林业科学

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• 聚木糖纳米晶的结构﹑制备及应用研究进展

  郝翔1,夏强1,李唯2,彭锋1,*

  半纤维素几乎存在于所有植物细胞壁中，是植物细胞壁的三大组分之一，当下半纤维素工业化应用主要通过降解制备低聚木糖、木糖和糠醛的产品。结晶的聚木糖类半纤维素表现出独特的理化性质，并可转化为高附加值多糖纳米晶，是近年来植物多糖转化利用的研究热点。聚木糖纳米晶主要由五碳糖-木糖为重复结构单元构成，分子链间相互作用较弱，通常需要外部如水分子来稳定晶胞结构。聚木糖纳米晶具有球形、片状和棒状等形貌，尺寸一般在几十至几百纳米之间，由不同制备方法决定，聚木糖独特的化学结构导致其制备方法亦与传统生物质纳米晶有所不同。此外，聚木糖纳米晶具有优异的生物相容性和纳米尺寸效应，使其在多领域应用潜力较大。本研究总结典型的聚木糖纳米水合晶、乙酰化聚木糖纳米晶和聚木糖纳米共晶晶胞结构，介绍水分子和聚木糖化学结构对其晶胞参数的影响规律，对聚木糖纳米晶自上而下法和自上而下法进行系统论述，重点分析不同制备方法对聚木糖纳米晶形貌、尺寸、聚合度和产率的影响，概述其在乳化﹑日用化学品和防伪材料等领域的应用，并结合聚木糖纳米晶取得的相关研究成果，提出聚木糖纳米晶现阶段仍需解决的问题，展望其未来发展和应用前景。

• 对“三北”工程区退化林修复策略的思考

  崔桂鹏1,2,党宏忠1,2,熊伟1,王锋1,李永华1,姚斌1,崔梦淳1,孔维远1,2,卢琦1,2,*

  自1978年“三北”工程启动以来，营建了大面积防护林、公益林，对筑牢我国北方生态安全屏障起到关键作用。“三北”工程早期营建的部分防护林出现老化、退化问题后，国家在“三北”工程区先后部署退化林修复相关的工程任务，目的是维护“三北”防护林体系完整性和生态功能的正常发挥。针对“三北”工程六期退化林修复亟需回答的复杂科学问题，本研究将“三北”工程区退化林限定为生长出现明显衰退、生态功能出现明显下降的人工林（含灌木）。退化林修复不仅要解决表征性林分退化，更要解决系统性土壤退化；发生系统性退化的根本原因是后期管护不到位，致使土壤和水分条件发生退化，而后期管护面临的最大限制性因素是水分。“三北”工程区幅员辽阔，退化成因的自然、灾害、生理、设计和人为因素叠加效应明显。首先，应根据自然禀赋特征进行退化林修复分区、分类、分级，确保精准施策；其次，考虑将过去以植被表征性为主的退化判定指标逐步升级为以植被功能性为主、结合表征性的判定退化指标。建议按退化程度的分级（轻度、中度、重度退化），采取针对性的封育保护、补植补播和更新改造等修复策略。本研究提出提高林分全周期经营管护水平的管护制度建议，以期为“三北”工程退化林修复、制定相关技术规程和政策保障提供参考思路。

• 钝翅细小蠹对樟子松的危害及其传播松枯梢病的潜在作用

  刘彩霞1,王慧敏1,张美丽2,梁玲瑜1,蔡泱莲3,汪杨4,王正5,吕全1,*

  目的: 对危害樟子松的一种小蠹进行形态特征学描述和系统发育分析，并对其坑道真菌进行分离培养、纯化和鉴定，以明确该小蠹的分类地位及其与樟子松枯梢病的相互关系，为“三北”樟子松防护林病虫害防控提供基础。方法: 基于形态学特征和线粒体细胞色素氧化酶亚基Ⅰ（COⅠ）基因片段的系统发育分析方法对小蠹进行物种鉴定，并运用传统的分离培养法获得该小蠹坑道真菌，通过ITS序列构建系统发育树进行真菌鉴定。结果: 结合形态观察、DNA序列比对和基于系统发育分析，确认该小蠹为钝翅细小蠹。该小蠹呈圆柱形，体长1.46~2.00 mm，前胸背板基部有鳞状瘤，密被刚毛，端部和鞘翅有明显刻点，且翅端部圆钝。同时，获得坑道真菌42株，隶属于4属4种，樟子松枯梢病病原菌松色二孢为优势真菌，占比超过60%。结论: 本研究首次明确钝翅细小蠹新的寄主树种为樟子松，系统发育分析揭示该小蠹与其他种类的亲缘关系，为小蠹生物多样性提供遗传基础数据。樟子松枯梢病病原菌是该小蠹优势伴生菌，推测钝翅细小蠹可能是枯梢病的媒介昆虫。

