基于混合模型的红松人工林枝条动态研究

采用孟家岗林场79株人工红松4 987个枝条的枝解析数据,分别构建了人工红松枝条基径、枝长线性混合效应模型和枝条基径、枝长生长混合效应模型。利用SAS9.22统计软件对模型参数进行求解,并通过AIC、BIC及LRT对收敛的非线性模型之间的差异性进行显著性检验。结果表明:对于基径和枝长的线性混合效应模型,模型中所有参数的t检验均显著,参数的标准误差比较小,模型的稳定性很好。对于基径生长的非线性混合效应模型,在不考虑样地效应的条件下,对于模型参数b1和b3的组合,无论是AIC还是BIC都比较小。当考虑到样地效应的过程中,同样是参数b1和b3的组合形式取得最小的AIC和BIC,因此在考虑到样地效应时,这种参数的随机效应组合形式是最优模型。对于人工红松枝条枝长生长的非线性混合效应模型,当没有考虑样地效应时,通过比较不同参数的随机组合的随机效应,可以得知,当参数b1和b3组合的过程中,无论是AIC还是BIC都比较小。当考虑到样地效应的过程中,参数b3和b4的组合形式取得最小的AIC和BIC,因此在考虑到样地效应时,这种参数的随机效应组合形式是最优模型。     

基于随机效应的兴安落叶松材积生长模拟

基于黑龙江省带岭林业局大青川林场80株人工兴安落叶松解析木数据和Logistic生长模型,分别考虑单木效应和样地效应,利用S-PLUS软件中的NLME过程拟合非线性材积生长模型,采用赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值和似然比检验等模型评价指标对不同模型的精度进行比较.结果表明：当考虑单木效应影响时,b₁、b₂、b₃（分别代表Logistic模型中的渐进、尺度和形状的随机参数）同时作为随机参数时模型拟合效果最好; 当考虑样地效应影响时,b₁作为随机参数时模型拟合效果最好.基于单木效应和样地效应的混合模型的拟合精度高于基本模型（Logistic生长模型）,考虑单木效应影响的混合模型的精度高于考虑样地效应影响的模型.模型检验结果表明,随机效应模型不但能反映单木材积的总体平均变化趋势,还能反映个体之间的差异;随机效应模型通过校正随机参数值能提高模型的预测精度.     

基于线性混合模型的红松人工林一级枝条大小预测模拟

基于黑龙江省孟家岗林场60株人工红松955个标准枝数据,采用线性混合效应模型理论和方法,考虑树木效应,利用SAS软件中的MIXED模块拟合红松人工林一级枝条各因子(基径、枝长、着枝角度)的预测模型.结果表明： 通过选择合适的随机参数和方差协方差结构能够提高模型的拟合精度;把相关性结构包括复合对称结构CS、一阶自回归结构AR(1)及一阶自回归与滑动平均结构ARMA(1,1)加入到一级枝条大小最优混合模型中,AR(1)可显著提高枝条基径和角度混合模型的拟合精度,但3种结构均不能提高枝条角度混合模型的精度.为了描述混合模型构建过程中产生的异方差现象,把CF₁和CF₂函数加入到枝条混合模型中,CF₁函数显著提高了枝条角度混合模型的拟合效果,CF₂函数显著提高了枝条基径和长度混合模型拟合效果.模型检验结果表明：对于红松人工林一级枝条大小预测模型,混合效应模型的估计精度比传统回归模型估计精度明显提高.
     

利用线性混合效应模型模拟杉木人工林枝条生物量

基于福建省将乐林场45株人工杉木解析木的572组枝条生物量数据,采用线性混合效应模型方法,建立杉木人工林枝条总生物量和枝、叶生物量的预测模型,并利用独立样本数据对模型进行检验.结果表明： 线性混合效应模型比传统多元线性回归模型的拟合精度高.不同随机效应参数的组合,其混合模型的精度不同.考虑异方差结构的混合模型能够消除数据间的异方差性,其精度更高,其中,对于枝条总生物量和叶生物量模型,以指数函数作为异方差结构时的模型精度最高;对于枝生物量模型,以常数加幂函数作为异方差结构时的模型精度最高.模型检验结果表明：对于杉木人工林枝条生物量预测模型,考虑随机效应和异方差结构的线性混合模型的检验精度比传统多元线性回归模型的精度有明显提高.     

