便携式测定仪在测定叶片衰老过程中氮和叶绿素含量上的应用

选取哈尔滨地区本地植物华北紫丁香和山槐,以及华北引进种紫穗槐为研究材料,于2003年秋季对3种植物叶片从夏末叶片盛期到秋末叶片脱水变干脱落全过程进行了连续测定.结果表明:1)2种仪器对于表征单位叶面积上叶绿素和N含量的有效性明显高于表征单位鲜质量上叶绿素和N含量.2)尽管PPW-3000和SPAD-502对于表征单位叶面积N含量和各种叶绿素含量具有一定的普适性(R2=0.51～0.65),但不能有效表征不同植物的种间差异性.因此,使用2种便携式测定仪准确估计N和叶绿素含量需要首先确定每种植物的标准校正曲线.3)当表征同一种植物不同生长时期叶绿素和N含量变化时,2种仪器都适用于表征本地种华北紫丁香和山槐叶片衰老过程的变化(R2＞0.82);而对于外地引进种紫穗槐,叶片衰老脱水过程中叶绿素并未同时分解,表征效果欠佳(R2＜0.66),甚至相关性不显著.可见,便携式仪器更适用于适应本地气候的正常衰老种的相关测定.4)2种仪器比较而言,PPW-3000对于表征叶片N含量变化,尤其是对于叶片衰老脱水过程叶绿素并未同时分解的叶片(如紫穗槐),效果较SPAD-502好;而对于叶片衰老过程中叶绿素同时降解的叶片(如华北紫丁香和山槐),2种仪器效果没有明显区别.     

基于叶片光谱反射率的毛竹氮元素含量估测研究

【目的】以福建省顺昌县大干镇的毛竹为研究对象,研究毛竹叶片氮元素含量的最优估测模型,为毛竹生长状态分析与林地土壤肥力估测提供基础。【方法】通过对毛竹叶片原始光谱、一阶微分光谱及相关的植被指数与叶片氮元素含量进行相关性分析来筛选氮元素敏感特征参数,并构建了多元线性回归模型、随机森林模型以及支持向量机模型,利用决定系数最优原则筛选3个模型中的最优模型并进行精度验证。【结果】R387、DR663、NDVIg-b(R575、R440)、SIPI、PRI和PPR 6个参数与毛竹叶片氮含量具有较为显著的相关性,基于这6个敏感参数所构建的3种模型中,多元线性回归模型与随机森林模型拟合效果较差,精度验证结果R2分别为0.4355、0.4371,惩罚因子C和核参数Sigma分别设为3和0.1的支持向量机模型估测结果最好,其实测值与预测值拟合决定系数为0.8031,总体精度为94.02%。【结论】基于R387、DR663、NDVIg-b(R575、R440)、SIPI、PRI和PPR 6个叶片光谱参数所构建的支持向量机模型能够较为准确地估测毛竹叶片氮元素含量。     

基于近红外光谱波段优选的针叶木材基本密度估测模型的优化研究

【目的】木材基本密度在木材质量等级评定中具有重要作用,是木材分流及精细化利用的重要依据。【方法】以东北林区典型针叶树种为研究对象,结合近红外光谱技术,构建红松、落叶松、云冷杉木材基本密度近红外估测模型,分析比较了不同波段优选算法并进行了模型优化。研究采用竞争性自适应重加权法(CARS)、无信息变量消除法(UVE)和间隔偏最小二乘法(iPLS)对木材近红外光谱波段进行优化,基于卷积平滑算法对近红外光谱数据进行预处理,结合偏最小二乘法(PLS)建立针叶木材基本密度估测模型。依据相关系数(R)、均方根误差(RMSEC)等模型参数对模型效果进行评价,对比分析确定最佳波段优选方法,得到最优针叶木材基本密度近红外估测模型。【结果】利用CARS、UVE、i PLS的波段优化方法对近红外光谱波段的筛选,可以起到优化针叶木材基本密度模型的作用,减少参与建模的近红外光谱的波段变量数,明显提升模型的运算速度,使得模型准确度更高、稳定性更好;利用间隔偏最小二乘法结合偏最小二乘法(iPLS-PLS)进行波段优选的针叶木材基本密度模型效果最好,其模型校正相关系数为0.938 0,校正均方根误差为0.021 8,验证相关系数为0.8959,验证均方根误差为0.028 0。【结论】基于波段优选及模型优化构建东北林区典型针叶树种基本密度近红外估测模型,可以有效提高运算速度及估测精度,实现针叶材基本密度的快速、准确、无损估测,为针叶木材材性研究和森林培育提供了理论依据与技术支撑,有利于进一步实现木材的高效节约与精细化利用。     

