基于线性分位数混合效应的辽东山区红松冠幅模型

冠幅是反映单木生长状态及构建林木生长收获模型的重要变量。本研究以辽东山区大边沟林场10～55年生红松人工林为对象,基于66块固定样地的2763株红松的每木检尺数据,选取冠幅基础模型,采用再参数化的方法引入单木竞争指标(R_d),利用哑变量的方法引入了林分密度、林层变量,构建不同分位点(0.50、0.90、0.93、0.95、0.96、0.99)的冠幅分位数回归模型,并与传统方法进行比较,选取模拟林分最大冠幅的最优分位点。为反映林分中单木冠幅在林木个体之间的差异,建立了基于样地水平的最优分位点的线性混合效应分位数回归冠幅模型,分析各变量对单木冠幅的影响。结果表明: 基于F统计检验,不同林分密度和林层的冠幅模型具有显著差异,在基础模型中引入林层、林分密度和竞争后,模型R_a²提高0.0104,均方根误差降低0.0115,均方误差降低为7.4%;与最小二乘法比较,分位数回归模型能够较好地模拟林分状态下的单木最大冠幅,并选出0.96分位点和0.93分位点作为上林层和下林层的分位数回归模型的最优分位点。引入混合效应的线性分位数回归模型的赤池信息准则、贝叶斯信息准则、HQ信息准则等评价指标优于传统分位数回归,参数标准误显著降低,混合效应的引入很好地解释了样地之间的差异。就上林层和下林层而言,林分密度越大,最大冠幅越小;相对直径越大,最大冠幅越大,其中林分密度对下林层的冠幅影响大于上林层,当林分密度足够大时,冠幅随着胸径的增大先增大后降低。本研究构建的基于混合效应的分位数回归模型能有效提高模型的拟合优度,今后可通过调控林分密度、适度抚育间伐等措施,实现对辽东山区红松人工林的科学营建和可持续发展。     

长白落叶松林生物量的模拟估测

利用样木收获法收集了34个样地中长白落叶松林分地上部分生物量信息,选取其中29个样地生物量信息分别与样地林分因子信息和TM遥感影像信息拟合建立生物量模型,利用其余5个样地的生物量信息进行模型精度检验和误差分析.结果表明：长白落叶松地上部分生物量均可用林分因子和遥感因子进行线性拟合;林分因子线性模型对长白落叶松中幼林地上生物量的估测精度较高（林分P=94.33%,遥感P=92.32%）,且检验误差较小（林分MRE=6%,遥感MRE=31%）,模型模拟效果较好;若只考虑长白落叶松中龄林,这2种模型的估测效果相当（林分模型和遥感模型的误差分别为329.9和313.6 t）.整体而言,林分因子模型估测长白落叶松树皮、干材和总生物量的效果优于遥感因子模型,对于中龄林来说,遥感模型估测叶花果、树枝和树冠生物量的效果较好.     

长白落叶松人工林乔木层生物量分布特征及其固碳能力研究

基于8~56 a长白落叶松人工林样地生物量调查数据,建立了长白落叶松林各器官生物量模型,探讨了不同林龄长白落叶松人工林干材、树皮、树枝、树叶、树根的生物量分布与变化规律及单木与林分乔木层的固碳能力。结果表明:随着林龄的增大,长白落叶松人工林林木及各器官生物量均呈现不同程度的增加趋势,单株木生物量由8 a时的0.174 kg增加至56 a时的328.196 kg,林分乔木层生物量由8 a时的0.519 t·hm-2增加至56 a时的251.39 t·hm-2,其中树干所占比例最大,且增幅最大。长白落叶松人工林单木平均碳储量为74.822 kg,56 a林分乔木层碳密度为130.455 t·hm-2,平均碳密度达63.113 t·hm-2,各器官碳储量变化规律明显。长白落叶松人工林幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林林分乔木层的年平均固碳量分别为0.087、1.193、1.703、2.124 t·hm-2,固碳量年平均增长率排序为中龄林幼龄林成熟林近熟林。研究认为,长白落叶松人工林单株木及林分各器官生物量随林龄增加具有明显的变化规律,成熟林分固碳水平最高,中龄林分后期固碳潜力最大。     

