关于我国林木育种向智能分子设计育种发展的思考

“作物育种4.0”的提出,为我国林木遗传育种指明了向智能分子设计育种发展的前进方向。本文提出了理想品种的概念及其智能设计实现条件,简要综述了我国林木遗传育种研究历史以及存在的问题,并提出了推动我国林木智能分子设计育种的发展对策等。林木遗传育种应该瞄准国家林业重大需求,有组织地选择重要树种系统布局,在推动树种高世代遗传改良及其利用的同时,准备系谱关系清晰的育种资源群体,做到等位变异有迹可循;解析重要性状遗传变异规律及其调控网络,实现基因调控有据可查;建立高效的多组学大数据整合分析以及育种群体构建、亲本选配和后代选择等分子设计育种技术方法体系,保证智能育种有“法”可依等。逐步解决我国林木遗传育种中存在的问题,为实施林木智能设计育种创造理想条件。在每一育种世代品种向理想品种选育的推进过程中,尽可能将智能分子设计育种的最新理论和技术成果应用于育种实践,选育出高产、优质、高抗的当前世代理想品种,满足国家林业发展的现实需要。

古建筑木结构无损检测内容与研究进展

中国拥有大量的木结构古建筑。合理有效地检测评估木结构的存在状况,是古建筑保护和修缮工作的重要需求。古建筑木结构无损检测是以无损检测和评估古建筑木结构安全性,以现场应用和实际需求为导向的木材材性检测评估技术,检测内容主要包括缺陷无损检测和木材物理力学性能无损检测两个方面。木结构、木构件隐藏缺陷的检测以及评估是古建筑木结构无损检测工作的重点和难点。本文首先介绍古建筑木结构的组成,总结其无损检测内容和目前常见无损检测方法;然后归纳总结古建筑木构件隐藏缺陷无损检测、古建筑木构件分等、腐朽对古建筑木材力学性能影响等应用和研究进展;最后归纳说明古建筑木材力学性能无损检测和自然老化对古建筑木材性质影响的研究状况。以期对从事木结构文物保护技术应用和科研工作的相关人员,有所启发和帮助。

林分密度对北京石质山地侧柏人工林碳氮磷化学计量和养分再吸收的影响

【目的】探讨北京石质山地不同林分密度对侧柏人工林C、N、P化学计量特征的影响,以及养分再吸收与林分密度的关系,旨在揭示林分密度变化下侧柏人工林主要养分相互作用与制约规律,为侧柏人工林经营管理提供科学依据。【方法】以不同密度侧柏人工林为研究对象,分析其鲜叶、凋落叶和土壤C、N、P化学计量特征及养分再吸收规律。【结果】(1)林分密度对土壤–鲜叶–凋落叶C、N、P化学计量影响不同,鲜叶N、P和N:P以及凋落叶P含量随着密度的增加逐渐降低,而鲜叶C∶N和C∶P总体呈升高趋势。凋落叶C∶N和C∶P随着密度的增大呈升高。(2)土壤的N和P含量随密度先升后降;林分密度和土壤因素的交互作用仅对鲜叶N和凋落叶P有显著影响;(3)不同林分密度的侧柏林N再吸收率明显低于P再吸收率,N再吸收率为18.03%~32.15%,P再吸收率为58.87%~60.13%。【结论】合理的林分密度能缓解侧柏人工林养分限制以及提高N、P重吸收能力。未来应注重林分密度调整、增加阔叶树种比例、实施抚育剩余物处理等措施以改善侧柏人工林养分限制状况。

