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。     

光合细菌固定化技术及其应用研究进展

光合细菌是地球上出现最早,且自然界中普遍存在的一种具有原始光能合成体系的原核生物,是处于厌氧环境中可以进行不放氧光合作用的细菌总称。近年来,随着经济的发展与科技进步,光合细菌已被广泛应用到社会生产生活的各个领域。本文总结了光合细菌固定化技术使用的材料和方法,对光合细菌固定化技术在废水处理、生物制氢等方面的应用进行了深入探讨。     

覆膜与滴灌对河套灌区玉米花粒期叶片光合特征的影响

光合作用是作物生长发育和产量形成的基础,栽培方式和土壤含水量变化显著影响作物的光合作用.灌浆期和乳熟期是玉米花粒期2个重要阶段,是玉米籽粒形成和干物质积累的关键时期.通过大田试验研究了河套灌区不同覆膜方式与滴灌水平对不同生育时期玉米光合特征及产量的影响.结果表明: 灌浆期玉米叶片光合特征在不同处理下无显著差异,乳熟期净光合速率和蒸腾速率在半覆膜(B₂)和全覆膜(Q₂)滴灌水平2(350 mm)处理下均显著高于半覆膜(B₁)和全覆膜(Q₁)滴灌水平1(200 mm),并且B₁和Q₁处理下灌浆期叶片的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率及气孔导度等显著高于乳熟期.不同处理下灌浆期和乳熟期叶片的净光合速率、蒸腾速率,灌浆期的气孔导度以及乳熟期的水分利用效率等在日变化上存在着同步关系,均呈现出倒“U”型的日变化特征,而胞间CO₂浓度则呈现相反的变化趋势.逐步回归分析显示,光合有效辐射、大气温度和空气相对湿度等气象因子是影响玉米叶片光合特征的主要环境因子.此外,B₂和Q₂处理下玉米产量显著高于B₁和Q₁处理(分别增加了29.3%和50.9%),但B₁和Q₁处理间并无显著差异.这表明与覆膜方式相比,滴灌水平对干旱地区玉米产量的影响更大.     

基于神经网络的马尾松叶绿素含量高光谱估算模型

分析不同生长期的马尾松冠层反射光谱特征与相应叶绿素含量的相关关系.利用36个红边参数逐一筛选,最终确定7个与叶绿素含量相关性较高的红边参数作为光谱特征参数,分别应用逐步分析法与BP神经网络构建叶绿素含量的高光谱估算模型;同样,筛选出4个植被指数作为光谱特征参数,同时,将对原始光谱进行主成分分析降维后的前4个主成分作为BP神经网络的输入变量,分别应用逐步分析法与BP神经网络构建叶绿素含量的高光谱估算模型.结果表明: 将红边参数作为输入变量建立的逐步回归模型和BP神经网络模型的决定系数(R²)分别为0.5205、0.7253,均方根误差(RMSE)分别为0.1004、0.0848,相对误差分别为6.3%、5.7%.将植被指数作为输入变量建立的逐步回归模型和BP神经网络模型的R²分别为0.5392、0.7064,RMSE分别为0.0978、0.0871,相对误差分别为6.2%、6.0%.基于主成分分析的BP神经网络模型的预测效果最好,R²为0.7475,RMSE为0.0540,相对误差为4.8%.     

不同光脉冲方案对光下最大荧光参数及其计算参数的影响

光下最大荧光(F_m′)是植物生理生态研究中的重要参数,一般采用饱和脉冲(RF)方案来估计.然而,光系统Ⅱ(PSⅡ)受体库的反馈调节会影响RF方案对F_m′估计的准确性.为消除PSⅡ受体库反馈调节的影响,根据光脉冲强度(Q′)与叶绿素荧光(F′)的线性关系提出多相脉冲(MPF)方案,估算Q′无穷大时的F′(即F_m′).本研究采用MPF和RF方案分别对苦槠、青冈和乌桕3个树种叶片的叶绿素荧光和气体交换数据进行同步测量,并对两种方案估计的F_m′及其计算参数PSⅡ光化学效率(Φ_PSII)、PSⅡ的电子传递速率(J)、最大电子传递速率(J_max)、叶肉导度(g_m)和叶绿体内CO₂浓度(C_c)等光合参数进行比较,分析两种方案对3个树种叶片6个光合参数的影响.结果表明: 当光合有效辐射(PAR)<200 μmol·m^-2·s^-1时,两种方案对苦槠、青冈和乌桕叶片F_m′、Φ_PSII和J的估计无显著影响;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的苦槠、青冈和乌桕的F_m′分别比RF方案获得的F_m′高3.5%～5.2%、11.7%～18.0%和3.2%～7.1%;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的Φ_PSII、J和J_max分别不同程度地大于RF方案获得的参数,g_m和C_c分别不同程度地小于RF方案获得的参数.说明当PAR较低(<200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J的估计没有显著影响;当PAR较高(≥200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J、J_max、g_m和C_c的估计有显著影响,且RF方案对植物叶片的F_m′、Φ_PSII、J和J_max比MPF方案分别有不同程度的低估,对g_m和C_c则有不同程度的高估.     

