雷竹冠层叶片反射光谱特征及其对叶片水分变化的响应

[目的]研究雷竹冠层叶片反射光谱特征及其水分敏感波段,筛选与叶片水分指标相关性较高的光谱指数,为雷竹叶片水分的非破坏性估算提供参考。[方法]以重要笋用竹种雷竹为研究对象,通过自然失水法研究叶片反射光谱对叶片水分变化的响应特征,以常用反射光谱指数对叶片水分指标进行相关性检验,对不同反射光谱指数与叶片相对含水量进行了回归方程拟合。[结果]雷竹叶片含水量与其光谱反射率在近红外区呈负相关关系;光谱反射率敏感性分析表明,在1 400～1 600、1 800～2 000 nm波段附近,光谱反射率对叶片水分变化较其他波段敏感;不同光谱指数与叶片水分指标的相关性分析及回归方程拟合结果表明,在所选光谱指数中水分胁迫指数MSI(R_(820)/R_(1600))、比值指数SRI(R_(1300)/R_(1450))与叶片相对含水量的拟合效果较好。[结论]雷竹叶片水分含量与其光谱反射率在近红外区,尤其1 400～1 600、1 800～2 000 nm波段附近呈负相关关系,水分胁迫指数MSI(R_(820)/R_(1600))、比值指数SRI(R_(1300)/R_(1450))对雷竹叶片相对含水量的估算精度较其它光谱指数更高。     

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。     

樟树幼林叶绿素含量的高光谱遥感估算模型

高光谱遥感的快速发展使得定量估算植被叶绿素含量成为可能.采用美国ASD公司生产的野外光谱辐射仪测量樟树幼林的冠层光谱,并对观测叶片进行同步叶绿素含量的测定;采用统计相关分析法,分析樟树冠层光谱与叶绿素含量之间的相关关系,并建立相应的估算模型.结果表明:樟树幼林叶绿素含量的敏感波段位于400、556、621 nm;通过建立各敏感段与叶绿素含量之间的估算模型并进行精度检验,得出了叶绿素含量估算的高光谱模型分别为y=exp(1.191 1458.912x)和y=3.29×exp(1458.912x).说明利用高光谱遥感数据可以估测樟树幼林的叶绿素含量.     

基于光谱水分指数的核桃叶片含水量估算模型

【目的】采用光谱技术定量反演果实不同生育时期叶片含水量,为新疆南疆盆地人工绿洲核桃节水灌溉与水分管理提供技术支持。【方法】以‘温185’核桃叶片为研究对象,利用Uni Spec-SC便携式光谱仪测定核桃果实不同生育时期的叶片光谱反射率,以水分指数(WI)、水分波段指数(WBI)、归一化水分指数(NDWI)、比值指数(WI/NDWI)、中心波长比值指数(Ratio975)和光化/生理反射(PRI)6种光谱水分指数为自变量,分别采用一元线性回归(MLR)、多元线性逐步回归(SMLR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(SPLR)构建‘温185’核桃果实坐果期、速生生长期、硬核期、脂化期和近成熟期叶片含水量的光谱估算模型,并利用独立样本对模型精度进行检验和评价。【结果】在可见光波段,光谱反射率随叶片含水量的增加而增大,而在近红外波段,随叶片含水量的增加光谱反射率则呈减弱趋势,且绿光、黄光、红光、近红外光波段均是‘温185’核桃叶片水分含量的光谱敏感波段。果实不同生育时期叶片含水量与光谱水分指数的相关性虽均达极显著水平(P0.01),但相关系数绝对值的大小有较大差异。采用不同方法所构建的叶片含水量光谱估算模型中,果实坐果期、硬核期、脂化期和近成熟期以SMLR模型拟合度(R~2)最高,均在0.82以上,果实速生生长期则以PCR模型拟合度(R~2)最高,达到0.877 4,且采用独立样本对2种回归模型检验的均方根误差(0.613 7 g·kg~(-1)≤RMSE≤5.774 6 g·kg~(-1))和相对误差(0.818 2%≤RE≤2.977 5%)均较小,并均通过置信椭圆检验,模型估算值与实测值一致;而构建的果实不同生育时期叶片含水量MLR和SPLR模型拟合度(R~2)均较低,且均方根误差(1.021 0 g·kg~(-1)≤RMSE≤11.205 6 g·kg~(-1))和相对误差(1.109 7%≤RE≤3.680 8%)较大,表明模型估算效果均较差。【结论】所筛选的‘温185’核桃果实坐果期、硬核期、脂化期、近成熟期叶片含水量SMLR光谱估算模型和果实速生生长期叶片含水量PCR光谱估算模型具有很好的稳定性和较高的估算精度。可应用光谱水分指数构建叶片含水量估算模型,以用于新疆南疆盆地人工绿洲核桃果实不同生育时期叶片含水量的定量适时反演。光谱技术在核桃树体水分含量信息探测方面有较大的应用潜力。     

