叶生态特征及其相关性对下垫面热效应的生态权衡

为研究植物叶性状及其相关关系对城市下垫面热效应的响应及其生态权衡策略,以生长在6种典型城市下垫面(沥青、水泥、荷兰砖、大理石、嵌草砖和自然地表)环境中的3种常见绿化树种(洋白蜡、国槐和臭椿)为研究对象,测定其叶功能性状指标。结果表明：比叶面积、叶绿素含量、气孔面积、气孔开度及叶氮磷比均随着环境地表温度的增大总体上呈现先增加、后减小的趋势,城市下垫面从大到小依次为嵌草砖地表、自然地表、大理石地表、水泥地表、荷兰砖地表、沥青地表。而叶干物质含量、叶组织密度、气孔密度及叶脉密度、叶氮含量、叶磷含量则呈相反的变化规律,城市下垫面从大到小依次为沥青地表、荷兰砖地表、水泥地表、大理石地表、自然地表、嵌草砖地表。叶性状间表现了一定的相关关系,其中,比叶面积与叶干物质含量、叶组织密度与气孔密度间呈极显著的负相关关系(P<0.01),与叶氮含量、叶磷含量呈显著的正相关关系(P<0.01)。叶干物质含量与叶组织密度、叶脉密度和叶氮含量存在极显著的正相关关系(P<0.01)。气孔密度与气孔面积、气孔开度间存在显著的负相关关系(P<0.05),而与叶脉密度间存在显著的正相关关系(P<0.05)。气孔面积与叶氮含量间存在显著的正相关关系(P<0.05),与叶组织密度呈极显著的正相关关系(P<0.01)。随着地表温度的升高,植物叶性状间的相关性呈现先增、后减的趋势,小幅度升温总体上有利于加强叶功能性状间的相关性,而温度过高则明显降低其相关关系。城市生态系统中,植物叶片具有低的比叶面积、叶绿素含量、气孔面积、气孔开度和叶氮磷比,高的叶干物质含量、叶组织密度、气孔密度、叶氮含量和叶磷含量,进一步验证了城市生态系统中叶经济谱的存在,并在该谱系中属于“快速投资-收益”型。     

基于eCognition软件的显微图像叶脉网络提取与优化

叶脉网络的提取及其性状参数的测算,可为植物叶脉生态学机理研究提供重要参考。以不同叶特性的6类树种(国槐、毛白杨、臭椿、洋白蜡、元宝枫和栾树)叶片为对象,基于e Cognition软件对叶脉显微图像进行多尺度分割,综合利用显微图像的光谱信息和几何信息构建提取知识库,并使用叶脉循环生长法对提取结果进行完善,增加叶脉网络的完整性。结果表明,叶脉提取的最优阈值分别为:尺度参数200,形状参数0. 7,紧凑度参数0. 3,亮度特征值230～280,光谱特征值180～230,几何特征值大于1. 5。叶脉密度测算的精度均达到了93%以上,对植物叶脉信息的快速提取具有较高的普适性。     

水稻分蘖期旱涝交替胁迫对干物质累积及氮素吸收的影响

通过盆栽试验,研究了水稻分蘖期旱涝交替胁迫对各器官氮素的吸收、分配与转化效率以及光合同化物累积的影响。结果表明,旱涝交替胁迫结束后,HD和LD处理根、茎、叶干物质累积量与氮素累积量均极显着低于CK(P0.01)。分蘖期末(旱涝交替胁迫结束)—拔节抽穗期,HD和LD处理根、茎干物质累积速率较CK显著增大(P0.01),而HD处理和CK的叶干物质累积速率却极显著高于LD处理(P0.01)。拔节抽穗期—黄熟期,CK穗干物质量、氮素质量分数、粗蛋白以及氮素利用效率显著高于LD和HD处理(P0.05),但HD和LD处理叶片氮素表观转移率较CK却分别提高了15.47%和12.31%,且HD和LD处理穗质量占冠质量的比例较CK分别提高了10.74%和10.28%。     

不同灌溉模式对黄淮海平原区夏玉米生产性状及水分利用率的影响

为了探明黄淮海平原区不同灌溉模式对夏玉米生产性状和水分利用效率的影响,2018-2019连续2年设置覆膜浅埋滴灌(T4)、浅埋滴灌(T3)、覆膜滴灌(T2)、地表滴灌(T1)和传统畦灌(CK)等5种灌溉方式实施大田对比试验,测定了玉米株高、叶面积指数(LAI)、地上部干物质累积量、产量及产量构成因素以及水分利用效率(W...     

