制,为湿地生态系统保护提供决策依据。方法: 利用FSDAF(时空融合数据分析框架)算法融合Landsat和MODIS影像,获取洞庭湖湿地2000—2019年月尺度归一化差异植被指数(NDVI)时间序列,采用改进的STL时序分解方法分离洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量,在不同时间尺度下量化湿地植被覆盖对环境变化和人为干扰的响应。基于线性回归方法与高时空分辨率的NDVI季节和趋势分量数据对洞庭湖湿地植被进行时空动态分析,识别湿地植被在不同尺度的时空动态格局。应用基于偏相关的分析方法定量评估2000—2019年3个主要气候因子(温度、降水量和太阳辐射)和人为因素对趋势和季节性植被变化的贡献。结果: 1) 2000—2019年,洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量变化呈现出空间分异格局,但总体呈“绿化”趋势,变化率分别为4.8×10?3 a?1和0.4×10?3 a?1。2) 温度和太阳辐射与植被变化存在显著正相关关系,与植被变化的季节相关性大于趋势相关性。降水量与植被变化的相关性相对较低,且与水稻的NDVI变化呈负相关关系(趋势分量偏相关系数R= -0.27;季节分量偏相关系数R= ?0.42)。3) 2000—2019年,人为因素和气候变化对洞庭湖湿地植被变化的平均相对贡献率分别为58%和42%,其中人为因素对长期和季节性湿地植被生长与恢复的相对贡献率分别为55%和62%,气候变化对长期和季节性湿地植被退化的相对贡献率分别为53%和56%。结论: 人为因素促进植被生长是洞庭湖湿地植被增绿的主要动因;气候变化对湿地生态系统构成威胁,采取合适的生态保护与修复方案仍是未来实现洞庭湖湿地生态系统可持续发展的重要手段。

CHM与DSM相结合的无人机激光雷达单木分割
胡中洋,陕亮,陈翔宇,余坤勇,刘健
林业科学. 2024, 60(8):  14-24.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230079
摘要 ( 186 )   HTML ( 45 )   PDF (6244KB) ( 171 )  
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目的: 提出一种冠层高度模型(CHM)与数字表面模型(DSM)相结合的单木分割方法,以解决无人机激光雷达提取地形坡度较大区域CHM时因树冠形变导致单木分割精度降低的问题。方法: 利用无人机激光雷达数据,在福建省顺昌县洋口林场地形起伏较大的中、高郁闭度杉木人工林中选择中龄林和幼龄林各3块标准地,结合地面实测数据和目视解译方法,对CHM与DSM相结合(优化方法)的4种窗口的局部最大值法的树顶点探测和极值标记的分水岭算法的单木分割进行精度评价,并与仅基于CHM的传统方法的树顶点探测和单木分割进行对比分析。结果: 树顶点探测方面,随着窗口增大,每块样地探测的单木总数量和探测百分比均呈下降趋势;中龄林3块样地的最佳窗口为0.3 m,幼龄林3块样地的最佳窗口为0.2 m,此时6块样地1∶1对应关系的单木数量和生产者精度均最大;在相应最佳窗口条件下,仅基于CHM的局部最大值法因树冠形变存在容易产生单木多树顶点探测现象,传统方法的单木探测百分比高于优化方法,但传统方法的树顶点探测精度低于优化方法。幼龄林的树顶点探测精度高于中龄林,这是因为幼龄林样地冠幅和单木相邻距离更一致,更适应固定窗口的局部最大值法。单木分割方面,优化方法的单木分割精度高于传统方法,幼龄林的单木分割精度高于中龄林。结论: 局部最大值法的树顶点探测和分水岭算法的单木分割直接数据源为DSM,是树冠表面真实起伏状况的反映,没有树冠形变,研究结果为更真实的树顶点和单木树冠边界。CHM与DSM相结合的单木分割方法在中、高郁闭度杉木人工中、幼林中分割精度较高(6块样地探测率r均大于88%,准确率p均大于92% ,F得分均大于91%),将该方法集成在ArcGIS模型构建器中,可为精准化、自动化、集成化的无人机激光雷达单木分割应用提供可能。

基于Wasserstein距离和相关对齐迁移学习的野生动物图像识别方法
张长春,李大方,张军国
林业科学. 2024, 60(8):  25-32.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230399
摘要 ( 99 )   HTML ( 14 )   PDF (2546KB) ( 119 )  
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目的: 为解决光照、背景和拍摄尺度等复杂因素对野生动物图像识别准确性的影响。方法: 以野外红外触发相机采集的野生动物图像为对象:1)利用ENA24和NACTI两个公开的野生动物数据集构建包含不相交领域数据集S1和S2,共11个动物类别,包含25 591幅图像;2)针对领域偏移问题,采用ResNet50网络作为特征提取模块构建领域对抗网络,有效减轻了领域偏移;3)引入Wasserstein距离和相关对齐的表征学习网络,建立了基于Wasserstein距离和相关对齐的迁移学习网络,用于特征提取和识别,挖掘迁移性的特征。结果: 采用平均准确率作为评价指标,ResNet50、DDC、DCORAL、DAN、DANN、CDAN、HAN和JTN这8个模型在11种野生动物上的识别表现分别为48.4%、51.6%、49.6%、52.6%、45.2%、50.9%、54.6%和53.5%;在改进残差模块的ResNet50基础上,并引入Wasserstein距离和相关对齐的表征学习网络后,与现有最佳方法相比,11种(类)野生动物的平均准确率提高了2.7%。结论: 基于Wasserstein距离和相关对齐的迁移学习方法在野生动物识别方面的平均准确率达到57.3%;引入Wasserstein距离和相关对齐的表征学习可有效提高野生动物识别模型的准确性。