基于高光谱微分指数的杉木炭疽病病情指数反演

通过实地调查,获取杉木炭疽病病情指数以及各级病情梯度的高光谱遥感数据,将冠层光谱一阶微分数据与相应的病情指数进行相关性分析,选取相关系数大于0.7的高光谱微分指数构建反演模型,并对模型进行精度检验。结果表明:病情指数与冠层光谱一阶微分值在431～485nm,549～616nm和700～754nm3个波段达到极显著相关;以微分指数SDy,SDr,SDg/SDb,(SDg-SDb)/(SDg+SDb)和(SDr-SDy)/(SDr+SDy)为变量反演病情指数的最佳模型均为线性模型,均方根差在0.094～0.119之间。该研究结果表明,利用高光谱微分指数估测杉木炭疽病病情指数精度较高,且具有较高的实际应用价值。     

森林冠层叶片氮浓度高光谱遥感反演研究进展

氮素是植物生命活动所需的重要营养元素,在森林植被的光合作用和生态系统固碳方面起着关键作用。因此,理解森林叶片氮浓度在叶片和冠层（遥感像元）尺度上的高光谱特征,是开展森林冠层叶片氮浓度（CNC）遥感反演、优化森林碳循环模拟、应对气候变化的重要基础工作。当前,森林CNC的光谱特征提取受到冠层结构因素的影响,其高光谱遥感反演的理论亦不明确。文中通过梳理国内外大量植被叶氮高光谱反演的代表性研究成果,以时间为轴线从叶片和冠层2个尺度上进行文献综述,详细阐述当前国内外森林叶氮浓度高光谱遥感反演的主要方法、研究热点和面临的问题,并对近年来学界关于森林冠层结构在冠层叶片氮浓度遥感反演中的影响进行综述,并展望森林冠层叶氮浓度高光谱遥感反演的发展方向。     

马尾松毛虫危害程度的高光谱监测方法

以受松毛虫不同危害程度的马尾松林分为研究对象,对在受到松毛虫危害时的马尾松冠层物理参数(单簇针叶体积、针叶长度、针叶中间直径)和马尾松林冠层高光谱光谱指数之间的关系进行分析,结果表明:(1)冠层的单簇针叶体积的变化可直接反应松毛虫的危害程度,单簇针叶体积越小虫害越严重,它的变化也引起了冠层光谱的各植被指数发生不同程度的变化,而其他冠层物理参数不能反应出松毛虫的危害程度。(2)从马尾松林冠层提取的高光谱遥感植被指数对虫害的不同程度的敏感性不同。增强型植被指数(EVI)、绿波段叶绿素指数(Red/Green)和归一化指标指数(NDVI)在虫害发生的中期与晚期有显著变化,但具有饱和现象,不能用来对马尾松林分受松毛虫虫害时进行早期监测;而红边波段叶绿素指数(CI_(rededge))、比值植被指数(RVI_(550))、比值植被指数(RVI_(700))、绿波段归一化植被指数(gNDVI)、差值植被指数(DVI)和结构不敏感色素指数(SPID)在虫害发生的整个时间范围内都有很明显的变化,不会达到饱和,可以在虫害发生的早期就进行监测。     

