南京林业大学学报(自然科学版)杂志

南京林业大学学报(自然科学版)杂志2022年第1期

• 标本组学——树木学研究的新方法

  杨永,杨智,段一凡,方炎明

  树木学是一门不断发展、高度综合的学科。系统发生是树木学的基础,研究材料和序列数据一直是限制系统发生重建的重要因素。新技术的发展和应用通过拓展材料利用、改进和提升系统发生树的分辨率而将树木学的研究推向新的高度。标本馆不仅是树木物种凭证标本的保存地,保存了物种的形态、地理分布、生态、物候等信息,而且是重要的材料库。标本材料因制作和保存过程中高温和氧化导致基因组DNA降解和破碎化,一代测序技术由于技术限制而无法充分利用馆藏标本开展生命之树重建研究。新兴的标本组学是近年来基于二代测序技术发展起来的获取标本材料中基因组DNA的技术,这种技术通过对短片段测序和生物信息学方法拼接获得基因组DNA序列,因此可以充分利用馆藏标本材料,结合浅层测序和靶序列捕获能获得包括nrITS、叶绿体基因组、线粒体基因组以及单拷贝核基因等序列,从而满足系统发生重建的需要,且有着经济、省时、高效、准确的优势。新兴标本组学的应用将加速生命之树重建、DNA条形码、物种保护和资源可持续利用等方面的研究。

• 云南寻甸石漠化土壤易氧化碳对丛枝菌根真菌共生的响应

  王邵军,左倩倩,曹乾斌,王平,杨波,赵爽,陈闽昆

  【目的】运用菌根技术改良石漠化土壤性状,已成为石漠化地区植被与土壤恢复的重要生物学途径。揭示丛枝菌根(AM)真菌与植物共生驱动下石漠化土壤碳库及养分状况的变化,探明石漠化土壤易氧化碳(ROC)对土壤碳库及养分变化的响应过程及机制,为石漠化土壤的微生物修复及提高石漠化治理效率提供参考。【方法】采集云南昆明寻甸石漠化土壤,以尼泊尔桤木(Alnus nepalensis)为寄主植物,分别接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae, FM)、幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum, CE)、根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices, RI),并设置对照处理(无寄主植物及无AM接种),采用高锰酸钾氧化法测定不同试验处理下土壤ROC含量,探究土壤ROC与碳库组成、养分状况及植物生长之间的相互关系。【结果】不同AM真菌均具有显著的侵染与促生效应,其中RI的侵染率与菌丝侵染密度最大,相较于对照分别提高155%和100%,并显著促进桤木树高(60%)与基径(46%)生长;不同AM真菌均显著提高ROC含量,3菌种对ROC含量的提升率大小顺序为:RI(122%)> CE(78%)> FM(61%)。ROC在土壤总有机碳库中所占比例(52%)远高于微生物生物量碳(3%~6%);3种菌种对土壤养分含量的提升效应表现为:RI > CE > FM。相较于对照,RI 菌种对植物可利用性氮、微生物生物量碳、总有机碳及植物可利用性磷的提升率分别为161%、127%、110%及97%;对ROC变化具有较大贡献的土壤环境因子分别为AM真菌侵染率(96%)、植物可利用性氮(94%)、微生物生物量碳(85%)、总有机碳(78%)及植物可利用性磷(72%)。【结论】AM真菌与尼泊尔桤木共生,显著驱动石漠化土壤碳库与养分含量变化并促进植物生长,进而增加石漠化土壤易氧化碳的积累。研究结果有助于理解石漠化地区植物生长、土壤恢复及活性有机碳沉积的微生物学调控机制。

• 添加有机肥对滨海盐渍土壤溶解性有机碳特征的影响

  范之馨,王艮梅,张焕朝,陈捷

  【目的】研究添加有机肥对滨海盐渍土壤溶解性有机碳(DOC)的影响,探究土壤DOC的组分来源以及滨海盐渍土壤碳库的稳定性,为改良滨海盐渍土并发挥其碳汇效应提供依据。【方法】以江苏大丰滨海两种不同盐分的盐渍土壤为研究对象,利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱结合平行因子分析法,分析添加牛粪有机肥后两种盐渍土壤中DOC含量及紫外-可见光谱、三维荧光光谱特征的动态变化。【结果】添加有机肥的土壤DOC含量显著增加,且有机肥的添加提高了土壤DOC的腐殖化程度,试验第15天和第60天时高盐土壤DOC的腐殖化程度更高,土壤中DOC主要来源于添加的有机肥。三维荧光光谱特征显示,添加有机肥后土壤DOC中类富里酸峰较为明显。平行因子分析法将土壤DOC分为4个荧光组分:C1为外源类短波类腐殖质组分(紫外光区为类富里酸、海洋类富里酸),C2为外源类腐殖质组分(紫外光区、可见光区均为类富里酸),C3为内源类蛋白质组分(类络氨酸、类色氨酸),C4为内源类蛋白质组分(类络氨酸),随时间的变化各组分的占比也表现出不同的情况。【结论】滨海两种盐渍土壤添加牛粪有机肥后,土壤中DOC的含量、类腐殖质组分占比及腐质化程度均显著提高,类络氨酸组分的占比显著降低(P<0.05)。添加有机肥有利于盐渍土壤中活性碳库的稳定,但由于影响DOC的因素众多,不同的盐渍土壤表现情况各异。

• 根系输入对森林土壤碳库及碳循环的影响研究进展

  黄梓敬,徐侠,张惠光,蔡斌,李良彬

  植物根系输入是森林土壤碳库的重要来源。全球气候变化可能引起森林地下部分碳通量改变,进而影响森林土壤碳库及碳循环。笔者综述了根系输入对土壤碳累积、土壤活性碳库(包括土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳)和土壤碳库稳定性的影响,综合分析了森林土壤呼吸、土壤微生物和土壤酶活性对根系输入变化的响应。分析发现:①根系输入减少可能减弱根际的激发效应,使土壤有机碳(SOC)短期增加,但从长期来看根系输入的缺失会导致SOC的减少;②根系分泌的一些物质促进土壤初始团聚体的形成,但其对矿物-有机质结合物稳定性的影响还不完全清楚;③根系输入减少会降低土壤呼吸作用;④微生物群落结构对根系输入变化的响应主要取决于微生物对底物质量和数量的适应,而这些响应在不同森林生态系统间可能也有差异;另外,酶合成主要取决于与微生物生长相关的资源分配到酶生产中的成本效率。目前,关于根系输入对碳循环,特别是土壤呼吸的研究比较多,但根系输入物组成复杂,微生物与酶对不同根系输入物的响应机制尚不清楚,这些响应在不同森林生态系统中也有差异;此外,根系输入对土壤碳库稳定性的作用常被忽视,根系与微生物的相互作用对碳循环和土壤碳库稳定性的影响还有很大不确定性。建议加强植物根系、土壤和微生物的相互关系研究,以深入理解气候变化背景下森林生态系统碳循环。