基于地基激光雷达的落叶松人工林枝条因子提取和建模

地基激光雷达(TLS)可以实现从森林中无破坏收集数据。本文基于地基激光雷达数据通过点云处理软件以人机交互的方式获取了26株落叶松样木的1266组枝条信息,包括着枝高度、弦长、枝长、着枝角度、基径和弓高。枝条可提取的最大相对着枝高度的平均值为0.83。在所提取的枝条因子中,提取精度依次为着枝高度＞弦长＞枝长＞基径(基径大于20 mm的枝条)＞弓高,将树冠分为4部分后分析发现,随着冠层高度的增加,枝条密度呈升高趋势,枝条提取率和提取精度呈下降趋势。此外,由于枝条基径提取精度较低,以弦长、着枝高度、胸径和树高为自变量构建基径预测模型。对不同基径的实测值、提取值与模型预测值对比分析发现,枝条基径的预测精度大于提取精度。对于造材来说,最有价值的部分是树木中下部,本方法能够较准确地提取树木胸径树高和相对着枝高度0.8以下的枝条属性信息,提供构建木材质量模型所需要的参数。     

基于混合效应模型的人工红松节子属性

基于黑龙江省孟家岗林场60株人工红松1534个节子数据,利用SAS软件中的NLMIXED和GLIMMIX模块构建人工红松节子属性因子(基径、健全节长度、死亡年龄、角度)的混合效应预测模型.采用赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值(-2LL)和似然比检验(LRT)评价指标对所构建模型的精度进行比较.结果表明:考虑树木效应的混合模型模拟精度均高于传统回归模型.含有b_1、b_2随机参数组合的节子基径模型是最优混合效应模型;含有b_1、b_3随机参数组合的节子健全节长度模型是最优混合效应模型;含有节子基径随机参数的广义线性混合模型为节子死亡年龄的最优模型;含有截距、节子基径、健全节长度3种随机效应参数组合的广义线性混合模型为节子角度的最优模型.混合效应模型比传统回归模型更能有效地描述节子属性.红松是东北主要的用材树种,利用节子属性预测模型结合合理的整枝方案可以提高木材质量.     

基于线性混合效应的红松人工林枝条生物量模型

基于黑龙江省孟家岗林场60株红松解析木3643个枝条生物量的实测数据,利用全部子回归技术建立了枝条生物量模型(枝、叶和枝总生物量模型),最终选择lnw=k₁+k₂lnL_b+k₃lnD_b为枝条生物量最优基础模型.利用SAS 9.3统计软件的PROC MIXED模块建立枝条生物量混合模型,并采用AIC、BIC、对数似然值和似然比等统计指标评价不同模型的拟合效果.结果表明: 红松解析木的叶和枝总生物量混合模型以k₁、k₂、k₃作为随机效应参数的拟合效果最好,而枝生物量混合模型以k₁、k₂作为随机效应参数的拟合效果最好.最后将枝条生物量最优基础模型与最优混合模型进行模型检验.混合模型各项指标优于基础模型,能有效地提高模型的预估精度,并且通过方差协方差结构校正随机参数来反映树木之间的差异.     

长白落叶松人工林心材变化规律

依据黑龙江省孟家岗林场49株人工落叶松1179个圆盘和轮盘数据,分析了心材半径的纵向变化规律.结果表明: 心材半径随树高增高而逐渐减小,与树干外形基本一致,其中去皮半径(XR)、胸径(DBH)及形成层年龄(CA)与心材半径之间关系较显著,利用逐步回归分析建立落叶松心材半径(HR)和面积(HA)模型:HR=b₁+b₂XR²+b₃CA+b₄XR, HA=b₁+b₂DBH·XR+b₃CA+b₄DBH·XR².应用AIC、BIC、对数似然值以及似然比检验等模型评价指标,对利用样地、样木效应拟合的心材半径和面积模型进行比较.当考虑样木效应拟合心材半径和面积模型时,将b₁、b₂、b₃作为混合参数得出的模型最好.混合模型的预测精度高于基本模型.在应用上,总体心材半径和面积可以通过混合模型来预测.采用Beta回归模型模拟了心材比例,模型中各参数均显著,决定系数较高,模型模拟效果较好.     

