稻茬麦根系构型可视化与三向分型维研究

提出一种根系可视化分析方法用于定量稻茬田环境的小麦根系构型。使用根系构型数字化仪测试稻茬麦苗期根系构型,将所测数据导入Pro/E平台进行根系构型的3-D重构,然后对可视化根系进行3向平面投影,计算小麦根系在不同平面的分形维数与分形丰度。结果表明,该方法可以真实反映出田间稻茬麦根系构型的动态变化状况,而根系分形维数与分形丰度随时间逐步递增,正视图面的分形维数和分形丰度总大于左视图面。从播后第98天开始,俯视图面的根系构型分形维数与分形丰度出现突增。在3个投影面上稻茬麦根系的分形维数与分形丰度都高度相关,二者与根总长也存在一定的相关关系。     

基于图像处理方法的根系分形维数估计

应用图像处理方法,给出了根系分形维数估计的网格计数法,得到了相应的算法,即先用数字图像采集设备取得根系的图像,再用网格计数法对处理后的图像进行计盒维数估计,并用Java语言进行实现,为根系研究提供了一种新的思路和手段。在此基础之上,计算了黑麦草(LoliumperenneL.)根系的分形维数,与实测数据基本吻合。此方法不仅解决了对根系研究直接测量难度大、工作量大的问题,而且可用于多种植物根系的分形维数计算。     

基于颜色分形的不同产地烟叶聚类分析

对较高精度的烟叶数字图像进行背景去除和分割预处理,计算烟叶颜色各分量(红色、绿色、蓝色、亮度)的计盒维数,绘制各颜色分量的计盒维数变化曲线,进行烟叶颜色系统聚类分析.结果发现不同产地烟叶的颜色各分量计盒维数变化曲线存在较明显差异;采用颜色分形维数作为聚类参数得到了最好的分类结果.这表明颜色分形维数可以作为按颜色分类的特征指标,能更准确地描述图像颜色的分形分布特征.     

基于颜色分形的不同产地烟叶聚类分析

对较高精度的烟叶数字图像进行背景去除和分割预处理,计算烟叶颜色各分量（红色、绿色、蓝色、亮度）的计盒维数,绘制各颜色分量的计盒维数变化曲线,进行烟叶颜色系统聚类分析。结果发现不同产地烟叶的颜色各分量计盒维数变化曲线存在较明显差异;采用颜色分形维数作为聚类参数得到了最好的分类结果。这表明颜色分形维数可以作为按颜色分类的特征指标,能更准确地描述图像颜色的分形分布特征。     

膜下滴灌棉花根系分布规律研究

在棉花不同的生育期,在窄行及宽行采用根钻取样的方法,对棉花根系分布进行研究,结果表明:随着深度的增加,窄行和宽行的根重密度及根长密度逐渐减小,在棉花蕾期,宽行根系分布较多,窄行较少,棉花花期根系主要集中在20~40 cm土层内;进入铃期后,0~20 cm土层内宽行根重密度大于窄行,20~40 cm的土层范围内,窄行根重密度大于宽行,而在40 cm以下,宽行大于窄行,根系的分布宽行较广;在棉花进入絮期后,窄行根系的生长优于宽行,窄行的土壤条件对根系的生长更为有利,窄行分布的吸水根系相对较多。     

利用CT扫描技术确定土壤大孔隙分形维数

土壤大孔隙的大小、形状和分布对水及溶质在土壤中的运移有着深刻影响,由于土壤大孔隙的分布呈现分形规律,根据采用CT扫描法得到的原状土柱各断面图像,采用计盒维数法计算出各断面土壤大孔隙的分形维数。     