• 陆地生态系统土壤有机碳分解温度敏感性研究进展

  朱珠,徐侠,杨赛兰,彭凡茜,张惠光,蔡斌

  在全球变化背景下,土壤有机碳的分解及其温度敏感性在陆地生态系统碳循环中的重要性备受关注。温度敏感性指数(Q10)微小的变化都可能导致未来土壤碳库大小评估的巨大偏差,充分了解土壤有机碳分解温度敏感性的调控机理对预测未来土壤碳变化具有重要意义。笔者对国内外已有研究进行分析,比较培养温度模式、底物质量、物理化学保护和微生物属性对土壤有机碳分解温度敏感性的影响。结果发现:①与传统的恒温模式相比,变温培养模式更好地克服了土壤微生物对恒定培养温度的适应性以及不同培养温度下底物消耗不均的缺点,能够更加准确地估算Q10。②较多的研究发现难分解有机碳的Q10大于易分解有机碳的Q10,但也有研究发现难分解有机碳的Q10并不比易分解有机碳的Q10高,这主要是由于土壤有机碳库的异质性造成的。③团聚体和矿物吸附保护通过改变底物有效性或者反应位点的底物浓度来影响土壤有机碳分解的温度敏感性。④微生物的生理特性、群落组成和结构也会对温度敏感性造成影响,温度变化会造成土壤微生物群落组成及其相关生理特征的变化,进一步引起相关功能基因丰度的改变,从而改变有机碳分解的温度敏感性。土壤有机碳分解及其温度敏感性是全球气候变化对碳循环影响研究中很重要的一部分,对它的精确估算有利于完善全球气候变化模型,对准确预测未来全球气候变化具有重要意义。

• 基于L1中值骨架提取的植物茎干补全研究

  姜金岑,李联队,王美丽

  【目的】植物的可视化技术是数字林业研究的重要组成部分。针对植物进行三维点云重建时茎干部分容易缺失的问题,基于拓扑连接的缺失部分位置判断及L1中值骨架提取提出一种茎干补全方法,为实现植物可视化提供技术支撑。【方法】依据概率图模型及最小生成树确定点云簇之间的拓扑连接情况,判断缺失部位所在位置。提出了一种基于搜索的待拟合点点集确定方法,使用基于 L1 中值的局部迭代方法提取茎干点云骨架,并对骨架点集进行排序,确定缺失部分待拟合点。最终使用Bezier曲线拟合缺失部分茎干轴线并使用三维参数圆补全缺失部分点云。【结果】对于叶片与茎干缺失分离的植物点云,茎干补全方法可以真实且有效地对其进行补全,拟合结果整体平滑且具有一定的实际物理意义。【结论】通过三维扫描得到的不完整点云在补全后,能在一定程度上弥补扫描的缺陷,构建出完整且逼真的植物三维点云模型,使其能够更加有效地应用于植物的三维可视化建模。

• 基于空间结构的杉木枝下高可视化模拟研究

  朱念福,张怀清,崔泽宇,杨廷栋,李永亮,刘华

  【目的】定量研究林分空间结构对杉木枝下高的影响,构建基于空间结构的枝下高模型,结合杉木生长模型,应用三维可视化技术,实现杉木枝下高可视化模拟。【方法】利用湖南省黄丰桥国有林场6块杉木人工林临时样地的调查数据,选择5个常用枝下高基础模型,分析水平空间结构参数(PH)、垂直空间结构参数(PV)和空间结构单元平均距离(dDIS)及其组合对枝下高的影响,构建综合指标较好且变量少的枝下高模型。基于林分三维模型实时生成方法,建立一种枝干可控的杉木三维模型;结合单木胸径连年生长量模型、树高-曲线模型和冠幅面积估计模型,模拟林木的生长状态。【结果】Logistic模型综合指标较好且模型参数可解释,可选为基础模型;3个空间结构参数中垂直空间结构影响较为显著,将PV加入到Logistic模型中,改善了枝下高模型的拟合效果,决定系数(R2)从0.717提升到0.741,估计值的标准差从1.407 m减小到1.321 m,并使各项模型检验误差指标有所减小;构建的杉木三维模型可以动态调节枝干,实现了杉木枝下高模拟。【结论】构建的枝下高模型可以应用于林木年龄和部分林分信息未知的杉木林中,体现了林木间的相互竞争影响;结合枝干可控的杉木三维模型,模拟杉木生长过程,形象直观地表现了杉木枝下高的变化,为进一步研究林分生长动态可视化模拟和森林经营可视化模拟提供支持。

• 联合LiDAR和多光谱数据森林地上生物量反演研究

  巨一琳,姬永杰,黄继茂,张王菲

  【目的】森林地上生物量的准确估测对于实时掌握全球碳储量变化及应对气候变化有着重要的意义。组合多种遥感数据特征优选,分类建模反演森林地上生物量,是提高森林地上生物量精度的有效方法。【方法】以根河市大兴安岭生态观测站寒温带天然林为研究对象,以机载激光雷达(LiDAR)、Landsat8 OLI两种遥感数据源结合55块地面调查数据,采用偏最小二乘算法优化筛选变量,再以线性多元逐步回归和快速迭代特征选择的最近邻算法(KNN-FIFS)构建模型,在两种数据源的不同组合方式下进行森林地上生物量反演。【结果】①基于线性多元逐步回归模型下的单一LiDAR数据反演精度决定系数(R2)为 0.76,均方根误差(RMSE)为 21.78 t/hm2;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R2为 0.24,RMSE为39.27 t/hm2;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R2 为 0.84,RMSE为18.16 t/hm2;②基于KNN-FIFS模型下的单一LiDAR数据反演精度R2为 0.74,RMSE为23.83 t/hm2;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R2为0.60,RMSE为 29.63 t/hm2;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R2为0.80,RMSE为21.15 t/hm2。【结论】①特征优选支持下的3种组合方式中,LiDAR和Landsat8 OLI两种数据的组合在两种模型中反演精度均最高,其中线性多元逐步回归模型的反演精度最高,说明LiDAR和Landsat8 OLI数据组合,激光雷达与光学数据优势特征互补,协同反演可有效提高森林地上生物量的反演精度;②单一数据源反演森林地上生物量精度中,LiDAR数据比Landsat8 OLI数据在两种模型反演精度中均较高,这与LiDAR数据空间分辨高、可获得垂直结构特征参数有关。