人工长白落叶松立木叶面积预估模型

叶面积影响着树木干物质的生产,进而影响树木乃至整个林分的生长,而叶面积准确估计对分析树木和林分生长具有重要作用.本研究基于黑龙江省长白落叶松人工林中76株解析木数据,分别建立枝条层面和单木层面的叶面积预估模型.结果表明: 考虑样木层次随机效应的最优枝条叶面积混合效应模型包含lnBD(BD为枝条基径)、lnRDINC(RDINC为相对着枝深度)和lnCR(CR为冠长率)3个随机效应参数,具体形式为:lnBLA=β₁+(β₂+b₂)lnBD+(β₃+b₃)lnRDINC+β₄lnDBH+β₅lnHT/DBH+(β₆+b₆)lnCR,其中:β_i和b_i分别是模型的固定效应参数和随机效应参数;DBH为树木胸高处直径;HT/DBH为树高与胸径的比值.模型的修正决定系数(R_a²)为0.90,均方根误差(RMSE)为0.5477,平均偏差(ME)为-0.03,平均绝对偏差(MAE)为0.24,预测精度(P)为91%,枝条叶面积预估模型的预估效果较好.以枝条叶面积预估模型为基础,计算树冠叶面积并建立树冠叶面积预估模型,最终形式为:lnCLA=γ₀+γ₁lnDBH+γ₂CR,其中,γ_i为模型参数.似然比检验结果(P>0.05)说明该模型不用考虑样地层次的随机效应.本研究所建立的立木树冠叶面积预估模型的决定系数(R²)为0.87,RMSE为0.3847,拟合效果好,可以很好地预测人工长白落叶松立木树冠叶面积,为以后叶面积分布和光合作用的研究提供了理论基础.     

基于混合效应模型和分位数回归的长白落叶松枝下高模型构建

枝下高是反映树冠特征的重要指标,准确预测枝下高对森林的经营管理和提高林分生产具有重要意义。本研究采用非线性回归构建枝下高广义基础模型,再进一步扩展到混合效应模型和分位数回归模型,通过“留一法”检验对模型的预测能力进行评价和比较。此外,使用4种抽样设计和不同抽样大小对枝下高模型进行校正,选择最佳的模型校正方案。结果表明：基于包含树高、胸径、林分每公顷断面积和优势木平均高的枝下高广义模型、扩展后的混合效应模型以及三分位数组合模型的预测精度均显著提高,混合效应模型略优于三分位数组合模型,最佳抽样校正方案为抽5株平均木。因此,推荐在实践应用中使用混合效应模型,抽5株样地平均木校正预测枝下高。     

Apical control of branch growth and angle in woody plants

Apical control is the inhibition of a lateral branch growth by shoots above it (distal shoots). If the distal shoots are cut off to remove apical control, the lateral branch can grow larger and may bend upwards. Apical control starts when new lateral buds grow after passing through a period of dormancy. Buds initially break and produce leaves, then apical control is exerted and the lower (proximal) laterals stop growing. Apical control also inhibits growth of large, old branches. Gravimorphism and restricted water and nutrient transport can inhibit branch growth, but they are not primary mechanisms of apical control. Apical control may reduce branch photosynthesis. Under apical control allocation of branch-produced assimilate to the stem is relatively high, so low assimilates in the branch may limit branch growth even though hormone levels are adequate for growth. Hormones appear to be involved in apical control, but it is not known how. One role of hormones may be to maintain the strength of the stem sink for branch-produced assimilate. Upward bending of a woody branch after release from apical control requires both new wood production and production of wood cells that can generate an upward bending moment. Apical control inhibits radial growth of branches and, in some species, may regulate the production of wood with an upward bending moment.     

