退化伊犁绢蒿荒漠草地高光谱特征分析

利用SVC HR-768 便携式光谱仪测定围栏内、外不同退化梯度伊犁绢蒿（Seriphidium transiliense）荒漠草地植物群落的光谱反射率,以及该类草地退化过程中的优势种伊犁绢蒿（减少种）、叉毛蓬（Petrosimonia sibirica）（增加种）、萹蓄（Polygonum aviculare）（侵入种）和裸地的光谱反射率,为实现伊犁绢蒿荒漠草地的高光谱遥感监测奠定基础。结果表明：在近红外波段,特征种与裸地的光谱反射率为裸地>萹蓄>伊犁绢蒿>叉毛蓬。萹蓄光谱反射率对退化草地植物群落的反射特征影响很小。退化草地植物群落冠层光谱反射率主要受伊犁绢蒿和叉毛蓬反射特征的影响,与优势种重要值成正相关关系,中度退化草地植物群落光谱反射率为围栏内>围栏外;重度和极度退化草地植物群落光谱反射率为围栏内<围栏外。     

基于CNN和SVM的无人机多光谱遥感草地植物识别

为选择最佳的物候期、飞行高度和识别模型提高植物识别的精度，本研究以伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地主要植物伊犁绢蒿、角果藜(Ceratocarpus arenarius)以及裸地为识别对象，选择4月、6月、9月3个飞行时期，15m，30m，60m 3个飞行高度，通过无人机搭载多光谱相机采集草地群落多光谱数据，在分析光谱反射率差异的基础上，利用最佳指数因子(Optimum index factor，OIF)筛选特征波段，通过卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)和支持向量机(Support vector machines,SVM)建立识别模型。结果表明：地物反射率4月＞6月＞9月，15m＞30m＞60m；不同飞行高度下OIF值一致，但在月份间具有差异，4月敏感波段为Green，Red和NIR，6月和9月敏感波段为Red，Red edge，NIR；在识别精度上SVM＞CNN，4月＞9月＞6月，15m＞30m＞60m，裸地＞伊犁绢蒿＞角果藜。综合来看，采用SVM在4月、15m飞行高度下进行识别的总体精度最高，达到86.23%。     

基于CNN和SVM的地面高光谱遥感草地植物识别

物候期和识别模型的选择直接影响植物识别的精度。本研究以蒿类荒漠草地主要植物伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)、角果藜(Ceratocarpus arenarius)以及裸地为识别对象,选择4月、6月、9月3个时期,通过SOC 710 VP高光谱成像仪采集草地群落高光谱数据,在分析地物光谱反射率差异的基础上,利用最佳指数因子(OIF)筛选特征波段,通过卷积神经网络(CNN)和支持向量机(SVM)建立识别模型。结果表明：1)不同物候期的伊犁绢蒿与角果藜在可见光波段均表现为“低-高-低”的光谱反射率趋势,并随月份增加峰谷现象逐渐不明显;红边波段这两种植物表现出快速上升;在NIR平台区4月各识别对象间反射率大小差异最明显。2)利用OIF筛选的识别波段组合在月份间表现一致,为638.64、789.49和923.79 nm。3)在识别精度上,SVM> CNN;4月> 9月> 6月;裸地>伊犁绢蒿>角果藜。综合来看,采用SVM在4月对蒿类荒漠草地主要植物进行识别的精度最高,为92.12%。     

伊犁绢蒿荒漠受损草地植物群落春季演变趋势分析

对伊犁绢蒿Seriphidium transillense荒漠受损草地植物群落春季数量特征、组分进行测定与分析.结果表明,在放牧胁迫下,植物群落组分由未退化阶段的伊犁绢蒿、叉毛蓬Petrosimonia sibirica、角果藜Ceratocarpus arenarius,转变为极度退化阶段的叉毛蓬、弯果胡芦巴Trigonella arcuata、串珠老鹳草Geranillm transversale;随着草地受损程度的增加,群落的植物种数、密度呈上升趋势;高度呈递减趋势;群落盖度从未退化至中度退化阶段呈下降趋势,中度至极度阶段呈上升趋势;地上生物量具有一定的波动性,但与未退化阶段相比较,其值明显下降;群落经历量变、量变与质变交互、质变的演替过程.     