• 基于多源数据及三层模型的小班林型识别

  黄健,吴达胜,方陆明

  【目的】目前关于林型识别的研究区域主要为小范围森林区域和林场,为了探究较大范围内林型的识别方法,本研究使用Sentinel-2光学遥感影像、森林资源二类调查数据、数字高程模型(DEM)和Sentinel-1雷达遥感影像数据建立林型识别模型。【方法】以淳安县作为研究区域,针对淳安县各个小班中的7种林型:毛竹(Phyllosstachys edulis)林、茶树(Camellia sinensis)林、山核桃(Carya cathayensis)林、杉木(Cunninghamia lanceolata)林、马尾松(Pinus massoniana)林、阔叶混交林、其他硬阔林进行识别。研究采用分层的方法对林型进行识别,整体分为3层。第1层使用RF算法建立林地与非林地识别模型;第2层对林地数据进行树种结构识别,分别使用随机森林(random forest, RF)、极端梯度提升(eXtreme gradient boosting, XGBoost)和 轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine, LightGBM)方法建立不同模型并对比分析实验结果;第3层将树种结构细分为林型。【结果】第1层RF林地与非林地识别模型总体精度为98.08%;第2层树种结构识别模型中对比了3个模型不同特征组合下的性能,其中LightGBM模型总体精度最高,达到81.43%;第3层模型对林型进行识别,基于所有特征结合雷达遥感因子建模的情况下,LightGBM模型精度为84.51%,经递归特征消除法(recursive feature elimination, RFE)选择特征后,最优精度为83.21%。【结论】通过各个模型的特征重要性图发现,光学遥感中的绿光、红光、近红外波段和红边波段,以及DEM提取的地形因子对研究区域小班林型识别有较好的效果,而Sentinel-1雷达中提取的自变量对林型的识别没有特别明显的帮助。

• 杉木三维模型各方向枝下高分布研究

  崔泽宇,张怀清,左袁青,杨廷栋,刘洋,张京,王林龙

  【目的】通过分析实测枝下高分布方向与空间竞争强度的关系,解决基于传统林学研究调查数据所构建的林木三维模型对不同方向枝下高分布差异难以直观表达,林木三维模型多态性表现不足的问题。【方法】以江西省新余市分宜县亚热带林业实验中心山下林场8块杉木临时样地为数据源,以已有枝下高模型为理论基础,将空间分析方法缓冲区构建与林分空间结构单元构建结合,构建对林木造成直接影响的水平空间结构参数与垂直空间结构参数,分析空间结构参数与枝下高相关性,并以此计算各方向空间竞争强度,建立空间竞争强度与实测枝下高的分布关系,再按照枝下高模型求解剩余方向枝下高,最终按照实测数据与分析计算结果加载分枝、主干模型,构建林木三维模型。【结果】所选模型变量包括林木属性与空间结构参数,原始模型决定系数为0.720,消除树高影响的调整后实测枝下高与水平空间结构参数相关系数为0.410、与垂直空间结构参数相关系数为0.782,且均呈正相关;将各自相关系数为权重计算对应方向空间竞争强度,将最小竞争强度方向空间结构参数代入模型,拟合结果决定系数为0.790,相比原始模型拟合精度有所提高;将实测枝下高分配到竞争强度最小的方向,根据模型可对其他方向枝下高进行估算。【结论】以杉木为例,通过空间竞争强度判别枝下高分布,在提高已有数据利用率、减小外业工作强度的基础上,可直观表现林木不同方向枝下高分布的差异性,增强了林木三维模型的多态性表达。

• 赣中天然闽楠单木冠幅预测模型的研究

  单凯丽,臧颢,潘萍,宁金魁,欧阳勋志

  【目的】探讨竞争指标和建模方法对天然闽楠(Phoebe bournei)单木冠幅预测模型的影响,以期为精准预测天然闽楠单木的冠幅提供参考。【方法】以江西省赣中25块闽楠天然次生林典型样地中的1 011株闽楠为研究对象,采用普通最小二乘法(OLS模型)、仅考虑样地水平的混合效应模型、增强回归树和随机森林4种建模方法建立单木冠幅模型,分别添加林分每公顷断面积、大于对象木的断面积之和、林分密度指数和简单竞争指数4种竞争指标,分析竞争指标对冠幅模型的影响,采用决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均相对误差绝对值(RMA)和平均绝对误差(MAE)确定最佳模型。【结果】不添加竞争指标时,模型的预测能力表现为:混合效应模型>OLS模型>增强回归树>随机森林;添加竞争指标时,最优模型表现为:混合效应模型>OLS模型>随机森林>增强回归树。OLS模型中添加大于对象木的断面积之和竞争指标时预测能力最佳;增强回归树中添加固定半径为7 m的简单竞争指数时预测能力最佳;随机森林中添加林分每公顷断面积竞争指标时预测能力最佳;混合效应模型不添加竞争指标时预测能力最佳(RMSE为0.846 0,RMA为0.211 1,MAE为0.650 1),并且都优于其他模型。【结论】研究结果可对天然闽楠单木冠幅生长进行精准预测,并为提高闽楠天然次生林的林分质量提供理论依据。

