热浪胁迫对松墨天牛繁殖特性的影响

【目的】松墨天牛Monochamus alternatus是我国南方松林重要蛀干害虫,也是松材线虫Bursaphelenchus xylophilus病的主要媒介昆虫。探究热浪(heat wave)事件对松墨天牛繁殖特性的影响,可为全球气候变暖背景下其种群动态和松材线虫病流行规律的预测预报提供理论依据。【方法】对松墨天牛16日龄成虫进行模拟热浪处理(40℃持续72 h),随后将其置于室温(25℃)交配产卵,每周为1个观测周期,统计成虫的单雌日均产卵量、卵长、卵历期和孵化率等生殖参数及子代幼虫体重的变化规律。【结果】热浪处理组单雌日均产卵量与对照组无显著差异。热浪处理组卵长在第1个观测周期内比对照组短0.09 mm,第2个观测周期以后反超并一直长于对照组。热浪处理组卵历期在第1个观测周期内比对照组长1.16 d,第2个观测周期内即与对照组相同,并在此后短于对照组。热浪处理组卵孵化率由91.83%下降至63.04%,直至第4个观测周期才恢复至与对照组水平。从子代幼虫体重来看,无论初孵幼虫体重如何变化,饲养28 d后热浪处理组与对照组子代幼虫体重均会达到同一水平。【结论】实验室内模拟单次热浪事件短期会对松墨天牛的生殖参数产生负面影响,但随着热浪胁迫解除松墨天牛成虫的繁殖能力能在较短时间内恢复,通常在7 d后即可恢复至正常水平,甚至得到一定的促进,对热浪胁迫表现出“毒物兴奋”响应。推测在气候变暖条件下,松墨天牛仍能在原分布区保持较高的种群密度。

南方红壤丘陵区侵蚀沟道内土壤团聚体及有机碳特征

为了更好地揭示特殊地形下水蚀过程对土壤结构和有机碳含量分配的影响,选取典型南方红壤丘陵区—青原山小流域为研究区,采用核素137Cs示踪技术研究小流域侵蚀沟道内水土流失现状,分析了沟道侵蚀对土壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响。结果表明:侵蚀沟道的坡顶处137Cs含量最高,且高于背景值,属于沉积区,而坡上、坡脚属于中度侵蚀,坡中属于轻度侵蚀;侵蚀沟道顺坡而下侵蚀过程依次表现为绝对沉积、绝对侵蚀、相对沉积和绝对侵蚀,其中植被和地形因子是主导因素;沉积区相比于侵蚀区平均质量直径(Mean Weight Diameter,MWD)和大团聚体含量(粒径≥0.25 mm)更高,侵蚀区中相对沉积的坡中有着更稳定的土壤团粒结构;沉积区各个粒径的土壤团聚体有机碳含量均高于侵蚀区,侵蚀区的土壤团聚体有机碳更趋向于均匀分配,土壤理化性质的空间差异也会影响土壤团聚体有机碳含量。侵蚀沟道中土壤侵蚀模式与传统坡面并不一致,土壤结构及相关碳组分主要受地形和植被支配下的土壤侵蚀程度影响。