• 六盘山华北落叶松优势木径向生长及主要环境因子的坡向差异

  王巍樾1,万艳芳2,王冬梅1,*,于澎涛2,王彦辉2,白雨诗2

  目的: 探究六盘山半干旱区不同坡向华北落叶松人工林优势木径向生长对气象和土壤因子的响应差异，为未来气候变化背景下的森林生长预测和适应性管理提供科学依据。方法: 在六盘山叠叠沟小流域生长华北落叶松人工林的不同坡向（西北坡—北坡—东北坡—东南坡）设置11块样地，测定优势木单株平均胸高断面积年增长量（BAI），采用皮尔逊相关分析和结构方程模型，探究BAI在气候平缓期（1995—2004年）、迅速增温期（2005—2015年）和降水迅速增多期（2016—2020年）的坡向差异及主要影响因子。结果: 1） 迅速增温期，干旱胁迫限制使得大龄（23~26年）优势木BAI在西北半阴坡和北坡阴坡快速减小（平均速率为–57.2 cm2·a?1, P<0.01）；小龄（9~14年）优势木BAI受迅速增温影响较小，在东北半阴坡和东南半阳坡增大（平均速率为125.43 cm2·a?1, P<0.01）。2） 气候平缓期，温度在坡向间影响差异较大，与西北阴坡呈负相关，与其他坡向呈正相关，但相关程度有所差异；迅速增温期，BAI在东北半阴坡和东南半阳坡与降水正相关，在西北半阴坡和北坡阴坡与温度负相关，此时土壤厚度与各坡向BAI相关性较高；降水迅速增多期，各坡向BAI多与标准化降水蒸散指数（SPEI）显著正相关，半阴坡BAI还与降水显著正相关，阴坡和东南半阳坡BAI还与温度显著负相关（P<0.05）。3） 在气候平缓期，温度是主要影响因子，其直接和间接影响系数分别为0.55和–0.221；在迅速增温期，土壤因子对BAI生长的影响更大，其中土壤厚度与BAI呈显著正相关，总影响系数为0.533；在降水迅速增多期，BAI仅受SPEI显著正向影响，总影响系数为0.29。结论: 华北落叶松BAI在气候平缓期坡向间径向生长差异较小，且不同坡向受温度影响较大；在迅速增温期坡向间径向生长差异较大，此时不同坡向更受土壤厚度的影响；在降水迅速增多期后，坡向间径向生长差异开始减小，此时SPEI是主导坡向之间BAI生长差异的主要因子。可通过调整林分结构，提高六盘山半干旱区华北落叶松人工林抵御灾害胁迫的能力，实现长远可持续森林经营。

• 塞罕坝不同林龄华北落叶松人工林林下植物叶解剖特征及其氮添加响应

  张孝琰,倪晓凤,蔡琼,吉成均*

  目的: 人工林林下植物在维持人工林群落结构和功能方面具有重要作用，研究林下植物形态结构随氮添加的变化，深入理解林下植物对环境变化的响应与适应机制。方法: 采用植物制片技术，比较塞罕坝人工林基地不同林龄（幼龄林、中龄林、近熟林）华北落叶松样地优势林下植物叶解剖特征的可塑性及其对不同氮添加处理（0、20、50 kg·hm?2a?1）的响应，并探讨不同氮添加处理条件下林下植物叶解剖特征之间的相关关系。结果: 1） 林下植物不同叶解剖特征的可塑性指数具有一定规律，栅栏组织厚度、下表皮厚度等相对稳定，海绵组织厚度较为敏感。2） 氮添加对林下植物9个叶解剖特征均无显著影响（P>0.05），但对各叶解剖特征间的相关关系多存在显著影响；相比低氮添加，高氮添加可增强叶片厚度相关指标间的关系、削弱维管组织相关指标间的关系。3） 幼龄林林下植物叶解剖特征基础数值显著高于中龄林和近熟林，中龄林和近熟林林下植物各叶解剖特征差异不明显；幼龄林林下植物叶片厚度相关指标受氮添加促进，维管组织相关指标表现出受抑制效果；近熟林与幼龄林相反，叶片厚度相关指标受氮添加抑制，维管组织相关指标受氮添加促进；中龄林林下植物叶解剖特征对氮添加的响应程度最高且多为正响应。结论: 不同林龄华北落叶松样地林下植物的叶片厚度相关指标和维管组织相关指标对外源氮添加可能采取不同适应策略，在解读植物响应适应机制时需针对不同情况予以区分考虑。

