基于系统动力学的帽儿山实验林场可持续发展水平预测

建立可持续发展评价体系是研究可持续发展水平的重要手段,然而多数相关研究仅对研究区域现状进行分析,对区域未来的可持续发展趋势进行仿真预测的研究相对较少。为此,以帽儿山实验林场2004年和2016年的2期森林资源二类调查数据为基础,结合前人经验从经济、环境和社会等方面选择23项指标建立经营单位尺度可持续发展评价指标体系;通过熵权法和层次分析法(AHP)确定指标权重,采用指数加权法计算得到评价结果;并借助系统动力学方法,采用Vensim PLE软件绘制系统动力学流程图,寻找变量间的关系,构建系统动力学模型,对未来至2035年5种不同发展路径下林场的可持续发展水平进行预测。结果表明,2004年可持续发展水平为0.597,2016年为0.833,表明帽儿山实验林场已经由弱可持续阶段提升到了初级可持续阶段,呈现出了良好的发展趋势;在模拟的5种发展路径中,综合发展型可使林场的可持续发展水平于2035年达到0.924,相比于保持现状型路径(模拟水平0.899)及其他发展路径,其为更优的发展路径。

森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响

径流情势和流域退水是反映水文过程至关重要的指标,除气候因素外,主要受到下垫面和流域水文地质特征的影响。利用准配对流域法,对比大兴安岭地区森林结构不同的2个小流域(老爷岭流域、圣诞村流域),排除气候和地形地貌的干扰,探究森林结构变化对流域径流情势及退水过程的影响。结果表明:老爷岭流域的全年洪峰历时比圣诞村流域延长5 h、平均洪峰滞时推迟2 h,洪峰径流量、变异系数均无显著差异。随着森林平均蓄积量、树种组成、郁闭度等森林结构指标的提高,老爷岭流域(森林结构综合指数较高)较圣诞村流域(森林结构综合指数低)的枯水径流时间低4 h,平均枯水径流深提高0.65 mm(是圣诞村流域3倍),平均枯水径流变异系数低33%,且流域间差异均达到了极显著水平(P<0.01)。通过退水分析,结果表明:老爷岭流域和圣诞村流域退水系数(k)的均值分别为16.9、8.5 d,退水常数(α)均值分别为0.909 4、0.862 6,老爷岭流域的平均退水时间比圣诞村流域延缓了8.4 d。该地区流域水文特征受森林植被变化的影响明显,森林结构复杂、森林质量高的老爷岭流域枯水径流量高并且稳定,退水过程更慢,水源涵养功能更好。

穆棱东北红豆杉林空间结构特征与更新计数模型

为了解东北红豆杉(Taxus cuspidata)种群空间结构、分布格局及更新幼苗情况,以穆棱东北红豆杉国家级自然保护区东北红豆杉群落为研究对象,建立300 m×400 m标准地,开展树种记录、生长调查及空间定位,计算角尺度、大小比数、混交度等空间结构参数,分析东北红豆杉种群空间结构、分布格局和种间关系,分别建立并比较东北红豆杉更新苗木的泊松、负二项、零膨胀泊松和Hurdle泊松4种计数模型。结果表明(:1)东北红豆杉种群空间结构单元以随机分布、高混交度、高大小比数为主,相对频率为0.619 6(;2)东北红豆杉种群在0~100 m尺度呈现聚集分布(;3)东北红豆杉种群在0~150 m尺度均表现为正相关,幼苗与母树在不同尺度下表现出不同相关性,与其他优势种群相关性不高(;4)东北红豆杉幼苗在0~25 m尺度聚集分布,最优更新计数模型为负二项模型。

