叶面滞尘对火电厂周边绿化树种叶片反射光谱及光合作用的影响

以宁东能源化工基地典型火电厂周边5种常见绿化树种白蜡、臭椿、火炬树、山槐、榆树的叶片为对象，并在雨后第1天和第15天分别采用洗脱法分析其滞尘能力，地物光谱仪测定滞尘对叶面反射光谱的影响，Li-6400便携式光合仪测定滞尘对光合特征参数（净光合速率、气孔导度和蒸腾速率）的影响。结果表明，5种绿化树种的滞尘能力由大到小表现为:火炬树、臭椿、榆树、山槐、白蜡。光谱反射曲线总体特征是洁净叶片反射率大于滞尘叶片反射率，主要表现在740~1 300 nm波段，而在350~680、1 500~2 500 nm波段，则无一致性规律，存在波动。叶面滞尘量与叶片光谱反射率相关性研究表明对叶面滞尘敏感的波段主要集中在可见光波(700~750 nm)和近红外波段(1 390~1 500 nm)。滞尘不改变叶面特有的反射特征，但存在增强或削弱效果，且这种增强或者削弱效果存在种间差异。滞尘对叶片反射光谱曲线一阶导数的三边位置没有明显影响，说明三边位置对滞尘的干扰不敏感；三边幅值和三边面积对滞尘有明显的响应，5种绿化树种均表现为洁净叶片大于滞尘叶片。在相同的污染环境下，滞尘会对绿化树种的光合生理特征产生抑制作用，但并非滞尘量越大、光合特征损失率越大，而损失的幅度因植物种类的不同而异，存在种间差异。综合各树种受滞尘影响的光合特征参数变化，发现榆树和山槐对当地大气降尘污染的抗性较强。     

叶面滞尘对火电厂周边绿化树种叶片反射光谱及光合作用的影响

以宁东能源化工基地典型火电厂周边5种常见绿化树种白蜡、臭椿、火炬树、山槐、榆树的叶片为对象,并在雨后第1天和第15天分别采用洗脱法分析其滞尘能力,地物光谱仪测定滞尘对叶面反射光谱的影响,Li-6400便携式光合仪测定滞尘对光合特征参数(净光合速率、气孔导度和蒸腾速率)的影响。结果表明,5种绿化树种的滞尘能力由大到小表现为:火炬树、臭椿、榆树、山槐、白蜡。光谱反射曲线总体特征是洁净叶片反射率大于滞尘叶片反射率,主要表现在740~1300 nm波段,而在350~680、1500~2500 nm波段,则无一致性规律,存在波动。叶面滞尘量与叶片光谱反射率相关性研究表明对叶面滞尘敏感的波段主要集中在可见光波(700~750 nm)和近红外波段(1390~1500 nm)。滞尘不改变叶面特有的反射特征,但存在增强或削弱效果,且这种增强或者削弱效果存在种间差异。滞尘对叶片反射光谱曲线一阶导数的三边位置没有明显影响,说明三边位置对滞尘的干扰不敏感;三边幅值和三边面积对滞尘有明显的响应,5种绿化树种均表现为洁净叶片大于滞尘叶片。在相同的污染环境下,滞尘会对绿化树种的光合生理特征产生抑制作用,但并非滞尘量越大、光合特征损失率越大,而损失的幅度因植物种类的不同而异,存在种间差异。综合各树种受滞尘影响的光合特征参数变化,发现榆树和山槐对当地大气降尘污染的抗性较强。     

