基于叶片形态的毛竹单叶叶面积模型

【目的】毛竹叶片小、易卷曲的特点增加了叶面积测量的难度和测量误差,本研究旨在建立快速、便捷、准确测量毛竹叶片面积的模型。【方法】采集7个省份的毛竹叶片,对毛竹叶片形态进行分类,利用叶长、叶宽数据和扫描所得实际叶面积进行建模,并采用均方根误差、卡方、赤池信息量准则和预测精度检验模型的精度,同时与叶面积仪测定结果进行精度比较。【结果】1)根据长宽比,毛竹叶片可以分为3类,分别是类三角形叶片(长宽比≤7.2)、长椭圆叶片(7.2长宽比≤8.3)和细长条叶片(长宽比8.3); 2)对毛竹叶面积和叶形态学指标的相关分析显示,叶片长度与宽度的积对叶面积影响最大,相关系数为0.993; 3)建立以叶片长宽积为自变量的叶形分类拟合模型,其决定系数为0.990 1、均方根误差为0.159 6、卡方值为10.368 1、赤池信息量准则为-6 317.10、预测精度为97.73%,其预测结果最佳,优于叶形不分类的整体拟合和叶面积仪测量结果。【结论】基于叶片形态分类的毛竹叶面积拟合模型仅需测定叶片的长和宽,便可准确预测叶片面积,其精度不但优于叶面积仪与整体拟合结果,而且测量过程快速、便捷。该模型可解决长期困扰的毛竹叶片面积测量难题。     

基于无人机激光雷达的银杏人工林有效叶面积指数估测

【目的】精确估测银杏人工林有效叶面积指数(eLAI),以更好了解银杏人工林的生长和竞争、理解人工林生态系统的功能和生产力。【方法】基于多旋翼无人机激光雷达(LiDAR)系统获取的点云数据,结合45块地面实测样地数据,使用孔隙度模型法(通过计算点云的冠层穿透率,根据Beer-Lambert定律计算有效叶面积指数)和统计模型法(首先通过地面实测的有效叶面积指数和所提取的LiDAR特征变量建模,然后借助拟合的模型估测有效叶面积指数)对我国典型银杏人工林进行样地尺度的有效叶面积指数估测。【结果】1)使用统计模型法估测eLAI时,仅利用LiDAR高度特征变量估测精度为R2=0. 38(rRMSE=54%),引入其他特征变量(冠层密度特征、冠层容积比以及强度特征变量)后精度分别达到R2=0. 64(rRMSE=26%)、R2=0. 61(rRMSE=28%)、R2=0. 74(rRMSE=23%); 2)根据Cover将样地分组建模后发现,分组建模的精度优于不分组建模的精度;3)孔隙度模型法估测有效叶面积指数的精度为R2=0. 71(rRMSE=32. 0%)。【结论】结合多组LiDAR特征变量估测有效叶面积指数能够充分挖掘LiDAR数据包含的冠层结构特性,从而提升估测精度;同时,使用孔隙度模型法可以有效估测银杏人工林有效叶面积指数。无人机LiDAR点云在估测银杏人工林有效叶面积指数上具有较好的潜力。     