基于哑变量和分位数回归的兴安落叶松更新幼树的树高-胸径模型

本研究以大兴安岭地区翠岗林场2018—2019年55块固定样地2054株兴安落叶松幼树为对象,采用四分位数法将林分密度指数(SDI)划分为4个等级,即等级Ⅰ(SDI₁<1863株·hm^-2)、等级Ⅱ(1863≤SDI₂<2155株·hm^-2)、等级Ⅲ(2155≤SDI₃<2459株·hm^-2)和等级Ⅳ(SDI₄≥2459株·hm^-2),并采用哑变量方法引入SDI构建兴安落叶松幼树树高-胸径的哑变量模型和分位数回归模型。结果表明：选取的5个代表性非线性树高曲线模型中,Richards模型的拟合效果最好,其R_a²、RMSE、MAE分别为0.7637、0.8250 m、0.5696 m;基于Richards模型构建的包含SDI的哑变量模型,其R_a²较基础模型提高了1.3%,而RMSE、MAE、AIC分别降低了2.1%、1.5%和11.2%;当分位点τ=0.5时,分位数回归模型的R_a²最大,RMSE、MAE、AIC最小,分别为0.7612、0.8294 m、0.5657 m、-767.19。相较于SDI₁,SDI₂～SDI₄林分内幼树的树高分别增加5.6%、5.6%和11.3%。因此,合理调控兴安落叶松林的林分密度有利于增加更新幼树的高生长。     

基于抚育间伐效应的长白落叶松人工林两阶段枯死模型

1972和1974年分别在黑龙江省江山娇林场及孟家岗林场设置10块长白落叶松人工林固定样地(8块抚育间伐样地、2块对照样地),采用连年复测数据,分析抚育间伐对人工长白落叶松样地枯死与单木枯死的影响.基于二分类变量Logistic回归,建立了样地枯死及样地内单木枯死概率的两阶段模型(Ⅰ:抚育间伐后样地水平枯死概率模型;Ⅱ:枯死样地中单木水平枯死概率模型),采用广义估计方程(GEE)方法对模型参数进行估计.根据敏感度和特异度曲线相交点确定枯死概率最优临界点.结果表明: 样地数据按照抚育间伐次数分为4组分别建模(模型1～模型4).在模型1中,地位指数、林分年龄的自然对数、抚育间伐年龄及强度为显著自变量;模型2～模型4采用主成分分析法建模,主成分包含林分年龄、每公顷株数、平均胸径及抚育间伐因子,说明抚育间伐因子对样地枯死概率有显著影响.抚育间伐对枯死样地中单木枯死概率无显著影响,单木枯死概率模型中显著性自变量为林分初植密度、年龄、林木胸径的倒数及林分中大于对象木的所有林木断面积之和.样地枯死概率模型及单木枯死概率模型Hosmer和Lemeshow拟合优度检验均不显著,模型AUC均在0.91以上,估计正确率均超过80%,说明模型拟合效果较好.     

三种直径分布拟合模型在长白落叶松林分的实际应用

基于长白落叶松中龄纯林样地调查,采用相对直径法、指数函数法和Weibull分布函数法三种常用方法拟合林分胸径分布规律.结果表明,三种方法均能有效描述林分直径分布规律,特别是指数函数简单易行、拟合精度高、适用性强,可视为长白落叶松中龄林直径分布拟合的最优模型.     

基于CO2FIX模型的长白落叶松人工林碳汇和木材生产模拟

本研究以帽儿山地区长白落叶松人工林为对象,基于样地调查和文献数据,利用CO₂FIX模型定量模拟轮伐期(30、40、50、60年)、立地指数(12、16、20 m)和初植密度(2500、3333、4444 株·hm^-2)对长白落叶松人工林碳平衡过程的影响,并构建林分尺度下生物量碳库、土壤碳库和林产品碳库之间的碳流通过程。结果表明: CO₂FIX模型对帽儿山地区长白落叶松人工林生物量和蓄积量的生长过程模拟结果具有较高的可靠性,模拟值和实测值平均相对误差分别为6.4%和3.7%。在初植密度3333 株·hm^-2、立地指数16 m、轮伐期40年的基准条件下,长白落叶松人工林总碳储量及各碳库碳储量均随轮伐期呈周期性变化。林分总碳储量和蓄积量均随轮伐期的延长、立地指数的提升和初植密度的增加而增加。当轮伐期分别延长10年和20年时,林分碳储量分别增加12.2%和31.2%,林分蓄积增加36.7%和67.8%;而当轮伐期缩短10年时,林分碳储量和蓄积量则分别降低20.9%和40.4%。与初植密度2500 株·hm^-2相比,初植密度为3333和4444 株·hm^-2时,林分碳储量增长率分别为27.8%和50.9%,蓄积量增长率分别为27.4%和49.1%。当立地指数在12～20 m范围时,每提高4 m,林分碳储量增长36.0%、40.3%,蓄积量增长39.3%、44.2%。在一个轮伐期内,每公顷长白落叶松人工林可固定约271.57 t C;当轮伐期结束时,约有27.47和56.75 t C流转到土壤和木材产品碳库中。因此,当立地条件较好时,采用较高初植密度(4444 株·hm^-2)和较长轮伐期(60年)的管理模式更有利于长白落叶松人工林碳汇和木材效益的最大化。     

