内蒙古锡林郭勒高原大针茅种群分株构件数量性状的地理变异研究

采用单因素方差分析、变异组分分析和分形几何学的原理和方法,对内蒙古锡林郭勒盟不同气候条件下的3个大针茅种群分株构件数量性状进行了研究,并结合它们所在生境特点对所得结果进行了分析。结果显示：（1）整个生长季内,不同种群大针茅营养枝高度的生长模式不同;营养枝高度和生殖枝高度在种群间差异显著,且多数变异存在于种群之间;（2）在不同生长期内,大针茅种群地上部干重与植株高度之间存在显著的分形关系;在无强度干扰的情况下,大针茅种群营养枝分形维数的大小与大针茅营养枝地上部干重的累积程度是一致的;但在长期严重干旱条件下,分形维数值表现为快速增加;（3）整个生长季内,同一生境条件下大针茅种群营养枝地上部干重与植株高度之间也存在显著的分形关系,且不同样地间分形维数值差异显著。不同生境条件下大针茅种群分株构件数量性状的差异是对所在生境长期适应、自然选择的结果。     

内蒙古锡林郭勒高原大针茅种群分株构件数量性状的地理变异研究

采用单因素方差分析、变异组分分析和分形几何学的原理和方法,对内蒙古锡林郭勒盟不同气候条件下的三个大针茅种群分株构件数量性状进行了研究,并结合它们所在生境特点对所得结果进行了分析。结果显示：（1）整个生长季内,不同种群大针茅营养枝高度的生长模式不同;营养枝高度和生殖枝高度在种群间差异显著,且多数变异存在于种群之间;（2）在不同生长期内,大针茅种群地上部干重与植株高度之间存在显著的分形关系;在无强度干扰的情况下,大针茅种群营养枝分形维数的大小与大针茅营养枝地上部干重的累积程度是一致的;但在长期严重干旱条件下,分形维数值表现为快速增加;（3）整个生长季内,同一生境条件下大针茅种群营养枝地上部干重与植株高度之间也存在显著的分形关系,且不同样地间分形维数值差异显著。不同生境条件下大针茅种群分株构件数量性状的差异是对所在生境长期适应、自然选择的结果。     

广西木论自然保护区铁榄群落主要乔木种群格局的分形特征

为了揭示种群空间分布特征随尺度的变化规律,探讨不同种群对空间资源的占据能力和生态适应能力及分形差异,采用计盒维数、信息维数和关联维数对木论自然保护区铁榄群落主要乔木种群格局特征进行了研究。结果表明,优势种铁榄（Sinosideroxylon pedunculatum）、东女贞（Ligustrum japonicum）、小栾树（Boniodendron minius）、稀有濒危种掌叶木（Handeliodendron bodinieri）、青檀（Pteroceltis tatarinowii）5个种群在相应的尺度具有明显的分形特征;计盒维数和信息维数大小顺序一致,均为：铁榄〉东女贞〉小栾树〉掌叶木〉青檀;在5个种群中,铁榄计盒维数为1．7763最大,接近2,对空间环境的占据能力最强,信息维数（1．7206）也最大,个体聚集强度强,在群落中处于绝对优势地位,青檀计盒维数（0．8316）和信息维数（0．8990）最小,对环境的占据利用能力弱,个体聚集程度整体较弱,在群落中处于伴生地位;在0．5～50m的尺度上,关联维数大小顺序为：铁榄（1．7314）〉东女贞（1．6688）〉小栾树（1．6050）〉青檀（0．7868）,而掌叶木只有在大的尺度上才出现关联,且关联较强。3个分形维数大小的不同组合,能够全面揭示不同种群格局特征和种群在群落中所处地位的差异。     