退化伊犁绢蒿荒漠草地主要植物生理生态适应性研究

为揭示退化伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地植物对放牧胁迫的抗逆生理机制,于2007年4月运用野外实地采样结合室内样品测定的方法,选取其3个层片的代表植物伊犁绢蒿、叉毛蓬(Petrosimonia sibirica)和伊犁郁金香(Tulipa iliensis),从未退化、中度退化、重度退化和极度退化4个演替阶段分别进行植物生理特性的研究。结果表明:随着草地演替的增强,3种植物叶片各指标呈现一定的波动性,可溶性糖含量(WSS)总体表现出下降趋势,光合色素、可溶性蛋白质、游离脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)总体表现出上升趋势;生理生态适应性均表现为未退化阶段与其他各退化阶段存在显著差异。不同强度的放牧胁迫下,3种植物表现出不同的生理响应机制,随草地放牧压力增大,伊犁绢蒿生理调节能力先增强后减弱,极度退化阶段其生理适应能力严重削弱;叉毛蓬生理调节能力较强,表现为适应放牧胁迫;伊犁郁金香生理调节能力逐渐减弱。     

天山北坡伊犁绢蒿荒漠不同退化阶段草地特征分析

对天山北坡不同退化阶段伊犁绢蒿(Seriphidium transillense(Poljak.)Poljak.)荒漠草地植被特征和土壤特性进行分析,以期为该地区的草地恢复提供理论依据.结果表明:随着草地退化程度的加剧,伊犁绢蒿荒漠的优势种逐渐被叉毛蓬(Petrosimonia sibirica(Pall.)Bunge)替代;地带性植被伊犁绢蒿的频度、盖度、生物量和密度随着草地退化程度的加剧逐渐降低,而叉毛蓬却呈相反趋势;叉毛蓬种群在扩繁时采用"r"对策,产生大量种子迅速占领领地,阻止了草地的完全崩溃.随着伊犁绢蒿荒漠退化,草地的饲用价值劣化,草地植物种类向低矮、适口性差、短命和类短命植物过度.草地的植被退化与土壤退化不完全一致,随着草地退化,土壤表层颗粒有变粗趋势,然而土壤有机质和全氮却呈现稳定升高的趋势;极度退化地区的高养分含量主要是由家畜排泄物导致.     

伊犁绢蒿荒漠不同退化阶段草地特征与载畜力研究

伊犁绢蒿(Seri phidium transiliense)荒漠是新疆北疆地区重要的草地类型,但长期的超载过牧使该区域草地呈现不同程度的退化,严重地制约草地生产及生态功能的发挥.对伊犁绢蒿荒漠不同退化阶段草地的植物性状和载畜力进行分析,以期为区域草地的合理利用和畜牧业的可持续发展提供参考.结果表明:随着草地退化程度的加剧,伊犁绢蒿在群落中的优势地位逐渐被叉毛蓬(Petrosimonia sibirica)取代；伊犁绢蒿和群落的粗灰分与粗纤维含量在春季变化趋势相似,而伊犁绢蒿和群落的粗蛋白及粗灰分含量与粗纤维含量在秋季变化趋势相反；未退化草地春、秋季载畜力分别为1.20个绵羊单位/hm2和1.78个绵羊单位/hm2,中度退化草地春、秋季载畜力分别为0.29个绵羊单位/hm2和1.15个绵羊单位/hm2.为防止当地生态环境恶化,应在优势种发生更替前对草地进行有效的保护措施,即在对未退化和中度退化的草地利用时应以理论载畜力为最大承载力阈值.     

蒿类荒漠草地土壤种子库特征及其萌发植物多样性对降水增加的响应

为揭示土壤种子库种子萌发对降水增加的适应规律,采用人工模拟降水方法,对不同降水量[对照(CK)、增加5% (W₅)、增加10% (W₁₀)、增加15% (W₁₅)、增加20% (W₂₀)、增加25% (W₂₅)]下中度退化伊犁绢蒿荒漠土壤可萌发种子库种子萌发数量及其多样性进行了调测。结果表明:0~5 cm土层土壤种子库萌发物种数及其萌发总密度随降水量增加呈上升趋势,且W₂₀、W₂₅下萌发密度显著高于其他处理(P<0.05),萌发物种数较对照(7种)依次增加2.6、2.0倍;5~10 cm土层也呈现相同的变化趋势。无论降水增加与否,0~10 cm土层伊犁绢蒿、木地肤、毛梗顶冰花均有萌发,且降水增加显著促进伊犁绢蒿、木地肤、串珠老鹳草、毛梗顶冰花的萌发。随降水量增加,0~5 cm土层伊犁绢蒿可萌发土壤种子库与地上植被Sorensen相似性总体呈先增后降趋势,且降水增加≥20%处理相似性高于降水增加≤15%处理。降水增加后伊犁绢蒿荒漠土壤种子萌发物种的Shannon-Wiener指数、Pielou指数、Patrick指数总体呈增加趋势,且0~5 cm土层较5~10 cm土层增加明显。土壤种子库可萌发种子密度具明显的空间异质性,且受空间取样位置及降水的交互影响。综上所述,降水增加促进了伊犁绢蒿荒漠草地土壤种子库可萌发植物种数、种子萌发密度、植物多样性指数的增加,导致其与地上植被的相似性增加,有利于退化蒿类荒漠草地的恢复。     