• 不同生境沙氏鹿茸草根际土壤细菌群落结构和多样性分析

  李峰卿,刘素贞,罗桂生,邹玉玲,黄维,曾满生*

  目的: 分析江西省内野生和人工栽培沙氏鹿茸草根际土壤细菌群落结构和多样性及其与土壤理化性质的关系，为构建沙氏鹿茸草健康的根际微环境，进一步探究沙氏鹿茸草仿野生栽培模式提供理论依据。方法: 应用高通量测序技术，比较油茶、栀子、马尾松林下野生以及人工栽培2种生境下沙氏鹿茸草根际土壤细菌群落结构和多样性，结合根际土壤理化性质进行相关性分析。结果: 2种生境下，沙氏鹿茸草根际土壤理化性质差异显著，人工仿野生栽培的根际微生物Alpha多样性最高，但在各林分类型间差异未达显著水平；各生境下优势菌门均为变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、放线菌门，共有优势属包括卡氏伯克霍尔德菌属、慢生根瘤菌属、Candidatus_Solibacter、Occallatibacter、苔藓杆菌属和uncultured bacterium等有益菌；野生生境和人工栽培土壤细菌群落结构存在明显差异，人工栽培生境下变形菌门丰度最高；野生生境特有优势菌属（嗜酸栖热菌属 、FCPS473、丛毛单胞菌属、酸杆菌属、未培养酸杆菌属、uncultured_forest_soil_bacterium等）的丰度在人工栽培生境下显著降低，而人工栽培生境特有优势细菌属（鞘脂单胞菌属、粒状胞菌属、嗜盐囊菌属、 Mucilaginibacter）的丰度较野生生境增加明显。冗余分析表明，根际细菌群落与土壤全氮、速效钾、碱解氮、有机质含量密切相关。结论: 在野生和人工栽培生境间，沙氏鹿茸草根际土壤理化性质、细菌群落结构具有显著差异，但野生生境沙氏鹿茸草根际细菌群落之间的相似性较高。土壤全氮、速效钾、碱解氮和有机质含量是影响细菌群落结构的主要环境因子。

