下载:
-
足尺人造板是指人造板生产和销售中最常见的幅面为2.44 m × 1.22 m标准尺寸的成品人造板。在足尺人造板的力学性能指标中，弹性模量（MOE）是最有代表性的指标之一，因为它与静曲强度（MOR）等其他主要力学性能指标间存在着统计上的线性关系[1]。目前，足尺人造板弹性模量的测定方法是根据国家标准从板材不同部位截取数个小试件在力学试验机上进行弯曲实验，再根据小试件的平均值评价足尺板材的弹性模量。这种方法属于有损检测，成本高，检测效率低，只适于产品的抽检，只能在实验室环境中进行。如何找到一种快速、无损检测足尺人造板弹性模量的方法是人造板行业亟须解决的一个问题。20世纪80年代以来，国外的研究人员利用声发射、应力波和模态测试等技术对足尺人造板等大幅面人造板弹性模量的无损测定进行了许多研究[2-9]。相比之下国内相关研究较少，高燕秋等[10]通过在大尺寸人造板几何中心加载静载荷，测量其挠度进而计算弹性模量；周海宾等[11]采用了一种悬臂扭弯振动法测定板材的弹性模量和剪切模量，但这些研究成果因可操作性差等原因均未能在生产实际中广泛应用。本研究提出一种基于薄板横向自由振动原理的足尺人造板弹性模量动态测定方法，即通过测量在2节线处支承下足尺人造板自由振动时的第1阶固有频率和其质量来测定其弹性模量，力图为足尺人造板弹性模量的快速、无损测定，提供一种可选择的方法。
-
如图 1所示：将被测足尺人造板在其长度方向的22.4%及77.6%等2个节线处支承，即形成“自由-自由”支承。通过试验模态和计算模态分析确定了足尺人造板在这种支承下自由振动的第1阶模态都是沿长度方向的1阶弯曲振动[12-13]，因此，足尺人造板弹性模量的计算方法可通过薄板横向自由振动理论得到。
图 1 足尺人造板“自由-自由”支承自由振动的1阶振型
Figure 1. First vibration mode of full-size wood composite panels supported in “free-free” condition
本研究将此弹性模量称为足尺人造板的动态弹性模量，可通过式（1）来计算[14]。
$${E_d} = \frac{{48{\pi ^2}m{l^3}\left( {1 - {v_x}{v_y}} \right)}}{{500.6b{h^3}}}.$$ (1) 式（1）中：Ed为足尺人造板的动态弹性模量（Pa），f为板的1阶弯曲振动固有频率（Hz），m为板的质量（kg），l，b和h分别为板的长度（m），宽度（m）和厚度（m），vx和vy为板的泊松比。借鉴文献[14]，1-vxvy的值取为0.99。由于板的几何尺寸（l，b，h）已知，所以在测得板材第1阶振动固有频率f和其质量m的情况下，就可以计算出被测板材的弹性模量。这就是振动方式测定足尺人造板弹性模量的理论基础。
-
共有206张足尺人造板被用作试验材料。其中，刨花板有5种厚度，胶合板有9种厚度，被测板材数量及尺寸等参数如表 1所示。为便于试验操作和记录结果，对试验用板材进行了编号，PB代表刨花板，PW代表胶合板，字母后面紧跟的数字代表板材公称厚度；板材的长度×宽度均为2 440 mm × 1 220 mm，不标出。
表 1 被测板材参数
Table 1. Full-size panels’ parameters
板材编号 材料 数量/张 板材平均尺寸/(厚×宽×长，mm) 平均密度/(g·cm-3) 平均含水率/% PB9 刨花板 12 8.97×1 223.00×2 442.30 0.66 4.50 PB12 刨花板 14 12.15×1 222.90×2 441.90 0.70 4.10 PB16 刨花板 25 16.04×1 223.10×2 441.00 0.70 4.30 PB18 刨花板 25 18.03×1 220.20×2 437.00 0.66 5.70 PB25 刨花板 10 25.05×1 220.90×2 440.70 0.68 6.80 PW5 胶合板 7 4.98×1 218.60×2 439.40 0.51 9.00 PW6 胶合板 6 6.00×1 220.00×2 440.00 0.59 10.20 PW7 胶合板 8 6.52×1 218.90×2 437.90 0.53 9.50 PW9 胶合板 23 9.35×1 219.20×2 438.40 0.51 9.40 PW12 胶合板 8 11.59×1 223.00×2 439.40 0.54 9.00 PW15 胶合板 20 14.47×1 220.80×2 439.40 0.51 10.50 PW18 胶合板 24 17.28×1 220.80×2 438.80 0.52 8.60 PW20 胶合板 8 19.46×1 218.00×2 439.40 0.51 9.00 PW25 胶合板 16 24.36×1 219.20×2 439.50 0.53 9.80 -
图 2是自行研制的足尺人造板力学性能检测试验装置示意图[15]。其中，力传感器用于测量足尺人造板的质量；激光传感器用于检测足尺人造板中部振动位移信号；支撑机构是整个试验装置的结构基础，主要用来规范板材放置位置，并为力传感器和激光传感器提供安装位置。试验装置软件用LabVIEW软件编写，实现力信号和激光振动信号的采集、处理、弹性模量计算和结果存储。
图 2 足尺人造板力学性能检测试验装置示意图
Figure 2. Schematic diagram of laboratory testing apparatus for measuring mechanical performance of full-size wood composite panels
试验过程中，首先，将待测板材摆放在试验装置上，将位置调好，确保板材是在全长的22.4%位置以及77.6%位置被线支承；计算机开始执行测试软件，采集力传感器信号，测得被测板材的质量。然后，用双手在远离力传感器的一端向下按压板材，使其自由振动，此时，激光传感器将检测出的板材振动信号通过数据采集卡传到计算机中，经测试软件处理得到板材的第1阶振动固有频率[16]。最后，通过测试软件中根据式（1）编制的计算模块计算出板材的动态弹性模量（Ed）。
-
为了验证上述所提出的振动测定方法的可行性，需要对比所测得的足尺人造板动态弹性模量（Ed）与传统小试件弯曲方法测得的静态弹性模量（Eb）间的相关性。在前面试验完成后，将检测过的每块板材沿长度方向按国家标准[17]裁出6块小试件（胶合板小试件裁制方法参照刨花板标准）；再按国家标准GB/T 17657-2013[18]规定的方法进行小试件3点弯曲试验。每块足尺人造板的静态弹性模量（Ed）为其6块小试件弹性模量的均值。
-
刨花板和胶合板总体测量结果如表 2和表 3所示。可以看到：动态弹性模量（Ed）比静态弹性模量（Ed）略大，两者比值为1.03~1.22。以所有足尺人造板为研究对象，足尺人造板Ed比Ed高11.63%，其中，刨花板Ed比Ed高7.88%，胶合板Ed比Ed高13.11%。即胶合板与刨花板相比，其Ed与Ed相差更大。
