基于遥感的植物叶脉功能性状计算及其生态学意义

叶脉网络性状能够反映出植物适应特定生境的基本方式及其光合生理功能, 体现了植物水分和能量权衡的生态策略。叶脉功能性状的高效提取, 为植物生理功能和资源配置的响应机理研究提供参考。以北京市常见绿化树种洋白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、臭椿(Ailanthus altissima)和国槐(Sophora japonica)的叶脉显微图像为训练样本, 采用遥感图像处理软件, 对叶脉显微图像进行多尺度分割和分类识别, 根据目标对象的亮度(brightness)、光谱(spectrum)和几何(shape)特征规则实现大批量叶脉的快速解译。结果表明, 3个树种叶脉分割的最优参数及自动提取规则为: 尺度参数(scale parameter)为200, 形状参数(shape parameter)为0.8, 紧凑度参数(compactness parameter)为0.2, 亮度值为190—230, 绿光波段大于210, 形状–密度指数为1.5。该方法提取叶脉密度(leaf vein density, LVD)和叶脉面积(leaf vein area, LVA)精度分别达到了95.7%和94.5%以上, 对该3种植物叶脉性状的快速提取具有较高的普适性。在城市不同环境中, 随着温度的升高、土壤水分含量的降低, 叶脉密度总体上呈增大的趋势, 而气孔数量则明显减少, 叶脉密度与气孔密度间普遍存在显著的负相关关系(P<0.05)。这说明了植物在高温和干旱胁迫环境中, 在叶片水平上表现出“此消彼长”的权衡规律, 进一步提高其逆境耐受性。     

根系功能性状对干瘠立地适应的种间差异——以北京石质山地主要观赏树种为例

分析干瘠立地中不同树种根功能性状的变化及差异,研究不同树种对干瘠环境的适应对策。试验材料为林龄、林分密度相对一致的石质山区主要观赏树种（黄栌、山桃、栓皮栎）,采用挖掘法获取树木细根,测定细根形态参数。根据田间持水量和石砾含量分别设置4个干瘠梯度（轻度、中度、重度、极度）,对比分析北京干瘠地3种树种根功能性状,探讨干瘠立地中不同树种根系形态的差异及其对特殊生境的适应。结果表明：干旱、瘠薄均对树木的根功能性状产生影响,但对不同性状以及不同树种的影响程度具有差异,其中对山桃根系的影响最大;3种树种根功能性状在不同干瘠等级下存在显著变化,同一性状的变化因树种不同而异。从轻度到极度干旱,3种树种的RL均逐渐减小,但是黄栌变化不显著;黄栌、栓皮栎RTD随干瘠的加剧而减小,而山桃随干瘠的加剧而增加;黄栌和山桃SRL随干旱、瘠薄的加剧,表现出一致的规律,即从轻度到极度,其SRL随即减小,而栓皮栎SRL随干旱、瘠薄的加剧而增大;随干瘠的加剧,黄栌SRA显著减小,山桃、栓皮栎SRA随干瘠的加剧而增大。树木对干瘠环境的变化都有一定的响应能力及适应对策,能够通过自身的形态变化来适应不断变化的环境,但不同物种对干瘠环境变化的适应途径不同,通过权衡碳分配、碳消耗采取了相应的生态适应策略,不同树种间存在明显差异。本研究3种树种中,黄栌在干瘠环境下根系性状变化不显著,耐干瘠能力较强;干瘠胁迫对山桃根系性状影响显著,山桃通过主动调节根系形态变化来适应不断变化的环境,具有较强的抗干瘠能力;栓皮栎的细根数量多,吸收土壤水分、养分能力较强,能够在干瘠环境中快速生长。     

基于遥感技术植物叶脉性状的计算及其生态学意义

叶脉网络性状能够反映出植物适应特定生境的基本方式及其光合生理功能,体现了植物水分和能量权衡的生态策略。叶脉功能性状的高效提取,为植物生理功能和资源配置的响应机理研究提供参考。以北京市常见绿化树种洋白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、臭椿(Ailanthus altissima)和国槐(Sophora japonica)的叶脉显微图像为训练样本,采用遥感图像处理软件,对叶脉显微图像进行多尺度分割和分类识别,根据目标对象的亮度(brightness)、光谱(spectrum)和几何(shape)特征规则实现大批量叶脉的快速解译。结果表明,3个树种叶脉分割的最优参数及自动提取规则为:尺度参数(scale parameter)为200,形状参数(shape parameter)为0.8,紧凑度参数(compactnes sparameter)为0.2,亮度值为190—230,绿光波段大于210,形状–密度指数为1.5。该方法提取叶脉密度(leaf vein density,LVD)和叶脉面积(leaf vein area,LVA)精度分别达到了95.7%和94.5%以上,对该3种植物叶脉性状的快速提取具有较高的普适性。在城市不同环境中,随着温度的升高、土壤水分含量的降低,叶脉密度总体上呈增大的趋势,而气孔数量则明显减少,叶脉密度与气孔密度间普遍存在显著的负相关关系(P0.05)。这说明了植物在高温和干旱胁迫环境中,在叶片水平上表现出"此消彼长"的权衡规律,进一步提高其逆境耐受性。