年轮和生长轮

木本植物茎的增粗是形成层细胞活动的结果。在四季分明的温带地区,由于季节变化对形成层的影响,通常每年形成一轮年轮。春天气候温和,雨水充沛、植物体生长代谢旺盛,适宜维管形成层活动,细胞的分裂和生长都快,所形成的木质部导管数目较多,腔大壁薄,而木纤维较少,因而这部分木质部质地疏松,颜色较浅,称为早材或春材。秋季,气温渐低,雨水渐少,植物的生长代谢变慢,形成层的活动减弱,生长的情形刚好相反,形成质地坚实致密,颜色较深的晚材,亦称夏材或秋材。裸子     

年轮

“年轮系指茎的横切面上所见一年内木材和树皮的生长层而言。”这是1957年国际木材解剖学家协会所发表的《木材解剖学名词术语》中,有关“年轮”这个名词的定义。至于年轮是怎样形成的,这首先要从维管形成层的结构及其活动规律谈起。     

基于U-Net卷积神经网络的年轮图像分割算法

树木年轮学的研究需要统计树龄和测量轮宽,由此推算环境变换和树木生长信息,因此准确提取年轮特征信息至关重要。精准识别出年轮图像中的早材、晚材和树皮是实现自动化测量年轮参数的首要工作。树木年轮的生长过程中存在年轮的早材和晚材间边界过渡模糊、节疤和伪年轮等现象,且年轮圆盘在砍伐和采集过程中表面会存在毛刺和噪声点,使用传统的图像分割算法难以得到理想的效果。本文结合深度神经网络的特点,针对年轮图像的分割问题,构建了基于U-Net卷积神经网络的年轮图像语义分割模型。首先,对采集的100张年轮圆盘图像进行标注,并通过旋转、透视和图像变形等方式做数据增强,生成20000张数据集,随机选择其中16000张作为训练数据集,4000张作为测试数据集。其次,根据图像数据集的特征,利用Tensorflow深度学习框架,设计构建基于U-Net卷积神经网络的年轮圆盘图像分割网络。然后,将训练样本输送进网络,设置优化训练参数,对年轮图像分割网络进行迭代训练,直至评价指标和损失函数不再变化。最后,用训练好的模型对测试集样本进行分割,并进行分割指标评估。结果表明:该算法可有效避免毛刺、锯痕和节疤等因素的影响,完整地分割出年轮的晚材和树皮区域,在4000张测试数据集上分割的平均准确率达到96.51%,平均区域重合度达到82.30%。与传统图像处理算法相比,本文所采用的基于U-Net卷积神经网络的年轮图像分割算法,能够达到更好的分割效果,同时具有更强的泛化能力和鲁棒性。     

生命的年轮

众所周知,热带地区以外的树木都有年轮。通常根据树干基部的年轮来计算树木的年龄。方法是伐倒树,锯取圆盘或用生长锥钻取木心来数年轮的数目。最近有报道,国外有人利用电子计算机X光断层摄影技术原理制成一种携带式的CT扫描机来对树木进行断层摄影,取得年轮的照片,计算年轮,而不必伐倒树木或钻取木心,因而不损伤树木。据日本科学家的报告,这一新方法对20—110cm范围的针叶及阔叶树种的年轮进行测定,都获得了满意图象。对多数树木而言,每年只形成一个年轮,故一般有多少个年轮,就表示有多少岁。但有些植物在一年内正常生长中,不止形成一个年轮,如芸香科柑桔属植物的茎,一年中可产生三个年轮,计算它们年龄时,应三个年轮算一岁。最近我国学者发现,树皮中也有年轮,数树皮的年     

气候变暖背景下杉木年轮密度对气候因子的响应

为探讨杉木年轮密度与气候因子的响应关系,采用树木年轮学方法,以60年生杉木种源林为研究对象,测定杉木整轮密度、早材密度、晚材密度、晚材最大密度和早材最小密度,分析在气候变暖条件下主要气候因子（温度、降水、相对湿度）对杉木年轮密度及其生长的影响。结果表明：杉木不同年轮密度指标均受到温度、降水和相对湿度的显著影响。早材密度与当年夏季最高温度、当年5月降水量,最大密度与当年10月、当年秋季降水量,最小密度与前一年秋季降水量、最小相对湿度呈显著负相关。滑动相关分析表明气候因子在短时间尺度上对杉木生长影响的稳定性有显著影响,其中杉木年轮最大密度与当年10月、秋季的平均相对湿度和最小相对湿度,最小密度与当年2、3月的平均相对湿度和前一年秋季的平均相对湿度、最小相对湿度、降水量的负相关关系最为稳定。杉木年轮最小密度对前一年气候要素的响应存在滞后效应,且晚材密度对当年春季的气候要素响应也存在滞后效应。研究结果对开展亚热带针叶树种年轮生态学和年轮气候学研究具有重要参考价值,建议选择武夷山的天然林获取更长年表用于重建古气候。     