松墨天牛成虫内生殖系统的形态与发育

【目的】明确松墨天牛Monochamus alternatus内生殖系统的结构及发育过程,为松墨天牛生殖机理研究及种群动态监测提供理论依据。【方法】选择不同日龄的松墨天牛雌雄成虫,采用组织解剖学方法结合光学显微镜对内生殖系统进行观察,明确其结构特征;通过发育级别划分,确定雌雄成虫内生殖系统的发育过程。【结果】松墨天牛雌成虫内生殖系统由1对卵巢、1对侧输卵管、中输卵管、交配囊、受精囊管、受精囊、受精囊腺、产卵器和生殖腔组成。根据雌成虫卵巢管和受精囊腺的形态和颜色将雌成虫性成熟发育过程划分为:乳白透明期(Ⅰ级)、卵黄沉积初期(Ⅱ级)、卵黄沉积盛期(Ⅲ级)和卵成熟待产期(Ⅳ级)。卵巢管在卵巢发育过程中不断增长,颜色由乳白透明转为黄色,受精囊腺的形态和颜色从扁平、半透明到饱满、黄色。雄成虫内生殖系统由1对精巢、2对附腺、1对输精管、1对贮精囊、1对射精管、环状器和阳茎组成。根据雄成虫精巢叶、贮精囊和附腺的形态和颜色将雄虫性成熟发育过程划分为:乳白透明期(Ⅰ级)、精子形成初期(Ⅱ级)、精子形成盛期(Ⅲ级)和成熟期(Ⅳ级)。精巢叶长径变化较小,精巢管、贮精囊和环状器颜色由乳白半透明到白色,附腺形态和颜色由细小半透明到膨大透明。松墨天牛雌、雄成虫的内生殖系统发育主要集中在Ⅱ~Ⅲ级,就内生殖系统的发育进程而言,雄成虫发育速度更快,12日龄时内生殖系统已经发育成熟,而雌成虫在15日龄时内生殖系统发育成熟。【结论】明确了松墨天牛雌、雄成虫内生殖系统基本结构及其发育进程,不仅为进一步研究松墨天牛生殖机理提供了理论依据,还为生产实践中松墨天牛产卵高峰期的预测预报提供参考。

幼虫密度对美国白蛾生活史参数的影响

美国白蛾Hyphantria cunea原产于北美地区,1979年首次在我国辽宁省丹东地区发现,目前已扩散至江苏省南京市等地区,并有进一步扩散的趋势。由于其寄主范围广,适应能力强,危害严重,因此给我国林业生产造成了重大损失。美国白蛾1~4龄幼虫常聚集危害,4龄后开始破网分散危害。本文旨在探明幼虫密度变化对其生活史参数的影响,为解析美国白蛾种群动态变化规律提供科学依据。于温度25℃±1℃和光周期16 L∶8 D条件下,设置5头、10头、20头、40头和80头幼虫/容器5个密度处理组,待幼虫化蛹和成虫羽化后,分别检测幼虫龄期与成活率、蛹的体型(体长和体宽)与体重及成活率、成虫体型(成虫头幅宽度、前翅长度和后足腿节长度)与寿命及繁殖力等生活史参数。结果表明,幼虫密度增加缩短了幼虫发育历期,同时降低了幼虫成活率。幼虫密度增加对蛹重、蛹长、雌蛹宽度及蛹成活率有明显的负效应,但对雄蛹宽度无显著影响。幼虫密度增加对雌虫头幅宽度、雌虫繁殖力、成虫寿命与卵直径具明显负面影响,对雄虫头幅宽度与雌虫前翅长度无显著影响,对成虫后足腿节长度、雄虫前翅长度则具正面影响。因此,本研究表明幼虫密度对美国白蛾不同阶段的生活史参数具调控作用,其中幼虫密度增加对幼虫成活率、蛹的体型与体重及成活率、雌虫繁殖力与卵直径及成虫寿命的负面影响对其种群适合度可能是不利的;然而,成虫对幼虫密度增加会采取一定的适应策略,高密度条件下羽化的成虫具较长的后足腿节与前翅长度以提高其迁移扩散半径,有助于减轻子代种内竞争压力,进而提高种群适合度。

广东省森林碳储量与动态变化

以广东省1979—2012年森林资源连续清查数据为基础,结合广东省当地分树种生物量扩展因子方程,对广东省近30 a的森林碳储量和碳密度进行估算。结果表明:广东省森林碳储量从1979年的2.766 47×10~7t增加到2012年的1.673 778×10~8t,年均增加4.366×10~6t,年变化率5.45%;平均碳密度从7.57 t/hm^2增加到23.01 t/hm^2。乔木林对森林碳储量的贡献占据主导地位,其中阔叶林贡献比较突出,且增长较快;在林龄结构上,幼龄林和中龄林面积和碳储量都占有较大比例。