表 2 刨花板弹性模量2种测定方法测量结果
Table 2. Results of MOE tested of particleboard in the two methods
板材编号 弹性模量代号 弹性模量/Pa 平均弹性模量之比(Ed/Eb) 平均 标准偏差 变异系数/% PB9 Ed 2 903.09 175.06 6.03 1.08 Eb 2 696.42 127.81 4.74 PB12 Ed 3 670.95 280.66 7.65 1.04 Eb 3 537.74 297.16 8.40 PB16 Ed 3 631.94 141.47 3.90 1.06 Eb 3 415.47 116.85 3.42 PB18 Ed 2 338.77 164.23 7.02 1.12 Eb 2 083.80 187.93 9.02 PB25 Ed 3 022.87 422.67 13.98 1.12 Eb 2 697.27 433.03 16.05 表 3 胶合板弹性模量2种测定方法测量结果
Table 3. Results of MOE tested of plywood in the two methods
板材编号 弹性模量代号 弹性模量/Pa 平均弹性模量之比(Ed/Eb) 平均 标准偏差 变异系数/% PW5 Ed 3754.08 612.87 16.33 1.22 Eb 3066.90 249.97 8.15 PW6 Ed 7259.83 663.87 9.14 1.19 Eb 6096.83 543.53 8.91 PW7 Ed 3377.30 467.37 13.84 1.19 Eb 2836.41 319.78 11.27 PW9 Ed 4178.87 1177.09 28.17 1.11 Eb 3748.21 988.81 26.38 PW12 Ed 5128.97 1014.52 19.78 1.11 Eb 4630.52 388.28 8.39 PW15 Ed 3391.24 678.72 20.01 1.06 Eb 3208.55 493.82 15.39 PW18 Ed 4997.50 727.79 14.56 1.14 Eb 4372.35 476.21 10.89 PW20 Ed 4482.71 259.21 5.78 1.03 Ed 4342.56 244.23 5.62 PW25 Ed 4790.10 346.15 7.23 1.12 Eb 4263.15 450.38 10.56 从表 2和表 3所列的变异系数可以看出：每种厚度的刨花板和胶合板，2种测量方法得到的Ed和Ed都有一定的变动量，说明同一批次足尺人造板的力学性能不是固定不变的。与刨花板相比，胶合板的弹性模量变异性更大一些。这可能主要是由于胶合板由单板构成，单板力学性能变异性较大所致。
-
测得的2种材质的足尺人造板动态弹性模量（Ed）与静态弹性模量（Ed）的总体关系如图 3所示。图 4和图 5分别为刨花板和胶合板的Ed与Ed之间的关系。可以看到：无论是将2种板材的测定结果放在一起，还是单独分析，足尺人造板Ed与Ed间都存在着显著的线性关系。其中，足尺人造板试件总体数据的Ed与Ed之间的相关系数达到了0.94；刨花板的Ed与Ed之间的相关系数为0.96，胶合板的Ed与Ed之间的相关系数为0.91，都在0.90以上。
图 3 足尺人造板动态弹性模量（Ed）与静态弹性模量（Eb）总体数据间的关系
Figure 3. Relationship between full-size wood composite panels’ dynamic MOE Ed and static MOE Eb
图 4 刨花板2种测定方法测量结果间的关系
Figure 4. Relationship between the results of MOE tested of particleboard in the two methods
图 5 胶合板2种测定方法测量结果间的关系
Figure 5. Relationship between the results of MOE tested of plywood in the two methods
利用R语言建模[19]采用一元线性回归分析方法对这些试验数据进行回归分析，并进行方差分析和t检验，得到的回归方程及其相关参数，如表 4所示。通过这些回归方程，可以实现Ed 与Ed 之间的相互转换，也即在振动方式测定足尺人造板弹性模量之后，可以通过这些回归方程推算出其传统测量方法的测量数值。因而，基于薄板横向自由振动理论的足尺人造板弹性模量振动测定是可行的。
表 4 足尺人造板动态弹性模量(Ed)与静态弹性模量(Eb)回归方程及相关参数
Table 4. Correlation equations and related parameters between full-size wood composite panels5 dynamic MOE Ed and static MOE Eb
板材编号 板材数 y=ax+b 相关系数r F值 显著性 a b PB 86 1.01 -266.18 0.96 1 092.00 *** PW 120 0.73 718.94 0.91 601.30 *** PB和PW 206 0.79 455.97 0.94 1 669.00 *** 说明:***0.001差异显著。 -
振动方式测得的足尺人造板动态弹性模量（Ed）比传统方法测得的静态弹性模量（Ed ）略大，两者比值为1.03~1.22。足尺人造板Ed与Ed 间存在着良好的线性关系，刨花板和胶合板的Ed与Ed 之间的相关系数分别为0.96和0.91，2种板材总体数据的Ed与Ed 之间的相关系数达到了0.94，且均在0.001水平上显著相关。基于薄板横向自由振动理论的足尺人造板弹性模量振动测定是可行的。
Measuring modulus of elasticity of full-size wood composite panels using vibration method
-
