雷竹冠层叶片反射光谱特征及其对叶片水分变化的响应

[目的]研究雷竹冠层叶片反射光谱特征及其水分敏感波段,筛选与叶片水分指标相关性较高的光谱指数,为雷竹叶片水分的非破坏性估算提供参考。[方法]以重要笋用竹种雷竹为研究对象,通过自然失水法研究叶片反射光谱对叶片水分变化的响应特征,以常用反射光谱指数对叶片水分指标进行相关性检验,对不同反射光谱指数与叶片相对含水量进行了回归方程拟合。[结果]雷竹叶片含水量与其光谱反射率在近红外区呈负相关关系;光谱反射率敏感性分析表明,在1 400～1 600、1 800～2 000 nm波段附近,光谱反射率对叶片水分变化较其他波段敏感;不同光谱指数与叶片水分指标的相关性分析及回归方程拟合结果表明,在所选光谱指数中水分胁迫指数MSI(R_(820)/R_(1600))、比值指数SRI(R_(1300)/R_(1450))与叶片相对含水量的拟合效果较好。[结论]雷竹叶片水分含量与其光谱反射率在近红外区,尤其1 400～1 600、1 800～2 000 nm波段附近呈负相关关系,水分胁迫指数MSI(R_(820)/R_(1600))、比值指数SRI(R_(1300)/R_(1450))对雷竹叶片相对含水量的估算精度较其它光谱指数更高。     

截形叶螨危害下枣叶片含水率高光谱估测模型

【目的】叶片含水率是反映植物生长发育状况的重要指标,对其进行实时、快速、准确的动态监测是实施枣园精准灌溉和水分合理利用的重要技术措施,对枣树水肥一体化管理有一定的实用参考价值。【方法】以截形叶螨危害下枣叶片的光谱反射率和叶片含水率数据为基础,分析枣叶片原始光谱反射率和不同微分变换光谱反射率与叶片含水率间的相关关系,分别运用一元线性回归(MLR)、多元线性逐步回归(SMLR)法构建了截形叶螨危害下枣叶片含水率的高光谱估测模型,并以模型拟合度(R~2)为主要依据,结合均方根差(RMSE)和相对均方根差(RE)对模型的稳定性和预测能力进行了检验。【结果】微分数据变换可以有效增强枣叶片光谱与水分含量之间的相关性,其中以一阶微分变换的反射光谱与叶片水分含量间具有最密切的相关性。而在截形叶螨危害下枣叶片含水率的高光谱估测模型中,SMLR模型整体建模效果优于MLR模型,其中以655 nm等7个波段组合的一阶微分光谱敏感波段所构建的SMLR模型的拟合度最好,R~2达到了0.836。【结论】截形叶螨危害下枣叶片光谱反射率对其叶片含水率存在光谱指示波段。因此,利用高光谱技术对其叶片水分状况进行适时监测是可行的,这对该虫害危害后枣叶片水分含量信息的探测和虫害的早期监测及预警均有一定的应用潜力。     

不同品种核桃叶片含水量与高光谱反射率的相关性差异分析

[目的]探究不同品种核桃(Juglans regia L.)叶片含水量与叶片高光谱反射特征的相关性,分析品种间差异,为核桃叶片水分的准确诊断提供参考。[方法]本研究以5个不同品种的核桃叶片为研究对象,测定了脱水过程中叶片水分含量及其同步反射光谱响应曲线,分析并对比了不同品种核桃叶片含水量与光谱反射率的相关关系,探讨了核桃叶片水分敏感波段的品种间差异。[结果]表明:(1)不同品种核桃叶片的构成物质与叶片结构相似,在叶绿素和水分含量上存在差异;(2)核桃叶片含水量与叶片反射率的相关关系不受水分表征量的影响,在621■703、1 244■2 500 nm范围内各品种核桃叶片含水量与反射率均呈显著相关关系(p0.05);(3)在704■1 243 nm范围内,不同品种核桃叶片具有不同的水分敏感波段,各品种间差异明显。[结论]不同品种核桃叶片含水量与高光谱反射率的相关关系在704■1 243 nm范围内具有明显的品种间差异。     