基于遗传效应和气候变量的日本落叶松微纤丝角预测

【目的】分析遗传效应和气候变量对日本落叶松木材微纤丝角的影响,建立预测模型,预测终端收获木材的质量,旨在提高遗传材料的选育效率和促进目标材种的定向培育。【方法】以20个日本落叶松无性系为研究对象,通过木芯取样测定了林龄从4年到15年连续12个年轮的微纤丝角,分析了微纤丝角与林龄和年轮宽度的关系,建立了微纤丝角基础预测模型,然后对微纤丝角和气候变量进行相关性分析,采用混合效应模型构建了含有遗传效应和气候变量的日本落叶松微纤丝角预测模型。【结果】(1)微纤丝角随着林龄的增加呈减小趋势,随年轮宽度的增加呈增加趋势,不同无性系间微纤丝角变化规律明显不同。(2)含有林龄和年轮宽度的基础模型确定系数(R^(2))为0.43,均方根误差(RMSE)为4.391;加入平均年降水量和冬季平均降水量后模型R2为0.54,RMSE为4.039;采用混合模型建立的含遗传效应和平均年降水量、冬季平均降水量的微纤丝角预测模型R^(2)为0.81,RMSE为3.061。(3)平均年降水量和冬季平均降水量增加会增大日本落叶松微纤丝角,两个气候变量解释了微纤丝角变异的11%;遗传效应对日本落叶松微纤丝角变异有重要影响,可解释微纤丝角变异的27%。【结论】相较于平均年降水量和冬季平均降水量,遗传效应对木材微纤丝角影响更大。而且不同无性系的微纤丝角对气候因素变化的响应不同,无性系I6-7-075、I8-4-30和J28-6对于气候变化更钝化,是生态适应性更强的无性系,适合进一步在日本落叶松适生区推广应用。

3种玉兰幼苗生长和生理特性对干旱胁迫的响应

【目的】研究干旱胁迫下天女木兰、望春玉兰、红花玉兰‘娇红2号’的生长和生理变化,揭示3种玉兰幼苗对干旱胁迫的响应机理,评价3种玉兰的抗旱性,为干旱地区引种、推广提供参考。【方法】以3种玉兰的2年生盆栽播种苗为试验材料,设置4个处理水平(土壤相对含水量80%~90%(CK),60%~70%(T_(1)),40%~50%(T_(2)),20%~30%(T_(3))),干旱胁迫50 d后分析生长、生理等19个指标的变化。【结果】(1)中度和重度干旱胁迫(T_(2)、T_(3))显著降低了3种玉兰的地径和各器官生物量增长量,显著增大了望春玉兰和红花玉兰‘娇红2号’的根冠比(P<0.05);重度干旱胁迫下(T_(3)),红花玉兰‘娇红2号’的株高和各器官生物量增长量显著高于望春玉兰(P<0.05);(2)与CK相比,T_(1)处理时红花玉兰‘娇红2号’叶绿素含量增加,其他干旱水平3种玉兰叶绿素含量逐渐降低;3种玉兰丙二醛含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性随干旱加剧逐渐增加,T_(3)与CK均存在显著差异;望春玉兰脯氨酸含量先降低后升高,天女木兰和红花玉兰‘娇红2号’脯氨酸含量随干旱加剧呈上升趋势;3种玉兰过氧化物酶活性随干旱加剧变化规律不同,天女木兰过氧化物酶活性T_(2)处理最高,望春玉兰和红花玉兰‘娇红2号’T_(3)处理最高。(3)红花玉兰‘娇红2号’T_(1)处理净光合速率、胞间CO_(2)浓度、蒸腾速率最高,较CK分别高出2.67%、1.94%、3.09%,气孔导度和水分利用效率随干旱加剧逐渐降低;重度干旱胁迫(T_(3))显著降低了天女木兰和望春玉兰的净光合速率、胞间CO_(2)浓度、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率(P<0.05)。(4)隶属函数分析表明,3种玉兰抗旱性强弱为天女木兰>红花玉兰‘娇红2号’>望春玉兰。【结论】干旱胁迫影响了3种玉兰幼苗的生长和生理活性,使叶片细胞结构受损,植株生长缓慢,但植物能通过调节渗透调节物质含量和自身保护酶活性来抵御干旱,维持自身的正常生理代谢功能。综合各指标可知,天女木兰抗旱性最强,望春玉兰最弱。