伊犁绢蒿荒漠草地退化等级的高光谱识别方法

本研究以伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地为研究对象,基于环境卫星HSI高光谱影像和群落冠层光谱,采用光谱角填图法和光谱信息散度法对草地退化等级进行识别。结果表明:以实地采集的冠层反射光谱为指导的HSI高光谱影像识别精度较差;基于HSI高光谱影像的退化等级识别结果较好,总体分类精度在76%以上,适合对伊犁绢蒿荒漠草地退化等级识别。     

封育年限对伊犁绢蒿荒漠群落特征及草场质量的影响

以伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地为对象,研究不同封育年限对伊犁绢蒿荒漠草地植被群落特征、物种多样性及草场质量指数的影响.结果表明:伊犁绢蒿荒漠草地总盖度、密度及生物量,随封育时间的增加呈先降后升再降的波动变化,且以封育6年达到最高;围栏封育有利于伊犁绢蒿、木地肤(Kochia prostrata)的生长与恢复,生物量较对照区分别提高了158.63%~221.44%,100%,且封育9年时伊犁绢蒿重要值恢复到首位;封育后群落的物种多样性指数较对照区均有增加,且随封育年限的增加呈现先增后减再增趋势;通过群落物种多样性分析认为,封育9年后伊犁绢蒿荒漠草地尚未恢复到原始顶级状态;以草地的生产力与经济效益来考虑,初步推测封育5年为该区域伊犁绢蒿荒漠草地的最佳围栏时间.     

新疆三种主要草地植被类型的高光谱反射特征研究

本研究利用便携式地物光谱仪,对新疆部分天然草地类型及植物进行了实地光谱测量,分析和比较了3种草地类型的光谱反射特征。结果表明,在可见光波段,干荒漠类草甸植被,除角果黎外,其冠层反射率要低于低地山地草甸和蒿属荒漠草地。而在近红外波段,角果黎、骆驼蓬、梭梭冠层光谱反射率明显高于低地山地草甸植被和部分蒿属荒漠草甸植被。同一类型草地中,由于植被类别间的差异以及叶片内部结构的不同,冠层光谱反射率差异较大。3类草地类型不同植被的红边特征参数表现为干荒漠类草甸的梭梭红边位置最高,低地山地草甸的博洛塔绢蒿红边位置最低;蒿属荒漠类草甸的骆驼蓬的红边斜率和红边面积最大,低地山地草甸的苔草红边斜率和红边面积最小。对6种代表性的植被指数分析得出,PRI、OSAVI、MCARI指数均表现为蒿属荒漠类草甸<低地山地草甸<干荒漠类草甸。NDVI植被指数则表现为低地山地草甸最大,而干荒漠类草甸最小。GNDVI指数表现为低地山地草甸最大,蒿属荒漠类草甸最小。总之,高光谱遥感对于草地植被的分类监测和遥感反演等具有重要的意义。     

