管道模型和树木年轮水分输导模式的理论及在落叶松生产力估测中的应用

  目的  在管道模型假说和前期提出的树木年轮水分输导模式基础上,从理论和应用两个层面探讨了长白落叶松树冠生产力结构及4种落叶松的叶生物量估测模型,期望为树冠生产力评价和树木年轮水分输导模式研究提供理论与技术支持。  方法  利用不同林龄和不同种落叶松树冠解析、生物量调查及树干染色试验数据,基于管道模型和树木年轮水分输导模式分析树冠生产力结构、构建叶生物量估测模式,并对不同年龄、不同种落叶松筛选出的估测变量及估测效果进行对比分析。  结果  （1） 11年林龄的长白落叶松,胸高处当年生年轮断面积占该处具备水分输导能力的总断面积的19.64%,却供养了整个树冠最外侧29.8%的叶面积（指在当年生枝条上着生的叶面积）,说明当年生年轮水分输导的速率显著快于其他年轮。（2）基于管道模型和树木年轮水分输导模式得出树木枝条叶生物量、叶面积的多少受到枝条基部水分的输导能力及机械支撑能力的综合影响,其估测自变量可区分为二类,一类是与枝生物量有关的变量,另一类是与枝条基部水分输导能力有关的变量。（3）基于两类变量构建的4种落叶松叶生物量估测标准回归模型具有极高的估测精度。（4）为了便于应用,提出了简化的叶生物量二元线性估测模型,对于4种落叶松的估测效果达到了极显著相关水平。（5）构建了4种落叶松的叶生物量与枝条基部断面积的一元线性回归模型,对模型的截距和斜率进行差异显著性分析发现,兴安落叶松与其他3种落叶松均差异极显著,日本落叶松与华北落叶松也达到了差异极显著的水平,而华北落叶松与长白落叶松差异不显著。这一结果反映了4种落叶松在树冠形态上的不同。  结论  管道模型和树木年轮水分输导模式理论及其推论在树木生产力结构研究和生产力评价方面具有较高的应用前景。据此可将枝条叶生物量的估测变量区分为两类,即与枝生物量有关的变量和与枝条水分输导能力有关的变量。提出了叶生物量估测的标准回归模型和简化回归模型,该模型对4种落叶松的估测精度均达到了极显著相关水平。      

4种林木年轮水分输导模式研究

以年轮为基本研究单位,对选择的4个树种(银中杨、蒙古栎、红松、落叶松)采用水分输导轨迹的染色标记和定量滴定方法,研究了林木的水分输导模式.结果表明:树干中不同年轮间的水分输送能力存在显著差异,新生年轮(近3年)的水分输送能力明显较强,从输送面积看均超过了总输送面积的2/3.在年轮与年轮之间没有发现水分的横向输导现象;水...     

长白落叶松早材管胞纵向抗拉强度的研究

采用零距拉伸方法,研究了4株长白落叶松早材管胞的纵向拉伸强度株内变异性及主要影响因素。结果表明,长白落叶松早材管胞纵向拉伸强度均值为373.69 MPa,早材管胞纵向拉伸强度年轮内和株内纵向的变异差异不显著,径向的变异在0.01水平上显著。通过对水分、微纤丝角和密度等因素的研究表明,早材管胞的纵向抗拉强度随着微纤丝角的增大而减小,气干态和饱水态的管胞纵向抗拉强度在0.05水平差异显著,早材管胞纵向抗拉强度与气干密度在0.01水平具有显著的相关性,相关系数为0.861。     

长白落叶松木材单根管胞力学性能分析

为了评价长白落叶松木材作为纸浆材的管胞力学强度,采用单纤维拉伸技术开展了长白落叶松早晚材单根管胞拉伸力学性能研究。结果表明,长白落叶松早材单根管胞拉伸弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率的均值分别为9.64 GPa、714.05 MPa及6.01%,晚材的均值分别为12.74 GPa、963.85 MPa、和8.60%。方差分析表明长白落叶松早晚材间单根管胞拉伸弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率存在极显著差异（0.01水平）,晚材单根管胞力学性能显著高于早材;单根管胞弹性模量和拉伸强度在径向年轮间的变异极显著（0.01水平）,断裂伸长率在年轮间的差异性不显著。在株内径向上,长白落叶松单根管胞力学性质均随着年轮的增加而增加;在株内纵向上,单根管胞拉伸的弹性模量和拉伸强度变异性极显著（0.01水平）,而断裂伸长率在纵向上的变异性不显著。该结论为长白落叶松木材的适材适用和定向培育提供了理论依据。     