锦州不同程度干旱对玉米生长发育和产量影响

为探讨拔节期和抽雄期的中度和重度干旱对锦州地区玉米生长发育和产量的影响,应用大型活动遮雨棚,以主栽夏玉米大田试验为基础,设置对照组（CK）和干旱胁迫组（T1、T2、T3、T4）共5个处理,每个处理4次重复。试验结果表明,T2较CK极显著变矮,T1较CK显著变矮,即株高为CK>T1>T2;T3和T4株高较CK也变矮,但是未达到显著性差异,株高为CK>T3>T4,但影响小于T1和T2。T2总叶数影响较CK极显著变少,T1总叶数较CK显著变少,即总叶数为CK>T1>T2;T3和T4总叶数较CK也显著变少,总叶数为CK>T3>T4。果穗长T2、T3、T4均比CK极显著减少,秃尖比均比CK极显著增加;果穗粗5组处理均差异不显著,百粒质量T4较CK显著减少,穗粒质量T1、T2、T3、T4均较CK极显著减少。玉米籽粒理论产量均较CK极显著减少。玉米在拔节期和抽雄期遭受中度和重度干旱影响后对株高、总叶数、穗部性状和籽粒理论产量均有不同程度的负面影响。玉米株高和总叶片数在拔节期遭受干旱的负面影响更大,玉米穗部性状和籽粒理论产量在抽雄期遭受干旱后的负面影响更大,玉米株高、总叶片数、穗部性状和籽粒理论产量影响程度随干旱强度的增强而加强,干旱越严重玉米减产越严重。      

昼夜增温条件下水分亏缺对不同生态型小麦幼苗生长发育的影响

以半冬性小麦品种西农2000和冬性品种兰天26号为材料,利用智能型程序型人工气候箱设置昼夜恒定温度梯度14℃(T1)、16℃(T2)、18℃(T3)和20℃(T4)4个,土壤含水量分别为饱和含水量的75%~80%(CK)、60%~65%(LW)和50%~55%(MW)3个梯度,研究温度和水分互作对不同生态型品种小麦幼苗生长发育的影响。结果表明,水分和温度对小麦幼苗生长发育均有显著影响(P0.05)。幼穗分化进程以T4CK处理缩短最明显,较最慢的T1CK处理平均缩短7d,温度对幼穗分化的影响效应高于水分;温度处理中,最高温度的T4(20℃)处理较T1(14℃)处理幼穗分化进程平均显著提前4.7 d,而适当水分胁迫尽管加快幼穗分化进程,但较充分灌溉CK无显著差异;在生长指标上,轻度水分胁迫LW有利于增加次生根数目、单株叶面积和干物质量,分别较充分供水CK平均增加22%、7%和14%,而次生根长和株高均表现降低,较CK平均降低7%、3%;随着昼夜温度升高,小麦株高、单株叶面积、次生根数目、次生根长度及单株干物质均相应增加,二者平均最大相差2.31、2.94 cm、2.0个、3.74 cm2、1.86 g,但水分、温度及品种互作对小麦株高、单株叶面积、次生根数目、次生根长及干物质均无显著影响。     

旱直播种植对水稻植株水分分布与抗倒伏特性的影响

为探讨节水灌溉种植模式对水稻体内的水分分布特征和抗倒伏特性的影响,于2017年5—10月在黑龙江省庆安县采用测坑微区进行试验。试验设置3个处理:滴灌旱直播(DH)、漫灌旱直播(MH)和常规插秧淹灌(CK),并以CK处理作为对照。结果表明:DH与MH处理的叶、鞘、茎和冠部湿基含水率在全生育期均低于CK处理,但根部湿基含水率从分蘖末期开始均高于CK处理。乳熟期和黄熟期茎部不同节间湿基含水率(W)、节间长度(L)、株高均以DH处理最低、CK处理最高,而茎部单位长度节间质量(Uw)均以DH处理最大、CK处理最小。相比CK处理,DH处理显著提高了水稻茎部的抗折力(F)、折断弯矩(Bm)和弯曲应力(Bs),降低了弯曲力矩(Wp)、断面模数(Z)和倒伏指数(Li),这表明滴灌旱直播种植模式显著提高了水稻的抗倒伏能力。不同参数间的相关关系表明,L、W、Wp、Z与Li之间均表现为极显著正相关(P 0. 01),而Uw、F、Bm、Bs与Li呈显著负相关(P 0. 05),且水稻茎部湿基含水率与倒伏指数呈极显著正相关(P 0. 01),这说明利用茎部湿基含水率能够表征和预测水稻的倒伏指数。本研究可为解决东北黑土区水稻倒伏、用水效率低下等问题提供新的方法和途径。     