• 我国尺度兼容和树种分类的材积源森林碳储量模型

  张聪,刘琪,李海奎*,刘鹏举,詹思颖

  目的: 提出一种简单方便的森林碳储量估算方法，构建考虑林分特征的尺度兼容和树种分类的材积源森林碳储量模型，为估算多尺度和多树种森林碳储量提供方法和技术支持。方法: 基于第6~9次全国森林资源清查数据和异速生长方程，分别利用含哑变量的非线性最小二乘法的独立模型和非线性似然无关回归的联立方程组模型，构建考虑起源、龄组2个主要林分特征的尺度兼容和树种分类的森林碳储量模型，通过加权回归消除异方差，采用决定系数（R2）、估计值的标准差（SEE）、平均预估误差（MPE）、总相对误差（TRE）和差异百分比（VP）对模型进行评价；同时利用2021年林草综合监测数据，比较不同尺度模型估算全国森林碳储量的差异。结果: 1） 共构建2 974类尺度兼容的森林碳储量模型，与独立模型相比，联立方程组模型的R2无明显差异。独立模型和联立方程组模型分别为1 383和1 591类，模型R2的平均值分别为0.966 1和0.965 2，MPE分别为0.75%和0.78%，联立方程组模型的R2仅下降0.000 9，MPE仅上升0.03%。2） 共构建2 520类树种分类的森林碳储量模型，与尺度兼容模型结果一样，独立模型和联立方程组模型的R2无明显差异。独立模型和联立方程组模型均为1 260类，模型R2的平均值分别为0.944 3和0.942 4，MPE分别为0.48%和0.49%，联立方程组模型的R2仅下降0.001 9，MPE仅上升0.01%。3） 构建4种不同建模方式（独立-尺度模型、独立-树种模型、联立-尺度模型、联立-树种模型）的森林碳储量模型。相比独立模型，联立方程组模型的参数变动幅度更小。4种不同建模方式共包含参数a和参数b分别为46 157和23 935个。独立模型和联立方程组模型参数a的平均值分别为0.596 5和0.620 0，极差分别为2.318 6和2.192 2，独立模型的参数极差偏高0.126 4；参数b的平均值分别为0.933 2和0.931 8，极差分别为0.672 3和0.506 5 ，独立模型的参数极差偏高0.166 7。4） 不同尺度模型估算全国森林碳储量时，无论何种尺度，独立模型的估算差异均大于联立方程组模型，但总体上各种尺度模型的估算差异均在3%以内。结论: 1） 本研究提出的从森林蓄积量直接到森林碳储量的材积源森林碳储量模型数据有效、方法可靠，可用于直接估算森林碳储量。2） 基于含哑变量的非线性似然无关的联立方程组方法，可更好地建立尺度兼容和树种分类的森林碳储量模型。3） 本研究构建的森林碳储量模型平均R2在0.95以上，MPE在1%以内，可用于林业实践中快速准确估算森林碳储量。4） 根据模型的拟合精度以及参数的稳定性，建议使用以联立-尺度（以尺度为建模总体的联立树种分类模型）为建模方式的森林碳储量模型。5） 在5%精度要求下，可使用国家尺度考虑林分起源、龄组的树种分类模型估算全国森林碳储量。

• 气候敏感的杉木天然林林分进界模型

  何江,覃林*

  目的: 构建气候敏感的杉木天然林林分进界模型，为该区域天然次生林实施科学修复和抚育措施进而提高林分质量、助力“双碳”战略目标实现提供科学指导。方法: 基于湖南省第八次（2009年）和第九次（2014年）国家森林资源连续清查数据，筛选出杉木天然林样地784块，选取林分因子、立地因子和气象因子作为协变量，以负二项（NB）模型为基础模型，考虑到进界数据过度离散的特点，引入零膨胀模型和Hurdle模型，构建零膨胀泊松（ZIP）模型、零膨胀负二项（ZINB）模型、Hurdle-泊松（HP）模型和Hurdle-负二项（HNB）模型。为解决重复测量和分层导致可能存在的数据自相关性和异方差性问题，在上述5种模型基础上，引入样地所在县域作为随机效应，构建广义非线性混合效应模型，采用十折交叉验证法对模型进行检验。结果: 单木所属树种的胸高断面积（Bai）、土层厚度（ST）、海拔（EL）和年均降水量（MAP）均显著影响杉木林分进界。负二项复合模型（NB、ZINB和HNB模型）在模拟杉木林分进界方面的表现明显优于泊松复合模型（ZIP和HP模型）；ZINB和HNB模型的拟合效果优于NB模型，ZINB模型的拟合效果略优于HNB模型；引入县域随机效应后，NB、ZIP、ZINB和HP模型的拟合效果均显著优于基础模型，其中以ZINB 混合效应模型拟合效果最好，十折交叉验证结果进一步证明混合效应模型优于基础模型。结论: 单木所属树种的胸高断面积、土层厚度、海拔和年均降水量是影响林木进界概率和数量的重要因子，构建的气候敏感的杉木天然林林分进界模型具有一定生物学意义和统计可靠性，可为该区域气候变化背景下的天然次生林生态修复和中幼林抚育间伐提供科学依据，有助于精准提升森林质量，助力“双碳”战略目标如期实现。