长白落叶松木材单根管胞力学性能分析

为了评价长白落叶松木材作为纸浆材的管胞力学强度,采用单纤维拉伸技术开展了长白落叶松早晚材单根管胞拉伸力学性能研究。结果表明,长白落叶松早材单根管胞拉伸弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率的均值分别为9.64 GPa、714.05 MPa及6.01%,晚材的均值分别为12.74 GPa、963.85 MPa、和8.60%。方差分析表明长白落叶松早晚材间单根管胞拉伸弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率存在极显著差异(0.01水平),晚材单根管胞力学性能显著高于早材;单根管胞弹性模量和拉伸强度在径向年轮间的变异极显著(0.01水平),断裂伸长率在年轮间的差异性不显著。在株内径向上,长白落叶松单根管胞力学性质均随着年轮的增加而增加;在株内纵向上,单根管胞拉伸的弹性模量和拉伸强度变异性极显著(0.01水平),而断裂伸长率在纵向上的变异性不显著。该结论为长白落叶松木材的适材适用和定向培育提供了理论依据。     

吉林北部山区长白落叶松林径向生长对气候干暖化的响应

目的中国东北地区的气候干暖化对长白落叶松林构成了严重威胁，有待进一步探究林分因子(如林龄、密度、蓄积量等)如何与气候条件共同作用、影响树木径向生长对气候变化响应的相关机制。方法本研究基于吉林长白山北部余脉至老爷岭间的长白落叶松林的树轮宽度标准年表，分析了气候条件及林分因子对长白落叶松林的年轮—气候关系中的相对作用大小，以研究长白落叶松在气候变化下的响应机制。结果近30年来，研究区气候干暖化趋势显著，长白落叶松的生长明显受到气候变化的影响，气候条件和林分因子共同作用于年轮—气候关系，但前者的影响要大于后者。Palmer干旱指数对主成分第1轴的解释力为50.27%，表明水分条件的影响更为重要；林分因子中的林龄有显著作用，林龄大的林分更易受到温度升高的限制作用，其余林分因子则在本研究中没有表现出显著影响。结论在未来气候干暖化情境下，林龄较小的长白落叶松的生长会得到一定促进，但若林龄过大则会受到温度上升导致水分亏缺的限制作用，所以有必要采取经营措施以减小升温对林分的不利影响，以保证林分的持续发展。      

基于生长轮的杨树水分输导模式

以生长轮为研究的基本单位,分析了杨树(银中杨)的水分输导模式。结果表明:杨树树干中最近2a的断面积生长量在阳冠以下基本相同;当年生长的生长轮是生理活动最旺盛的部分,其生长量的纵向分布是冠幅增加的力学支承和生理需求的综合结果。当年生生长轮承担全树66.98%的水分输导量,前1a生长的生长轮占24.24%。说明杨树最近2a生长的断面积是水分输导最旺盛的部分。在水分的纵向输送过程中,水分呈顺时针螺旋式扇形上升,并且各生长轮之间还略有差别。1d中(晴天)水分输导最强的时间是上午9时左右。     

基于节子剖析数据的长白落叶松人工林枝条丢失年轮数研究

目的为提高木材质量,本文利用节子剖析数据建立枝条丢失年轮数量的混合效应模型,以达到预测枝条丢失年轮数量的作用,为人工整枝提供一定的理论依据。方法以黑龙江省孟家岗林场长白落叶松人工林为研究对象,基于50棵长白落叶松解析木的1 434个节子数据,以Poisson分布为基础,采用SAS9.4软件中的glimmix模块,建立了节子丢失年轮数量的广义线性混合模型,通过计算相应的指标,选出最优混合模型。结果在考虑树木效应情况下,包含截距、节子高度、节子相对高度的随机效应参数的混合模型为最优混合效应模型;在考虑等级效应的情况下,包含节子相对位置、节子直径的随机参数的混合模型为最优混合效应模型。综合比较,两个混合模型的拟合效果均好于基础模型,其中考虑树木效应的拟合效果最好。模型的拟合结果表明:节子丢失年轮数量与节子着生高度、节子直径密切相关,位于树干基部的直径较大的节子,由于竞争作用,生长受到抑制,但是生存能力强、存活时间长,故而产生丢失年轮的数量较多。着生位置越靠上的节子,生存条件好,产生丢失年轮的数量少。结论通过长白落叶松人工林节子丢失年轮数量混合模型的建立,并对模型的预测效果进行检验,检验结果显示本文的混合模型能对枝条丢失年轮的数量进行预测且偏差较小。在接下来的研究中可以进一步完善,从而为人工整枝提供一定的理论依据。      