应用全极化合成孔径雷达数据构建多变量估算森林地上生物量模型

以河北塞罕坝机械林场为研究对象,Alos-2全极化SAR数据以及实测样地数据为基础,采用多种方法进行目标分解,计算多极化通道的后向散射系数,通过皮尔逊相关性检验,筛选显著相关的参数,构建线性及非线性偏最小二乘(PLS)生物量估算模型,并对模型进行检验。结果表明:线性PLS模型均方根误差为21.75 t·hm^(-2),决定系数(R^(2))为0.6185,平均相对偏差绝对值为31.1%,平均偏差为-1.844 t·hm^(-2);非线性PLS模型均方根误差为18.218 t·hm^(-2),决定系数(R^(2))为0.6969,平均相对偏差绝对值为23.86%,平均偏差为0.0001 t·hm^(-2)。对模型贡献最大的参数为非负特征值分解的奇次散射参数、VH极化后向散射系数、HV极化后向散射系数、特征向量分解参数l1和主要散射机制平均参数。非线性方法在模型拟合和预测中都表现出更好的效果,全极化SAR目标分解参数以及交叉极化下的后向散射系数,在估算森林地上生物量时没有饱和点出现。

依据不同空间约束的人工林森林经营规划模拟

以孟家岗林场人工落叶松林和人工樟子松林为研究对象,基于2016年森林资源二类调查数据,建立4种不同约束条件的森林规划模型,分析不同空间约束对规划结果的影响。4种规划模型均以规划期内木材产量最大化为经营目标,均含有最小收获年龄、蓄积均衡收获、各分期蓄积收获限额、采伐次数及[0-1]型决策变量等约束,其中非空间模型仅包含以上非空间约束,其他3种空间模型除上述约束外,邻接模型不允许相邻小班在同一规划分期内同时采伐,T_(m)=1模型不允许相邻小班在相邻的一个分期内被采伐,T_(m)=2模型不允许相邻小班在相邻的两个规划分期内被采伐。基于Lingo11.0软件求解的结果分析可知,与非空间模型相比,3种空间规划模型的目标函数值分别较非空间模型减少了约0.53%、4.39%和18.12%,经T检验可得,非空间模型、邻接模型及T_(m)=1模型之间无明显差异,T_(m)=2模型与其余3种规划模型之间均差异显著,4种约束条件下规划期末龄级面积分配均有所改善,其中T_(m)=1模型龄级调整效果最好。在森林规划过程中加入空间信息,虽然会降低木材产量,但经营措施的时空分布更加合理化。空间约束中考虑不同的绿量期会对规划结果有不同程度的影响,因此,森林决策者应当根据实际情况和经营需求做出相应的抉择。

基于随机森林的帽儿山珍贵硬阔叶树种适宜性分布

通过调查和查阅资料收集帽儿山地区水曲柳、黄菠萝、胡桃楸3大珍贵硬阔叶树种的地理分布数据,利用GIS技术和随机森林模型,结合目标树种小班的地形和土壤数据,开展帽儿山地区3大珍贵硬阔叶树种适宜性分布研究。结果显示,10组数据集的随机森林模型准确率均在70%以上,当Ntree(森林中决策树的数量)=500时随机森林模型的平均准确率为75.2%,当Ntree=1000时随机森林模型的平均准确率为75.4%,并且10组数据集的最佳临界值(AUC)均在0.7以上,其平均AUC为0.746。在10组数据集中,海拔的平均降低精度和平均降低基尼系数最大,坡位的平均降低精度最小,地貌的平均降低基尼系数最小,目标树种在海拔200~300 m范围内生长适宜性最高,在海拔高于300 m之后随着海拔的升高,目标树种生长的适宜性越低;在坡度为0°~10°与30°~35°2个范围内生长适宜性最高,随着坡位由上到下的变化,目标树种生长适宜性越来越高;在西南、南、北这3个方位的生长适宜性最高;在平原地区的生长适宜性最高;在A层(淋溶层)厚度大于15 cm之后目标树种的生长适宜性越来越高;当AB(淋溶层和淀积层)层厚度在10~25 cm范围内最适宜目标树种的生长。研究结果证明,影响帽儿山地区3大珍贵硬阔叶树种适宜性分布的环境因子重要性排序,按照由高到低依次为海拔、AB层厚度、坡度、坡向、A层厚度、地貌和坡位。其主要适宜分布在帽儿山地区的南部和西北部区域,海拔200~300 m范围内,坡度平缓,土层厚度在15~25 cm,坡向为南北方向,地貌为平原,坡位为下坡位的地区。