冠层高度对江西69种阔叶树小枝单叶生物量与出叶强度关系的影响

【目的】研究阔叶树不同冠层高度对当年生小枝上单叶生物量与出叶强度之间关系的影响,以期探明森林内光照环境变化对树木小枝性状的影响,为揭示阔叶树林冠生长对光环境变化的响应机制提供理论依据。【方法】采用标准化主轴回归估计(standardized major axis estimation,SMA)方法对江西省阳际峰自然保护区内69种阔叶树不同冠层高度的单叶生物量(ILM)与出叶强度(单位茎生物量的叶片数量与单位茎体积的叶片数量,Lim与Liv)的异速生长关系(树木本身某一部分的相对增长)进行研究,分析不同冠层高度(上冠层与下冠层)对亚热带常绿阔叶林内常绿和落叶树种的单叶生物量与出叶强度之间关系的影响。【结果】1)常绿和落叶树种的Liv、比叶面积和单叶面积均存在显著差异(P0.05),但两者的叶片数量、ILM、Lim和茎密度均无显著差异(P 0.05)。常绿树种在不同冠层高度处的叶片数量、Liv、比叶面积、Lim和茎密度均存在显著差异(P0.05),但落叶树种在不同冠层高度处仅与比叶面积存在显著差异(P0.05)。2)常绿和落叶树种不同冠层高度当年生小枝的单叶生物量与出叶强度之间均为负等速关系;冠层高度对常绿树种小枝ILM-Lim的异速生长指数(方程斜率)无显著影响(P=0.95),但上冠层小枝ILM-Lim的异速生长常数(方程截距)显著高于下冠层(分别为1.24、1.05);冠层高度对落叶树种当年生小枝ILM-Lim的异速生长指数(P=0.65)与异速生长常数(P=0.83)均无显著影响。3)冠层高度对常绿树种当年生小枝ILM-Liv的异速生长指数(P=0.43)与异速生长常数(P=0.16)均无显著影响,对落叶树种当年生小枝ILM-Liv的异速生长指数(P=0.69)与异速生长常数(P=0.28)也无显著影响。【结论】冠层高度对常绿和落叶树种当年生小枝的单叶生物量与出叶强度之间的负等速关系未产生影响,但冠层高度对常绿树种的异速生长常数则产生显著影响,表明在一定的出叶强度下,上冠层具有更高的单叶生物量,这可能是受当年生小枝在不同冠层高度处的枝、叶资源获取策略不同所引起。     

利用经验-过程混合建模方法优化华山松过程模型的参数

【目的】以基于碳平衡的过程模型CROBAS为例,提出一种结合经验模型与过程模型的混合建模方法,优化华山松过程模型CROBAS-PA的参数,探索在建模数据不足情况下预估复杂过程模型参数的有效途径。【方法】参数优化模型的目标函数设为过程模型CROBAS-PA与经验模型QUASSI 1.0在树高和生物量预测上的离差,优化模型的决策变量选取过程模型中10个随气候和树种调整的参数(树冠树叶分形维数、消光系数、比叶面积、最大光合速率、树叶衰老率、叶表面积密度、自然整枝参数、树枝边材率、树干边材衰老率和树枝边材衰老率),约束条件为过程模型参数的可行域。选用差分演化算法,采用Sobol一阶灵敏度和全局灵敏度系数进行参数敏感性分析与评估,利用平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)和平均相对误差(MRE)进行模型检验。【结果】经参数优化后的华山松过程模型CROBAS-PA的有效预测时间可达20年,树高和胸径预测值平均绝对误差分别小于1.03 m和1.19 cm,平均相对误差分别低于5.59%和2.59%。灵敏度分析显示,最大光合速率、比叶面积、消光系数、树冠树叶分形维数对树高和胸径的生长变化有明显影响,而叶表面积密度对胸径和树高的生长变化影响较小。【结论】经参数优化后的华山松过程模型CROBAS-PA可以较准确预测华山松的树高和胸径生长以及林木各器官中的碳分配,基于经验-过程混合建模方法在复杂过程模型参数预估中具有一定应用潜力。     

不同年龄白桦比叶面积的生长阶段变异及冠层差异

【目的】研究不同年龄植株叶片比叶面积的生长阶段变异特征及冠层高度差异,分析不同资源环境条件对比叶面积与其他叶性状相关关系的影响,为更好地阐明资源环境对性状的影响机制提供科学依据。【方法】以阔叶红松林演替前期树种白桦为研究对象,针对成年树和幼树,分别在叶生长期(6月)、叶稳定期(7月)和叶衰落期(9月)测定上、中和下3个冠层高度(只针对成年树)叶片的比叶面积、叶厚和干物质含量,分析植株年龄、生长阶段及冠层高度下3种叶性状的变异情况及其相关关系,并运用标准化主轴估计法(SMA)检验植株年龄、生长阶段和冠层高度对这些相关关系是否存在显著影响。【结果】成年树和幼树在不同生长阶段及成年树在不同冠层高度比叶面积、叶厚、干物质含量均存在显著变化。叶厚、干物质含量及二者乘积对比叶面积的解释程度在不同植株年龄、生长阶段、冠层高度均存在显著差异。在不同植株年龄、生长阶段及冠层高度比叶面积与叶厚、干物质含量均显著负相关,且比叶面积-叶厚及比叶面积-干物质含量之间相关关系的斜率在不同植株年龄、生长阶段及冠层高度均存在显著差异。【结论】不同植株年龄白桦比叶面积均随生长阶段的变化显著下降,随冠层高度的降低显著增加,且植株年龄、生长阶段和冠层高度均对比叶面积与叶厚、干物质含量间的相关关系存在显著影响。     