水肥一体化对烤烟钾吸收及产质量的影响

探明水肥一体化技术对烤烟钾吸收及产质量的影响,为提高烟叶钾含量提供依据。以烤烟品种LY1306为试验材料,在田间采用单因素随机区组试验,设计空白对照(CK)、常规施肥(T1)和水肥一体化(T2)3个处理,对烤烟干物质积累、各部位钾素积累量和积累速率、烤后烟叶化学成分和经济性状进行比较研究。与CK、T1处理相比,T2处理的干物质积累量始终最高,干物质积累速率提高了70.03%、36.72%,最大干物质积累速率出现时间为53.370 d,较CK和T1处理提前了7.884 d和5.777 d;随生育期进程的推移,各部位钾素积累量呈明显的“S”形上升,处理间均表现为T2>T1>CK;T2处理各部位的钾平均积累速率、钾最大积累速率较CK和T1处理明显提高,最大钾积累速率出现时间整体上较CK和T1处理明显提前,且在烟草根系中表现最为明显,烟草根系中钾平均积累速率较CK明显提高64.67%,钾最大积累速率较CK和T1处理明显提高72.28%和33.72%,钾最大积累速率出现时间较CK和T1处理提前了7.28 d和8.78 d;T2处理各部位烤后烟叶钾含量、钾氯比均为最高,其中部叶钾含量较...     

垄沟集雨补灌对冬油菜根系、产量与水分利用效率的影响

为确定垄沟集雨栽培条件下冬油菜蕾薹期的适宜补灌量,设置垄沟集雨雨养(T1)、垄沟集雨补灌60 mm(T2)和120 mm(T3)3个处理,并设平作补灌120 mm作为对照(CK),通过2年田间试验,系统地对比分析了不同补灌处理对冬油菜0~30 cm和30~100 cm土层的平均土壤含水率、地上部干物质量、主根性状和侧根密度、产量构成及水分利用效率的影响。结果表明,T2和T3处理不同时期0~30 cm土层的平均土壤含水率、花期和角果期地上部干物质量均明显高于T1和CK处理,T2和T3处理角果期的主根直径和干质量、0~10 cm和10~20 cm侧根密度显著增加,且T2和T3处理间不存在显著差异。T2和T3处理能显著增加油菜籽粒产量和水分利用效率,T2和T3处理2年平均分别比T1增产50.99%和58.15%,比CK增产53.89%和61.19%;T2和T3处理2年平均水分利用效率比T1分别提高37.28%和25.98%,比CK分别提高92.77%和76.90%。2年中T3处理均能获得最高的籽粒产量,但T3与T2处理间产量不存在显著差异,T3较T2仅增产4.74%,但T2比T3能够减少灌水量60 mm,减少耗水量45.5 mm,水分利用效率提高8.97%。从节水和农业可持续发展的角度来看,垄沟集雨种植并在蕾薹期补灌60 mm(T2)为较优的冬油菜栽培灌溉措施。     

