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通用风速廓线模型在山区森林的适用性

应用生态学报 2024年第3期35卷 577-586页

作者：庞云超高添李秀芬肇同斌王兴昌李荣平于丰源曲胜麟滕德雄朱教君沈阳农业大学沈阳110866 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站/中国科学院清原森林生态系统观测研究站沈阳110016 黑龙江省气象科学研究所哈尔滨150030 科尔森林痕量气体与同位素通量监测研发联合实验室沈阳110016 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁省陆地生态系统碳中和重点实验室沈阳110016 辽宁省气象信息中心沈阳110166 东北林业大学生态研究中心哈尔滨150040 中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166 沈抚育才实验学校沈阳113000

基于莫宁-奥布霍夫相似理论的解析方程(风速廓线模型)自20世纪70年代以来一直被用于平坦地形上的风速预测,成熟且准确,但在非平坦地形适用性尚不清楚。其适用性标志着对非平坦地形近地层空气动力学参数(如零平面位移高度及粗糙度)估计... 详细信息

基于莫宁-奥布霍夫相似理论的解析方程(风速廓线模型)自20世纪70年代以来一直被用于平坦地形上的风速预测,成熟且准确,但在非平坦地形适用性尚不清楚。其适用性标志着对非平坦地形近地层空气动力学参数(如零平面位移高度及粗糙度)估计的准确性,将决定基于涡度协方差法计算碳水及痕量气体通量中频率修正及其源区分析的准确性。因此,风速廓线模型在非平坦地形的适用性评价是确认通量模型是否需要改进的前提。本研究利用辽东山区清原森林站科尔塔群测量三维风速数据,并与辽河平原盘锦农田站同类数据相比较,评估了以莫宁-奥布霍夫相似理论为基础建立的通用风速廓线模型在非平坦地形上的适用性。结果表明:通用风速廓线模型无法准确预测清原森林站3座通量塔所在地的风速,不适用于复杂地形。在非生长季和生长季,清原森林站3座通量塔实际观测与模型预测风速的决定系数(R2)为0.12~0.30,观测数据与预测值的标准误超过2 m·s^(-1),模型风速约为实际观测风速的2.0倍,显著高估。然而,该模型可准确预测盘锦农田站平坦农田景观的水平风速,实际观测风速与模型预测之间的R2为0.90~0.93,观测数据与预测值之间的标准误仅为0.5 m·s^(-1)。经F检验指出,非平坦地形风速观测值与预测值的均方根误差远大于平坦地形,其中,地形是影响通用风速廓线模型适用性的主要因素,其次是季节性(无/有叶期)因素。风速廓线模型在非平坦地形上不适用,原因是零平面位移被低估,或零平面位移和粗糙度均被低估,进而使空气动力高度估计不准。

关键词：莫宁-奥布霍夫相似理论粗糙度长度零平面位移适用性

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辽西北风沙地区不同无性系桑树抗旱性

生态学杂志 2022年第2期41卷 256-262页

作者：李木子陈雅昕李秋丽张倩殷有朱文旭周永斌沈阳农业大学林学院沈阳110866 辽宁辽河平原森林生态系统国家定位观测研究站辽宁昌图112500

为选育适合辽西北风沙地区生长的优良桑树品种,以沈阳农业大学选育的"沈桑1号"(SS)、辽宁省阜新市彰武县优株(ZW)、吉林省通化市集安县桑树优株(JS)3种优质桑树无性系以及东北主栽品种"龙桑1号"(LS)为试验材料,通过测定不同无性系桑树... 详细信息

为选育适合辽西北风沙地区生长的优良桑树品种,以沈阳农业大学选育的"沈桑1号"(SS)、辽宁省阜新市彰武县优株(ZW)、吉林省通化市集安县桑树优株(JS)3种优质桑树无性系以及东北主栽品种"龙桑1号"(LS)为试验材料,通过测定不同无性系桑树在干旱胁迫下的叶片光合色素含量、光响应曲线、不同光强对气体交换参数的影响以及光系统Ⅱ(PSⅡ)的变化,研究不同无性系桑树的抗旱性。研究发现,在干旱胁迫下,JS和SS的光合色素含量降幅较大,LS其次,ZW的光合色素含量变化不明显。干旱胁迫致使桑树无性系的净光合速率降低,气孔导度、胞间CO;浓度和蒸腾速率也出现不同程度的下降,水分利用效率上升,且ZW、LS、JS和SS的光响应曲线的特征参数下降幅度依次增加。干旱胁迫破坏了桑树无性系PSⅡ反应中心的活性,使电子传递受到抑制,导致QA;累积,光合机构受损。综合比较干旱条件下4种无性系的各项参数,ZW受干旱胁迫的影响最小,其次是LS,而JS和SS在干旱胁迫下,光合能力表现较差。综上,ZW的抗旱能力整体来说最强,更适合在辽西北风沙地区种植推广。