基于BEPS模型的塞罕坝植被净初级生产力时空变化分析研究

叶面积指数(leaf area index,LAI)是北部生态系统生产力模拟模型(boreal ecosystem productivity simulator,BEPS)的关键驱动数据,获取高精度LAI对区域森林生态系统碳循环十分重要,然而当前大多研究采用的MODIS LAI产品缺乏可信度。为此,基于LAI动态模型、PROSAIL辐射传输模型和层状贝叶斯网络(Hierarchical Bayesian Network,HBN)构建数据同化系统,获得空间分辨率为20 m的LAI数据,驱动BEPS模型,模拟塞罕坝机械林场2011—2021年的植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP),并对NPP时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明,基于贝叶斯同化方法获得的高分辨率LAI数据极大提高了MODIS LAI产品的精度;基于同化后的LAI数据驱动BEPS模型获取模拟森林NPP,与样地实测数据计算NPP间相关性较高(R^(2)=0.77);2011—2021年塞罕坝机械林场植被NPP平均值为307.4 g/(m^(2)·a),森林NPP呈现平稳增长趋势;不同植被类型模拟NPP存在较大差异,针叶林、落叶林及混交林模拟NPP分别为484.9、402.4、287.9 g/(m^(2)·a);植被NPP与温度因子相关性较高,偏相关系数为0.2~0.8,而植被NPP与降水量的相关性总体而言相对较低,其偏相关系数为-0.3~0.4,在该地区降水量对植被NPP的影响较低,温度为该地区NPP变化的主导因子。研究结果可获取高空间分辨率的LAI数据,为森林生态系统碳循环的精准时空模拟提供依据。

光照强度对不同苗龄水曲柳裸根苗和容器苗生长的影响

分析不同苗龄水曲柳裸根苗和容器苗在不同光照强度下的适应能力,可为水曲柳苗木精准造林提供科学依据。以水曲柳1年生裸根苗、1年生容器苗、2年生裸根苗和2年生容器苗为试验材料,观察大田遮阴设置的100%、75%、50%和25%光照强度下水曲柳各类型苗木生长情况。结果显示,容器苗的苗高增长量和地径增长量分别比裸根苗显著高出58.74%、60.27%,4种苗木的地径增长量和根生物量积累量均在25%光照强度下为最低。在50%光照强度下,1年生容器苗的苗高增长量、地径增长量、叶面积和细根数量分别比1年生裸根苗高出39.51%、28.80%、35.27%、28.73%,2年生容器苗的苗高增长量、地径增长量、叶面积和细根数量分别比2年生裸根苗高出96.03%、94.06%、28.45%、40.69%,1年生裸根苗的苗高增长量和地径增长量分别比2年生裸根苗高出59.56%、85.57%。研究表明,4种水曲柳苗木在25%光照条件下生长均较差,1年生裸根苗比2年生裸根苗在弱光(50%)条件下生长更优,容器苗比裸根苗具有更强的弱光(50%)适应性。

不同生境水曲柳种子的形态结构及抗旱性分析

为选育水曲柳耐干旱品种提供理论依据,选取不同生境水曲柳(Fraxinus mandshurica)种子为试验材料,对比分析不同生境下水曲柳种子的形态结构特征和吸水特性,采用不同质量浓度的聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)溶液对水曲柳种子进行干旱胁迫,比较分析不同生境水曲柳种子在干旱环境下的萌发表现。研究结果显示,1)半干旱生境水曲柳的种子和种翅大小、千粒质量及种皮厚度等形态结构均显著大于适生生境种子;2)半干旱生境种子萌发时的吸水率显著低于适生生境种子7.75%;3)当PEG溶液质量浓度为10%时,半干旱生境水曲柳种子的发芽率、发芽指数、活力指数以及胚根长度开始显著高于适生生境种子。对发芽率进行线性回归,半干旱生境水曲柳种子的耐旱极限质量浓度是适生生境种子的1.23倍,具有更强的耐旱能力;4)干旱胁迫下,两生境水曲柳种子的过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均表现出先上升后下降的趋势,且半干旱生境种子的酶活性始终高于适生生境。此研究结果表明在干旱环境造林选种时,可优先选用半干旱生境水曲柳种子作为造林种源,以提高种子萌发率和苗木成活率,为水曲柳资源扩大提供保障。