4种落叶松的引种效果与光合日进程

在黄土高原丘陵区,引种的4种落叶松生长正常,但受水分限制,生长缓慢,其生长量大小排序为:华北落叶松>日本落叶松>兴安落叶松>长白落叶松;日平均光合速率大小排序为:日本落叶松>华北落叶松>兴安落叶松>长白落叶松;水分利用效率排序为:华北落叶松>兴安落叶松>日本落叶松>长白落叶松.华北落叶松可作为今后主要发展的树种.     

小兴安岭长白落叶松径向生长的周向异质性及影响因素

【目的】通过对长白落叶松年轮特征进行分析,以探究径向生长的周向异质性及其影响因素,以及不同高度年轮宽度各向变异特征的差异性,为长白落叶松的经营管理提供理论依据。【方法】采用Wilcoxon符号秩检验方法对黑龙江省朗乡东折棱河林场的18株长白落叶松相对年轮宽度随树龄的变化进行检验,通过比较不同高度的相对年轮宽度变异系数,分析不同高度的年轮宽度变异特征的差异。借助加权Voronoi图计算树木各向生存半径,分析其与树木年轮宽度变异特征的关系。利用单因素方差分析和描述性统计方法,分析光照和树龄与径向生长的周向异质性的关系。【结果】（1）人工长白落叶松5年定期平均年轮宽度和累积平均年轮宽度随树龄的增长在各方向上的差异特征没有显著变化。（2）7株样木的累积年轮宽度变异系数与横断面相对高度呈极显著或显著负相关,12株样木的近5年平均生长量在各方向上的变异系数与断面相对高度呈极显著或显著负相关。（3）胸高断面径向生长周向变异特征与光照强弱方位特征之间没有显著关系;成熟样木的年轮宽度各向变异系数的平均值最高;大部分样木胸高断面各向相对年轮宽度（近5年平均生长量）与各向生存半径之间呈显著相关性。【结论】（...     

木材生长轮材性变异规律时间序列模型

采用时间序列分析理论。分析了人工林长白落叶松木材生长轮材性变异规律。对木材的化密度、晚材度和生长轮宽度进行变异规律的拟合。并对建模方法，模型参数选择以及检验进行讨论。结果表明，模型的拟合良度较好，不但能拟合出木材材性总体变化趋势，而且能拟合出细微变化周期性波动。     

人工林长白落叶松木材材质早期预测模式(Ⅰ)——材性变异、幼龄期与成熟期的界定

以现代统计预测理论为基础,结合人工林长白落叶松木材生长轮材性变异规律,提出了木材幼龄期与成熟期划分研究的理论与方法.根据幼龄材与成熟材材性的特点,建立了木材幼龄期与成熟期界定的有序聚类最优分割模型(OCDB模型).测试了人工林长白落叶松木材的晚材率、生长轮宽度、管胞长度和宽度、微纤丝角及生长轮密度等材性指标,并且对其统计分析,得出木材材性变异规律.采用有序聚类最优分割模型划分出人工林长白落叶松的幼龄期为15a.     

土壤含水率对长白落叶松幼苗生长的影响

为了研究长白落叶松幼苗生长与土壤含水率的关系,掌握长白落叶松苗木生长规律,为育苗管理和相关研究提供借鉴,通过5种田间持水量梯度对幼苗生长指标的影响试验,分析了不同土壤含水率条件下苗木生长指标的变化。结果表明:苗高、地径、主根长、生物量等指标在不同土壤含水率条件下差异显著,大于1 cm长侧根数受土壤含水率的变化差异不大;幼苗生长对土壤含水率需求较高,在田间持水量为90%时,幼苗生长各项指标较优,在田间持水量为80%以上时,增加灌溉量对促进苗木生长影响不大;土壤含水率保持田间持水量的80%左右,苗木生长指标较好,同时又能够达到灌溉节水的目的;在土壤含水率低于田间持水量60%时,苗木正常生长受到显著的影响。     