基于红边参数与PCA的GA-BP神经网络估算叶绿素含量模型

利用便携式ASD野外光谱辐射仪对杉木冠层叶片光谱进行测定,同时以分光光度法对叶片叶绿素含量进行提取。样本经均值处理、平滑处理和微分处理后,进行红边参数提取。对11个红边参数以PCA方法进行降维,将得到的前7个主成分得分作为网络输入参数,叶绿素含量作为网络输出参数,以遗传算法(GA)优化网络初始权值阈值,建立隐含层神经元数分别为4,6,8,10,12和14的6种单隐层BP神经网络模型。以R2,RMSE和相对误差作为模型精度检验标准,结果表明:6种模型预测精度均可达到92.0%以上,其中隐含层神经元数为10时,预测精度最高,可达97.372%。说明此种模型可对杉木冠层叶片叶绿素含量进行高精度估算。     

基于反射光谱指数的锐齿栎叶片色素含量估算

[目的]探讨锐齿栎叶片色素含量和光谱反射率之间的关系,确定无损、快速估算锐齿栎叶片色素含量的敏感反射光谱波段和光谱指数。[方法]在2个样地进行了2年的野外观测试验,于生长季内同步测定了锐齿栎叶片的光谱反射率和不同光合色素含量,分析了350 2 500 nm范围内光谱反射率和敏感光谱指数与叶片色素含量及比率之间的定量关系。[结果]锐齿栎叶片的光谱反射率随叶片色素含量呈明显的规律性变化,与Chl a、Chl b、Chl和Car的含量在可见光的绿光黄光及红边区域表现为显著或极显著的负相关性,与Car/Chl表现为极显著的正相关性;在近红外和短波红外区域,光谱反射率与色素的相关性不及可见光区。本文构建的色素敏感光谱指数ND(705,350)、ND(800,705)、m ND(800,705)和m PRI可以准确地估算锐齿栎叶片的Chl a、Chl b、Chl含量和Car/Chl比率。独立的试验数据检验表明估算值和实测值的拟合关系较好。[结论]ND(705,350)、ND(800,705)、mND(800,705)和mPRI可有效地估算锐齿栎叶片的色素含量及比率。     

森林叶绿素含量的高光谱遥感估算模型的建立

高光谱遥感提供一个通过窄波段的地物光谱反射率、诊断和检测植被叶绿素光谱特征波段的手段,为精确反演森林叶绿素含量提供更高光谱分辨率的数据。利用Epp-2000地物光谱仪测量叶片的反射光谱,并用SPAD-502对观测叶片进行叶绿素含量的同步测量;采用统计相关分析方法,分析叶片反射光谱、光谱特征参数及其各种植被指数与叶片叶绿素含量的相关关系,并建立相应的估算模型。结果表明：叶绿素含量的敏感性参数分别为Diff（R749）、Log（R466）、红边参数RVP以及比值叶绿素指数PSSR。通过多元统计回归分析,剔除不相关和存在共线性的参数后,得到叶绿素含量的估算模型为：SPAD=54．559—0．865×PSSR＋65．146×Diff（R749）-6．030×Log（R466）-0．238×RVP模型及其参数均通过统计检验,模型的决定系数砰达到0．812,均方根误差RMSE=13．35379,模型精度为88．743258％。     

