基于物候特征的盐渍化信息数据挖掘研究

盐渍化是影响植被和作物长势的重要因素,精确反演盐渍化的时空分布信息至关重要。基于MOD13A1-NDVI数据反演生长季开始日期(SOS)、生长季结束日期(EOS)、生长季长度(LEN)等物候参数和计算出能高精度反演盐渍化空间分布的多种植被指数、盐分指数、地形指数、干旱指数等参数后作为BP-ANN人工神经网络的输入因子来反演盐渍化信息,同时按照植被类型和地貌类型进行分区来反演盐渍化信息,以探讨盐渍化受植被和地貌类型的影响。主要结论如下:(1)盐渍化的形成受多种因素的影响,与物候参数大多呈非线性关系,不能单纯的以某拟合公式来进行表达,需要借助人工神经网络超强的非线性拟合能力来反演盐渍化信息。(2)通过深入挖掘植被物候信息,在融入物候参数后的反演精度显著提高。可决系数R2从0.68(非物候参数)增加到0.79(包括物候参数),但是需要加入地形、影像数据和土壤水分等方面的信息来更加精确的反演盐渍化信息。生物累积量指标LSI(Large seasonal integral)和SSI(Small seasonal integral)能够很好的表征盐渍化的信息。(3)划分植被类型后的盐渍化提取精度进一步提高,可决系数R~2达到了0.88。(4)以地貌特征作为类型分区后,反演结果的R~2达到了0.85,精度较高,比以植被类型作为分区的精度略小。高程较低区域的盐渍化现象普遍较重,盐渍化程度受到地形和地貌因素的影响显著。(5)农用地区域多为非盐渍化和轻度盐渍化地,稀疏植被区多为重盐渍化地。研究区的非盐渍化和轻盐渍化地、中盐渍化地和重度盐渍化地比例分别为53.42%,13.71%,32.87%。以上的研究结果提出了一种融合物候信息和非物候参数来反演盐渍化信息的方法,进行深入的协同植被物候监测盐渍化信息方面的数据挖掘,在融入了物候参数后,盐渍化的预测精度显著提高。     

常春二乔玉兰春夏季开花节律及营养效应研究

为系统掌握常春二乔玉兰春夏季开花物候节律,探讨其与营养物质的关系,本研究以6年生常春二乔玉兰为试验材料,观测其年生长发育节律、春夏季开花物候特性以及茎段营养物质的含量变化。结果表明：（1）每年12月始至翌年2月下旬为常春二乔玉兰休眠期。2月下旬花芽膨大生长,并于3月开始春季开花,花期持续约20 d。4月进行营养生长,5月完成花芽分化。5月底部分花芽膨大并于6月开始开花,夏季花期持续约20 d。7~9月为未膨大花芽的发育滞缓期。此外,少量夏季开放的花的基部侧芽再次分化形成花芽。10~12月随着落叶的开始,树体逐渐进入休眠期。（2）常春二乔玉兰营养生长后分化的花芽能够花开两季。春季开花为先花后叶,开花率为100%,开花同步率较高,雌、雄蕊发育正常,为可育花。夏季开花为花叶同放,开花率约为30%,且开花同步率较低,开放的花内雌、雄蕊发育异常,为不育花。（3）春季开花期间可溶性糖和可溶性蛋白呈下降趋势,淀粉含量于开花后期下降;夏季开花期间可溶性糖和淀粉总体呈先降后升趋势,而可溶性蛋白总体呈下降趋势。综上所述,常春二乔玉兰春、夏季开花期内开花模式存在一定差异,其显著节律特征与营养物质含量变化有关,推测低水平的可溶性糖及高水平的淀粉和可溶性蛋白有利于春季开花的启动,而低水平的可溶性蛋白及高水平的可溶性糖和淀粉含量则有利于夏季开花的实现。     

