地表滴灌水氮耦合对毛白杨幼林生长及土壤水氮分布的影响

为探究地表滴灌水氮耦合对毛白杨生长及土壤水氮分布的影响,以2年生三倍体毛白杨人工林为研究对象,研究2种灌水处理（W20、W45）和3种施氮水平（80、150、220 kg/(hm2·a)）下滴头正下方0～80 cm土层土壤含水率（soil water content,SWC）和无机氮（Nmin）的动态变化规律,结合林木生长情况,明确2年生三倍体毛白杨最佳水氮耦合策略。结果表明：W20处理能显著促进4－7月林木胸径生长（P<0.05）,水氮因子尚未表现出交互作用（P>0.05）。灌溉能显著影响SWC,旱季（4月底至6月中旬）W20处理平均SWC达到11.3%,较空白对照（CK）提高37.5%;雨季（6月下旬至8月初）SWC受降雨影响整体提升,处理间差异不显著（P>0.05）。旱季Nmin在0～80 cm土层逐渐积累,集中分布在0～20 cm表土层,且随施氮量增加而增加;雨季Nmin向深土层移动,W20处理Nmin出现深层淋溶,W45处理各土层Nmin分布均匀,其中W45N150处理0～80 cm土层Nmin平均质量分数达到44.27 mg/kg,显著高于其他处理（P<0.05）。生长季末各处理Nmin均增加,在土层中产生积累。综上,N150处理能保证整个生长季内0～80 cm土层充足的氮素含量,结合林木生长情况判断,4－7月W20处理能显著促进毛白杨幼林生长（P<0.05）,8月份开始W45处理即可满足林木生长对水分的需求。     

树干液流及其主要影响因子对摘芽强度的响应

为了探讨摘芽强度对树木液流变化特征及其主要环境调控因子的影响,为人工林及果园等高效抚育管理提供参考,该研究以毛白杨(Populus tomentosa)为研究对象,设置4种摘芽处理(不摘芽CK、轻度摘芽BP1.0、中度摘芽BP1.5、重度摘芽BP2.0),采用热扩散式液流检测技术,结合自动气象站,对造林后第2～3个生长季不同摘芽处理后的树干液流、环境因子等进行连续观测。结果表明:1)摘芽对树干液流速率日变化趋势无影响,晴天都呈"单峰型";2)摘芽对树干液流特征值影响显著,试验期间CK、BP_(1.0)、BP_(1.5)、BP_(2.0)处理的液流速率平均值分别为1.405×10~(-3)、1.503×10~(-3)、1.462×10~(-3)、1.033×10~(-3)cm/s,BP_(2.0)显著小于其他处理,CK、BP_(1.0)、BP_(1.5)之间无显著差异(P0.05);3)影响不同时段、不同处理树干液流的主要环境因子不同,瞬时值日进程的影响因素为太阳辐射和饱和水汽压亏缺,白天及全天日均值的主要影响因子为太阳辐射和日空气温度最大值,夜间液流日均值的影响因子主要为日空气温度最小值和日平均相对湿度;4)不同摘芽强度下毛白杨幼林夜间液流占全天液流的5%～70%,夜间液流与白天及全天液流间呈显著负相关。因此,从促进植物水分生理活动的角度看,轻度和中度摘芽更合适。     

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨吸水根系的空间分布与模拟

研究三倍体毛白杨Populus tomentosa吸水根系空间分布特征是建立三倍体毛白杨根系吸水模型的基础。采用根钻法对宽窄行栽植模式下毛白杨吸水根系的空间分布特征进行了研究。结果表明：垂直方向上,宽、窄行内的吸水根系均在0 ～ 60 cm递减,但在60 ～ 80 cm又有小幅度增加;且根系主要分布区域都在0 ～ 20 cm土层内,根长密度分别达到0.080 cm·cm^-3和0.074 cm·cm^-3,约占各自系统总根量的44.14%和48.71%;相同水平方向0 ～ 100 cm范围内宽行各土层的根长密度较窄行相应土层均有大幅度增加,增加量分别为35.45%,36.76%,71.67%和72.27%。水平方向上,宽行20 ～ 200 cm内毛白杨根长密度呈指数递减分布;吸水根系主要集中分布在20～80 cm内,该区域总根长密度为0.250 cm·cm^-3,约占系统总根量的49.20%;窄行内吸水根系的水平分布不规律,各土层不同带距间根长密度差异不显著。对窄行拟合了一维根长密度分布函数,决定系数为0.288;对宽行拟合了二维根长密度分布函数,复相关系数达到0.538。研究结果将为进一步探索毛白杨速生丰产林根区的土壤水分动态以及土壤?鄄植物?鄄大气连续体（SPAC）系统中的水分传输机制提供基础资料和理论支持。图5表2参12     