• 西南桦红椎混交林的生长动态及林木形质分析

  唐继新,朱雪萍,贾宏炎,曾冀,郭文福,黄德卫

  【目的】探索西南桦与红椎 “丛状行间”同龄混交林的生长动态和树干形质特征,为其大径材培育提供参考。【方法】以11年生西南桦与红椎 “丛状行间”同龄混交林为对象,选取9株西南桦和10株红椎样木进行树干解析,分析混交林不同树种的生长动态、径阶蓄积构成、干形、冠高比和树干分杈率等。【结果】西南桦平均木和优势木的胸径生长速生期(连年生长量>1.0 cm)分别在第3~7年和第3~9年;红椎平均木的胸径生长速生期在第4~8年,优势木胸径生长速生期从第3年开始,直至第11年仍未结束。西南桦平均木和优势木的树高生长速生期(连年生长量>1.0 cm),分别在第1~7年和第1~8年;红椎平均木的树高生长速生期主要在第3~7年,优势木树高的生长速生期在第1~7年。西南桦平均木和优势木单株材积的生长速生期(连年生长量>0.01 m3)起始时间分别在第6年和第5年,二者直到第11年仍未结束。在造林后11年内,红椎平均木单株材积的生长量仍处于缓慢增长期。从第4年起,西南桦平均木胸径、树高和单株材积的总生长量开始显著高于红椎平均木对应生长量(P<0.05);西南桦优势木胸径、树高和单株材积的总生长量分别从第5、8、5年开始显著高于红椎优势木对应总生长量(P<0.05)。二元材积模型(V=a×10-4×Db×Hc)对西南桦与红椎的单株材积拟合及预测效果较好。在11年生混交林中,西南桦和红椎的径阶蓄积分布近似正态分布,西南桦和红椎优良级干形的林木比率分别为67.71%和97.31%,两树种树干分杈率均低于6.0%。【结论】在中幼龄期,西南桦处于混交林上层。西南桦与红椎的 “丛状行间”同龄混交经营,有利于塑造西南桦与红椎的优良树干形质和林木生活力。西南桦与红椎优势木的胸径和树高生长速生期比其平均木的速生期长。

• 基于Logistic回归模型的陕西秦巴山区林地变化驱动力分析

  邓元杰,侯孟阳,张晓,贾磊,李园园,姚顺波,龚直文,刘广全

  【目的】探究陕西秦巴山区林地时空变化及其驱动因素,为林地保护和林地资源可持续利用提供依据。【方法】基于土地利用遥感监测数据,分析秦巴山区2000—2018年林地变化及其景观格局的时空特征;选择自然、社会经济和地理区位3类共12个影响因子,运用Logistic回归模型分别对秦巴山区林地增加和减少驱动因素进行分析。【结果】2000—2018年秦巴山区林地以净增加为主,林地净增加39 951.72 hm2,增加主要来源于21.83万hm2耕地转为林地,占林地转入总面积的94%。自然和地理区位因素是陕西秦巴山区林地转化的最主要驱动因素。海拔、到城镇的距离、年均气温倾向率、土壤有机质含量、坡度≥25°、到农村居民点的距离等是林地增加的主要驱动因子。海拔、坡度≥15°~25°、到城镇的距离、到道路的距离等则是林地减少的主要驱动因子。【结论】退耕还林等生态修复工程的有效实施是秦巴山区林地增加的重要原因,而林地减少则是在社会经济快速发展背景下,自然和地理区位因素共同作用的结果。

• 黑龙江省红松人工林林分乔木层可加性碳储量模型

  辛士冬,姜立春,穆林

  【目的】大尺度森林碳储量的估算备受关注,而构建林分乔木层碳储量模型是一种评估森林碳储量快捷且准确的方式。【方法】以黑龙江省(东京城、林口、帽儿山、孟家岗)207块红松人工林样地数据为研究对象,选择聚合法、平差法、分解法作为构建林分碳储量模型的可加性方法,以加权回归来消除碳储量模型的异方差。采用留一交叉验证法(leave-one-out cross validation, LOOCV)对3种可加性方法的碳储量模型进行评价。【结果】基于3种可加性方法林分碳储量模型拟合结果之间存在略微的差异。聚合法的总体预测能力略优于平差法和分解法,具体预测精度排序为聚合法>平差法>分解法。当预测林分总碳储量时,3种可加性方法在不同林分断面积区间的预测能力表现并不一致。【结论】基于聚合法的林分碳储量模型更适合于黑龙江省红松人工林的碳储量预测,但当预测红松人工林的林分总碳储量时,应根据林分断面积区间选择合适的可加性方法。

• 盐胁迫下AMF对榉树幼苗生长和光合特性的影响

  马仕林,曹鹏翔,张金池,刘京,王金平,朱凌骏,袁钟鸣

  【目的】探究盐胁迫下接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对榉树(Zelkova serrata)的生长和光合特性的影响以及光响应模型的适用性,为利用菌根真菌技术提高植物在盐碱地中的生产力提供理论依据。【方法】以榉树幼苗为试验材料,设置不接种AMF(N)、接种摩西球囊霉(Glomus mosseae)1号(GM1)、接种摩西球囊霉2号(GM2)、接种扭形球囊霉(G. tortuosum,GO)4个处理组,进行盐胁迫与非盐胁迫(CK)处理。通过对比分析不同处理间的差异,探索盐胁迫下AMF对榉树生长及光合特性的影响,并评定5种光响应模型的适用性。【结果】①盐胁迫下GM1、GO处理的菌根侵染率显著降低;②盐胁迫显著降低了榉树苗高、地径净增长量,而GM1、GM2处理显著提高了盐胁迫下榉树的地径净增长量;③盐胁迫下,榉树净光合速率明显下降,3种接菌处理均能提升榉树叶片净光合速率、气孔限制值、水分利用效率,并降低胞间CO2浓度,其中GM2和GO较未接菌处理变化最大;④盐胁迫条件下只有以叶子飘模型拟合的平均决定系数(R2)高于0.900,其余4种模型各处理的R2均低于0.900。【结论】盐胁迫对榉树幼苗生长及光合特性有抑制作用;接种AMF可以促进植物生长,提升植物净光合速率,缓解盐胁迫对植物生长及光合特性的抑制作用。综合AMF对榉树生长和光合特性的影响,GM2较为突出,为盐碱地林业生产推荐选用菌株;5种光响应模型中,叶子飘模型的拟合效果最好,为探究盐胁迫下AMF对榉树净光合速率影响的最优模型。