基于ConvNeXt的北京地区红外相机野生动物图像识别改进模型构建
齐建东,郑尚姿,陈子仪,马鐘添
林业科学. 2024, 60(8):  33-45.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230276
摘要 ( 97 )   HTML ( 17 )   PDF (3360KB) ( 94 )  
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目的: 针对红外相机拍摄的野生动物图像数据量大、无效图像占比多、图像背景复杂等问题,提出一种可对图像进行自动、高准确率识别的模型,为生物多样性研究和野生动物保护工作提供更高效的支持。方法: 收集整理近4年来北京园林绿化生态系统监测网络各站点红外相机拍摄的约5 TB图像数据,对其手工标注并进行数据增强后自建10类共4 234张图像数据集。基于ConvNeXt卷积神经网络,结合北京地区野生动物图像数据集特点,设计BSGG-ConvNeXt模型,使用BlurPool、SENet、全局响应归一化层(GRN)、GCNet提升模型识别能力,并在自建数据集上探究训练策略对ConvNeXt网络识别准确率的影响,通过与其他经典模型比较,明确BSGG-ConvNeXt模型的优势。利用公开的红外野生动物Snapshot Serengeti(SS)数据集和Caltech Camera Traps(CCT)数据集,验证模型的泛化能力。结果: 以ConvNeXt的ConvNeXt-T网络尺寸模型为例,其在自建数据集中的准确率为74.13%,乘加累积操作数(MACs)为4.47×109。应用不同改进方案发现,使用 BlurPool后准确率提升2.2%,MACs降至1.07×109;使用SENet后准确率提升3.2%;使用GRN并删掉缩放层后准确率升至87.18%,参数数量增至27.88×106;使用GCNet后在不增大计算量的情况下准确率升至75.44%,但参数数量增至28.25×106。将上述改进方案结合得到的BSGG-ConvNeXt应用于ConvNeXt-T模型获得BSGG-ConvNeXt-T模型,参数数量虽有少量增多,但MACs降为1.07×109,模型准确率升至83.63%,高于原模型。使用预训练权重后的BSGG-ConvNeXt-T模型准确率可达94.07%,高于ResNet-50(76.39%)、ResNeXt-50(87.60%)、MobileViT(90.00%)、DenseNet(87.66%)、RegNet(69.90%)、ConvNeXtv2(91.93%)、SwinTransformer的(86.23%)和MobileOne(71.53%),将BSGG-ConvNeXt模型应用于4种不同网络尺寸的ConvNeXt模型后,在自建数据集中的表现均优于未改进模型。BSGG-ConvNeXt模型在SS数据集中的识别准确率达50.28%,在CCT数据集中的识别准确率达56.15%,均高于原模型的准确率。结论: BSGG-ConvNeXt模型识别红外相机拍摄的野生动物图像准确率更高,在自建、公开的野生动物红外图像数据集上均有较好表现,且具有一定泛化能力。

基于卫星跟踪的黄河三角洲东方白鹳适宜栖息地分布预测
陈丽霞,路峰,江红星,孙戈,岳修鹏,王艺璇,高彤,胡兴波,丁长青
林业科学. 2024, 60(8):  46-56.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230642
摘要 ( 99 )   HTML ( 16 )   PDF (1746KB) ( 280 )  
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目的: 根据黄河三角洲东方白鹳卫星跟踪位点,预测其在全国范围内夏季和冬季适宜栖息地分布,以期为东方白鹳的协同保护提供科学依据。方法: 利用2016—2022年山东黄河三角洲80只东方白鹳卫星跟踪数据,通过空间自相关分析筛选出夏季5 283个点位,冬季4 730个点位,使用最大熵模型(MaxEnt)预测黄河三角洲东方白鹳夏季与冬季潜在适宜栖息地分布,并划分适宜等级。结果: 1) MaxEnt 模型预测夏季和冬季AUC值分别为0.866和0.838,结果准确性好。2) 海拔、等温性、距河湖距离、平均气温日较差、降水量季节性以及土地利用类型是影响黄河三角洲东方白鹳夏季与冬季分布的关键环境因素。3) 黄河三角洲东方白鹳夏季栖息地高适宜区面积为14.75×104 km2(占适宜区总面积的13.01%),主要位于松嫩平原(57.52%)、渤海湾(17.56%)、辽河平原(14.94%)等地区;栖息地类型包括湿地(35.30%)、农田(33.74%)和水域(12.43%)等。4) 冬季栖息地高适宜区面积为11.63×104 km2(占适宜区总面积的11.62%),主要位于长江中下游平原(49.02%)、淮河流域江苏洪泽湖(23.75%)、渤海湾(11.52%)等地区;栖息地类型主要包括湿地(40.56%)、农田(29.68%)和水域(18.45%)等。(5)夏季与冬季栖息地高适宜区的重叠面积为2.13×104 km2(占总重叠面积的4.11%),主要分布在渤海湾(59.81%)、山东半岛沿海(23.24%)、江苏东部沿海(9.34%)等区域。结论: 夏季适宜栖息地向北扩到东北松嫩平原、三江平原和辽河平原,该结果打破了东方白鹳出生后扩散的传统认知,建议加强该物种的协同保护。