干旱胁迫下云南松苗木的水分及其生理变化

以云南松苗木为材料,采用盆栽连续干旱法,测定不同干旱胁迫时间下云南松苗木的含水率、相对含水量与叶绿素荧光参数的变化,以探讨云南松对干旱胁迫的适应机制和抗旱性差异。研究结果表明,随着干旱胁迫时间的延长,云南松苗木其茎含水率与相对含水量呈下降趋势,叶片含水率、相对含水量及根含水率均呈上升趋势,干旱胁迫时云南松苗木优先将水分供给根与叶片。对叶绿素荧光参数进行测定结果表明,随着干旱胁迫时间延长,潜在光化学效应(Fv/Fo)与最大化学效应(Fv/Fm)均呈上升趋势,这可能与干旱胁迫下云南松体内的水分供给机制有关,胁迫初期,干旱对云南松苗木生长影响不大,表明云南松苗木具有一定的抗旱性。     

干旱胁迫对红椿盆栽土壤含水率与植株伤害程度的影响

以2年生红椿盆栽幼苗为对象,开展干旱胁迫及复水试验,对各观测日的土壤含水率、叶片伤害指数及植株萎蔫度进行分析,结果表明:(1)各时间段受试盆栽土壤含水率及叶片伤害指数差异均呈极显著差异;(2)复水一定程度上改善了胁迫伤害;(3)土壤含水率与植株受伤害程度呈极显著的负相关关系。(4)要保证2年生红椿幼苗的正常生长,必须将土壤含水率保持在25%以上。     

费菜在水分胁迫下的生理响应研究

为了解费菜对水分胁迫的反应和适应性,研究了费菜在不同水分梯度的胁迫下,其叶片水分饱和亏缺(RWD)、相对含水率(RWC)、质膜相对透性、叶绿素含量、荧光参数等各项生理指标的变化。结果表明:水淹胁迫影响费菜的正常生长,表现为叶片RWD、相对电导率、Fv/Fm、qP、ETR先升高后降低;叶片RWC、叶绿素含量、qN和Fv′/Fm′先降低后回升。重度干旱胁迫和极度干旱胁迫严重抑制费菜的生长、甚至枯死。整体趋势表现为RWD、相对电导率、qP、ETR升高,叶片RWC、叶绿素含量、qN、Fv/Fm和Fv′/Fm′降低。轻度干旱胁迫和中度干旱胁迫组各项指标与对照组差别不大,对费菜生长没有造成明显的影响,说明其对这两种梯度的水分胁迫具有比较强的适用力。     

施肥对红锥幼苗叶功能性状的影响

对红锥(Castanopsis hystrix)2.5 a生幼苗进行施肥试验,测定和计算其叶形态功能性状单叶鲜质量、单叶干质量、叶长、叶宽、叶长宽比、单叶面积、比叶面积及水分功能性状叶相对含水率、干物质含量,并计算不同叶功能性状间的相关性,结果表明:施肥能够显著促进红锥幼苗叶片形态生长,增加叶片光截获能力;施肥能对红锥幼苗叶水分功能性状产生显著影响,干物质含量显著减少、相对含水率显著增加;施肥驱动不同功能性状间协同变化,多数叶功能性状间存在显著的相关性。     

短蕊景天等4种植物的水分胁迫研究

为了探讨短蕊景天、凹叶景天、垂盆草和费菜的耐涝、耐旱性,研究了4种植物在不同水分梯度的胁迫下,其叶片水分饱和亏缺(RWD)、相对含水率(RWC)、质膜相对透性、叶绿素含量、荧光参数等各项生理指标的变化,并利用隶属函数分析法对4种植物进行评定。结果表明:耐涝能力大小顺序为费菜垂盆草凹叶景天短蕊景天;耐旱能力大小顺序为费菜凹叶景天垂盆草短蕊景天。     