摘要: 为了无损检测足尺人造板的弹性模量，提出一种基于薄板横向自由振动原理的测定方法。利用自行开发的足尺人造板力学性能检测试验装置，以206张足尺人造板为试验对象，包括86张刨花板和120张胶合板，进行了测定试验。同时，从每张板材上裁制6块小试件，通过传统的小试件3点弯曲检测法来获得静态弹性模量，并将2种检测方法的结果进行对比。结果表明：以所有足尺人造板为研究对象，足尺人造板动态弹性模量比其静态弹性模量稍大，两者比值为1.03~1.22；2种检测方法获得的足尺人造板弹性模量值间的相关系数为0.94（P<0.001），证明基于薄板横向自由振动原理的足尺人造板弹性模量振动方式测定是可行的。图5表4参19Abstract: In order to detect the modulus of elasticity of full-size wood composite panels non-destructively, this research presents a test method based on the transverse free vibration of thin plate. A laboratory testing apparatus for measuring mechanical performance of full-size panels was built. Two hundred and six pieces of full-size wood composite panels including eighty-six pieces of particleboard panels and one hundred and twenty pieces of plywood panels were tested. Following free vibration testing, six small specimens were cut from each panel and traditional static mid-point bending test was then performed on each specimen to obtain static MOE. Then, the test results of two methods were compared. The results indicated that:all the full-size wood composite panels as the research object, the dynamic MOE of full-size panels by vibration method was slightly higher than their static MOE and their ratio were in the range of 1.03-1.22; a highly significant correlation relationship (P<0.001) was found between dynamic MOE and static MOE of full-size panels,which proved that determination of modulus of elasticity of full-size wood composite panels based on the transverse free vibration of thin plate was feasible.[Ch, 5 fig. 4 tab. 19 ref.]
-
杂草稻Oryza sativa f. spontanea是一种伴生性的稻田恶性杂草，与栽培稻O. sativa 同属禾本科Poaceae稻属Oryza[1]。目前，杂草稻已广泛分布于全球50多个国家，几乎全世界所有稻作区都有杂草稻的发生，由于其和栽培稻竞争营养、水、光照以及其他资源，严重威胁粮食安全[2]。杂草稻在生长早期，其形态与栽培稻相似，且较栽培稻开花早、光合作用强、籽粒灌浆快，还兼有种子落粒性强、休眠期短等特点，导致杂草稻不但竞争力强于栽培稻，还可以在稻田内长期续存，极难防治[3−5]。
利用简单重复序列、限制性片段长度多态性和全基因组序列对杂草稻的分子研究表明：全球杂草稻群体存在巨大遗传变异[6]。杂草稻长期处于野生状态，具耐冷、耐旱、耐盐碱、抗病等多种有利的性状和基因[7]。同时，杂草稻和栽培稻不存在生殖隔离，因此杂草稻也是栽培稻遗传改良的重要资源[8]。但不同区域的杂草稻对逆境胁迫的耐受能力并不一致。一般认为杂草稻较栽培稻具有更强的耐深播能力，宁厦杂草稻在播深12 cm时均能出苗，栽培稻则不出苗[9]。但李玉融等[10]研究表明：当埋土深度在4~7 cm内，江苏地区的常规栽培稻出苗率显著高于杂草稻。
近年来，随着水稻直播技术的广泛推广以及农业收割机跨地区作业大面积的普及，浙江省杂草稻危害愈发严重，最早发生和最为严重的是湖州市长兴县，2018年全县田畈发生频度达93.4%，除移栽稻田块和封闭式耕作田块未发现杂草稻外，全县其余水稻种植区域均有杂草稻发生，严重田块甚至颗粒无收[11]，对农民的经济收入造成严重的影响。为遏制浙江省杂草稻的蔓延趋势，探索适宜的防控技术，本研究以浙江省湖州市长兴县杂草稻种子为材料，研究其在多种胁迫环境下的种子萌发特性，为杂草稻的防除和种质资源利用提供依据。
1. 材料与方法
1.1 材料
2021年秋季，选用浙江省长兴县稻田采集的杂草稻种子以及同一田块种植的栽培稻‘南粳46’‘Nangeng 46’种子为研究材料，所有种子收获后自然干燥至种子水分低于13%，置于4 ℃冷库中储藏备用。
1.2 方法
1.2.1 种子标准发芽试验
将采集的杂草稻和栽培稻种子经体积分数为0.5％的次氯酸钠溶液消毒5 min后，用清水冲洗干净，均匀置于垫有3层湿润发芽纸的发芽盒(12 cm×12 cm×6 cm)中，于25 ℃恒温发芽，光照8 h/黑暗16 h，光通量为250 μmol·m−2·s−1。3次重复，各重复100粒种子。每天记录发芽种子数，第5天计算发芽势，第14天计算发芽率。整个发芽过程适时补充清水，保持发芽纸处于湿润状态。参照陈志超等[12]的方法，计算发芽指数(gi)和平均发芽时间($\bar t _{\rm{g}}$)，公式为 gi=Σ(nt/td)，$\bar t _{\rm{g}} $=Σ(nt×td)/Σtd。其中，nt为第t天的发芽种子数，td为发芽日数。发芽结束后，随机取幼苗10株·盒−1，分别测量根长、苗高和根苗鲜质量(根鲜质量指地下部分质量，苗鲜质量指地上部分质量)，计算平均值。
1.2.2 盐胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。参考文献[13−14]，采用0.15 mol·L−1NaCl溶液模拟盐胁迫条件，发芽纸用该溶液浸湿并保持湿润状态。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.3 干旱胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。采用质量百分比为15%的聚乙二醇(PEG 6000)溶液模拟干旱胁迫条件，发芽纸用该溶液浸湿并保持湿润状态。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.4 淹水胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。整个发芽过程保持水深5 cm[15]。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.5 低温胁迫条件种子发芽试验