华北落叶松与白桦混交林树高与胸径关系研究

【目的】建立华北暖温带华北落叶松与白桦针阔混交林树高与胸径关系的非线性混合效应模型,为研究针阔混交林中不同树种相互作用及其生长发育规律提供科学依据。【方法】以河北省塞罕坝机械林场的华北落叶松与白桦针阔混交林为研究对象,基于83块30 m×30 m的标准地调查数据,首先选取5个具有生物学意义的非线性树高与胸径关系基础模型进行拟合,确定最优基础模型;其次通过相关分析确定影响树高生长的主要因子;最后基于最优基础模型和主要因子建立包含哑变量的华北落叶松与白桦针阔混交林树高与胸径关系预测模型。【结果】在5个候选非线性树高与胸径关系模型中,Richard模型具有最好的拟合结果,其模型确定系数(R2=0.918 6)最大,均方根误差(RMSE=2.405 8)及绝对误差(Bias=0.194 5)最小;通过相关分析确定海拔和林分断面积与树高生长均在P 0.01水平上呈现显著性;基于基础模型构建了包含哑变量及主要影响因子的不同树种树高与胸径关系混合效应模型,当随机效应参数作用在林分断面积上时,模型预测精度较高。【结论】基于主要影响因子和包含哑变量的非线性混合效应树高与胸径关系预测模型,能够有效解决混交林中树种及主要因子对树高与胸径关系的影响,提高了预测模型的适用性及预测精度,为混交林森林质量精准提升提供科学依据。     

2种生长延缓剂对板栗枝条生长和叶片碳氮代谢物积累的影响

【目的】研究多效唑(PP333)和矮壮素(CCC)对板栗幼树枝条、叶片生长发育和叶片碳氮代谢的影响,为全面认识植物生长延缓剂对板栗幼树生长的影响及应用提供科学依据。【方法】以6年生迁西板栗品种‘燕山早丰’为试验材料,选择多效唑和矮壮素2种延缓剂,其浓度均设置为100、200、300 mg·L~(-1),以清水为对照(CK),在枝条快速生长期进行叶面喷施。处理后定期取样测定母枝、果枝、营养枝生长指标和单叶面积、叶片长宽比、叶片含水量、相对叶绿素及碳氮代谢物含量,探讨2种延缓剂的作用效果及其应用的可行性。【结果】1)多效唑和矮壮素显著抑制板栗幼树母枝、果枝、营养枝的纵向生长,促进基部直径增长,并且与对照比较,所有处理差异显著(P0. 05)。果枝喷施200 mg·L~(-1)矮壮素处理对其长度生长量作用最显著,较对照减少约81%;喷施100 mg·L~(-1)矮壮素处理显著提高果枝基部直径增长量,较对照提高约74%。2)多效唑和矮壮素能显著减小单叶面积,增加叶片长宽比、叶片含水量及相对叶绿素含量,与对照比较差异显著。其中,喷施200 mg·L~(-1)矮壮素处理使单叶面积较对照最高减少11%,相对叶绿素含量较对照最高增加10. 28%;喷施300 mg·L~(-1)多效唑处理显著增加叶片含水量,较对照约提高28%。3)多效唑和矮壮素均能显著促进板栗幼树叶片碳氮代谢物积累。与对照比较,喷施300 mg·L~(-1)多效唑或100～200 mg·L~(-1)矮壮素能显著增加可溶性糖含量、全氮含量和碳氮比,且差异显著。【结论】板栗幼树快速生长期喷施100～200 mg·L~(-1)矮壮素,能显著促进板栗幼树母枝、果枝直径生长,抑制其伸长生长,有效促进叶片碳氮代谢物积累。     