研究论文
不同经营方法对秦岭华北落叶松林分生长和林下植被的影响
黄栋才,郭鑫,王得祥,王韵淑,张欣,霍雪莹
林业科学. 2024, 60(8):  57-66.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220856
摘要 ( 141 )   HTML ( 25 )   PDF (688KB) ( 197 )  
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目的: 探讨不同经营方法对秦岭华北落叶松林分生长和林下植被的影响,以期提高生态系统生产力,优化该地区华北落叶松人工林经营技术,为实现森林可持续经营提供理论和实践依据。方法: 以西北农林科技大学教学实验林场平河梁华北落叶松人工林为研究对象,根据近自然经营指导下的抚育间伐技术措施,设置间伐处理(T1,间伐强度20%)和林窗处理(T2,只留下少许保留木,伐出其他乔木,形成32 m×32 m的方形林窗),以未经营样地为对照(CK),间伐和林窗经营7年后,调查不同经营方法对人工林林分生长及林下植被更新和生长的影响。结果: 间伐后的林木平均胸径、单株材积、总蓄积量均显著高于对照组,但树高变化较小;间伐和林窗处理下的林下幼苗生长发育与对照组均存在显著差异(P<0.05);间伐处理中,华山松和云杉幼苗的成活率较高,但人工补植的红桦幼苗全部死亡;间伐和林窗处理既促进了人工补植幼苗生长,又促进了幼苗天然更新;间伐和林窗处理后林下灌草的物种多样性显著提高;间伐和林窗处理后林下灌草的种类和盖度提高,物种丰富度也显著增加,以间伐处理效果最佳;对照样地和经营后样地之间共有植物种少,而间伐处理和林窗处理之间共有种较多,相似性系数高。结论: 间伐和林窗2种经营方法对华北落叶松人工林生长均有促进作用,间伐经营对华北落叶松人工林生长和幼苗更新的促进效果更为明显,灌草的物种多样性也在间伐后显著提高,在秦岭其他区域的华北落叶松人工林中采用间伐经营更加合理。

红壤丘陵区马尾松林和湿地松林物候特征的时空变异及影响因素
陈炳楠,杨风亭,孟盛旺,戴晓琴,寇亮,陈奕帆,王辉民,付晓莉
林业科学. 2024, 60(8):  67-78.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230408
摘要 ( 74 )   HTML ( 7 )   PDF (1719KB) ( 78 )  
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目的: 探究马尾松林和湿地松林物候期的时空变异及影响因素,为红壤丘陵区森林碳汇时空格局精准评估与预测提供理论支撑。方法: 基于2017—2021年的数码相机时间序列数据,提取29块样地(马尾松林18块,湿地松林11块)的有效叶面积指数(LAIe)时空动态。采用有效叶面积指数的广义双重逻辑斯蒂模型确定物候期指标(生长季开始时间,SOS;生长季结束时间,EOS;生长季长度,LOS)。利用变异系数表征物候期时空变异幅度。通过皮尔逊相关分析和线性混合模型,解析气候(干旱指数、空气温度、降水量、饱和水汽压差、光合有效辐射)、土壤(土壤温湿度、土层厚度、石砾含量)和生物因子(林分密度、林下植被丰富度)对物候期的驱动作用。结果: 1) 马尾松林和湿地松林物候特征均为单峰曲线(但马尾松林无明显峰值)。与马尾松林相比,湿地松林的SOS较晚,但LAIe的季节变化幅度更大且值更高。2) 马尾松林的物候期在时空尺度上不如湿地松林稳定。马尾松林的SOS、EOS、LOS在空间上的变异系数和SOS在时间上的变异系数均大于湿地松林。3) 在年际尺度上,马尾松林的SOS和EOS分别与早春和旱季0~120 cm土层的土壤含水量呈负相关和正相关;湿地松林的EOS与旱季0~60 cm土层的土壤含水量呈正相关。4) 在空间尺度上,马尾松林物候期受林分密度、草本层物种丰富度和0~60 cm土壤石砾含量影响。结论: 马尾松林和湿地松林的物候特征在曲线峰值、SOS、LAIe变化幅度和数值大小等方面存在明显差异。湿地松林的物候期在时空尺度上更稳定。种内、种间竞争强度和土壤资源异质性共同驱动了红壤丘陵区马尾松林物候的时空变异格局。