关键词：桑树光合特性干旱胁迫光系统Ⅱ 品种选择

基于树木年轮径切特征的卷积神经网络树种识别

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应用生态学报 2023年第1期34卷 47-57页

作者：高欣杨立新陈振举沈阳农业大学林学院树木年轮实验室/辽宁辽河平原森林生态系统国家定位观测研究站沈阳110866 中国科学院清原森林生态系统观测研究站沈阳110164 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 吉林长白山森林生态系统国家野外观测研究站吉林二道白河133613

卷积神经网络可以通过树木年轮样本构造特征图像实现物种识别的自动化。本研究通过建立树木年轮样本构造特征图像集,选用LeNet、AlexNet、GoogLeNet和VGGNet 4个卷积神经网络模型,实现基于树木年轮横切面的计算机自动化树种精准识别,进... 详细信息

卷积神经网络可以通过树木年轮样本构造特征图像实现物种识别的自动化。本研究通过建立树木年轮样本构造特征图像集,选用LeNet、AlexNet、GoogLeNet和VGGNet 4个卷积神经网络模型,实现基于树木年轮横切面的计算机自动化树种精准识别,进而确定各模型的树种识别准确率,明晰不同树种在自动识别中的混淆情况,探测不同模型识别结果的差异。结果表明:本研究训练的用于树种识别的卷积神经网络模型具有较好的可信度;4个模型中GoogLeNet模型树种识别准确率最高,为96.7%,LeNet模型识别准确率最低(66.4%);不同模型对于所选树种的识别结果具有一致性,表现为对蒙古栎识别准确率最高(AlexNet模型识别率达到100%),对臭冷杉的识别准确率最低。本研究中也存在类似结构树种的识别混淆情况。模型在科和属水平的识别准确率高于种水平;阔叶树种因其显著的结构差异容易区分,阔叶树树种的识别准确率高于针叶树。总体上,通过卷积神经网络,探测了树木年轮特征的深层信息,达到树种的精准识别,提供了一种快速便捷的自动树种初筛鉴定方法。

关键词：树种识别树木年轮径切卷积神经网络

放牧对沙地樟子松林土壤养分及微生物群落的影响

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干旱区研究 2023年第2期40卷 194-202页

作者：张彤刘静韩叙童郁强魏亚伟沈阳农业大学林学院辽宁沈阳110866 辽宁辽河平原森林生态系统国家定位观测研究站辽宁昌图112500

为探究放牧对土壤养分和微生物群落的影响,本研究分别选取了放牧和围封沙地樟子松林为研究对象,基于高通量测序技术,并测定土壤化学指标,分析放牧与围封土壤中养分、微生物群落组成以及多样性的差异。研究结果显示:(1)放牧后全磷含量显... 详细信息

为探究放牧对土壤养分和微生物群落的影响,本研究分别选取了放牧和围封沙地樟子松林为研究对象,基于高通量测序技术,并测定土壤化学指标,分析放牧与围封土壤中养分、微生物群落组成以及多样性的差异。研究结果显示:(1)放牧后全磷含量显著降低(P0.05)。(2)从土壤微生物群落组成上来看,真菌分类学门水平中担子菌门比例放牧显著低于围封(P0.05)。(3)就土壤微生物多样性而言,放牧极显著降低了细菌的Chao1指数和Shannon指数(P0.05),可见,放牧对土壤细菌多样性指数的影响较真菌更大。综上所述,沙地樟子松林的放牧行为对土壤养分及土壤微生物均有不同程度的负面影响,所以该地区应适度减少放牧行为,缓解土地压力,以保障樟子松人工林的可持续利用。

关键词：沙地樟子松放牧土壤养分土壤微生物

大兴安岭林区南、北部天然樟子松生长对气候变化的响应差异

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生态学报 2017年第21期37卷 7232-7241页

作者：李俊霞白学平张先亮常永兴陆旭赵学鹏陈振举沈阳农业大学沈阳110866 中国森林生态系统监测网络辽宁辽河平原森林生态系统定位研究站昌图112500

利用树木年代学方法,建立大兴安岭林区南、北部樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)年轮宽度年表,探讨樟子松径向生长对气候变化的响应差异。结果表明,南部(阿尔山、海拉尔)树轮宽度主要与当年4—9月的平均标准化降水蒸散指数SPEI(S... 详细信息