数据点选择与参数估计方法对杉木人工林自疏边界线的影响

自疏边界线是指植物种群发生密度依赖死亡时种群最大收获量的上边界线。已有研究由于在拟合自疏边界线的过程中对数据点的选择和参数估计的方法存在诸多的差异,进而导致产生对自疏法则的争议。该研究采用26年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林的定位观测数据,对视觉法、死亡率法、等距区间法和相对密度法等4种数据点选择方法以及最小二乘法、降维分析法、分位数回归法和随机边界方程等4种参数拟合方法进行对比分析,以探寻客观选择自疏拟合数据和正确拟合方法的途径。比较4种不同的数据选择方法得出:视觉法具有较强的主观性;对于没有发生非密度依赖死亡的林分,死亡率法可以准确地确定林分自疏的起始点;等距区间法可以减少非密度依赖死亡的影响,得到的数据点能充分反映林分的自疏过程;相对密度法可以保证临界密度阈值以上的数据点拟合林分自疏边界线的有效性,并能排除非密度依赖死亡的影响。比较分析4种不同的拟合方法发现:最小二乘法和降维分析法拟合的林分自疏边界线均从实测数据"中心"穿过,与林分自疏边界线为林分收获量上边界线的涵义不相符合,无法真实反映林分的自疏进程;分位数回归和随机边界方程的拟合结果均与实测数据一致,能够较为准确地反映林分自疏的真实过程,但二者的统计推断要求都比较严格。分位数值的正确选取和残差足够小且趋于0,是分位数回归法和随机边界方程能否正确反映林分自疏动态的前提。     

长白落叶松（Larix olgensis）工业人工林的模拟间伐

应用马尔柯夫过程理论,在获得林分直径转移概率的基础上,采用间伐最小径阶林木,最大径阶林木,中间径阶林木三种间伐方式,在保留不同密度情况下对长白落叶松工业人工林进行模拟间伐,提出了适宜的保留密度和相应的抚育间伐对象。结果表明：马尔柯夫过程确能反映长白落叶松工业人工林的直径转移过程,利用马尔可夫过程理论对长白落叶松工业人工林进行模拟间伐实现了依据培育时间来确定间伐方法和措施,提高了长白落叶松工业人工林经营管理的精准性;长白落叶松工业人工林成林后的间伐无论从培育森林方面,还是从取得木材、加大林分收益方面考虑,都应该以间伐小径阶的林木为主,注重培育I、II级木,间伐III, IV级木;20～25 a长白落叶松工业人工林间伐后的保留经营密度以0.7为宜。     

落叶松人工林生物量模型研究

以不同年龄、不同密度的落叶松（Larix olgensis）人工林为研究对象,基于19块标准地95株标准木的树干解析、枝解析的生物量数据,研究不同大小树木因子（胸径、树高、冠幅等）与单木各分量（树干、枝、叶）生物量之间的关系,应用统计分析软件建立落叶松单木各部分生物量的回归模型。利用单木各部分生物量回归模型方程估测落叶松人工林各林分的总生物量,并分析了不同年龄及林分密度下林分生物量的变化规律：林分的生物量随年龄的增加而不断增长,树干的生物量的比例是最大的,同时也是随着年龄的增长而不断的增加,而树枝和树叶的生物量的比例比较小,林分的生物量随林分密度的增加而不断增加。最后建立林分生物量模型,为落叶松人工林的研究提供基础资料,为了解落叶松人工林的生产力,对其进行合理经营提供科学依据。     

Algorithm for application of Fourier analysis for biorhythmic baselines of pharmacodynamic indirect response models