运用机载激光雷达数据估算不同森林类型叶面积指数

叶面积指数(LAI)作为一个关键的冠层结构特征,是各种生态和生物化学模型的重要输入变量,控制着植被的生物物理过程(如光合、呼吸、蒸腾、碳循环和降水截获等),因此,准确、快速和客观地获取叶面积指数至关重要。机载激光雷达(ALS)可以直接获取森林垂直和水平结构参数,被广泛应用于估算树高、生物量和叶面积指数等森林结构参数。本文运用机载激光雷达回波数计算的3种激光穿透指数(LPI)和距离与入射角校正的回波强度计算的激光穿透指数估算了森林叶面积指数。结果表明:运用机载激光雷达回波数计算的3种激光穿透指数可以有效地估算森林叶面积指数,且估算精度差异不大。通过距离校正后的回波强度明显提高了叶面积指数的估算精度;利用激光穿透指数估算不同森林类型叶面积指数,估算精度阔叶林最高(R^2为0.841~0.887),针阔混交林次之(R^2为0.819~0.872),针叶林最低(R^2为0.806~0.829)。因此,可用ALS数据估算不同森林类型叶面积指数,为生态环境保护提供可靠的基础数据。

基于地理加权回归模型的凉水自然保护区红松空间分布分析

依据凉水国家级自然保护区的671块随机样地的标准地调查数据及landsat9遥感影像,分别建立以最小二乘为基础的泊松回归(Poisson)模型、逻辑斯蒂回归(Logistic)模型和高斯回归(Gaussian)模型3种全局模型,以及以地理加权回归模型(GWR)为基础的地理加权泊松(GWPR)模型、地理加权逻辑斯蒂(GWLR)模型和地理加权高斯(GWGR)模型3种局部模型来预测凉水国家级自然保护区的天然红松分布情况。结果显示,对该地区天然红松分布影响最为显著的因子为坡度和海拔;通过对比全局模型和GWR模型的残差空间相关性发现,GWR模型能够产生更为理想的模型残差,模型残差的空间相关性明显小于全局模型,因此,可以使用GWR模型来解决样地间存在的空间异质性问题,有利于提高红松分布的预测精度;全局模型和GWR模型均有不错的拟合效果,但GWR模型的各个评价指标要优于全局模型,拟合结果更好;天然红松在凉水国家级自然保护区的北部分布最多,在中间条状带区域分布最少。研究结果可为大区域森林经营中的天然红松分布估测提供理论依据。

不同年龄兴安落叶松单木径向生长对气候变化的响应

量化不同年龄兴安落叶松径向生长与气候因子之间的关系,为兴安落叶松天然林的适应性经营和管理提供决策依据。为此,以黑龙江省大兴安岭地区塔河林业局盘古林场2022年收集的159株兴安落叶松(Larix gmelinii)天然林单木样芯数据为基础,以树木年龄为标准,采用系统聚类方法将样木划分为幼龄组、中龄组和老龄组;运用树木年轮学方法建立标准年表,进而比较和分析不同年龄树木径向生长与气候因子的关系,并采用多元逐步回归法构建对气候敏感的单木径向生长预测模型。结果表明,1)4组(整体组、老龄组、中龄组、幼龄期)兴安落叶松树轮宽度年表的总体样本解释量(EPS)、平均敏感度(MS)和信噪比(SNR)均较高,表明所建立的兴安落叶松标准年表保留了较丰富的气候信息;2)兴安落叶松径向生长主要限制因子为当年8月份温度、前一年8—10月份温度以及当年2、7月份和前一年7、12月份降水量;3)不同年龄兴安落叶松对气候因子的响应存在显著差异,其中,老龄组树木的径向生长不仅受当年夏季温度的制约,还受前一年夏季温度和降水的影响,呈现出显著的滞后效应,而幼龄组和中龄组兴安落叶松则受环境因素的影响相对较小。