基于耦合推断的时间外延性辅助数据偏倚修正——以森林蓄积量估计为例
梅安琪,侯正阳,徐晴,陈芳婷,齐元浩,贾东瑾
林业科学. 2024, 60(8):  79-94.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220699
摘要 ( 58 )   HTML ( 6 )   PDF (2086KB) ( 200 )  
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目的: 1) 量化“过期”模型对推断总体参数(总体均值、方差)的影响;2) 提出利用基于模型辅助的估计量修正模型保质期引起的推断偏倚;3) 评估度量误差模型对推断偏倚的修正作用。方法: 在基于设计、基于模型和基于模型辅助3种推断框架下,应用度量误差模型,修正“过期”模型对总体参数(总体均值、方差)的影响。结果: 1) 将二阶抽样的估计值作为参照,对比基于模型的统计推断估计值,无论是线性回归模型还是度量误差模型,其均值估计值与二阶抽样下总体均值估计值6.774 m3·hm?2接近,其方差估计值的平均值为0.117,远小于基于设计的方差估计值0.965,精度提升平均为87.93%;2) 遥感数据“过期”引起模型失效,对总体均值估计产生较大偏差,总体均值估计值的偏移程度随着遥感数据获取时间的推移加剧;3) 在基于模型辅助推断框架下,线性回归模型和度量误差模型的总体均值估计值均在6.5~6.8波动,波动范围较小,变化趋势相同,二者均值估计值差异较小,后者推断精度更高,精度提升范围为5.71%~22.50%,平均为13.34%。结论: 1) 遥感数据作为辅助信息可有效提高估计精度;2) 当遥感数据“过期”时模型失效,总体均值估计值偏倚增大,方差估计值被低估;3) 基于模型辅助的统计推断可解决模型“过期”造成的推断偏倚问题,保持估计量近似无偏性,且精度与概率样本的样本量呈正相关;4) 度量误差模型可降低总体方差估计值,但仅使用度量误差模型无法消除时间外延性遥感数据产生的推断偏倚。

夜间不同环境稳定性条件下杨树水分生理过程的生物物理控制
王一君,陈立欣,陈左司南,张志强,许行,姚飞,陈胜楠
林业科学. 2024, 60(8):  95-108.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240136
摘要 ( 74 )   HTML ( 6 )   PDF (4924KB) ( 70 )  
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目的: 以杨树人工林生态系统为研究对象,研究环境因子与内源性昼夜节律对树木叶片水分生理和树干液流的生物物理调控机制,旨在揭示树木水分生理过程(叶片气孔导度、叶片蒸腾、叶片水势和树干液流)在夜间对不同环境稳定性条件的响应模式和影响因素。方法: 对位于北京市顺义区潮白河沿岸的欧美杨人工林,在生长季期间选定7个晴朗的昼夜,连续监测3棵样树的叶片气体交换和叶片水势。同时,使用热扩散探针技术监测样树的树干液流密度变化,同步记录环境因子变化,并使用日落后历时量化昼夜节律的影响。结果: 1)夜间出现树木气孔开放的现象,叶片蒸腾和液流同步发生。夜间环境稳定(v=0且?VPD ≤0.1 kPa)条件下,树木水分生理指标主要受大气和土壤温度影响(P<0.05),且较弱。夜间液流与叶片气孔导度显著负相关(P<0.01),表明液流主要用于茎干补水。2)夜间环境波动(v>0或?VPD≥0.1 kPa)条件下,叶片气孔导度和树干液流密度受大气温度(Ta)和VPD的正向调控,与空气湿度(RH)显著负相关(P<0.05),且Ta为主导影响因素。叶水势主要受Ta、土壤含水量(SWC)和温度(ST)的共同影响。夜间液流与叶片气孔导度、蒸腾速率和水势显著正相关(R2=0.67)。3)日间环境波动较强,叶片水分生理指标与树干液流密度的相关性显著高于夜间,但叶片气孔导度与VPD呈负相关,且气孔导度与液流密度之间表现出解耦现象(P=0.078)。4)以日落后历时为表征的昼夜节律对树木水分生理指标的作用方式随夜间环境稳定性变化而不同。在夜间环境稳定条件下,日落后历时显著影响叶片气孔导度、叶片水势和叶片蒸腾(P<0.01);而在夜间环境波动条件下,该因子对叶片水分生理指标的影响程度均有所降低且对气孔导度和叶片水势的影响不显著(P1=0.066, P2=0.08),说明夜间环境波动影响了昼夜节律对树木水分生理过程的作用方式和程度。结论: 在夜间不同环境稳定性条件下,树木水分生理的生物物理过程和调控机制有显著差异,当环境因子波动较小时,树木水分生理过程受昼夜节律调控形成了显著的夜间模式,此时应考虑其对植物水分的影响。本研究强调了昼夜节律在调控林木水利用中的关键作用,并建议制定基于时间和环境稳定性的灌溉策略,以优化水分管理和应对气候变化。