两种香花芥属植物叶片结构及光合特性研究

以欧亚香花芥和河北雾灵山、塞罕坝的2个野生型雾灵香花芥为试验材料，研究其功能叶片的形态、解剖结构、色素含量、叶绿素荧光及光合参数，借助相关性和冗余分析的方法探究两种香花芥属植物叶片结构与光合生理的关系。结果表明：1）2个野生型雾灵香花芥的叶片结构和光合生理存在种内差异，其中雾灵山植株叶片加厚、叶面积增大，栅栏组织加厚，色素含量丰富，净光合速率高，而塞罕坝植株叶片厚、气孔密度大，海绵组织加厚，导管、筛管直径加粗，PSⅡ反应中心活性参数高，蒸腾速率强；欧亚香花芥的叶表毛状体分布密集，栅海比高，色素含量丰富，净光合速率及水分利用效率高，均优于2个野生型雾灵香花芥。2）两种香花芥属植物叶片结构性状与光合生理参数间存在较强相关性，借助冗余分析筛选出栅海比、海绵组织厚度、表皮毛密度、组织结构疏松度、叶面积、导管直径、栅栏组织厚度和维管束直径等对光合生理有重要影响的叶片结构参数，其中栅海比达到显著水平（P<0.05），是两种香花芥属植物生态适应性及资源获取的主要驱动因素。总的来说，两种香花芥属植物均在引种地长势良好，具备一定的园林开发基础；同时栅海比可作为香花芥属植物筛选高光效优良种质的重要参考指标。     

湖南稷子种子标准发芽方法研究

湖南稷子(Echinochloa frumentacea)具有优良的抗逆性和较高的饲用价值，既可作为改良盐碱地的先锋植物又可用作青饲料以及调制干草或青贮。然而其种子具有一定的休眠性，休眠种子的发芽率较低，限制了湖南稷子的生产效率。本研究以2020,2021年收获的湖南稷子种子为研究对象，探究不同物理方法、化学方法、激素诱导方法对于解除湖南稷子种子休眠的效果。试验结果表明，0.05%GA₃ 20℃～35℃,0.05%GA₃ 20℃～30℃,预冷20℃～30℃,0.05%KNO₃25℃,预冷+0.05%KNO₃15℃～25℃处理可使种子发芽率平均达到86%以上，且幼苗生长状况良好。综合考虑发芽试验结果和实际操作上的难易程度后得出结论：采用培养皿纸上发芽法(Top of paper test on germination, TP),0.05%GA₃ 20℃～35℃,0.05%GA₃ 20℃～30℃处理为湖南稷子种子的最佳标准发芽方法。     

不同光合途径植物红砂和珍珠猪毛菜幼苗对氮沉降及降水变化的光合响应

氮素和水分是影响植物光合特性的重要因素,而不同光合途径植物对水、氮的响应能反映出植物与环境的关系。为探究氮沉降和降水变化对C₃植物和C₄植物生长方式的影响,以C₃植物红砂（Reaumuria soongorica）和C₄植物珍珠猪毛菜（Salaola passerina）为研究对象,利用盆栽试验,设置不同氮沉降水平（0 g·（m²·a）^-1,4 g·（m²·a）^-1,8 g·（m²·a）^-1）和不同降水处理（W-30%,W,W+30%）,比较两种植物单生和混生下的光合色素、光合气体交换参数和叶绿素荧光参数等的差异。结果表明：水氮耦合使红砂和珍珠猪毛菜光合能力均增强,且在降水增加30%和施氮量8 g·（m²·a）^-1时达最大;红砂的叶绿素、净光合速率分别最大可增加3.63倍、1.19倍,珍珠猪毛菜最大分别增加0.95倍和1.13倍。二者混生显著提高红砂的光合能力,而珍珠猪毛菜的竞争加强,氮水耦合可显著减弱竞争强度,说明在未来氮沉降和降水增加环境下,有利于红砂-珍珠猪毛菜混生群落的发展。     

草坪草叶绿素高光谱估测模型的建立及Pb2+胁迫下的反演研究

本研究以3种常用草坪草种为材料，通过盆栽试验测定了生长旺盛期草坪草冠层成像光谱数据和叶绿素相对含量（Soil and plant analyzer develotrnent，SPAD），通过Person相关系数分析了1/SPAD与19个植被指数的相关性，筛选与叶绿素相关性较高的植被指数进行主成分分析，建立了1/SPAD估测模型，并利用所建模型反演了Pb²⁺胁迫下3种草坪草SPAD的变化。结果表明：植被指数NDVI₆₇₀、VARI、PSRI、ARVI、RGI和GI与1/SPAD极显著相关，可作为主成分分析原始变量；主成分分析得到的2个主成分，可清楚的区分"红象"高羊茅与"肯塔基"早熟禾；多元逐步回归模型y_1/SPAD=-0.117Z₁+0.062Z₂+0.041（R²=0.763，RMSE=0.01），总体估测精度为0.9248，说明利用主成分分析进行草坪草叶绿素的估测效果较佳；最优模型反演发现，除低浓度Pb²⁺（500 mg·L^-1）胁迫显著促进了"红象"高羊茅叶绿素的合成外，3种草坪草的SPAD均随Pb²⁺浓度增加极显著下降。     