基于高光谱信息的107杨叶片等效水厚度估算模型的研究

[目的]为实现杨树叶片水分高光谱信息进行快速、准确估算,[方法]将实测杨树叶片等效水厚度作为水分含量表征量,并测定叶片高光谱数据,同时,利用辐射传输模型模拟不同等效水厚度条件下的叶片尺度和冠层尺度的高光谱反射数据,通过分析常用水分植被指数对等效水厚度的敏感性,利用植被指数比值的方法构建新等效水厚度植被指数(GVMI/MSI)。通过GVMI/MSI、全球植被水分指数(GVMI)、水分胁迫指数(MSI)分别对杨树叶片尺度和冠层尺度等效水厚度估算精度进行比较分析。[结果]表明:GVMI指数、MSI指数以及新建GVMI/MSI指数的叶片尺度杨树叶片等效水厚度估算模型的精度R2分别为0.997、0.995、0.998;冠层尺度杨树叶片等效水厚度估算模型精度分别为0.837、0.836、0.973,其中,新建GVMI/MSI指数为杨树叶片等效水厚度估算最佳指数。[结论]GVMI/MSI构建的杨树叶片等效水厚度模型的预测精度较高,是杨树叶片等效水厚度的最佳估算模型。     

人工冻结作用下原状软黏土冻融特性试验

近年来人工冻结法在地铁联络通道施工等地下工程加固中得到广泛应用,土体经过冻融后物理力学性质和工程性质将发生改变。通过不同冷端温度冻结条件下封闭系统原状土单向冻融试验,研究软黏土冻胀融沉特性。结合冻融过程温度场监测,获得温度、冻结锋面的发展规律,对冻融后的试样分层进行含水率、孔隙率及干密度的测定,得到软黏土冻融后水分重分布及体积变化特征。试验结果表明:封闭系统4种不同冷端温度冻结土样的融沉系数均大于冻胀率,冻结完成时沿试样不同高度处温度梯度呈线性分布。冻结过程冻结锋面发展与时间呈指数关系,冻结完成时间与冻结冷端温度呈指数关系。冻融后沿试样高度方向水分重分布,试样上部含水率减小,中下部增大,且冻结冷端温度越低,变化越明显。结合沿土样高度不同位置处含水率、孔隙比和干密度的变化,揭示了冻融过程随水分迁移过程负孔压的存在对土样有固结作用。     

九仙山小流域不同植物群落土壤蓄水功能研究

采用森林水文学研究方法,对九仙山小流域不同植物群落的土壤水分贮存与入渗特征进行研究。结果表明:1)森林群落具有显著提高林地土壤孔隙度、土壤贮水量和土壤入渗速率的作用,其中麻栎林要好于侧柏林、刺槐林、杨树林,而枣树林最差;2)有林地的土壤入渗率明显高于荒草坡地,说明不同森林群落具有改善土壤入渗性能的作用。其中侧柏林提高土壤入渗速率的幅度最高,随后是麻栎林、刺槐林、杨树林,最差的是枣树林;3)Horton模型比较适用于模拟研究区的土壤入渗过程,但通用幂函数模型和Philip模型的适用性较差。     

白橡热压干燥材等温吸湿特性研究

以白橡热压干燥材为研究对象,利用动态水分吸附仪研究了不同热压温度干燥处理后白橡木材和未处理对照材的等温吸湿特性,并采用H-H模型拟合;分析热压干燥对木材吸湿特性的降低机理。结果表明:白橡木材等温吸湿线皆为IUPAC Ⅱ型等温吸湿线。在任意相对湿度下,热压干燥材平衡含水率均明显低于对照材,且热压温度越高,平衡含水率降低越明显。H-H模型对白橡木材等温吸湿数据表现出良好的拟合效果。单分子层和多分子层含水率降低共同作用使得热压干燥材吸湿性降低,且相对湿度越高,多分子层水的减少对吸湿性的降低作用越大。与对照材相比,热压干燥材(140、150 ℃和160 ℃)的纤维饱和点推测值分别降低8.89%、11.76%和13.62%。白橡热压干燥材吸湿性降低机理主要为游离羟基等亲水基团含量减少和细胞壁刚度增加等。     