“森林培育”网络课程的设计与实践

"森林培育(学)"是林学、水土保持与荒漠化防治等专业的主干和核心课程,传统的面授教学难以满足学习者日益多样化和个性化的学习需求,也难以满足学习者终身学习的需求。为适应学习者学习需求的变化,以现代信息技术为支撑,开发了"森林培育"网络课程。秉承着以"学习者自主学习为中心,理论和实践相结合,满足学生多种需求"的设计理念,在"森林培育"网络课程设计上,完成了"教、学、测"一体化设计。其中,"系统学习栏目""选择学习栏目"构成了课程的主体,"辅助学习栏目"为学生学习提供帮助,"图、文、声、像、影"等技术手段的灵活应用,充实和丰富了教学资源,体现了师生之间、生生之间的互动,线上线下的结合,为学生学习提供全过程的支持服务。     

水肥耦合对毛白杨林分土壤氮、细根分布及生物量的影响

目的杨树速生丰产林是我国主要的纸浆兼用材林，较低的水肥利用效率容易造成土壤退化、环境污染甚至林分产量下降。因此，迫切需要探究适宜的水肥耦合策略，实现可持续发展。本研究通过探讨不同水肥耦合处理对根区土壤氮分布、根系分布以及林木产量的影响，旨在筛选出适宜毛白杨人工林的最佳水肥耦合措施。方法以三倍体毛白杨为研究对象，设置3个灌溉水平:? 20 kPa（I₂₀）、? 33 kPa（I₃₃）、? 45 kPa（I₄₅）和4个施N水平:0（F₀）、120 kg/（hm2·a）（F₁₂₀）、190 kg/（hm2·a）（F₁₉₀）、260 kg/（hm2·a）（F₂₆₀），并设置CK对照（不灌溉不施肥）。测定其全年的土壤NO₃?-N动态、细根分布以及生物量产量。结果（1） 施N量和灌溉量显著增加NO₃?-N运移、分布和深层累积量，其中I₂₀F₂₆₀处理NO₃?-N深层浸出现象严重，而I₂₀F₁₂₀处理浸出量最小。（2） 水肥耦合管理可使根系分布浅层化；其中N肥供应可改变根系分布规律，灌溉促使根系分布表层化；而根系生长对N的响应取决于灌溉水平，其中I₂₀F₂₆₀处理根长密度（RLD）显著高于其他处理（P < 0.05）。（3） 不同处理NO₃?-N含量、RLD和整株生物量（TB），彼此间存在显著相关性。其中，土壤NO₃?-N含量与RLD存在显著抛物线回归关系（P < 0.05）；因此，土壤养分差异是造成细根分布差异的重要因素。0 ~ 10 cm、20 ~ 40 cm土层RLD与TB呈极显著的抛物线回归关系（P < 0.01）；可见，0 ~ 10 cm、20 ~ 40 cm土层适量的RLD有利于提高林木产量。其中，I₂₀F₁₂₀水肥耦合处理，林木年均生物量最高。结论I₂₀F₁₂₀处理施N量是传统施N量的四分之一，且深层NO₃?-N浸出量最小，有效减轻对环境的污染；此外，能够形成适量的RLD，促进林木对土壤养分的吸收利用，并最终形成较高的林木产量和较高的水肥利用率等优点。因此推荐I₂₀F₁₂₀处理为砂地毛白杨人工林最佳水肥耦合措施。      

充分灌溉下毛白杨树干直径变化对气象因子的响应

以三倍体毛白杨为试验对象,在控制土壤水势不低于-25 kPa的充分灌溉条件下,研究了树干直径变化指标与气象因子的关系。对树干直径日最大收缩量(MDS)产生主要影响的气象因子有参考作物蒸腾蒸散量(ET0)、饱和水气压差(VPD)、日平均温度(T_mean)、日最高温度(T_max)、日最低温度(T_min)、空气相对湿度(RH)、太阳辐射(Rn),其中与ET₀、R_n呈极显著正相关,与T_min、RH、VPD极显著负相关,与T_max呈显著正相关; 树干直径日增长量(DG)主要受R_n的影响,影响树干直径日最大值(MXTD)、树干直径日最小值(MNTD)的气象因子主要是3个温度指标:T_mean、T_max、T_min。MDS可以反映大气干旱程度。温度是影响树干直径增长的重要气象指标     

基于树干直径变化的树体水分亏缺诊断指标研究进展

树干直径变化（TDF）对树体水分状况具有高度敏感性,利用TDF指导灌溉已成为近年来国内外研究的热点。文中总结了TDF的基本理论及其相关参数概念,综述了国内外利用TDF诊断树体水分亏缺以指导灌溉的研究概况、指标选择与评估、实践应用等的研究进展,指出目前制约该项研究推广应用的主要问题,并提出研究展望。     