怎样理解树木的年轮

树木的年轮是一个比较熟悉的名词,但真正能全面正确地理解它的人却不多,尤其是学生在学习到这部分内容时,往往会产生片面或错误的理解。笔者在讲授树木的年轮这部分内容时,发现学生在上课提问,复习指导、作业、实验报告等教学环节上对年轮的片面或错误的理解主要有以下几种:①年轮线就是年轮,生长线就是生长轮。②生长线就是年轮线,生长轮就就是年轮。③生长线、年轮线、生长轮、年轮本质上都是一致的,只是不同说法而已。④树木横断面上的一圈圈轮纹就是年     

基于日均温度的华山松径向生长敏感温度研究

树干木质部形成周期与温度密切相关,存在影响形成层活动的敏感温度,但是尚未研究尝试从树木年轮中探索影响径向生长的敏感温度。华山主峰的华山松径向生长对气候变化较敏感,且华山西峰的气象站记录了1953年以来气象资料,这为探索树木径向生长与温度的关系提供了宝贵的材料。以华山主峰的华山松年轮资料和日值温度资料为基础,通过分析历年日平均温度的变化过程和年轮宽度、早材宽度、晚材宽度、最小密度以及最大密度的相关性,尝试探索华山松径向生长与日均温度变化的关系。结果表明春季一定温度的初日时间对华山松径向生长有较大的影响,其中3 ℃和8 ℃初日时间和持续时间对年轮宽度的促进作用最明显,而3 ℃对早材宽度影响较大,8℃初日时间对晚材的影响较大;高于11 ℃的温度会对华山松的径向生长造成限制,其中以11 ℃的作用最明显;而温度的终日时间对年轮特征影响较小。说明3 ℃是早材形成的敏感温度,8 ℃是晚材形成的敏感温度,温度高于11 ℃会对华山松的径向生长构成胁迫。这证明华山松年轮特征中包含了较多的气候信息,形成层活动和木质部的生长存在阈值温度,通过分析不同温度的生长期与年轮特征的关系可以找到影响华山松径向生长的敏感温度。这些敏感的温度是通过什么生理过程影响木质部的形成尚无法得知,但是这为解释树木生长对全球温度升高的响应以及利用华山松年轮重建历史气候提供了重要依据。     

奇特的年轮

人体年轮 日本科学家发现,人的年轮在人脑中,当声波频率和人的年轮相等时,就会发生特别的反应;反之,则无这种反应。因此,利用声波可准确地诊断出人的真实年龄。此外,科学家从人的双手上也已揭示出年轮的奥秘。     

帽儿山地区兴安落叶松人工林树木年轮气候学研究

通过帽儿山兴安落叶松（Larix gmelinii）人工林树木年轮样本和气象资料,对该地区兴安落叶松进行了树木年轮气候学研究,结果表明：过去50年年均温度上升达到了显著水平（p<0.05）,平均温度每10年约上升0.4℃,年平均最高气温每10年约上升0.3℃,年平均最低气温每10年约上升0.5℃,但是年降水量随着年份变化不显著（p>0.05）。从月均温度来看,所有月份均出现明显上升趋势,其中冬季2月份温度上升最为明显,达到0.9~1℃/10年,而夏季（6~8月）上升的较小,达到0.2~0.7℃/10年;多数月份降雨量随年龄变化不显著（p>0.05）。在这一气候变暖过程中,早材及总年轮宽度生长随着夏季（6~7月）温度上升而下降,春季(5月)温度的升高而升高,晚材随着秋季（9月）温度上升而增加,导致在年水平上,年轮生长随着年均温的变化不显著（p>0.05）。降雨量在未来气候变化过程中,没有稳定的变化趋势,但是对年轮影响明显,在年水平上,早材与年轮的生长均受降水量的影响较大(p<0.05)。如果未来东北地区气候变暖趋势明显,而降水量变化不明显,春季和秋季温度升高导致的年轮生长增加会被夏季过高温度抑制年轮生长所抵消,因此,落叶松林径向生长受到的影响可能不大。     