Effects of ring-porous and diffuse-porous stem wood anatomy on the hydraulic parameters used in a water flow and storage model

Calibration of a recently developed water flow and storage model based on experimental data for a young diffuse-porous beech tree (Fagus sylvatica L.) and a young ring-porous oak tree (Quercus robur L.) revealed that differences in stem wood anatomy between species strongly affect the calibrated values of the hydraulic model parameters. The hydraulic capacitance (C) of the stem storage tissue was higher in oak than in beech (939.8 versus 212.3 mg MPa(-1)). Model simulation of the elastic modulus (epsilon) revealed that this difference was linked to the higher elasticity of the stem storage tissue of oak compared with beech. Furthermore, the hydraulic resistance (R (x)) of beech was about twice that of oak (0.1829 versus 0.1072 MPa s mg(-1)). To determine the physiological meaning of the R (x) parameter identified by model calibration, we analyzed the stem wood anatomy of the beech and oak trees. Calculation of stem specific hydraulic conductivity (k (s)) of beech and oak with the Hagen-Poiseuille equation confirmed the differences in R (x) predicted by the model. The contributions of different vessel diameter classes to the total hydraulic conductivity of the xylem were calculated. As expected, the few big vessels contributed much more to total conductivity than the many small vessels. Compared with beech, the larger vessels of oak resulted in a higher k (s) (10.66 versus 4.90 kg m(-1) s(-1) MPa(-1)). The calculated ratio of k (s) of oak to beech was 2, confirming the R (x) ratio obtained by model calibration. Thus, validation of the R (x) parameter of the model led to identification of its physiological meaning.     

三江口国有林场凋落物持水性研究

对龙陵县三江口国有林场中不同林分类型凋落物的储量、持水量、持水率和吸水速率进行了研究。结果表明:不同林型的凋落物贮备量有所差异,难被微生物降解的云南松林凋落物贮备量最大(2.66 kg/m2),其次是西南桦林(2.03 kg/m2)、旱冬瓜林(1.97 kg/m2),最小的是栎类林(1.81kg/m2)。旱冬瓜林(落叶阔叶林)的最大持水率最高,其次是西南桦林(落叶阔叶林)和栎类林(落叶阔叶林),云南松林(常绿针叶林)最低。     

灵空山主要森林类型枯落物生物量及持水性能

通过对太岳灵空山四种主要森林类型 :油松纯林、辽东栎林、松栎混交林、油落桦栎混交林的枯落物生物量及其持水性能的调查分析 ,总结出不同森林类型的生物量、最大持水量、分解率的大小排序。为研究森林的水土保持、水源涵养功能以及进一步综合评价该区的森林生态功能提供了科学依据     

薄山林场森林植被涵养水源价值评估

根据森林资源清查数据、降雨量、森林植被蒸散量,采用水量平衡法计算了薄山林场森林植被的涵养水源量,用“影子工程法”计算薄山林场森林植被涵养水源的经济价值。结果表明：薄山林场森林植被调节水量达到0．29亿m3／a,涵养水源的总价值为2．78亿元／a,其中针叶林与栎类调节水量与涵养水源价值较大;单位面积森林调节水量与涵养水源的价值,针叶林最大,栎类最小。     

水分胁迫对栓皮栎幼苗生理特性及生长的影响

通过盆栽实验，研究了在不同的水分条件下栓皮栎幼苗生理特性的变化和苗木生长量的变化。研究表明，在水分胁迫初期，随土壤含水量的降低，栓皮栎叶片的净光合速率、蒸腾速率下降，而水分利用效率提高。在水分胁迫末期，由于长期的干旱胁迫，水分条件最差的一组苗木已干枯死亡，土壤含水量从38．123％下降到20．323％时，净光合速率和蒸腾速率均下降，水分利用效率也下降。随着土壤含水量的降低，苗高、地径和生物量均有下降的趋势，其中生物量下降的幅度最大。     