基于不同预处理的椴树木材基本密度近红外光谱估测及模型优化

【目的】木材的基本密度在木材质量等级评定中起着重要的作用,是木材分流及精细化利用的重要依据。利用近红外光谱技术,实时监测木材性质,掌握木材性质的变化,为进一步制定和改善林木培育方法提供理论依据。【方法】借助树木生长锥对椴树活立木取样,以椴树样品基本密度真值和近红外光谱数据为输入,分别通过卷积平滑、一阶导数和二阶导数预处理方法来实现近红外光谱数据的预处理,建立了基于偏最小二乘法(PLS)的椴树木材基本密度的近红外估测模型。【结果】在350~2 500 nm波段范围内,一阶导数预处理的椴树木材基本密度模型是最优的,校正集相关系数为0.964 8,校正均方根误差为0.002 7,验证集相关系数为0.943 2,预测均方根误差为0.003 3。在对近红外光谱数据进行去噪优化处理,构建椴树木材基本密度模型后,在500~2 300 nm波段范围内,一阶导数预处理椴树木材基本密度模型依旧最优,其校正集相关系数为0.987 1,校正均方根误差为0.001 6,验证集的相关系数是0.948 6,预测的均方根误差是0.002 1。【结论】选择特定的预处理方法,结合样本特征,建立椴树木材基本密度模型,可以显著降低建模成本,提高模型预测精度,快速测定椴树木材的基本密度。     

杉木叶绿素a含量与高光谱数据相关性分析

采用美国ASD公司生产的手持式野外光谱辐射仪测量杉木冠层光谱,对观测叶片进行同步叶绿素含量测定,并利用统计学分析方法,分析杉木叶绿素a含量与高光谱数据的相关关系,结果表明:(1)杉木光谱与叶绿素含量最大相关系数位于530 nm和690 nm;(2)通过建立植被指数(PSSR和PSDN)与叶绿素a含量的估算模型,并进行精度检验,选择出最适合杉木叶绿素a含量估算的高光谱模型,利用高光谱遥感数据可以估测杉木的叶绿素a含量。     

紫丁香叶片面积测量方法的研究

选取５个地点典型紫丁香叶片为材料，用回归相关和乘常数法研究了紫丁香叶片长、宽与叶片面积的关系。结果表明：叶片面积与叶片长、宽的相关系数均达到１％祖显著水平，与叶片长、宽的直线关系（ｙ＝ａ＋ｂｘ）及与叶片长、宽的两种曲线关系（ｙ＝ａｘ￣ｂ、ｙ＝ａ＋ｂｌｏｇｘ）成立；用它们去估测叶片面积，能得到极相似的结果。用乘常数法估测叶面积简便、易行。两种方法的估测值与实测值之间差异均不显著，都具有不需离体、准确、快速及易于推广等优点。     

基于近红外光谱与BP神经网络预测落叶松木屑的含水率

利用近红外光谱(NIR)技术结合BP神经网络定量预测了落叶松木屑的含水率。首先对采集的落叶松木屑原始近红外光谱进行9点平滑及多元散射校正预处理,然后利用主成分分析法提取光谱数据主成分作为BP神经网络的输入,最后建立BP神经网络预测模型并采用交叉验证法对模型进行验证。所建模型校正集的相关系数R为0.98,校正集的均方根误差RMSEC为0.001 7;预测集的相关系数R为0.99,预测集的均方根误差RMSEP为0.001 5。研究表明,此方法可以实现对落叶松木屑含水率的快速预测。     

基于人工神经网络模型的木材干燥应变模拟预测

【目的】研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。【方法】整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于人工神经网络模型,以干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对弹性应变进行模拟预测,以预处理温度、干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对机械吸附蠕变进行模拟预测。通过网络训练和验证,得到合理的人工神经网络预测模型,并对模型进行测试,探讨分析所建立模型的预测能力。【结果】弹性应变预测模型中,各数据集均呈现出较好的相关性,训练集、验证集和测试集的相关系数(R)分别为0.988、0.983和0.978,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.95,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.21×10~(-6)。机械吸附蠕变预测模型中,利用含水率为28%和12%的数据集进行模型训练和验证,训练集和验证集的相关系数(R)分别为0.981、0.977,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.26×10~(-6);利用含水率20%的数据集进行模型测试,测试集的相关系数(R)为0.969,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.94,网络模型能够解释94%以上的试验数据,表现出较好的预测能力。【结论】所建立模型的预测值和试验值吻合较好,预测成功率较高,能够为人工神经网络在干燥应力、应变方面的应用提供可行性依据。     

