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林业科技信息简报2018年第2期

[作者:科管处情报中心  来源:采编  时间:2018-5-28  阅读:589次][字体:字体颜色]
 

 

 

   林业科技信息简报

 

 

 

2

 

 

(总第205) 

 

 

新疆林科院科管处情报中心                                         20184

树木生理

 

 林木低磷胁迫适应机制研究进展

近年来,国内外林木营养学的研究热点是筛选耐低磷林木资源以及分析林木吸收利用土壤有效磷的基因型所存在的差异性。鉴于此,本文将对低磷胁迫时林木的根系形态学机制、生理生化学机制和遗传学机制等方面的研究成果以及存在的不足进行综述。

1 低磷胁迫下林木根系形态学变化

在低磷环境中,林木根系形态学机制的变化主要包括根系形态特征的改变,如根伸长、根轴纤细、根毛数量增加以及密度增大、侧根幼根数量增加和排根的形成等,以提高对土壤磷的利用效率;林木根系主要吸收距根表0.21mm根际土壤中的磷。研究结果表明,植物吸收利用土壤有效磷的量与根长和根毛长、根表面积、侧根长和数量都存在显著的正相关关系。根构型的可塑性对植物吸收利用土壤有效;磷具有重要作用,它是植物根系状况的一个重要方面。

2 低磷胁迫下林木生理生化水平的变化

在低磷环境中,林木的生理生化学机制主要是林木明显感知土壤中的低磷胁迫信号,并使植物体内发生一系列生理生化变化,如根系分泌物增加、林木叶片光合色素变化等,是植物应答低磷胁迫的重要生理学机制。在低磷胁迫下林木主要通过一些主动过程来增加土壤磷素的有效性。

2.1 低磷胁迫对林木叶片光合色素的影响

在土壤有效磷利用效率不同的植物之间,其光合速率对土壤有效磷含量的应答具有一定的差异性。有研究表明,土壤磷素利用效率比较高的植物在缺磷环境中叶绿素含量也相对较高。

2.2 林木根系分泌有机酸对土壤磷的活化作用

植物根系在低磷条件下会释放多种有机酸,林木可以通过分泌上述种类的有机酸来降低土壤对磷的吸附量,以提高磷的生物有效性。大量研究发现,不同生态类型的植物其根系所分泌的有机酸数量和种类分布不同。植物根系分泌的有机酸在活化土壤难溶态磷方面具有重要作用,但目前这些研究主要是针对农作物,对于林木在低磷环境中分泌有机酸的特性以及分泌的有机酸在林木生长发育过程中的作用则研究较少,有待进一步研究和开发利用。

2.3 林木根际酸化对土壤磷的活化作用

在低磷条件下,林木根系向根际分泌质子从而造成根际土壤的酸化,促进根际土壤pH值的下降,以此提高难溶性磷的溶解率。

2.4 林木根系分泌的酶对土壤磷的活化作用

许多植物在受到低磷胁迫时,植株体内酸性磷酸酶( APase) 活性显著增强,能有效促进土壤中有机磷矿化为无机磷,以供植物吸收利用,提高植物对土壤中磷素的吸收利用效率来抵抗缺磷胁迫。

3 低磷胁迫下林木的遗传调控机制

从基因角度,植物对土壤有效磷的吸收利用性状的性质属于数量遗传,加性基因作用于其中,同时也受微效多基因的控制植物应答低磷胁迫的遗传学机制,主要是通过诱导表达植物体内某些沉默基因或使DNA序列发生定向变化,从而使得植物在形态学或生理学过程中产生适应性改变,以此来提高植物对土壤难溶态磷的活化和吸收利用能力植物经过漫长的演化后形成了能适应低磷环境的高亲和系统以及能适应高磷环境的低亲和系统在受到低磷胁迫时,植物根系主要通过高亲和力磷酸根转运蛋白来吸收土壤有效磷植物在调控耐低磷胁迫时有磷转运蛋白转录因子等很多基因参与其中研究表明,这些基因明显受到低磷胁迫的诱导,并且和植物对土壤磷素的吸收利用效率密切相关

4 结语

目前,国内外关于植物对低磷胁迫的适应机制研究报道已经不少,但这些研究尚不够全面深入,大多只是进行理论研究,很少运用到实际生产中。其理论体系还不够完善,还需要对各个内容的多个方面进行深入研究和探讨。现代生物技术的发展也为筛选有效利用土壤磷素和定向培育磷高效利用品种提供了新的方法和途径。充分利用现有遗传信息和基因资源,揭示植物对土壤有效磷高效利用的遗传学机制,从而获得特定的品种将是林学研究者今后的主要研究方向。