高寒草甸植物物候对温度变化的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的规律性变化,是气候变化的指示器。为了解高寒植物物候对温度变化的响应,利用1997—2010年青海湖海北高寒草原生态监测站群落优势种矮嵩草物候观测资料和同时段的气象资料,应用偏最小二乘(PLS)回归定量分析了植物物候期变化特征、趋势及其与气温间的相互关系。结果表明:①1997—2010年青海湖地区年均温度总体上升,倾向率为0.5℃/10a,其中年均最高温度和最低温度呈现出非对称型变化,最低温度显著升高且高于年均温升幅,倾向率为0.7℃/10a(P0.05),而年均最高温度无明显变化。②1997—2010年间,矮嵩草平均返青期和枯黄期分别为4月18日和10月2日,矮嵩草返青期推迟,枯黄期提前,生长季长度缩短。③影响矮嵩草返青的关键时期为每年的1月和3—4月,1月温度升高影响植物休眠进程进而延迟返青,而3—4月温度升高有利于热量积累使返青提前;影响矮嵩草枯黄的关键时期为7月上中旬和8月,期间温度升高使枯黄期提前。④根据PLS分析和相关分析,最低温度在各关键时期内显著影响植物物候,而最高温度仅在8月对枯黄期影响通过显著性检验,因此最低温度是影响高寒草地矮嵩草物候期的关键因子。     

Coloration and phenology manifest nutrient variability in senesced leaves of 46 temperate deciduous woody species

颜色和物候表明46种温带落叶木本植物衰老叶片的养分变异 不同共生植物的叶片养分含量差异显著,反映了不同的叶片养分利用策略。然而,衰老叶片养分的种间变异及其驱动因素尚不清楚。本研究旨在探讨衰老叶片养分的种间变异及其驱动因素。我们在中国东北的帽儿山森林生态系统研究站测定了46种共存温带落叶木本植物新鲜落叶的碳、氮、磷浓度。 采用随机森林模型量化10个生物因素(菌根类型、固氮类型、生长形态、耐阴性、叶片质地、变色程度、变色类型、叶片变色峰期、落叶峰期和落叶末期)的相对重要性。研究结果表明,落叶氮浓度种间变化为4倍,磷浓度变化达9倍。较高的氮和磷平均浓度(15.38和1.24 mg g⁻¹)表明该森林氮和磷限制较弱。功能群仅对特定养分及其比值有显著影响。磷浓度、氮磷比与外生菌根树种的落叶高峰日和落叶结束日呈负相关。颜色鲜艳的叶片(红色＞棕色＞黄色＞黄绿色＞绿色)倾向于比绿色叶片氮和磷浓度更低而碳氮比和碳磷比较高。随机森林模型表明,秋季叶变色和落叶物候贡献了80%的种间变异解释量。这些结果增加了我们对温带森林木本植物营养策略之衰老叶片养分变异性的理解。     

Differences in functional traits among distinct populations of the plant invader Bunias orientalis

入侵植物疣果匙荠不同种群间的功能性状差异 特定环境下植物扩大领域入侵到其他区域时,其功能性状会发生改变。原产地环境已形成植物原有功能性状,当植物居住环境发生改变时,其功能性状亦会随之改变。本文旨在探讨居于常见条件与原产地气候条件的原状态、入侵状态、归化状态下不同疣果匙荠(Bunias orientalis)种群间的性状变异。自8个国家收集了12种疣果匙荠种子(每种状态各4种),将其种植于标准条件下的同质园中,并比较不同状态不同种类的物候、生长、繁殖等功能性状变化。 研究结果表明, 物候不因植物状态而异,但某些原产于常年低温地区的原状态植物并未开花。相比原状态植物,入侵状态植物的叶子更多,这表明了其在积累植被生物量上的活力。短角果的数量和质量,以及其他的生长性状在不同的状态间没有差异,但在不同种群间存在差异。一些功能性状的变异可能是由于原生地对当地条件的长期适应和遗传多样性所致,而其他环境因素在新环境下的差异可能导致了较高的性状变异。     