短期使用污泥产品对汞在土壤–国槐树体迁移和积累的影响

【目的】研究城镇生活污泥产品中重金属汞(Hg)在土壤–国槐树体中的迁移和积累,探讨国槐幼苗对Hg胁迫的响应机制,明确污泥产品在国槐幼苗抚育方面的应用潜力。【方法】以国槐幼苗为研究对象,通过盆栽试验,设置3个污泥使用量梯度(0、2、4 kg/m^(2))和4个取样时间(40、80、120、160 d),将处理分为移栽国槐组和纯土壤组,探究土壤Hg含量的动态变化,进一步研究Hg在国槐根系和叶片的富集迁移规律、亚细胞分布特点及赋存形态。【结果】(1)随污泥产品使用时间增加,土壤Hg含量显著降低,在种植国槐植株土壤中添加污泥产品,短期内土壤Hg含量显著低于纯土壤。(2)污泥产品用量、取样时间及其交互作用均对国槐根和叶中的Hg含量有显著影响。污泥施用40和160 d国槐根系和叶片对Hg的吸收显著高于未施污泥组,使用污泥产品前期会促进Hg在根、叶间的转移,后期抑制。污泥产品的低施用量可以显著增加国槐生物量从而提高对Hg的积累量。(3)在国槐根、叶中,Hg主要分布在细胞壁和可溶性组分中,两者总占比超过90%。(4)国槐根系和叶片中Hg的残渣态占比最大,分别占比57.2%~59.7%和52.6%~69.0%。【结论】国槐可以应对低施用量污泥产品带来的Hg胁迫,主要途径为细胞壁固定、液泡区隔化以及将Hg转化为低活性形态贮存。

不同水分条件下氨基酸添加对温带暗棕壤碳氮含量和甲烷排放的影响

【目的】解析土壤pH值与土壤氮以及CH_(4)排放速率与土壤碳氮含量间的相互关系,为明确碳氮转化及温室气体排放规律、优化温带森林暗棕壤的水分管理提供依据。【方法】以温带森林暗棕壤为研究对象,采用室内培养法,设置水分条件为土壤饱和持水量(WHC)的40%、60%、90%,通过向温带暗棕壤中添加两种不同性质的氨基酸,探讨其对土壤碳氮含量及CH_(4)排放的潜在影响,运用Pearson相关分析法分析土壤碳氮含量、pH值及CH_(4)排放速率间的相关性。【结果】(1)氨基酸处理显著增加了土壤可溶性有机碳(DOC)含量、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量及CH_(4)排放速率。亮氨酸处理使DOC、NH_(4)^(+)-N含量分别升高21.39%、45.10%,CH_(4)排放速率较CK升高3.20倍,甲硫氨基酸使DOC、NH_(4)^(+)-N含量分别升高21.39%、72.71%,CH_(4)排放速率较CK升高7.00倍;(2)不同氨基酸对土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量的影响存在差异。亮氨酸处理使土壤NO_(3)^(-)-N含量升高了8.41%,但其对于土壤硝化作用的影响可能存在滞后性,而甲硫氨基酸能够显著抑制土壤硝化作用,NO_(3)^(-)-N含量显著降低了37.90%;(3)土壤不同水分条件对土壤DOC、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N含量及CH_(4)排放速率均存在显著影响。90%WHC使DOC含量升高11.95%~19.91%,使NH_(4)^(+)-N升高19.83%~35.46%,使NO_(3)^(-)-N降低10.05%~23.79%,使CH_(4)排放速率升高至另外两种水分条件的1.48~2.06倍。60%WHC条件使NH_(4)^(+)-N升高13.05%,使NO_(3)^(-)-N含量升高24.62%。60%WHC可能是温带暗棕壤硝化作用的最适含水量,90%WHC条件有利于DOC积累,同时对NO_(3)^(-)-N的产生存在明显抑制作用;(4)土壤pH与N H4+-N含量呈极显著正相关,与NO_(3)^(-)-N含量呈正相关。CH_(4)排放速率与NO_(3)^(-)-N含量呈极显著负相关,与NH_(4)^(+)-N含量呈负相关,与DOC含量呈极显著正相关。【结论】不同性质氨基酸添加在温带森林暗棕壤碳氮含量及CH_(4)排放中发挥的作用不尽相同。一定范围内,土壤水分含量的升高有利于土壤NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、DOC的积累及CH_(4)的排放,但土壤高含水量条件对NO_(3)^(-)-N的产生具有抑制作用。因此,在研究温带森林暗棕壤碳含量、CH_(4)排放及氮转化机制时,建议关注不同氨基酸的差异性作用,同时考虑水分的变化。

