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2025年 第61卷 第9期 刊出日期:2025-09-25
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研究论文
基于时序遥感指数的中国竹林植被信息提取
郝嘉珩,郭毅超,李浩,朱爱青,石雷
林业科学. 2025, 61(9):  1-11.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20250100
摘要 ( 40 )   HTML ( 4 )   PDF (3370KB) ( 22 )  
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目的: 竹林是中国特殊的森林类型,具有显著的生态、经济和社会价值。其光谱特征常与同纬度地区其他森林类型混淆。如何基于遥感技术精确提取中国的竹林分布,是个较大的挑战。本研究构建新的时序遥感指数,并结合随机森林算法评估其对竹林信息提取的贡献作用,从而得以提高竹林信息提取的精度,进而为竹林资源监测提供新的技术思路。方法: 首先基于目视解译,选择竹林、常绿林、落叶林、草地、建筑、裸地、水体和道路8种土地覆被类型的训练样点,利用2022—2023年的哨兵(Sentinel-2A)影像,分析竹林与其他覆被的类似光谱特征差异;在此基础上,创新性地构建能有效辨识竹林与其他林地光谱差异的3个单波段(Rc、RE1c和SWIRc)和两个多波段(MVIc和NDWIc)时序遥感指数;同时设计下面4种特征组合方案:原始波段+传统指数(FS1)、原始波段+传统指数+红边指数(FS2)、原始波段+传统指数+时序遥感指数(FS3)、原始波段+传统指数+红边指数+时序遥感指数(FS4),并利用随机森林分类算法比较FS1、FS2、FS3和FS4对竹林提取精度的影响,分析时序遥感指数在竹林提取中的重要性,并与《2021中国林草生态综合监测评价报告》的统计数据对比,以验证提取结果的准确性。结果: 在4种组合方案中,土地覆被分类总体精度排序表现为:FS4 > FS3 > FS2 > FS1,竹林的生产者精度和用户精度在FS4中也都是最大的,分别为0.95和0.85。方案组合结果比较表明:时序遥感指数的引入使竹林提取精度明显提升;FS4提取的竹林面积与统计数据具有更好的一致性,均方根误差从不使用时序遥感指数的FS2的17.53降低至7.46;构造的5个时序遥感指数都位于特征值重要性排序的前列,相对重要性均在75%以上,表明研发的时序遥感指数对竹林提取很有应用价值。结论: 引入时序遥感指数能够显著提高竹林提取的精度,基于多时相影像构建的时序遥感指数在竹林资源监测中具有很好的应用潜力。

温带榆树稀树草原碳通量变化特征及环境因子的影响
杨凯捷,丛巍巍,陆森,冯益明,王锋
林业科学. 2025, 61(9):  12-21.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240466
摘要 ( 31 )   HTML ( 2 )   PDF (3306KB) ( 18 )  
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目的: 明确内蒙古浑善达克沙地榆树稀树草原生态系统的能量通量年变化特征及能量收支平衡,阐明其碳通量的季节和日变化特征及受环境因子的影响。方法: 利用涡度相关系统和气象设备,在2021年全年连续原位观测榆树稀树草原的碳通量、能量通量和环境因子,采用净生态系统碳交换量(NEE)的夜间拆分方法、能量闭合度方法和随机森林算法计算分析碳通量变化特征、能量收支平衡及环境因子的影响。结果: 1) 榆树稀树草原2021年全年的潜热、显热占净辐射比值分别为48.6%和41.5%,能量闭合度为73%。2) 全年的NEE为?231.77 g·m?2,生态系统总初级生产力(GPP)为849.79 g·m?2,生态系统呼吸为603.36 g·m?2。研究区在1、2、11和12月表现为碳源,其余月份均为碳汇,其中7月和8月碳汇强度最高(分别为?75.17和?73.75 g·m?2),占全年固碳总量的64.1%;在日尺度上,碳通量表现为典型的单峰型变化,夏季碳汇峰值为0.220 g·m?2halfhour?1。3) 在全年尺度,气温是影响碳通量的主要因子。在季节尺度,总辐射是影响春、夏和冬季NEE的最重要环境因子(重要性分别为47%、37%、35%),土壤含水量则是影响秋季NEE的最重要环境因子(重要性58%);GPP最重要的驱动因子是土壤含水量(重要性分别为:春季72%、夏季46%、秋季61%、冬季32%),其次为总辐射。结论: 榆树稀树草原具有远高于同区域草原生态系统的固碳能力,土壤水分是该生态系统碳通量重要的影响因子。我国浑善达克沙地和科尔沁沙地生态治理中,恢复当地天然植被榆树稀树草原同时具有沙地修复和固碳增汇双重效益。