种子处理方法同1.2.1的标准发芽试验。在15 ℃恒温发芽，整个发芽过程适时补充清水，保持发芽纸处于湿润状态。3次重复，各重复100粒种子。发芽指标和幼苗品质统计同标准发芽试验。
1.2.6 抗氧化物酶活性及丙二醛质量摩尔浓度测定
分别取干旱和盐胁迫下发芽试验结束后的杂草稻和栽培稻的幼苗0.15 g，加入4 mL 0.05 mol·L−1磷酸缓冲液(pH 7.8)进行研磨，在10 000 r·min−1离心15 min，取上清液用于抗氧化物酶活性和丙二醛(MDA)测定。参照WANG等[16]的方法测定MDA质量摩尔浓度。根据HU等[17]的方法，通过监测H2O2在240 nm下吸光度的降低来测定过氧化氢酶(CAT)活性。根据GUAN等[18]的方法，通过1 min内反应液在470 nm下吸光度的增加来测定过氧化物酶(POD)活性。抗坏血酸过氧化物酶(APX)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定分别参照WANG等[19−20]的方法进行。
1.3 统计分析
所得数据采用SAS进行统计分析，采用最小显著极差法(LSD)进行多重比较，显著性水平为α=0.05，百分率数据在分析前进行反正弦转换，以改善其分布的正态性，达到方差齐性的要求。
2. 结果与分析
2.1 标准发芽条件下水稻种子萌发和幼苗品质
从表1可见：在室内标准发芽条件下，杂草稻发芽势、发芽率、发芽指数显著高于栽培稻(P＜0.05)，平均发芽时间显著低于栽培稻(P＜0.05)。幼苗品质方面，杂草稻的平均根长显著低于栽培稻(P＜0.05)，平均苗长则显著高于栽培稻(P＜0.05)，杂草稻和栽培稻的根鲜质量和苗鲜质量无显著差异。
表 1 标准发芽条件下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 1 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under standard germination conditions材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 78.9±3.6 a 86.2±8.1 a 3.0±0.1 b 32.2±1.0 a 6.3±0.2 b 8.3±0.5 a 17.2±1.8 a 25.3±7.2 a 栽培稻 56.0±3.4 b 63.5±1.4 b 4.4±0.2 a 19.2±1.4 b 8.6±0.2 a 5.9±0.6 b 18.3±0.9 a 21.4±7.1 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.2 盐胁迫处理下水稻种子萌发和幼苗品质
由表2可见：在0.15 mol·L−1NaCl盐胁迫处理下，杂草稻和栽培稻种子的发芽势和平均发芽时间无显著差异，但杂草稻的发芽率和发芽指数显著高于栽培稻(P＜0.05)。盐胁迫条件下萌发的杂草稻幼苗，其平均根长和苗长均显著低于栽培稻(P＜0.05)，根鲜质量、苗鲜质量与栽培稻无显著差异。此外，与标准发芽结果(表1)相比，盐胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽指数、幼苗品质(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度在30.2%~81.4%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为143.3%和61.4%)，但杂草稻的发芽率仅下降了3.5%。
表 2 盐胁迫下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 2 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under salt stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 14.7±5.7 a 83.2±3.3 a 7.3±1.2 a 15.0±0.7 a 4.4±0.9 b 2.4±0.6 b 7.3±0.1 a 9.3±0.2 a 栽培稻 24.3±3.3 a 48.3±1.4 b 7.1±0.4 a 8.6±0.6 b 6.0±1.3 a 4.0±0.7 a 8.4±0.2 a 10.1±0.2 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.3 干旱胁迫处理下水稻种子萌发和幼苗品质
从表3可见：干旱胁迫下，杂草稻和栽培稻种子的平均发芽时间无显著差异，杂草稻的发芽势、发芽率和发芽指数均显著高于栽培稻(P＜0.05)(表3)。幼苗品质方面，杂草稻的平均根长、根鲜质量和苗鲜质量均与栽培稻无显著差异，平均苗长则显著低于栽培稻(P＜0.05)。与标准发芽结果(表1)相比，干旱胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽率、发芽指数和幼苗质量(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度在31.4%~100.0%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为226.7%和97.7%)。
表 3 干旱胁迫下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 3 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under drought stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 3.8±3.3 a 59.1±14.6 a 9.8±0.2 a 7.7±2.3 a 3.8±0.6 a 0.5±0.4 b 4.0±0.2 a 2.5±0.1 a 栽培稻 0.0±0.0 b 32.7±4.1 b 8.7±0.9 a 3.5±0.9 b 3.5±0.4 a 1.2±0.3 a 3.5±0.1 a 3.1±0.1 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.4 淹水条件下水稻种子萌发和幼苗品质