利用树木年代学方法,建立大兴安岭林区南、北部樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)年轮宽度年表,探讨樟子松径向生长对气候变化的响应差异。结果表明,南部(阿尔山、海拉尔)树轮宽度主要与当年4—9月的平均标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)极显著正相关(r=0.639,P研究发现,高温加剧干旱胁迫是南部樟子松生长量下降的主要原因,而北部樟子松生长量增加是受到4—9月平均最低温和降水量的相互作用。如果持续变暖,未来樟子松分布区可能北移。

关键词：大兴安岭气候变化樟子松径向生长响应差异

辽西北风沙区典型人工防护林土壤微生物群落功能特征

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生态学杂志 2019年第6期38卷 1688-1696页

作者：张岩邓娇娇朱文旭殷有魏亚伟周永斌沈阳农业大学林学院沈阳110161 中国森林生态系统监测网络辽宁辽河平原森林生态系统定位研究站辽宁昌图112500

运用Biolog-Eco技术对辽西北风沙区樟子松人工林、油松人工林、杨树人工林的土壤微生物群落功能特征进行研究,同时测定土壤化学特性,探究该地区不同树种人工防护林土壤微生物群落的代谢活性和功能特征及其与土壤化学特性的相关性。结果... 详细信息

运用Biolog-Eco技术对辽西北风沙区樟子松人工林、油松人工林、杨树人工林的土壤微生物群落功能特征进行研究,同时测定土壤化学特性,探究该地区不同树种人工防护林土壤微生物群落的代谢活性和功能特征及其与土壤化学特性的相关性。结果表明,与樟子松和油松人工林相比,杨树人工林能显著提高土壤pH、土壤可溶性有机碳和速效磷含量,降低土壤C/N。该地区不同人工防护林的土壤微生物群落代谢活性差异显著,对碳源的利用能力(AWCD)依次为杨树人工林>樟子松人工林>油松人工林,杨树人工林土壤微生物的Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数分别为3.27、0.96和8.13,均显著高于樟子松和油松人工林(P<0.05)。不同人工防护林土壤微生物对六大碳源的利用存在差异,其中杨树人工林对六大碳源的利用率均显著高于樟子松和油松人工林(P<0.05)。主成分分析和聚类分析表明,针叶树种(油松和樟子松)和阔叶树种(杨树)人工林下的土壤微生物分属两个不同的功能类群,起分异作用的碳源主要包括丙酮酸甲酯、i-赤藓糖醇、2-羟基苯甲酸。土壤pH、可溶性有机碳、C/N、速效磷是影响微生物群落AWCD值、Shannon指数、Simpson指数、McIntosh指数的主要因素。综上所述,该地区杨树人工林土壤微生物群落的代谢活性和功能多样性都优于油松人工林和樟子松人工林,应保持杨树人工林种植。

关键词：辽西北风沙区人工林微生物群落功能多样性主成分分析

辽东山区典型人工针叶林土壤细菌群落多样性特征

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生态学报 2019年第3期39卷 997-1008页

作者：邓娇娇周永斌殷有魏亚伟秦胜金朱文旭沈阳农业大学林学院沈阳110161 中国森林生态系统监测网络辽宁辽河平原森林生态系统定位研究站昌图112500

为揭示不同人工林树种对土壤养分和土壤微生物群落的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序和OTU分析法比较辽东山区白石砬子自然保护区落叶松人工林(LGe)和红松人工林(PKe),以及辽宁省森林经营研究所实验林场落叶松人工林(LGd)和红松人工... 详细信息

为揭示不同人工林树种对土壤养分和土壤微生物群落的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序和OTU分析法比较辽东山区白石砬子自然保护区落叶松人工林(LGe)和红松人工林(PKe),以及辽宁省森林经营研究所实验林场落叶松人工林(LGd)和红松人工林(PKd)土壤细菌群落结构的差异,同时测定土壤理化性质,探讨土壤细菌群落结构、树种和土壤环境因子的相关性。研究结果表明:(1) LGe和PKe土壤全碳、全氮和碱解氮的含量无显著差异,LGd显著高于PKd。(2)从群落组成来看,该地区落叶松和红松人工林中土壤主要由34个门类群的菌群组成,优势菌群包括变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、疣微菌门和芽单胞菌门。(3)从群落结构来看,LGe和PKe土壤细菌的多样性和丰富度指数无显著差异,PKd的多样性指数显著极高于LGd,丰富度指数无显著差异,且Metastats分析结果表明,较LGd和PKd相比,LGe和PKe在门水平和属水平上显著差异的个数较少,表现为趋同性。(4)优势细菌类群相对丰度和土壤理化性质的RDA和相关性分析表明,土壤p H、全氮、碱解氮的含量以及C/N是本区针叶林细菌群落结构的主要影响因子。综合分析表明,在保护区选择单一树种落叶松或红松造林对改善土壤养分及优化微土壤细菌群落结构无显著差异,而在实验林场选择落叶松更有利于提高土壤肥力。