面向非全覆盖遥感辅助数据的森林地上生物量估算
黄柳源,郑炎,程欣杰,曾伟生,徐晴,侯正阳
林业科学. 2025, 61(9):  22-38.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240472
摘要 ( 17 )   HTML ( 0 )   PDF (1742KB) ( 15 )  
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目的: 面向森林资源(如森林地上生物量AGB)年度调查出数面临的小样本量与遥感辅助数据非全覆盖问题,基于混合估计方法与蒙特卡洛模拟法,探讨混合估计方法解决该问题的实际推断能力及其对样本量的响应规律,优化调查样本量,阐明2类统计推断方法(基于全覆盖遥感辅助数据和基于非全覆盖遥感辅助数据)间的联系,为解决森林资源年度调查出数提供方法理论参考。方法: 应用混合估计理论突破小样本量与非全覆盖遥感辅助数据条件下提升抽样精度的瓶颈,基于根河林业局第九次森林资源清查完整数据,设计不同大小的样地样本量(m1)和遥感辅助数据样本量(m2),模拟小样本量、遥感辅助数据非全覆盖情形,引入传统基于模型(CMB)和基于设计(DB)的统计推断方法作为比较,探究混合估计量(Hybrid估计量)的推断效率及其对样本量的响应规律,同时基于Hybrid估计量的方差分析,从方差组分变化规律及公式联系上揭示Hybrid估计量与CMB估计量的数学关联。结果: 1) 当Hybrid估计量对辅助数据的抽样强度为100%时,总方差等于模型方差,与CMB估计量的推断结果一致。2) 当样地样本S1完整时,基于模型方法计算的总体方差仅为基于设计方法计算结果的51.95%,推断精度提升2.04%。3) Hybrid估计量推断研究区AGB的总体参数时,若样本量m1保持一致,Hybrid估计量在m2约为12 800(0.127%)后推断精度基本稳定,推断精度与样地、辅助数据样本量呈倒J形的非线性关系。考虑到调查成本和结果稳定性,研究认为AGB总体参数推断的最佳性价比样本量约为$ {m}_{1}=40\left(41\%\right) $$ m_2=12\ 800\left(0.127\%\right) $。4) Hybrid估计量基于根河林业局第九次森林资源清查的约1/5样地样本和0.127%的非全覆盖免费遥感辅助数据样本,达到近90%(87.16%)的推断精度。结论: 1) CMB估计量可视为Hybrid估计量的特例,实际调查中可根据精度要求、成本限制等调整总体参数的推断方法。2) 在Hybrid估计量中,来源于模型的方差组分占据总体参数推断不确定性的主导地位,意味着增加实测样本量、使用高精度辅助数据(如激光雷达数据)、优化建模方法等是降低其推断不确定性的有力手段。3) Hybrid估计量的推断精度与样地、辅助数据样本量呈倒J形的非线性关系,以此确定根河林业局实现AGB年度出数需求的高性价比样本量为$ {m}_{1}=40\left(41\%\right) $$ m_2=12\ 800\left(0.127\%\right) $,相较于传统基于设计与基于模型的统计推断,在精度和成本上有显著改善,可较好满足县域尺度的总体年度调查出数需求。4) 面向国家森林资源年度监测体系,Hybrid估计量在小尺度区域(根河林业局),基于约1/5的实测样本和0.127%的非全覆盖遥感辅助数据样本,已达到近90%的推断精度(87.16%),通过辅助数据质量提升、建模方法优化等可进一步提高推断精度,具备基于年度调查实测样本进行年度出数的潜力。

蒙古栎次生林林下红松幼树开敞度优化方法
刘迪,周超凡,雷相东,刘宪钊,张会儒,何潇
林业科学. 2025, 61(9):  39-47.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230537
摘要 ( 22 )   HTML ( 0 )   PDF (2002KB) ( 15 )  
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目的: 模拟采伐蒙古栎次生林冠层林木,有针对性地改善林下红松幼树光照条件,促进红松幼树生长发育,为加快次生林向顶级群落恢复提供科学依据。方法: 以蒙古栎次生林1 hm2大样地为研究对象,通过距离控制和长势优劣从核心区筛选出满足条件的目标红松幼树。采用不同阈值(KT =1、1.5、2)的个体开敞度优化方案调控林下目标红松幼树的开敞度,开敞度优化方案通过开敞度两水平(包括林木水平和林分水平,林木水平指保证每一株目标红松幼树的开敞度均达到阈值,林分水平指调控某一株目标红松幼树的同时兼顾林分中其他目标红松幼树)迭代优化方法实现。比较不同开敞度阈值下模拟采伐前后林分非空间结构(林分总径级数、总物种数和郁闭度)和空间结构(角尺度、大小比数和混交度)的变化,以及不同处理间红松幼树开敞度和开敞度变化率的差异。结果: 通过距离控制和长势优劣共筛选出145株目标红松幼树,幼树胸径介于1.1~4.9 cm之间、树高介于1.5~4.7 m之间、冠幅半径介于0.6~1.7 m之间。KT为1、1.5和2时,目标红松幼树分别经3、6和8轮以及采伐14、130和262株冠层林木后达到开敞度条件。模拟优化采伐后,红松幼树开敞度得到整体改善:KT为1时,开敞度平均比对照增加5.7%,但无显著差异;KT为1.5时,开敞度平均比对照增加44.7%,差异显著;KT为2时,开敞度平均比对照增加107.7%,差异显著。模拟采伐前后,林分总径级数和总物种数不变,空间结构指标均无显著变化。3种开敞度阈值(KT =1、1.5、2)下,采伐的蓄积强度分别为1.5%、15.6%和37.2%。与未采伐林分(CK)的郁闭度(0.646)相比,3种开敞度阈值(KT =1、1.5、2)下的郁闭度分别降低0.5%、13.3%和33.1%。结论: 红松幼树开敞度两水平迭代优化方法在改善林下红松幼树光照条件的同时可保持大部分林分结构稳定,开敞度阈值1.5优于1或2。本研究提出的优化方法可获得不同开敞度阈值下采伐总轮数、每轮采伐木数量、每株目标红松幼树开敞度调控路线以及采伐木分布情况,对于补植后红松幼树的开敞度调控以及次生林的管理实践具有较大指导价值。

内蒙古自治区植被恢复力时空格局及其对极端气候的响应
于晓燕,高雅娴,魏光普,张舒宇,张文君
林业科学. 2025, 61(9):  48-58.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20230763
摘要 ( 15 )   HTML ( 0 )   PDF (726KB) ( 7 )  
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目的: 分析内蒙古自治区植被恢复力的时空变化以及极端气候对植被恢复力的影响,揭示在极端气候条件下植被恢复力变化的规律和机制。方法: 基于卫星(MOD 13 Q1 V6.1)构建的核归一化植被指数(kNDVI)数据集和早期预警指标,对内蒙古地区2004—2023年的植被覆盖度和植被恢复力进行评估;此外,基于美国国家环境信息中心(NCEI)的逐日气象数据,计算该地区的极端气温和极端降水等15个极端气候指数,在综合分析极端气候时空变化特征的基础上,运用皮尔逊相关分析和地理探测器,定量评估极端气候对植被恢复力的影响。结果: 1) 内蒙古自治区85.63%的区域植被覆盖度呈现上升的趋势,植被覆盖度呈现下降趋势的区域分布在大兴安岭林区和西部边缘荒漠区,约57.46%的区域植被恢复力呈现上升趋势,空间变化趋势呈现东部和大兴安岭南端草原区上升,大兴安岭林区、西部荒漠和荒漠草原区下降的格局。2) 2004—2023年极端暖指数呈现增加趋势,极端高温事件增多,极端强度和频率降水指数呈现增加趋势,极端降水事件在强度和频率上均有所增强。3) 极端气候指数与植被恢复力的相关关系表现出明显的空间异质性,TNx、TXx等强度指数与60%以上区域的植被恢复力呈现正相关,极端低温指数(TN10p、TX10p)在西部荒漠区以及大兴安岭林区多呈正相关。4) TN90p、TX90p对东部草原区恢复力提升贡献显著;RX5day、RX1day、R20mm、R10mm等极端降水指数在中部和东部地区均表现出显著的正相关,并且对植被恢复力的解释力较高,说明极端降水的强度和频率对内蒙古地区植被变化有较大影响。结论: 内蒙古自治区植被恢复力和极端气候空间异质性明显,影响植被恢复力的主要因素是极端降水事件,并且对极端降水强度的响应最为敏感。在未来植被保护与恢复的策略中,应优先关注生态系统的稳定性与可持续性,充分考虑不同生态区的气候特点与植被恢复潜力,更加关注水资源管理和极端气候变化。