继代培养时间对抗性黑松体胚发生的影响

以继代培养0.5、1.5 a和3.5 a的抗性黑松37#家系胚性愈伤组织为材料,观察不同培养时间胚性细胞的形态和体胚成熟的过程,并对愈伤组织的增殖率、每克愈伤形成的体胚数量及体胚萌发率和植株成活率进行测定。结果表明:在继代培养过程中,胚性胚柄细胞团(ESM)结构逐渐疏松,胚柄细胞呈现缩短、增粗的现象;培养时间对抗性黑松愈伤组织的增殖、分化、体胚萌发及植株成活率均有显著影响。3种不同培养时间愈伤组织的增殖率分别为200.37%、182.47%和111.63%,每克胚性愈伤组织形成成熟体细胞胚分别为77、31、5个,萌发率分别为84.43%、51.10%、11.13%;植株成活率分别为73.00%、50.00%、6.70%,均呈下降趋势;3种愈伤体胚成熟的时间也存在显著差异,继代培养时间越长,体胚分化成熟过程越慢,愈伤组织形成子叶胚的时间最短为46 d,最长为74 d。因此,抗性黑松胚性愈伤组织在继代培养过程中胚性逐步降低,体胚发生和植株再生能力下降,短期培养的胚性愈伤组织(0.5 a)为抗性黑松体胚发生较为理想的初始材料,且愈伤组织继代培养时间不宜超过1.5 a。

多时相Landsat影像地表亮温辐射归一化方法

使用多时相遥感数据进行景观变化检测往往要求这些遥感数据能保持辐射一致性,但实际获取遥感数据时由于传感器性能、大阳照度几何和大气状态的变化,多时相遥感数据的辐射一致性无法保持。鉴于多时相遥感数据实际应用时需要实施相对辐射归一化操作,以南京市主城区1992年、1998年、2003年、2007年和2011年5景Landsat TM热红外波段数据为源数据,反算亮温图像并与8个地面气象站采集的实时温度数据建立回归模型,反演地表温度图像,然后采用伪不变特征相对辐射归一化方法和多元变化检测相对辐射归一化方法对5期地表温度数据做归一化处理,分级操作后评价南京市热岛效应的变化特征,最后通过引入统计特征参数均方根误差和变异系数,评价两种相对辐射归一化方法的优劣。结果表明:经过两种归一化方法调整后的数据均有利于对南京市热岛效应的分析;在后续的热岛效应分析中,多元变化检测相对辐射归一化法处理后的影像优于伪不变特征相对辐射归一化处理的影像;多元变化检测归一化法克服了人工选取样本点中存在的主观因素,但其计算相对较复杂。

上阔下竹混交经营对毛竹生产力的影响

毛竹是一种重要的经济用材竹种,为分析上阔下竹经营对毛竹林生产力的影响,我们调查了福建省霞浦县内不同比例的上阔下竹混交林Ⅰ(48%)、Ⅱ(32%)、Ⅲ(30%)、Ⅳ(20%)和Ⅴ(14.3%),通过分析毛竹胸径、立竹度和叶面积指数,对5座混交林进行研究。研究表明:5座山的毛竹平均胸径依次为Ⅱ(12.1 cm)>Ⅲ(10.4 cm)>Ⅰ(10.3 cm)>Ⅴ(9.5 cm)>Ⅳ(9.4 cm),且差异显著,Ⅱ山体的立竹度和叶面积指数均最高,因此,当阔叶林投影面积比例在32%时,毛竹林生产力最高。本研究可以为毛竹林生态经营、长期生产力保持提供科学依据。