阳生叶光能利用率与光化学反射植被指数关系

【目的】对帽儿山地区主要树种的实测光谱与植被光能利用率进行统计分析,从光化学植被指数定义出发,修正PRI指数,进而得到阳生叶PRI与LUE之间较稳定的定量关系,为碳循环模型准确估计植被初级生产力(GPP)和净初级生产力(NPP)提供基础。【方法】数据采集时间为2016年8月,测量时间为10:00—15:00。LUE测定采用Li-Cor6400光合仪,叶片反射率是通过SVC HR-1024i在实验室测量获得。对实测PRI指数与LUE分针阔树种进行相关性分析和回归分析;对多波段反射率与LUE进行逐步回归分析,提取与LUE高相关性波段,重新组合形成新的PRI指数;分针阔树种建立修正后PRI指数与LUE回归关系。【结果】1)传统PRI指数与LUE相关性分析:针阔树种阳生叶PRI与LUE的pearson相关系数为0.234(P=0.079);阔叶仅为0.121(P=0.389),相关性低;针叶相对较好为0.467(P=0.174),对针叶进一步进行回归拟合,其R2较低(R2=0.218 2;P=0.174),传统PRI指数在此次研究中适用性较差。2)对多个波段反射率逐步回归分析,筛选后得到5个波段反射率组成的多元回归模型,其相关性有所提高(R2=0.402 2,P=0.04);波段518 nm处反射率对LUE的贡献率最大,偏回归平方和R2=0.133 4。基于传统PRI定义,对PRI指数进行修正,用518 nm反射率替换531 nm处反射率,用修正PRI指数与LUE建立新的一元回归模型。3)用修正PRI指数与LUE分树种分别建立一元回归模型,其回归结果:对于针阔树种阳生叶叶片两者之间R2为0.496 9(P0.001),RMSE为0.024 7;对于阔叶树种阳生叶叶片两者之间R2为0.404 5(P0.001),RMSE为0.023 6;对于针叶树种阳生叶叶片两者之间R2为0.538 5(P0.001),RMSE为0.018 9。结果与传统PRI指数构建的一元回归模型及逐步回归构建的多元模型相比,显著性有明显提高。【结论】建立帽儿山地区针阔叶树种上层阳生叶叶片修正后PRI指数与LUE的关系。相比较传统PRI指数,修正后的PRI指数与LUE有着更高的相关性;所构建的一元回归模型不管是对针叶树种还是阔叶树种都有良好适用性。     

长白落叶松叶面积回归模型及比叶面积估计

[目的]以吉林省汪清林业局金沟岭林场40株10～40年生长白落叶松的健康针叶为研究对象,建立叶面积回归模型并估计其比叶面积。[方法]通过WinSEEDLE种子和针叶图像分析系统获取长白落叶松50束共150针的针叶面积、长度、宽度以及周长,再分别烘干至恒质量获得叶片干质量。建立以叶长L、叶宽W、叶周长P和叶片干质量X为自变量,叶面积LA为因变量的一元、二元和三元线性、指数和幂函数回归模型,并用平均误差、总体相对误差、平均系统误差、平均预估误差和均方根误差等统计量来评价模型误差和拟合优度。采用算术平均法、比估计法和最小二乘法计算比叶面积,并对3种方法的方差进行比较,获取最优估算值。[结果]一元、二元和三元模型均以指数函数最佳,模型分别为LA=5.929 e~(1.313W)(R~2=0.858),LA=6.194 e~((0.023L+0.637W))(R~2=0.936)和LA=6.445 e~((0.021L+0.598W+18.067X))(R~2=0.941)。[结论]算术平均法获取的比叶面积的精度最高,该方法得到的长白落叶松的比叶面积为8.026 m~2·kg~(-1)。     

结合自适应阈值与峰值的LiDAR林分平均高反演方法研究

随着激光雷达获取的点云密度不断增加,提取样地尺度的林分平均高成为可能。但样地尺度林分平均高的提取精度与树种之间的关系尚不明确,急需一种能适应各种树种的林分平均高提取方法。以广西国有高峰林场为例,采用机载LiDAR点云数据生成的冠层高度模型(Canopy height model,CHM),结合地面实测的201个样地数据,提出了一种结合自适应阈值与峰值的林分平均高提取算法,并分析了树种对提取精度的影响。结果表明:1)不同树种的林分平均高提取精度存在差异,杉木精度最高,而桉树和其他阔叶树种精度次之;2)自适应阈值结合峰值的算法能够较好提取林分平均高(R²=0.75,RMSE=3.11m,rRMSE=22.07%),并且对于不同的树种都有较强的稳健性;3)阔叶树种和针叶树种对不同的提取方法存在敏感性差异。研究提取的林分平均高可为森林蓄积量与生物量反演研究提供依据和参考。     

