挤压膨化大米应力-应变曲线的分形描述

挤压膨化物料的应力-应变曲线包含了物料的许多物性特征。该文利用分形几何的方法对挤压膨化大米的应力-应变曲线进行了定量分析。结果表明，该曲线具有分形特征，文中给出了挤压膨化大米应力-应变曲线分形维数的一种求取方法，并指出，挤压膨化大米的应力-应变曲线在低标度区和高标度区具有不同的分形维数，分形维数较膨化度能够更多地揭示挤压膨化物料的特征，为挤压膨化产品的准确描述提供了一种新的方法。     

根据土壤粒径分形估计紫色土水分特征曲线

选择不同质地紫色土,分别根据土壤颗粒的数量和重量分布计算土壤粒径分形维数,并与Tyler和Wheatcraft土壤水分特征曲线模型的拟合分形维数进行比较分析。结果表明,三种途径获得的分形维数与土壤质地密切相关,均表现出土壤黏粒含量越高,质地越细,分形维数越高。土壤粒径数量分布分形维数(2.98～3.26)和土壤粒径重量分布分形维数(2.73～2.81)存在较大的差异,但二者间却存在显著的线性关系。土壤粒径分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数(2.72～2.84)均存在显著的线性关系,尤其是土壤粒径重量分布分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数数值十分接近。通过建立的土壤水分特征曲线模型分形维数与土壤粒径分布分形维数关系式,结合Tyler和Wheatcraft模型进行土壤水分特征曲线预测,预测值与实测值具有良好的一致性,因而根据土壤粒径分形预测紫色土水分特征曲线是可行的。     

沙漠非饱和风沙土壤水分特征曲线预测的分形模型

应用VanGenuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了沙漠风沙非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对古尔班通古特沙漠地9种不同土壤样本利用中子水分仪和负压计实测的水分特征曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地之间的关系,结果表明随着土壤质地从流动风沙土、半固定风沙土到固定风沙土的变化,其分形维数呈逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了古尔班通古特沙漠地风沙土壤粒径的分形维数。通过对土壤水分特征曲线的分形维数与土壤粒径的分形维数的对比,得知它们之间存在着良好的线性关系。根据此关系,利用易测得的土壤粒径分形维数结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,模型的预测结果很好地吻合了实测的土壤水分特征曲线。这一结果对于实际工作中根据风沙土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。     

鲁中南山地典型植被土壤颗粒与土壤水分特征曲线的分形学特征

土壤粒径分布与水分特征曲线是土壤的重要物理性质,对土壤侵蚀状况和土壤肥力有显著影响。以鲁中南山地典型植被下土壤为研究对象,运用分形学理论研究5种典型植被土壤颗粒与水分特征曲线的分形学特征。结果表明:1)不同植被类型的土壤颗粒单重分形维数、多重分形参数和土壤水分特征曲线分形维数具有显著差异,均表现为麻栎+刺槐混交林>黑松+黄连木混交林>黑松林>核桃林>荒草地;2)土壤分形维数有林地大于荒草地,混交林大于纯林;3)土壤分形维数与黏粒体积分数、粉粒体积分数呈显著正相关,与砂粒体积分数呈显著负相关;4)土壤颗粒单重分形维数与土壤水分特征曲线分形维数呈显著的正相关关系。说明土壤颗粒分布与土壤水分特征曲线的分形参数可以作为反映土壤结构性状变化的定量指标,可利用土壤颗粒分形与土壤水分特征曲线分形维数的相关关系来描述对应的土壤水分特征曲线。研究成果可为鲁中南山地退耕还林与生态造林工程建设及其生态效益评价提供理论参考。     

土壤图像孔隙轮廓线分形特征及其应用

孔隙轮廓线分形维数是用来描述孔隙本身所具有的分形特征，它反映了土壤孔隙与固体颗粒接触界限的不规则性。该文采用数字图像处理技术研究了中国科学院封丘农业生态实验站内3种不同质地土壤样本图像的孔隙轮廓线分形特征。结果表明：土壤孔隙轮廓线分形特征与土壤质地之间存在着一定的相关关系，即土壤质地越细(黏粒含量越高)分形维数取值越大。同时，根据这3种土壤的孔隙轮廓线分形维数，结合不同分形方法分别预测了它们的水分特征曲线，并与实测的土壤水分特征曲线进行了比较。     

应用分形维数研究土壤团聚体与低吸力段持水性的关系

将土壤水动力参数和易测定的土壤物理特性联系起来一直是土壤物理学的重要研究内容,分形理论为这方面研究提供了新的途径。本文以贡嘎山亚高山林区11个土壤样品为例,研究了土壤团聚体分形维数和低吸力段持水曲线分形维数的关系。结果表明:分形维数能较好地描述土壤团聚体数量组成、土壤水分分配;干、湿团聚体分形维数(CFD、WFD)与低吸力段持水曲线分形维数(FDw)之间相关系数为0.891、0.759,呈极显著性直线正相关,线性回归方程式定量地描述了研究区森林土壤团聚体对土壤低吸力段持水性能的影响。     