应用特征选择和机器学习方法建立兴安落叶松单木树龄预测模型

林木树龄是制约天然林生长、更新和演替的重要因素,但天然林中单木树龄分异明显且实测困难。为了探讨不同特征选择方法和机器学习算法的组合对单木树龄模型预测精度的影响,以大兴安岭地区兴安落叶松天然林为研究对象,以44块固定样地的280株单木树龄实测数据为基础,采用皮尔森(Pearson)相关系数(PEA)和距离相关系数(DCC)特征选择方法,对单木、林分、竞争、地形和气候因素的38个因子进行筛选,并采用随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)和k-近邻(k-NN)算法建立兴安落叶松天然林单木树龄预测模型,分析制约单木树龄预测模型精度的关键因素。结果表明:(1)当决策树为1500、节点数量为4时,DCC-RF模型预测精度最高(确定系数(R^(2))为0.5550,均方根误差(R_(MSE))为10.1669 a,平均绝对误差(M_(AE))为8.4039 a);(2)相较于DCC-SVR和PEA-k-NN模型,DCC-RF模型的R^(2)分别提高了0.0030和0.1521,均方根误差分别降低了0.2568和2.0742 a,平均绝对误差分别降低了0.0148和1.3750 a;(3)影响树龄预测最重要的指标是胸径(重要值为43.85%),其次为树高(重要值为19.14%)和生长积温(重要值为13.41%)等。表明应用距离相关系数和随机森林算法,构建兴安落叶松天然林的单木树龄预测模型具有较好的适应性。

地表细小可燃物含水率野外自动记录监测系统设计与试验

为获得野外地表细小可燃物含水率数据开展林火预测预报工作,设计一套可在野外长期、自动获取地表细小可燃物含水率的监测系统。含水率监测系统中太阳能供电装置负责电力输出,利用单片机控制带动称重传感器,进行可燃物质量数据获取,北斗模块将数据传输至计算机终端,或者通过蓝牙传送数据至手机终端,通过终端内置含水率算法即可获取可燃物含水率数据。该含水率监测系统经历极端环境测试、长期监测测试和跨区域验证测试,在长期监测中表现良好,决定系数R^(2)为0.98,跨区域验证中平均绝对误差最大值为10.8%。经与人工测量含水率对照,该含水率监测系统在野外含水率获取方面具有节约人力和降低误差等优势,可有效提高森林火险预报的精确度。

纤维素高效降解菌对森林地表可燃物的野外降解

采用纤维素高效降解真菌Peniophoraintranata和Sarocladiumstrictum分别制备单一菌剂(菌剂A、B)以及二者混合菌剂(菌剂C),分3种剂量对胡桃楸、兴安落叶松及胡桃楸×兴安落叶松混交3种不同地表可燃物基质进行喷洒,每月取样,测定基质失质量以及综纤维素降解动态,并分析施加不同菌剂和不同剂量对可燃物基质综纤维素降解率的影响。结果表明:①施加菌剂的3种基质综纤维素降解效果均优于对照组,对于施加同种剂型的可燃物,不同剂量使可燃物基质综纤维素降解率由高到低排序为高浓度、中浓度、低浓度、对照;②3种可燃物基质综纤维素呈现出相同的降解规律,降解率由高到低表现为菌剂C、菌剂B、菌剂A、对照,即混合菌剂降解效果优于单一菌剂;③胡桃楸、兴安落叶松、混交基质综纤维素降解率与其减少质量均呈正相关,且相关关系达到显著水平(α=0.01),一元线性回归拟合优度分别为86.96%、95.75%、90.97%。综合以上结果可以得出,混合菌剂降解可燃物综纤维素的能力更强,且可燃物综纤维素降解率与可燃物载量密切相关,野外喷洒该菌剂能够有效降低森林地表可燃物载量,从而达到降低森林火险、预防森林火灾发生的目的。