• 山核桃果实主要经济性状和养分含量的差异分析

  季琳琳,陈素传,吴志辉,常君,陶汝鹏,周米生,蔡新玲

  【目的】对22个山核桃优株果实的主要经济性状和主要营养成分含量进行比较,筛选出优良的山核桃优株,为山核桃良种选育与开发利用提供理论依据。【方法】以安徽宁国和大别山地区22株山核桃优株果实为实验材料,研究其7个主要经济性状和6个主要营养成分含量的差异性,并进行聚类分析。【结果】22个优株青果的单果质量、坚果鲜质量、坚果干质量、干仁单仁质量、鲜出籽率、干出籽率、干出仁率差异均达到极显著水平,胡乐1号青果单果质量最高,而金寨18号坚果干质量最大;22个优株种仁粗脂肪、蛋白质、主要脂肪酸含量均表现出极显著统计学意义。相关性分析表明,青果单果质量与坚果鲜质量、坚果干质量、干仁单仁质量及干出仁率呈极显著正相关;粗脂肪含量与油酸含量呈极显著正相关,与亚油酸含量呈显著负相关。主成分分析可知,影响山核桃果实品质的主要性状是坚果鲜质量、坚果干质量和油酸含量,集中反映了果实的经济性状和种仁的品质特征。通过聚类分析将22个优株分为5类:胡乐1号、果子园1号、果子园3号3个优株单独各聚为一类,其余的宁国山核桃优株为一类,大别山山核桃优株为一类。【结论】从分类学看,安徽宁国地区山核桃和大别山地区山核桃之间存在差异。坚果鲜质量、坚果干质量和油酸含量是山核桃优良品种筛选的重要指标;两地山核桃的主要经济性状和营养成分含量差异显著,遗传资源丰富,应深入研究和利用。

• 青钱柳幼林地上部分生物量生长模型研究

  孙操稳,仲文雯,洑香香,尚旭岚,方升佐

  【目的】青钱柳是我国特有的珍稀多用途树种,研究青钱柳幼树地上部分生物量生长规律,为发展叶用林提供依据。【方法】以6年生的青钱柳人工幼林为研究对象,对其生长特性及生物量的分配进行了研究,同时选取了37株样木进行地上部分生物量及相关测树因子的分析评价,从19个生物量模型中进行筛选,构建了青钱柳人工林各生物量组分及地上部分生物量与相关测树因子的预估方程。【结果】青钱柳幼林地上部分生物量(W)与胸径(D)具有高度相关性,筛选的4个模型均以胸径作为自变量,则:①干生物量模型 W=0.15 D2.1, R2=0.982;②枝生物量模型 W=0.05 D1.88, R2=0.864;③叶生物量模型 W=0.07 D1.55, R2=0.802;④地上部分生物量模型 W=0.28 D1.95, R2=0.976。【结论】不同密度下6年生青钱柳幼林生长尚未郁闭,受密度效应的影响较低,胸径、树高和单株材积的总生长量之间差异不显著,单株和林分生物量分配模式基本相似,地上部分各器官生物量分配由大到小表现为干(73%)> 枝(16%)> 叶(11%)。

• 不同泥炭替代基质对薄壳山核桃幼苗生长及叶绿素荧光特性的影响

  季艳红,潘平平,窦全琴,谢寅峰

  【目的】探讨添加不同配比的泥炭替代基质如菌渣或醋糟等组成的混合基质处理对薄壳山核桃(Carya illinoinensis)容器苗生长以及叶绿素荧光特性的影响,筛选适宜苗木生长的低成本配方基质。【方法】以薄壳山核桃‘绍兴’子代1年生容器苗为材料,设置园土、泥炭、醋糟体积比为4:3:3(A1)、4:2:4(A2)、4:1:5(A3)和园土、泥炭、菌渣体积比为4:3:3(B1)、4:2:4(B2)、4:1:5(B3)配方,园土为对照(CK),共7个处理,分别测定苗高、地径和叶绿素荧光参数等指标,分析不同配比的基质处理下对薄壳山核桃容器苗生长与荧光特性的影响。【结果】不同配比的泥炭替代基质处理下苗木生长指标差异显著,添加菌渣、醋糟较园土均可降低基质容重,提高基质的通气孔隙度,增加有机质含量等,其中添加菌渣的基质配方有利于薄壳山核桃幼苗的生长,且以B3处理效果最佳。该处理苗木的苗高、地径以及叶片各项叶绿素荧光参数均显著高于对照,其中苗高、地径分别比对照增加了65%和73%。【结论】综合苗木的各项指标并考虑各项成本,减少泥炭用量,以园土、泥炭、菌渣体积比4:1:5低成本混配基质适于薄壳山核桃容器苗生长,提高苗木光能利用效率,且育苗成本较低,利于生产推广应用。

• 白鹭和大白鹭羽毛显微结构观察

  侯森林,费宜玲,刘大伟,张宁

  【目的】探讨鸟类羽毛微观结构的差异,并据此鉴别鸟类。【方法】选取白鹭(Egretta garzetta)和大白鹭(E. alba)的飞羽、胸羽、尾羽及蓑羽4类羽毛作为研究对象,利用扫描电镜观察4类羽毛的羽小钩、腹齿及纤毛等微观结构的数量,利用SPSS 18.0对所观察的数据进行分析比较。【结果】飞羽中除腹齿数外,有钩羽小枝基柄长、羽小钩数、纤毛数以及无钩羽小枝基柄长在白鹭和大白鹭间均存在极显著差异;胸羽和尾羽有钩羽小枝的基柄长、腹齿数、羽小钩数、纤毛数以及无钩羽小枝的基柄长和腹齿数在白鹭和大白鹭间均存在显著或极显著差异;蓑羽纤毛数和基柄长在白鹭和大白鹭间存在极显著差异。【结论】除飞羽的腹齿外,所选的其他指标均可为白鹭和大白鹭的鉴别提供参考。