在5 cm水深条件下，杂草稻种子的发芽势、发芽指数均显著低于栽培稻(P＜0.05)，发芽率、平均发芽时间与栽培稻无显著差异(表4)。与栽培稻相比，淹水胁迫显著降低了杂草稻的平均根长和苗鲜质量(P＜0.05)；但杂草稻的苗长和根鲜质量均与栽培稻无显著差异。与标准发芽结果(表1)相比，淹水胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽率、发芽指数和幼苗品质(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度在35.6%~94.2%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为116.7%和38.6%)。
表 4 淹水胁迫下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 4 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under flooding stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 5.8±1.8 b 37.3±9.4 a 6.5±0.3 a 5.7±1.2 b 0.9±0.0 b 1.8±0.2 a 1.0±0.2 a 3.1±0.7 b 栽培稻 17.1±1.6 a 40.9±8.0 a 6.1±0.0 a 7.1±1.3 a 1.6±0.0 a 1.8±0.1 a 1.1±0.2 a 5.2±0.2 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.5 低温胁迫下水稻种子萌发和幼苗品质
15 ℃低温条件下，杂草稻和栽培稻种子的发芽势均为0，其他发芽指标均无显著差异(表5)。幼苗品质方面，杂草稻的平均根长和苗长均与栽培稻无显著差异，但其根鲜质量和苗鲜质量均显著高于栽培稻(P＜0.05)。此外，与标准发芽结果(表1)相比，低温胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子的发芽势、发芽率、发芽指数和幼苗质量(根长、苗长、根苗鲜质量)均明显下降(下降幅度为63.6%~100.0%)，平均发芽时间明显延长(幅度分别为323.3%和195.5%)。
表 5 低温下杂草稻和栽培稻种子的发芽情况及幼苗品质Table 5 Seed germination and seedling quality of weedy rice and cultivated rice under chilling stress材料 发芽势/％ 发芽率/％ 平均发芽时间/d 发芽指数 根长/cm 苗长/cm 根鲜质量/(mg·株−1) 苗鲜质量/(mg·株−1) 杂草稻 0.0±0.0 a 24.8±3.4 a 12.7±0.2 a 1.5±0.3 a 0.8±0.0 a 0.4±0.1 a 2.2±0.7 a 2.8±0.6 a 栽培稻 0.0±0.0 a 23.1±4.9 a 13.0±0.2 a 1.2±0.4 a 0.8±0.0 a 0.4±0.0 a 0.8±0.1 b 1.1±0.2 b 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.6 盐胁迫下水稻幼苗抗氧化物酶活性和MDA质量摩尔浓度
盐胁迫处理后，杂草稻幼苗的CAT、SOD、POD活性均显著高于栽培稻(P＜0.05)，MDA质量摩尔浓度则显著低于栽培稻(P＜0.05，表6)。杂草稻和栽培稻幼苗的APX活性无显著差异。
表 6 盐胁迫下杂草稻和栽培稻幼苗抗氧化物酶活性及MDA质量摩尔浓度Table 6 Antioxidant enzyme activity and MDA content of weedy rice and cultivated rice seedlings under salt stress材料 CAT/(×16.67 nkat·g−1) SOD/(×16.67 nkat·g−1) POD/(×16.67 nkat·g−1) APX/(×16.67 nkat·g−1) MDA/(nmol·g−1) 杂草稻 37.3±2.7 a 239.5±18.3 a 204.5±9.1 a 177.8±1.5 a 4.7±0.2 b 栽培稻 22.2±1.5 b 112.4±7.7 b 193.9±7.0 b 168.9±3.1 a 8.9±0.6 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 2.7 干旱胁迫下水稻幼苗抗氧化物酶活性和丙二醛质量摩尔浓度
干旱胁迫处理后，杂草稻和栽培稻幼苗的APX活性差异不显著(表7)。杂草稻幼苗的MDA质量摩尔浓度显著低于栽培稻(P＜0.05)，CAT、SOD和POD活性则显著高于栽培稻(P＜0.05)。
表 7 干旱迫下杂草稻和栽培稻幼苗抗氧化物酶活性及MDA质量摩尔浓度Table 7 Antioxidant enzyme activity and MDA content of weedy rice and cultivated rice seedlings under drought stress材料 CAT/(×16.67 nkat·g−1) SOD/(×16.67 nkat·g−1) POD/(×16.67 nkat·g−1) APX/(×16.67 nkat·g−1) MDA/(nmol·g−1) 杂草稻 34.5±0.1 a 228.3±31.1 a 367.9±32.9 a 115.2±7.1 a 3.6±0.3 b 栽培稻 13.8±0.7 b 155.4±14.1 b 303.5±15.4 b 112.4±4.6 a 11.1±0.9 a 说明：不同字母表示同一指标在不同材料间差异显著(P＜0.05)。 3. 讨论
杂草稻的生存环境复杂多样，且经过长期的自然选择，其遗传多样性高，对区域环境的适应性强，不但在生长特性上表现出较强的竞争优势，而且具备对多种生物、非生物逆境的耐受性[21−23]。同时，由于杂草稻和栽培稻、野生稻O. rufipogon之间存在特殊的亲缘关系，研究和利用杂草稻的优异特性正日益受到重视[24−25]。比如，通过结合传统育种和分子育种等手段，充分利用杂草稻的稻属资源，可以丰富现有栽培稻品种的遗传基础，培育具备优良特性的水稻新品种[8, 23]。
杂草稻的遗传多样性丰富，不同区域的杂草稻特征特性不一。目前，已开展了对东北稻区[26−27]、宁夏稻区[9, 28]、江苏稻区[10]、上海稻区[29]杂草稻的生长特性和耐逆性研究，但对近年来杂草稻危害频发的浙江稻区研究较少。本研究在多种非生物胁迫条件下，对浙江稻区杂草稻和同一田块栽培稻的种子萌发和幼苗生长情况研究发现：在正常环境条件下，杂草稻种子的萌发能力显著强于栽培稻，且杂草稻更耐盐和干旱胁迫，但对淹水胁迫更敏感。
