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冻融变化对西南亚高山森林优势种云杉和华西箭竹根区土壤理化性质与酶活性的影响

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植物生态学报 2023年第6期47卷 882-894页

作者：郭敏罗林梁进王彦杰赵春章四川师范大学生命科学学院成都610100 中国科学院成都生物研究所中国科学院山地生态恢复与生物资源利用重点实验室生态恢复与生物多样性保育四川省重点实验室成都610041 成都理工大学生态环境学院成都610059

西南亚高山森林是典型的季节性冻土区,为深入研究气候变暖背景下冻融循环变化对森林土壤环境的影响,该研究以西南亚高山森林乔木层与灌木层优势种云杉(Picea asperata)和华西箭竹(Fargesia nitida)根区土壤为研究对象,利用红外辐射加热... 详细信息

西南亚高山森林是典型的季节性冻土区,为深入研究气候变暖背景下冻融循环变化对森林土壤环境的影响,该研究以西南亚高山森林乔木层与灌木层优势种云杉(Picea asperata)和华西箭竹(Fargesia nitida)根区土壤为研究对象,利用红外辐射加热器模拟气候变暖,研究增温对非生长季土壤冻融循环、土壤理化性质和酶活性的影响。在此基础上,开展室内培养实验,进一步验证冻融循环变化对土壤性质的影响。结果表明:(1)与对照小区比较,增温小区5cm和15cm土层温度分别升高2.85和2.13℃,冻结天数分别减少了60和32天,冻融循环次数分别由3次和1次降为0次。(2)增温增加了两物种根区土壤总氮(TN)、可溶性有机氮(DON)和微生物生物量氮(MBN)含量,但降低了土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量。土壤冻结天数、冻融循环次数与TN、DON含量显著负相关,与NH_(4)^(+)-N含量显著正相关。(3)增温显著促进了两树种根区土壤N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶(NAG)活性,但显著抑制了脲酶(Ure)活性。土壤冻结天数、冻融次数与NAG和Ure活性显著相关。(4)与野外研究相似,室内冻融循环处理可显著增加云杉根区土壤NH_(4)^(+)-N含量与β-葡萄糖苷酶(BG)活性,降低了NAG活性;增加了华西箭竹根区NH_(4)^(+)-N含量,降低了BG与NAG酶活性;但冻融循环对土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、DON含量、Ure及蛋白酶(Pro)活性的影响与野外研究结果不同。冗余分析表明,华西箭竹根区土壤酶活性主要受土壤DON含量的影响,而云杉根区土壤酶活性与pH、NH_(4)^(+)-N含量、DON含量显著相关。以上结果说明,气候变暖背景下季节性冻土冻融循环消失,会显著影响西南亚高山森林非生长季土壤理化性质(尤其是土壤氮库组分)和酶活性,但其影响机制需要进一步研究。

关键词：冻融循环模拟增温云杉华西箭竹土壤理化性质酶活性

基于无人机图像和贝叶斯CSRNet模型的粘连云杉计数

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农业工程学报 2022年第14期38卷 43-50,F0003页

作者：朱学岩张新伟才嘉伟郑一力顾梦梦陈锋军北京林业大学工学院北京100083 城乡生态环境北京实验室北京100083 国家林业局林业装备与自动化国家重点实验室北京100083 智慧林业研究中心北京100083 德州农工大学园艺系卡城77843

自动、准确且快速地统计苗木数量是实现苗圃高效管理的重要基础。针对现有苗木计数方法准确率较低且无法准确统计粘连苗木等问题,该研究提出了一种基于贝叶斯CSRNet模型的云杉计数模型。该模型以对粘连苗木具有良好稳定性的CSRNet模型... 详细信息