基于CATS模型的干旱荒漠露天煤矿排土场优势滞尘植物配比

  目的  干旱荒漠区露天矿排土场易产生沙(粉)尘，造成大气污染。基于植物功能性状模型(Community Assembly by Trait Selection，CATS模型)模拟，得到研究区排土场优势滞尘植物及物种在恢复群落中的配比，提出植被恢复策略。  方法  于2020年8月在内蒙古自治区乌海市新星煤矿排土场周围进行样方调查，测定物种水平和群落水平的性状值，并计算功能性状目标值，将植物滞尘功能和根体积作为模型的2个因子代入模型计算。  结果  植物种的根体积与单位叶面积滞尘量呈反比；群落根体积与土壤含水量呈现“U”型曲线分布；模型模拟结果表明:各物种相对多度最高的是猪毛菜Salsola collina和骆驼蓬Peganum harmala，相对多度的中位数分别为0.41和0.32。  结论  在研究区排土场以猪毛菜和骆驼蓬的相对多度比6∶4的比例播种，可发挥相当的滞尘效益，能够很好地解释植被修复过程中的一些机制性问题，为其他研究提供借鉴。图2表1参40     

6种丁香属植物滞尘能力评价及叶表微形态学解释

  目的  筛选滞尘能力较强的丁香属Syringa植物，促进丁香在城市绿化中生态功能的发挥。  方法  以6种丁香属植物为研究材料，在满叶期通过3级滤膜过滤法测定植物经过不同孔径的滤膜后滞留的各直径颗粒物，并对丁香属植物叶表面微观结构进行观察，探究叶片微观结构对植物滞尘效应的影响。  结果  ①丁香属植物对不同粒径颗粒物的滞尘能力存在显著差异(P＜0.05)，对于满叶期，6种丁香单位叶面积滞尘能力从大到小排序为什锦丁香S. chinensis、北京丁香S. pekinensis、欧丁香S. vulgaris、紫丁香S. oblata、暴马丁香S. reticulata var. amurensis、白丁香S. oblata var. alta。②什锦丁香单位叶面积滞尘能力最强，通过微观结构观察发现什锦丁香叶片上表面沟槽纵深，下表面气孔周围褶皱密集，有助于滞留颗粒物。③从偏相关系数来看，叶表微结构各参数与单位叶面积总颗粒滞留量(UTSP)和直径为0.2~2.5 μm颗粒物滞留量(UPM_2.5)均未达显著相关(P＞0.05)。  结论  沟槽的深度可能是影响植物滞尘的原因之一，在治理城市空气污染时，什锦丁香可作为优良的园林滞尘灌木树种。图2表3参26     

不同滞尘环境下植物叶片高光谱特征变化研究

利用FieldSpec Pro野外光谱仪和电子分析天平对北京玉渊潭公园周边不同环境下的大叶黄杨叶片滞尘量、叶片除尘前后的光谱反射特征进行了测定与分析,通过微分变换,引入多组变量,研究了滞尘对大叶黄杨叶片光谱特征的影响,并建立了光谱特征参数与园林植物滞尘量的关系模型。结果表明:不同环境下大叶黄杨单位叶面积滞尘量表现为公园周边主干道公园外围防护绿带公园园内。叶片除尘前后光谱反射率存在明显差异,除尘后的光谱反射率值整体大于除尘前,其中在750～1 350 nm和1 500～1 850 nm波段差异显著。除尘前后三边位置没有发生明显改变,而三边幅值和三边面积均表现出除尘后大于除尘前,叶片滞尘对黄边、蓝边幅值以及黄边、蓝边面积影响不明显,但对红边幅值与红边面积影响较大。叶片滞尘对光谱特征参数均有影响且表现出一定规律性,其中利用红边面积构建的滞尘抛物线模型最优,估算精度及验证系数均相对较高,为基于高光谱技术估测植物叶片滞尘量提供了重要参考。     

利用多时相特征的落叶松人工林分类

  目的  基于多时相遥感影像研究落叶松Larix gmelini人工林季相特性，采用多种分类方法提取落叶松人工林空间分布，以期得到适用落叶松人工林提取的手段和方法。  方法  利用多时相Landsat 8影像，在分析落叶松人工林季相和物候特性的基础上，综合森林资源二类调查成果和样地数据，分别采用最大似然法、支持向量机法、光谱角法和k最近邻法提取研究区的落叶松人工林信息，并进行精度验证。  结果  落叶松人工林具有明显的植被光谱特征和季相特性，在近红外波段各树种类别光谱差异最明显，秋季影像对落叶松人工林信息提取效果较好。利用多时相数据对落叶松人工林信息提取精度明显优于单时相数据的提取精度，多时相Landsat 8影像能使落叶松人工林分类精度达86%以上，其中光谱角法最好，精度为88.346 3%。  结论  利用多时相特征遥感影像进行落叶松人工林信息提取研究，有着一定的可行性和适用性，研究结果对大面积获取落叶松人工林的空间位置分布提取具有一定的参考价值。     