标准发芽结果表明：杂草稻种子的各项发芽指标均显著优于栽培稻，说明杂草稻种子的萌发能力显著强于栽培稻，这与黄俊浩[29]的结果类似。本研究还发现：杂草稻幼苗的根长显著低于栽培稻，苗长则显著高于栽培稻。推测可能是杂草稻适应环境的一种表现：一方面保证尽量多的种子能够萌发出苗，另一方面通过快速的苗生长占据有利生态位，与栽培稻竞争光照、温度等生长所必需的资源。
与标准发芽相比，0.15 mol·L−1 NaCl盐胁迫处理后，杂草稻的发芽率下降了3.5%，但仍保持在80%以上；而‘南粳46’的发芽率则降低了23.9%，下降幅度大。这说明浙江省杂草稻种子更耐盐。李振博等[13]发现180 mmol·L−1 NaCl胁迫对杂草稻发芽势的影响明显小于常规栽培稻，在培养至108 h时，NaCl对杂草稻的抑制率为0，而对栽培稻‘Ⅱ优98’ ‘Ⅱ you 98’和‘武育粳3号’‘Wuyugeng 3’抑制率仍有25%和58%。李玉融等[10]研究发现：在不同浓度盐胁迫下，苏南和苏中地区的杂草稻种子萌发率均高于栽培稻。张丽丽等[14]研究表明：在不同盐胁迫下，杂草稻‘WR03-12’株高、生物量、根系特征降幅小于栽培稻‘越光’‘Koshihikari’和‘长白9号’‘Changbai 9’，前者通过保持较大根长、表面积和总体积，以此吸收更多的水分，适应环境，提高竞争效率。本研究盐胁迫后发现：杂草稻的根苗长度均显著低于栽培稻，苗长变化率高于栽培稻，表明不同区域的杂草稻特征特性不一。
干旱胁迫处理后杂草稻种子萌发和幼苗质量与盐胁迫类似，即杂草稻种子的发芽情况显著优于栽培稻种子，且与标准发芽结果比，杂草稻的发芽势、发芽率、根长变化率均低于栽培稻，表明浙江省杂草稻种子更耐干旱胁迫，这与李玉融等[10]和李海粟等[27]的研究结果类似。李玉融等[10]比较了不同干旱条件下江苏稻区杂草稻和栽培稻种子的萌发速率，发现杂草稻的萌发率显著强于栽培稻，推测这是旱直播条件下杂草稻发生较重的原因之一。李海粟等[27]则发现东北稻区杂草稻种子耐旱能力显著强于栽培稻。
盐胁迫、干旱胁迫等会导致植物体内活性氧(ROS)的积累，从而引发氧化损伤，并进一步引发膜不饱和脂肪酸过氧化，而过氧化的程度可通过测定MDA质量摩尔浓度来表征[19]。SOD、CAT、APX和POD等抗氧化物酶被认为是植物体内ROS的重要清除剂[20]。本研究发现：干旱胁迫和盐胁迫后杂草稻幼苗的MDA质量摩尔浓度显著低于栽培稻，SOD、CAT和POD活性则显著高于栽培稻，这与丁国华等[8, 30]的研究结果类似。以上研究发现：干旱胁迫对杂草稻种子的萌发抑制程度明显低于栽培稻，且对杂草稻根系的抑制程度比地上部更小。此外，干旱胁迫下杂草稻幼苗的抗氧化物酶活性更高，MDA质量摩尔浓度则更低，推测这可能是杂草稻适应干旱胁迫的机制之一。WANG等[31]研究了61份的杂草稻种子耐干旱萌发能力发现：杂草稻种子耐旱萌发能力显著高于与之共存的栽培稻，推测杂草稻可能进化出了新的耐旱性。
本研究发现：淹水条件下，浙江省杂草稻的种子萌发和幼苗质量均较栽培稻更差，且杂草稻的各项指标变化率均高于栽培稻，说明浙江省杂草稻对淹水胁迫敏感。曹旦等[32]研究发现：淹水2 cm水深时，杂草稻很难出苗。余柳青等[15]研究表明：深水层处理后，杂草稻‘落粒粳’‘Luoligeng’成苗率和植株高度显著下降，常规粳稻‘春江11’‘Chunjiang 11’则具有较强的耐水淹特性。
低温胁迫处理后杂草稻和栽培稻种子发芽指标间并无显著差异，但杂草稻的幼苗品质较栽培稻稍好，说明浙江省杂草稻的耐寒能力与栽培稻无显著差异，这与北方稻区[26−28]的研究结果不一致。例如邹德堂[26]研究发现：黑龙江省5种杂草稻的耐寒能力比当地的栽培稻品种‘东农416’‘Dongnong 416’更强，特别是红长芒杂草稻的发芽率显著高于其他杂草稻。李玉融等[10]则发现苏南、苏中地区杂草稻种子比当地的栽培稻更耐低温，苏北地区相反。综上所述，不同地区的杂草稻耐低温特性存在较大差异，遗传多样性较高。
4. 结论
浙江省杂草稻种子在适宜条件下的萌发能力显著强于栽培稻，且杂草稻更耐干旱和盐胁迫，但对淹水条件敏感。浙江省杂草稻的耐干旱和耐盐能力可能与其抗氧化活性更高有关。对于直播稻田，可在播种后灌水，对于移栽稻田，则可在移栽前后保持一定深度的水位，以减少杂草稻种子萌发。
-
图 1 足尺人造板“自由-自由”支承自由振动的1阶振型
Figure 1 First vibration mode of full-size wood composite panels supported in “free-free” condition
图 2 足尺人造板力学性能检测试验装置示意图
Figure 2 Schematic diagram of laboratory testing apparatus for measuring mechanical performance of full-size wood composite panels
图 3 足尺人造板动态弹性模量（Ed）与静态弹性模量（Eb）总体数据间的关系
Figure 3 Relationship between full-size wood composite panels’ dynamic MOE Ed and static MOE Eb
图 4 刨花板2种测定方法测量结果间的关系
Figure 4 Relationship between the results of MOE tested of particleboard in the two methods
图 5 胶合板2种测定方法测量结果间的关系
Figure 5 Relationship between the results of MOE tested of plywood in the two methods
表 1 被测板材参数
Table 1. Full-size panels’ parameters
板材编号 材料 数量/张 板材平均尺寸/(厚×宽×长，mm) 平均密度/(g·cm-3) 平均含水率/% PB9 刨花板 12 8.97×1 223.00×2 442.30 0.66 4.50 PB12 刨花板 14 12.15×1 222.90×2 441.90 0.70 4.10 PB16 刨花板 25 16.04×1 223.10×2 441.00 0.70 4.30 PB18 刨花板 25 18.03×1 220.20×2 437.00 0.66 5.70 PB25 刨花板 10 25.05×1 220.90×2 440.70 0.68 6.80 PW5 胶合板 7 4.98×1 218.60×2 439.40 0.51 9.00 PW6 胶合板 6 6.00×1 220.00×2 440.00 0.59 10.20 PW7 胶合板 8 6.52×1 218.90×2 437.90 0.53 9.50 PW9 胶合板 23 9.35×1 219.20×2 438.40 0.51 9.40 PW12 胶合板 8 11.59×1 223.00×2 439.40 0.54 9.00 PW15 胶合板 20 14.47×1 220.80×2 439.40 0.51 10.50 PW18 胶合板 24 17.28×1 220.80×2 438.80 0.52 8.60 PW20 胶合板 8 19.46×1 218.00×2 439.40 0.51 9.00 PW25 胶合板 16 24.36×1 219.20×2 439.50 0.53 9.80 