基于NIR-PLS的土壤碳含量预测模型研究

以东北小兴安岭林区带岭林业局东方红林场的土壤为研究对象,对120个土壤样品近红外光谱做去噪、Savitzky-Golay平滑和多元散射校正预处理,利用偏最小二乘（PLS）法建立关于土壤碳含量和吸光度之间的定量分析模型,并进行模型校、验证及部分预测集样品碳含量预测.结果表明：主成分数为4时,模型最优.校正模型的决定系数R2和均方根误差（RMSE）分别为0.784和5.752;验证模型的决定系数R2和均方根误差（RMSE）分别为0.621和7.521,预测集样品的实测值和预测值的决定系数R2达到0.735,均方根误差RMSE为7.202,预测标准差SEP为10.356.应用近红外技术可以实现对小兴安岭次生林土壤碳含量的有效预测,为大面积快速测定土壤碳含量提供理论依据与技术支撑,进而为林分土壤碳循环的相关研究提供新的思路.     

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。     

白蜡树与紫丁香属间高杆劈接试验

笔者在木犀科白蜡属与丁香属之间进行白蜡树与紫丁香的高杆劈接试验,平均嫁接成活率为88.8%,最高达96.4%,嫁接后经济效益明显提高。通过生长指标与接口径级的方差分析,表明这些指标是白蜡树高接紫丁香的关键因素;各生长指标的多重比较分析,表明苗高123.10 cm,地径3.75 cm,接口粗度2.43 cm以上的白蜡树是质量最佳的砧木,且当年紫丁香的分枝量可以增加到4.7条,达到市场对嫁接苗树形饱满度的要求;紫丁香的树冠分枝量与白蜡树的接口粗度和地径之间存在幂函数Yi=A+XBi的回归关系,其相关系数为0.911和0.925,相关性显著,可靠性高达0.999.旨在为白蜡和紫丁香的推广拓展了更大的分布空间。     

Response of leaf photosynthetic characteristics of Syringa oblata and Syringa reticulata var.mandshurica to chilling stress

Syringa species not only have good ornamental properties but also play an important role in the landscaping and environmental purification of cities.To investigate the chilling stress resistance of Syringa oblata Lindl.and Syringa reticulata var.mandshurica and provide theoretical grounds for the practical cultivation of Syringa species,in vitro leaves were used to study photosynthetic gas exchange parameters and chlorophyll fluorescence parameters.After nine hours of chilling,decreasing rates of net photosynthesis,stomatal conductance,and transpiration in S.reticulata var.mandshurica leaves were significantly greater than that of the S.oblata,while intercellular CO2 concentrations in S.oblata leaves were higher than those in S.reticulata var.mandshurica.The quantum yield of PSII reaction center(APSII)declined in S.reticulata and light capture efficiency(Fv 0/Fm 0)was stable.However,reduction percentages of Fv 0/Fm 0,APSII,and Fv/Fm in S.oblata were significant higher than those of S.reticulata var.mandshurica.After nine hours of chilling,the relative variable fluorescence of VJ and VI of S.oblata increased and the increasing rate of VJ was greater than VI.In contrast,the change of VJ and VI in S.reticulata var.mandshurica leaves was relatively small.This suggests that chilling primarily damaged the electron transport process of QA to QB at the receptor site of the PSII reaction center.Photosynthetic capacity of S.oblata was more sensitive to chilling stress compared to S.reticulate var.mandshurica,which the limitations were mainly due to non-stomatal factors such as the decrease in electron transport efficiency,activity in the PSII reaction center,and the destruction of the photodamage defense system.     

应用NIR及主成分回归预测落叶松密度的研究

运用近红外光谱主成分回归法对落叶松样品密度进行研究，校正集的相关系数（R）为0．86，校正集标准误差（SEC）为0．01，预测集的相关系数（R）为0．89，预测集标准误差（SEP）为0．02，对未参与建模的12个未知样品进行密度预测，相关系数达0．95。研究表明，近红外光谱能够快速、准确地对落叶松样品密度进行预测，这为快速检测落叶松木材材性提供了一种新方法。     

水曲柳等树种光合、耗水及萎蔫系数比较研究

对水曲柳等10个树种净光合速率、蒸腾速率的日变化和季节变化、耗水量以及萎蔫系数进行研究的结果表明,光合速率和蒸腾速率表现出明显的日变化和季节变化,具体的日变化趋势和季节变化规律存在差异,日均净光合速率旱柳银中杨紫丁香白榆白桦水曲柳暴马丁香黄菠萝紫椴胡桃楸;日均蒸腾速率旱柳白榆银中杨黄菠萝紫丁香水曲柳白桦暴马丁香紫椴胡桃楸;单株年耗水量银中杨旱柳白桦紫丁香白榆水曲柳暴马丁香紫椴胡桃楸黄菠萝。萎蔫系数胡桃楸黄菠萝旱柳白桦紫椴银中杨水曲柳暴马丁香白榆紫丁香。     