自动、准确且快速地统计苗木数量是实现苗圃高效管理的重要基础。针对现有苗木计数方法准确率较低且无法准确统计粘连苗木等问题,该研究提出了一种基于贝叶斯CSRNet模型的云杉计数模型。该模型以对粘连苗木具有良好稳定性的CSRNet模型为基础,引入贝叶斯损失函数,以人工标注的点标签数据作为监督信号。以1176幅云杉图像训练贝叶斯CSRNet模型,并通过166幅测试集云杉图像进行测试。结果表明,贝叶斯CSRNet模型可以准确、快速地统计无人机航拍图像内的云杉,对测试集图像内云杉的平均计数准确率(Mean Counting Accuracy,MCA)、平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)和均方误差(Mean Square Error,MSE)分别为99.19%、1.42和2.80。单幅云杉图像耗时仅为248 ms,模型大小为62 Mb。对比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型和贝叶斯CSRNet模型对166幅测试集云杉图像的计数结果,贝叶斯CSRNet模型的MCA分别比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型高3.43%、1.44%和1.13%;MAE分别低6.8、2.9和1.67;MSE分别低101.74、23.48和8.57。在MCT(Mean Counting Time)和MS(Model Sizel)两项指标上,贝叶斯CSRNet模型与CSRNet模型相同且优于YOLOv3模型和改进YOLOv3模型。贝叶斯CSRNet模型可实现无人机航拍图像内苗木数量的自动、准确、快速统计,为苗木库存智能盘点提供参考。

关键词：无人机模型苗木计数贝叶斯CSRNet CSRNet 粘连苗木云杉

川西亚高山云杉天然林和人工林土壤酶化学计量特征比较

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生态学杂志 2024年第6期 1531-1539页

作者：高浩英付双嘉宋世钰 Samra Batool 王丽霞长江上游林业生态工程四川省重点实验室长江上游森林资源保育与生态安全国家林业和草原局重点实验室四川农业大学林学院

土壤酶以及化学计量比是表征土壤养分可用性和微生物养分限制的关键指标。然而，对川西亚高山天然林转换为人工林后土壤酶活性和化学计量比的变化特征及其关键驱动因素尚不清晰。本研究以川西亚高山云杉天然次生林和人工林为对象，测定... 详细信息

土壤酶以及化学计量比是表征土壤养分可用性和微生物养分限制的关键指标。然而，对川西亚高山天然林转换为人工林后土壤酶活性和化学计量比的变化特征及其关键驱动因素尚不清晰。本研究以川西亚高山云杉天然次生林和人工林为对象，测定了两种林分的土壤理化性质和酶活性。结果表明：(1)天然林土壤碳氮比(C:N)显著低于人工林(P<0.05)，其土壤碳磷比(C:P)和氮磷比(N:P)则均显著高于人工林土壤(P<0.05)；(2)天然林的酶碳氮比(C:NEEA)和酶碳磷比(C:PEEA)显著高于人工林，而酶氮磷比(N:PEEA)却显著低于人工林(P<0.01)；人工林的碳质量指数CQI1和CQI2显著高于天然林(P<0.05)，而矢量长度和矢量角度显著低于天然林(P<0.01)；(3)天然林土壤微生物受到了一定程度的碳、磷限制，人工林土壤微生物则受氮严重限制；(4)冗余分析结果表明，全氮是影响酶化学计量比的主要因素。以上研究结果表明，在本区域内人工林土壤养分管理中，需充分考虑微生物对氮素的需求。

关键词：川西亚高山天然林人工林酶化学计量比云杉

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不同环境时云杉热处理材颜色稳定性的比较

东北林业大学学报 2023年第10期51卷 121-128页

作者：秦子阳丁涛栾若桐杨琴施静波南京林业大学南京210037

为了解热处理木材在不同使用环境时的颜色变化情况,以云杉为研究试材,分别在180、200、215℃时进行热处理,将热处理材、对照材分别放置于室外、过渡空间(飘窗)、室内3个环境,记录并比较试材在1 a周期内明度(L^(*))、色度指标(a^(*),b^(... 详细信息