《世界林业研究》2017.1

树木生态

 

树木径向生长主要去趋势方法与误差分析

年轮是树木形成层在向内侧分化过程中由于受到季节交替变化影响而形成的同心轮状结构。树轮年表中既包含了各种环境因子的长期气候信号,也包含了树木自身的生长发育以及内部干扰等非气候信号。如何去除树轮生长过程中的年龄和胸径趋势,而突出其中的气候信号并保证年表的精度,是树木年轮气候学研究中的关键环节。

本文将综述树轮生长趋势的拟合方法,分析不同方法的优缺点与适用性,同时总结误差的影响,提出在未来树轮气候学研究中生长趋势拟合应注重的问题,同时结合误差分析结果进行归因分析,以更准确地表达树木长期生长趋势及其机制。

过去几十年来,国内外学者已经提出了大量的生长趋势拟合方法,分析环境因素对生长的影响,以消除树木生长中的年龄或胸径的作用。归纳起来主要有5种广泛运用的方法。

1 保守去趋势法(CD)

保守去趋势法是用数学函数来拟合树轮的生长趋势,这类函数主要包括任意斜率直线、负指数函数、样条函数、幂函数、线性回归、双曲线函数和多项式函数等。该方法的前提是拟合函数可以去除随年龄增长树轮宽度变窄的趋势,而全面或部分地保留树轮长期生长趋势。

2 区域曲线标准化法(RCS)

Briffa首次将其命名为RCS 法,Bontemps2011年提出了基于生理年龄和半径的2种区域曲线标准化的步骤和公式。该方法是先建立区域曲线,将区域内所有个体的树轮宽度对齐到生理年龄或相同半径,然后对同一生理年龄或同一半径内所有树轮宽度求平均,再用数学平滑函数拟合树轮宽度的平均值,即得到区域曲线(C),最后用区域内每个个体的轮宽序列除以平滑后的树轮宽度值就是标准化后的区域曲线。

3 断面积修正法(BAC)

断面积修正法是将年轮宽度转化为断面积指数(BAI)来去除年龄或大小的趋势。该方法的前提是树木成熟后BAI的增长趋于稳定,而树木达到成熟后年轮宽度通常会随着树木径级的增大而有变窄的趋势。

Biondi 等对BAI 计算公式进行了变换,提出了C方法,该方法的前提假设为每年树轮的断面积增加量为常数C,先用每棵树不同生理年龄时的断面积指数的中位数来表示这棵树的断面积常数,最后用该断面积常数C除以实测的断面积指数序列进行标准化。   

4 径级法(SCI)

径级法并不是通过曲线拟合或数据转换方法来去除树木生长中的年龄或大小趋势,而是直接分析个体生长发育阶段得到生长趋势,即对区域内所有个体

在相同生理年龄或相同径级下进行分析。该方法的前提是树木在相同直径级下具有相似的生长速率,因此可以去除年龄和胸径的效应。

5 参考年龄级法(AC)

保守的去趋势方法和区域曲线标准化法均将树轮宽度标准化为无量纲轮宽指数,标准化后的无量纲轮宽指数与原始轮宽实测值不存在直接关系,那么不同区域、不同物种的年表在轮宽的绝对值上无法比较,同时也不能获得环境因子与绝对轮宽值之间的关系。

《世界林业研究》2017.3

树种选择与配置对森林生态系统服务的影响

由于林业经营的长周期性造林目的的多样性树种资源的丰富性造林条件的复杂性,造林树种选择与配置成为决定造林成败的关键因素之一树种配置模式不仅与造林时间立地质量土壤和其他环境条件的改变有关,在很大程度上还取决于树种生态位的关系当种间关系表现为互利或单利作用时,才能有效发挥其多功能效益,具体表现为生长模式光合利用率生物学物候以及根系结构有所不同因此,优化树种选择和配置是我国森林质量精准提升亟待解决的一个关键问题

目前,国内外已有学者针对纯林与混交林阔叶林与针叶林,以及不同树种配置模式对木材生产固碳生物多样性涵养水源森林游憩等至少2种以上功能的综合影响进行了探索

1 树种选择与配置对森林经济功能的影响与机理

我国森林资源严重不足,人均森林蓄积量只相当于世界人均占有森林蓄积1/7,通过合理的树种选择与配置提高森林生产力进而提高经济效益显得尤为重要总体来看,混交林比纯林的经济效益高,随着树种增加层次复杂程度增大,林地生物量及生产力均有明显增加树种配置也可以提高非木材林产品的价值农林间作是国内外森林经营的重要模式之一,多层次的农林间作可获得长期高产的林地生产力,在林下作物每年可持续获得一定量收益的同时,培育长周期大径级高价值木材可获得更高的土地利用率林龄也是决定生长量的关键,林分中保留一部分过熟木可平衡木材产量与生态之间的关系下木的生长受上层木的限制,包括光水和土壤养分,通常把耐荫树种作为下木可减少目标树不定枝,在提高目标树质量的同时可增加林地产量,提高经济效益