基于洗脱称量粒度分析的北京常见树种树叶滞纳大气颗粒物特性

【目的】比较树木叶片和塑料叶片单位面积滞纳细颗粒物(PM_(2.5))、可吸入颗粒物(PM_(10))、总悬浮颗粒物(TSP)等大气颗粒物的量,从而区分出受树木叶片结构影响的滞尘量(DRLS)和不受叶片结构影响的滞尘量(DULS),为探索城市树木缓解大气颗粒物污染的贡献及优化树种配置提供科学依据。【方法】以北京市常用的6个绿化树种为对象,持续测定4个季度的叶片滞尘动态,以没有降雨影响的10天为1个试验周期,进行本底采样和颗粒物积累采样,并设置光滑塑料叶片(由自摩擦系数为0.04的聚四氟乙烯塑料制成)对照试验模拟DULS,对采集到的供试样本叶片(含树木叶片和塑料叶片)采用洗脱称量粒度分析法(EWPA),测定10天内各树种叶片单位面积滞尘总量、DULS和对不同粒径颗粒物的滞纳量。【结果】1)滞尘能力最强的侧柏单位叶面积总滞尘量为(124.76±19.27)μg·cm~(-2),是滞尘能力最低的元宝枫的2.24倍,其对PM_(2.5)的滞纳量为(16.92±2.61)μg·cm~(-2)。2)DULS占树木叶片滞尘总量的比例仅为19.65%~42.29%,DRLS所占比例为57.71%~80.35%。3)侧柏的DRLS能力最强,占其滞尘总量80.35%;元宝枫的DRLS能力最弱,占其滞尘总量57.71%;供试针叶树种和阔叶树种的DRLS占滞尘总量的百分比均值分别为77.42%和63.96%。4)针叶树滞纳的各粒级颗粒物中,PM_(2.5)占滞尘总量的13.83%±0.19%,粒径大于10μm的颗粒物占56.82%±1.07%;阔叶树滞纳的各粒级颗粒物中,PM_(2.5)占滞尘总量的8.09%±0.94%,粒径大于10μm的颗粒物占70.29%±3.56%。【结论】树木叶片对大气颗粒物的滞纳具有特异性且作用效果极为显著;供试树种中针叶树滞尘能力显著高于阔叶树,针叶树对小粒径颗粒物滞纳能力较强,而阔叶树对大粒径颗粒物滞纳能力较强。本研究证明绿化树种对缓解大气颗粒物污染有贡献,为合理选择缓解大气颗粒物污染的树种提供科学依据。     

杜仲梦尼夜蛾危害的风险分级

【目的】对杜仲主要食叶害虫——杜仲梦尼夜蛾危害风险进行分级,为构建杜仲梦尼夜蛾预警技术提供依据,也为其他农林业食叶害虫危害等级划分及预警技术构建提供参考。【方法】借鉴我国民政行业推荐性标准《自然灾害风险分级方法》,以灵宝市的杜仲梦尼夜蛾-杜仲系统为研究对象,通过不同虫口密度导致的叶面积损失率和落果率为主要依据,以预期百叶虫口密度作为种群发生的可能性指标(P),以预期叶面积损失率范围、落果率范围以及预期发生面积率和管理成本增加率范围为依据,制定相应的风险等级分值(C)。运用归一化原理对量化估算的结果进行赋值,建立杜仲梦尼夜蛾危害的风险(R)分级矩阵。同时,通过对成虫数量进行监测并结合设立标准地进行卵期、幼虫期调查,对种群数量及发生面积的预期大小对其危害等级进行预测,以危害后期实际叶面积损失率和落果率为依据对分级效果的实用性和可操作性进行评估。【结果】不同虫口密度导致的叶面积损失率和落果率差异均达到极显著水平。百叶虫口密度16头以上时可造成叶面积损失率60%以上,平均每头虫取食造成的叶面积损失率为2.8%。百叶虫口密度24头以上时落果率达到17%以上,平均每头虫取食造成的落果率为0.8%。根据2015年5月调查的卵块密度、虫口密度和有虫株率等数据,按照发生面积占总面积的权重对各项数据进行加权平均,得到预期百叶虫口密度范围在11~35头之间,P=2。在该虫口密度下的危害风险等级包括:预期发生面积率75%,C=2;预期叶面积损失率范围16%~49%,C=2;预期落果率范围6%~10%,C=3;管理成本增加率为0,C=4。根据等级C取指标分值中的最小者,即C=2。对应风险分级矩阵计算风险等级分值R=P×C=2×2=4,属高风险,发布当年第2代杜仲梦尼夜蛾发生风险的橙色预警,且不排除个别区域的极高风险。7月实测的平均叶面积损失率和平均落果率分别为17.2%和9.4%,均在预期损失范围内,其中占总面积17%的区域受害极严重,表明这种风险分级是实用的和可操作的。【结论】杜仲梦尼夜蛾危害的风险分值R可划分为4个等级并赋以4种颜色,表示杜仲梦尼夜蛾发生风险的4个等级:极高风险(R为1~2),红色;高风险(R为3~4),橙色;中风险(R为6~9),黄色;低风险(R为12~16),绿色。本分级方法适宜于短期预警,即杜仲梦尼夜蛾种群某一个世代的危害预期。下一步研究重点是将各项指标进一步细化,使之能够应用于中长期的预测。     