为了解热处理木材在不同使用环境时的颜色变化情况,以云杉为研究试材,分别在180、200、215℃时进行热处理,将热处理材、对照材分别放置于室外、过渡空间(飘窗)、室内3个环境,记录并比较试材在1 a周期内明度(L^(*))、色度指标(a^(*),b^(*))的变化。结果表明:在3种试验环境时,热处理材的试验前后色差值都小于对照材,显示了更高的材色稳定性。在室外环境,各试材最终材色都呈暗灰色,热处理材和对照材在1 a后的色差小于6.25,说明在室外环境时,通过改善材色稳定性带来的实用价值并不明显。相反,在室内环境时,对照材在试验前后的纵向色差为5.4,而热处理材色差仅为2.21~3.20,说明热处理材、对照材都能较好地保留原有材色特点。而过渡空间具有独特的微气侯特点,热处理材基本保持了原有的材色,其中180℃热处理材、200℃热处理材前后色差仅有4.76、8.56,而对照材则显现出明显的材色变化,试验前后色差为19.09,表明热处理材在阳台、飘窗等环境中具有性能优势和应用潜力。

关键词：热处理云杉颜色室外空间过渡空间室内空间

华北落叶松林隙冠层结构和光环境与云杉幼树生长的关系

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东北林业大学学报 2023年第10期51卷 8-12,27页

作者：刘炬李永宁河北农业大学保定071000

2021年5月份在承德市围场县龙头山分场道坝子营林区,以林下更新云杉(14 a)的50年生华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii(Mayr)Pilger)人工林为研究对象,采用无人机(大疆精灵Phantom 4 RTK)遥感获取正摄影像,并在ArcMap... 详细信息

2021年5月份在承德市围场县龙头山分场道坝子营林区,以林下更新云杉(14 a)的50年生华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii(Mayr)Pilger)人工林为研究对象,采用无人机(大疆精灵Phantom 4 RTK)遥感获取正摄影像,并在ArcMap 10.5中通过目视判读提取林冠林隙(23个);应用软件中的计算方法几何求算林隙面积(A g),依据面积大小将林隙分为5种类型——小林隙(A g≤30 m^(2))、较小林隙(30 m^(2)120 m^(2));采用半球摄影法获取林隙冠层结构指标(冠层开度、叶面积指数、平均叶倾角)和光环境指标(总光照指数、直射光指数、散射光指数),并人工测定林隙内人工更新的云杉(Picea asperata Mast.)幼树生长指标(胸径、树高、生物量);采用单因素方差分析法分析不同大小林隙内幼树生长指标与冠层结构指标、光环境指标的相关性,依据偏最小二乘法构建“林隙大小-冠层结构-光环境-幼树生长”的结构方程模型,分析华北落叶松林林隙冠层结构和光环境对林下人工更新云杉幼树生长的影响。结果表明:①在不同大小林隙内,云杉幼树的胸径、树高、生物量的变化表现出一致性,A g≤30 m^(2)林隙内幼树生长最差,30 m^(2)120 m^(2)内幼树生长较好,且存在显著性差异(P云杉幼树生长。

关键词：华北落叶松林隙冠层结构光环境云杉幼树生长

利用无人机航拍视频结合YOLOv3模型和SORT算法统计云杉数量

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农业工程学报 2021年第20期37卷 81-89页

作者：陈锋军朱学岩周文静郑一力顾梦梦赵燕东北京林业大学工学院北京100083 城乡生态环境北京实验室北京100083 德州农工大学园艺系大学城77843 林业装备与自动化国家林业局重点实验室北京100083

准确、快速地统计苗木数量对苗圃的运营和管理具有重要意义,是提高苗圃运营和管理水平的有效方式。为快速准确统计完整地块内苗木数量,该研究选取云杉为研究对象,以无人机航拍完整地块云杉视频为数据源,提出一种基于YOLOv3(You Only Loo... 详细信息