下载: 导出CSV
表 2 刨花板弹性模量2种测定方法测量结果
Table 2. Results of MOE tested of particleboard in the two methods
板材编号 弹性模量代号 弹性模量/Pa 平均弹性模量之比(Ed/Eb) 平均 标准偏差 变异系数/% PB9 Ed 2 903.09 175.06 6.03 1.08 Eb 2 696.42 127.81 4.74 PB12 Ed 3 670.95 280.66 7.65 1.04 Eb 3 537.74 297.16 8.40 PB16 Ed 3 631.94 141.47 3.90 1.06 Eb 3 415.47 116.85 3.42 PB18 Ed 2 338.77 164.23 7.02 1.12 Eb 2 083.80 187.93 9.02 PB25 Ed 3 022.87 422.67 13.98 1.12 Eb 2 697.27 433.03 16.05
下载: 导出CSV
表 3 胶合板弹性模量2种测定方法测量结果
Table 3. Results of MOE tested of plywood in the two methods
板材编号 弹性模量代号 弹性模量/Pa 平均弹性模量之比(Ed/Eb) 平均 标准偏差 变异系数/% PW5 Ed 3754.08 612.87 16.33 1.22 Eb 3066.90 249.97 8.15 PW6 Ed 7259.83 663.87 9.14 1.19 Eb 6096.83 543.53 8.91 PW7 Ed 3377.30 467.37 13.84 1.19 Eb 2836.41 319.78 11.27 PW9 Ed 4178.87 1177.09 28.17 1.11 Eb 3748.21 988.81 26.38 PW12 Ed 5128.97 1014.52 19.78 1.11 Eb 4630.52 388.28 8.39 PW15 Ed 3391.24 678.72 20.01 1.06 Eb 3208.55 493.82 15.39 PW18 Ed 4997.50 727.79 14.56 1.14 Eb 4372.35 476.21 10.89 PW20 Ed 4482.71 259.21 5.78 1.03 Ed 4342.56 244.23 5.62 PW25 Ed 4790.10 346.15 7.23 1.12 Eb 4263.15 450.38 10.56
下载: 导出CSV
表 4 足尺人造板动态弹性模量(Ed)与静态弹性模量(Eb)回归方程及相关参数
Table 4. Correlation equations and related parameters between full-size wood composite panels5 dynamic MOE Ed and static MOE Eb
板材编号 板材数 y=ax+b 相关系数r F值 显著性 a b PB 86 1.01 -266.18 0.96 1 092.00 *** PW 120 0.73 718.94 0.91 601.30 *** PB和PW 206 0.79 455.97 0.94 1 669.00 *** 说明:***0.001差异显著。
下载: 导出CSV
-
[1] DÜNDAR T, AS N, AKKILIÇH. The prediction of mechanical properties of wood-based composites with vibration NDE method[J]. J Fac For Istanbul Univ, 2008, 58(2):43-59. [2] COPPENS H. Quality control of particleboards by means of their oscillation behavior[C]//Proceedings of FESYP Technical Conference. Munich:European Federation of Associations of Particleboard Manufactures, 1988:143-165. [3] McNATT J D, WELLWOOD R W, BACH L. Relationships between small-specimens and large panel bending tests on structural wood-based panels[J]. For Prod J, 1990, 40(9):10-16. [4] SHYAMASUNDER K, ASWATHANARAYANA B S, NAIDU M V. Nondestructive evaluation of modulus of elasticity and modulus of rigidity of plywood by sonic methods[C]//PELLERIN R F, MCDONALD K A. Proceedings of the 9th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood. Madison:Forest Products Society, 1994:113-116. [5] SHI Bozhong, CAI Zhiyong. Nondestructive evaluation of full-sized particleboard panels using the vibration technique[C]//PELLERIN R F, MCDONALD K A. Proceedings of the 9th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood. Madison:Forest Products Society, 1994:117-122. [6] LARSSON D. Stiffness characterization of wood based panels by modal testing[C]//SANDOZ J L, PELLERIN R F, MCDONALD K A. Proceedings