红松枝叶关系的纬度差异性

【目的】植株整体形态与枝叶大小、出叶强度关系密切,探究枝叶性状在不同纬度的差异,预测不同环境下植株种内变异及生存策略。【方法】选取4个不同区域阔叶红松林分布区,分析其主要优势种红松的当年生出叶强度、枝横截面积、总叶面积和单叶面积;采用单因素方差分析法,检验枝叶性状在不同纬度是否存在显著差异;应用标准化主轴估计法(SMA),探讨纬度对单叶面积与出叶强度以及枝横截面积与出叶强度、总叶面积、单叶面积关系的影响。【结果】1)红松总叶面积、枝横截面积和出叶强度变化的纬度解释率均小于8%,单叶面积变化的纬度解释率最高为58%; 2)红松枝横截面积与其他叶性状和出叶强度均呈异速生长关系,与叶面积在不同纬度均呈显著正相关,与出叶强度呈显著负相关;在高纬度地区,出叶强度与单叶面积呈负相关的异速生长关系;3)在高纬度地区,红松枝性状与叶性状和出叶强度的关系斜率均最小。【结论】红松枝叶状在不同纬度均存在显著差异,随着纬度变化,单叶面积变化显著,表明植株会调整其表型性状以适应环境变化,且以叶性状为主。红松枝叶性状关系在不同纬度存在差异,其斜率在高纬度地区相对较小,表明植物会采取不同资源分配策略以适应环境变化,且枝叶协同适应环境变化。     

基于叶形分类的淡竹叶面积预测模型研究

竹子叶片极易卷曲的特性增加了叶面积测量的难度，本研究致力于建立淡竹快速、便捷、准确测量叶片面积的模型。通过对淡竹叶片的形态特点进行分类，将叶面积仪测量面积作为对照，利用叶长、叶宽数据和扫描实际叶面积进行建模，并采用均方根误差、残差平方和、预测精度来检验模型的精度。结果表明：1）根据淡竹叶片的长宽比将叶片分为3类：长宽比≤ 5.770，5.770<长宽比≤ 6.682，长宽比>6.682；2）形态学指标相关性显示，淡竹叶片长宽积与叶面积相关性最大，相关系数为0.990；3）以叶片长宽的积建立了叶形分类拟合模型，模型的预测精度为97.11%，其预测结果优于整体拟合和叶面积仪测量结果。研究提出的淡竹叶片面积分类拟合模型可快速、准确地预测叶片面积，解决了淡竹叶片面积测量难的问题，为淡竹相关的生态学研究和经营生产提供了基础。     

人工模拟增雨对油蒿种子形态性状和比叶面积的影响

【目的】研究油蒿的种子大小和比叶面积对不同增雨处理的响应,探明两者之间的关系,以期揭示油蒿植物功能性状对降水量变化的响应机制和演变趋势。【方法】根据内蒙古磴口县多年平均降水量,在植物生长季5—9月设计4个增雨梯度(25%,50%,75%和100%),对天然油蒿灌丛进行增雨试验,利用Winseedle种子和针叶图象分析软件系统,对比了油蒿种子表型形态特征和比叶面积对降水增多的响应,同时通过相关分析研究了油蒿种子大小与比叶面积的关系。【结果】不同增雨量对油蒿种子长度、宽度、体积、表面积及千粒重均有显著影响,在100%增雨处理下种子各性状指标达到最小值,其中种子宽度、体积、表面积与增雨量呈极显著负相关(P<0.01)。种子长度和千粒重与增雨量呈显著负相关(P<0.05),种子长宽比与增雨量的相关性不显著(P>0.05)。不同增雨量对油蒿比叶面积的影响差异性显著(P<0.05),且随着雨量的增加,比叶面积不断增大。种子大小与比叶面积呈负相关关系,但均未达到显著水平(P>0.05)。【结论】降水增加后油蒿种子会先增加后减小来适应环境变化,通过油蒿种子、比叶面积两大植物功能性状组合对增雨量处理响应的研究体现了荒漠植物应对未来气候变化的生存策略和适应机制。     