准确、快速地统计苗木数量对苗圃的运营和管理具有重要意义,是提高苗圃运营和管理水平的有效方式。为快速准确统计完整地块内苗木数量,该研究选取云杉为研究对象,以无人机航拍完整地块云杉视频为数据源,提出一种基于YOLOv3(You Only Look Once v3,YOLOv3)和SORT(Simple Online and Realtime Tracking,SORT)的云杉数量统计方法。主要内容包括数据采集、YOLOv3检测模型构建、SORT跟踪算法和越线计数算法设计。以平均计数准确率(Mean Counting Accuracy,MCA)、平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和帧率(Frame Rate,FR)为评价指标,该方法对测试集中对应6个不同试验地块的视频内云杉进行数量统计的平均计数准确率MCA为92.30%,平均绝对误差MAE为72,均方根误差RMSE为98.85,帧率FR 11.5帧/s。试验结果表明该方法能够快速准确统计完整地块的云杉数量。相比SSD+SORT算法,该方法在4项评价指标中优势显著,平均计数准确率MCA高12.36个百分点,帧率FR高7.8帧/s,平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE分别降低125.83和173.78。对比Faster R-CNN+SORT算法,该方法在保证准确率的基础上更加快速,平均计数准确率MCA仅降低1.33个百分点,但帧率FR提高了10.1帧/s。该研究从无人机航拍视频的角度为解决完整地块的苗木数量统计问题做出了有效探索。

关键词：无人机模型算法云杉数量统计 YOLOv3 SORT

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弓杠岭不同海拔云杉细根生物量及形态特征

西北植物学报 2022年第1期42卷 138-144页

作者：苏宇吴世磊贺维张炜鄢武先四川省林业科学研究院成都610000

海拔变化是多环境因子的梯度效应,细根作为植物吸收水分与养分的重要器官,其性状特征在指示植物的生长和分布等方面意义重大。该研究以弓杠岭2500~3300 m海拔地的云杉(Picea asperata)细根为研究对象,采用根序分级法对云杉1~5级根序的... 详细信息

海拔变化是多环境因子的梯度效应,细根作为植物吸收水分与养分的重要器官,其性状特征在指示植物的生长和分布等方面意义重大。该研究以弓杠岭2500~3300 m海拔地的云杉(Picea asperata)细根为研究对象,采用根序分级法对云杉1~5级根序的生物量及细根形态(平均直径、比根长、根长密度、比表面积)进行测定,以明确云杉细根生物量及形态性状指标对海拔变化的响应规律以及细根功能间的权衡关系,为解释森林生态系统结构和功能特征提供依据。结果表明:(1)不同海拔云杉细根生物量皆随着根序的上升而增加,且0~10 cm土层生物量显著高于10~20 cm土层。(2)在不同海拔条件和不同土层下的1~5级细根直径都表现出随着根序的上升而增加的变化趋势,比根长、根长密度、比表面积都随着根序的上升而下降。(3)海拔条件对于比根长、根长密度、比表面积有极显著的影响;在细根性状之间,直径与比根长、根长密度、比表面积均呈现极显著负相关关系,而与生物量呈显著正相关关系。研究认为,研究区土层深度以及云杉根序对直径、比根长、根长密度、比表面积、生物量的影响并不一致,即根功能性状对于环境条件的响应方式存在着异质性。

关键词：云杉海拔细根生物量形态特征

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中国云杉属树种地理分布格局的主导气候因子

林业科学 2020年第4期56卷 1-11页

作者：张晓玮王婧如王明浩杨毅赵长明甘肃农业大学林学院兰州730070 兰州大学生命科学学院草地农业生态系统国家重点实验室兰州730000

【目的】以我国各地理阶梯间山地生长的云杉属12个树种为对象,探讨限制云杉地理分布和驱动各树种沿经纬度分布差异的关键气候因子,以阐明影响我国云杉属各树种地理分布格局形成的主导气候因子。【方法】在长期野外考察积累和查阅中国数... 详细信息