香果树实生苗的光合特性及其与环境因子的关系

为确定香果树实生苗的适生环境并为其自然更新提出有针对性策略,研究了不同生境(冠下、冠缘、林窗和林缘)中2年生香果树实生苗的净光合速率、水分利用效率、叶绿素含量、苗高、基径、生物量等的变化及其与生态因子之间的关系.结果表明: 4种生境中的光合有效辐射最大值为50～1380 μmol·m^-2·s^-1,冠下和冠缘中香果树实生苗的净光合速率日变化呈单峰型,而林窗和林缘实生苗的净光合速率日变化呈双峰型;香果树实生苗为耐阴植物,但耐阴能力较弱,其功能叶的光饱和点、补偿点和暗呼吸在4种生境中大小顺序为: 林缘>林窗>冠缘>冠下,表观量子效率的变化规律与之相反;林窗和冠缘2种生境中香果树实生苗的适应能力较强,叶片的蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率和净光合速率较高;林窗中香果树实生苗叶片的叶绿素含量较低,但实生苗的生长速度最快,生物量最大;香果树实生苗的净光合速率与光合有效辐射和气孔导度呈显著正相关.对于冠下生境,需降低林冠层密度,增加透光率,以利于香果树实生苗的光合作用;对于林缘生境,则需要增加植被盖度,降低光照强度,以利于其快速生长.     

基于FvCB模型的几种草本和木本植物光合生理生化特性

为研究不同生活型植物的光合能力及其叶片光合机构,采用直角双曲线修正模型和C3植物FvCB模型对7种木本植物和4种草本植物的CO₂响应曲线进行拟合,并对不同木本植物、不同草本植物和2种生活型植物的最大净光合速率(P_{n max})、Rubisco酶最大羧化速率(V_{c max})、最大电子传递速率(J_max)、光合暗呼吸速率(R_d)和叶肉阻力(r_m)等参数进行比较.结果表明: 7种木本植物P_{n max}大小顺序为乌桕、苎麻>润楠、海桐>青冈、苦槠、娜塔栎;乌桕、苎麻、润楠和海桐的V_{c max}显著大于青冈和苦槠;J_max大小顺序为乌桕>苎麻、海桐>娜塔栎、苦槠和青冈;润楠和苦槠的r_m显著大于乌桕、海桐和苎麻.商陆的P_{n max}显著大于藿香蓟和土牛膝;4种草本植物的V_{c max}无显著差异;商陆的J_max显著大于藿香蓟;龙葵和土牛膝的r_m显著大于藿香蓟;商陆的R_d显著大于藿香蓟和土牛膝.木本植物的P_{n max}、V_{c max}、J_max和r_m光合参数均显著大于草本植物,但二者的R_d无显著差异.不同物种之间以及2种生活型植物光合能力的差异主要是由叶片内部Rubisco酶羧化能力、电子传递能力和叶肉阻力等差异引起的.     

鳗草在荣成天鹅湖不同生境中生长的适应性

鳗草在北半球温带海域广有分布,受到不同程度的人为干扰和环境胁迫,海草床面积急剧退化.为探讨鳗草对不同环境胁迫的适应性,于2014年11月—2015年10月对荣成天鹅湖草床的潮间带和潮下带的斑块区、鳗草草场边缘和鳗草草场内部4个生境的鳗草形态和繁殖能力进行了研究.结果表明: 叶长、叶宽、节间长度/直径、地上生物量/地下生物量和分枝频率在不同月份和生境间差异显著,其中除了分枝频率最大值出现在草场边缘(88.4%)外,其他各项指标的最大值均出现在草场内部(分别为78.54 cm、7.93 mm、7.03和3.88).地上生物量/地下生物量的可塑性指数在各站位均较高(0.77～0.92),叶宽的可塑性(0.41～0.64)略小.不同生境中单株鳗草佛焰苞数差异不显著,而单位面积的佛焰苞数差异显著,在草场内部偏向于克隆生殖,而在人为干扰较大的斑块区倾向于有性生殖.     

黄瓜幼苗光合作用对高温胁迫的响应与适应

以‘津优35号’黄瓜幼苗为试材,研究高温(HT: 42 ℃/32 ℃)和亚高温(SHT: 35 ℃/25 ℃)胁迫对黄瓜幼苗光合作用及生长量的影响.结果表明: 高温、亚高温明显抑制幼苗生长.随着胁迫时间的延长,黄瓜幼苗叶片的光合速率(P_n)逐渐降低,胞间CO₂浓度(C_i)趋于升高,气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、光呼吸速率(P_r)和暗呼吸速率(D_r)先上升后下降,高温、亚高温引起P_n降低的主要原因是非气孔限制.高温、亚高温可使黄瓜幼苗叶片的暗下光系统Ⅱ最大光化学效率(F_v/F_m)、光下实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)和电子传递效率(ETR)显著降低,初始荧光(F_o)和非化学猝灭系数(NPQ)逐渐升高.随着胁迫时间的延长,HT处理的RuBP羧化酶(RuBPCase)和Rubisco活化酶(RCA)活性及其mRNA表达量逐渐降低,而SHT处理的胁迫初期变化不大,3 d后趋于降低;HT和SHT处理的景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)和果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)活性与mRNA表达均呈先升高后降低趋势.可见,适宜光强下短时亚高温处理黄瓜幼苗不会产生明显光抑制,高温胁迫会对其PSⅡ反应中心造成严重损伤;光合酶受高温胁迫诱导,但其诱导效应与温度升高幅度和高温持续时间有关.     

干旱胁迫下不同抗旱性冬小麦对过剩光的反应（简报）

不同光照下，冬小麦PSⅡ的光化学效率（Fv＇／Fm＇）、非光化学猝灭（NPQ）和叶黄素循环组分中物质的转化[（A＋Z）／（A＋Z＋V）]之间存在着密切的相关性。NPQ与（A＋Z）／（A＋Z＋V）呈线性正相关，与Fv＇／Fm＇呈线性负相关。这种相关性与物种和环境条件无关。在过董光下，不抗旱品种较抗旱品种具有较小的NPQ升高和较小的Fv＇／Fm＇降低，干旱下这一趋势明显加大。据此可以判断冬小麦抗逆性大小。