坡向对人工林落叶松纤维形态及造纸性能的影响

以不同坡向（阳坡和半阳坡）的人工林落叶松（Larix olgensis)木材为试材，测定了木材纤维的纤维形态特征（包括管胞长度、管胞直径、壁腔比、微纤丝倾 角及管胞长宽比）、物理特征（包括生长轮宽度、生长速率、晚材率及密度）和化学特征（包括综纤维素含量、木素含量、树脂含量及1％NaOH抽提物）等指标，测试分析结果表明：不同坡向的长白落叶松木材的大多数纤维形态指标和物理、化学特征指标存在显著的差异；采用综合评分法对不同坡向长白落叶松木材的制浆造纸性能的综合比较分析得出：半阳坡的长白落叶松用作造纸材较好。     

干旱区香梨滴灌灌水技术优化研究

[目的]弄清不同灌水技术下香梨耗水规律,筛选适合干旱地区的果树灌溉技术,为该地区香梨灌溉提供理论依据,进而更好地指导果园适时灌溉,对水分合理利用有重要的指导意义.[方法]通过对新疆巴州灌溉试验站香梨地在不同灌水技术条件下香梨土壤含水量、植株生长及品质和产量的监测,分析香梨地土壤含水量和香梨不同生育期的耗水特征.[结果]单环管和双环管处理在整个土层深度上的土壤含水量低于地表双管处理和对照,与对照和常规滴灌相比,平均低14.8％和9.5％.单环管和双环管与地表双管处理相比,总耗水量分别减少了5.1％和3.1％,各处理品质差异较小,产量差异较大,2012年,地表双管处理的产量为27.2×10^3 kg/hm^2,比对照（20.7×10^3 kg/hm^2）高出31.6％,单环管处理（27.7×10^3 kg/hm^2）比对照高出34.2％.而在2013年,双环管和地表双管处理产量分别为11.6×10^3、8.2×10^3 kg/hm^2,分别比对照（7.1×10^3 kg/hm^2）高出63.0％和15.5％.[结论]在双环管的布置方式下,内圈环管直径100cm,外圈环管直径200 cm,滴头间距30 cm,滴头流量3.2 L/h的处理在香梨长势及产量等指标上优于单环管和地表双管布置方式.     

长白落叶松和樟子松等五种树种抗旱性的比较

为研究树木的抗旱机制,文中长白落叶松,樟子松,红皮云杉,油松和水曲柳的抗旱性进行了探讨,结果表明,自然失水不同时期,各树种的水分参数不同,其变化也不同,各时期均以水曲柳和落叶松失水速率最大,红皮云杉次之,樟子松和油松水失水速率最小;与之相关的其它水分参数变化快到慢的顺序也如此,落叶松和水曲柳的质膜相对透性较小,樟子松和红皮云杉较大,油松质膜相对透性居中;脱水对各树种叶绿素代谢的影响由强到弱信次为水     

杨树水分输导模式及树干注液技术

利用"染色示踪法"对20株活立杨树干进行染色,通过解剖观察、量测、分析,研究了杨树树干的水分输导模式,结果发现:杨树水分输导能力最强的是树干最外侧的2个年轮,并且水分优先保证当年新生长部位的水分需求,枝条分枝部位下方导管中的水分会直接进入枝条中,侧下方导管中的水分则会绕过枝节沿树干继续上升。将水分输导模式理论应用于树干注液(药)技术中,可有效指导树木病虫害防治。     

长白落叶松人工林木材构造计算机视觉分析的研究

应用计算机视觉技术对长白落叶松人工林木材解剖特下及其材性变异规律进行分析，建立了木材解剖特征计算机视觉分析系统，提出了适合木材解剖牲的图象处理分析方法。对木材解剖特征灰度图象的二值化处理过程中，最佳阈值的判定与选择、图象质量的改善等提出了具体的实现方法。测量了长白落叶松人工林木材分子的几何尺寸，如管胞的径向和弦向外径和内径，管胞的壁厚，以及生长轮内木材的胞壁率等，并对管胞分子的边缘进行检测。得出了