北京山区侧柏人工林液流密度对极端土壤干旱的响应
康敏敏,李平平,万艳芳,段文标,于澎涛,王彦辉,张小全,李未来,高原
林业科学. 2025, 61(9):  59-69.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20250159
摘要 ( 20 )   HTML ( 0 )   PDF (2915KB) ( 13 )  
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目的: 准确量化北京山区侧柏人工林的树干液流密度对极端土壤干旱的响应,明确其应对极端干旱胁迫的水分利用策略,为气候变化背景下北京山区林水协调综合管理提供科学依据。方法: 2024年生长季(5—10月),在北京市密云区五座楼林场选取侧柏(当地主要造林树种)人工林,设置1块20 m×20 m固定样地。采用热扩散液流探针连续监测树干液流密度变化,并同步观测气象因子和0~40 cm土层土壤湿度(用土壤相对可利用水分REW表示),分析树干液流密度的变化特征及其对环境因子的响应。结果: 1) 2024年生长季出现连续73天的极端土壤干旱(干旱期5月1日—7月12日),期间REW极低,平均仅为0.11,并伴随着持续高温和强太阳辐射。干旱降低了侧柏的树干液流密度,其在干旱期内一直维持在低水平,平均值仅为0.004 4 mL·cm?2min?1,显著低于生长季内非干旱期的平均值(0.020 2 mL·cm?2min?1)(P<0.01)。2) 干旱胁迫使干旱期内晴天、阴天和雨天等天气类型的液流密度差异减小且不显著(P>0.05)。干旱期内的日间降雨使液流密度短暂回升,导致雨天的平均液流密度(0.004 9 mL·cm?2min?1)略高于晴天和阴天,分别高4.3%和16.7%。3) 干旱改变了液流密度的日变化模式和昼夜占比。非干旱期晴天和阴天的液流密度呈“单峰型”日变化模式,且日间液流密度占比达95%以上,而干旱期晴天和阴天的液流密度日变化呈“波谷型”,且日间液流密度占比大幅降低到44%和51%。干旱期的日间降雨会改变液流密度日变化特征,表现为随日间降雨量增加而增大,有可能日变化模式也恢复为“单峰型”,且日间液流密度占比也逐渐增加。4) 侧柏树干液流密度在干旱期主要受气象因子(太阳辐射强度、饱和水汽压差、降水量)影响,而在非干旱期主要受气象因子和土壤湿度的共同影响。结论: 在极端土壤干旱胁迫下,侧柏会显著降低其液流密度,并改变液流密度日变化特征。在干旱期白天基本未测定到侧柏的树干液流,夜间反而测定到用于补充树体储水的液流。这表明侧柏具有较强的抗旱性,通过白天关闭气孔降低液流密度以减少蒸腾耗水、夜间维持较高液流密度以补充树体储水的方式来改变液流日变化模式和昼夜比例,从而形成较高的干旱胁迫环境适应性。因此,对于极易遭受土壤干旱胁迫的旱区阳坡瘠薄立地,应优先选择栽植耐旱性强的侧柏,并通过密度管理等措施降低林木蒸腾和蒸散耗水,维持基本的林水平衡。本研究阐明了侧柏适应严重土壤干旱胁迫的用水策略,为制定适应气候变化的林水协调综合管理方案提供了理论依据。

北京东北部山区不同生活型木本植物叶功能性状特征及其权衡关系
郭文俊,李鑫豪,田赟,孙艳丽,房新民,代远萌,陈文婧,李廷山,刘鹏,贾昕,查天山
林业科学. 2025, 61(9):  70-80.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240342
摘要 ( 13 )   HTML ( 1 )   PDF (3260KB) ( 9 )  
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目的: 探究北京东北部山区不同生活型木本植物的叶功能性状及其性状组合,以系统分析该区域内优势木本植物的生态策略差异,为阐明不同生活型木本植物的环境适应机制提供参考。方法: 选取北京东北部山区19个典型木本植物群落中的20种优势木本植物,通过野外调查和理化分析相结合的方法,基于植物生活型分类,系统分析灌木、落叶阔叶乔木和针叶乔木3种生活型木本植物的12个典型叶功能性状特征及其关系,分析各生活型间木本植物的权衡策略。结果: 1) 针叶乔木的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶氮含量(LNC)和叶磷含量(LPC)显著小于落叶阔叶乔木和灌木,叶厚(LT)、叶碳含量(LCC)、碳氮比(C∶N)和碳磷比(C∶P)显著大于落叶阔叶乔木和灌木,表明针叶乔木叶片的构建成本和氮、磷利用效率较高。2) 20种优势木本植物的SLA与叶干物质含量(LDMC)呈负相关关系,LNC与LPC呈正相关关系,表明叶片在生长繁殖和增强防御能力间呈权衡关系,且氮、磷元素协同促进植物生长,植物在相似生境中对氮、磷元素的需求不随生活型产生特异性变化。3) LT与LDMC在落叶阔叶乔木间呈极显著正相关关系,在针叶乔木间呈显著负相关关系,而在灌木间不相关。这主要是因为落叶阔叶乔木较厚的叶片通常需要较大的LDMC提供物理结构支撑;而针叶乔木的针形叶虽然较厚,但其叶片中营养物质含量较少且气孔开放程度和水分散发量偏低,导致其LDMC较低。4) 通过主成分分析和置换多元方差分析发现,不同生活型木本植物在化学性状轴和结构性状轴间均呈极显著差异(P < 0.01),前两轴解释率为63.84%。这表明灌木倾向于高LNC、LPC,低LCC的性状组合,针叶乔木倾向于低LNC、LPC与高LCC的性状组合,而落叶阔叶乔木则沿着更大LA、LDMC以及更小LT的方向变化。结论: 不同生活型木本植物的部分叶功能性状存在显著差异,灌木和落叶阔叶乔木叶片倾向于“快速投资-收益型”策略,针叶乔木叶片倾向于“缓慢投资-收益型”策略。研究结果可为该区域植物资源获取-适应策略及生物多样性保护提供基础数据。