青藏高原不同草地利用方式对土壤粒径分形特征的影响

研究青藏高原草地土壤粒径结构分形特征,为该地区土壤质量评价和生态恢复提供科学依据。以青藏高原4种高寒草地(放牧、围栏禁牧、围栏禁牧+补植、未干扰)为对象,采用分形理论,研究不同利用方式对高寒草地土壤颗粒组成及分形特征的影响,明确土壤粒径分形特征的影响因素。结果表明：与放牧和围栏禁牧+补植相比,围栏禁牧草地中黏粒和粉粒体积分数分别增加了60%—91.1%、43.5%—80.1%,禁牧能够促进土壤砂粒向黏粒和粉粒转变。不同草地利用方式对分形维数有显著影响,单重分形维数D值依次为放牧草地<围栏禁牧+补植草地<未干扰草地=围栏禁牧草地,多重分形维数,包括信息维数D₁、信息维数/容量维数比值D₁/D₀和关联维数D₂依次为放牧草地<围栏禁牧+补植草地<围栏禁牧草地<未干扰草地。单重分形维数D与土壤黏粒、粉粒呈极显著正相关(P<0.01);砂粒、黏粒、粉粒、有机碳和全氮是多重分形维数的限制因素。信息维数D₁、信息维数/容量维数比值D₁...     

红树植物木榄幼树斑块形状的分形分析

应用分形理论分析了山口国家级红树林自然保护区木榄幼树斑块形状的分形特征。木榄幼树斑块在整体水平上的分形维数为 1 .1 2 ,而单个斑块的分形维数介于 1 .1 7～ 1 .3 7之间。分形维数的大小与斑块形状的复杂程度密切相关。频谱法和周长 -面积法都适用于分析幼树斑块形状的分形特征。     

老芒麦(Elymus sibiricus)种群地上生物量空间分布格局研究

采用分形几何学的方法对老芒麦（Elymus sibiricus)种群地上生物量空间分布格局进行了研究,结果表明：1）在某一时刻老芒麦不同植株地上生物量的空间分布格局具有相似性,7月6日的分形维数最大,为1.5054;6月16日、7月31日以及8月10日的分形维数较小,分别为0.7001、0.4675和0.3428。2）虽然在整个生长季内,老芒麦地上生物量与株高的对数值之间存在线性关系,但仍然存在许多细节问题,3）老芒麦株高在20-59cm尺度范围内,双对数半方差图存在明显的2个线性区域,反映出生物量空间分布格局的异质性。4）高度间隔为4cm以下的分形维数为1.63465,高度间隔大于4cm时的分形维数为1.0407。     

退化沙质草地开垦和围封过程中的土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁退化沙质草地开垦和围封过程中土壤颗粒分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明,不同开垦和围封年限的土壤颗粒分形维数(0～30cm)介于2.387～2.588之间.随着开垦年限的增加,0～15 cm层土壤颗粒分形维数从2.441降至2.387;围封11年后,0～15 cm层土壤颗粒分形维数增加到2.588.15～30 cm层土壤颗粒分形维数无明显变化.土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量.分形维数的变化能够很好地表征退化沙质草地土壤的化学、物理和生物学性状的变化趋势,可以作为评价退化沙质草地土壤性状的一个综合指标.     

科尔沁沙地农田沙漠化演变中土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁沙地农田沙漠化过程中土壤的粗粒化和养分的贫瘠化特征 ,土壤颗粒分形维数的变化特征 ,以及分形维数与土壤性状的关系。结果表明 :土壤沙粒含量越高 ,土壤分形维数越低 ,表征农田沙漠化程度越高 ;土壤颗粒分形维数与土壤有机 C、全 N、粘粉粒含量之间存在显著的线性关系。说明分形维数能很好地表征农田沙漠化演变中土壤结构和养分状况以及沙漠化的程度 ,可作为评价土壤沙漠化演变的一项综合性定量指标。     

