球状分形结构模型在组织光学中的应用

建立了生物组织的球状分形结构模型,对生物组织的散射系数、各向异性因子、散射相函数进行了数值计算,提出了利用散射系数和各项异性因子的双等高线反演分形维数和相对折射率的方法。计算结果表明：在可见光波段生物组织的散射系数随波长的增加呈现幂函数衰减的关系;各向异性因子几乎与波长无关,在数值上与分形维数和相对折射率大小成反比。基于球状分形结构模型的散射相函数与Henyey—Greenstein（HG）相函数在前向（散射角〈100°）具有良好的一致性,同时较好的弥补了HG相函数在后向表征上的不足。     

Scaling and structure of dicotyledonous leaf venation networks

There have been numerous attempts to derive general models for the structure and function of resource delivery networks in biology. Such theories typically predict the quantitative structure of vascular networks across scales. For example, fractal branching models of plant structure predict that the network dimensions within plant stems or leaves should be scale-free. However, very few empirical examples of such networks are available with which to evaluate such hypotheses. Here, we apply recently developed leaf network extraction software to a global leaf dataset. We find that leaf networks are neither entirely scale-free nor governed entirely by a characteristic scale. Indeed, we find many network properties, such as vein length distributions, which are governed by characteristic scales, and other network properties, notably vein diameter distributions, which are typified by power-law behaviour. Our findings suggest that theories of network structure will remain incomplete until they address the multiple constraints on network architecture.     

间作对桑树和谷子生长和光合日变化的影响

以桑树和谷子为研究材料,探讨了大田条件下,桑树-谷子间作对桑树和谷子的干物质生产、土地利用率和光合日变化的影响.结果表明：桑树-谷子间作条件下,间作桑树的株高、地茎、根长和枝条数分别比单作桑树增加了6.0%、13.7%、6.8%和14.8%,且间作桑树的产叶量比单作桑树增加了31.3%;间作谷子与单作比较,其株高和根长的变化不大.桑树-谷子间作增加了土地当量比,提高了土地利用率.单作、间作桑树和谷子叶片在12:00时均表现出明显的光合午休现象,且单作桑树的光合午休现象比间作桑树严重.桑树-谷子间作提高了中午时桑树叶片气孔导度和水分利用率,增加了桑树光合碳同化能力,抑制了桑树叶片实际光化学效率、电子传递速率和最大光化学效率的下降,从而减缓了桑树的“光合午休”现象.桑树 谷子间作能明显提高桑树叶片的光合生产能力.     

Developing Children’s Observation Skills Using a Fractal Pattern from Nature

Abstract

This study aimed to support the development of the scientific observation skills of children at an early age using a pattern selected from nearby nature. For this purpose, a simple, innovative and authentic observation activity was designed using thorny burnet (Sarcopoterium spinosum L.), a plant unique to the Mediterranean region. The activity was conducted in a preschool institution with six-year-old children in the class hours of a weekly science course in three different environments (in-class, out-of-class, and out-of-school), and seven stages. In this activity, which aimed to transform children’s natural/spontaneous observation skills into scientific observation skills, patterns were revealed through systematic and sequential observation and drawings. At the end of the activity, it was found that the children had developed skills related to breaking a whole into its parts and putting the parts together according to patterns, making detailed observations, and systematic data collection, and they successfully implemented these skills outside the classroom and school.     