邻近木多样性与竞争对天然云冷杉林树木生长的影响

【目的】探究天然云冷杉林邻近木多样性、竞争强度对林木生长的影响,为云冷杉林结构化经营和管理提供科学依据。【方法】选取长白山天然云冷杉林2015、2018年两期固定样地调查数据,基于结构方程模型分析邻近木多样性、竞争与树木生长的关系。【结果】(1)研究区内天然云冷杉林的邻近木树种、径阶、树高多样性指数均集中在1.04处,3个多样性指数整体上分布均匀,树种混交度高,林分结构复杂。(2)结构方程模型中,树种、径阶、树高3个邻近木多样性指数和竞争指数对材积生长量的总影响系数分别为-0.001、0.166、0.073和-0.489,结果表明竞争是影响林木生长的关键因素。(3)径阶和树高多样性的增加对生长量均为正面影响,其中径阶多样性为直接影响,树高多样性为间接影响;树种多样性表现为直接的负面影响与间接的正面影响,总体为负面影响;此外,树种多样性的提高可以减少林木间的竞争强度,树高多样性的提高可能会导致林分结构的分化,进而促进林分中林木个体的生长。(4)研究区内林木的生长压力可能多来自于同径级林木,小径级林木生长状况较差且竞争压力较大,大中径级林木与之相反。【结论】择伐同径级或相近径级林木,同时提高林分内的径阶、树高多样性水平,可以降低林木竞争水平,促进林木个体生长,进而提高云冷杉林林分生产力。

基于经验模态分解和小波包能量熵的杉木加载过程中细观损伤监测与识别

【目的】细观损伤是承载木材断裂的主要原因之一。木材的多孔层状结构使其损伤过程变得复杂,针对单一信号处理方法较难充分挖掘木材断裂声发射信号中的细观损伤信息,造成识别信息不充分、不完备的问题。本研究提出通过经验模态分解(EMD)和小波包能量熵结合的信号处理方法,通过声发射无损检测手段,识别杉木加载过程中的细观损伤类型。【方法】以杉木为研究对象,进行单轴压缩、双悬臂梁和顺纹拉伸3种单一损伤试验,并对其进行加载过程中声发射信号的采集、监测与分析。通过小波包阈值法消除损伤试验中采集的声发射信号噪声,经由EMD和相关系数计算,分离出最能体现杉木细观损伤特征的本征模态(IMF)分量,并对IMF分量进行基于傅里叶变换的峰值频率分析和小波包能量熵分析,提取杉木细观损伤的特征。【结果】(1)EMD和小波包能量熵结合的信号处理方法能够判断杉木加载过程中声发射信号对应的细观损伤类型与构成。(2)杉木不同细观损伤类型的声发射信号对应不同的小波包能量熵区间:胞壁屈曲与塌溃(0.69~0.99)、层间开裂(1.57~1.78)、纤维束断裂(1.92~2.27)。(3)宏观断口观察和电镜显微分析验证了该方法的准确性。【结论】经验模态分解–小波包能量熵法避免了声发射信号模态堆叠的影响,并解决了木材细观损伤复杂且难以识别的问题,为杉木木材断裂的早期诊断方法提供了理论支撑。

上海大都市圈城镇化与生态环境耦合协调关系--基于2011-2020年面板数据的实证分析

【目的】研究都市圈城镇化与生态环境耦合协调的交互关系,旨在探索区域经济、社会与生态的高质量发展路径,为区域协同规划和可持续发展提供新视角。【方法】从“人口–社会–经济–空间”和“规模–压力–治理–效率”8个维度构建城镇化与生态环境评价指标体系,以上海大都市圈为研究对象,以其涵盖的9个城市及上海市16个区为基本研究单元,基于2011—2020年的面板数据,运用耦合协调度模型,从城市和上海市辖区两个层面,在时间和空间两个维度,定量揭示上海大都市圈城镇化与生态环境耦合协调发展的时空分异特征。【结果】(1)2011—2020年,上海大都市圈城镇化与生态环境耦合协调发展度呈现出从“基本协调”向“优化协调”演进的积极态势,但各地区发展水平和步调不均衡,在空间分布上呈现差异性。(2)城市层面,以上海中心城区、苏州–无锡–南通以及舟山3个片区为中心辐射同步发展,呈现多片区发展的空间格局。(3)上海市辖区层面,上海市中心城区耦合协调度水平整体优于上海市郊区,呈两极分化格局。【结论】2011—2020年,上海大都市圈城镇化与生态环境耦合协调度稳步上升,但各地区差异较大,且空间分布不均衡。面对城镇化发展与生态环境建设错位的问题,本研究提出基于系统耦合协调视角的差异化国土空间规划和区域协同发展策略,为都市圈的高质量健康发展提供参考。

