植物叶片特征与光合性能的关系

以相同生境下生长的5种叶片特征(叶色和厚薄等)不同的植物[珊瑚树(Viburnum odoratissimum)、银杏(Ginkgo Biloba)、桑树(Morus alba)、紫叶酢浆草(Oxalis triangularis cv.Purpurea)和紫叶橡皮树(Ficus elasticacv.Decora Burgundyi)]为材料,于晴天选择其植株上东南朝向且生长一致并具代表性的当年生成长叶,采用Li-Cor 6400便携式光合测定系统、调制叶绿素荧光成像系统(IMAGING-PAM M-Series)及双通道PAM-100测量系统(Dual-PAM-100)和常规方法研究了其叶片特征、光合性能及相互间的关系。结果表明,不同植物的叶片特征和光合性能指标均存在显著或极显著差异。比叶干重[35~215 g(DW).m-2]间的差异大于比叶鲜重[0.28~1.04 kg(FW).m-2]。桑树和珊瑚树叶的叶绿体色素含量[叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素总量(Chl)和类胡萝卜素(Xc)]较高,银杏叶和紫叶橡皮树叶居中,紫叶酢浆草叶最低;紫叶酢浆草叶的花青素(Ant)含量最高[0.122 mg.g-1(FW)和0.488 mg.g-1(DW)],其他植物较低且差异较小;紫叶酢浆草叶的Chla/Chlb(6.27)、桑树的Chl/Xc(9.97)、桑树叶的Chl/Ant(43.81)和珊瑚树叶的Xc/Ant(7.17)最高,紫叶酢浆草叶的Chl/Ant(0.49)和Xc/Ant(2.46)最低。气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度和净光合速率(Pn)均为桑树>银杏>紫叶酢浆草>珊瑚树>紫叶橡皮树。桑树和珊瑚树叶的PSII实际光合效率[Y(II)]最高,但PS II处非调节性能量耗散的量子产量也最高;银杏Y(II)叶较低,但能抵御强光的照射。桑树、紫色酢浆草和紫色橡皮树叶的PSI光合效率[Y(I)]极高,但桑树和紫色橡皮树PSI的光保护较弱,紫色酢浆草则很强。相关分析显示,Ant和Xc对强光下Pn无显著影响,Pn受气孔特征和叶绿素含量的正调控,Y(II)依赖于叶绿体色素含量(尤其是Chla),Y(I)与Chl/Xc呈正向关系;气孔开放和叶绿素含量可负调控光合机构的光保护和正调控光损伤,Xc则相反。     

化学非光滑表面和几何粗糙表面的润湿性

研究了弥散Al₂O₃粒子的尼龙1010基复合涂层和喷涂T8钢—浸渍聚有机硅氧烷的复合涂层两类化学非光滑表面及聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙6、尼龙1010、T8钢、45钢和Al₂O₃粗糙表面的润湿性。导出了弥散球形粒子型化学非光滑表面上液体接触角与其组成相固有接触角关系的方程,该方程与尼龙1010—Al₂O₃粒子复合涂层表面接触角试验结果吻合良好。在尼龙1010基体中加入适量Al₂O₃粒子后,液体接触角未发生明显变化;T8钢喷涂层浸渍聚有机硅氧烷后,表面憎水性明显增强;材料的固有接触角越远离90°,表面粗糙性对接触角的影响越明显。     

典型状态下荷叶润湿性差异及其机理分析

为了研究荷叶不同状态下润湿性差异的成因与机理,通过对荷叶在鲜、老、病、枯4个典型状态下进行润湿性观察、与水接触角测量、扫描电镜观测,分析其表面微观形貌、化学蜡质含量等要素的变化规律,揭示润湿性差异的成因与机理。结果表明:鲜叶为微米级乳突和纳米级蜡质层覆盖的二元复合微观形貌,枯叶乳突和蜡质层稍有萎缩,但微观结构变化不显著;老叶微观形貌中出现了少许"板条"状突起和乳突、蜡质层共同构成其粗糙叶表结构;而病叶"乳突+蜡质层"的二元复合结构发生明显变化,呈现无序的线型纤维柱状网络结构。不同状态荷叶表面与水接触角测量结果显示,鲜、老、枯叶仍呈现疏水或超疏水状态,而病叶呈现亲水状态,润湿性能发生根本改变。荷叶表面蜡质含量在不同状态下也存在一定差异,老叶、枯叶蜡质含量与鲜叶接近,但疏水性皆低于鲜叶。研究表明荷叶不同状态下润湿性差异的成因在于其叶表微观形貌和化学蜡质含量发生改变造成的,从这2个因素对其疏水性的贡献率来比较,叶表微观形貌是决定其疏水程度的主因。研究结果为疏水表面仿生设计提供参考。     