构树不同种源叶性状变异研究

【目的】分析构树不同种源叶表型性状遗传变异规律,为构树遗传多样性研究和优良种源的筛选等提供参考。【方法】以30个构树种源的叶为材料,通过测量叶面积、叶长、叶宽、叶周长等8个叶的表型性状,进行综合分析。【结果】1)构树不同种源间8个叶表型性状的差异均达到极显著水平,且性状间具有显著的相关性,叶面积与叶长、叶宽、叶周长、叶柄长和绒毛密度均呈极显著正相关。2)不同叶片性状间变异系数幅度为12.72%~64.50%,该结果初步表明不同种源间叶片性状的遗传变异幅度较大,叶面积、叶长、叶宽和叶周长的种源重复力均在55%以上,表明构树的叶性状差异在一定程度上是受遗传控制的。3)对不同种源建立叶面积拟合方程,除四川大邑外,其他种源的叶面积拟合方程的相关系数均在0.8以上,说明这些模拟方程的拟合效果较好,后续试验可通过叶长与叶宽预测叶面积,简化试验。4)对构树叶各性状与地理、气候因子进行相关分析,叶面积、叶长、叶宽、叶周长和绒毛密度与经度呈显著负相关,与纬度呈极显著负相关,说明种源间构树叶的地理变异是以纬度变异为主。5)根据叶片的8个性状可将30个构树种源聚为3类。【结论】构树不同种源间叶表型性状差异显著,可为构树遗传多样性研究和优良种源的筛选提供参考。     

浙江省毛竹竹秆生物量模型

【目的】通过样地实测获取毛竹竹秆生物量数据,研建基于不同变量的生物量模型并作比较分析,确定适宜的预测变量及模型,以精准估计毛竹竹秆生物量,为浙江省毛竹林立地质量评价和高效培育提供依据。【方法】从浙江省东、南、西、北、中不同区域选择10个县市采伐216株样竹,并进行样竹测量。引入胸径(D)、竹龄(A)和胸高竹节长(L)变量,利用全部样本信息,基于3个不同异速生长方程拟合竹秆生物量模型。采用似然估计法判定误差结构,确定模型拟合方法。通过3个模型的拟合优度及预估精度的比较分析,确定适用于浙江省的毛竹竹秆生物量模型。【结果】竹秆含水率逐年下降,Ⅴ度竹的平均含水率较Ⅰ度竹低24%;竹秆生物量占地上部分生物量比重逐年增加,且Ⅴ度竹占比超过80%;利用似然估计法分析确定生物量模型误差结构为乘积型,应采用对数转换的线性回归进行模型拟合;经检验,基于胸径的一元模型(M_1)W=0.104 6D~(2. 257 8)确定系数(R_a~2)仅为0.774 2,而基于胸径-竹龄的二元模型(M_2)W=0.052 0D~(2. 205 2) A~(0. 445 7)和胸径-竹龄-胸高竹节长的三元模型(M_3)W=0.026 5D~(2. 143 9) A~(0. 449 5) L~(0. 262 9)确定系数均达到0.89,且模型M_3的估计值标准差(SEE)和平均系统误差(MSE)均为最小;3个对数回归模型在不同径阶范围的预估精度均较高,预估偏差接近于0,其中模型M_3在不同径阶的预估效果均为最佳。【结论】由于模型校正后预估精度有所下降,故本研究在进行对数模型反对数转换时不作校正。二元和三元模型比一元模型具有更高的拟合优度和预估精度,确定基于胸径-竹龄-胸高竹节长的模型M_3为最佳模型,即W=0.026 5D~(2. 143 9) A~(0. 449 5) L~(0. 262 9)。     