基于叶面尘的银杏叶片光谱变化特征研究

沿北京市主道路网二、三、四、五环路均匀设置12个采样点,采集银杏叶片样本120片,研究其反射光谱与叶面尘土量的关系。利用光谱仪和电子分析天平获取除尘前后叶片反射光谱及叶面尘土量,分析数据并寻求银杏叶片光谱变化特征波段,筛选出与叶面尘土量相关性高的光谱反射率,利用传统回归和偏最小二乘(PLS)回归方法分别建立模型。结果表明:除尘前后叶片光谱曲线在300~710 nm范围内,叶面尘土量与叶片反射光谱特征呈负相关关系;在710~850 nm范围内,有尘叶片光谱率无尘叶片;在叶面尘土量与叶片光谱各波段组合关系研究中,红边面积和归一化指数与叶面尘土量具有相对较好的相关性,基于可见光波段与部分近红外波段的银杏叶片叶面尘土量预测结果较准;在叶片表面尘土量反演研究中,用偏最小二乘算法可在一定程度上提高叶面尘土量反演精度,在3种回归模型中偏最小二乘法反演效果相对较好。     

果树叶片滞尘对其光合速率和耗水特性的影响

【目的】 研究果树叶片在滞尘和未滞尘两种状态下对光合速率变化特征及耗水特性的影响。【方法】 选取四种果树通过LI-6400XT光合仪在连续时间段内测定清洗和未清洗的叶片,分析其光合速率和水分利用效率变化特征。【结果】 单位叶面积滞尘量核桃最大,其次是苹果和杏,库尔勒香梨单位面积滞尘量最小;未清洗叶片光合速率变化:库尔勒香梨>核桃>苹果>杏,清洗叶片光合速率依次为库尔勒香梨>苹果>核桃>杏;杏、核桃、库尔勒香梨和苹果水分利用效率均存在显著差异。【结论】 叶面滞尘对植物的光合作用速率产生负面影响,植物滞尘与其叶片形态结构(叶表面沟槽等)有密切关系,植物叶片形态结构间接对光合作用产生影响。四种果树叶片清洗与未清洗对环境因子的变化有不同的反应,清洗后叶片对环境变化响应更快。表明叶片清洗后Pn、Gs、Ci、E与水分利用效率、光合速率相关性更弱,叶片滞尘状态下水分利用效率和光合速率受生理指标因子的影响更大。     

叶片的灰尘对高光谱遥感中植被冠层反射率的影响

灰尘作为气溶胶的一部分由于沉降现象而附着于植物叶子的表面,当遥感探测器扫描植被冠层时,所得反射率数据就具有了一定的相似性。在平时我们处理卫星数据时忽略了附着于叶子表面灰尘的影响,没有把植被表面的灰尘作为影响因子考虑进去。随着探测器的发展,光谱分辨率的提高,灰尘对于某些波段的影响越来越大。由于天气变化如降雨可以使植被叶片表面灰尘减少甚至消失,引起植被反射率发生变化,于是本文通过模拟降雨前后植被叶片反射率变化,来研究灰尘的影响程度大小。具体方法为采用ASD野外光谱仪分别测量小麦、冬青等植被采摘后表层附有灰尘的叶片和模拟雨水冲洗灰尘后的叶片。通过同一片叶子两次测得的不同数据处理、比较得出以下结论:1.附着于植被冠层的灰尘对其反射率有很大影响。2.没有去尘处理的叶片反射曲线不是灰尘反射曲线和经除尘处理的叶片反射曲线简单的线性叠加。3.灰尘并不会造成“红边”移动,不会发生“蓝移”和“红移”。     