基于局部阈值的植物叶片图像分割算法研究

提供了采用数字图像处理方法快速分割含边框植物叶片的方法,分别采用局部阈值分割和最佳阈值分割获取二值图像,得到局部阈值分割效果较好的结论,最终得到了比较清晰的边框图像和叶片二值图像,为后续图像处理打下良好基础。     

高光谱成像分析植物叶片滞尘前后光谱特征变化

灰霾的监测与治理是迫切需要解决的问题,分析植被叶片滞尘前后的光谱变化特征是灰霾监测的一种有效方式。植物叶片具有吸附空气颗粒物的能力。该文通过获取10种常见树木叶片10月和11月连续26 d的高光谱图像,对比分析每种叶片滞尘前后的光谱特征变化情况,得出滞尘前后叶片光谱变化的基本趋势:1)10种叶片变化趋势基本一致,10种叶片滞尘前后光谱变化明显的区间均表现在500~550 nm、550~700 nm、730~760 nm波段内;2)滞尘前后的叶片红边位置并没有发生改变,滞尘没有对叶片内部生理结构构成影响;3)金露梅和二球悬铃木在765 nm波段处的光谱响应与其它树种存在很大差异;白杜、金银忍冬、紫薇和玉兰在550~570 nm波段区间对于滞尘的敏感度较弱。研究为大气降尘的监测以及灰霾的治理提供应用参考。为进一步通过高光谱探测灰霾典型成分提供理论支撑。     

基于数学形态学的植物叶片图像预处理

植物叶片图像的预处理是进行叶形特征提取和识别的重要前提,获得高质量的预处理叶片图像对计算机辅助植物识别十分重要。本文提出了基于数学形态学的植物叶片图像的预处理方法,运用数学形态学中的开运算和闭运算消除图像中的孤立噪声点并填补叶片内部孔洞。该方法保持了原图像的基本形状特征并能获得清晰的边缘,为叶片特征提取创造了良好的前提。     

黑岱沟露天煤矿优势植物叶片及枯落物生态化学计量特征

以准格尔黑岱沟露天煤矿复垦区8种优势种植物的叶片及对应叶片枯落物为研究对象,通过对其碳、氮、磷、钾含量及生态化学计量学特征的研究,探讨退化生态系统植物内稳性、不同植被类型与NP限制率的关系,以期为黄土高原植被恢复与重建以及不同物种的合理配置提供合理建议,为完善生态化学计量学理论提供支撑。结果表明,不同植物叶片C、N、P、K的变化范围分别为418.2~564.1、7.19~33.21、0.82~2.37、4.98~32.77 g kg-1。不同植物叶片的生态化学计量学特征N∶P、P∶K、N∶K、C∶N、C∶P、C∶K比变化范围分别为7.16~22.45、0.036~0.23、0.70~4.55、14.92~64.44、218.54~557.36、12.78~121.14。该地区3种植被类型钾含量差异显著,草本植物叶片钾含量显著高于乔木林和灌木林。不同植被类型植物叶片N∶P比表现为灌木(18.86)草本(15.44)乔木(14.68),说明该区灌木林主要受P含量的限制,草本和乔木植物主要受N、P含量共同限制,该地区植被恢复应该以灌木为主。     

正交全局-局部判别映射应用于植物叶片分类

提出了一种正交全局-局部判别映射的维数约简方法,并应用于植物叶片分类中。对于给定点的邻域点集,首先建立能够描述数据点之间关系的权重矩阵;然后,充分利用数据的类别信息和局部信息来构建类间散度矩阵和局部结构矩阵,使得映射后类内数据点之间的距离减小,而类间数据点之间的距离增大,这一性质有利于数据分类;最后,构造正交优化目标函数,通过Lagrange数乘法求解该目标函数。植物叶片图像分类的试验结果表明,该方法是有效、可行的。     

基于变化光源方向多图像的植物叶片表观三维模拟

为了真实准确地模拟植物叶片表观颜色,提出一种基于多图像的叶片表观模拟方法。首先搭建基于线性光源的表观图像采集系统,用以获得400张视线角度固定、光源方向变化的叶片图像集合;采用拟合方法自动地从400张图像中获得整个叶片表面的表观特征参数,包括漫反射强度、高光反射强度和粗糙度;利用该拟合方法对线性光源移动条件下理想物体的各种反射特征的变化情况进行仿真计算,然后针对叶片图像中的每个像素寻找与仿真计算结果最接近的表观模型参数作为拟合结果。通过该拟合方法,可将叶片表面上各个位置的表观参数合成3张表观参数图像,采用基于点光源的实时光照方法测试最终的可视化模拟效果。从模拟结果中可以看出利用该文方法得到的结果能够真实地表现叶片自身的表观质感特性,相对于传统方法更加真实准确。     