The change of an indirect pharmacological response R(t) can be described by a periodic time-dependent production rate k_in (t) and a first-order loss constant k_out. If k_in(t) follows some biological rhythm (e.g., circadian), then the response R(t) also displays a periodic behavior. A new approach for describing the input function in indirect response models with biorhythmic baselines of physiologic substances is introduced. The present approach uses the baseline (placebo) response R_b(t) to recover the equation for k_in(t). Fourier analysis provides an approximate equation for R_b(t) that consists of terms (usually two or three) of the Fourier series (harmonics) that contribute most to the overall sum. The model differential equation is solved backward for k_in(t), yielding the equation involving R_b(t). A computer program was developed to perform the square L²-norm approximation technique. Fourier analysis was also performed based on nonlinear regression. Cortisol suppression after inhalation of fluticasone propionate (FP) was modeled based on the inhibition of the secretion rate k_in(t) using ADAPT II. The pharmacodynamic parameters k_out and IC₅₀ were estimated from the model equation with k_in(t) derived by the new approach. The proposed method of describing the input function needs no assumption about the behavior of k_in(t), is as efficient as methods used previously, and is more flexible in describing the baseline data than the nonlinear regression method. (Chronobiology International, 17(1), 77-93, 2000)     

基于COⅠ基因序列的蜜蜂属系统发育分析及其舞蹈和筑巢行为进化分析

【目的】分析蜜蜂属Apis的系统发育关系,并在此基础上探讨蜜蜂属舞蹈方向、舞蹈声音、营巢环境、巢脾结构的祖先状态和演变过程。【方法】PCR扩增并测定中国分布的蜜蜂属内东方蜜蜂A. cerana、西方蜜蜂A. mellifera、大蜜蜂A. dorsata、黑大蜜蜂A. laboriosa、小蜜蜂A. florea和黑小蜜蜂A. andreniformis的线粒体COⅠ基因序列,并从NCBI数据库中下载分布于其他国家或地区的上述6种蜜蜂以及绿努蜂A. nulunsis、苏拉威西蜂A. nigrocinta、沙巴蜂A. koschevnikovi、炳式大蜜蜂A. dorsata binghami的COⅠ同源序列。分别利用最大简约法(MP)、最大似然法(ML)和贝叶斯分析(BI)依据这些序列数据构建蜜蜂属系统发育关系。对蜜蜂属上述种的舞蹈语言和筑巢行为进行编码并作为性状特征标记到系统发育树中,利用简约法对祖先状态进行追溯。【结果】系统发育分析结果表明,蜜蜂属可划分为3大类群,即穴居蜜蜂类群(东方蜜蜂、西方蜜蜂、苏拉威西蜂、绿努蜂、沙巴蜂)、大蜜蜂类群(大蜜蜂、黑大蜜蜂)和小蜜蜂类群(小蜜蜂、黑小蜜蜂);小蜜蜂类群更加接近于祖型,大蜜蜂类群和穴居蜜蜂类群是两支单系;炳式大蜜蜂是独立于大蜜蜂和黑大蜜蜂的蜂种,且与黑大蜜蜂的亲缘关系更近。祖先状态重建结果显示：蜜蜂属祖先在露天环境下筑造垂直的单脾,且在传播食物或巢址信息时跳水平方向的无声摆尾舞,有嗡嗡声的舞蹈及筑造复脾是后来形成的。【结论】COⅠ基因可作为分子标记用于分析蜜蜂属的舞蹈和筑巢行为的祖先状态及进化过程;蜜蜂筑造复脾、跳有嗡嗡声的舞蹈是后期的适应性进化行为。     

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.     

黄土高原生物结皮对SCS-CN模型初损率的影响

水文模型是水文过程研究的有效工具,初损率(λ)是径流模型SCS-CN模型的参数,对模拟流域水文过程具有重要意义。为了确定生物结皮对λ的影响,提高该模型在黄土高原生物结皮广泛分布的退耕地的预测精度,本研究以陕西省定边县鹰窝山涧流域不同盖度的生物结皮坡面为对象,采用模拟降雨试验,分析土壤潜在最大入渗量(S)与实际入渗量(F)的关系,以及生物结皮盖度对λ的影响,并修订了λ;在此基础上,采用陕西省安塞县纸坊沟流域生物结皮径流小区的模拟降雨试验数据校验了参数修订后的模型。结果表明: 生物结皮坡面S与F的关系式为: S/F=2.5×60/T(其中T为降雨历时);模型参数λ与生物结皮盖度(C_BSC)呈极显著负相关关系,二者关系式为: λ=0.0791×e^{(-0.015×C_BSC}),R²=0.60;较λ取标准值,依生物结皮盖度修订λ后,SCS-CN模型Nash效率系数提高338.7%,合格率提升16.1%。研究结果为黄土高原生物结皮坡面λ的确定提供了科学依据,对准确评估黄土高原退耕还林(草)工程的水文效应具有重要意义。     