黄土丘陵区6种侧蒴藓类植物营养繁殖特征

侧蒴藓类植物是苔藓植物中体型较大的类群,形态结构复杂,在水土保持、水源涵养等方面有巨大的应用潜力。该研究以黄土丘陵区6种常见侧蒴藓类植物为材料,采用人工气候室培养,研究了不同侧蒴藓类植物营养繁殖特征及种间差异。结果显示：（1）6种侧蒴藓类植物具有较强的繁殖能力,平均10 d和17 d均萌发新配子体和原丝体;营养繁殖中,6种藓新配子体萌发时间早于原丝体,其中青藓（Brachythecyum albicans）的新配子体萌发最早,镰叶灰藓（Hypnum bambergeri）萌发最晚。（2）6种藓新配子体的发枝长度、发枝数量在培养过程中均呈先增加后平稳的趋势,发枝长度在萌发后第21天均趋于平稳,发枝数量在第28天时均趋于平稳;藓盖度除柳叶藓（Amblystegium serpens）在培养结束前继续增加外其余藓种在生长42 d后趋于平稳,其中青藓的发枝长度、发枝数量、盖度增幅最明显,分别较萌发前增加4.73 mm、1.53条、46.22%。（3）6种藓盖度、新配子体发枝长度及发枝数量的增长速率差异显著,其中青藓3个指标的增长速率均显著高于其他藓种（P<0.05）,分别为0.97%·d^-1、0.24 mm·d^-1和0.101 条·d^-1。发枝长度增加速率最慢的是鳞叶藓（Taxiphyllum taxirameums）,为0.17 mm·d^-1、发枝数量增加速率最慢的是镰叶灰藓,为0.041条·d^-1、盖度增加速率最慢的是荫地绢藓（Entodon caliginosus）,为0.46%·d^-1。结果表明,黄土丘陵区6种常见侧蒴藓类植物通过人工培养均可进行营养繁殖,但营养繁殖存在种间差异,其中青藓的营养繁殖能力优势显著。本研究明确了侧蒴藓类植物营养繁殖特征及人工培养的可能性,可为该藓类植物在水土保持及生态恢复中的应用提供科学依据。     

黑龙江省红松人工林枝条分布数量模拟

基于黑龙江省佳木斯市孟家岗林场的12块样地65株人工红松解析木的955个枝解析数据,以Poisson回归模型和负二项回归模型作为备选模型,构建了人工红松二级枝条数量分布模型,并采用AIC、Pseudo-R²、均方根误差(RMSE)和Vuong检验对模型的拟合优度进行比较.结果表明: 每轮一级枝条分布数量集中在3~5个,均值为4个,一级枝条分布数量与人工红松自身的枝条属性相关.一级标准枝上二级枝条分布的离散程度较大,利用全部子回归技术构建二级枝条分布数量模型,最终选择以负二项回归模型为基础的E(Y)=exp(β₀+β₁lnRDINC+β₂RDINC²+β₃HT/DBH+β₄CL+β₅DBH)作为二级枝条分布数量最优预测模型(β为参数;RDINC为相对着枝深度;HT为树高;DBH为胸径;CL为冠长).最优模型的Pseudo-R²为0.79,平均偏差接近于0,平均绝对偏差<7.对于所建立的模型,lnRDINC、CL和DBH的参数为正值,RDINC²和HT/DBH的为负值,随着RDINC增大,在树冠内二级枝条分布数量存在最大值.总的来说,所建立的人工红松二级枝条分布数量模型的预测精度为96.4%,可以很好地预估该研究区域人工红松二级枝条分布数量,为以后枝条的光合作用和生物量的研究提供了理论基础.     