关键词：辽东山区针叶林高通量测序细菌群落结构

辽西北风沙区不同人工林土壤真菌群落结构及功能特征

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林业科学研究 2020年第1期33卷 44-54页

作者：邓娇娇朱文旭张岩殷有周永斌沈阳农业大学林学院辽宁沈阳110161 中国森林生态系统监测网络辽宁辽河平原森林生态系统定位研究站辽宁昌图112500

[目的]为了揭示土壤真菌群落结构及功能对不同人工林的响应特征和响应机制,评估不同人工林对地下生态系统的影响。[方法]以辽西北风沙区樟子松人工林、油松人工林和杨树人工林为研究对象,对每个样地采用"S"型布点采样,采集0~10 cm表层... 详细信息

[目的]为了揭示土壤真菌群落结构及功能对不同人工林的响应特征和响应机制,评估不同人工林对地下生态系统的影响。[方法]以辽西北风沙区樟子松人工林、油松人工林和杨树人工林为研究对象,对每个样地采用"S"型布点采样,采集0~10 cm表层土壤并进行混合,采用Illumina Miseq高通量测序技术和FUNGuild软件,获取并分析辽西北风沙区不同人工林土壤真菌群落组成与功能特征,并对土壤真菌群落多样性与土壤环境因子进行相关性分析。[结果]表明:杨树人工林能显著增加土壤pH值、土壤可溶性有机碳和速效磷的含量,降低土壤的C/N。该区人工林土壤优势真菌门类群是子囊菌门和担子菌门,优势真菌属类群为Guehomyces、被抱霉属及青霉菌属。NMDS和heatmap分析结果表明,不同人工林土壤真菌群落结构和功能特征差异显著,都可划分为两个聚类,其中,樟子松人工林和油松人工林土壤真菌群落结构和功能的相似性较大,而杨树人工林土壤真菌群落与针叶林土壤真菌群落结构和功能的差异较大。土壤pH、速效磷、DOC和C/N是影响土壤真菌多样性和土壤真菌群落功能的主要因子。[结论]不同人工林对土壤特性及土壤真菌群落的结构和功能特征具有不同的影响,杨树人工林显著提高土壤养分有效性,增加土壤真菌多样性。因此,在辽西北风沙区种植杨树较针叶树能更好地改善土壤。

关键词：辽西北沙区人工林真菌群落真菌功能

辽东山区两种针叶人工林土壤真菌群落结构特征

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北京林业大学学报 2019年第9期41卷 130-138页

作者：邓娇娇周永斌殷有白雪娇高慧淋朱文旭沈阳农业大学林学院辽宁沈阳110161 中国森林生态系统监测网络辽宁辽河平原森林生态系统定位研究站辽宁铁岭112500

【目的】为探讨辽东山区两种典型针叶人工林土壤真菌群落多样性及结构特征,揭示真菌群落结构与树种、土壤环境因子的相关性。【方法】本研究以辽东山区白石砬子自然保护区内落叶松(LGe)、红松(PKe)人工林和辽宁省森林经营研究所实验林... 详细信息

【目的】为探讨辽东山区两种典型针叶人工林土壤真菌群落多样性及结构特征,揭示真菌群落结构与树种、土壤环境因子的相关性。【方法】本研究以辽东山区白石砬子自然保护区内落叶松(LGe)、红松(PKe)人工林和辽宁省森林经营研究所实验林场落叶松(LGd)、红松(PKd)为研究对象,采用Illunima Miseq高通量测序技术和OTU分析法比较不同针叶人工林土壤真菌群落结构差异,分析优势菌群与土壤理化性质的相关性。【结果】(1)与红松人工林相比,落叶松人工林有助于提高土壤全碳、全氮和速效氮的含量。(2)该区落叶松和红松人工林土壤共检测到9个土壤真菌门,优势菌门为担子菌门、子囊菌门、接合菌门和隐真菌门。(3)LGe和PKe,LGd和PKd土壤真菌的多样性和丰富度指数存在差异,但都不显著。(4)Venn和Heatmap表明落叶松和红松人工林土壤真菌群落组成和相对丰度存在差异,LGe和PKe间的差异较LGd和PKd间的差异小。(5)RDA分析与Pearson相关性分析表明,土壤pH、土壤全碳、速效氮、土壤碳氮比是该区针叶人工林土壤真菌群落结构变化的关键影响因素。【结论】土壤真菌群落结构、多样性指数在不同树种间存在一定差异,LGe和PKe土壤有机质和真菌群落结构多样性差异较小,表现趋同性,LGd和PKd差异较大。

关键词：辽东地区针叶林高通量测序真菌群落结构