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。     

大亚湾水域并基拟菱形藻的种类鉴定和产毒特征分析

为了丰富我国海域拟菱形藻(Pseudo-nitzschia Peragallo)的物种多样性, 并澄清其产毒特征, 研究从广东大亚湾海域分离并建立了一株拟菱形藻的单克隆培养株系MC298, 通过光学显微镜下的群体特征和透射电镜下的超微形态特征观察, 结合基于核糖体转录间隔区(Internal Transcribed Spacer, ITS)的分子系统学数据, 以及基于ITS2转录RNA的二级结构分析, 鉴定到我国拟菱形藻属的1个新记录种: 并基拟菱形藻P. decipiens Lundholm & Moestrup。研究对其形态学特征进行了较为详细地描述, 并与相似种进行了比较, 还对其ITS2-RNA的特有标志结构进行了阐述。同时, 利用高效液相色谱-质谱联用法(Liquid chromatography tandem mass spectrometry, LC-MS/MS)对该藻株的产毒特征进行了检测, 结果未检测到DA的存在。研究不仅丰富了我国拟菱形藻属的物种多样性, 也可为拟菱形藻的产毒特征研究提供基础数据。     

黄土丘陵区撂荒群落演替序列种根系对氮素施肥方式和水平的形态响应

采用盆栽试验,研究了黄土丘陵区撂荒群落演替序列种(即,黄土丘陵区摞荒群落演替主要阶段的优势种)根系对氮素施肥方式和水平的形态响应,对了解我国氮沉降增加背景下的群落生态效应及人为施肥干扰促进植被恢复具有较好的理论和实践意义。测试并分析了6个演替序列种在不同施氮方式(匀质和异质施氮)和水平(高、低和无氮对照)条件下植株个体生物量指标(地上及地下生物量和根冠比)、根系形态指标(根长、直径、表面积、比根长和比表面积)的变化及其差异显著性;并且利用根钻法和单样本T检验比较了异质施氮方式下施氮斑块与不施氮斑块根系形态指标的差异。结果表明:1)6种演替序列种地上、地下生物量和根冠比存在种间固有差别,施氮方式和水平整体上对三者无显著影响;施氮方式和植物种类对根冠比存在显著交互作用,说明个别种的根冠比对施氮方式响应明显,其中猪毛蒿根冠比在异质施氮方式下显著高于匀质施氮。2)6种演替序列种根系塑形指标包括比根长、比表面积和直径存在种间差别,并且施氮水平对比根长影响显著,高、低施氮水平下比根长都显著低于不施氮对照。3)狗尾草和铁杆蒿分别在异质高氮和异质低氮条件下施氮斑块根系生物量密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿在异质高氮条件下施氮斑块发生了更多的伸长生长,其根长、根表面积、比根长和比表面积在施氮斑块中的密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿和狗尾草在异质高氮条件下,以及白羊草在异质低氮条件下,其根系直径在施氮斑块显著小于未施氮斑块。从根系形态变化敏感性和施氮对促进植物生长来看,演替过程中演替序列种对施氮响应的敏感性总体上呈降低趋势,前期种对施氮响应更敏感,从施氮获利也更多,因而恢复前期进行人为干扰促进植被恢复效果也会更好。     

黏管藻的分子鉴定与生长特性研究

对分布在辽宁大连黑石礁、付家庄、石槽、金石滩、獐子岛与海洋岛沿岸的黏管藻[Gloiosiphonia capillaris (Hudson) Carmichael]的外部形态、营养与生殖结构、生物量、成熟个体比例与成熟个体生物量/总生物量(R/T指数)的变化、温度性质以及rbcL、COⅠ基因序列进行了详细研究。结果表明: (1) 黏管藻配子体为雌雄同体, 直立, 单生或丛生, 主轴明显, 固着器呈圆盘状, 质地胶质, 颜色为红色或紫红色。采集于獐子岛与海洋岛的藻体长度和宽度明显高于其他采集地点; (2) 藻体由皮层及髓部组成, 皮层由6—10层细胞组成, 髓部存在假根丝细胞。成熟囊果小, 突出于藻体表面, 呈球形或半球形, 通常2—4个囊果聚集在一起; (3) 黏管藻配子体的生物量在6月达到最大, 平均生物量为3.628 g/m2。3—6月成熟个体比例逐渐增大, 6月达到100%; (4) 黏管藻配子体生长周期为3—7月, 温度性质属于温带性; (5) rbcL基因序列分析表明, 6个采集地点的样本间无碱基差异, 与产自加拿大的黏管藻聚在一起, 形成一个独立的分支。COⅠ基因序列分析表明, 6个采集地点的样本间无碱基差异, 形成一个独立的分支, 均确定为黏管藻。     