切枝对三峡库区两种榕属乔木生物量积累和枝供给的影响

榕（Ficusmicrocarpa L.）和黄桷树（Ficus virens Ait.var.sublanceolata（Miq.）Corner）是在三峡库区广泛栽植的优良绿化树种.在三峡库区诸多公路、铁路修建和移民搬迁城镇建设等工程建设后的生态恢复和环境改善中,需要大量的榕和黄桷树.榕和黄桷树的繁殖通常采用切枝扦插的营养繁殖方式进行.因种苗培育的需要,对榕和黄桷树进行切枝时常发生,并且为了尽快获得大的种苗,通常切取榕和黄桷树植冠下部的大枝条用于种苗培育.切枝导致植株大量光合叶组织损失,对榕和黄桷树的总体光合生产和生物量积累会发生影响,同时,也会影响新枝的生长和发生数量以及植株再次提供切枝的能力.为了明确切枝对榕和黄桷树生长的影响,对切枝后榕和黄桷树的生物量积累和枝供给进行了研究,目的在于阐明在三峡库区亚热带气候条件下,生长速度比较快的榕和黄桷树是否可以在每年1次的切枝后很好恢复,从而能够可持续地提供切枝用于种苗培育.实验中对榕和黄桷树1a切枝1次,连续进行了3a.实验共设置了4个切枝强度（从植冠下部开始,分别切去植冠长度0%（对照）、20%、50%和70%范围内的所有枝条）和两个切枝处理季节（春季切枝和秋季切枝）.实验结果表明,切枝会减少榕和黄桷树地上部分生物量增量,生物量增量减少的程度与切枝强度呈正相关;并且,每年连续进行的切枝使地上部分生物量增量减少加剧.实验发现,在20%、50%和70%的3个切枝强度中,高切枝强度可以保证在第1次切枝处理中获得高的枝收获量,但并不能保证在第2次和第3次切枝处理中也能获得高的枝收获量.与春季切枝处理相比,秋季切枝处理使榕和黄桷树获得更高的地上部分生物量增量,从而获得更高的枝收获量.就植株地上部分生物量增量和枝收获量而言,切枝强度对二者的影响并不因切枝季节不同而表现出差异.研究表明,对于本实验研究中采用的榕和黄桷树植株,当切枝强度高于20%时,每年1次的切枝不能使榕与黄桷树植株的生长完全恢复.如果切枝每年进行1次,为保证能够可持续地获得切枝并且对植株的生长不造成过大影响,对于本研究中所采用的榕和黄桷树植株而言,最适的切枝强度应低于20%.     

半干旱矿区3种灌木侧根分支处折力损伤后的自修复特性

以神东矿区用于植被恢复的小叶锦鸡儿、沙柳、沙棘为对象,研究侧根分支处极限抗折力学特性及受力受损后生长指标、力学特性的自修复能力,以明确半干旱采煤沉陷区灌木侧根分支处在遭受外力损伤后的可持续固土能力.结果表明: 3种灌木生长季初期侧根分支处极限抗折力和抗折强度均存在显著差异,种间变化均表现为小叶锦鸡儿>沙柳>沙棘.小叶锦鸡儿和沙柳侧根分支处抗折强度与纤维素、木质素及棕纤维素含量呈显著正相关,沙棘抗折强度与纤维素和木质素含量呈显著负相关,与棕纤维素含量呈显著正相关.沉陷区形成的折力损伤显著破坏灌木侧根分支处的正常生长和力学特性,即使通过3个月的自修复也不能恢复到未受损水平.生长指标自修复能力越强,抗折力自修复程度越高,修复率种间变化为沙棘(91.2%)>沙柳(82.0%)>小叶锦鸡儿(73.9%),抗折力修复率种间变化为沙棘(41.4%)>沙柳(37.1%)>小叶锦鸡儿(30.0%).3种灌木侧根分支处可持续固土指数分别为小叶锦鸡儿(2.2084)>沙柳(0.2009)>沙棘(-2.4093),说明在半干旱采煤沉陷区小叶锦鸡儿可持续固土能力最强,沙柳次之,沙棘最弱.     