北方型美洲黑杨不同无性系重要性状评价

[目的]为杨树高产低耗高效工业用材新品种选育筛选新种质。[方法]采用布雷金多性状综合评定法和模糊数学隶属函数值法,系统分析和评价北方型美洲黑杨种质生长及光、水分、养分等关键环境资源利用性状。[结果]表明:(1)种源间、种源内无性系间在生长、光合、水分和养分利用方面的差异显著或极显著。(2)总叶面积、成叶速率、暗呼吸速率、氮素转移率、生长旺期水分利用效率与北方型美洲黑杨胸径显著或极显著相关。(3)筛选出M6、Q1、Q5、M5、Q7、Q3、M3、Q9等高产型种质,M6、Q1、Q2、M5、Q5、M3、Q4、M2等高产高光效型种质,Q5、Q1、W9、M5、Q7、M6、M3、W2等高产高水分利用型种质,Q9、Q5、Q3、Q8、Q1、M10、Q7、I5高产高养分利用型种质。其中,Q5、M6、Q1、Q2、Q9等无性系兼具生长和对资源(光、水分和养分)的利用优势。[结论]北方型美洲黑杨遗传变异丰富,为优良种源和种质选择提供了依据;总叶面积、成叶速率、、暗呼吸速率、氮素转移率等5个与生长关系密切的指标可作为种质资源评价的可靠指标;筛选出的优良种质特别是综合表现最优的5个无性系是后续育种工作的有效资源。     

不同种源文冠果叶片气孔分布特征对水分胁迫的响应

[目的]探究不同种源文冠果叶片气孔分布特征对水分胁迫的响应,了解其耐旱性差异,为节水耐旱文冠果种源的选择提供依据。[方法]以集中分布在华北地区的3个不同种源文冠果幼苗为研究对象,通过盆栽控水方法设置充足水分(W1)、正常供水(W2)、轻度干旱(W3)和重度干旱(W4)4个水分梯度,采用指甲油印迹技术,研究不同种源文冠果叶片气孔分布特征对水分胁迫的响应。[结果]表明:不同种源文冠果的气孔均分布在叶片的下表皮,随着干旱胁迫程度的加剧,气孔变得小而多,趋于旱生植物的叶片气孔分布结构特征;气孔分布特征对水分胁迫的响应存在显著的差异性,与河南三门峡、山西晋中两个种源相比,河北承德种源叶片在不同水分胁迫处理下均具有小而多的气孔,以及较强的气孔调节能力。[结论] 3个种源文冠果叶片气孔分布特征均存在着不同程度的趋于旱生结构;河北承德种源文冠果叶片气孔器比其他2个种源均相对小而多,且调节能力强,属华北地区抗旱优良种源。     

闽楠天然次生林自然更新的影响因子研究

[目的]分析闽楠天然次生林自然更新与环境因子之间的关系,为其科学经营及保护提供参考依据。[方法]以江西省吉安市闽楠天然次生林为研究对象,通过标准地调查获取数据,运用多元数量化模型I建立闽楠幼树幼苗重要值与环境因子的关系模型,采用单因素方差分析单个环境因子对闽楠幼树幼苗更新的影响。[结果]研究表明:密度(闽楠下种母树株数、郁闭度、株数密度)、坡位、腐殖质层厚度、坡向、林下植被盖度、凋落物层厚度是影响闽楠天然次生林自然更新的主要因素,偏相关系数在0.325 7 0.715 7之间,t检验结果为极显著或显著;模型复相关系数为0.966,F检验结果为极显著(F=30.96~(**))。[结论]闽楠下种母树株数对其幼树幼苗的更新起着最主要的作用,而郁闭度与株数密度过高或过低、凋落物层越厚、腐殖质层越薄、林下植被盖度越大均不利于其自然更新,同时,半阴坡、下坡位条件下的闽楠幼树幼苗的更新好于其它坡向与坡位。为促进闽楠幼树幼苗的自然更新,林分中闽楠下种母树应保留200株·hm~(-2)以上,以及对郁闭度、林下植被盖度及凋落物层厚度等实施相应的调控措施。     