现浇植被混凝土细观孔隙结构分析及渗流模拟

以目标孔隙率24%,水胶比0.32,粗骨料粒径16～26 mm的现浇植被混凝土为研究对象,通过计算机断层(CT)扫描技术获取试件的序列图像,采用Image J软件从细观角度分析二维平面孔隙特征;采用Avizo软件重建孔隙三维细观模型,分析孔隙空间结构并进行单相渗流模拟。结果表明:孔隙直径、孔隙面积均呈单峰分布,孔隙大小比较均匀;孔隙形状接近一个正圆;平面孔隙率平均值与实测孔隙率相差不大;计盒维数法测得的分形维数表明孔隙具有较好的分形特征;三维孔隙空间分布范围与二维定量分析具有一致性;孔喉尺寸呈正态分布,表明孔隙间连通性良好;压力梯度分布及流线分布有利于分析植被混凝土的渗流机理,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了重建的三维模型的可靠性。     

信鸽表面形貌的分形特性

分析了信鸽表面形貌的非光滑特性,并利用激光三维扫描控制系统获取了信鸽背部、胸部及翅膀表面的三维信息,基于分形理论对其表面进行了研究,采用计盒维数方法计算出了信鸽的背部、胸部及翅膀表面面维数和线维数,并分析了其分布。结果表明,信鸽的背部、胸部及翅膀表面均呈现分形特征,面维数范围为:2.8988～2.9788,线维数的范围为:1.0002～1.0247,信鸽表面形貌的分形特性研究为定量分析信鸽表面在空气介质中的减阻机理提供了基础信息。     

基于分形理论的稻种特征提取方法研究

利用分形几何描述不规则形体的优势,分别研究稻种的轮廓与表面茸毛分布的分形特性,探讨了用两者的盒维数描述稻种的形状特征与纹理特征的可行性.研究结果表明,两者均具有分形特性.同时,将基于传统欧氏几何的形状、纹理特征与基于分形几何的盒维数相结合构成特征向量作为径向基函数(RBF)神经网络的输入,使识别正确率明显提高.     

基于分形理论的水稻单产计算机视觉预测技术

以武育粳3号为试验品种,用自制计算机视觉系统,拍摄成熟期水稻群体图像,应用分形理论分析水稻群体图像的分形特征,在此基础上提取了图像的差分计盒维数和多重分形曲线;并进一步分析得出水稻单位面积产量与水稻图像分形维数具有线性相关关系,最后建立水稻单位面积产量模型,模型精度为     

基于分形理论的马铃薯干燥过程水分输运特征分析

基于马铃薯内部结构的异质性和分布随机性,利用分形特性模拟了在干燥过程中的水分输运过程。结果发现结合收缩和分形现象的模型呈无收缩现象连续介质模型更接近实验值,且分形模型的内部压力分布没有出现像连续模型呈比例逐层下降的现象。包括收缩的分形模型与孔的连通性、孔隙率、面积分形维数和孔最小最大直径比值成正比,与迂曲分形维数和迂曲度成反比。     

不同滴灌方式下咸水灌溉对棉花根系分布的影响

通过大田试验研究了不同滴灌方式利用咸水灌溉对棉花根系分布的影响。结果表明,2种滴灌方式下土壤中的水分和盐分在1 m土体内随土壤深度的增加和咸水浓度的增加而增加,且由于滴头的洗盐作用,地表滴灌和地下滴灌方式下土壤中的水盐分布深度均有所下移。正是由于水盐在土壤有这样的分布特征,2种滴灌方式下不同盐度咸水灌溉后,作物不仅可以感受到变化了的环境信息,而且自发地改变结构形态、空间构型,即增加根长、根干重、根半径以及根表面积,对盐胁迫做出适应性的根系形态变化。     

不同灌溉方式对棉花根系分布的影响研究

设置痕量灌、逐日地下滴灌、膜下滴灌、常规地下滴灌和棉花地面灌(对照)等5种灌溉方式,研究不同灌溉条件下棉花根系的空间分布规律。结果表明:逐日地下滴灌、痕量灌对棉花根系干物质量积累的影响显著高于膜下滴灌、常规地下滴灌等滴灌方式,其中逐日地下滴灌处理根系干物质累积量大,水平分布均匀,更有利于根系生长。各处理棉花根系垂向分布范围在0～50 cm,主要聚集范围为0～20 cm、占总根重73.80%～76.91%,土层30～50 cm随着深度的增加根重占比逐渐减小,逐日灌水处理土壤横向剖面含水率相对其他处理变幅较小。根系水平方向范围在0～70 cm,各处理呈显著的向水性分布,且集中分布于膜下窄行与膜间,窄行根重占比相对膜间更大,但逐日地下滴灌处理水平方向分布较为均匀。综上所述采用逐日地下滴灌节水方式对棉花根系干物质积累更有利,根系水平分布更为均匀。     