几种评价植物水分调节策略的方法对比——以毛白杨为例
王傲宇,郭有正,邓坦,刘洋,邸楠,段劼,李熙萌,席本野
林业科学. 2024, 60(8):  109-119.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230080
摘要 ( 75 )   HTML ( 6 )   PDF (1639KB) ( 400 )  
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目的: 探究不同植物水分调节策略评价结果的差异,明确最佳的植物水分调节策略评价方法,为精准评价植物水分调节策略提供方法学参考,也为深入了解速生树种在水分亏缺立地下生长的生理机制提供理论依据。方法: 以毛白杨为试验材料,在不同土壤水分条件下(充分滴灌、不灌溉)和不同季节间(旱季、雨季)比较4种不同定量评价植物水分调节策略的方法并分析其适用性。结果: 1)不同土壤水分不同季节条件下,水力学面积与日最大叶片水势差法对毛白杨水分调节策略的评价结果相同,均为不灌溉处理相较于灌溉处理更偏等水调节,旱季相较于雨季更偏等水调节策略,符合本研究所提出的“一致性”与“相同性”水分调节策略评价原则。 2) 利用叶片正午水势与水汽压亏缺间关系斜率法(KΨMD-VPD)来评价植物水分调节策略时,不同季节与不同灌溉处理间所得出的水分调节策略结果不一致。 3) 用黎明前-正午叶水势间关系斜率法(KΨPD-ΨMD)评价毛白杨水分调节策略时,不灌溉处理下不同季节间评价结果与其他方法一致,灌溉处理下季节间评价结果与其他方法相反。因此, KΨMD-VPDKΨPD-ΨMD法均不满足上述提出的两点性原则。结论: 水力学面积法与叶片水势差法对毛白杨水分调节策略的评价结果较为准确,是理想的毛白杨水分调节策略的评价方法,KΨPD-ΨMDKΨMD-VPD法不适用于评价毛白杨水分调节策略。

多倍化对青钱柳叶形态、光合性能和次生代谢产物积累的影响
王舒扬,田力,周顺陶,储月娥,梅迪,袁佳秋,余延浩,洑香香
林业科学. 2024, 60(8):  120-131.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230322
摘要 ( 75 )   HTML ( 3 )   PDF (1786KB) ( 101 )  
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目的: 比较分析青钱柳二倍体和四倍体的叶形态、光合性能和次生代谢物积累的差异,以期为青钱柳叶用林良种选育提供理论参考。方法: 以鹤峰和清凉峰2个种源的成年植株为试验材料,分别测定二倍体和四倍体的叶形态指标、解剖结构、气孔参数,比较光合生理的相关参数,监测叶次生代谢产物含量的季节动态及差异。结果: 1) 四倍体叶长、叶宽、叶面积分别为10.94 cm、4.57 cm、118.84 cm2,比二倍体分别高出19.5%、61.4%、94.2%,而比叶质量无显著差异;四倍体叶解剖结构各部分、气孔形态均显著大于二倍体,气孔密度为158.36 个·mm?2,比二倍体少43.8%。2) 四倍体叶类胡萝卜素含量显著高于二倍体,叶绿素a、叶绿素b无显著差异;通过对光响应曲线拟合得到二倍体和四倍体的最大净光合速率(Pnmax)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)分别为8.367、0.997、25.905、1 527.96 μmol·m?2s?1和13.797、1.573、32.905、1 311.36 μmol·m?2s?1;瞬时光合测定发现四倍体净光合速率、胞间CO2、蒸腾速率均显著大于二倍体;气孔导度、蒸气压亏缺则差异不显著。3) 二种倍性植株叶内主要活性物质的积累高峰均出现在5月和9月;三萜化合物和黄酮含量在主要的收获季节(5月和9月)倍性间均无显著差异;四倍体多酚含量(13.64 mg·g?1)仅于5月显著高于二倍体(13.29 mg·g?1),但四倍体多糖含量在整个生长季节均显著高于二倍体,5月和9月的含量分别达6.80和8.58 mg·g?1结论: 青钱柳四倍体叶形态、叶解剖结构和光合生理特性均显著优于二倍体,促进了四倍体叶生物量积累;四倍体在5月份的多酚含量和叶多糖含量全生长季显著高于二倍体,黄酮、三萜含量倍性间在主要的收获季节均无显著差异。综合评价认为,四倍体是低海拔地区叶用青钱柳人工林生产的主要栽培材料,可获得更高的生物活性物质产量。