毛竹杉木混交林土壤团粒结构的分形特征研究

运用分形理论对杉木纯林（19年生）、毛竹纯林（19年生）、6种杉木毛竹混交林（杉木19年生）的土壤团粒结构进行研究,建立了土壤团粒结构的分形维数与土壤团聚体含量、土壤结构体破坏率之间的回归模型,在此基础上,运用弹性分析与边际分析法进一步探讨了土壤团粒结构的分形维数对土壤性质变化所产生的影响效应。结果表明:土壤>0.25mm水稳定性团聚体含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤的结构与稳定性就越好;土壤团粒结构分形维数与水稳定性团聚体（>0.25 mm及>5.0mm）含量及结构体破坏率之间均存在极显著的回归关系;土壤团粒结构分形维数对土壤性质的变化产生较大的影响效应。本研究为毛竹杉木混交林的栽培管理,土壤肥力的科学评价提供依据。     

长江源区高寒草原和高寒草甸土壤粒径分布特征

为探究长江源区主要下垫面土壤空间异质性与粒径分布(PSD)非均匀性,运用分形理论描述高寒草原和高寒草甸2种下垫面土壤粒径分布特征,分析了 2种下垫面土壤的分形维数特征差异及其与土壤颗粒组成的关系.结果表明:研究区土壤颗粒粒径主要分布于100-800 μm,高寒草原土壤单重分形维数(Dv)为2.429～2.508,高寒草...     

基于盒维数的心音信号分形特征研究

在传统盒维数的基础上,从尺度变化的角度,提出一种计算心音信号时域波形分形维数的新的二进盒维数算法,并给出了算法思想和估算方法;然后用该方法对正常心音和几种典型的病态心音的分形维数进行计算,并对其分形特征进行了研究．研究结果表明：心音信号具有明显的分形特征,分形维数能够反映心音信号的复杂程度,并且能够明显地区分正常心音和病态心音．     

On the limits of fractal surface behaviour in silica. A virtual adsorbates simulation

A computer simulation technique, suited to replicate real adsorption experiments, was applied to pure simulated silica in order to gain insight into the fractal regime of its surface. The previously reported experimental fractal dimension was closely approached and the hitherto uncharted lower limit of fractal surface behaviour is reported herein.     

分形及其在植物研究中的应用

本文着重介绍了非线性科学热点之一的分形理论,并综述了分形理论在植物结构模拟、植物群落研究、景观格局研究、树木冠层特征研究、木材学研究、作物根系研究等方面的应用进展以及分维数求算方法研究进展,最后,对非线性理论在植物研究领域应用前景进行了展望。     

丙酮酸脱氢酶分形性质的光散射研究

生物大分子的分形性质与其三维结构,柔性,疏水性,进而与活性有重要关系。本文采用动态与静态光散射技术测量了丙酮酸脱氢酶的分维ｄｆ,讨论了上述两种光散方法测量分维各自适用的范围。     

保安湖—湖湾大型水生植物群落格局的研究

用地质统计学中的半方差和双对数半方差图对保安湖-湖湾(黄风口)的大型水生植物群落格局进行了研究,在不同的尺度上对群落及其主要组成种类的空间异质性进行了定量的描述。结果表明:保安湖黄风口大型水生植物群落的双对数半方差图存在线性区域,群落具有分形特征(自相似性).在不同的尺度下,群落和各组成种类空间格局具有不同的分形维数值,异质性程度存在差异。但其异质性程度不高,建议进行群落调查时,样方尺度应取520m;单一种群调查时的样方尺度取380m.       

桂花叶片的分形特征

提供了一种叶片分形维数的测定方法,并用其测定了桂花(Osmanthus fragrans Lour)的叶片分形维数。通过分析发现：(1)桂花叶片具有典型的分形特征并且这种分形特征可以用分形理论的一般方法加以研究;(2)同一株桂花树的成熟叶片在统计意义上具有相同的分形维数;(3)对于桂花这个物种的成熟叶片在统计意义上具有相同的分形维数。由此推测同一种植物的成熟叶片(或者其他构件)具有相同分形维数。最后提出创建植物分形分类学的设想。     

The influence of polystyrene nanoparticles on the fractal kinetics of lactate dehydrogenase