长白山主要林分物种多度分布与性状分布的关系

【目的】探究长白山地区群落物种的多度分布格局及其驱动过程,以及多度分布与性状分布之间的关系,为当地森林经营与修复策略的制定提供理论依据。【方法】以长白山不同林分类型的3块5.2 hm2(次生山杨白桦林、次生针阔混交林、原始红松紫椴林)和1块5 hm2原始阔叶红松林固定监测样地为研究对象,通过采集样地内木本个体的6个关键功能性状(叶面积、比叶面积、叶片厚度、最大树高、叶片氮含量、叶片磷含量),分析样地的物种多度分布格局、功能性状分布格局以及二者之间的关系。【结果】不同林分类型中通过统计检验的模型种类各异,但所有最优模型均为统计模型。在性状分布格局中,最大树高、比叶面积和叶磷含量在4块样地均呈现正态分布。然而,功能性状分布格局转化得到的物种分布格局模型显示,尽管部分模型通过了统计检验,但与多度分布结果拟合度不高。【结论】在长白山地区,物种多样性的形成并非主要由随机过程驱动,而是受到竞争作用的显著影响,这决定了演替过程中群落物种组成的变化情况。虽然功能性状分布与物种多度分布之间存在一定的联系,但直接通过群落水平性状分布格局推断物种多度的方法尚不准确。

干旱矿区利用夏季和上年秋季土壤种子库恢复植被研究

【目的】针对西部干旱矿区实际情况,探究该地区表土资源中土壤种子库的可利用性以及制约因素,筛选出有效的利用模式,为矿区植被恢复提供理论依据和技术参考。【方法】对内蒙古自治区乌海市新星矿区周边低扰动区域的表土在上年度10月(秋季)和当年6月(夏季)进行剥离,采用覆土厚度、补种量和每日灌溉量3因素3水平的正交试验对不同季节表土中土壤种子库萌发效果影响进行研究,并结合生态和经济效益,评选出适宜干旱矿区植被恢复的技术组合。【结果】(1)10月土壤种子库萌发植物数量为(83.72±10.88)株/m^(2),物种共出现20种,6月土壤种子库萌发植物数量为(44.83±8.96)株/m^(2),物种共出现13种。秋季土壤种子库密度和物种丰富度均高于夏季土壤种子库。(2)灌溉对秋季土壤种子库萌发影响最重要,其次是覆土厚度,最后是补种。3种因素对夏季土壤种子库萌发影响程度基本相同。(3)覆土厚度因素对两组土壤种子库的植被覆盖度、群落高度物种丰富度的影响显著(P<0.05)。灌溉量对两组土壤种子库萌发植物数量、植被覆盖度和群落高度的影响显著(P<0.05)。补种因素未对两组任何相同指标产生显著影响。【结论】干旱矿区排土场植被恢复最优实施方案组合:利用秋季剥离的表土,覆土厚度2 cm,补种量50粒/m^(2),每日灌溉量2 L/m^(2)。该结论可为今后矿区植被恢复提供技术参考。

关于理想森林及其经营的遗传学思考

我国是当今全球森林资源增长最多的国家。如何在此基础上科学、生态、节俭地提高森林生态系统稳定性和林地生产力,充分发挥森林的多功能作用,是我国林业界今后相当长的时间内必须面对的问题。本文首先基于森林永续利用思想理论的回顾,提出遗传学层面的理想森林概念,即拥有与分布区自然地理相适应的树种组成及群体遗传结构,优势树种持续保持丰富的群体遗传多样性,以及自然稀疏和自然更新能力,且生长等目标性状相关基因的正向等位变异高度聚合,可在更短时间内形成与立地环境相匹配的生态适应性和最高生产力的森林。通过不同森林类型的遗传特点分析,进一步提出基于遗传学和生态学原理,充分利用自然选择和竞争等生物间及其与环境间的互作机制等自然力,并采取一定的人工辅助措施促进森林群体遗传进展和稳定性,培育生产力高的健康森林的理想森林经营概念。认为遗传基础窄化的商品林适合采取法正林类模式集约经营,而遗传基础宽泛的商品林则适合采取理想森林经营。并针对我国森林遗传品质劣化的问题,提出从良种抓起,铸牢森林遗传基础,推动森林遗传进展,重塑森林遗传品质的理想森林经营基本路径。建议在今后的森林质量提升工作中,应以理想森林为目标,建立森林经营国家机制,重构国家公益林和商品林比重,严格森林分类管理和分类经营,加强森林基础科学研究,按种子区划育种、制种和用种,通过专业化的理想森林经营,实现国家森林越采越多、越采越好。

