基于数字相机的栎林物候及其生理特性研究

发布时间：2017-06-18 15:05

  本文关键词：基于数字相机的栎林物候及其生理特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,国内基于数字相机观测的植物物候研究成果甚少,在分析驱动物候现象的植物生理机制方面更是鲜有。因此,本研究以长江三角洲城市森林生态系统定位研究的栎树林为对象,基于数字相机观测技术,获取了2014年栎树林物候数据；并结合人工观测及植物生理生化指标的室内分析与测定,绘制了栎林物候的季节性变化特征曲线,明确了栎林物候期变化与同期栎叶生理生化指标间变化的不同步性,并探讨了导致这一现象的植物生理学诱因；借助相关分析,建立了栎林物候指数与栎叶生理生化指标间的数学模型,评估了数字相机观测技术在栎林物候学研究中的适用性。研究结果总结如下：(1)基于数字相机观测技术的相对绿度指数(Green Chromatic Coordinate,Gcc)是反映栎林冠层动态(包括遮盖度以及绿度)的可靠参数。根据Gcc的季节变化趋势可以将栎林生长季划分为如下五个时期(栎林整个生长季长度约为255天,以2014年1月1日为时间起点,下同)：①绿值增长初期(80～86天,即栎林爆芽期),栎树陆续爆芽,栎林冠层出现绿色；②绿值增长中期(86～104天,即栎林展叶期),栎林Gcc、叶面积指数(Leaf Area Index, LAI)及栎叶SPAD(Soil Plant Analysis Development, SPAD)、叶片尺寸均逐渐增加,且Gcc于第104天达到季节峰值0.45；③绿值增长末期(104天～160天),冠层绿度明显加深,Gcc下降,而LAI及SPAD陆续增至峰值；④栎林成熟期(160天～278天),此时Gcc、SPAD基本保持不变,LAI略有下降；⑤秋季落叶期(278天-335天),栎林冠层变黄且落叶,Gcc、LAI及SPAD逐渐下降至休眠期水平。(2)在栎林整个生长季中,基于栎叶面积的叶绿素含量(chlorophyll concentration, chla)^净光合速率(net photosynthetic rate, Pn)以及比叶重(Leaf Mass per Area, LMA)整体呈现出“拱桥”型的季节变化特征,且依次达到峰值；栎叶全氮含量(Total Nitrogen, TN)和冠层水分含量(Equivalent Water Thickness, EWT)均整体呈现出“倒S”型的季节变化特征。此外,通过分层测定树叶生理生化性质,发现林冠栎叶的Pn、TN以及LMA具有明显的分层特征,其数值大小顺序为上层中层下层。(3)相关分析表明,在绿值增长末期,栎林的Gcc与chla、P、TN、MA及EWT均呈极显著相关关系；其中,Gcc与chla及LMA呈线性负相关,即随着Gcc的下降,chla及LMA均分别以591.87和829.28的单位增加量响应,R2分别为0.856和0.930；Gcc与Pn、 TN以及EWT的拟合方程为多项式,R2分别为0.700、0.789和0.569。在秋季落叶期,发现随着Gcc的下降,chla、Pn以及TN均以幂数形式响应,R2分别为0.866、0.682和0.794；而Gcc与LMA及EWT的拟合方程为多项式,R2分别为0.794和0.930。因此,Gcc指数经分段修正后在一定程度上可以反映植物生理生化指标的季节变化。(4)虽然,栎林Gcc指数的季节变化趋势与栎叶ch1、Pn以及LMA的变化规律相似,但Gcc的季节峰值点明显提前于栎叶各项目生理指标的变化峰值。通过对比人工观测数据及栎叶的生理指标特征值,发现栎林Gcc春季的季节变化特征反映了栎叶主要生理功能的变化,其季节峰值点是叶片主要功能从增长尺寸到完善细胞结构的转折点,而并非是表征叶片绿度的叶绿素含量峰值点。(5)因此,数字相机观测技术能够自动高频地获取栎林冠层图像,量化栎林冠层动态,在物种水平上准确客观地实现了对栎林物候的监测。与人工观测相比,数字相机观测省时省力,而且基于此技术手段获取的数据具有连续性和客观性,是野外科研工作者开展物候研究的高效工具。
【关键词】：数字相机观测技术 栎林 物候特征 植物生理特征 叶绿素含量 净光合速率
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB852;S792.18
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 前言9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究进展10-15
• 1.2.1 数据采集的主要影响因素10-12
• 1.2.2 图像数据分析方法12-14
• 1.2.3 与卫星遥感观测技术相结合的研究成果14
• 1.2.4 与涡度相关技术相结合的研究成果14-15
• 1.3 研究目的与意义15-17
• 第二章 材料与方法17-23
• 2.1 研究样地概况17
• 2.2 研究内容与拟解决的科学问题17-18
• 2.2.1 研究内容17-18
• 2.2.2 拟解决的关键科学问题18
• 2.3 本研究的创新点18
• 2.4 技术路线图18-19
• 2.5 具体研究方案19-22
• 2.5.1 物候指标的测定19-21
• 2.5.2 植物生理生化指标的测定21-22
• 2.6 数据分析22-23
• 第三章 栎树林物候的季节变化特征23-33
• 3.1 基于数字相机观测的栎树林物候特征23-27
• 3.1.1 绿值增长期24-25
• 3.1.2 成熟期25-26
• 3.1.3 落叶期26-27
• 3.2 栎树林叶面积指数的季节变化特征27-28
• 3.3 栎树叶片SPAD值的季节变化特征28-29
• 3.4 G_(CC)与LAI及SPAD值的相关分析29-30
• 3.5 本章小结30-33
• 第四章 栎叶生理生化指标的季节变化特征及其相关性分析33-47
• 4.1 栎树叶片生理生化指标的季节变化特征33-38
• 4.1.1 叶绿素含量33-35
• 4.1.2 净光合速率35-36
• 4.1.3 全氮含量36-37
• 4.1.4 比叶重与冠层水分含量37-38
• 4.2 栎树叶片生理生化指标间的相互作用38-41
• 4.3 相对绿度指数与栎叶生理生化指标间的相关性分析41-44
• 4.4 本章小结44-47
• 第五章 研究结论与研究展望47-51
• 5.1 研究结论47-48
• 5.2 研究展望48-51
• 参考文献51-61
• 致谢61-63
• 附录63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 林贤青,朱德峰,周伟军,张玉屏;超级杂交稻穗分化期叶片比叶重与光合速率的关系[J];中国水稻科学;2003年03期

  本文关键词：基于数字相机的栎林物候及其生理特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：459735