大兴安岭多年冻土区森林小流域基流分割

为了解大兴安岭多年冻土区森林小流域基流特征及其与降水和土壤水分的关系,利用电导率质量平衡法(CBM)进行基流分割,利用双累积曲线法(DCM)分析降水对径流组分的影响,利用交叉相关分析法(CAM)研究土壤含水量和径流组分之间的因果和时间延滞关系。结果表明:研究期流域基流流量为123.93 mm、地表径流量为65.43 mm,总径流量为189.36 mm。基流是河川径流主要补给来源,对年径流量的贡献高达65%。径流组分存在显著的季节性变化特征,其中5月份融雪径流期基流指数最低,为23%,基流随着降雨历时的增加对总径流量的贡献逐渐减少,同时,基流和土壤含水量没有显著相关关系;在生长季(7—9月份),基流指数均大于50%,其中8月份最高,达91%,基流随降雨历时的增加对总径流量的贡献逐渐增加,基流与土壤含水量存在显著相关关系(P<0.05)和延滞效应,说明流域森林土壤有良好的水分入渗、储存和排泄的水文功能。这些研究结果表明,大兴安岭多年冻土区森林小流域径流以基流为主要来源,森林土壤具有良好的水源涵养功能,起到了消洪补枯的作用。

干涉水云模型对不同极化方式哨兵数据估测森林生物量的精度比较

以帽儿山林场为研究区,运用C波段的哨兵1号双极化数据,通过水云模型和干涉水云模型(IWCM)联立,利用遗传算法确定初值和非线性最小二乘法解算参数,分别对VV、VH极化方式建立后向散射、相干性和森林生物量的关系模型估测森林生物量,并对帽儿山43块样地的后向散射系数和相干系数与森林生物量进行分析。结果表明:相干性比后向散射对于森林生物量更加敏感,尤其对于穿透性较弱的C波段,不存在饱和现象,利用干涉相干性估测生物量更加合适。VV极化方式估测森林生物量精度的R2=0.705、RMSE=29 t·hm-2,VH极化方式估测森林生物量的精度的R2=0.534、RMSE=40.48 t·hm-2,VV极化方式精度较高,更适合森林生物量估测。因此,运用哨兵1号数据和干涉水云模型,可以很好的估测森林生物量。

氮磷钾肥对水曲柳雌雄株叶片光合生理及化学计量特征的影响

明确水曲柳雌株和雄株吸收养分的偏好,有助于开展雌株和雄株精准施肥,提高施肥效率,促进开花结实。以水曲柳成熟人工林雌株和雄株为研究对象,进行氮磷钾三因素三水平完全试验,氮肥设3个水平(0.15、0.30、0.45 g/L),磷肥设3个水平(0.3、0.6、0.9 g/L),钾肥设3个水平(0.2、0.4、0.6 g/L),共27个处理。于施肥后第2个月测定叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO_(2)浓度、蒸腾速率、相对叶绿素含量、叶面积及叶片养分含量等指标,探讨各变量之间的相关系数。结果表明,氮磷钾配比施肥可不同程度地促进水曲柳雌雄株叶片功能性状的提升,除胞间CO_(2)浓度、叶面积和叶片磷含量外,其余各指标的最大值均出现在N_(3)P_(2)K_(2)(雌株)与N_(2)P_(3)K_(3)(雄株)处理中,且显著高于对照(P<0.05);水曲柳雌雄株在同种施肥处理下,所测定的各指标中均表现出显著性别差异;水曲柳雌雄株叶片的N/P(氮磷化学计量比)范围分别在8.62~14.08与7.91~12.80,N/K(氮钾化学计量比)的范围分别在2.33~4.32与2.47~4.22,K/P(钾磷化学计量比)范围分别在2.67~4.36与2.75~3.91;叶片氮磷钾质量分数与胞间CO_(2)浓度呈极显著负相关(P<0.05),与其他各生理指标均呈极显著正相关(P<0.01)。由此得到,水曲柳雌株在N_(3)P_(2)K_(2)、雄株在N_(2)P_(3)K_(3)处理下,对其叶片功能性状的影响效果最佳,影响水曲柳叶片功能的主要限制元素是N,在林地管理中可适当增施氮肥。