4种树苗生长的干旱胁迫响应取决于低序级根性状
杨智慧,韦柳端,于淼,董天心,张星宇,张新娜,马冰倩,徐程扬
林业科学. 2025, 61(9):  81-89.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20250167
摘要 ( 13 )   HTML ( 0 )   PDF (1016KB) ( 8 )  
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目的: 分析1~3序级根系性状的变化及其对生长在不同土壤干旱胁迫程度中树苗的苗高、地径相对生长量的影响,揭示生物学特性差异较大的树种个体生长对干旱胁迫的1~3序级根系响应机制。方法: 选用生长速度、生态习性差异较大的4个树种(元宝枫、山桃、栓皮栎和栾树)的1年生实生苗,通过土壤水分梯度控制试验,测量1~5序级根系的平均直径(RD)、比根长(SRL)、比根表面积(SRA)和根组织密度(RTD),利用相对相互作用指数来评价干旱强度对苗木生长和根系性状的相对影响程度,分析了干旱胁迫对苗木的高相对生长量、地径相对生长量的影响,研究了低序级根系RD、SRL、SRA及RTD对高相对生长量、地径相对生长量的影响机制。结果: 土壤干旱对4个树种幼苗的高相对生长量、地径相对生长量均产生极显著的影响(P<0.001),并且这种影响的种间差异极显著(P<0.001),种间差异远大于干旱梯度间差异:严重干旱使元宝枫和栾树幼苗的高、地径生长同步降低,山桃幼苗的高、地径生长在干旱环境中向细、高方向发展,而栓皮栎幼苗的高、地径同步提高。苗木生长差异格局显著受到低序级(1~3序级)根系的RD、SRL、SRA及RTD变化的影响,与高序级(4和5序级)根系性状间相关性较低;幼苗的高相对生长量、地径相对生长量与低序级根的RD、SRA显著正相关(P<0.05),与低序级根的SRL、RTD显著负相关(P<0.05),即苗木的土壤资源获取策略变化在一定程度上决定了苗木地上生长。元宝枫和栾树幼苗的高、地径相对生长量较高,并伴随着较高的低序级根系的RD和SRA,即以资源获取对策适应干旱环境;而山桃和栓皮栎幼苗的高、地径相对生长量较低,并伴随着较高的SRL和RTD,即以保守策略适应干旱环境。结论: 土壤干旱对树木幼苗的高和地径生长的影响与低序级根系性状变化密切相关,且这种关系存在树种差异。在干旱土壤环境中,元宝枫和栾树幼苗依赖大量细根获取土壤资源,属于快速投资收益型;而山桃和栓皮栎的根系直径较大,属于慢速投资收益型。4个树种在土壤干旱环境中吸收根的性状总体上向避旱方向发展。

持续干旱胁迫及复水下红桦幼苗水力学性状与非结构性碳的动态响应
李泽义,莫惟轶,王玉婷,张慧瑶,马博龙,黄欣,姜在民,蔡靖
林业科学. 2025, 61(9):  90-100.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240811
摘要 ( 16 )   HTML ( 0 )   PDF (1199KB) ( 10 )  
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目的: 探究红桦在干旱胁迫下水力学和碳代谢特性,揭示其致死阈值与死亡机制,明晰红桦在全球气候变暖背景下生存与适应能力,也为红桦苗木培育及森林经营提供理论参考。方法: 对4年生红桦幼苗进行持续干旱胁迫,根据叶片外观及生理状态划分为4个胁迫阶段(阶段Ⅰ,达到叶片膨压损失点;阶段Ⅱ,叶片下垂;阶段Ⅲ,叶片开始干枯;阶段Ⅳ,叶片完全枯黄),到达每个胁迫阶段后进行阶段复水(1周,2周,4周),干旱胁迫期间及复水特定阶段测定:土壤体积含水量,叶凌晨水势、正午水势,叶比导水率,茎比导水率、茎导水率损失值,根、茎、叶可溶性糖及淀粉含量并计算非结构性碳水化合物(NSC)总量。结果: 1) 干旱胁迫至4个阶段时,叶凌晨水势分别下降到–0.732、–1.32、–1.712、–2.23 MPa,胁迫到最终阶段,茎比导水率、叶比导水率分别下降94.5%、99.1%,导水率损失超过88%,各器官可溶性糖含量上升,淀粉含量下降,可溶性糖与淀粉比值上升,根NSC总量下降到62.6%,可溶性糖和淀粉含量与导水率损失值有显著相关性(P<0.01)。2) 复水后,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 阶段各器官可溶性糖含量显著高于对照组(P<0.05),在此胁迫阶段红桦幼苗的水分运输能力可以得到恢复,Ⅳ阶段红桦幼苗水力学性状无法恢复,根、茎的NSC含量低于对照组水平。3) 4个阶段红桦幼苗茎导水率损失值分别为15.57%±0.61%、49.49%±5.03%、77%±2.52%、96.4%±1.11%,死亡率为0,0,33.3%,100%。结论: 干旱胁迫期间红桦幼苗水力学性状与NSC存在耦合关系,红桦幼苗通过动态调节各器官碳分配模式,将淀粉转化成可溶性糖,应对持续干旱胁迫对水分运输的影响,复水后,红桦幼苗水力学性状与NSC的恢复程度会受到前期干旱胁迫程度的影响,水力失衡和碳饥饿共同发生在植株死亡过程中,红桦幼苗的茎导水率损失值为77%时已有死亡风险。