南酸枣花芽形态分化过程及叶片营养生理特性
杨如梦,汪加魏,付丹,肖艺,吴南生,高岩,朱秋敏,曹嘉晟
林业科学. 2024, 60(8):  132-142.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230363
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目的: 探究南酸枣花芽分化的外部形态变化与内部解剖结构的对应关系,揭示叶片中营养物质动态变化与花芽分化进程的关系。方法: 采用石蜡切片法观察南酸枣花芽;测定分化关键期叶片可溶性蛋白、可溶性淀粉、可溶性糖、全磷、全氮、全钾、有机质含量变化。结果: 1)南酸枣的花类型为单花类型或聚伞圆锥花序,雄花为花序,雌花为花序或单花。南酸枣花芽多为混合芽,成年雄树花芽萌发率达99%,雌树花芽萌发率达70%。2)南酸枣花芽分化可划分为9个时期:未分化期、生理分化期、苞片形成期、萼片形成期、花序形成期、花瓣形成期、雄蕊形成期、雌蕊形成期、侧花序发育期。南酸枣花芽分化从3月底开始,2月下旬芽萌动后约40天进入生理分化期,6月中下旬为雌雄原基分化盛期,翌年3月,雌、雄花的侧花序发育完全。3)花芽横、纵径的增长呈现先快后慢的趋势,生理分化期雌、雄花芽横径较未分化期分别提高了211.36%和231.11%,生理分化期南酸枣花芽体积处于快速增加期;花序形成期雌、雄花芽横径较花萼形成期分别提高了5.43%和10.00%,生长速度变缓。4)芽基叶片可溶性蛋白含量于花序形成期具最低值,雌、雄叶片中可溶性蛋白和可溶性淀粉含量均于花序形成期达峰值,分别为2.29、2.51和25.43、21.50 mg·g?1;花序形成期雌、雄叶片氮的含量降幅大,相较未分化期分别下降了22.88%和32.51%,全氮含量下降25.35%和34.09%,全磷含量下降41.07%和39.67%,全钾含量下降23.94%和22.52%。雌花芽叶片的碳氮比值范围在21.01~26.52,雄花芽范围在21.14~28.90。结论: 南酸枣自芽萌发至雌、雄蕊原基始分化约需4个月,雌花生理分化进程晚于雄花10天左右,花序发育完全约需1年时间。叶片中高含量的氮、磷、钾元素有利于花芽的生理分化,较高的碳氮比可调节南酸枣花芽的形态分化过程;叶片需积累较多的可溶性糖及可溶性淀粉有利于花序形成;生理分化期(4月下旬)和花序分化期(6月上旬)是花芽分化进程中较关键的时期,南酸枣高效水肥管理及花果调控应着重关注这两个时期。

毛竹林下栽培食用菌对土壤性质及细菌群落特征的影响
叶子豪,罗国安,王增,姚任图,陆尤尤,吴家森,许在恩
林业科学. 2024, 60(8):  143-151.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220722
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目的: 探究食用菌栽培后毛竹林地土壤养分和细菌群落特征的变化,为毛竹林下栽培食用菌的应用与发展提供依据。方法: 于2020年10月在余姚市林场毛竹林下进行食用菌仿野生栽培,设计4个处理:分别栽培竹荪、大球盖菇和羊肚菌及对照(传统经营毛竹林,林下未栽培食用菌)。于2021年7月采集出菇结束后的土壤,利用PCR扩增技术研究土壤细菌群落多样性。分析土壤养分状况与细菌群落α多样性之间的相关性,揭示土壤细菌群落的变化规律。结果: 1)与对照相比,毛竹林下栽培大球盖菇能够显著增加土壤养分(P<0.05),土壤有机碳、水解性氮、有效磷、速效钾、硝态氮和铵态氮含量分别增加13.70%、6.48%、380.00%、100.68%、33.75%和20.75%。2)与对照相比,在毛竹林下栽培羊肚菌能够显著缓解土壤酸化,并显著增加土壤有效磷、硝态氮含量(P<0.05),分别增加665.60%和250.31%。土壤细菌α多样性显著提高(P<0.05),土壤微生物的群落组成发生改变,土壤酸杆菌门相对丰度显著降低,而拟杆菌门相对丰度显著提高(P<0.05)。3)竹荪处理对毛竹林土壤养分影响较小,属分类水平上细菌优势群落组成与对照相似,但细菌扩增特征序列来源最复杂。4)各处理土壤酸杆菌门和变形菌门为细菌优势门(P<0.05)。5)土壤有效磷和速效钾含量与土壤细菌群落相对丰度显著相关(P<0.05),酸杆菌门与土壤水解性氮、铵态氮和有机碳含量正相关,与土壤pH值负相关,土壤pH值、有效磷含量、硝态氮含量与Chao1、Shannon-Wiener和Simpson指数显著相关(P<0.01)。结论: 毛竹林下短期栽培大球盖菇使土壤养分提升的效果显著,栽培羊肚菌能够有效缓解土壤酸化,不同食用菌对土壤细菌群落影响差异大,在生产中可根据实地情况选择栽培。