紫丁香表型多样性研究

以紫丁香天然林分布区抽取的4个天然群体和1个栽培群体为拟似群体,进行了其表型多样性分析.结果表明: 紫丁香表型性状存在着丰富的群体间、群体内变异,5个群体的果、种子、叶以及子代幼苗等14个表型性状差异显著,变异系数为14.25%～29.13%,表型性状分化系数为1.85%～86.67%,平均值为43.93%;群体间和群体内的差异均极显著,群体内的方差分量为56.06%,其中有10个种实性状与生态梯度值呈显著或极显著的相关,采用Dist平均分类距离系数的聚类分析得到的群体间的遗传距离关系基本上与群体采种点的生态地理位置关系一致,其中山西五老峰群体独立为一组,北部三个群体聚为一组,栽培群体聚入了北部群体组,并且与辽宁北票群体较近.依据研究结果,紫丁香种质资源收集、保护策略应当是:基于表型分化系数群体间平均值达到较高水平,而群体内保留了种质的大部分变异,所以在分布区内应首先保护天然群体的存在,即尽可能多的群体数量,同时,要很好保护天然群体的完整性.育种亲本的选择策略应当是:在群体内收集、选择特异变异的同时,加强多群体的收集和选择.     

紫丁香研究进展

综述了近年来紫丁香在物候、繁殖、栽培、生理、化学成分和药理分析等多方面的研究成果,并对未来我国紫丁香的研究发展进行了展望。     

四树种生理指标之比较

分别在花期和完全展叶期对几种绿化树种的叶保水力、含水量、水分饱和亏、自由水和束缚水、叶绿素含量等生理指标进行测定,结果表明:这几种绿化树种间的基本水分生理指标、叶绿素含量等有差异性;同一树种随着叶片的生长,抗旱性增强,叶绿素含量增加;在四树种中,紫丁香、连翘、日本晚樱的抗逆性强于榆叶梅。       

几种常用的树木叶面积测量方法比较

以随机采集的6种延安市区绿化植物(白蜡、刺槐、紫丁香、五角枫、银杏和月季)新鲜叶片为材料,分别用激光叶面积仪、AutoCAD和ENVI进行测量。通过统计比较发现,激光叶面积仪测量结果平均偏大,精度最低;AutoCAD与ENVI在测量结果上差异不显著,但在精度上AutoCAD高于ENVI。AutoCAD测量叶片面积的平均耗时为139.6 s,是ENVI方法的3~4倍。通过AutoCAD测量方法测定以上6种树木叶片的长度、宽度和叶面积,并拟合出6种树木的叶面积线性方程,相关系数与决定系数均达到极显著水平。经过验证,这6个叶面积线性方程均是可靠的,可以用于延安市这6种植物叶片面积的测量和叶面积衍生指标的估算。     

葡萄叶片SPAD值与测定位置及光合色素含量的关系

为了实时、准确、无损地检测葡萄叶片中叶绿素的含量水平,以评价葡萄生长发育与营养状况,确保栽培的科学和施肥的合理,以‘夏黑’‘巨玫瑰’‘户太8号’‘阳光玫瑰’‘金手指’‘摩尔多瓦’这6个品种葡萄叶片为试验材料,采用叶绿素测定仪测定了6个葡萄品种叶片不同位置的SPAD值,使用分光光度计测定了葡萄叶片光合色素含量,探寻了葡萄叶片SPAD值的最适测量位点,分析了SPAD值与光合色素含量的关系,并建立了SPAD值与光合色素含量的线性函数拟合方程。结果表明:6个品种葡萄叶片的SPAD值,叶片顶部的均最高,中部的均次之,基部的均最小;其中,葡萄叶片中部的SPAD值最具有代表性。6个品种葡萄叶片的SPAD值与叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均显著相关,其与叶绿素a含量的相关性最高;在不同品种葡萄叶片的SPAD值与叶绿素a、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量的线性函数拟合方程中,‘户太8号’的拟合方程决定系数值最高,其叶绿素a、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量的决定系数值分别为0.903 5、0.867 2、0.749 9;在叶绿素b与葡萄叶片SPAD值的拟合方程中,‘金手指’的拟合方程为y=0.034 7x-0.084 0,其决定系数R2值(0.773 4)最高。单一品种葡萄叶片的SPAD值与光合色素含量的回归模型的拟合准确率比6个葡萄品种汇总拟合回归模型的要高。