Plastics are ubiquitous in the aquatic environment and their degradation of fragments down to the nanoscale level have raised concerns given their ability to pervade cells. The accumulation of nanoparticles could lead to molecular crowding which can alter the normal functioning of enzymes. The purpose of this study was to examine the influence of polystyrene nanoparticles (NPs) on the fractal kinetics of the lactate dehydrogenase reaction: pyruvate + NADH ? lactate + NAD⁺. The influence of NPs on LDH activity was examined first in vitro to highlight specific effects and secondly in mussels exposed to NPs in vivo for 24h at 15 °C. The reaction rates of LDH were determined with increasing concentrations of pyruvate to reach saturation at circa 1 mM pyruvate. The addition of F-actin, a known binding template for LDH, revealed a characteristic change in reaction rates associated with fractal organization. The addition of 50 and 100 nm transparent NPs also produced these changes. The fractal dimension was determined and revealed that both F-actin and NPs reduced the fractal dimension of the LDH reaction. The addition of viscosity sensor probe in the reaction media revealed viscosity waves during the reaction at low substrate concentrations thought to be associated to synchronized switching between the relaxed and tensed states of LDH. The amplitude and the frequency of viscosity waves were increased by both NPs and F-actin which were associated with increased reaction rates. In mussels exposed to NPs, the isolation of digestive gland subcellular fraction revealed that LDH activity was significantly influenced by the fractal dimension of the LDH reaction where a loss of affinity (high fractal K_M) was detected in mussels exposed to the high concentrations of NPs. It is concluded that polystyrene NPs could change the biophysical properties of the cytoplasm such as the fractal organization of the intracellular environment during the LDH reaction.     

桂花叶片的分形特征

提供了一种叶片分形维数的测定方法,并用其测定了桂花(Osmanthus fragrans Lour)的叶片分形维数。通过分析发现:(1)桂花叶片具有典型的分形特征并且这种分形特征可以用分形理论的一般方法加以研究;(2)同一株桂花树的成熟叶片在统计意义上具有相同的分形维数;(3)对于桂花这个物种的成熟叶片在统计意义上具有相同的分形维数。由此推测同一种植物的成熟叶片(或者其他构件)具有相同分形维数。最后提出创建植物分形分类学的设想。     

Fractal-based analysis of optical coherence tomography data to quantify retinal tissue damage

Background

The sensitivity of Optical Coherence Tomography (OCT) images to identify retinal tissue morphology characterized by early neural loss from normal healthy eyes is tested by calculating structural information and fractal dimension. OCT data from 74 healthy eyes and 43 eyes with type 1 diabetes mellitus with mild diabetic retinopathy (MDR) on biomicroscopy was analyzed using a custom-built algorithm (OCTRIMA) to measure locally the intraretinal layer thickness. A power spectrum method was used to calculate the fractal dimension in intraretinal regions of interest identified in the images. ANOVA followed by Newman-Keuls post-hoc analyses were used to test for differences between pathological and normal groups. A modified p value of <0.001 was considered statistically significant. Receiver operating characteristic (ROC) curves were constructed to describe the ability of each parameter to discriminate between eyes of pathological patients and normal healthy eyes.

Results

Fractal dimension was higher for all the layers (except the GCL + IPL and INL) in MDR eyes compared to normal healthy eyes. When comparing MDR with normal healthy eyes, the highest AUROC values estimated for the fractal dimension were observed for GCL + IPL and INL. The maximum discrimination value for fractal dimension of 0.96 (standard error =0.025) for the GCL + IPL complex was obtained at a FD ≤ 1.66 (cut off point, asymptotic 95% Confidence Interval: lower-upper bound = 0.905-1.002). Moreover, the highest AUROC values estimated for the thickness measurements were observed for the OPL, GCL + IPL and OS. Particularly, when comparing MDR eyes with control healthy eyes, we found that the fractal dimension of the GCL + IPL complex was significantly better at diagnosing early DR, compared to the standard thickness measurement.

Conclusions

Our results suggest that the GCL + IPL complex, OPL and OS are more susceptible to initial damage when comparing MDR with control healthy eyes. Fractal analysis provided a better sensitivity, offering a potential diagnostic predictor for detecting early neurodegeneration in the retina.