洋葱伯克霍尔德菌菌株JLS17对Cd2+胁迫的生长及代谢响应机制
李仰龙,魏书蒙,陈详腾,董玉红,厚凌宇,焦如珍
林业科学. 2024, 60(8):  152-163.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230162
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目的: 探究1株植物促生菌洋葱伯克霍尔德菌菌株 JLS17对Cd2+的耐受与去除能力以及在Cd2+胁迫下的代谢响应,以期为菌株在土壤镉污染修复的应用提供基础理论依据,并为阐明具有抗镉功能分子与代谢途径的挖掘及微生物Cd2+耐受机制提供数据支撑。方法: 通过测定含不同Cd2+浓度培养液的吸光度(OD600)值评价菌株对Cd2+的耐受性,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定菌株对LB培养基中Cd2+的去除效果,采用非靶向代谢组学技术(LC-MS)分析菌株在Cd2+胁迫下的差异代谢物与代谢途径。结果: 1)不同程度的Cd2+胁迫(50~800 mg·L?1)均对菌株JLS17的生长速率及生物量增长(OD600)有明显的抑制作用,且抑制作用随Cd2+浓度的升高而不断加剧。2)菌株JLS17对LB培养基中Cd2+的去除量随Cd2+浓度的提高(10~100 mg·L?1)而增加,最高去除量可达55.90 mg·L?1,但去除率受Cd2+浓度影响相对较小,维持在41.9%~66.0%。3)LC-MS分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L?1和300 mg·L?1 的Cd2+浓度胁迫处理下,共有147种差异代谢物表达趋势一致,其中92种共性上调,55种共性下调,主要涉及氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质、有机酸及其衍生物、萜类、酮类、生物碱等。KEGG富集分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L?1和300 mg·L?1 的Cd2+浓度胁迫处理下显著富集的共有代谢通路为嘧啶代谢、氨基苯甲酸酯降解、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、叶酸的生物合成与磷酸戊糖途径,其中嘧啶代谢、色氨酸代谢、磷酸戊糖途径共性下调,叶酸的生物合成共性上调。结论: 1)菌株JLS17对Cd2+胁迫具有极强的适应性,并能有效去除LB培养基中的Cd2+,在镉污染修复中具有良好的应用潜力。2)菌株JLS17在Cd2+胁迫下可通过氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质等代谢物含量变化影响体内的代谢途径,其中色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、嘧啶代谢、磷酸戊糖途径、叶酸的生物合成等代谢途径与JLS17的Cd2+耐受性密切相关。

入侵害虫长林小蠹线粒体全基因组的测定与分析
李心钰,钱铖,陶静,宗世祥
林业科学. 2024, 60(8):  164-173.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230077
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目的: 首次解析入侵害虫长林小蠹Hylurgus ligniperda线粒体基因组的序列和特征,在线粒体基因组学水平探讨长林小蠹与近缘物种的亲缘关系,丰富了象甲科昆虫线粒体基因组学数据的多样性,为推进我国重大林业检疫性害虫长林小蠹的分子鉴定、种群监测和管理提供数据支持。方法: 利用Illumina Novaseq 6000平台进行高通量测序,参考已发表的鞘翅目昆虫线粒体基因组数据,对组装好的长林小蠹线粒体基因组进行注释和特征分析;运用tRNA Scan-SE 2.0网络平台预测tRNA的二级结构;联合鞘翅目的23个物种,基于最大似然法重建长林小蠹及象甲科其他近缘物种的进化关系。结果: 1) 长林小蠹线粒体基因组全长为15912 bp,共编码37个基因:13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因和2个rRNA基因,以及1个控制区。线粒体基因组全部37个基因的排序与昆虫祖先的线粒体基因排序一致。2) 碱基构成表现为明显的AT碱基偏向性,其中A + T碱基的含量为74.50%,G + C碱基的含量23.80%;AT偏斜值为0.06,GC偏斜值为-0.24。3) 除nad5基因外,所有蛋白质编码基因均具有标准的起始密码子ATN;全部蛋白质编码基因终止密码子为TAA或T。除trnS1外,长林小蠹线粒体基因组中tRNA的二级结构均为典型的三叶草形。4) 基于线粒体基因组和最大似然法以及贝叶斯混合异质性模型构建的系统发育关系支持本研究中象甲科4个亚科的单系性,其亲缘关系为 [粗喙象亚科Entiminae + (隐喙象亚科Cryptorhynchinae + 魔喙象亚科Molytinae) + 小蠹亚科Scolytinae)]。结论: 长林小蠹线粒体基因组结构保守,具有明显的AT碱基偏向性,蛋白质编码基因的起始子和终止子组成稳定。基于线粒体基因组重建的长林小蠹及象甲科其他近缘物种间的系统发育关系与形态学研究结果相互支持。