2 树种选择与配置对森林生态功能的影响及其机理

森林生态功能包括固碳释氧生物多样性调节气候改善水源等多个方面目前针对树种选择与配置的森林生态影响考虑较多的主要是碳和生物多样性等在全球气候变化背景下,充分认识森林应对气候变化的响应机制,研究不同树种选择对森林生态系统固碳能力的影响,提高森林生态系统碳储量,进而保护人类生存环境具有现实意义森林固碳能力受气候和立地综合作用影响,但土壤因子相对比较稳定要使固碳能力达到最大,就要合理配置不同生物学特性的树种,充分利用阳光和地力,增加林地生物产量环境变化会引起树种生物量分配的变化,进而影响固碳量随着树种增加,林分碳储量和森林演替进度有明显提高,但粗木质残体分解速率和土壤呼吸速率较纯林低研究还发现,3种树种混交的地上部分碳储量比6种树种混交的碳储量大,说明并非林分树种组成越复杂越有利于固碳

从不同生物学特性的树种混交对碳汇的影响来看:由于先锋树种生长快寿命短,早期生物量和碳的积累量大;而慢生树种生长慢木材比重大,整个生长周期总的地上部分生物量和碳的积累量大于先锋树种这种由树种生物学特性导致的差异使得先锋树种纯林或有先锋树种组成的混交林早期固碳量大,但从长远角度来看先锋树种与慢生树种混交的固碳总量大,因此将先锋树种与慢生树种进行混交可提高早期和整个生长周期的碳汇量另外,研究发现,过熟木比幼龄木成熟木的固碳量小因此从提高林地生产力和固碳的角度来看,林分中只需保留少量过熟木即可提高生物多样性和养分循环

生物多样性保育是林业的重要目标和任务,对提高森林生产力具有正向促进作用,而树种选择和配置是实现这一目标和任务的基础树种选择必须遵循生物多样性的原则,尤其是在优质立地上更应充分发挥林地生产潜力,营造结构相对复杂的森林,提高生物多样性现阶段多数研究的关注焦点在于配置模式对林下植被丰富度及对濒危野生动植物保护的影响一般来讲,与过熟木数量多的林分相比,退化林中幼龄林的生物多样性低,提高生物多样性的难度大

合理的树种配置可降低自然灾害及病虫害的风险,增强林分抗逆性森林层次多根系深浅搭配有利于提高林分抗风灾火灾及雪害能力,保持林分稳

森林结构复杂,食物链长,营养结构多样,可显著抑制病虫害的大量发生此外,也有部分研究针对树种选择与配置对土壤改良水土保持水源涵养等其他功能进行了探讨

3 树种选择与配置对森林社会功能的影响

当前人们对森林游憩与森林美学的需求越来越高,绿化和美化城市环境是改善人们居住环境以及实现城市可持续发展的关键根据行道树风景区居民区等不同绿地功能选择与配置树种至关重要首先,着眼于社会功能的树种配置应具备5种功能,即观赏性高抗逆性好生态保健功能强经济效益高具有丰富的历史文化底蕴和地方特色等;根据树种植物学特性选择栽培地点,如将耐阴灌木树种种植于高架桥下高层建筑背后及高大阳性树种下等光照条件不足的荫蔽处同时配置模式要多样化丰富化,采用乡土树种乔灌草合理搭配如果树种配置不科学,有可能造成病虫害,增加经营成本,降低整体功能

《世界林业研究》2017.1

 

遥感技术

 

利用无人机高分辨率影像进行树木高度提取

无人机遥感技术在树木参数获取中具有重要作用为探讨利用无人机高分辨率影像提取树高的可行性,本文选择邱集煤矿矿区森林公园为研究区,采用Pix4D 软件对无人机采集的高分辨率影像进行处理,生成研究区正射影像和三维点云;利用最大类间方差法将三维点云分割为树木点云及树下地面点云两部分,由此提取树木顶端高度和地面平均高度,并将地面平均高度视为树木根部的高度,得到树木高度研究表明:最大类间方差法能够准确分割树木点云和地面点云;利用无人机高分辨率影像进行树高提取是可行的,树木高度测量绝对误差小于80cm相对误差绝对值最大为16.2%标准误差为36.3cm;同时,树冠的形状会对树高测量造成影响,阔卵形树冠的法国梧桐和圆锥形树冠的圆柏高度标准误差分别为29.250.9cm,两者树高测量值与真实值决定系数分别为0.99200.8894,阔卵形树冠的法国梧桐测高精度明显高于圆锥形树冠的圆柏测高精度