不同火烧强度对兴安落叶松根系分解和土壤有机碳的影响

细根分解作为陆地化学循环的关键环节,也是土壤养分的重要来源。为了解火干扰对细根分解的影响,以内蒙古大兴安岭毕拉河自然保护区兴安落叶松林为研究对象,利用分解袋法分析火烧后土壤理化性质、根系质量残留率和营养元素变化情况,以及驱动根系分解的关键因子。结果表明:①火烧后细根分解速率显著加快。轻度与重度火烧后,极细根(d<0.5 mm)细根质量残留率分别减少了10.15%和8.14%;中等细根(0.5 mm≤d<2.0 mm)在重度火烧处理下,细根质量残留率减少了4.78%;粗根(d≥2.0 mm)在重度火烧处理下,根系质量残留率显著增加了5.29%。②短期内,火烧降低了土壤有机碳质量分数,土壤化学计量特性是影响细根分解的主要因子,而细根碳质量分数始终是影响火烧前后细根分解的关键因子,其对分解的贡献率均在20%以上,轻度火烧条件下极细根碳在分解中的贡献率达到23.72%。③火烧对兴安落叶松(Larix gmelinii)根系分解和土壤有机碳具有积极影响,且根系分解对土壤有机碳库具有显著作用,其总效应达到0.3。因此,火烧通过影响土壤化学性质加快了兴安落叶松细根分解速率,并且轻度火烧对根系分解产生的影响较大。

Pk-αts高表达提高红松对松材线虫耐病性

松材线虫的北扩已经在东北局域引发毁灭性灾害,对东北林区顶级生态群落的重要组成树种红松构成重大威胁。对丰富红松与松材线虫互作分子机理的研究,为耐病红松选育奠定理论基础。人工接种鉴定20个家系红松对松材线虫的耐病性差异,并将不同家系红松分为耐病、感病和高感3类。提取耐病和高感红松核糖核酸(RNA)进行转录组测序,筛选并克隆红松耐病相关的α-松油醇合酶基因Pk-αts。RT-qPCR随机检测4个耐病、2个感病和4个高感红松Pk-αts表达量,计算此10个家系红松相对耐病指数,分析Pk-αts表达量与红松相对耐病指数的相关性。结果表明,接种松材线虫20 d后耐病红松仅数根针叶褪绿,平均相对耐病指数为0.88,而高感红松表现出局部松针变红,平均相对耐病指数为0.09。转录组鉴定到在耐病红松差异上调表达且在高感红松无变化或下调表达的基因1770个,其中Pk-αts在耐病红松的相对表达量为2.83,极显著,但在高感红松中相对表达量为-1.27。基因克隆得到Pk-αts长度为1230 bp。该基因编码蛋白质由409个氨基酸构成,等电点为5.55,相对分子质量为47.60 ku,经比对后与α-松油醇合酶基因同源性最高,且含有植物单萜烯合成酶DDxxD、RRx 8 W保守基序及Terpene_synth等结构域,符合单萜烯合成酶结构特征。RT-qPCR检测耐病红松的Pk-αts基因表达上调(平均表达量为1.39),感病和高感红松Pk-αts基因不变或下调表达,表明在侵染早期,Pk-αts基因的上调表达与红松耐病时空同步。Pk-αts表达量与红松相对耐病指数显著正相关(皮尔逊系数为0.911,P<0.01),表明Pk-αts基因的上调表达提高了红松耐病性。综上所述,不同家系红松对松材线虫耐病性不同,部分红松具有一定耐病性,Pk-αts基因上调表达减轻了发病症状,有助于提高红松对松材线虫的耐病性。以Pk-αts基因作为检测靶标可用于红松耐病性鉴定,有助于耐病红松选育。