• 人为践踏对南京紫金山天然次生林土壤渗透性的影响

  董一桥,刘倩倩,彭孝楠,翁泽宇,刘鑫,徐海兵,戴康龙,董丽娜,张金池

  【目的】探讨不同程度人为践踏对土壤涵养水源功能及土壤渗透性等指标的影响,以期为紫金山国家森林公园的生态旅游管理提供依据。【方法】在南京紫金山国家森林公园内选择两处不同海拔的天然次生林试验区,每个试验区中选取5条不同践踏强度的小径,并选择3处未受人为践踏的区域为对照,测定土壤各物理指标,分析人为践踏对土壤渗透能力的影响。【结果】不同人为践踏强度下土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度以及非毛管孔隙度会发生变化;践踏对低海拔处土壤容重的影响比高海拔处的更加明显。土壤的饱和含水量、毛管持水量以及田间持水量会因人为践踏产生不同程度的降低;土壤的渗透过程、初渗率、稳渗率、平均入渗率以及渗透总量会因人为践踏呈显著降低(P<0.05);研究发现践踏对低海拔处土壤渗透能力的影响比高海拔处的明显。结构方程模型分析发现践踏强度、土壤总孔隙度对土壤渗透能力的影响系数较大。【结论】人为践踏可导致土壤容重变大、土壤紧实度变大、孔隙度降低、土壤的通气性降低、持水能力减弱、土壤的渗透性变差;人为践踏强度越大,土壤渗透能力降低越明显。

• 氮沉降和接种菌根真菌对灌木铁线莲非结构性碳水化合物及根际土壤酶活性的影响

  张晓荣,段广德,郝龙飞,刘婷岩,张友,张盛晰

  【目的】通过研究氮沉降和接种菌根真菌处理对植物根际土壤酶活性和非结构性碳水化合物含量的影响,探讨全球氮沉降变化背景下植物根际微生态环境及植物生长的应对策略。【方法】以1年生盆栽灌木铁线莲单一接菌(根内根孢囊霉,编号+R;摩西斗管囊霉,编号+F)、混合接菌(根内根孢囊霉和摩西斗管囊霉体积比1:1的混合菌剂,编号+RF)的菌根苗和非菌根苗(未接菌,编号-M)为研究对象,设置4个氮沉降处理试验,即不施氮[CK,0 g/(m2·a)]、低氮[LN,3 g/(m2·a)]、中氮[MN,6 g/(m2·a)]、高氮[HN,9 g/(m2·a)],测定1年生灌木铁线莲苗木非结构性碳水化合物(NSC)[可溶性糖(SS)、淀粉(ST)],以及根际土壤酶[β-1,4葡萄糖苷酶(BG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰-氨基葡糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)]等指标。基于单因素方差分析、双因素交互作用分析和相关性分析方法,在氮沉降量增加的背景下,研究不同接菌处理对苗木根际土壤碳、氮、磷相关酶活性及苗木各器官内非结构性碳水化合物分配的影响,从而探讨接菌处理下各指标对不同氮沉降水平的响应差异。【结果】①除BG活性外,氮沉降、接种菌根真菌及二者交互作用显著影响灌木铁线莲根际土中氮、磷相关酶活性。HN处理下,接种菌根真菌显著降低苗木根际土壤NAG活性。-M处理下,与磷相关的根际土壤ACP和ALP活性在HN条件下显著增加。+R和+F处理下,ALP均在HN处理达到最大。②氮沉降、接种菌根真菌及二者交互作用显著影响灌木铁线莲苗木非结构性碳水化合物。氮沉降处理下,各接菌处理苗木SS、ST和NSC含量高于未接菌处理苗木的,且在+F处理苗木的SS、ST和NSC含量均达到最大。③在LN、MN和HN处理下,-M处理苗木的各器官NSC含量大小顺序为茎<根<叶,而接菌处理苗木的各部位的大小顺序为根<茎<叶。HN处理下,+F处理苗木根内ST和NSC含量达到最大值,茎和叶内SS和NSC含量均达到最大值。④氮沉降和接种菌根真菌处理下,SS、ST、NSC含量与土壤氮相关的NAG活性显著负相关,而与磷和碳相关的酶显著正相关;其中苗木非结构性碳水化合物与磷相关土壤酶ALP活性的相关性系数最高,与碳相关土壤酶BG活性相关性系数最低。【结论】氮沉降和接种菌根真菌处理对灌木铁线莲苗木根际土壤氮、磷相关酶活性的影响高于对根际土壤碳相关酶活的影响,氮沉降处理显著增强菌根苗根际土壤磷酸酶活性。氮沉降背景下,接菌处理提高了苗木非结构性碳水化合物含量,其中接种摩西斗管囊霉的效果最为显著,且明显增加了高氮环境中苗木对根中非结构性碳的分配。

• 黑莓果实发育过程中蔗糖磷酸合成酶基因的表达分析

  严志祥,杨海燕,樊苏帆,吴文龙,闾连飞,李维林

  【目的】蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)是调控植物蔗糖代谢合成的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面有重要作用。本研究旨在探讨黑莓3个SPS基因的系统发育关系、编码的蛋白特性、在不同发育时期、不同组织中的时空表达特性,并分析其与黑莓发育的关系。【方法】以黑莓栽培品种‘宝森’(‘Boysenberry’)为试材,从中克隆和鉴定了3个 SPS 基因家族成员,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)等方法对3个黑莓SPS 基因RuSPS1、RuSPS2和RuSPS3的氨基酸序列、保守作用元件、编码的蛋白特性、蛋白结构及进化关系进行分析,并对这3个基因在黑莓中的时空表达情况与酶活性进行了相关性分析。【结果】多重氨基酸序列比对显示,黑莓SPS蛋白具有植物SPS家族特有的2个保守蛋白结构域及2个相对保守的蛋白磷酸位点;系统进化分析表明,RuSPS基因分为A、B两个亚族,其中RuSPS1和RuSPS3为A亚族成员,RuSPS2为B亚族成员;保守作用元件分析表明, 除RuSPS2含基本的蛋白保守元件外, RuSPS1和RuSPS3都存在不同程度的片段缺失;序列分析和比较揭示了黑莓SPS基因与其他家族的不同特征。qRT-PCR分析显示,3个RuSPS基因在黑莓各个组织器官中均有表达,其中RuSPS1在叶片和果实中表达量较高,在花中的表达量较低;RuSPS2在发育成熟的果实中有大量的表达,在其他器官中表达量较低;RuSPS3在各器官中的表达均较高,说明 SPS基因表达具有明显的组织特异性,3个RuSPS基因都随着果实发育进程在果实和叶片中表现了表达增加的趋势。果实和叶片中SPS酶活性的变化与RuSPS基因表达水平一致。相关分析表明,叶片中SPS活性与RuSPS2显著正相关(P<0.05),果实中SPS活性与RuSPS1显著负相关(P<0.05)。【结论】3个RuSPS基因与黑莓果实发育过程中的蔗糖合成与代谢关系密切,均参与了黑莓的生长发育调控,其中叶片中SPS活性的变化一定程度上是由RuSPS2调控,果实中SPS活性的变化则是由RuSPS1调控。