Loss of hydraulic conductivity due to water stress in intact juveniles of Quercus rubra and Populus deltoides

Despite many studies of the percent loss of hydraulic conductivity in excised branches, there is doubt as to whether cutting stems in air introduces unnatural embolism into the xylem at the cut surface. To address this question, hydraulic conductivity was measured in seedlings of northern red oak (Quercus rubra L.) and rooted scions of eastern cottonwood (Populus deltoides Bartr. ex Marsh.) that had been droughted in pots. Results indicate that in situ dehydration produced a very similar vulnerability curve (% loss of conductivity versus water potential) to those previously obtained by bench-top dehydration of excised branches of eastern cottonwood and red oak. In eastern cottonwood cuttings, conductivity loss increased sharply below water potentials of -1.0 MPa, with 100% loss of conductivity occurring by -2.0 MPa, whereas conductivity loss in red oak seedlings was more gradual, i.e., increasing below -1.5 MPa and sustaining 100% loss of conductivity by about -4.0 MPa.     

Water use by Tabor and Kermes oaks growing in their respective habitats in the Lower Galilee region of Israel

We estimated water use by the two main oak species of the Lower Galilee region of Israel—Tabor (Quercus ithaburensis) and Kermes (Quercus calliprinos)—to develop management options for climate-change scenarios. The trees were studied in their typical phytosociological associations on different bedrock formations at two sites with the same climatic conditions. Using the heat-pulse method, sap flow velocity was measured in eight trunks (trees) of each species during a number of periods in 2001, 2002 and 2003. Hourly sap flux was integrated to daily transpiration per tree and up-scaled to transpiration at the forest canopy level. The annual courses of daytime transpiration rate were estimated using fitted functions, and annual totals were calculated. Sap flow velocity was higher in Tabor than in Kermes oak, and it was highest in the youngest xylem, declining with depth into the older xylem. Average daytime transpiration rate was 67.9 ± 4.9 l tree⁻¹ d⁻¹, or 0.95 ± 0.07 mm d⁻¹, for Tabor oak, and 22.0 ± 1.7 l tree⁻¹d⁻¹, or 0.73 ± 0.05 mm d⁻¹, for Kermes oak. Differences between the two oak species in their forest canopy transpiration rates occurred mainly between the end of April and the beginning of October. Annual daytime transpiration was estimated to be 244 mm year⁻¹ for Tabor oak and 213 mm year⁻¹ for Kermes oak. Adding nocturnal water fluxes, estimated to be 20% of the daytime transpiration, resulted in total annual transpiration of 293 and 256 mm year⁻¹ by Tabor and Kermes oaks, respectively. These amounts constituted 51% and 44%, respectively, of the 578 mm year⁻¹ average annual rainfall in the region. The two species differed in their root morphology. Tabor oak roots did not penetrate the bedrock but were concentrated along the soil–rock interface within soil pockets. In contrast, the root system of Kermes oak grew deeper via fissures and crevices in the bedrock system and achieved direct contact with the deeper bedrock layers. Despite differences between the two sites in soil–bedrock lithological properties, and differences in the woody structure, annual water use by the two forest types was fairly similar. Because stocking density of the Tabor oak forests is strongly related to bedrock characteristics, thinning as a management tool will not change partitioning of the rainfall between different soil pockets, and hence soil water availability to the trees. In contrast, thinning of Kermes oak forests is expected to raise water availability to the remaining trees.     

松花坝水源区不同林分土壤特性及其水源涵养功能

通过对松花坝水源区4种主要林分样地的土壤物理性质和贮水量进行测定，同时与裸地进行对比分析，结果表明：4种林分平均土壤的自然含水量比裸荒地高15％，土壤容重、孔隙度、有机质含量和土壤粒度都优于裸荒地；林分的水源涵养功能高于裸荒地，其中圣诞林水源涵养功能最好，华山松林次之，云南松林和滇石栎林稍差。说明培植林分对水源涵养有巨大作用，对水源区生态发展意义重大。