基于表型性状的毛竹核心种质构建
谷瑞,范少辉,魏松坡,刘广路
林业科学. 2025, 61(9):  101-112.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240680
摘要 ( 17 )   HTML ( 0 )   PDF (752KB) ( 15 )  
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目的: 为得出较为可靠的毛竹核心种质群体,促进毛竹种质有效利用和分子遗传学研究。方法: 本研究以432份毛竹种质为对象,基于15个表型特征,采用10%的总体取样率进行逐步系统聚类分析。结合2种遗传距离计算方法、3种取样技术和7种聚类算法,从多维度优化核心种质的取样方案。在确定最佳取样方案后,设置八种取样比例筛选最佳总体比例,并比较分组取样与未分组直接取样的效果。最终,通过多指标评估体系全面检验核心种质的代表性。结果: 采用10%取样比例、优先取样法、欧氏距离法和最短距离法相结合,是构建毛竹核心种质的最佳策略。不分组取样构建的最佳核心种质在方差差异百分率方面优于分组取样构建的核心种质,显示出更好的构建效果。通过表型性状的t检验、符合率检验和主成分分析,验证了所构建的43份核心种质能够有效避免遗传冗余,并充分代表原始种质。结论: 本研究首次构建了能够代表原始毛竹种质表型多样性的核心种质,为种质资源的收集、保护和有效利用提供支撑。

PagTMK10介导生长素信号途径影响84K杨高生长和径向生长
余浩森,曾智新,乔静,张琦琦,焦阳,杨雪鑫,张英睿,杨玉冰,赵禹森,舒文波
林业科学. 2025, 61(9):  113-122.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240766
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目的: 通过对84K杨PagTMK基因家族进行全基因组鉴定及生信分析,选择在幼茎、形成层和木质部均高表达的PagTMK10基因,探讨对杨树高生长和径向生长的影响,为进一步阐明生长素信号途径在茎生长中的机制提供帮助。方法: 利用生物信息学方法及相关软件,鉴定该基因家族成员;利用实时荧光定量PCR技术,分析PagTMK10基因在幼茎、幼叶、幼根、顶芽、成熟茎、老根、根尖、维管形成层、木质部和韧皮部中的表达;分别将PagTMK10启动子和编码区序列构建植物PpagTMK10::GUS启动子载体和过表达35S::PagTMK10载体,利用农杆菌介导法创制84K杨转基因材料,鉴定PagTMK10基因对杨树高生长和径向生长的影响。结果: 在84K杨基因组中鉴定到10个TMK基因家族成员,其中PagTMK10AtTMK1同源;PagTMK10基因在幼茎、形成层和木质部中相对表达量较高;PpagTMK10::GUS转基因杨与PpagDR5::GUS(生长素响应报告基因)转基因杨基因表达位置重合,主要表达部位为顶芽、形成层和初生木质部,推测PagTMK10基因通过生长素诱导影响高生长和径向生长;截顶土栽苗在萌芽数和生长速率上,PagTMK10-OE株系皆显著大于对照;对生长45天和6个月的过表达PagTMK10基因的转基因株系(#10、#49)进行分析,发现45天时第12茎节间形成层和初生木质部宽度、株高和地径分别比对照提高53.7%、40.3%、22.09%和20.12%,6个月时株高和地径分别比对照提高19.42%和16.53%。结论: PagTMK10基因与生长素表达部位关联,主要在顶芽、形成层和初生木质部中表达,影响高生长和径向生长。该研究可为进一步阐明PagTMK10基因参与84K杨茎生长的分子机制提供参考。

“花眼”月季品种染色体倍性及其表型多样性分析
石广振,赵正楠,冯慧,杨娟,史恭发,阿尔达克·库万太,王磊,孙炜伦,王玲
林业科学. 2025, 61(9):  123-137.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240650
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目的: 对“花眼”月季的倍性、观赏性状及花瓣挥发性成分展开研究,进一步挖掘与利用“花眼”月季品种的育种价值,为“花眼”月季育种的亲本选择和杂交后代选育提供理论参考。方法: 以13个“花眼”月季品种为材料,采用流式细胞法对其倍性进行鉴定;根据现代月季观赏特点与蔷薇属植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南筛选25个表型性状,并进行表型多样性、相关性等分析;利用气相色谱-质谱联用技术对其花瓣花香成分进行鉴定。结果: 1) ‘粉彩巴比伦眼睛’‘阳光巴比伦眼睛’‘公牛的眼睛’‘万众瞩目’‘皇后巴比伦眼睛’‘妆容柠檬水’‘紫晶巴比伦’‘日落巴比伦眼睛’‘腓尼基公主’等9个品种为四倍体,‘珊瑚巴比伦眼睛’‘别致巴比伦眼睛’‘西子霞舞’‘艾丽莎公主’等4个品种推测为四倍体。2) 测试品种表型多样性丰富,质量性状多样性指数为0.54~1.67,变异系数为20.34%~190.00%;数量性状多样性指数为1.41~1.95,变异系数为8.09%~60.73%。3) 花朵直径、花瓣长度等17对性状呈极显著相关(P<0.01),花斑面积、花斑面积与花瓣面积之比等14对性状呈显著相关(P<0.05)。4) 通过欧式聚类分析,按照花部性状、叶部性状和植株高度,将13个“花眼”月季品种划分为3大类群。5) 主成分分析中前3个主成分累计贡献率达60.7%,特征因子主要为叶片大小、叶形、花色、花瓣大小、花径、花斑面积、雄蕊数量、开展度和植株高度。6) 13个月季品种花瓣中共鉴定出72种挥发性物质成分,种类丰富,但总体含量较低,其中萜烯类是挥发物中种类最多的物质,醇醛类是挥发物中含量最高的物质;根据花香成分,13个“花眼”月季品种也划分为3大类群。结论: “花眼”月季四倍体占比高,表型及花香成分多样性丰富,为定向育种提供了重要遗传资源。