基于GEE平台的钱江源国家公园森林火灾动态变化研究

以钱江源国家公园试点区及其周围10 km缓冲区为研究区域,基于GEE云平台、Landsat卫星影像以及卫星林火监测数据,结合目视解译与光谱指数法快速提取过火区域,并统计火灾发生时间、频率和过火面积的变化规律,使用景观指数描述过火区域的空间模式。结果表明:1999—2019年,研究区共发生19起森林火灾,其中春季和冬季森林火灾高发,分别占火灾总数的47.37%和42.11%;2013年平均单次森林火灾覆盖范围最广(83.54 hm^(2)),2011年发生森林火灾次数最多(6次),过火区域的面积差异较大,而2014年和2019年仅各发生1次火灾;研究区过火区域面积共计约为766.55 hm^(2),在研究期间呈现先增加后减少的趋势。钱江源国家公园范围内过火面积仅为9.05 hm^(2)(2011年和2014年分别为9.04 hm^(2)和0.01 hm^(2))。本研究方法适用于借助免费历史Landsat数据快速获取30 m分辨率尺度的火灾信息,建立空间明确的灾情历史数据档案,及时、客观地评估国家公园灾害管理成效。

利用综合变化检测方法进行土地覆盖变化制图

在全球环境变化研究中,对土地利用和土地覆盖的描述、量化和监测尤为重要。为此,基于综合变化检测算法(comprehensive change detection method,CCDM),计算2011—2016年Landsat影像(P033/R033)的土地类型变化。CCDM整合了2种基于光谱的变化检测方法,即多指标综合变化分析(multi-index integrated change analysis,MⅡCA)模型和分区(Zone)变化检测模型。通过计算变化向量(change vector,CV)、最大相对变化向量(relative change vector maximum,RCVMAX)、差分归一化燃烧率(differenced normalized burn ratio,d NBR)和差分归一化植被指数(differenced normalized difference vegetation index,d NDVI)等4个光谱指标和时间(t)提取2期Landsat影像的变化。此外,根据前期和当前土地覆盖的变化趋势和MⅡCA与Zone结果的变化,对CCDM结果的准确性进行了评价。评价结果表明:非变化类的准确率为96%,变化类的准确率为40%,总体精度为68%。CCDM方法简单、容易实现、应用广泛,能捕捉不同景观中各种自然和人为干扰引起的潜在土地覆盖变化,可为国家土地覆盖更新和土地变化检测提供技术支持。

内蒙古不同种群沙棘种子性状变异及其稳定性分析

以10个采集地的162份沙棘种质的种子性状及其变异系数作为稳定性参数,对种子性状的稳定性进行评价。结果表明:各采集地种子性状的稳定性为包头种群>呼伦贝尔种群>巴彦淖尔种群>赤峰和鄂尔多斯种群,种子指标的变异系数为百粒质量>种长>种形系数>种宽>种厚。呼伦贝尔采集地的百粒质量、种长和种宽均最大,是选择大粒种子首选种群。基于种子百粒质量、种长、种宽、种厚的聚类,将10个种群分为4类,其中第1类:1号和3号种群,表现为种粒大,百粒质量,是大粒种子筛选的首选种群。基于种子百粒质量、种长、种宽、种厚变异系数的聚类,将10个种群分为4类,其中第1类,8号种群,其百粒质量、种长和种宽的变异系数均为最大,是4类中最不稳定的种群;第4类,4、5、6、7、10号种群,百粒质量、种长、种宽和种厚的变异系数为4类最低,该类种群表现最为稳定。