of the 10th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood. Lausanne:IBOIS-Chair of Timber Construction of the Swiss Federal Institute of Technology, 1996:237-246. [7] LAU P W, TARDIF Y. Evaluation of Moduli of Elasticity and Rigidity of Panel Products by Torsional-Bending Vibration[R]. Edmonton:Canadian Forest Service, 1996. [8] SCHULTE M, FRÜHWALD A, BRÖKER F W. Non-destructive testing of panel products by vibration technique[C]//SANDOZ J L, PELLERIN R F, McDONALD K A. Proceedings of the 10th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood. Lausanne:IBOIS-Chair of Timber Construction of the Swiss Federal Institute of Technology, 1996:259-268. [9] MIRBOLOUK P, ROOHNIA M. Evaluation of dynamic modulus of elasticity of medium density fiberboard panel from longitudinal vibration tests on specimens[J]. BioResources, 2015, 10(1):613-621. [10] 高燕秋,王兆伍,张齐生. TMJ-A人造板弹性模量无损检测显示机的误差因素分析[J]. 木材工业,2002,16(5):24-26. GAO Yanqiu, WANG Zhaowu, ZHANG Qisheng. Analysis of measuring error on TMJ-a nondestructive testing equipment for structural board[J]. China Wood Ind, 2002, 16(5):24-26. [11] 周海宾,任海青,费本华,等. 木质复合板弯曲、剪切弹性模量动态测试[J]. 建筑材料学报,2007,10(5):561-565. ZHOU Haibin, REN Haiqing, FEI Benhua, et al. Dynamical test on flexural and shear modulus of composite wood panels[J]. J Build Mater, 2007, 10(5):561-565. [12] ZHOU Lujing, ZHANG Houjiang, GUAN Cheng, et al. Analysis of vibration modal testing for the full-size artificial board[J]. J Mult, 2014, 9(6):816-821. [13] 管成,周卢婧,张厚江. 足尺中密度纤维板振动模态分析[J]. 西北林学院学报,2015,30(3):228-233. GUAN Cheng, ZHOU Lujing, ZHANG Houjiang. Analysis of the vibration modal of the full-sized medium density fiberboard[J]. J Northwest For Univ, 2015, 30(3):228-233. [14] ZHOU Jianhui, CHUI Y H. Influence of boundary conditions on measurement of elastic constants of engineered wood-based panels using modal testing[C]//ROSS R J, GONÇALVES R. Proceedings of the 19th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood. Rio de Janeiro:Forest Products Society, 2015:321-332. [15] 张厚江,周卢婧,吴江. 足尺人造板弹性模量和动态粘弹性无损检测装置与检测方法:CN103439251A[P]. 2013-12-11. ZHANG Houjiang, ZHOU Lujing, WU Jiang. Nondestructive full-scale artificial board elasticity modulus and dynamic viscoelasticity testing device and method:CN103439251A[P]. 2013-12-11. [16] 管成,张厚江,周卢婧,等. 足尺人造板动态粘弹性检测[J]. 南京林业大学学报:自然科学版,2015,39(6):131-136. GUAN Cheng, ZHANG Houjiang, ZHOU Lujing, et al. Detection on dynamic viscoelasticity of full-size wood composite panels[J]. J Nanjing For Univ Nat Sci Ed, 2015, 39(6):131-136. [17] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. GB/T 4897.1-2003刨花板第1部分:对所有板型的共同要求[S]. 北京:中国标准出版社,2003. [18] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法[S]. 北京:中国标准出版社,2014. [19] 王斌会. 多元统计分析及R语言建模[M]. 广州:暨南大学出版社,2014:62-77. -
-
链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.2016.06.020
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 2740
- HTML全文浏览量: 547
- PDF下载量: 401
- 被引次数: 0