北京土石山区水分在土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的稳定同位素特征

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制.本研究在北京山区选取了两种主要的绿化树种——常绿针叶林侧柏和落叶阔叶林栓皮栎为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水、植物茎干水和叶片水同位素的变化特征进行分析,讨论了水分在大气-土壤-植物连续体中的运动过程.结果表明: 研究区大气降水线方程为δD=7.17δ¹⁸O+1.45(R²=0.93), 土壤蒸发线方程为δD=3.85δ¹⁸O-38.02(R²=0.76), 降水入渗补给土壤水的过程中存在一定程度的蒸发分馏.在不同季节,降水、土壤水和泉水δD和δ¹⁸O值变化规律不同;雨季,δD和δ¹⁸O平均值大小为降水>地下水>土壤水,降水和土壤水共同补充地下水;旱季,δD和δ¹⁸O值大小排序为降水> 土壤水>地下水,降水和地下水都对土壤水有贡献.侧柏和栓皮栎年内茎干水分δD和δ¹⁸O的拟合线性方程分别为δD=5.03δ¹⁸O-30.78 和δD=3.0δ¹⁸O-48.92,栓皮栎利用的土壤水分相对于侧柏更加富集,其水分来源深度更浅.栓皮栎叶片水分同位素变化特征相对于侧柏对大气微环境的反应更加敏感,且其叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强,但是它们对环境条件的变化反应一致.     

多基因系统发育分析竹黄的分类地位

竹黄Shiraia bambusicola是一种重要的药用子囊菌,对其分类归属一直存在不同处理意见,主要原因在于形态分类学难以解释其不同的特征表现。为了对竹黄的分类地位做出更接近自然亲缘关系的解释,本研究以自测的S. bambusicola S4201菌株基因组为基础,结合Genome Warehouse（GWH）数据库中公布的S. bambusicola GZAAS2.1243菌株和GenBank数据库中公布的Shiraia sp. slf14菌株的基因组数据,选取nrSSU、nrLSU、tef-1α和rbp2 4段序列联合分析,与国际真菌生命之树计划（Assembling The Fungal Tree of Life,AFTOL）中的74种子囊菌比较,进行目级归属的系统发育分析;选择ITS、nrLSU和tub2 3段序列联合分析,与GenBank数据库中格孢腔菌目Pleosporales的30种真菌比较,进行科级归属的系统发育分析。分别采用最大似然法（maximum likelihood,ML）和贝叶斯推断法（Bayesian inference,BI）构建系统发育树,结果支持了单独建立竹黄科的分类处理,且竹黄科应归于格孢腔菌目,竹黄属中可能有隐存种。     

典型林区水分氢氧稳定同位素在土壤-植物-大气连续体中的分布特征

土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水循环是水文学和生态学研究的重要内容,氢氧稳定同位素在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程。本研究通过分析成都平原区亚热带常绿阔叶林中降水、土壤水、植物水的同位素组成,探讨SPAC系统中水分的氢氧稳定同位素演化特征,揭示区域水循环不同界面过程。结果表明: 研究区雨季大气降水线方程为: δD=7.13δ¹⁸O+2.35(R²=0.99),土壤蒸发线方程为: δD=6.98δ¹⁸O-0.32(R²=0.92)。在降水→土壤水→植物水的界面水输送过程中,氢氧同位素逐渐富集。浅层土壤(0～35 cm)水δ¹⁸O受降水的直接影响,响应关系明显,中深层土壤(35～100 cm)水则相对稳定。观测期间,植物木质部水同位素比土壤水略微富集,说明水分在植物体内输送过程中可能通过韧皮部或树皮发生轻微蒸发或蒸腾。采用直接相关法初步估计植物对不同土层土壤水的利用情况,樟树主要利用中层土壤水,构树主要利用浅层土壤水,金星蕨因根系分布浅更倾向于利用浅层土壤水和植物截留的降水。与金星蕨相比,樟树和构树的叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强。     

Mechanistic study on the reaction of boronic acids with H-resorcinol

Kinetics for the reaction of m-nitrophenyl- (m-NO₂Ph-), phenyl- (Ph-), methyl(Me-), and n-butyl- (n-Bu-) boronic acids with H-resorcinol has been studied at various temperatures and pressures. The pseudo first-order rate constant (k_obs) exhibited saturation in the plot of k_obs against the total boronic acid concentration (C_B) for the reactions of m-NO₂PhB(OH)₂ and PhB(OH)₂, while the plot was linear for the reactions of MeB(OH)₂ and n-BuB(OH)₂, which leads to the following equations, respectively: k_obs=k*KC_B/(1+KC_B) and k_obs=k*KC_B=k_fC_B. It was experimentally shown that the reaction of boronic acids with H-resorcinol proceeds with rate determining second chelate-ring closure.