乌鲁木齐市快速路绿化树种滞尘量与叶片结构特性分析

为深入了解城市快速路林带不同绿化树种的滞尘能力,选择乌鲁木齐市河滩快速路林带落叶乔木、常绿乔木和灌木等12个树种为试验对象,分别从树冠向车道和背车道方向上不同高度处采集叶片,通过测定其滞尘量和采用Hitachi台式TM3000电镜观测叶片显微结构,探讨树冠不同位置叶片的滞尘量及叶表面显微结构的差异及其相关性。结果表明,1）不同树种叶片滞尘量具有显著差异（P＜0.01）,12个树种滞尘能力由大到小排序为:樟子松、云杉、榆树、刺槐、黄金树、山桃、水蜡、山楂、丁香、白蜡、红瑞木、火炬树;2）各树种叶面滞尘量在不同生活型之间差异极其显著（P＜0.01）,平均单位叶面积滞尘量由大到小排序为常绿乔木（201.71 μg/cm²）、灌木（83.68 μg/cm²）、落叶乔木（58.97 μg/cm²）;3）常绿、落叶乔木树种向车道方向的叶片滞尘量均大于背车道方向的叶片滞尘量,而灌木则相反,对树冠高度而言,12个树种叶片滞尘量在树冠高度由大到小均呈现为:1、2、4 m;4）不同树种叶片微结构的差异均表现在叶面气孔大小、密度、数量、蜡质结构和周围细胞的褶皱度等指标,而这些差异对滞尘量的排序影响较大;气孔分布不规则、粗糙或平滑、有无叶毛等指标对叶片滞尘量的影响不明显。研究结果可为揭示城市林带对颗粒污染物的阻滞规律、干旱区绿洲城市绿化方案的优化和城市绿化树种的科学选培提供参考。     

不同径阶青杄林和油松林滞尘能力研究

通过常规洗涤法和超声波洗涤法研究不同径阶青杄和油松滞尘能力的差异，为科学地选择造林树种和定向培育森林提供理论依据。研究同一林分中不同径阶的林木对大气中PM_2.5、PM₁₀及TSP在单位叶面积上的滞尘量，并进行叶表形态特征观察。结果表明，无论在同一树种不同径阶还是相同径阶不同树种条件下，青杄和油松径阶在20~24 cm时PM_2.5、PM₁₀及TSP单位叶面积滞留颗粒物量达到最大；同一条件下，青杄的单位叶面积PM_2.5、PM₁₀及TSP滞尘量要大于油松；青杄的叶表面有不规则的凸起和凹陷结构，还分布有少量气孔；油松正反叶表面存在较深、较规则的条状凹槽，附着有分泌物，且反面气孔多于正面；超声清洗法所得的单位叶面积PM_2.5、PM₁₀及TSP滞尘量是常规洗涤法所得滞尘量的3倍，两者差异显著。青杄和油松对大气颗粒物吸附效果最好的是（20~24 cm）径阶组，且同一条件下，青杄对大气颗粒物的吸附能力要强于油松；植物叶表面结构越不规则、越粗糙，则滞尘能力越强，同时叶表分泌物和叶片吸滞面积对滞尘能力也有影响；对叶片表面颗粒物的洗涤，超声波清洗法要优于常规洗涤法。随着径阶的增长，单株青杄叶生物量基本呈逐渐增大的趋势。单株油松叶生物量在径阶16~28 cm随径阶的增加有上升的趋势。     