Effects of peach branches returning on autotoxins and microbes in soil and tree growth of peaches

Aims This study aimed to investigate the effects of branch returning on the growth of peach (Amygdalus persica "Chunmei/Maotao") saplings, soil enzyme activity, and soil contents of phenolic acids and amygdalin, thereby providing scientific evidence against the application of branch returning for peach trees. Methods One-year-old potted peach tree (Amygdalus persica "Chunmei/Maotao") was used in this study with four agricultural treatments applied, including soil coverage by fragmented peach tree branches (fragment treatment;1.5 and 22.5 g·kg^-1) and applying leachate solutions of peach tree branches to soil (leachate treatment; 1.5 and 22.5 g·kg^-1). No branch addition was used as control (CK). Solid phase extraction, high performance liquid chromatography (HPLC), biological high-throughput sequencing was used to determine the content of autotoxic substances, and microbial community structure in soil. Soil coverage and leachate solution treatments of 30 g and 450 g branches applied to the peach trees were described as 1.5 and 22.5 g·kg^-1, respectively in this paper.Important findings Compared with CK, the phenolic acid and amygdalin contents significantly increased after both fragment and leachate treatments in high quantities (22.5 g·kg^-1). Soil microbial community structure altered in both treatments, with the proportion of fungi (particularly Agaricomycetes, Tubeufia and Cystofilobasidiaceae) increased significantly and bacteria decreased accordingly. Invertase activity in both high-quantity treatments exceeded that in the CK significantly. The activity of catalase and urease was higher at first and then decreased relative to CK under high-quantity fragment and leachate treatments. Specifically, the effect of leachate treatment on enzyme activity was higher than the fragment treatment in the short term. Chlorophyll content, ground diameter (diameter of 5 cm from the ground) growth and net photosynthesis rate of plants were lower in high-quantity fragment and leachate treatments than those in CK, with earlier retardation of new shoot growth. We observed an increase in soil phenolic acids and enzymes in treatments in normal pruning quantity, while no inhibition effect was found on the tree growth. In conclusion, autotoxins (such as phenolic acid and amygdalin) inhibited the growth of peach trees both directly and indirectly through changing soil enzyme activity and microbial community.     

A branch and bound algorithm for the protein folding problem in the HP lattice model

A branch and bound algorithm is proposed for the two-dimensional protein folding problem in the HP lattice model. In this algorithm, the benefit of each possible location of hydrophobic monomers is evaluated and only promising nodes are kept for further branching at each level. The proposed algorithm is compared with other well-known methods for 10 benchmark sequences with lengths ranging from 20 to 100 monomers. The results indicate that our method is a very efficient and promising tool for the protein folding problem.     

念珠藻属植物nifH基因的适应性进化分析

念珠藻(Nostoc)固氮过程关键在于固氮酶的催化,而固氮酶复合物中的铁蛋白(NifH)是由高度保守的nifH基因编码的,该基因是进化史上现存最古老的功能基因之一。该研究选取念珠藻属及近缘类群的nifH基因序列共40条,采用最大似然法构建系统发育树;运行PAML4.9软件,对nifH基因编码蛋白进行生物信息学分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型检测该基因的选择位点,探讨nifH基因的适应性进化特征。结果表明:(1)最大似然树显示内类群中该研究物种共分为6个分支(A、B、C、D、E和F),其中D和E是2个大的分支,每个大分支中又各包含2个特殊的小分支A、F和B、C,其中F分支包含新疆古尔班通古特沙漠采集到的9株念珠藻,A分支包含F分支及该研究测定序列的4株葛仙米,B分支包含本研究测定序列的4株地皮菜和3株未定种的念珠藻,C分支包含NCBI数据库中下载的5株念珠藻、鱼腥藻序列和本研究测定序列的1株念珠藻。(2)在所分析的3种进化模型中,仅通过分支-位点模型检测出14个统计学上显著的正选择位点,即1F、2S、3S、4T、5A、6F、7F、8I、9S、10C、17I、27Y、29D和31R位点,表明念珠藻属植物的nifH基因发生了适应性变化,分支-位点模型是研究藻类基因适应性进化较好的模型。