柑桔喷灌地表水量分布与冠层特性的分形维数关系研究

以柑桔为研究对象,对喷灌条件下柑桔冠层特性对水量分布的影响进行了初步研究。利用分形维数法研究柑桔冠层对喷灌水量的截留和地面水量分布的影响,通过对不同的柑桔树冠层的分维数的计算,初步分析冠层截留对地表各部分水量分布的影响。研究结果表明,分形维数的大小明显影响冠层截留量和棵间穿透水量,冠层截留量随着分形维数的增加而线性增大,棵间穿透水量随着分形维数的增加而线性减小,分形维数对茎杆流水量的影响不明显。     

间接地下滴灌灌溉深度对枣树根系和水分的影响

为探讨间接地下滴灌及导水装置埋深(灌溉深度)对南疆极端干旱区矮化密植红枣根系生长分布特征及产量、水分利用率的影响,试验设间接地下滴灌(ISDI)3个导水装置埋深水平,分别为20、27、35 cm,以地表滴灌(DI)为对照,共4个处理,经过2~4 a的田间试验后,采用环状壕沟分层挖掘法对以枣树树干为中心,半径为1 m的90°扇形区域内0~100 cm土层进行根系取样。结果表明,相对于DI,ISDI下各根系分布较均匀,生长方向基本向下延伸;ISDI显著增加了根径小于5 mm根系根长密度,细根(根径小于2 mm)是DI的3倍,但减少了根径大于5 mm根系根长密度,相对增加了20~40 cm土层根系根长占总根长的比率;垂直方向上随着灌溉深度的增加表层根系根长密度相对减少,深层相对增加;水平方向上各处理根系根长密度基本呈现随着与树干水平距离的增加而减小的趋势,但在0~20 cm土层减小的幅度较大,在20~40 cm土层其减小的幅度较小;随着灌溉技术由DI到ISDI及灌溉深度的增加,细根分布基本呈现出由"宽浅型"向"深根型"发展的趋势。相对DI,ISDI具有较好的节水增产效果,提高产量及灌溉水生产率最大达20%。建议幼龄期南疆密植枣树的导水装置埋深为27~35 cm。研究为极端干旱区枣树适宜灌溉技术的选择及其技术要素的制定提供依据。     

加气对微咸水灌溉棉花幼苗生长的影响

为了探索加气对微咸水灌溉棉花幼苗生长的影响。开展加气微咸水灌溉棉花桶栽试验,分别设置4个灌溉水电导率水平分别为W1 (0.6 mS/cm)、W2(4 mS/cm)、W3(7 mS/cm)和W4(10 mS/cm),2个加气量（S1不加气,S2加气）,共计8个处理,研究不同处理对棉花幼苗株高、叶面积、茎粗、净光合速率,生物量、根系构型及生长生理的影响。结果表明：在加气处理一定下,灌溉水电导率值对棉花幼苗的生长及生理指标具有显著影响。加气处理下,电导率值为0.6 mS/cm与其他3个电导率值相比株高日增量、叶面积,平均提高18.43%,21.03%,茎叶根鲜生物量和干生物量分别平均提高16.15%、20.00%,根长密度、根系平均直径、根系体积平均提高12.00%,7.94%,7.61%,随着电导率值的上升,棉花幼苗光合性能逐步降低。灌溉水电导率相同情况下,加气较不加气处理株高日增量、叶面积分别平均提高8.11%、10.24%,茎叶根总鲜重和总干重分别平均提高8.72%、13.10%,根长密度、根系平均直径、根系体积平均分别提高2.00%、2.80%、2.87%,且加气处理后的棉花幼苗光合...     