广州市常见行道树种叶片表面形态与滞尘能力

以广州市常见的18种行道树为对象,通过扫描电镜观察比较了行道树的叶表面形态结构、应用接触角测定仪测定了绿化树种叶片的接触角对滞尘能力的影响.结果表明:不同树种的滞尘量差异显著,18种植物叶片雨后第26天的最大滞尘量在0.066-1.831 g/m2,物种间相差达27倍以上.叶表面具有网状结构,气孔密度较大(20＜气孔密度＜60个)且气孔开口较大(如芒果)容易滞留粉尘;叶表面平滑具有蜡质层,气孔排列整齐,无明显起伏(如红花羊蹄甲、桃花心木、大叶紫薇、鹅掌藤),滞尘能力较弱.植物叶片接触角与滞尘量呈负相关(r=-0.614),接触角＜90°的表现为亲水性.易润湿的植物叶片雨后第26天最大滞尘量在1.0-1.831 g/m2,叶片表面的形态结构凹凸不平,具有钩状或脊状褶皱、突起等且20＜气孔密度＜60范围内,测得的接触角较小(芒果、重阳木、高山榕),使得粉尘与植物叶片接触面积较大,粉尘不易从叶面脱落,滞尘能力较强.而接触角较大的盆架树、麻楝、大叶紫薇、鹅掌藤和红花羊蹄甲的滞尘量均＜1.0g/m2,其特殊的表面结构和疏水的蜡质使颗粒物不易吸附在植物叶片上,因此滞尘能力较弱.由此可见,植物叶表面蜡质含量和气孔密度及其叶片接触角的大小是影响植物叶片滞尘能力的主要因素,在进行城市绿化时,适当考虑选择叶表面形态有利于滞尘的绿化树种,将可提高城市植被的环境效应.     

基于根茎叶定量概化模型的植被区沿程波高衰减机制试验研究

  目的  红树林作为一种新型生态式的护岸工具，其消波效应已成为海岸工程研究热点。本文对红树林根、茎、叶不同组成部分进行定量研究，进一步探究红树林对波浪的消减效应。  方法  采取定量概化的根茎叶植物模型，通过波浪水槽试验探究了红树林植被区沿程波高衰减机制。将Kobayashi等提出的理论模型计算所得的植被区沿程波高理论值与试验值进行对比。  结果  研究发现，由Kobayashi等提出的理论模型计算所得的试验波高衰减系数的范围分别为0.02 ~ 0.47。当入射波波长与植被区沿流向长度之比趋于1时，消波强度最弱。同时波浪在植被区衰减过程中出现了边界效应及波浪跃增现象，波高增量比的范围为0 ~ 13%。当波长与植被区沿流向长度之比在1.0 ~ 1.2之间，且淹没度等于1.0时，跃增高度随叶的分布密度的减小而增大，随根的分布密度的减小而减小。而当淹没度等于0.8时，减小根或叶的分布密度，跃增高度均减小。  结论  根和叶的分布密度、淹没度以及波长与植被区沿流向长度之比均会对植被区沿程波高衰减规律产生不同程度的影响。      

2023 年 1 期目次

  目的  Wuschel (WUS)相关的同源异型盒(Wuschel-related homeobox,WOX)转录因子家族在植物生长发育中发挥重要作用。本研究旨在探索WOX转录因子在杜仲Eucommia ulmoides中的分布及表达特征。  方法  以杜仲基因组数据库为基础,利用生物信息学方法对杜仲WOX家族进行全基因组鉴定;基于转录组数据分析EuWOXs在叶片发育及杜仲胶形成中的表达特征,通过实时荧光定量PCR (RT-qPCR)检测EuWOXs在‘紫叶’杜仲‘Ziye’叶片不同发育时期的表达模式。  结果  杜仲基因组中共鉴定出8条EuWOXs,分布于8条染色体;EuWOXs蛋白质长度为182~352个氨基酸,理论等电点为5.10~6.47,分子量为20.7~40.4 kDa;亚细胞定位预测EuWOXs均定位在细胞核中,均为亲水性蛋白。根据系统进化关系,杜仲WOX家族包括3个亚家族,分别含2、1和5个EuWOXs基因。EuWOXs均含有内含子,并包含多个基序,启动子中富含激素、胁迫和光周期响应元件。大部分EuWOXs在杜仲叶片中表达量较低,EuWOX13-1随叶片发育表达量逐渐降低,EuWOX13-2在生长叶中表达量最高。  结论  杜仲中有8个EuWOXs基因,EuWOX13-1和EuWOX13-2可能在杜仲叶片发育中发挥重要作用。图10表2参50     