• 雄性二倍体毛白杨再生体系的构建和遗传转化的研究

  俞子承,凌聪,陈赢男,李淑娴,尹佟明,李小平

  【目的】建立雄性二倍体毛白杨再生体系,构建稳定的遗传转化方法,为进一步研究毛白杨基因功能提供试验平台。【方法】以雄性二倍体毛白杨的幼嫩茎段和叶片为外植体,1/2 MS为基本培养基,通过调整6-BA、IAA和TDZ激素浓度进行再生体系筛选;采用农杆菌EHA105介导叶盘法,控制预培养时间、菌液浓度、侵染时间、共培养时间和卡那霉素筛选浓度,进行遗传转化;以幼嫩叶片原生质体为受体细胞,PEG介导转化荧光标记基因EGFP,进行瞬时表达。【结果】雄性二倍体毛白杨再生过程包括继代、芽伸长和生根3个阶段,其培养基组分分别为1/2 MS+0.5 mg/L 6-BA+0.5 mg/L NAA+0.005 mg/L TDZ、1/2 MS+0.5 mg/L 6-BA+0.3 mg/L NAA和1/2 MS+0.3 mg/L NAA+0.5 mg/L IBA,该条件下生根率为96.7%,增殖系数为4.47。遗传转化过程包括预培养、农杆菌侵染、共培养、抗性筛选和生根5个阶段,其中预培养为12 h、农杆菌浓度OD600为0.4、侵染时间为20 min、共培养时间为24 h、卡那霉素(30 mg/L)筛选45 d和抗性苗生根20 d。试验共获得86株抗性植株,其中14株分子鉴定结果为阳性。在40% PEG4000的介导下,EGFP基因瞬间转化效率为50%。【结论】雄性二倍体毛白杨再生周期短、遗传转化稳定,是杨树基础研究的理想材料。本研究拓宽了杨树遗传转化体系,为杨树分子辅助育种提供了新途径。

• 南京地区美洲黑杨雌、雄花芽分化的解剖学研究

  陆静,陈文文,吴怀通,陈赢男

  【目的】研究多年生木本植物花芽分化进程和特点,揭示树木成花分子调控机制。【方法】分别以南京地区成年美洲黑杨(Populus deltoides)雌株和雄株为材料,详细记录其花芽发育的完整过程,并采用石蜡切片技术对雌、雄花芽发育各阶段进行解剖观察。【结果】在南京地区,每年5月底至6月初成年美洲黑杨的当年花枝上形成肉眼可见的花芽。随后的花芽分化过程可以分为5个阶段:苞片分化期(6月中旬之前)、小花原基起始期(6月中旬至7月中旬)、雌蕊/雄蕊分化期(7月中旬至11月)、休眠期(12月至翌年1月)和雌/雄配子体形成期(翌年2—3月),最终在早春形成单性花。【结论】美洲黑杨雌、雄花均为Ⅱ型单性花,即某一性别花中不存在相反性别花器官的残留。在整个花芽发育过程中,雄花芽较雌花芽大而饱满,雌、雄花芽鳞片外观嫩绿、质地坚硬,花芽长度生长趋势呈“S”形曲线。研究结果可为进一步深入研究杨树花器官发育及性别分化的分子机制提供必要的前提和基础。

• 杉木ClWRKY44基因克隆及其表达特性分析

  林莉莉,胡安琪,陈钢,张霁月,曹光球,曹世江

  【目的】以杉木幼叶为试验材料,通过克隆杉木ClWRKY44基因,分析其表达特性,为揭示杉木抗逆生理的分子机制提供理论依据。【方法】采用RT-PCR技术克隆杉木ClWRKY44 基因,对其进行生物信息学分析和亚细胞定位研究,并利用实时荧光定量PCR技术分析其表达情况。【结果】杉木ClWRKY44 基因的开放阅读框(ORF)为1 776 bp,编码591个氨基酸,具有WRKY结构域。系统进化树分析结果显示ClWRKY44 基因与拟南芥(Arabidopsis thaliana)ATWRKY44 的亲缘关系较密切,其在杉木的不同器官(叶、根、茎) 中均有表达,嫩叶中的表达量最高,茎中次之,根中最低。低温胁迫处理6 h,ClWRKY44 基因相对表达量最高,约是对照组的79.8倍。干旱胁迫处理24 h,ClWRKY44 基因在高浓度干旱胁迫处理下的相对表达量最高,约是对照组的46.6倍。【结论】杉木ClWRKY44基因编码的蛋白质序列与拟南芥ATWRKY44的同源性很高,在调控植物逆境胁迫应答过程中可以发挥功能,为杉木幼苗生长发育的适应性提供参考。

• 寒冷地区绿化指标对住区室外舒适度的多途径调控分析——以郑州市为例

  薛思寒,马悦,王琨

  【目的】城市环境与人群舒适度正逐渐受到关注,高质量的城市住区绿化可以改善微气候,提高空间使用率。本研究旨在探究绿化对人体舒适度影响的潜在机制与调控途径,明晰绿化指标之间的差异,为寒冷地区居住区规划设计提出相应的绿化配置策略。【方法】选取寒冷地区城市郑州的3个典型住区作为研究样本,进行冬季住区微气候实测及舒适度调查,通过回归分析,明确绿视率、植物视图因子两种绿化指标与舒适度的定量关系,厘清绿化对微气候环境舒适度的调控机制,并利用中介效应分析揭示二者作用途径的差异。【结果】回归分析结果表明,绿视率、植物视图因子与舒适度评价呈显著负相关(b=-0.181,P<0.01)、(b=-0.202,P<0.01),且绿化指标对舒适度存在直接和间接两种影响;两种绿化指标与风速呈显著负相关,与其他热环境因子皆显著正相关;舒适度与风速评价呈现显著正相关,与其他热环境因子负相关关系显著。通过中介效应分析表明,绿视率主要通过76.7%的间接影响和23.3%的直接影响共同调控舒适度,植物视图因子则主要通过87.9%的间接影响调控舒适度,直接影响效应不显著。【结论】两种绿化指标是从不同的角度来表征绿化结构,在评价人群与空间偏好的环境绿化设计中宜采用绿视率作为指标,而对于微气候适应性研究则更适合采用植物视图因子。