气候变化对我国油松人工林适生区分布的影响

【目的】油松是我国北方地区重要的针叶树种,根系发达,具有较强的水土保持和水源涵养能力,发挥着重要的生态防护功能。研究油松的生态特征及分布边界,探索油松的最佳造林区,了解油松人工林适生区分布在气候变化下的变迁,为气候变化背景下合理规划油松的造林和经营方案提供支持。【方法】基于油松人工林在中国地区221条有效分布记录和22个环境因子变量,结合ArcGIS,运用MaxEnt模型模拟气候变化情景下油松人工林的潜在分布,确定制约油松人工林分布的关键环境因子和适宜区间,预测油松人工林适生区在未来不同气候情景下的地理分布及面积的变化。【结果】(1)MaxEnt模型的AUC值达到0.955,说明模拟的结果可靠。(2)当前油松人工林在我国的适生区面积为98.90×10^(4) km^(2),集中分布在秦岭以北的地区,包括太行山、黄土高原、燕山和辽西等山地。影响油松人工林分布的主要环境变量为最暖季度降水量、最干季度平均温度、最冷月最低温度和海拔。其中,最暖季度降水量是影响油松人工林分布的首要因子,适宜范围为223~389 mm。最干季度平均温度的范围为-5~5℃,最冷月最低温度的范围为-14.5~-3.5℃,适合油松生长的海拔高度在100~2 100 m之间。(3)从1931—2020年的变化趋势来看,油松适生区的南界基本没发生变化,一直是岷山—秦岭—大巴山一线,向西到达祁连山南端和贺兰山东南侧,并没有向西北扩张。而油松适生区的北界却一直向北延伸,纬度大概向北扩张3.5°,高适生区重心同样也向北迁移。因此油松适生区面积一直呈增加的趋势。(4)从未来气候变化情景来看,在2041—2060年和2061—2080年两个时期,油松的潜在适生区继续呈现向北迁移的趋势,高适生区面积呈现先增加再减少的趋势。【结论】气候变化会导致油松适生区向北扩张,同时在黄土高原和秦岭地区高适生区呈现破碎化,引种栽培油松时需谨慎。在燕山北部和辽宁西部的高适生区范围比较稳定,适合继续扩大种植。

森林生态系统服务多功能性:概念、指标和经营模拟模型

森林生态系统同时提供多种功能和服务的能力,被称为森林生态系统多功能性,可分为生态系统功能多功能性和生态系统服务多功能性。近年来,生态学领域对生物多样性与多功能性关系机理、多功能性驱动因子等进行了大量研究,这些研究持续成为热点。然而,这些研究成果在实际应用,尤其是在指导森林经营实践方面,尚显不足。森林经营一直以实现多种功能或服务的最大化为目标,但目前还缺乏与生态学中多功能性理论研究的有机联系,迫切需要将二者结合。本文对国际国内森林生态系统服务多功能性的概念、指标、评价方法、经营模拟和优化模型进行了综述,认为预测森林生态系统服务及多功能性、在森林经营单位层面实现多功能性最大化是将来的研究方向。因此,需要加强森林经营模型模拟研究,寻找减少不同服务间冲突、增加协同(即增加多功能性)的经营策略,回答森林经营和气候变化如何影响生态系统服务间的权衡和协调关系及其时空变化等理论和实际问题。