准噶尔荒漠大翅霸王的生殖物候及结实格局

大翅霸王是多年生早春开花草本植物,是准噶尔荒漠地区的建群种之一。对野生大翅霸王的生殖物候、果实形态、结实格局和种子萌发特性进行了研究。结果表明:(1)大翅霸王的营养期生长期为20—30d,占整个生活周期的1/4,生殖生长期长约90—100d,其中花期约占1/2,果熟期短;(2)大翅霸王种群能产生3种形态的果实,可将植株分为5翅型、4/5翅型和3/4/5翅型植株,它们分别占种群植株数的3.45%、83.15%和13.40%。(3)依据个体大小的变化,3种类型果实在植株上的比例发生了显著变化。随植株个体的增大,三翅果所占比例逐渐增多,由0增加到2.65%;四翅果所占比例也增多,但在二级个体上有最大比例17.01%;五翅果实所占比例最高(80%)且没有显著变化。(4)三翅果、四翅果和五翅果内种子形态无差异,萌发率均小于30%;划破种皮能不同程度的加速和促进种子的萌发。大翅霸王特有的生殖物候和果实的表型多样性是其对荒漠干旱地区恶劣多变环境长期适应的结果。     

香花崖豆藤的生物学特性研究

以湖南长沙生长的香花崖豆藤作为研究对象,选取野外和湖南农业大学校内两个试验点,研究其形态学特征、物候期、观赏特性等基础生物学特性,为深入研究、栽培管理及园林应用提供理论依据,并为开发野生药用兼观赏植物提供借鉴.     

植物功能性状对全球气候变化的指示作用研究进展

以大气CO2浓度升高、大气温度升高、干旱胁迫加剧及紫外辐射增强为特征的全球变化对陆地生态系统产生巨大影响,植物作为陆地生态系统的重要组成部分,其功能性状对全球变化的指示作用为探寻全球变化规律、减缓气候变化提供了科学依据。该文主要综述了植物生理功能性状改变(形态变化、气孔调节、光合结构及光合途径改变和植物光合、呼吸速率及水分生理变化等)和物候功能性状改变对全球变化的指示作用,以及植物群落物种丰富度或数量增加等群落特征变化对全球气候变暖的指示作用。最后指出,完善植物功能性状指标和建立从植物个体、群落到生态系统功能的网络指示系统是今后植物功能性状指示研究的发展方向。     

气候变暖背景下青藏高原草本植物物候变化空间换时间预测

气候变暖背景下的植物物候变化广受关注, 然而常用的植物物候变化预测模型未充分考虑植物对环境的适应性, 给预测结果带来了较大的不确定性。该文基于2002-2011年青藏高原10个站点的地面物候观测资料以及年平均气温数据, 对空间换时间模型预测车前(Plantago asiatica)和蒲公英(Taraxacum mongolicum)各主要物候事件(展叶始期、开花始期和黄枯普遍期)变化的可行性及其在升温背景下的变化规律进行了分析。首先利用不同海拔高度的气温和物候事件分别与地理因子(经度、纬度和海拔)建立多元线性回归模型, 然后在此基础上剔除经度和纬度的影响, 单独考察海拔变化所引起的气温与植物物候变化, 最后以海拔高度作为桥梁来考察物候变化与温度变化的关系。结果表明, 采用各站点对应的海拔高度来模拟年平均气温空间差异的R²均大于0.89, 表明海拔梯度可以用来反映时间尺度下的年际温度变化; 车前和蒲公英各物候事件发生日期拟合值均与海拔高度变化关系显著, R²均大于0.70, 表明海拔变化是影响它们各物候事件变化的主要地理因子; 在物候事件发生日期拟合值和年平均气温拟合值的回归方程中, R²均大于0.93, 说明基于不同海拔高度模拟得到的年平均气温变化可以对时间尺度上车前和蒲公英的物候事件变化进行预测。空间换时间预测表明, 温度每升高1 ℃, 车前展叶始期和开花始期分别提前5.1和5.4 d, 而黄枯普遍期推迟4.8 d; 蒲公英展叶始期和开花始期分别提前6.5和7.8 d, 而黄枯普遍期推迟6.7 d。