• 荒漠灌木的木质部解剖结构与功能权衡——以内蒙西部18种灌木为例

  谭凤森,李清河*

  目的: 探究荒漠灌木的木质部解剖结构特征、功能权衡关系以及系统发育和气象因子对解剖结构特征的影响，揭示荒漠灌木的水分适应策略，为退化荒漠生态系统的植被保护和恢复提供理论依据。方法: 以内蒙西部18种典型的荒漠灌木为研究对象，测定木质部各组织占比以及其他与水力相关的性状，结合来自全球的木本植物木质部解剖结构数据，分析荒漠灌木木质部典型特征；利用结构方程模型检验木质部机械安全-储存能力-水力效率间的权衡关系，结合系统发育和物种自然分布区的气候因子探讨种间变异性。结果: 1） 与来自全球的木本植物平均值相比，荒漠灌木的导管组织和轴向薄壁组织占比较高、纤维组织占比较低；与来自全球的被子植物平均值相比，荒漠灌木的导管密度大、导管水力直径小，导管密度增加的比率和导管水力直径减小的比率使其最大理论导水率基本与全球平均值持平。2） 18种荒漠灌木木质部解剖特征的种间差异较大，同科植物的解剖性状在主成分分析中呈现一定聚集性，除导管密度的系统发育信号显著外，其他性状的系统发育信号均不显著。3） 荒漠灌木木质部的机械安全与水力效率、机械安全与储存能力之间均具有显著权衡关系，水力效率和储存能力之间无显著权衡关系。物种自然分布区的年平均气温、最湿季度平均温度、最暖季度平均温度与导管密度负相关，与导管水力直径和导管壁厚度正相关。物种自然分布区的降水量季节性变化与导管壁厚度极显著正相关；年降水量、最湿季度降水量、最暖季度降水量与解剖解剖无显著相关性。结论: 荒漠灌木木质部总体上表现出降低机械支撑、提高储存能力、保障适当的水力效率的木质部干旱适应特征。系统发育和气象因子对导管特征有显著影响，对其他解剖特征的影响较小。

• 6种温带树木的冻害疲劳及其与冻融栓塞和木质部解剖结构的关系

  马博龙1,张钧堯1,吕倾子1,李泽义1,陈邑烜1,郭佳璇1,蔡靖1,2,*

  目的: 探究不同温带树木的冻害疲劳及其与冻融栓塞和木质部解剖结构的关系，提高对冬季植物水力学的认知，为温带和北方地区造林工作中选择适宜树种提供新的理论依据。方法: 以６种温带常见树种（元宝枫、I-101×84K杨、鹅掌楸、旱柳、白桦、法国梧桐）为试验材料，于冬季1月采集枝条，通过改进型的Cavitron冷冻离心机进行冻融处理，构建自然栓塞脆弱曲线（NVC）和冻害疲劳脆弱曲线（FFVC），计算２条脆弱曲线的栓塞面积（EA），评估冻害疲劳程度（DFF）。使用低压液流计测定自然导水率损失（NPLC），即冻融栓塞程度。测定木质部导管直径（D）、导管密度（VD）、导管占比（F）、导管连接度（FC）、木质部密度（WD）等解剖结构特征。结果: 经历冻融处理后，６种树种对木质部栓塞的抗性下降，发生冻害疲劳现象。与自然栓塞脆弱曲线的典型S形相比，各树种的冻害疲劳脆弱曲线均呈双S形。与NVC的栓塞面积相比，元宝枫FFVC的栓塞面积轻微减小，无显著差异；其他5种树种FFVC的栓塞面积显著下降。冻害疲劳程度表现出明显的物种差异，从大到小为I-101×84K杨>旱柳>法国梧桐>鹅掌楸>白桦>元宝枫。各树种的冻融栓塞程度与木质部解剖结构特征也存在显著差异。冻害疲劳程度与冻融栓塞程度显著正相关，仅与木质部解剖结构特征中的导管直径显著正相关。冻融栓塞程度与导管直径显著正相关。结论: 6种树种的冻害疲劳存在明显的种间差异。元宝枫对冻害疲劳具有很强的抗性，其疲劳程度最小，为“弹性树种”，其他５种树种对冻害疲劳具有较高的脆弱性，为“脆弱树种”。导管直径越大的树种，冻融栓塞程度越高，冻害疲劳程度越高。导管直径是决定树木冻融栓塞程度和冻害疲劳的关键结构特征。木质部导管窄小的树木对于冻融引起的栓塞和冻害疲劳具有较强的抵抗力，这将有利于其在温带和北方地区寒冷环境下的生存和分布。