基于YOLOv7的红外相机野生动物图像筛选

【目的】野外环境通常植被繁茂、树木杂乱,且受环境、天气、光照等因素影响,红外相机易误触发拍摄,从而捕获大量废片,需要耗费大量人力进行筛选。为解决此类问题,本研究以YOLOv7模型为基础,对其进行轻量化改进,以实现对废片的自动筛选。【方法】本研究构建了北京密云雾灵山自然保护区2014—2015年期间采集到的2172张野生动物图像数据集,并对图像中出现的动物进行位置标记。对YOLOv7网络使用不同方式进行改进:引入MicroBlock替换YOLOv7的主干网络,使用轻量化SPPCSPC结构降低模型参数量。采用SIoU损失、LNDown下采样、BiFPN提升模型检测动物的能力。使用YOLOv5-m、YOLOv5-l、Ghost-YOLOv5-l、YOLOv6、YOLOX-M、YOLOR-CSP模型,在含有1万张图像的Snapshot Serengeti相机陷阱图像子数据集上进行训练和验证,对比本文模型对野生动物图像的筛选效果。利用迁移学习训练自建野生动物数据集,测试冻结不同层数的训练效果。【结果】基于YOLOv7的改进模型推理时间降低了14.3%,每秒浮点运算次数FLOPS降低了33.5%,参数量减少了17.8%,误检测方面也优于YOLOv7模型。与其他模型进行对比,改进后的YOLOv7虽未在所有指标中均达到最优,但在检测时间与精度上达到了更好的平衡。在自建数据集中使用未冻结权重方式微调效果最优,平均精度比未使用迁移学习模型提高了12.6%。【结论】本研究为密云地区野生动物监测网络提供了更快速、准确的筛选方案。

1951—2020年黄河上中游径流变化特征及归因分析

【目的】河川径流是地表重要的水资源,对其变化特征和原因进行解析,是流域水资源科学管理规划的前提。【方法】本文采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验、Budyko弹性系数法等方法分析了黄河上游和中游近70年(1951—2020年)径流变化的趋势和成因。【结果】(1)1951—2020年黄河上游年降水量呈不显著增加趋势(4.04 mm/(10 a),P> 0.05),中游呈不显著减少趋势(4.90 mm/(10 a),P> 0.05);上游、中游年潜在蒸散发均呈不显著增加趋势(1.77、2.23 mm/(10 a),P> 0.05);(2)黄河上游和中游1980—2020年土地利用/覆盖变化明显,主要表现在林草面积的增加,上游、中游年NDVI分别以0.025/(10 a)、0.042/(10 a)的速率显著增加(P <0.01);(3)1951—2020年,上游和中游年径流量分别以3.46、7.46 mm/(10 a)的速率显著减少(P <0.01),并分别在1986年、1990年发生突变;(4)上游和中游径流对降水变化最为敏感,其次是土地利用/覆盖变化、潜在蒸散发变化,且径流对各影响因子的敏感性逐年增强,即气候和土地利用/覆盖的变化将更容易引起径流的变化;(5)土地利用/覆盖变化是导致黄河上游和中游径流减少的主要原因,其次是降水和潜在蒸散,但各影响因子对径流变化的影响性质和程度在上游和中游不同区间存在一定的差异。其中,上游地区降水、潜在蒸散发、土地利用/覆盖变化对径流的影响性质和程度分别为-14.04%、1.30%、112.73%;中游地区分别为21.54%、3.63%、74.83%。【结论】1951—2020年黄河上游和中游径流变化是气候变化和土地利用/覆盖变化共同作用的结果,但主要影响因素为人类活动主导的土地利用/覆盖变化,且各因子对径流的影响在不同区间存在一定的差异。本研究结果可为黄河上游和中游不同区间的水资源管理和综合治理提供理论支持。

基于混合效应和分位数回归的温带针阔混交林树高与胸径关系研究

【目的】基于非线性回归和广义模型构建不同分位数回归和混合效应的树高预测方程,并对比分析非线性模型、不同分位点(τ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9)模型、广义模型及非线性混合效应模型的拟合效果和预测精度,为研究林分生长和收获提供理论依据。【方法】本研究以吉林蛟河地区针阔混交林的主要树种(红松、色木槭、紫椴和水曲柳)为研究对象,基于21.12 hm2样地数据,首先在11个广泛使用的树高方程基础模型中选定基础模型;其次探究林分变量对树高的影响并构建含林分变量的广义模型;最后在基础模型和广义模型的基础上,构建分位数模型,同时考虑样方效应对树高的影响,构建混合效应模型。【结果】(1)各树种均以Richards模型拟合精度更高,且具有生物学意义,选定为基础模型;考虑林分变量与树高的相关性以及模型收敛性,加入优势木高建立的广义模型能显著提高拟合效果。(2)各树种均为中位数τ=0.5时模型拟合效果最佳,且与非线性回归预测精度相近,红松、色木槭、紫椴和水曲柳最高R^(2)值分别为0.811、0.809、0.724和0.617,广义中位数回归预测能力得到进一步提高,R^(2)值分别为0.891、0.874、0.858和0.627。(3)混合效应模型相对其他模型能显著提高预测精度,其中基础混合模型略优于广义混合模型,4个树种R^(2)值达到0.937、0.919、0.906和0.643,表明包含样方效应的混合模型能得到更准确更稳定的预测结果。【结论】与传统方法建立的基础模型和广义模型以及两者的中位数回归模型相较,基于非线性混合效应构建的树高-胸径模型预测精度更高,其中基于基础混合效应构建的吉林蛟河地区混交林树高-胸径模型更具优越性和稳定性。