草原红牛Acot2基因克隆及其在各组织中的表达差异研究

本研究旨在探究草原红牛酰基辅酶A硫酯酶2（Acot2）的基因功能，并对其进行生物信息学分析，检测Acot2基因在草原红牛不同组织中的表达差异。根据GenBank中公布的牛Acot2基因序列（登录号：NM_001101938.1）设计引物，PCR扩增获得草原红牛Acot2基因的完整CDS并进行测序，利用分析软件进行序列同源性比对并构建系统进化树；获得对应的氨基酸序列并分析蛋白理化特性及蛋白亚细胞结构、亲疏水性和磷酸化位点，预测蛋白二级结构并构建蛋白质三级结构模型；利用实时荧光定量PCR方法检测Acot2基因在不同组织中的表达差异。结果显示，草原红牛Acot2基因CDS大小为1 395 bp，编码464个氨基酸，其核苷酸序列与亚洲水牛的同源性较高（98.3%），与猕猴和黑猩猩的同源性较低（80.5%和80.4%）。Acot2蛋白分子式为C₂₃₁₇H₃₆₀₆N₆₄₀O₆₂₈S₁₄，分子质量为50.924 ku，理论等电点为8.84。蛋白质不稳定指数为37.50，氨基酸残基多数为亲水性残基，总平均亲水性为-0.094。亚细胞定位分析表明，Acot2蛋白分布在内质网（30.4%）、线粒体（26.1%）、高尔基体（17.4%）、细胞质（17.4%）、液泡（4.3%）和细胞质（4.3%）中；磷酸化位点分析发现，Acot2蛋白存在20个磷酸化位点。二级结构主要形式有α-螺旋（21.8%）、β-转角（33.4%）、β-折叠（18.4%）和无规则卷曲（26.4%），三级结构预测结果与其相一致。实时荧光定量结果显示，Acot2基因在草原红牛胃中表达量最高，在肺脏中表达量极少。Acot2基因在生物进化过程中具有低保守性，其编码氨基酸组成的蛋白质结构稳定，属于水溶性蛋白，在线粒体和内质网中发挥作用，在草原红牛不同组织的表达量有明显差异。本研究结果为进一步探究Acot2基因对家畜脂代谢的影响和筛选草原红牛肉质候选基因提供资料。     

高寒灌丛草甸生态系统CO2释放的初步研究

以金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和裸地(GL)的CO₂释放进行了初步研究。结果表明:GG、GC和GLCO₂的释放速率均呈明显的单峰型日变化进程,最大释放速率出现在15:00～17:00之间,最小值在7:00前后出现,白天释放速率大于夜晚;CO₂释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO₂释放速率明显高于枯黄期,且均表现为正排放,8月为CO₂释放高峰期,释放速率GG>GC>GL(P<0.01);2003年6月30日至2004年2月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO₂释放量为3088.458±287.02g/m²,丛内草甸植被-土壤系统CO₂释放量为2239.685±183.68g/m²,其中基础土壤呼吸CO₂的释放量约为1346.748±176.24g/m²,分别占GG和GC释放量的43.61%和60.13%;CO₂释放速率的日变化主要受地表和5cm地温制约,而季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01)。     

不同盐分处理对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长的影响

为了比较黑果枸杞（Lycium ruthenicum Murr.）种子在萌发期对不同类型盐溶液的耐盐性强弱,对黑果枸杞种子在不同浓度NaCl,Na₂SO₄,NaHCO₃和混合盐（NaCl：NaHCO₃为1：1）4种盐溶液中进行模拟盐胁迫,以蒸馏水为对照（CK）,通过种子萌发试验,测定黑果枸杞种子在不同浓度和种类盐处理下的发芽率、发芽势和幼苗的根、茎长等11个相关指标。结果表明：0.2% NaCl溶液对黑果枸杞种子萌发没有抑制作用,0.4%以上的混合盐溶液开始显著抑制幼苗生长;4种不同类型的盐对黑果枸杞幼苗生长抑制强弱为混合盐 > NaHCO₃ > Na₂SO₄ > NaCl。NaCl对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长影响最小,说明黑果枸杞种子和幼苗更适合在以NaCl为主的盐碱地上正常萌发和生长。