土壤颗粒的分形特征及其应用

本文应用土壤颗粒的质量分布原理来描述土壤颗粒的分形特征。通过对10种土壤颗粒的机械组成进行分析,分别计算出它们的分形维数（D=2.489～2.896）,并分析了其与土壤质地之间的关系。同时对土壤颗粒分形维数与所对应土壤的幂函数型水分特征曲线的拟合分形维数进行比较分析,建立了二者之间的相关关系。结果表明:分形维数的大小反映了土壤质地中粘粒、粉粒和砂粒含量的变化,随粘粒含量的增多分形维数增大,随砂粒含量的增多分形维数减小;同时土壤颗粒分形维数与所对应的水分特征曲线的拟合分形维数呈现出良好的一致性,因而对所研究的土壤而言,可应用土壤颗粒的质量分形维数结合幂函数模型来估算土壤水分特性曲线。     

基于GIS的流域地貌形态分形盒维数测定方法研究

流域地貌形态分形维数测定是目前地貌分形研究的薄弱环节,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化具有重要科学意义。依据分形盒维数测定原理,结合流域地貌的复杂三维立体特性,提出了以地形等高线为基本数据源,以GIS技术作为主要实现手段的流域地貌形态分形盒维数测定方法,编制出了相关测算程序,并以岔巴沟流域为例进行了实证研究。结果表明,该方法快速、准确、数据可靠,可实现不同尺度流域地貌形态分形盒维数的测定。     

基于图像分析的杂草分形维数计算

介绍了分形维数的理论计算公式和试验公式，分析了计盒维数的计算方法，运用Matlab软件设计了图像的处理和基于图像的计盒维数的计算程序。随机地选择了4种双子叶杂草和两种单子叶杂草共6种杂草作为研究对象，运用自行设计的程序分别计算了杂草叶的RGB三色图像的分形维数并以其平均值作为杂草叶的分形维数。研究结果表明该文给出的分形维数的计算方法可靠；研究结果也验证了杂草叶具有分形特征；研究结果还说明不同种类的杂草 ，其叶的分形维数明显不同，可以用分形维数为特征参数识别杂草。     

土壤粒径分布单重分形与孔隙单重分形

土壤颗粒大小的分布是重要的土壤物理性质,对土壤水、气、热传导特性有着显著的影响。鉴于土壤颗粒分形在分析和描述岩土介质多孔结构的优势,本文通过对5种不同质地的土样进行颗粒分析与水分特征曲线的测试。结果表明:土壤结构定量化表征的方法就是确定土壤结构的分形维数,针对不同地区的土壤,可以通过土壤粒径分布分形维数体现土壤粒径分布的情况,分形维数越大,颗粒粒径越小,细粒含量越高,质地越发呈现不均匀性;且可利用土壤粒径分形维数估算土壤孔隙分形维数。为建立土壤粒径分布模型提供数据支持,同时也为推进土壤结构的研究进展提供了新的方向。     

树冠遮挡条件下全站仪测量树高及材积方法

树高、材积是森林调查中最重要的测树因子,对森林资源调查和林业科学研究有着重要的意义。为了解决林区遮挡条件下无法精确量测树高进而无法确定单木材积的问题,该研究运用全站仪进行森林样地外业数据采集,对内蒙古赤峰市旺业甸林场的188株落叶松和146株白桦进行量测。对每一株立木分别量测胸径、最高可观测处干径和该处距地面的距离以及这2处之间的中间位置的干径和该处距地面的距离,然后分别利用相似三角形法、简单生长经验方程法和孔兹干曲线方程法估算出树高及材积。试验的最高可观测的位置做了以下4种情况的假设:1/3树高、1/2树高、2/3树高和9/10树高。对这4种情况分别求得树高及材积,最后分别对其进行精度分析,得到随着最高可观测部分的增高以及观测点数的增加,测算出的树高及材积会越来越精准。其中运用生长经验方程,测算树高和材积的精度都能达到70%~80%;运用孔兹干曲线法测算树高和材积的精度都能达到70%~90%。该方法可用于林区遮挡条件下单株立木材积的测量,对实际生产有一定的参考意义。     