水杉年轮宽度和管胞形态径向变异研究

采用木材切片法和光学显微技术,研究了四川省雅安市中里地区水杉木材年轮宽度和管胞的长度、壁厚、腔径等指标的径向变异。结果表明:(1)年轮宽度在髓心至第10年先迅速增加,然后呈下降趋势,速生期约15 a,晚材率低;(2)管胞长度随轮龄的增加而增大,13 a后增幅变缓,早材管胞长度小于晚材管胞,根据管胞长度判断实验水杉木材即将进入成熟期;(3)管胞宽度在轮龄10 a前增长迅速,幅度明显减慢,管胞宽度44.6μm,壁厚7.23μm,腔径37.48μm,早、晚材间管胞宽度、壁厚、腔径差异显著;(4)管胞长宽比95.4、壁腔比0.27、腔径比0.82,水杉木材是优良的造纸原料。     

年轮─—历史的档案

年轮─—历史的档案卜春林（山西省榆次市教研室０３０６００）年轮又称生长轮或生长层。年轮是木本植物的主干由于季节变化生长快慢不同，在木质部的横断面显出的环形纹理。形成年轮的条件有两个，内在的条件是形成层，外在条件是气候的定期变化，主要是冷热的定期更迭，...     

树木年轮—环境气候的档案

本世纪初期,美国有一位天文学家常手执锯斧等工具,穿行在美国西南部干旱区,尤其是土著印第安人集居地的山林之中,风餐露宿;同时还冒着被人误解和危险,仔细观察着树木的年轮。经过十几年奋斗,他揭示出树木年轮生长与降水之间的对应关系,建立起比较完整的树木年轮学原理及方法,创立了从公元700年至1929年连续的年轮宽度年表及世界上最早的树木年轮研究实验室,被后人誉为“树木年轮学之父”,他就是A. E. 道格拉斯。年轮,又称生长轮,指的是树木茎或根次生木质部中的生长层,因为通常每年形成一轮,故称之为年轮。     

黄山松年轮生长和气候的关系

对黄山山顶面区黄山松林分中个体年轮生长规律进行了研究,分析了黄山松年轮生长的特点．求算不同年龄阶段的个体年轮生长的时间模型,建立年轮指数,通过与各相关气候因子的逐步回归,最终获得黄山松年轮指数与气候因子的相关方程,为研究黄山松的生长及建立黄山地区气候的历史变化提供了基础资料．分析表明,黄山地区黄山松具有较宽范围的年轮敏感度（ＭＳ）．其年轮生长模型揭示,影响直径生长主要因子是生长当年＞１０℃积温期间的太阳辐射,其次为积温,与降水量无显著相关性;当年４月份的气候因子与年轮生长有显著相关关系．年轮生长与当年４、７月的辐射呈正相关,与当年４月平均气温呈负相关．当年４月降水与年轮生长有一定关系,但其相关性不十分显著．     

基于GIS的梭梭年轮测量方法

年轮信息对重建气候和预测环境的动态变化有重要意义。为准确测量梭梭年轮间距等各项参数,研究基于GIS对扫描后的梭梭圆盘PS图像赋予坐标系统,通过ENVI图像分类软件结合GIS测量工具,完成梭梭年轮间距测量;利用WinDENDRO年轮分析系统验证测量结果的准确性。结果表明: 两种方法测量结果差异不显著(P=0.63),配对平均值差值为0.87 μm,测量结果准确可信。研究构建的方法可以用于梭梭年轮间距测量,并为面积、周长等年轮参数的自动化测量奠定了基础。该方法也可替代现有专业树木年轮分析系统用于部分年轮参数测量。研究结果有助于梭梭树轮气候学分析和种群年龄结构调查。     

灌木年轮生态学研究进展

灌木年轮资料的生态学价值逐渐受到人们关注,灌木年轮数据逐步被用于揭示灌丛植被年际生长对气候响应的敏感性研究中,目前用于灌木年轮学研究的主要灌木种已近70种。灌木年轮材料拓宽了传统以乔木树种为主的树轮研究网络,丰富了树木年轮学的研究范围和研究对象,在揭示灌丛生态系统结构、功能、服务的时间变化特征上具有重要生态学价值。本文收集整理了1996—2021年间的灌木年轮学研究成果,综述灌木年轮学在生理学、气候学、生态学、水文学领域的研究进展。阐述了不同环境胁迫条件下灌木生长和木质部解剖特征;揭示了不同气候条件下灌木物种径向生长的主要限制性因素,以及基于灌木年轮材料记录的区域气候波动历史;评估了灌木物种径向生长和种群动态的气候和非气候因素驱动的灌丛生态系统变化特征;论述了灌木年轮资料在重建区域水文要素变化历史方面的研究。在全球气候变暖不断加剧的背景下,我国灌木年轮学研究应着重关注干旱半干旱区不同水分条件下灌木物种径向生长对干旱胁迫的响应规律,以及在气候变化背景下灌木物种空间分布及其气候响应敏感性的转型特征方面研究。     