基于改进Mask R-CNN模型的植物叶片分割方法

通过图像处理对植物叶片进行分割是研究植物表型性状的基础,但叶片间相互遮挡、叶片边缘特征不明显以及幼叶目标过小会对叶片分割效果造成很大的障碍。针对上述问题,该研究提出了一种基于改进Mask R-CNN模型的植物叶片分割方法,通过引入级联检测模块对模型检测分支进行改进,以提高遮挡叶片检测质量;利用注意力机制和一个2层3×3卷积模块对模型分割分支进行优化,以提高边缘特征表达能力;在模型测试过程中采用多尺度叶片分割策略,利用多个尺度上的最优目标以分割幼叶。测试结果表明,在CVPPP叶片分割挑战数据集中的对称最佳Dice得分Symmetric Best Dice（SBD）为90.3%,相比于利用域随机化数据增强策略并采用Mask R-CNN模型进行叶片实例分割的方法提高了2.3个百分点,叶片分割效果有显著提升。该研究提出的方法可以有效解决植物叶片分割效果不佳的问题,为植物表型研究提供技术支撑。     

陕西省公路黄土路堑高边坡植被防护研究

陕西省修建了多条经过黄土地区的高速公路,其路堑高边坡的植被防护问题是目前研究的重点问题之一。总结厂陕西省已建或在建公路黄土路堑坡面植被防护所采用的主要技术方法,分析了各种方法的防护效泉。同时,探讨了黄土路堑高边坡植被防护同前存在的主要问题,以便为其它地区黄土路堑高边坡植被防护提供参考。     

陕南土坎梯田田坎强度试验研究

以陕南土坎梯田田坎为研究对象,通过室内常规三轴剪切试验,对当地梯田田坎的变形和抗剪强度规律进行了研究,分析了田坎土体的应力—应变关系及抗剪强度特性,探究了田坎产生破坏的形式及其产生这种破坏的原因。结果显示:所采土样洋县的为膨胀土,黑山无膨胀性或较弱膨胀性;土样的强度变形关系在较高围压下呈硬化型,随着围压升高结构破坏程度升高,应变强化程度增强,低围压下则呈现出弱软化特性;在土层120cm范围内的田坎土样,其抗剪强度参数沿深度分布无明显规律性,抗剪强度参数对含水率变化敏感,分析认为由于含水率不同致使土层之间存在的抗剪强度差异可能会导致田坎失稳。     

陕南地区植被净第一性生产力时空动态演变

植被净第一性生产力(NPP)是生态系统服务功能的物质基础,也是生态安全、生态风险评价的重要指标。利用2000—2010年SPORT—NDVI数据、气象数据及土地利用数据,选取改进后的CASA模型,模拟了陕南地区植被净第一性生产力时间变化规律及空间分布特征。结果表明,2000—2010年,研究区各种土地利用类型的年均NPP均呈曲折上升趋势,各类土地利用类型NPP均值排列顺序为:林地灌丛草地耕地其它类型。年内变化表现为各个土地利用类型的NPP在每年的2月开始增长,同年7月达到峰值,11月开始明显减少,在次年的1月达到最小值。汉中市的西部、商洛市的东部和西部地区年均NPP增长比较明显,汉中市的中部以及安康市中部大部分地区年均NPP的增长量保持平稳,汉中市城固县与西乡县的交界处年均NPP值的减少比较明显,其它地区的年均NPP变化不明显。年内各月空间NPP的变化趋势与年际变化有一定的差别。     

基于CASA模型的陕西省植被净初级生产力时空分析

[目的]探明陕西省近年来植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的变化及评估植被的生长条件。[方法]基于CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型估算陕西省2003—2012年逐月NPP,并分析其年际、年内的时空变化特征及趋势。[结果](1)陕西省2003—2012年植被NPP总体呈增长趋势(p0.01),年均增量为3.940 6g/(m~2·a)(以C含量计);年总NPP从2003年的84.44Tg(1Tg=1012g)增加到2012年的91.98Tg。(2)NPP年内变化明显,夏季NPP占年总量的比例最高,达到52.43%,7,8两月占比最高,分别为18.52%和18.41%。只有3和8月NPP增长趋势显著或极显著,其他月份NPP变化不显著。(3)不同植被NPP的年际变化比较平稳,除永久湿地外,其他植被类型的NPP呈增长趋势,耕地的NPP增长最快(p0.01),年均增量为5.89g/(m2·a)。(4)NPP整体呈南高北低、高低相间的分布特征,全省78.53%的区域NPP呈增长趋势,24.47%的区域增长显著或极显著;NPP降低显著/极显著的面积仅占2.27%,主要分布在陕西中部和西安周边地区。[结论]陕西植被生长条件总体在改善,但局部在恶化。     