美国白蛾在我国由北向南扩散过程中体型与繁殖能力的地理变异

【目的】美国白蛾原产北美,1979年首次在我国辽宁丹东地区发现,目前已扩散至江苏南京等地,并有进一步扩散的趋势。由于其寄主范围广,适应能力强,危害严重,给我国林业生产造成了重大损失。本研究旨在探明美国白蛾入侵我国后自北向南扩散过程中,卵、蛹及成虫体型和成虫繁殖能力的地理变异。【方法】分别于2019年5月至6月采集4个地理种群(辽宁省凤城市40°28′N,124°02′E;天津市武清区39°13′N,117°20′E;山东省商河县36°40′N,117°00′E;江苏省淮安区32°43′N,118°12′E)的美国白蛾高龄幼虫带回实验室后于室外自然环境条件下继续饲养,待幼虫化蛹和成虫羽化后,分别检测4个地理种群美国白蛾卵、蛹和成虫体型大小及成虫怀卵量与采集地纬度的关系。【结果】4个地理种群卵大小呈现随纬度增加而减小的趋势。凤城种群蛹和成虫体型显著小于武清、商河和淮安3个地理种群蛹和成虫体型;武清、商河和淮安3个地理种群蛹和成虫体型呈现随纬度增加而增加的趋势。淮安种群怀卵量最少,武清种群怀卵量最多,商河和凤城居中,武清、商河和淮安3个地理种群成虫怀卵量呈现随纬度增加而增加的趋势。【结论】美国白蛾入侵我国后由北向南扩散过程中,体型对气候条件变化表现出明显的适应能力,但该适应能力的获得是以牺牲繁殖能力为代价的。

森林植被恢复光谱特征分析——以幕府山矿区为例

南京幕府山地区由于长期的采矿等侵扰活动,森林植被曾遭到严重破坏。通过分析1987—2017年长时间序列的Landsat图像所导出的归一化燃烧指数(normalized burn ratio,NBR)和综合森林指数(integrated forest z-score,IFZ),重构幕府山地区森林植被干扰和恢复特征,并采用Mann-Kendall方法分析了植被恢复趋势,然后重点讨论该地区的森林植被恢复速度。结果表明,幕府山地区森林植被变化与其历史背景相符,IFZ指数刻画的森林恢复特征更适合幕府山地区植被恢复的监测,NBR指数则更加适用于由于城市扩张而引起的森林植被干扰的监测,这2个指数可以在类似地区的植被干扰恢复评价中推广使用。

GEE环境下联合Sentinel主被动遥感数据的国家公园土地覆盖分类

国家公园的土地覆盖分类对于掌握自然资源现状、查明存在的生态安全威胁并快速应对具有基础性数据支撑作用。基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)平台,结合哨兵(Sentinel)主被动遥感数据及其导出的光谱指数、纹理特征和地形特征,分别采用基于像元的随机森林(random forest,RF)算法和面向对象的简单非迭代聚类(simple noniterative clustering,SNIC)+RF算法实现了钱江源国家公园异质性景观的土地覆盖(耕地、森林、草地、水体、人造地表和裸地)分类。地面实验表明,在多种输入数据组合中,基于像元和面向对象方法分类获得的最高总体精度分别为92.37%和93.98%。合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)数据的纳入能够提高基于像元方法的分类精度,但在面向对象方法中未能体现精度提升效果。通过SNIC+RF算法生成的土地覆盖分类图完整性更好,所需特征数量较少,并且算法能够在GEE环境下快速执行,适用于国家公园管理实践。