基于贝叶斯法的针阔混交林树高与胸径混合效应模型

【目的】在多树种多层次针阔混交林中,基于贝叶斯混合效应模型法构建树高与胸径关系的混合效应模型,以提高预测模型参数稳定性,为揭示混交林多树种生长规律、资源分配差异及森林质量精准提升提供科学依据。【方法】以河北省塞罕坝机械林场华北落叶松和白桦针阔混交林为研究对象,基于112块标准地(30 m×30 m)调查数据,选取6个包含不同林分因子的理论方程作为构建混交林不同树种树高与胸径关系的基础模型,选择出拟合精度较高的模型,分别采用两水平非线性混合效应模型法和贝叶斯混合效应模型法构建立包含哑变量的多树种树高与胸径关系模型。【结果】包含林分优势高和林分断面积组合变量的Richards方程拟合效果最好,模型确定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)和绝对误差(Bias)分别为0849 5、2378 6和0365 4;贝叶斯混合效应模型法拟合精度略高于传统非线性混合效应模型法:基于传统非线性混合效应模型法的华北落叶松树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0930 4和0103 4,白桦树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0982 7和0112 6;基于贝叶斯混合效应模型法的华北落叶松树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0910 5和0096 8,白桦树高与胸径关系模型的RMSE和Bias分别为0963 3和0100 2。【结论】基于贝叶斯混合效应模型法构建的非线性混合效应模型,充分考虑混交林多树种树高与胸径关系模型参数的不确定性,模型预测效果更具可靠性和稳定性。     

红松不同生活史阶段的枝叶权衡

【目的】枝叶大小、出叶强度之间的关系反映了植物空间资源利用能力,研究不同生活史阶段及不同枝叶年龄的枝叶性状变异及其权衡对预测种内变异和植物在不同环境条件下的生存策略具有重要意义。【方法】以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松林的建群种红松为研究对象,选取4个不同生活史阶段(幼苗、幼树、成年树、老龄树)的样树,测定其不同枝叶年龄的枝横截面积、单叶面积、总叶面积和出叶强度。采用单因素方差分析法检验枝性状与叶性状在不同生活史阶段、不同枝叶年龄是否存在显著差异。以标准化主轴估计(SMA)检验不同生活史阶段对当年生枝横截面积与单叶面积、总叶面积、出叶强度,以及单叶面积与出叶强度间相关关系是否存在显著影响,以及枝叶年龄对枝横截面积与总叶面积、出叶强度的相关关系是否存在显著影响。【结果】1)随生活史阶段上升,红松枝横截面积、叶面积呈上升趋势,出叶强度呈下降趋势,且枝、叶性状在4个生活史阶段的不同枝叶年龄间存在显著差异,枝叶年龄可解释最多的枝叶性状变异,生活史阶段可分别解释枝横截面积、总叶面积和单叶面积变异的17%、7%和3%; 2)红松不同生活史阶段当年生枝-叶性状均呈异速生长; 3)幼树、成年树和老龄树阶段的1年生枝横截面积与总叶面积均呈正相关关系;老龄树阶段当年生、1年生和2年生枝横截面积与出叶强度均呈负相关关系。【结论】红松不同生活史阶段植物资源利用策略存在差异,仅幼苗阶段当年生枝-叶性状均存在相关关系;红松不同枝叶年龄枝-叶性状均呈异速生长。     

基于混合效应的湖南马尾松次生林单木生长模型

【目的】建立湖南省马尾松次生林单木断面积与材积生长模型,为林木的生长预估提供理论依据。【方法】以湖南省2014年一类清查样地中的20块马尾松次生林为研究对象,选取5个具有生物学意义的生长方程,建立马尾松断面积和材积随年龄变化的基础模型,在此基础上,加入以样地为随机效应的随机参数,构建基于混合效应的湖南马尾松次生林单木断面积和材积生长模型。【结果】断面积生长最优基础模型为Logistic方程,其确定系数(R2=0.746)和预测精度(P=98.13%)最大,残差平方和(SSE=0.025)最小;材积生长最优基础模型为Richards方程,其R2为0.703,预测精度为97.20%,SSE为1.034;混合效应模型模拟结果显示,断面积和材积生长模型的随机参数均为μ1、μ2、μ3。混合效应模型的拟合效果较基础模型有显著提升,其中断面积生长模型的R2由0.746提升到0.974,平均误差Bias由0.000 26降低到0.000 01;材积生长模型的R2由0.703提升到0.984,平均误差Bias由0.001 73降低到0.000 13。两个模型的预测精度较对应的基础模型均有所提升。【结论】含样地效应的混合效应模型拟合效果和预测精度均优于基础模型,具有更高的适用性,可为该林分的可持续经营提供科学指导。