陕北地区不同类型植物生产力及生态适应性研究

上官周平,1964年出生,研究员,博士生导师,中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室常务副主任。目前主持国家973计划课题、国家863计划项目、国家自然科学基金项目、教育部博士点专项基金等10多项。针对黄土高原生态环境与植被建设中的关键科学问题,在植物生态适应机制、土壤-植被水分生态、植被生态效应等方面做了较为深入的研究。1 植物对气候环境变化的响应与适应机制     

福建省茶树高温热害致灾危险性区域划分

利用福建省70个气象观测站1971-2020年逐日气温资料及茶树灾情信息,构建基于日最高温气温与持续天数的福建省茶树高温热害等级指标,统计分析热害发生时空分布特征,开展福建省茶树高温热害危险性区域划分。结果表明：近50a福建省茶树发生轻度、中度热害较多,年际变化幅度大,发生数量总体呈上升趋势,21世纪以来热害发生频次比20世纪高;茶区由南往北热害发生频次逐渐增加;热害较高和高危险性区域主要分布在鹫峰山脉以北的武夷山脉、杉岭山脉和戴云山脉低海拔地区。在规划茶树种植时可结合具体地理气候条件和热害危险性区划结果,种植耐热、耐旱的品种或减少夏秋茶采摘等种植管理模式,改善茶园小气候,减少夏季高温热害带来的损失。     

陕西省农业机械化对农业生产贡献率的研究

该文运用Cobb-Dauglas生产函数和项目有无比较法,对陕西省1980年以来农业机械化对农业生产的贡献率进行了定量研究,导出农业机械化对农业产出的贡献率计算公式及灰色序列预测模型,并对两种方法的计算结果进行了分析比较。     

陕西省城乡协调发展市域差异研究

从城乡协调发展的内涵出发,构建了评价城乡协调发展的指标体系。选用陕西省10个地级市2012年城乡发展数据,运用因子分析法和SPSS软件,对10个地级市城乡协调水平进行了测度。根据各市综合得分、主因子得分及载荷特点,对陕西城乡协调发展市域差异的整体表现特征、各市的特点及形成原因进行了分析评价。结果表明:（1）陕西10市城乡协调发展水平相差较大,按综合得分可分为4个梯队,各市城乡协调特点在空间上与陕西三大地理区有一定的关联性,但关联性不是很强;（2）各市在城乡协调发展方面所表现的优势与劣势差异显著。（3）在10市中,存在多种城乡关系类型,有的城乡发展水平都高,有的城乡水平都低,有的城乡水平差距很大等。（4）在影响各市城乡协调发展水平的多种因素中,城乡居民收入和城镇化水平对城乡协调发展影响较大。通过分析评价陕西省各市城乡协调发展水平差异及原因,为分类指导和制定各市的城乡发展政策提供了科学依据。     

Cation treatment and drying‐temperature effects on nonylphenol and phenanthrene sorption to a sandy soil

The objective of this study was to investigate the effects of mono‐ and polyvalent cations on sorption of the two hydrophobic compounds nonylphenol (NP) and phenanthrene (Phe). To this end, exchange sites of a sandy soil were saturated with either Na⁺, Ca²⁺, or Al³⁺ and excess salts were removed by washing. The samples were then sterilized and either stored moist, dried at room temperature, or at 20°C, 60°C, or 105°C in a vented oven. Saturation with Na⁺ led to an increase of dissolved organic C (DOC) concentration in the soil water extracts, whereas the polyvalent cations Ca²⁺ and Al³⁺ decreased it. The ¹H‐NMR relaxometry analyses showed that Al³⁺ restricted the mobility of water molecules that are confined within the SOM structure to a higher extent than Ca²⁺ or Na⁺. According to contact‐angle (CA) analyses, cation treatment did not significantly change the wetting properties of the samples. Batch sorption–desorption experiments showed no clear salt‐treatment effects on the sorption and desorption equilibria or kinetics of NP and Phe. Instead, the sorption coefficients and sorption hysteresis of NP and Phe increased in dry soil. With increasing drying temperature the CA of the soils and the sorption of both xenobiotics increased significantly. We conclude that structural modifications of SOM due to incorporation of polyvalent cations into the interphase structure do not modify the sorption characteristics of the soil for hydrophobic compounds. Instead, increasing hydrophobization of organic soil constituents due to heat treatment significantly increased the accessible sorption sites for nonpolar organic compounds in this soil.