川南坡地不同退耕模式对土壤团粒结构分形特征的影响

运用分形模型,研究了川南坡地及其退耕成慈竹林、杂交竹林、桤木+慈竹混交林和弃耕地5年后土壤团粒结构分形维数,探讨了分形维数与土壤理化性质之间的关系.结果表明：退耕后,不同退耕模式样地＞0.25 mm的土壤团聚体和水稳性团聚体含量均显著增加,团粒结构分形维数介于1.377～2.826,为慈竹林＜杂交竹林＜桤木+慈竹混交林＜弃耕地＜农耕地,并随＞0.25 mm的土壤团聚体及水稳性团聚体含量的增加而降低;土壤自然含水量、毛管孔隙、有机质、全氮、碱解氮、全磷和全钾含量增加,而土壤容重、非毛管孔隙和通气度降低.退耕后的慈竹林、杂交竹林、桤木+慈竹混交林和弃耕地的土壤团粒结构分形维数与土壤理化性质相关性较好.农耕地退耕对增加＞0.25 mm的土壤团聚体及水稳性团聚体含量和提高土壤结构稳定性具有较好的作用;土壤团粒结构分形维数可以作为坡地退耕后土壤肥力变化的理想指标,在研究区坡地退耕种植慈竹具有较好的培肥改土效益.     

不同尺度流域日径流分形特征

基于分形理论和实测流域日径流长序列资料,研究了中尺度流域（武水流域）和小尺度流域（贞福流域和双溪流域）日径流的分形特征.结果表明：相同时间尺度和不同日径流门限值条件下,相同空间尺度流域间和不同空间尺度流域间日径流均具有显著的分形特征,具有自相似性.随着门限值的增大,不同空间尺度流域间日径流的分形盒维数均逐步减小;当时间尺度在120～150 d时,不同空间尺度流域日径流的分形维数点集均逐渐趋向饱和,当时间尺度大于该值时,就有出现一定门限值径流的可能性.     

米亚罗地区亚高山针叶林在不同人为干扰条件下的土壤分形特征

分形理论是用于研究自然界中没有特征长度而又具有自相似性的图形和图像。它的发展为土壤等复杂体系的定量化研究提供了一种有效工具。以川西米亚罗地区几个不同强度人为干扰下的亚高山人工针叶林为对象,研究了其土壤颗粒和土壤微团聚体分形特征的变化,探讨了利用分形维数来表征人为干扰对亚高山人工针叶林土壤的影响,为研究亚高山针叶林生态系统恢复与重建提供了又一途径。     

浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间异质性

豆科锦鸡儿属(C arag ana)植物因其可以生物固氮而在草原生态系统中具有特殊的地位。定量分析小叶锦鸡儿(C arag anam icrophy lla)灌丛在浑善达克沙地不同生境条件下的分布格局,有助于理解植被与土壤养分循环之间的关系和合理制定退化沙地的恢复对策。采用地统计学中的半方差分析和分形分析两种方法研究了浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间分布格局,分析了不同生境中小叶锦鸡儿灌丛的植被、土壤水分和养分间的相关性。结果表明:(1)小叶锦鸡儿灌丛在3种生境条件下(滩地、固定沙丘和半固定沙丘)的盖度、土壤有机质和全氮的空间分布符合球状模型,空间自相关显著;(2)土壤pH值在滩地和固定沙丘的空间分布符合球状模型且空间自相关显著,但在半固定沙丘空间自相关不显著;(3)土壤水分在3种生境中的空间分布都符合线性模型,空间自相关显著。(4)植被的变异尺度(变程)小于各个土壤要素的变异尺度。植被(小叶锦鸡儿灌丛)的分布和形成过程决定了土壤养分的分布和形成过程。当地的小叶锦鸡儿灌丛在养分“沃岛”现象的形成中起了重要作用,合理的利用和布局当地的小叶锦鸡儿灌丛的分布,可以更加有效地补充草地生态系统的养分,从而有利于加快生态系统的恢复进程。     

金发草枝构件格局及其环境变异

研究分析了岩生植物金发草的枝构件特征,结果表明:金发草的分枝角度一般在 30°以内,节间距小于6 cm,平均每节有1个分枝,分枝率约为3;随植物生长级别加大,金发草枝构件空间分形维数逐步从1.282递增到1.664;在林下、陡坡、荒坡的生境条件下,植物枝构件构型特征有明显区别,在林下趋于“游击型”,在荒坡和陡坡上趋于“聚集型”。