β-胡萝卜素对阿魏蘑菌体形态及其产漆酶的影响

前期研究发现β-胡萝卜素为阿魏蘑和胶红酵母共培养过程中提高漆酶活性的关键因子。本文研究β-胡萝卜素的最佳添加量、添加时间和消耗情况,以及胶红酵母和β-胡萝卜素对阿魏蘑的形态的影响。结果表明,在阿魏蘑单培养中β-胡萝卜素的最佳添加量为10 mg(0.067%),最优添加时间为48 h,漆酶酶活达到7 083 U/L,为单培养的2.9倍。在形态研究中发现中小型菌球和粗糙型菌球都有利于产漆酶。结果显示通过添加β-胡萝卜素和控制阿魏蘑的菌体形态均可提高漆酶的产量,为漆酶的工业化生产提供了新的尝试和方法。     

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.     

模拟增温对青藏高原多年冻土区小嵩草和藏嵩草生长与抗氧化特征的影响

采用开顶式增温小室(OTCs)方法模拟气候变暖,分别选取青藏高原腹地风火山地区高寒小嵩草草甸和高寒藏嵩草沼泽草甸优势物种小嵩草和藏嵩草为研究对象,对比分析增温处理下两种优势物种叶片的形态与生理特征变化,从而探索高寒植物对气候变暖的内在响应机理.结果表明: 增温显著增加了小嵩草叶片长度(40.0%)和叶片数量(72.7%),也显著增加了藏嵩草株高(11.9%)和叶片长度(19.3%),促进了两种优势植物的形态生长和地上生物量增加.增温处理下小嵩草和藏嵩草叶片的膜透性(电导率),活性氧(过氧化氢和超氧阴离子自由基),超氧化物歧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化氢酶活性,丙二醛含量均没有显著变化.但抗坏血酸和游离脯氨酸含量在藏嵩草叶片内分别显著增加了29.8%和53.8%,而在小嵩草叶片内没有明显变化.可见,增温下小嵩草和藏嵩草均能够维持正常的抗氧化水平,以维持该区域优势植物生长;但藏嵩草生理过程对增温更加敏感.     

传统稻鱼系统中“田鲤鱼”的形态特征

稻田养鱼是一种重要的传统农业系统,养殖在稻田中的鲤鱼,在长期的自然选择和人工选择下逐渐形成了适应于稻田浅水环境的“田鲤鱼”.本研究以具有千年历史的全球重要农业文化遗产系统“青田稻鱼共生系统”和“从江稻鱼鸭系统”的青田田鱼和从江田鱼为范例,通过采样对两种“田鲤鱼”进行传统形态学分析和地标几何形态学分析;采用线粒体基因构建系统发育树;通过数据库数据提取和采样测量对两种“田鲤鱼”和其他常见鲤鱼种群或品系进行传统形态学聚类分析.传统形态学分析和地标几何形态学分析表明,青田田鱼和从江田鱼在形态上存在差异,与青田田鱼相比,从江田鱼尾部长而窄,体型较细长,尾部长度占身体长度比例小.对这两种田鱼及养殖于其他水体的其他鲤鱼种群进行系统发育树分析表明,青田田鱼和从江田鱼在遗传上是独立的种群;但形态聚类分析表明,这两种田鱼归为一类,明显不同于其他鲤鱼种群或品系,与其他鲤鱼种群的差异主要表现在背鳍和尾鳍上.这些研究结果说明,长期生活在稻田环境的青田田鱼和从江田鱼在遗传和形态上均明显不同于其他水体养殖鲤鱼种群,且青田田鱼和从江田鱼之间形态上存在差异.