《北京林业大学学报》2017.8

 

绿化建设

 

乡土树种及其在城市林业中的应用

长期以来在城市绿化树种的选择上,人们使用外来引入树种比例较大的现象屡见不鲜,而对于乡土树种却考虑甚少。国内外研究指出,近年来城镇化的加快使城市间景观趋于雷同,也缺乏自身的绿化特色与乡土气息。因此,随着“人与自然共生”理念的广泛传播,人们对城市绿化的生物多样性及自然度等提出更高的要求,生态林将逐渐成为城市绿化建设的重点,而乡土树种作为生态林建设的“主角”,在城市绿化建设中也将越来越受到重视。

乡土树种的应用特点

1) 较强的适应性。相对外地引进树种而言,乡土树种通过自然选择得以在本地生存延续,具有顽强的生命力,适应能力强,因此更适应当地的环境和气候,是当地生态系统的重要组成部分。

2) 较简单的繁殖方法。乡土树种多数可通过种子繁殖,加上现代化的扦插育苗,其育种材料容易获得,育种方法简单易操作,生产速度快,适用范围广。

3) 较高的性价比。主要表现为成本低、成活率高、管理费用低,以及易达观赏效果。

4) 较强的文化内涵。乡土树种有着数百年的历史传承,承载着多年以来当地的历史进程以及文化底蕴,成为当地不可或缺的人文承载部分,是当地重要的文化遗产和独特的地方特色,也是当地历史长河中生态文明进程的见证者。

5) 具有较显著的地域标识功能。乡土树种是当地的标识植物,可以形成天然生态林、风水林等,形成具有当地特色的稳定植物群落,形成城市绿地景观和地方风格。因此,乡土树种具有很强的地域识别性和标识功能,例如,日本樱花,洛阳牡丹和石家庄的国槐等植物。

6) 具有稳定城市绿化系统的功能。经过长期自然选择的结果,乡土树种在维持城市绿化系统稳定性上起着重要作用,是该区域较为适合的自然环境物种。如国家森林城市评价指标( LY/T 2004 2012) 中有一项就指出,优先考虑乡土树种,由乔木、灌木、藤本、草本等植物的合理配置建立各类林木和树木为主体的绿地,构成城市绿化生态系统。

7) 具有可持续改良植物的功能。乡土树种具备特有的抗逆性和抗病性,能够作为其杂交育种的亲本,为选育优良乡土树种储备基因资源,进而为推广应用奠定基础。

8) 具有提高生物多样性的功能。繁殖和保护乡土树种种植资源,有助于维护和改善当地的生态环境,对当地珍稀乡土树种种质资源的保护和生物多样性有着重大意义。

《中国城市林业》2017.6

 

实用技术

 

嫁接对黑果枸杞结实性能及其性状的影响

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是新疆多个荒漠亚类和多个低地草甸亚类草地中的优势植物或主要伴生植物,为茄科(Solanaceae)、枸杞属(Lycium L多棘刺灌木植物,因其植株能在多种逆境中生长,具有防止土地荒漠化和盐碱化等生态公益,其果实富含天然原花青素等多种保健、滋补、强壮营养物质,具有高的经济价值;因此,又是西北等省份重要的兼具生态功能和较高经济效益的植物之一。嫁接黑果枸杞的植株生长、结实性能、果实品质等方面,还未有后续报道。本文在相关研究的基础上,以已获得的嫁接黑果枸杞为主要研究对象,探究了嫁接对黑果枸杞结实性能及性状的影响,为其应用, 推广及枸杞林地的改造等方面提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于焉耆盆地库鲁克塔格山山前冲积—洪积平原的中下部。

1.2 方法

从三种供试黑果枸杞中各选9株,分别标记,随机分成3组,每组各3株;从2014年起,每年观察其结实状况,每年分别测定每组每株每茬干果结实产量,取其平均值,并对相关指标进行方差分析(每年总产量=一茬产量+二茬产量)