• 苏锡常都市圈蓝绿空间规模与格局演变特征

  许浩,金婷,刘伟

  【目的】苏锡常都市圈是江苏省三大都市圈之一,也是长江三角洲的主要核心区域。20世纪80年代以来,苏锡常都市圈城市化进程加快,区域性生态问题亟须重视。蓝绿空间是构建区域生态系统的基础,定量揭示其演变特征有助于为苏锡常都市圈国土空间规划与生态环境保护提供依据。【方法】选取2003年、2008年、2013年、2018年共4期遥感影像并处理分析,利用动态变化模型与景观格局指数对苏锡常都市圈及各成员城市15年间蓝绿空间规模与景观格局的演变进行分析。【结果】①2003—2018年间,苏锡常都市圈蓝绿空间总体动态变化幅度为-3.52%,绿色空间变化剧烈,蓝色空间相对稳定;蓝色空间与绿色空间动态变化均呈现出由“减少期”转变为“增长期”的阶段性特征。②在斑块类型水平上,苏锡常都市圈蓝色空间破碎度减少,复杂度与连通性增加;绿色空间破碎度及复杂度增加,连通度减少。蓝绿空间在景观水平上多样性程度减少,连通度、聚集度增加。③研究期内常州的蓝绿空间相对动态度最大,无锡最小;常州蓝绿空间破碎度、复杂度较高,景观格局变化较为剧烈;苏州蓝绿空间多样性程度较低,连通度及聚集度较高。【结论】近15年苏锡常都市圈的蓝绿空间规模与景观格局变化显著,城市间差异明显,必须对区域生态环境进行统筹规划和保护。

• 基于i2SFCA的新乡市主城区公园绿地空间步行可达性分析

  赵梦蕾,姚正阳,毛达

  【目的】分析城市公园绿地空间的可达性,以有效衡量城市居民需求与公园绿地供给的关系,提高城市公共服务水平。【方法】以两步移动搜索法(two-step floating catchment area method,2SFCA)为基础,引入Huff模型,提出改进的两步移动搜索法(improved two-step floating catchment area method,i2SFCA),以河南新乡市主城区为研究区域,对比两种方法计算城市公园绿地步行条件下的空间可达性,并用GIS进行分析。【结果】i2SFCA比2SFCA方法更具适应性和灵活性,尤其是在边界区域的绿地可达性计算中表现更为明显;新乡市主城区中公园绿地分布不够均衡,各片区之间空间可达性分布差距较大,呈西低东高的格局;主城区人口与公园绿地可达性的空间分布不够协调,亟须改善高人口密度而低可达性片区。未来城市公园绿地建设中,应进一步平衡绿地的分布格局,增加小型街头绿地,完善带状绿地,提高绿地的服务质量。【结论】通过两种计算空间可达性方法的实验对比得出,i2SFCA方法更有优势,可明确城市中公园绿地资源缺乏区域,为提高城市社会服务水平提供数据基础。

• 基于公众审美的哈尔滨城市公园植物色彩评价

  史可,左国良,胡海辉

  【目的】植物景观作为城市公园绿地的重要组成因素,色彩是其重要的观赏特征,也是直接影响其质量好坏的重要指标因子。探究城市公园植物景观色彩的内在属性,可为植物组合配置的研究提供新思路。【方法】以哈尔滨古梨园、中东铁路公园、兆麟公园、体育公园、群力丁香公园、太平公园、清滨公园等7个城市公园中较为典型的26个植物组合为研究对象,采用ColorImpact色彩辅助软件提取各植物组合色彩的特征属性,运用美景度评价法对哈尔滨城市公园植物组合色彩进行评价,分析植物色彩影响指数与景观美学质量之间的关系。【结果】依据美景度值将哈尔滨城市公园3季植物景观美学质量从高到低划分为5个等级(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),美景度集中在等级Ⅲ中,说明哈尔滨城市公园植物景观色彩质量处于一般水平。对各色彩量化指标与美景度之间进行回归分析,建立哈尔滨城市公园植物色彩美景度评价的数学回归模型。通过模型得到了影响哈尔滨城市公园植物组合色彩美景度的影响因素,分别为色相指数(H)、色彩数量(XNC)、主色相比(XMHi)和冷暖色比(XTHi)。其景观评价模型为:${{E}_{\text{SBE}}}=-1.296-0.364\bar{H}+1.695{{X}_{\text{NC}}}+0.969{{X}_{\text{M}{{\text{H}}_{i}}}}+0.821{{X}_{\text{T}{{\text{H}}_{i}}}}$。【结论】对植物色彩特征进行量化提取,分析植物色彩因子与公众审美之间的相关关系,为公园植物群落色彩配置的完善及园林植物景观建设提供参考。

• 桂花新品种‘葱郁’

  李呈呈,吴其超,鲍健,鲍维,鲍志贤,臧德奎,马燕

  【目的】桂花(Osmanthus fragrans)是我国特有的珍贵花木,四季常绿,花香浓郁,有着极大的开发利用价值,通过桂花优良新品种的选育可推动桂花产业的发展。【方法】以实生苗为材料,选育出1株特异单株对其进行扞插繁殖,并对无性系进行DUS测试。【结果】选育出的新品种‘葱郁’株型特别,呈阔柱状,花色淡黄,花香浓郁,叶片小。【结论】通过DUS测试,显示其性状具有特异性、一致性、稳定性,获得植物新品种授权。‘葱郁’是优良的景观树,具有很高的观赏价值。