不同产量水平下冬小麦生长发育和耗水特性研究

【目的】通过控制施肥量来模拟冬小麦不同产量水平,进而了解不同产量下冬小麦生长状况及耗水特性变化,为田间用水管理、区域农业高效用水发展战略的制定提供理论依据。【方法】试验设置4个产量水平7 500 kg/hm~2(C0),8 250 kg/hm~2(C5),9 000 kg/hm~2(C10),9 750 kg/hm~2(C15),以不施肥(CK)为对照,研究不同产量下冬小麦叶面积指数、干物质积累、耗水特性及水分利用效率差异变化。【结果】随目标产量的增加,冬小麦叶面积指数、花前及花后干物质累积量、生物量逐渐增加,干物质转移量、干物质转移率和转移干物质对籽粒的贡献率逐渐减少,产量结果基本达到预期目标。与CK相比,C15处理冬小麦叶面积指数、花前及花后干物质累积量、生物量分别平均增加52.6%、25.9%、112.6%、51.2%,而干物质转移量平均减少44.7%,说明冬小麦后期干物质的合成对籽粒高产的形成起主要作用。随目标产量的增加,冬小麦耗水量增加,土壤含水量减少,2016—2017年C0、C5、C10、C15处理冬小麦水分利用效率无显著差异,2017—2018年各处理冬小麦水分利用效率均有显著性差异,与CK相比,C15处理冬小麦耗水量和水分利用效率分别平均增加29.7%、28.5%。【结论】冬小麦随产量提升的叶面积指数、干物质累积量和耗水量显著增加,其中后期干物质的合成是产量形成的主要原因,同时高产条件下冬小麦水分利用效率显著提高。     

菠萝叶收获和纤维提取联合收割机的设计与试验

针对菠萝叶手工收割和提取纤维效率低、劳动强度大、严重制约菠萝叶规模化利用及资源浪费的问题,研制了一种菠萝叶收获和纤维提取联合收割机。通过设计主要工作部件,确定了收割机构、输送机构、喂麻机构、刮麻机构和分离机构的主要结构和工作参数,分析了各因素对收割机构、输送机构、喂麻机构和刮麻机构的影响,并对样机进行了性能检测。结果表明:该机菠萝叶收获损失率为26.7%,生产率为0.21 hm^2/h,纤维含杂率较高(38.3%),但可满足粘胶纤维原料的要求,单位面积耗油量为78.6kg/hm^2。     

核桃复叶形态计算机模拟研究与实现

植物冠层是虚拟植物的重要研究内容。叶片作为植物冠层的重要组成部分,叶片形态的模拟对于虚拟植物的研究具有非常重要的价值。核桃的叶片形态不同于其他植物的叶片,有很大的特殊性,其叶片是以复叶的形式出现,模拟有一定的难度。为此,采用椭圆同轴相交的方法实现单个叶片的模拟,再利用平移和旋转等方法实现核桃复叶形态的模拟,从而为进一步进行核桃冠层模拟及其辐射传输动态模拟奠定了基础。     

基于时间序列的玉米叶片性状动态提取方法研究

玉米叶片性状对生长发育、遗传育种及功能基因解析研究具有重要意义,而传统的测量方式效率低、主观性强、测量性状少,已无法满足现代玉米研究的需求,为此提出一种基于时间序列的玉米叶片性状动态追踪技术。研究基于高通量作物表型平台,针对100份玉米品种资源,每间隔3 d获取8个玉米生长点图像;利用图像分割、叶片骨架提取等算法得到单片叶长、叶角度、叶弯曲度参数;基于叶片相对位置信息实现玉米叶片的动态追踪及标记。试验结果和人工测量值相比,叶长和叶夹角测量误差分别为0.92%和3.32%。叶片追踪可以得到叶片的动态变化过程,计算获取叶片长度的平均生长率及叶片弯曲度的变化分布。     

分蘖期旱涝交替胁迫对水稻叶片性状的影响

采用盆栽试验,设置2个旱涝交替胁迫处理(旱-涝-旱连续胁迫,其中涝为保持水深10 cm;轻旱(T-LD)和重旱(T-HD)),并以常规灌溉(CK)为对照,研究了分蘖期旱涝交替胁迫对水稻叶片含水率、叶面积、叶倾角和不同叶位叶片形状的影响。结果表明,水稻分蘖期受旱后叶片含水率降低,且胁迫程度越大叶片含水率越低;分蘖期旱涝交替胁迫抑制水稻叶片的叶面积增加,在后期复水后叶面积仍处于较低水平(T-LD、T-HD处理仅为CK的42.43%、53.90%),但黄熟期T-HD处理叶片比叶质量比CK低1.01%。旱涝交替胁迫下水稻上层叶倾角表现出大于CK的趋势,在抽穗开花期,水稻剑叶和倒二叶生长迅速。     