牡丹PoLEC1基因的克隆及其功能
常艳婷,胡陶,张雪,江泽慧,马艳军,邓雅云,张闻博
林业科学. 2025, 61(9):  138-145.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20250123
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目的: LEAFY COTYLEDON 1(LEC1)基因是植物胚胎发育中特定表达的转录因子,本研究旨在探索该基因在调控牡丹高频体细胞胚发生的分子机制,为构建牡丹高效、稳定的优质再生体系和遗传转化体系提供理论依据。方法: 基于牡丹‘凤丹’基因组和实验室前期的转录组数据,从‘凤丹白’中克隆获得牡丹PoLEC1基因,并对其编码的蛋白进行结构和系统进化分析;通过实时定量 PCR 技术分析PoLEC1基因在牡丹不同组织和种胚不同发育时期中的表达特征;构建PoLEC1基因的过表达载体,采用花序浸染法进行拟南芥遗传转化,获得T3代转基因植株,观察转基因植株表型。结果: PoLEC1包含CBFD_NFYB_HMF结构域,系统进化分析表明,PoLEC1与葡萄和可可的亲缘关系较近,PoLEC1基因在胚胎发育早期和晚期的表达量较高,在牡丹的各组织中均有表达,在茎中的表达量最高,其次是叶;通过农杆菌介导法将PoLEC1基因在拟南芥中异源过表达,结果显示PoLEC1转拟南芥叶片大小无明显差异,叶片数量略多于野生型,开花晚于野生型。亚细胞定位确定PoLEC1定位于细胞核和细胞质中。结论: PoLEC1可能参与了体胚发育和开花过程,为牡丹分子育种的研究提供了重要的基因资源。

不同磁场强度对白蚁运动行为和磁感应受体基因表达量的影响
高勇勇,徐焕,王文靖,雷忻,张延亿,邓刚,黄求应
林业科学. 2025, 61(9):  146-154.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240415
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目的: 研究变化的地磁场对黑翅土白蚁和黑胸散白蚁运动行为以及2种白蚁磁感应受体基因对不同磁场强度的响应,为阐明白蚁磁感应行为的分子机制提供理论依据。方法: 分别在光照和黑暗条件下测试不同磁场强度(强磁场0.1 mT和消除水平分量磁场)对黑翅土白蚁和黑胸散白蚁工蚁运动行为的影响,同时分析2种白蚁的磁感应受体基因对不同磁场强度的响应。结果: 1) 在光照条件下,黑翅土白蚁在消除水平分量磁场中的运动转角和角速度均显著增大,但运动速度和距离无显著差异;在强磁场(0.1 mT)中黑翅土白蚁的运动转角和角速度均无显著变化,但运动速度和距离却显著增大。在黑暗条件下,黑翅土白蚁在消除水平分量磁场中的运动转角、角速度、速度和距离均显著增大,但在强磁场中黑翅土白蚁的运动转角、角速度、速度和距离均无显著差异。2) 在光照条件下,黑胸散白蚁在消除水平分量磁场中的运动转角、角速度、速度和距离均显著增大,但在强磁场(0.1 mT)中黑胸散白蚁的运动转角、角速度、速度和距离均无显著变化。在黑暗条件下,黑胸散白蚁在消除水平分量磁场中的运动转角和角速度显著增大,但运动距离和速度无显著差异;在强磁场(0.1 mT)中黑胸散白蚁的运动转角、角速度、速度和距离均无显著变化。3) 在光照和黑暗条件下,2种白蚁在强磁场(0.1 mT)中处理后,磁感应受体基因(Cryptochromes 2,Cry2)和MagR的相对表达量均显著高于地磁场处理,但在消除水平分量磁场中处理后,Cry2MagR基因的相对表达量也均显著低于地磁场处理。结论: 无论在光照还是黑暗条件下,消除水平分量磁场均导致2种白蚁的运动转角和角速度显著增大,说明磁场强度变化可以影响白蚁的运动行为。此外,在强磁场(0.1 mT)中处理后,Cry2MagR基因表达量显著升高,但在消除水平分量磁场中处理后Cry2MagR基因表达量显著降低,说明白蚁Cry2MagR基因可以响应磁场强度的变化,同时这也表明Cry2MagR与白蚁的磁感应行为调控有关。

寄生枫杨潜叶蜂的曲纹姬小蜂属一新种(膜翅目:姬小蜂科)
蒋俊峰,王莉,张骄伽,李淑文,邢军,付怀军,姚艳霞
林业科学. 2025, 61(9):  155-161.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240310
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目的: 枫杨额潜叶蜂(Sinoscolia fengyang Wei et Niu)是近年北京地区景观树种枫杨的主要食叶害虫,为害后期造成枫杨大量叶片黄褐色斑枯、残缺或脱落,严重影响园林景观和生态环境。对该害虫的天敌资源进行调查与研究,发掘新的天敌种类,为推动其生物防治提供参考。方法: 在北京国家植物园北园采集枫杨额潜叶蜂幼虫为害叶并带回实验室,于室温条件下饲养获取寄生性天敌,并基于形态特征观察与线粒体COI基因序列分析对其进行分类鉴定。结果: 寄生枫杨额潜叶蜂幼虫的寄生蜂为曲纹姬小蜂属[膜翅目姬小蜂科(Eulophidae)]一新种,潜叶蜂曲纹姬小蜂(Closterocerus sioscoliae Jiang, Yao et Fu, sp. nov.),记述了该新种的形态特征,提供了雌雄性外部形态特征彩色图片和电镜照片,基于新种COI基因序列构建了曲纹姬小蜂属部分种类的系统发育树,进一步明确了新种的分类地位。结论: 本研究发现了膜翅目姬小蜂科曲纹姬小蜂属一新种,该新种寄生于园林害虫枫杨额潜叶蜂幼虫,是一种具有生物防治潜力的寄生性天敌。