功能性状和立地条件与树木根系NO_(3)^(-)吸收能力的关系

【目的】养分是干旱瘠薄立地中树木生长的重要限制因素,树木对干旱瘠薄立地中养分的吸收利用方式决定其生态适应对策。本研究通过野外原位测定,探究根系氮吸收动力学及其与根系形态性状间的耦合关系,为揭示林木根系在干旱瘠薄环境中的生理功能奠定基础。【方法】以北京市百望山森林公园内的山桃、栓皮栎和元宝枫为对象,采用以硝态氮(NO_(3)^(-))为唯一氮源的改良型梯度霍格兰营养液,在一般程度的干旱瘠薄立地和极端程度的干旱瘠薄立地中分别开展野外原位测定根系NO_(3)^(-)吸收动力学研究,并通过Pearson相关性分析和通径分析研究根系NO_(3)^(-)吸收速率与根系功能性状间的关系。【结果】树种、立地条件和两者的交互效应对NO_(3)^(-)吸收速率和动力学参数均有显著或极显著的影响。3个树种对氮的亲和性均较高,元宝枫根系对NO_(3)^(-)的吸收速率偏低,在2种立地条件中均显著低于山桃和栓皮栎。生长在更加干旱瘠薄立地中的速生树种对NO_(3)^(-)的吸收具有补偿性。根系功能性状与NO_(3)^(-)的吸收速率有很好的耦合关系,比根长和比根表面积对根系NO_(3)^(-)吸收速率有显著正效应,根直径和根组织密度则相反。分支结构性状中,分支强度和链接数对根系NO_(3)^(-)吸收速率的作用较弱。【结论】生长速度较快的山桃和栓皮栎根系的NO_(3)^(-)吸收速率在极端干旱瘠薄立地胁迫下显著降低,元宝枫则相反。采取提高最大吸收速率和降低氮亲和力的“速度策略”可保障速生树种根系对NO_(3)^(-)的补偿性吸收。高比根长、高比根表面积、低根直径和低根组织密度的形态性状组合,可有效提高根系在干旱瘠薄立地中对NO_(3)^(-)的吸收速率。

珙桐叶绿体基因组同义密码子使用偏好性分析

【目的】珙桐是蓝果树科珙桐属唯一现存的第三纪孑遗植物,是我国一级保护的特有濒危树种。分析其叶绿体基因组同义密码子使用偏好性及其主要影响因素,旨在为珙桐分子水平上的深入研究、物种保护和种质创新提供参考。【方法】从NCBI在线数据库下载完整的珙桐叶绿体基因组序列,并进行蛋白编码序列筛选,再利用CodonW软件计算各基因的有效密码子数(ENC)、密码子适应指数(CAI)、同义密码子相对使用度(RSCU)和密码子中A、T、C、G这4种碱基的含量,最后利用R软件计算各参数间的相关性并绘图。【结果】(1)从珙桐叶绿体基因组中共筛选出59条蛋白编码序列,总的鸟嘌呤和胞嘧啶碱基(GC)平均含量和密码子第3位碱基的GC平均含量分别为38.05%和30.63%,CAI平均值为0.18,ENC平均值为48.52,表明珙桐叶绿体基因组基因表达水平较低,且密码子使用偏好性较弱。(2)ENC-plot、PR2-plot、中性绘图和对应性分析表明,影响珙桐叶绿体基因组同义密码子使用偏好性的最主要因素为选择压力。(3)共筛选出12个最优密码子。【结论】珙桐叶绿体基因组同义密码子使用偏好性较弱,除了主要受选择压力影响外,还受到突变压力、碱基组成和基因表达水平等因素的影响;同时筛选出12个最优密码子,可用于未来珙桐的遗传改良和种质创新研究之中。