基于三维点云数据的苹果树冠层几何参数获取

针对果园环境下苹果树冠层参数获取精度较低的问题,提出了基于地面三维激光扫描仪高精度获取苹果树冠层参数的方法.选用Trimble TX8地面三维激光扫描仪作为苹果树冠层三维点云数据采集设备,提出了基于标靶球的KD-trees-ICP算法,用于高精度配准苹果树冠层三维点云数据.研究了平均风速小于4.5 m/s时,距离地面三维激光扫描仪不同远近条件下的标靶球配准残差和拟合误差的变化规律,分析结果表明,标靶球平均配准残差为1.3mm,平均拟合误差为0.95 mm,低于大场景测量配准误差要求(5mm).为了提高有风环境下提取苹果树冠层参数的精度,研究了0.9～4.5 m/s区间平均风速影响下的苹果树冠层枝干、果实、叶片的三维点云质量,建立了风速与叶片侧面厚度的曲线拟合模型,分析结果表明,在果园平均风速小于1.6 m/s时可以从苹果树冠层三维点云数据中提取高精度冠层参数.利用地面激光三维扫描仪获取距离苹果树12 000 mm以内冠层参数,测量精度高于人工测量,相对误差小于4％,为果树高通量信息获取提供了技术支持.     

基于无人机倾斜航空影像的树冠体积测算方法

树冠是结构复杂的不规则体,对树冠体积的精确测定一直是树木测量研究中的难点问题。该文以消费级多旋翼无人机对目标树木进行倾斜摄影获取的多角度航空影像为基础,通过空三加密处理生成目标树木的三维点云模型;用等高线法分割树冠点云,并确定树冠最优分割层数;用投影法对点云数据进行转化,并选取测算点计算树高和树冠任意横截面积;对分割后各规则体的体积进行累加获得树冠体积。结果表明:8棵目标树木的树高测算值相对误差为1.46%～4.10%,平均相对误差为2.88%;树冠体积测算值的相对误差为6.95%～12.39%,平均相对误差为9.42%;精度均可满足林业调查中对于树高和树冠体积测量结果的要求。利用无人机倾斜航空影像建立单木的三维点云模型并进行树冠体积测算的方法是可行且有效的,该方法可为研究单木树冠几何参数的提取提供参考。     

Decoupling structural and environmental determinants of sap velocity: Part I. Methodological development

This paper presents a novel theoretical framework for the study of individual tree sap flow that incorporates both spatial and temporal variability in sap velocities. In this formulation, the instantaneous sap velocity at any point in the radial profile of xylem tissue is defined as the product of a time-invariant sap velocity distribution and a time-varying term which is defined as a stem conductance. We hypothesize that the characteristic distribution of sap velocity is relatively uniform both within individual trees and between trees of the same species if location in the xylem tissue is expressed in normalized units relative to the total xylem depth (i.e. tree size). Experimental evidence confirms our hypothesis in the case of a population of sugar maples in a mixed deciduous forest and dwarf apple trees in an orchard, despite the fact that observations were drawn from a wide range of tree sizes and under varying soil moisture levels and atmospheric conditions that determines water demand. Furthermore, profiles of sap velocity and resulting integrals of total sap flow exhibit significant reduction in bias (by 30–40%) in comparison to prior methods used to extrapolate point observations of sap velocity. The method we describe exhibits the greatest improvement when only a small fraction of the total sapwood is measured, which is the typical scenario for most applications. While these results require further confirmation in order to be generalized, they nevertheless offer the basis to improve both the specific sampling strategies used to estimate whole-tree transpiration using sap velocity probes as well as methods employed to upscale water use of individual trees to larger scales for evaluation of landscape water balance.     

全站仪测量立木胸径树高及材积的误差分析

立木材积表是常用的森林调查数表,胸径、树高和材积的测量精度直接影响到编制材积表的精度,该文以全站仪无损测量立木的原理和误差传播理论为基础,推导了测算胸径、树高、材积误差的数学模型,研究了各立木因子间的相关性及其误差变化规律。结果表明：树干各分段高度与分段直径间存在弱相关性,树干总材积的误差受各分段材积的方差和相邻两段材积间的协方差影响。全站仪立木因子测量理论误差材积大于树高和胸径,其中胸径、树高和材积的平均相对误差分别为0.070%、0.023%和0.235%,说明全站仪无损测量立木的理论精度均远高于不同目标的林业调查及编制材积表的精度要求,对大范围的林业生产实践有着现实意义。     

不同土壤水分对幼龄梨树生理特性及生物量的影响

以山西省吉县地区幼龄梨树为研究对象,在盆栽试验的基础上,研究了不同土壤水分条件对幼龄梨树生长相关生理指标的影响。结果表明,幼龄梨树的蒸腾速率日变化趋势在SWC≤10%时,呈现双峰曲线,第一峰值出现在上午10时,第二个高峰出现在14时左右。SWC>10%时,蒸腾速率日变化为单峰曲线,在中午12时达到一天中的最大值;不同土壤水分条件下,幼龄梨树净光合速率日变化呈“S”形,在上午8时左右达到最大峰值,在12时左右出现“光午休”低谷,土壤水分缺失明显降低净光合速率。发挥较大水分利用效率的土壤含水量范围为10%～14%。单株幼龄梨树的生物量分布总体为干>根>叶>枝,土壤水分较为充足时幼龄梨树积累的干物质的分配有偏向于叶和枝的趋势;而在干旱的情况下幼龄梨树干物质分配有偏向于根和干的趋势。     