多枝柽柳年轮生长速率测量及TRGR指标优势分析

灌木对生境和气候变化具有高度敏感性,其年轮资料在认识区域环境演变过程、全球气候变化和环境保护中具有重要作用。灌木植株在生长过程中受遗传和极端环境的影响,年轮常出现偏心和不规则生长,这使得专业年轮分析软件测量的年轮宽度数据难以准确反映其整体径向生长信息。为探讨适合于寒旱区灌木年轮学研究的年轮测量指标和测量方法,研究以该区域荒漠常见植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)为研究对象,通过U-net深度学习方法,获得年轮提取训练模型,自动获取扫描轮盘各年早材区域。轮盘扫描及语义分割后的图像经GIS配准赋坐标、ENVI图像处理后,借助GIS编辑和测量工具,完成多枝柽柳各年年轮生长速率(Tree-ring growth rate, TRGR)、年轮宽度(Tree-ring width, TRW)和树木基部断面积生长增量(Basal area increment, BAI)的测量;研究基于Timesat Savitzky-Golay(S-G)滤波时间序列拟合,获取点样尺度归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, ND...     

树木年轮照片测量的区段校正

树木年轮宽度可以利用数码照片进行测定,但照片的几何变形需要进行校正。本文介绍一种分区段对图像进行校正的方法,对各区段分别确定像素分辨率,以此计算对应区段内的年轮宽度。基本过程是首先按1cm或更小的间隔测定区段的像素密度以及像素分辨率,然后测定以像素为单位的年轮宽度,再根据每个年轮所在区段的像素分辨率计算年轮实际宽度。所使用的图像处理软件是普及型软件,操作简单,方便实用,并可以获得较高的测定精度。     

江鳕耳石年轮

介绍了江鳕耳石年轮的特点探索出了江鳕耳石年轮形成时期及生殖洄游、生长发育的关系。     

利用GIS工具测定树木圆盘年轮的方法

树木圆盘年轮宽度测定是研究树木生长过程、森林生产力的重要基础,也是测树学中至关重要的一项技能。为简洁高效地测定圆盘年轮宽度,本文介绍了3种借助图像处理软件测定年轮宽度的方法。该方法基于扫描或拍照后的圆盘图像,利用地理信息系统软件对年轮坐标信息进行提取,根据两点之间距离公式计算各年轮宽度。此法不仅可以提高测量精度,而且成本低廉,在不具备专业年轮测定仪器或软件时,更有利于发挥其作用。     

灌木年轮学研究进展

灌木往往分布在树线以上或以北的高海拔和高纬度地区以及干旱、半干旱区,是把传统上以乔木为主的树轮研究扩展至森林分布界限以外的唯一选择.尽管灌木具有以上研究潜力,迄今用于树木年代学研究的灌木种类仅有30种左右.介绍了灌木年轮研究方法,综述了过去几十年来环北极高纬度地区,干旱、半干旱区以及高海拔地区的灌木年轮研究的主要进展.主要研究进展如下:(1)发掘一些灌木的树木年代学潜力;(2)揭示限制灌木生长的主要环境因子,并尝试利用灌木年轮宽度等指标重建过去区域气候变化历史;(3)探讨全球变暖的背景下,灌木的生长或分布范围的变化;(4)通过人为控制增温来揭示变暖对灌木生理特征和生长的影响.这些研究展示了灌木在扩展传统乔木树轮研究网络方面的潜力,也是树木年代学研究中最有前景的研究方向之一.目前的灌木年轮学研究多集中于环北极苔原带.作为地球的第三极,青藏高原具有广泛的高山灌木分布,具有把青藏高原边缘区以乔木为主的树木年轮网络扩展至更高海拔和高原内部的潜力.青藏高原高山灌木的年轮学研究并没有引起足够的重视.青藏高原高山灌木的生长是如何适应极端环境条件的,全球变暖的背景下,青藏高原高山灌木的分布和生长正在发生哪些变化等,都有待深入研究.