美国白蛾核型多角体病毒增殖和保存的影响因素

【目的】明确美国白蛾核型多角体病毒(Hyphantria cunea nudeopolyhedroviurs,HcNPV)的最佳增殖方法和最适保存条件,为HcNPV标准化生产提供理论依据和技术支撑。【方法】利用活体增殖法,探究不同饲毒虫龄-病毒浓度组合、持续饲毒时间、幼虫饲毒温度和密度对HcNPV增殖量的影响,筛选最佳的HcNPV活体增殖方法;并利用生物活性测定法,研究不同病毒保存处理方式、保存时间、保存温度和保存剂对HcNPV活性的影响,明确最佳的保存条件。采用喂食法处理美国白蛾幼虫,利用血球计数板统计HcNPV增殖数量,以半数致死时间(LT_(50))为指标评价病毒的杀虫活性。【结果】当饲毒浓度为1×10^(6)OB·mL^(﹣1)、虫龄为5龄时病毒的增殖量为1.16×10^(10)OB/头,显著高于其他供试浓度和龄期;以3龄幼虫作为供试虫龄,饲毒浓度为1×10^(6)OB·mL^(﹣1)时,研究发现最佳饲毒温度为20℃,病毒增殖量达5.06×10^(9)OB/头;随着持续饲毒时间的延长,病毒增殖量显著降低,从3.42×10^(9)OB/头降低至0.97×10^(9)OB/头;幼虫饲毒密度为100头/箱(0.05头/cm^(2))时,病毒增殖量显著高于200-500头/箱,增殖量为4.94×10^(9)OB/头。不同保存方法对HcNPV杀虫活性具有不同程度的影响。以病毒虫浆法和虫尸干燥粉碎法保存的病毒感染美国白蛾3龄幼虫的LT_(50)显著低于病毒液法和病毒干粉法;当保存时间不超过12个月时,病毒杀虫活性无显著变化;保存温度范围为﹣20-25℃时,病毒的杀虫活性未出现显著变化;筛选出最佳的保存剂为蔗糖(50%)和氯化钠(5%),LT_(50)分别为4.94 d和4.97 d。【结论】在幼虫密度为0.05头/cm^(2)的养虫箱中,使用浓度为1×10^(6)OB·mL^(﹣1)的HcNPV饲喂美国白蛾5龄幼虫一次,20℃下可获得最高产量的病毒;感病幼虫虫尸研磨成匀浆,添加蔗糖(50%)或氯化钠(5%)作为辅助剂,置于﹣20℃的冰箱内保存,可在12个月内保证HcNPV的最佳活性。

樟树WRKY转录因子的克隆与表达分析

WRKY转录因子超家族在植物生物和非生物胁迫响应、生长发育、代谢过程中起着重要的调控作用。本研究基于樟树叶高通量转录组数据设计特异引物,以芳樟醇型樟树叶片为材料,克隆获得6个CcWRKY转录因子,分别命名为CcWRKY1,CcWRKY2,CcWRKY3,CcWRKY4,CcWRKY5,CcWRKY6;序列多重比对显示,CcWRKY蛋白均含有一个保守WRKYGQK氨基酸残基;系统进化分析表明,除CcWRKY2属于第Ⅱ类,其余5个基因均属第Ⅲ类WRKY转录因子亚家族;杨树原生质体瞬时表达结果显示,6个CcWRKY蛋白均定位于细胞核;实时定量PCR检测结果揭示:6个基因在不同组织的表达模式较为相似,均是嫩叶表达量高于花蕾,嫩茎和幼果;在不同化学型中,3个基因CcWRKY1,CcWRKY2,CcWRKY4在芳樟醇型樟叶中优势表达,CcWRKY3在樟脑型叶中表达量相对较高;而CcWRKY5,CcWRKY6的表达均相对较低。推测CcWRKY1,CcWRKY2,CcWRKY4可能参与单萜类化合物芳樟醇的合成调控。

多回波点云数据解算单株木叶面积指数

以行道树无患子为研究目标,采用地面激光扫描(TLS)技术提取单木分回波点云数据。获取全波形数据、单目标数据、首次回波数据、其余次回波数据,建立基于多回波点云的算法,利用消光系数法提取不同投影分辨率0.01 m、0.02 m和0.03 m的的单株树叶面积指数(LAI)。利用2维影像数据数字半球影像(DHP)和LAI2200提取对应单株树的叶面积指数,进行比较分析,以检验其精度。结果表明:点云投影的分辨率与激光回波都对LAI有极显著影响,其中分辨率为0.02 m和0.03 m的估算结果与LAI2200所得估算结果相近,且差异不显著;单目标回波数据用于LAI的解算,可以同LAI2200的2维影像数据结果进行相互验证。使用单目标回波数据,0.02 m投影分辨率可以最大程度的保证单株LAI的精度,其与LAI2200测定的数据进行截距为0的线性回归,斜率达到0.827。本研究所做多回波地面激光数据计算叶面积指数的算法拓展了地面激光扫描的应用领域,为立木生长量信息准确提取和树木精确建模提供了重要的技术参考。