基于灵长类动物特征的爬树机器人步态
路欣哲,李文彬,徐道春,白效鹏
林业科学. 2025, 61(9):  162-172.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20250036
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目的: 针对现有爬树机器人工作空间受限、难以适应复杂攀爬环境的问题,开发一种新型夹爪式爬树机器人平台及其攀爬步态,拓展现有样机在树干环境下的作业范围,以代替林区研究人员进行树冠层的作业、降低安全隐患。方法: 基于灵长类动物的生理特征和攀爬机理,设计三臂夹爪式机器人结构,并根据静力学仿真分析验证设计方案的合理性。提出三爪垂直攀爬与双爪周转两种步态策略,通过几何分析推导机器人的工作空间方程,确定各攀爬步态下的最大步长。采用Adams动力学仿真验证关节扭矩稳定性,并计算能量消耗以评估续航性能。最后利用样机进行实地步态验证试验,评估步态可行性和机器人的可攀爬范围。结果: 1) 结构的最大变形量在亚毫米级,最大等效应力为67 MPa,理论上在运行过程中不会发生严重的变形或损伤,机构设计和材料选用符合要求;2) 所设计的三爪攀爬步态可实现最大210 mm的步长,单步态周期约4 min;3) 双爪周转步态可以实现最大51°的绕树干周转,单步态周期约2.5 min;4) 根据攀爬范围试验,机器人可以在直径约61~136 mm、与地面夹角约40° ~ 87°的树干上进行攀爬;5) 续航试验显示,容量为9 800 mAh的锂电池在连续作业30 min后,仍可持续输出最大工作电流,且机器人的关节舵盘、支撑架等关键零部件未出现明显磨损。结论: 通过对灵长类动物的仿生设计,研制了一种新型三臂夹爪式爬树机器人及其攀爬步态。机器人整体采用铝合金和光敏树脂材料制造,总重约2.5 kg。根据静力学仿真结果,验证了尺寸设计与材料选型的合理性。通过攀爬范围试验,其可适应直径范围约占试验树枝干范围的68%,可攀爬的倾斜角度能够满足多数攀爬场景,且通过更换夹持器可以进一步扩大攀爬范围。经实地试验,当前电源配置可以支持至少30 min的连续攀爬作业,在林地环境下可以通过更换电池实现持续工作。本研究验证了机器人能够通过所设计的步态进行攀爬,表现出较为理想的综合性能,为辅助林区研究人员进行高空林木采样、冠层监测等工作提供了新的解决方案。

竹集成材格栅夹芯板轴心受压性能
王智丰,汤舒畅,彭熙之,王达,张仲凤,李贤军
林业科学. 2025, 61(9):  173-183.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20250038
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目的: 探究竹集成材格栅夹芯板的轴心受压性能,提出其轴心受压承载能力计算公式,为竹集成材格栅夹芯板在工程领域的应用提供技术参考和理论依据。方法: 以竹集成材为原材料,采用隔断法制备了4种不同长宽比的格栅夹芯板。在两端铰接的边界条件下,对试件进行面内轴向压缩试验,研究长宽比对试件承载能力、纵向应变、侧向位移的影响规律,并探讨不同长宽比试件的破坏形态和破坏机理;基于有限元仿真模拟验证试验结果,并通过参数化扩展分析明确理论计算公式的适用性边界。结果: 竹集成材格栅夹芯板的轴压受力过程主要分为:弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;长宽比为1、2、3的试件破坏模式为局部屈曲破坏,长宽比为4的试件破坏模式为整体屈曲破坏;相较于长宽比为1的试件,长宽比为2、3、4的试件承载力分别下降了7.92%、12.18%、18.27%;考虑材料各向异性和芯材剪切变形影响得到的夹芯板屈曲承载力计算公式具有较高的准确性,局部屈曲承载力计算值与试验值偏差在0.86%~2.83%,整体屈曲承载力计算值与试验值误差在8%以内;参数化分析表明,理论计算公式在长宽比1~7范围内具有较高计算精度,公式计算值与试验值、有限元模拟值的相对误差控制在10%以内。结论: 随着长宽比的增加,竹集成材格栅夹芯板的承载力有所降低,破坏模式由局部屈曲破坏转变为整体屈曲破坏;竹集成材格栅夹芯板的受压性能理论计算较为准确,能够为其工程应用提供可靠的理论支撑。

天府农博园主展馆GL24h欧洲云杉胶合木力学性质试验探究
王忠铖,李久林,杨娜,杨应辉,苗子良,孙永良
林业科学. 2025, 61(9):  184-194.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240468
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目的: 针对进口胶合木力学性质测试方法、测试环境以及木结构设计方法与我国标准规范存在差异的问题,开展进口胶合木力学性质试验探究,总结各类试样的典型受荷特性和破坏模式并确定强度标准值,为进口胶合木强度设计值确定方法提供参考。方法: 以天府农博园主展馆使用的GL24h欧洲云杉胶合木为对象,通过无疵试样力学试验探究其原材料的受荷特性和破坏模式,在改进现行规范方法基础上确定GL24h的强度标准值和设计值,并分别与欧洲规范EN 14080: 2013和《木结构设计标准》(GB 50005—2017)进行对比。结果: EN 14080: 2013提供的GL24h横纹径向抗压强度标准值较试验值高4.60%,顺纹抗压强度低20.27%,顺纹抗拉强度、抗弯强度、弹性模量、径切面抗剪强度均低50%左右。根据GB 50005—2017确定的GL24h强度设计值较采用γR-VR包络曲线确定的GL24h顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、抗弯强度和径切面抗剪强度设计值均偏高9%左右。结论: 当已知木结构建筑所在地荷载工况时,可参考《木结构设计标准》(GB 50005—2017)中对进口木材的强度设计值按可靠度分析结果进行修订,并结合建筑所在地的实际荷载工况组合,对进口胶合木强度设计值进行更为准确的计算。此外,仍需开展更多针对胶合木无疵试样和构件的力学试验,以确定胶合木无疵试样推导构件力学性质的统计参数。