基于SHAW模型的冬小麦叶温模拟

叶温是反映冬小麦健康状况的关键指标,但获取麦田叶温动态变化过程及廓线分布存在着较大困难。本文以河南省商丘市为研究区,引入表达土壤-植被-大气能量传输的SHAW模型,对其进行本地化标定,在垂直方向上0~60cm高度以10cm为间隔进行分层,模拟冬小麦拔节期至抽穗期间的叶温时序曲线及廓线,并结合田间同期不同高度的叶温实测数据,对模拟结果进行分析。结果表明：SHAW模型可有效地用于麦田叶温时序曲线和廓线模拟,决定系数达0.8476,夜间模拟效果显著优于白天,决定系数分别为0.8622和0.7602。对叶温日平均值、最低值和最高值的分析表明,均方根误差范围为1.36~4.09℃,且最低温模拟效果最好,平均值次之,最高温误差最大。叶温廓线模拟分析表明,各高度决定系数均达到0.82以上,且随高度的增加而增大,均方根误差范围为2.41~3.35℃,平均误差均小于0℃;叶温总体上呈现出夜间随高度增加而降低的趋势,而白天随高度增加而升高的趋势。     

灌溉柑橘园中叶片湿润传感器校准方法研究

叶片湿润时间是植物病害模型的重要输入变量之一,它与许多叶部病原菌的侵染有关,影响病原侵染和发育速率。叶片湿润传感器可以实现对其实时、自动化监测,而由于叶片湿润时间受到环境和植物交互效应的影响,需要在灌溉环境下的柑橘园中进行校准。以生长季的柑橘为试验材料研究校准方法。叶片湿润传感器角度为30°,采用移液枪向传感器滴水和使用灌溉设施向传感器喷灌2种方法来确定传感器的干湿阈值;比较了柑橘冠层不同位置的传感器监测效果,并研究了有雨和无雨条件下对传感器监测效果的影响,最后通过神经网络模型验证阈值的合理性。结果表明：叶片湿润传感器在灌溉环境下干湿阈值为270 mV,此时传感器的监测效果最好,误差在2 h以内,通过与神经网络模型预测结果对比,证实此阈值下传感器监测效果良好;位于柑橘冠层底部位置的传感器监测准确率最高,可达0.95;传感器在无雨条件下监测效果优于有雨条件。该叶片湿润传感器校准方法可以用于灌溉柑橘园叶片湿润时间监测,符合柑橘病害预警系统的要求。     

基于Fluent的打叶机内部流场数值模拟

烟草打叶机内部流场会影响打叶工艺的效果,为揭示烟草打叶机内部空气的流动规律,利用三维建模软件Creo通过滑移网格技术建立打叶机箱体结构及流场区域模型,并通过流体力学软件Fluent进行模拟仿真,得到打叶机内部的流场压力、速度、温度分布图。从数值计算结果看出,合理范围内的进风速度与刀辊转速不会对机箱内部压力、速度分布造成过大影响,在通入热流体后,打叶机内部温度呈现均匀分布,出料区内部会形成旋转回流场造成烟叶堆积,通过添加挡板或者底部进风口能够消除旋转回流场。     

一种平台式剑麻收获机的设计

本设计从剑麻本身的特征以及剑麻种植的规模着手,结合目前农业机械的设计理念,实现了剑麻机械化收获。该机主要由工作平台、分叶机构、割叶机构和液压控制系统等关键部件组成,依据其工作平台轨道、分叶爪及割叶刀具等主要结构和工作原理,对液压系统进行了具体参数设计。该机解决了剑麻收割费时费力的问题,填补了国内机械化收割剑麻的空白,对推动剑麻产业的发展意义重大。     

辽西地区3种灌木的水分利用效率和叶性状特征

大扁杏、中国沙棘和黑果腺肋花楸是辽西地区的主要造林灌木树种。本文利用稳定同位素技术测定3种灌木叶片的稳定碳同位素比值（δ13C值）,分析它们的长期水分利用效率（WUE）;并结合3种灌木的叶性状研究,分析水分利用效率与叶性状各因子之间的相关性,探讨3个造林灌木树种在水分胁迫条件下的生理响应特征。结果表明：3种灌木的水分利用效率差异显著（P＆lt;0.05）,其中,中国沙棘水分利用效率最高,大扁杏次之,黑果腺肋花楸最低;叶性状各因子之间相关性显著;水分利用效率与单位重量叶氮浓度（Nmas ）、比叶面积（SLA）和全碳含量呈正相关,与单位面积叶氮浓度（Narea）和C/N呈负相关。水分利用效率和叶性状特征的研究结果表明3种灌木分别采取了不同的生理策略来适应水分胁迫环境。