【目的】以我国各地理阶梯间山地生长的云杉属12个树种为对象,探讨限制云杉地理分布和驱动各树种沿经纬度分布差异的关键气候因子,以阐明影响我国云杉属各树种地理分布格局形成的主导气候因子。【方法】在长期野外考察积累和查阅中国数字植物标本馆标本信息的基础上,于云杉属12个树种的地理分布范围内选取389个样点,并利用地理信息系统技术(ArcGIS)获取各样点的主要气候数据。通过方差分析、变异系数比较确定限制云杉树种地理分布范围的气候因子,基于线性回归分析、蒙特卡洛检验和冗余分析(RDA)等方法量化各气候因子对云杉树种地理分布差异的贡献大小。【结果】年均气温、月均昼夜气温差、最暖月最高气温、最冷月最低气温、年均气温变幅、年均降水量、最暖季降水量、最冷季降水量和干旱指数在12个树种分布区间存在显著差异;月均昼夜气温差和最冷季降水量的方差主要来源于树种内,其余7个气候因子的方差主要来源于树种间;变异系数分析表明,无论是云杉属整体分布区还是各树种分布区的月均昼夜气温差和最暖月最高气温变异最低,其变异系数均小于20%;经、纬度与各气候因子的线性回归分析表明,除经、纬度与月均昼夜气温差、经度与最冷季降水量不存在显著相关(P>0.05)外,经、纬度与其余各气候因子均显著相关(P云杉属各树种沿经纬度分布差异的解释率分别达到84%和66.8%;RDA分析显示,第1主分轴主要反映热量条件,其中重要的气候因子分别为年均气温变幅、最暖月最高气温和最冷月最低气温,其载荷值分别为0.93、-0.83和0.64,第2主分轴主要反映以年均降水量、干旱指数和最暖季降水量为主的水分情况解释的信息量,且前2主分轴对树种和树种-环境关系的累积解释率分别高达89.2%和100%。【结论】限制我国云杉属树种地理分布的主要气候因子为月均昼夜气温差和最暖月最高气温,而导致各树种沿经纬度分布存在明显地理差异的主要驱动因子为年均气温变幅和最冷月最低气温。本研究进一步证实热量是影响云杉属植物等寒温性植物地理分布格局形成的主要原因和差异来源,降水量在一定程度上只起到次要作用。

关键词：云杉气候因子经纬度地理分布格局限制因子驱动因子

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基于流固耦合分析支撑架对云杉抗风性的影响

森林与环境学报 2023年第4期43卷 442-448页

作者：吴圣众吴克勤曾钦志周建斌吴美强饶久平福建农林大学材料工程学院福建福州350108 福州乐亿生态科技股份有限公司福建福州350007

在强风作用下新移栽的树木可能发生歪斜、倒伏等破坏,造成经济损失与人员伤亡,因此,树木的抗风性以及提高树木抗风性研究具有重要意义。以云杉为例,对设立支撑架前、后的云杉分别进行三维简化建模,树高8 m,冠幅4 m,主干基部直径0.3 m,... 详细信息

在强风作用下新移栽的树木可能发生歪斜、倒伏等破坏,造成经济损失与人员伤亡,因此,树木的抗风性以及提高树木抗风性研究具有重要意义。以云杉为例,对设立支撑架前、后的云杉分别进行三维简化建模,树高8 m,冠幅4 m,主干基部直径0.3 m,并赋予模型对应的力学性能,再进行流固耦合数值模拟。结果表明:无支撑时,云杉树梢位移、枝干所受剪切应力和树底弯矩均随着风速的增强而增大。在20 m·s^(-1)风速下,云杉横纹方向剪切应力最大值为2.6 MPa,大于云杉横纹抗剪强度的85%,云杉可能发生剪切破坏,通过后处理发现破坏危险点位置在1级分枝与主干的交界处,云杉的枝干易被折断。分别在云杉树高的1/8、2/8、3/8处设立支撑架,对比无支撑架时云杉的风致响应,云杉的树梢位移、枝干所受剪切应力和树底弯矩均有所减小,云杉发生横纹剪切破坏的风险降低,发生倒伏的概率大幅下降。当支撑架置于树高2/8处时云杉所受的剪切应力最小,相对无支撑架时减小了50%,云杉枝干被折断的风险大幅下降。然而,处于支撑架上方的云杉部分随风摆动的振频较无支撑时有所增大,云杉的稳定性下降,长时间的高频振动亦会增大枝干折断的风险。计算机数值模拟风致树木响应具有很强的自定义性,其模拟结果对树木的抗风性及其支撑架的设计应用具有一定的参考价值。

关键词：流固耦合树木支撑架抗风性云杉