模拟干旱下毛竹叶片水势的动态变化

[目的]定量分析毛竹叶片凌晨水势随生长季节和竹龄的梯度变化趋势及其对截雨干旱的响应特征,阐明毛竹不同年龄个体水分供给关系的季节差异。[方法]通过人工截雨模拟干旱试验,采用PSYPRO水势测量系统动态监测毛竹叶片凌晨水势的变化。[结果](1)无论干旱与否,同一竹龄毛竹叶片凌晨水势在季节间差异较显著(P0.05),而在竹龄之间无显著差异。(2)同龄毛竹叶片凌晨水势随生长季节变化呈现峰值,且因竹龄而异。自然生长(对照)1年生和7年生毛竹叶片凌晨水势随季节变化呈现"单峰"趋势,以9月份最高;2年生至5年生个体叶片凌晨水势随季节变化为"双峰"趋势,分别在9月份和12月份出现峰值。截雨干旱后,1年生和2年生毛竹叶片凌晨水势呈"双峰型",3年生至5年生随季节变化呈"单峰型"。叶片凌晨水势与土壤水分状况随季节变化趋势具有一致性。(3)截雨干旱与自然生长下毛竹叶片凌晨水势于不同生长季节随竹龄大小的变化趋势较为相似。干旱与否,在8月份至10月份生长旺盛期,叶片凌晨水势随着竹龄增加而下降,水分有从幼竹向老竹输送的趋势。12月份至翌年3月份孕笋期正好相反,随着竹龄增加其叶片凌晨水势增加,水分具有从老竹高水势向幼竹低水势输送的趋势。表明水分在毛竹不同竹龄个体之间输送补给方向因生长季节不同而存在差异。(4)在生长旺盛期,干旱处理毛竹叶片凌晨水势显著低于自然生长毛竹,且随着竹龄增加,水势差异幅度增大;在孕笋期,5年生以上老竹干旱后叶片凌晨水势低于对照毛竹。(5)不同生长季节不同冠层部位叶片凌晨水势存在差异,但均不显著,叶片凌晨水势随冠层分布趋势也受竹龄大小影响。[结论]同一竹龄毛竹叶片凌晨水势存在较显著的季节间差异,毛竹叶片凌晨水势与土壤水分状况的季节变化趋势一致。水分在毛竹不同竹龄个体之间输送方向因生长季节而异,表明水势是驱动毛竹适应干旱胁迫的重要因素。     

滩地杨树人工林皆伐后蒸发散与产流变化

[目的]揭示杨树人工林皆伐对滩地蒸发散和产流的影响。[方法]基于涡度相关系统对长江滩地杨树人工林皆伐前后水汽通量连续3年(2010―2012年)的观测数据,通过对比皆伐前、后气候条件相似的2个时段(1整年)的蒸发散,揭示皆伐后研究区蒸发散的变化,并基于水量平衡反推研究区产流的变化。[结果]皆伐后土壤温度和水位上升,土壤表层含水量全年均值减小约0.03;研究区蒸发散皆伐前、后具有相似的日变化规律和季节动态特征,但皆伐后的全年蒸散量仅为皆伐前的66.3%;皆伐后研究区产流率(产流量/降雨量)从皆伐前的0.53上升至0.62;皆伐前、后7、8、12月的干旱指数(潜在蒸发散/降雨量)均大于1,其他时期均小于1。[结论]滩地杨树人工林皆伐后滩地蒸发散减少而产流率增加,加剧夏季干旱的可能性有所降低,但洪水爆发期间削减洪峰的能力也减弱。     

基于UAV高分影像的杨树冠幅提取及相关性研究

[目的]以无人机高清影像为数据源,结合样地实地调查数据,研究杨树冠幅提取及其与胸径和林分蓄积量的相关性,为无人机森林调查技术提供一种思路和方法。[方法]基于无人机高分影像及实地调查数据,采用面向对象法,对杨树林木冠幅进行分割与提取,通过实地测量数据建立冠幅-胸径模型,利用一元材积表计算样地蓄积量,并进行相关性分析与精度检验。[结果]影像分割效果良好,但提取得到的冠幅比实际值偏小,研究区最适宜的杨树冠幅分割尺度为10,平滑度0.1,紧致度0.5。杨树冠幅与胸径建立相关模型,其中一元线性方程拟合效果最好,相关系数为0.75。通过模型计算的样地蓄积与实测样地蓄积进行双侧T检验,结果 sig=0.0580.05,两组数据差异不显著。[结论]采用面向对象法,通过无人机高分影像能自动分割并提取了杨树林木冠幅信息,提取效果良好;利用影像提取林木平均冠幅,通过冠幅-胸径相关关系模型得到林木胸径,进而推算林分蓄积的方法可以满足森林资源调查精度要求。     