新一轮集体林权制度改革对农户经济福利的作用机制与影响测度
魏建,戴永务,刘璨
林业科学. 2025, 61(9):  195-210.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240469
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目的: 改善农户经济福利水平是新一轮集体林权制度改革(简称“新林改”)的主要政策目标。本研究试图回答新林改对农户经济福利的影响,基于林业生产投资和非农就业的中介视角,揭示新林改福利效应的作用机制,为优化家庭生产结构、提升农户经济福利提供参考。方法: 利用全国9省(区)18县(市)862户2003—2019年长期跟踪大样本农户调查数据,从林业生产投资和非农就业视角出发,探究新林改对农户经济福利的作用机制,采用双重差分模型和中介效应模型估计新林改对农户经济福利的影响。结果: 1) 新林改能够显著增加农户家庭总收入和总消费,进而提升经济福利水平;2) 增加林业生产投资和提高非农就业程度是新林改发挥经济福利效应的主要路径;3) 新林改对经济欠发达地区和森林资源禀赋较高地区的经济福利效应更大,对低收入水平农户群体的收入效应和中等消费水平农户群体的消费效应更为显著;4) 新林改对持有林权证时间较长农户经济福利的促进作用更大,集体林地颁证比例越高,农户经济福利提升效应越大。结论: 新林改能够有效提升农户经济福利,但新林改经济福利效应的发挥具有一定滞后性,且具有明显的群体和时空上的异质性。需要继续通过确权颁证确保每个农户所有林地地块均能拿到产权证,并且继续保持集体林地承包关系长期稳定,以及通过精准识别农户群体异质性实施精准帮扶、加强经济欠发达地区和森林资源丰富度较高地区的林业政策扶持和项目倾斜来助推农户经济福利实现有效提升。

新一轮集体林权制度改革对中国木质林产品出口边际增长的影响分析
施正煌,侯方淼,张浩昆,黄国星
林业科学. 2025, 61(9):  211-222.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240475
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目的: 探究新一轮集体林权制度改革(简称“新林改”)对中国木质林产品出口边际增长的作用机制,为深化集体林权改革和推动林产品贸易高质量发展提供科学依据。方法: 基于2000—2022年中国海关和联合国商贸数据库的6位码双边数据,采用三元边际分解方法分析木质林产品出口增长,构建年份—省份—目的国三维面板数据结构。以新林改作为准自然试验,以制造业为对照组,应用双重机器学习模型分析新林改对木质林产品出口边际增长的影响。结果: 1) 国产材供给增长会对进口材形成替代效应,且进口材的需求弹性明显高于国内木材。2) 新林改通过产权激励和配套改革激励,对木质林产品出口份额、广度边际和数量边际具有显著正向影响,对价格边际具有显著负向影响。3) 新林改通过增加国内木材供给,并通过国产材替代进口材的渠道,可推动出口边际增长。4) 在异质性方面,新林改对资本技术密集型木质林产品出口边际增长的促进效应高于劳动密集型产品,且对南方林区的影响程度大于非南方林区。结论: 新林改对林业产业具有显著激励作用,可有效推动木质林产品出口边际增长,减少对外部木材资源的依赖,增强国家木材安全。未来应加强政府顶层设计,依托新林改统筹自然资源管理、产业政策和贸易政策,进一步推动林业高质量发展。

数林融合对城乡收入差距的影响及其作用机制——基于浙江省的实证分析
翟郡,陈燕,曾杰杰,汤灿,孔凡斌
林业科学. 2025, 61(9):  223-235.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20250032
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目的: 检验浙江省11个地级市数字经济与林业产业融合(简称“数林融合”)发展水平对城乡收入差距的影响及其作用机制,为我国林业高质量发展和全体人民共同富裕提供科学依据。方法: 基于2015—2022年市级面板数据,采用固定效应模型和中介效应模型实证检验数林融合发展对浙江省城乡居民收入差距的影响及其作用机制。结果: 1) 基准回归结果表明,数林融合发展对城乡收入差距的影响呈先扩大后缩小的“倒U型”变化趋势,且结果稳健;2) 机制研究结果表明,数林融合通过就业和收入效应影响城乡居民收入差距;3) 异质性分析结果表明,数林融合在城乡收入差距小、数字普惠金融发展水平高和城市规模大的地区作用效果更显著。结论: 2015—2022年浙江省数林融合发展对城乡收入差距的影响呈现先扩大后减小的趋势且存在区域异质性,通过就业效应和收入效应两种路径影响城乡收入差距。因此,浙江省应持续加强政策引导和资源配置,推动数字经济与林业产业深度融合,逐步缩小城乡收入差距。

研究简报
切根施肥对新疆骏枣树根系发育影响
王得伟,王德成,王旭峰,付裕,张学宁,奚倩
林业科学. 2025, 61(9):  236-244.  doi:10.11707/j.1001-7488.LYKX20240462
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目的: 探究不同断根方式和施肥条件下枣树根系的复壮特性,为枣园切根抚育机械的研发、林木根系退化防控和化肥减施技术提供研究基础和理论参考。方法: 以新疆骏枣树为研究对象,在试验区域内设计一种基于圆柱空间化处理的试验方法,设置5个处理和1个对照进行重复试验,处理6个月后测定根系的复壮特性指标,以探究不同断根方式和施肥对枣树根系发育的影响。结果: 1) 断根和施肥处理均能促进根系萌发,仅断根处理根系萌发数量比对照组增加244.21%(P<0.01),仅施肥处理根系萌发数量比对照组增加69.82%(P<0.05);2) 剪断比拉断促进新根萌发作用更显著,剪断处理比拉断处理新根萌发数量高119.65%(P<0.01),拉断处理新根距切根断点的距离是剪断处理的13.74倍(P<0.01);3) 断根和施肥处理具有协同作用,剪断+施肥处理新根萌发数量比仅切根高26.57%(P<0.05),比仅施肥高156.56%(P<0.01)。结论: 不同断根方式对根系复壮效果不同,切根机械应尽可能实现根系整齐切断的作业效果。断根+施肥是一种潜在的化肥减施技术,枣树切根抚育机械应同时具备切根和施肥功能。