基于遥感的高山松连清固定样地地上生物量估测模型构建

  目的  研究利用遥感方法构建高山松固定样地地上生物量估测的参数模型，可以在今后前期样地的基础上直接快速、准确地估测生物量，或者开展少量的外业调查即可获取地上生物量。  方法  基于遥感因子与样地地上生物量变化量和线性混合模型提高生物量估测精度，以香格里拉市1987、1992、1997、2002、2007、2012、2017年7期国家森林资源清查固定样地和对应年份Landsat TM、OLI的Level-1数据为基础，首先对遥感数据进行预处理:包括辐射定标、大气校正、几何校正和地形校正，提取原始波段、比值因子、植被指数、图像增强信息、纹理指数、混合像元分解后的丰度、叶面积指数，计算5 ~ 30年间隔样地对应的遥感因子变化值。根据森林资源二类调查的高山松分布特征，选择地形因子作为线性混合模型的固定和随机效应，采用多元线性回归、非线性回归、地理加权回归、线性混合模型构建高山松地上生物量估测的静态模型，基于遥感光谱信息变化量构建了有树高和无树高参与的动态模型。最后对不同的建模方法和验证结果进行对比分析，选择最优结果作为估测模型并验证。  结果  （1）分析静态数据建模和验证的结果，采用样地号为固定因子、坡度等级为随机因子的线性混合模型的拟合R2最高，为0.75；但利用训练数据集和2017年数据验证，其精度都较低。（2）分析变化量数据建模和验证的结果，采用样地号为固定因子、坡度等级为随机因子、遥感因子变化量为自变量的线性混合模型拟合R2最高，为0.70，预测精度P值为（68.86 ± 11.93）%；增加平均树高变化量，拟合R2最高为0.79，预测P值为（73.39 ± 6.18）%。（3）无论是有、还是无树高参与的变化量模型其拟合和预测精度都达到80%，其预测精度达到了非参数模型预测精度。  结论  基于变化量的估测模型的拟合和预测精度较静态模型有所提高；综合遥感因子、地形因子构建的高山松地上生物量估测线性混合模型，其精度有较大提高；采用遥感因子变化量构建的高山松地上生物量估测模型，有效弥补了静态光学遥感数据估测生物量的不足，经检验可用于其他年期的估测。      

基于MODIS时间序列数据的竹林地上生物量估算

  目的  基于浙江省中分辨率成像光谱仪(MODIS)时间序列数据,对浙江省竹林地上生物量进行估算,为竹林碳汇遥感监测提供参考。  方法  以MODIS叶面积指数(LAI)、增强型植被指数(EVI)和比值指数(RVI)时间序列数据为变量,利用随机森林模型筛选变量,采用支持向量回归(SVR)模型估算研究区竹林地上生物量。  结果  随机森林模型共筛选出43个对竹林地上生物量影响最大的变量;基于43个变量,采用radial核函数构建的SVR模型预测能力最强,模型训练精度和测试精度分别为0.76和0.72,均方根误差分别为5.15和8.03 Mg·hm?2。浙江省全省竹林地上生物量均值为7.85 Mg·hm?2,总地上生物量为3.31×107 Mg;浙江省竹林地上生物量在各市具有明显的差异性,其中,湖州市、杭州市、金华市、绍兴市和宁波市的竹林地上生物量均值均大于全省均值,湖州市竹林地上生物量均值最大,为13.56 Mg·hm?2,舟山市地上生物量均值最小,为5.72 Mg·hm?2。  结论  耦合了MODIS LAI、EVI、RVI时间序列数据的SVR模型可实现浙江省竹林地上生物量较高精度的估算。图3表1参31