作物根系影响下的农田干缩裂隙网络多重分形分析

【目的】分析农田中作物根系对土壤裂隙网络的影响。【方法】通过室外农田土壤裂隙试验,获得土壤裂隙数字图像,利用数字图像处理技术与编程计算,对比分析作物根系影响产生的裂隙网络与无根系影响的裂隙网络的广义分形维数D_q,多重分形奇异指数α以及分形谱函数f(α)。【结果】无作物的裂隙图像的面积密度大于含有作物的裂隙图像的面积密度,表明无作物的土壤裂隙宽度较大;无作物的土壤裂隙图像的长度密度与欧拉数均大于有作物根系的土壤裂隙图像,表明无作物根系的土壤裂隙较长且形成封闭的裂隙网络较多;广义分形维数的整体变化幅度为无作物裂隙大于有作物影响的裂隙;有作物根系影响的裂隙的谱宽小于无作物根系的土壤裂隙的谱宽;作物根系影响下的裂隙D_0值大于无作物的土壤产生的裂隙;根系影响下的土壤裂隙D_1更大;无作物土壤产生的裂隙的D_0与D_2的差值最小,说明其分布的非均匀性更好。【结论】作物根系的锚固作用并没有使土壤裂隙失去非均匀分布特性,土壤裂隙网络非均匀性特征明显;根系的影响使得土壤裂隙分布的非均匀性更小;测量尺度为25/8～50 cm时,无作物的裂隙分形复杂性最大。多重分形参数可以作对比作物影响下的裂隙与无作物的裂隙非均匀性的重要指标。     

干旱区不同种植模式下棉花根系及地上部差异性分析

为了探明枣-棉间作模式对棉花生长特性的影响,以干旱绿洲区典型的枣-棉间作种植方式下的棉花为研究对象,采用剖面法分层取样得到棉花根系,再结合图像扫描分析方法,对比研究了单作、间作模式下棉花的根系分布及地上部的差异性,以及以产量对其进行经济效益评价。结果表明:种植模式对棉花根系发育及地上部生长有重要影响。单作棉花根系主要分布在水平0~20cm、垂直0~20cm范围内;间作棉花根系主要分布在水平0~40cm、垂直0~40cm范围内。间作单株棉花根长密度总量较单作高1.84%,总根质量较单作高15.47%。单作、间作棉花根长密度、地上部间均有显著性差异。由单作、间作棉花产量及经济效益对比可知,间作对棉花生长更为有利。     

紫色土小流域三种土地利用类型土壤颗粒特征

在三峡库区忠县虾子岭小流域选择林地、旱地、水田3种土地利用类型采集了63个土样,利用分形维数研究了不同土层深度的土壤颗粒特征。结果表明,紫色土剖面土壤颗粒体积分形维数在2.406~2.551之间,不同土地利用类型分形维数随土壤深度增加变化的趋势不同;土壤颗粒体积分形维数与土粒结构组成存在较强的相关性,受黏粒量影响最为显著,即土壤黏粒量(≤0.002mm)越高,分形维数越大;3种土地利用类型下,土壤颗粒体积分形维数平均值表现为水田林地旱地。3种土地利用类型之间,除0~20cm土层外其余各层土壤颗粒体积分形维数差异不显著。     

陕西杨凌土壤粒径分布体积分形维数特征分析及预测

基于Mastersizer2000激光粒度仪测定的土壤颗粒体积分布信息,研究了杨凌地区土壤粒径分布体积分形维数与土壤基本物理特性之间的关系,建立了该地区土壤粒径分布体积分形维数的估算函数。结果表明,杨凌地区0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数的平均值分别为2.649 1和2.626 2;0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数都与粘粒质量分数的相关性最为显著,与砂粒质量分数的相关性次之;建立的估算函数预测精度较高,其中0～20cm和20～40cm土层土壤粒径分布体积分形维数预测值的相对误差分别介于-0.298%～0.726%和-0.179%～0.772%之间。