基于改进的PSPNet网络的毛白杨根系自动分割量化系统

针对毛白杨微根管图像中根系颜色不均匀、形态不一致、目标背景差异小的特点,以及现有根系图像处理软件无法批量分割的问题,提出一个基于深度学习网络的毛白杨根系自动分割量化系统。该系统包括根系图像自动分割和根系特征量化两个部分。首先,提出以EPSANet50为骨架的PSEPNet网络(pyramid scene efficient parsing network, PSEPNet)实现毛白杨根系图像的自动高精度分割;其次,使用骨架细化法提取根系中心像素轮廓;最后,运用数学统计方法提取根系数量、根系长度等多特征参数,实现对毛白杨根系特征的量化表达。结果表明：PSEPNet网络对毛白杨微根管根系图像具有良好的分割效果,其准确率为0.981 9,召回率为0.884 9,精确率为0.830 9,F1值为0.851 2,能够实现对根系数量、根系长度、根系投影面积等特征的量化,可为基于微根管技术对林木生长规律的研究提供技术支持和数据基础。     

2022 年 4 期目录

  目的  三倍体毛白杨作为华北平原重要的速生丰产树种之一,是我国木材战略储备的重要资源。滴灌水氮耦合技术已被广泛应用于人工林培育,掌握该栽培技术下毛白杨幼林细根生长、分布及形态特征,明确影响细根生长的重要环境因子,对精准水氮耦合策略的制定具有重要意义。  方法  以砂壤土立地条件下2年生毛白杨为研究对象,设置由?20 kPa（W20）、?33 kPa（W33）、?45 kPa（W45）3个灌溉水平和0（N0）、80 kg/（hm2·a）（N80）、150 kg/（hm2·a）（N150）、220 kg/（hm2·a）（N220）4个施氮水平组成的12个水氮耦合处理,并设置无灌溉施肥的对照处理,监测特定水氮耦合处理下（W20N220、W20N80、W20N0、W45N220、W45N0）幼林细根生长、分布及形态指标的变化规律,并分析对应土层土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮及土壤含水率与细根生长的关系。  结果  （1）滴灌水氮耦合及土层深度对细根生长及形态指标有显著影响（P < 0.05）。其中,W20处理能显著促进0 ~ 20 cm土层细根生长（P < 0.05）,细根趋于浅土层分布,而在W45N0处理下,0 ~ 30 cm土层比根长显著提高（P < 0.05）。（2）垂直剖面内,W20处理细根呈“由表层至深层降低”的分布规律,W45处理细根在不同土层内分布较均匀;水平方向上,细根分布呈“靠近树体,随径向距离增加而降低”的分布规律,但W20N220和W45N0处理细根生物量在同一径向位点无显著差异。（3）有机质、铵态氮和硝态氮均与细根生长呈显著的正相关关系（P < 0.05）,且相关性强弱的顺序为有机质 > 硝态氮 > 铵态氮。  结论  W20滴灌施肥处理能显著促进表土层细根生长,不同施氮量对细根性状无明显影响;三倍体毛白杨优先改变细根生物量在不同土层的分配及部分形态特征,而非改变细根总生物量以适应水氮资源的异质性;滴灌水氮耦合措施实施的过程中,应采取少量多次的灌溉施肥方式对0 ~ 30 cm细根集中分布土层及时补充水氮资源,提高资源的吸收利用效率。      

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨?小麦复合系统的细根分布及形态特征

  目的  探讨宽窄行栽植模式下毛白杨?小麦复合系统中的细根根长密度(FRLD)分布及形态特征,为优化该系统的集约栽培措施提供了理论依据。  方法  在宽窄行栽植模式下的4年生三倍体毛白杨?小麦复合系统中,于小麦收获后,采取根钻法在3株平均标准木周围进行根系取样,取样位点为窄行距树75 cm、树行距树75 cm、宽行距树100、200、300、400 cm,取样深度为80 cm,共取得根样288个。对所有样品进行形态扫描和烘干称质量,得到不同深度、位点处的毛白杨和小麦细根的分布及形态数据。  结果  垂直方向上,毛白杨和小麦的细根均主要聚集在0 ~ 20 cm的浅土层,其中FRLD分别占总根长密度的68%和45%。毛白杨（R2 = 0.679 3,P < 0.05）和小麦（R2 = 0.922 9,P < 0.05）细根均随土层指数递减;两个物种的FRLD在浅土层没有显著差异（P > 0.05）,在深土层中则表现出小麦的FRLD显著高于毛白杨的特征（P < 0.05）。水平方向上,毛白杨细根主要聚集在窄行的浅土层中,而小麦细根则在宽行中大量分布。二维根系分布结果显示,毛白杨和小麦有各自的细根密集分布区域且总体上互不干涉。毛白杨的平均细根直径显著高于小麦（P < 0.05）,其比根长则显著低于小麦（P < 0.05）。  结论  在宽窄行栽植模式下的三倍体毛白杨?小麦复合系统中,毛白杨和小麦的细根分布产生了空间分离,密集分布区域重叠较少;此外,为了更有效地吸收土壤资源以占据竞争优势,小麦会生产更多吸收效率更高的细根。以上结果可为优化该栽植模式下农林复合系统的集约经营技术提供理论支撑。