土地利用/土地覆被镶嵌体的分形结构模型研究

运用分形理论对四川省汶川县土地利用/土地覆被镶嵌体景观类型的分维值进行计算,并讨论了各种景观类型的分维性质。结果表明:土地利用/土地覆被镶嵌体具有统计意义上的自相似性,是一种随机分形结构;景观类型的分维值越大,其形态越复杂,反之越简单。SI(稳定性指数)>0,表示景观在其形态复杂状态下的一种稳定性,SI越大,该景观形态越稳定;反之亦然。SI<0,表示景观在其形态简单状态下的一种稳定性,SI越小,该景观形态越稳定;反之亦然。景观类型的分维值随时间变化而增大,该景观的形态变得复杂,反之,该景观形态变得规则。土地利用/土地覆被镶嵌体的分维值是研究土地利用/土地覆被镶嵌体景观格局的一种综合性的定量指标。     

渭北高原矮化红富士苹果树蒸腾规律及水分供求关系

利用热扩散茎流测定系统（TDP）对渭北高原矮化红富士树干液流进行长期定点定位观测,结果表明:苹果树在自然降水条件下和充分灌水条件下蒸腾规律在不同月份表现为其启动时间、峰值出现时间及变化趋势基本相似,但是峰值的大小和每天的蒸腾量具有一定的差异性。就试验年而言,在充分灌水条件下,苹果树一年蒸腾量为643.80 mm,在自然降水条件下为520.35 mm,自然降水条件下水分亏缺123.45 mm。苹果树生长季节中的7-9月的降水基本上可以满足蒸腾量之需,但是3-6月苹果树的水分供求关系矛盾比较突出,应该加强水分补给。     

A note on baobab (Adansonia digitata L.) in Kordofan, Sudan

The isolated Sudanese baobab (Adansonia digitata L.) populations, located at the northernmost limit of the East African distributional range of the species, are regarded as important genetic resources. The morphological variation in fruits of selected baobab trees in Kordofan, Sudan, was evaluated by sampling fruits and assessing their characteristics. Furthermore, locations and stem diameter at breast height of 240 baobabs were mapped for a stand in Kordofan. Our preliminary results indicated a high diversity in fruit phenotypes. Ventricose, crescent-shaped, globose and fusiform fruit types were identified. Fruit shape varied between trees but was consistent within each individual tree. Percentage of fruit pulp varied between the different fruit types with 14, 15, 18, and 21 % recorded for ventricose, fusiform, crescent-shaped and globose fruits, respectively. Interesting was also the observation of baobab morphotypes that retained leaves during the dry season. Variation in leaf morphology could also be recognised. Measurements of baobab trees revealed a density of 0.72 individuals ha^?1. Stem diameters ranged from 0.06 to 4.77 m. The size class distribution (SCD) showed an inverse J-shaped curve with a SCD slope of ?0.57 which indicates a viable regenerating population. Based on the results recorded, enhancement of scientific research activities on the almost unstudied baobabs in Kordofan, Sudan is highly recommended.     

Rot holes create key microhabitats for epiphytic lichens and bryophytes on beech (Fagus sylvatica)

Identification of trees with key microhabitats as well as knowledge of their ecological formation is important for the conservation of epiphytic bryophytes and lichens on beech. Based on the hypothesis that certain types of stem damage are crucial for the occurrence of epiphytes of conservation concern, we surveyed 145 beech trees (57-280 years) for different types of stem damage and analysed their relationship to other tree characteristics, epiphyte species and wood-inhabiting fungi in a forest landscape on acid soils.Three main types of stem damage were identified; canker, rot hole and surface rot. The incidence of rot holes was highest on trees with a low growth rate during the last 50 years, but was unrelated to tree size or age per se. Bark pH was significantly higher below than above rot holes, whereas no such relationship was found for cankers. Wood mould from rot holes had a very high pH, explaining the higher bark pH below this type of damage. The number of epiphyte species of conservation concern was strongly positively related to rot holes and high bark pH. Cankers had a weaker, yet significant positive effect. The fungus Psathyrella cernua was associated with the rot holes and is suggested to be a key species involved in creating this microhabitat.We conclude that slow-growing trees with rot holes are important for the conservation of epiphytes and should be selected as retention trees in managed forests. The study also highlights a potential for habitat restoration by inducing artificial damage and inoculation of decay fungi in beech trees.