2 结果与分析

2.1 嫁接对黑果枸杞结实期的影响

供试嫁接黑果枸杞第一年无结果现象,但第二年就全部进入结果期;说明以黑果枸杞地下垂直茎为接穗,以枸杞为砧木的嫁接,可在嫁接后的第二年进入结果期。而采用野生黑果枸杞种子人工种植的黑果枸杞第一年和第二年均无结果现象,在第三年有7株结果,占供试植株的77.8%,2株未结果,占供试植株的22.2%;说明采用种子人工种植的黑果枸杞大部分可在第三年进入结果期,但仍有少部分植株受制于自身萌发及生长发育和外界环境因素的影响,延迟进入结果期。对比二者的结果期,不难发现嫁接黑果枸杞的正常结果期较种子繁育黑果枸杞的正常结果期提前一年,而且还存在“全部”和“大部分”的差异。

“三种”黑果枸杞在同一年份、不同茬期及其当年总的株均结实产量均存在显著差异,在“三种”黑果枸杞均结果的第三年,嫁接黑果枸杞产量最高、其次为已多年结果的野生黑果枸杞、最次为采用种子种植的黑果枸杞;同时,嫁接黑果枸杞自第二年进入结果期后,其每年一二茬果的株均产量及株均总产量也显著高于已多年结果的野生黑果枸杞,这一方面可能由于试验地的土壤条件和水肥条件相对较好有一定关系,虽然在3年的试验期间未进行刻意的人为浇水、施肥,其土壤基质也是砂砾质,但试验地是熟地,其土壤结构与肥力比野生黑果枸杞生长的土壤条件要好得多,这从另一个侧面也说明黑果枸杞的产量具有可塑性,在人工栽培或对野生黑果枸杞进行人为浇水施肥等管理条件下,其产量有大幅提升的潜力;另一个最主要的原因则是“嫁接优势”的存在,这种优势不仅存在于乔木、草本等嫁接植物的产量、品质、抗逆性等多个方面,在茄科枸杞属的灌木黑果枸杞与枸杞种间嫁接中也同样存在“嫁接优势”。因此,利用已有的枸杞林木资源,采用嫁接技术,也是一种快速建植黑果枸杞林地,实现早产、丰产、稳产的有效技术措施。

2.3 嫁接黑果枸杞的“二茬花果”特性

“二茬花果”特性系指相关特定植物在一年中有两个分界明显的开花结果阶段,且其果实或种子均能发育成熟的特性。笔者通过对嫁接黑果枸杞的观察研究表明,嫁接黑果枸杞也具有明显的“二茬花果”特性。可以看出,嫁接黑果枸杞两茬花果期与野生黑果枸杞基本相同,说明“二茬花果”特性是研究区黑果枸杞的共性;两种供试黑果枸杞虽然株均结实产量因年份不同而有所区别,但其不同年份二茬果与一茬果的比值、及各自不同年份二茬果与一茬果的比值均在31%~35%之间,比较接近,说明黑果枸杞二茬果与一茬果在产量方面存在一定的相关性。植物的生长、发育、开花、结实等特性除与本身的遗传因素有关外,还与外界的环境因素如光照、温度、生长条件等有关。嫁接黑果枸杞之所以表现出“二茬花果”的特性,这可能与接穗本身具有“二茬花果”的遗传因子有关。

3 讨论

“大小年”是多年生果木常见的一种结实特性,主要表现为果木在经过一年丰产后,第二年出现较大幅度减产的现象;一般来说,果树连续两年的产量相差在20%以上,就认为出现了大小年现象。通过对多年结果的野生黑果枸杞观察发现,野生黑果枸杞也具有明显的“大小年”现象;2014年至2016年连续三年的产量测定结果表明,研究区内野生黑果枸杞2014年与2015年的株均总产量增产38.9%,2015年与2016年的株均总产量减产44.9%,连续两年的产量变化幅度均超过20%,也进一步证实了研究区内野生黑果枸杞具有明显的“大小年”结实特性。嫁接黑果枸杞仅有一年的产量变化,即2015年与2016年的株均总产量减产14.5%,表现出一定的变化幅度;而采用种子人工种植的黑果枸杞由于刚进入结实期,无相关年份的产量变化;至于这“两种”采用不同繁育方法获得的黑果枸杞植株,是否也具有野生黑果枸杞明显的“大小年”结实特性,及二者在结实特性等方面存在的差异等相关问题,有待于“两种”黑果枸杞进人结实稳定期后,进一步研究。

《中国野生植物资源》2017.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·上篇文章:林科院联合第二党支部开展“民族团结一家亲”联谊活动
·下篇文章:自治区林业厅巡视员杨健一行到阿克苏市阿依库勒镇协合力村第八工作队调研指导工作
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