木纤维表面醛基化改性及自胶合性能评价
张轶媛,陈媛,李改云,吴义强
林业科学. 2024, 60(8):  174-183.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220595
摘要 ( 71 )   HTML ( 4 )   PDF (1401KB) ( 67 )  
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目的: 以杨木纤维为材料,通过氧化改性增强纤维表面反应活性位点,建立纤维表面羟基、醛基多位点网络结构,制备高强度、低吸水厚度膨胀率无胶纤维板,实现全生物质低碳、可循环生产利用。方法: 采用高碘酸钠氧化改性木纤维表面基团,建立高反应活性醛基网络位点,通过醛基含量测定、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析仪(TG)、差示扫描量热仪(DSC)分析反应前后及不同醛基含量木纤维的微观结构和化学成分变化规律;利用化学键交联在低温热压条件下制备自胶合纤维板,探究醛基化木纤维制备无胶纤维板的力学性能和吸水厚度膨胀率。结果: 通过反应时间、温度、氧化剂浓度等条件控制,可实现木纤维醛基化定量改性;与原纤维对比,醛基化纤维表面粗糙度增大、纤维尺寸变短、纤维素聚合度下降,纤维素-半纤维素-木质素包覆结构疏松,木纤维表面产生大量孔隙;纤维素结晶区随反应强度增加逐渐被破坏,醛基化木纤维的热稳定性随醛基含量升高逐渐降低,有利于无胶纤维板的低温热压成型。醛基化木纤维在热压过程中通过化学键交联可实现自胶合,热压温度和醛基化木纤维醛基含量对无胶纤维板的性能具有显著影响,通过优化原料和工艺条件制备的无胶纤维板具有优异的力学性能和耐水性。结论: 通过控制反应条件可得到不同醛基含量的醛基化木纤维,实现对木纤维表面醛基的可控改性;自胶合过程中温度过低(50 ℃)易导致醛基化木纤维耐水性差,温度过高(125 ℃)易造成醛基化木纤维降解,引起鼓泡、膨胀、碳化,降低纤维板力学性能。当高碘酸钠浓度0.07 mol·L?1、反应温度30 ℃和反应时间6 h时,木纤维醛基含量为1.86 mmol·g?1;在热压温度100 ℃、压力20 MPa和热压5 min时,制备的自胶合醛基化木纤维板力学性能和耐水性达到最佳:抗弯强度78.36 MPa,弹性模量10.88 GPa,内结合强度3.04 MPa,24 h吸水厚度膨胀率仅8.01%。

水热环境中马尾松早材和晚材的轴向拉伸力学行为
李媛,李珠,都亚敏,蒋佳荔
林业科学. 2024, 60(8):  184-192.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20220751
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目的: 探究水热环境中马尾松早材(EW)和晚材(LW)的轴向拉伸力学行为,在生长轮尺度上揭示木材软化行为发生规律,为木材弯曲、塑化、大变形加工等实际应用中工艺参数的选择和优化提供参考。方法: 以马尾松心材区域第17生长轮的早材和晚材为研究对象,采用X射线剖面密度仪测定早材和晚材的绝干密度;利用轮转式切片机在早材和晚材区域的径切面(LR)制取LR-EW和LR-LW组织切片,在早材与晚材区域的弦切面(LT)制取LT-EW和LT-LW组织切片;应用X射线衍射仪和动态力学分析仪在30、40、50、60、70和80 ℃条件下测定LR-EW、LR-LW、LT-EW和LT-LW组织切片的微纤丝角、拉伸弹性模量、拉伸强度和拉伸应变速率。结果: 1) 晚材的绝干密度(0.836 g·cm3)是早材(0.388 g·cm3)的2.2倍。任一温度时,早材的微纤丝角大于晚材,弦切面的微纤丝角大于径切面;饱水早材和晚材在径切面或弦切面的微纤丝角均随温度升高而减小。2) 30 ℃时,晚材径切面的拉伸弹性模量是早材的2.1倍,晚材弦切面的拉伸弹性模量是早材的3.3倍。在4种组织切片中,LT-LW的拉伸强度最大,LR-LW的拉伸强度是LR-EW的2.0倍。绝干密度和微纤丝角是影响早材和晚材径切面、弦切面拉伸力学行为的2个关键因子。3) 当温度由30 ℃升至80 ℃时,早材和晚材在径切面、弦切面的拉伸弹性模量和拉伸强度呈降低趋势,其降幅均为早材大于晚材、弦切面大于径切面。早材和晚材在径切面或弦切面拉伸弹性模量和拉伸强度降幅的拐点温度均为60 ℃,与木材细胞壁中木质素发生软化有关。4) 任一加载速率(0.5、1.0和2.0 N·min?1)时,饱水早材和晚材在径切面、弦切面的拉伸应变速率均随温度升高而增大;当温度和加载速率一定时,早材径切面的拉伸应变速率是晚材的2.0倍,早材弦切面的拉伸应变速率是晚材的3.3倍。当加载速率倍增时,早材和晚材径切面、弦切面的拉伸应变速率均呈倍增变化趋势。结论: 饱水早材和晚材在径切面或弦切面的微纤丝角、拉伸弹性模量和拉伸强度均随温度升高而减小(或降低)。与晚材相比,温度变化对早材拉伸弹性模量和拉伸强度的影响更大。温度升高引起微纤丝角变小,抑制拉伸弹性模量和拉伸强度降低,但在60 ℃及以上水热环境中,木质素软化是引起拉伸弹性模量和拉伸强度降低的主要因素。