管芯片技术通量检测杨树溃疡病病菌的应用

正基因芯片技术因能对生物样本进行快速、高通量的定性和定量分析,而在植物病害诊断中也得到普遍的应用[1]。树木溃疡病是指引起木本植物树皮上出现溃疡腐烂等症状的病害[2]。引起杨树溃疡病的真菌种类较多,加之其无性型和有性型多样,所以,关于杨树溃疡病病原菌的报道多有不同。另外,受地理位置、寄主植物关系及分类体系的限制,迫切需要发展不依赖于常规分离培养的病原鉴定新技术。     

Variability in Populus leaf anatomy and morphology in relation to canopy position, biomass production, and varietal taxon

Twelve poplar (Populus) genotypes, belonging to different taxa and to the sections Aigeiros and Tacamahaca, were studied during the third growing season of the second rotation of a high density coppice culture. With the objective to highlight the relationships between leaf traits, biomass production and taxon as well as the influence of canopy position, anatomical and morphological leaf characteristics (i.e. thickness of epidermis, of palisade and spongy parenchyma layers, density and length of stomata, leaf area, specific leaf area (SLA) and nitrogen concentration) were examined for mature leaves from all genotypes and at two canopy positions (upper and lower canopy). Above ground biomass production, anatomical traits, stomatal and morphological leaf characteristics varied significantly among genotypes and between canopy positions. The spongy parenchyma layer was thicker than the palisade parenchyma layer for all genotypes and irrespective of canopy position, except for genotypes belonging to the P. deltoides × P. nigra taxon (section Aigeiros). Leaves at the upper canopy position had higher stomatal density and thicker anatomical layers than leaves at the lower canopy position. Leaf area and nitrogen concentration increased from the bottom to the top of the canopy, while SLA decreased. Positive correlations between biomass production and abaxial stomatal density, as well as between biomass production and nitrogen concentration were found. A principal component analysis (PCA) showed that genotypes belonging to the same taxon had similar anatomical characteristics, and genotypes of the same section also showed common leaf characteristics. However, Wolterson (P. nigra) differed in anatomical leaf characteristics from other genotypes belonging to the same section (section Aigeiros). Hybrids between the two sections (Aigeiros × Tacamahaca) expressed leaf characteristics intermediate between both sections, while their biomass production was low.     

采伐对天然云冷杉针阔混交林半分解层凋落物现存量、含水率及林分郁闭度空间异质性的影响

[目的]以吉林省汪清林业局金沟岭林场4块天然云冷杉针阔混交林为研究对象,探究不同采伐强度下[重度(采伐强度21. 21%),中度(采伐强度11. 22%),轻度(采伐强度6. 29%)和对照(未采伐)]凋落物半分解层现存量、含水率与林分郁闭度的空间异质性。[方法]采用地统计学方法,对各样地凋落物半分解层现存量、含水率与林分郁闭度数据进行普通克里金插值,得到3个指标的空间分布格局图。[结果]表明:在10 100 m的尺度上,采伐使得凋落物现存量由离散型分布转变为聚集型分布,而对凋落物含水率的空间格局影响不大;所有样地的郁闭度均表现为聚集型分布,采伐一定程度上影响了其在中度采伐与重度采伐样地的空间异质性;凋落物现存量与林分郁闭度之间不存在相关性,而在对照样地,凋落物现存量与含水率存在显著的负相关,但相关程度较弱(r 0. 3)。[结论]采伐对凋落物半分解层含水率空间异质性影响不大;中度采伐与重度采伐样地的郁闭度异质性可能是由于采伐不均匀所导致;采伐使凋落物现存量空间异质性程度降低。