基于国产PIE软件的林学专业遥感实践教学提升初探

遥感技术类课程是林学专业的必修课,该类课程是实现智慧林业重要的技术手段,也是建设新农科的重要抓手。目前遥感实践教学存在教学内容系统性和创新性不强、软件实用性欠佳等问题,亟需对实践教学理念和框架进行革新。针对上述问题,借助航天宏图开发的国产遥感软件PIE(Pixel Information Expert),提出以“强基础、重应用和促创新”的实践育人教学理念,构建了一套基于PIE软件的遥感实践教学体系和内容框架。从教学理念和教学内容上提升当前遥感实践教学质量,不仅能够提高学生动手实践能力和创新能力,还能为企业精准输送高素质的复合型人才。

基于CFD的仿生水动力学数值计算方法及其验证

鱼类经过长期的进化与自然选择,有着优异的水中游动能力,鱼类借助尾鳍能够进行快速高效的定向游动和快速启动/机动,借助胸鳍能够进行前进、后退和灵活的转向。本文基于计算流体力学(CFD)方法,给出适用于求解鱼类尾鳍/胸鳍的刚性运动以及身体躯干的柔性运动的网格划分策略,对仿生尾鳍、仿生胸鳍和仿生鱼在均匀来流中的水动力性能以及仿生鱼在静水中的自主游动进行数值计算。结果表明:基于CFD方法,采用结构与非结构混合的网格划分策略,应用动网格方法能够对仿生鱼的各类鳍及身体躯干的刚性或柔性运动进行有效的模拟,通过与实验结果进行对比,验证了对水动力性能求解的有效性。数值计算方法和验证算例对仿生水动力学的研究具有一定的理论参考意义。

基于Landsat TM数据估算雷竹林地上生物量

结合Landsat TM遥感数据和雷竹林样地调查数据,采用偏最小二乘回归法(PLS)建立雷竹林地上生物量估算模型,利用该模型估算临安市雷竹林地上部分生物量。结果表明:雷竹单株地上部分生物量与胸径及雷竹林地上部分生物量与株数之间都呈极显著相关(P<0.01);通过PLS-Bootstrap法筛选自变量能够提高模型精度;模型预测的雷竹林地上生物量均方根误差为3.45t·hm-2,满足大范围估算的精度要求;临安市雷竹林地上生物量为13～25t·hm-2,均值为19.52t·hm-2。

甜瓜设施栽培连作土壤的理化性质及生物活性

【目的】探讨设施栽培条件下甜瓜连作土壤的理化性质和生物活性的变化。【方法】以设施甜瓜连作0（对照）、1、3、5、7、10 a的根际土壤为研究对象,分别测定其理化性状指标、酶活性及微生物区系的变化,并评价它们之间的相关性。【结果】随着连作年限的增加,土壤p H值和容重不断降低,含盐量和有机质含量持续上升,连作3 a和10 a的土壤含盐量较对照分别增加46.97%和90.90%。速效氮含量不断上升,但速效磷和速效钾含量不断下降。土壤脲酶、蔗糖酶和蛋白酶活性呈先升后降的变化趋势,连作3 a或5 a达到峰值,而过氧化氢酶和磷酸酶活性则持续下降。土壤中细菌和放线菌数量呈先升后降的变化趋势,而真菌数量则持续上升,连作10 a的数量高出对照16.08倍。3种细菌的生理类群数量变化与总的细菌相似,2种真菌致病菌的数量变化与总的真菌相似。相关分析显示,过氧化氢酶活性与有机质含量呈显著负相关,与速效磷和速效钾呈显著正相关;磷酸酶活性与含盐量和有机质含量呈显著负相关,与速效磷和速效钾呈显著正相关;细菌数量与蔗糖酶活性呈显著正相关;放线菌数量与土壤磷酸酶活性及速效磷含量显呈著负相关;真菌数量与土壤有机质和速效氮含量及蛋白酶活性呈极显著正相关,与速效钾含量呈显著负相关。【结论】设施甜瓜连作后土壤逐渐酸化并伴随盐渍化趋势,氮、磷、钾比例失调,连作3~5 a后大部分土壤酶活性开始下降,土壤真菌数量快速增加,土传病害病原菌不断累积,表现出明显的连作障碍。

大别造山带天柱山燕山期中酸性岩浆岩元素和同位素地球化学研究

大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩的物质来源和成因机制,是大陆碰撞造山带研究的热点和前沿问题之一。本文通过对大别造山带天柱山燕山期中酸性岩进行全岩主量和微量元素以及放射成因同位素、单矿物氧同位素分析,指示这些碰撞后岩浆岩是俯冲陆壳物质再循环的产物。研究发现,这些中酸性岩表现出明显的轻稀土富集、高场强元素Nb、Ta和Ti负异常以及Pb正异常。它们都具有较高的Sr同位素初始比值(0．7062-0．7083)和较低的εNd(t)值(-17．1--19．7),与北大别杂岩的变化范围一致。单矿物氧同位素变化范围较大(石英:7．48-9．16‰,钾长石:3．76-7．80‰,斜长石:2．06- 6．96‰,锆石:4．16-5．83‰),大多数样品锆石具有与正常地慢锆石(5．3±0．3‰)一致的δ18O值。大多数样品的石英-锆石之间达到并保存了岩浆结晶时的氧同位素平衡分馏,而其它矿物(如钾长石、斜长石、黑云母和角闪石)与锆石之间大多表现为明显的氧同位素不平衡分馏,表明它们受到了岩浆期后亚固相水-岩相互作用的扰动。元素、Sr-Nd同位素和锆石氧同位素特征表明,大别山中生代中性岩可能是由加厚的扬子板块基性下地壳脱水部分熔融并经结晶分异形成的,花岗岩是由化学组成类似于北大别TTG片麻岩的中性下地壳脱水部分熔融形成的。

甜瓜幼苗耐冷性相关生理指标的综合评价

【目的】明确10个生理指标与甜瓜幼苗耐冷性的关系。【方法】以26份耐冷性差异明显的甜瓜种质为试材,分别测定在低温处理后各种质幼苗的电导率、丙二醛含量、叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量、根系活力、POD活性、SOD活性、CAT活性等10个低温逆境相关的生理指标,采用基本统计量比较、灰色关联分析、相关分析、主成分分析等方法对耐冷性进行综合评价。【结果】在室内4℃低温处理48 h后种质间冷害指数差异最大,且达到极显著水平,不同种质之间各生理指标差异显著。其中丙二醛、游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量及电导率与耐冷性密切相关,具有较高的关联度和相关系数,且在主成分分析中对耐冷性的贡献率较大。基于这6个生理指标数据,聚类分析能将耐冷性不同的种质区别开。【结论】10个生理指标可简化为6个指标,即丙二醛、游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量及电导率,其中游离脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量可优先作为甜瓜耐冷性的评价指标,用于甜瓜耐冷性育种研究。

Erf-BP混合像元分解及在森林遥感信息提取中应用

提出一种新的基于高斯误差函数(Gaussian error function,Erf)作为激活函数的BP神经网络(Erf-BP),并用于林区TM影像进行混合像元分解。研究表明:Erf-BP模型的精度高于线性无约束最小二乘法模型及最大似然法。通过在高分辨率影像上选取验证样区精度检验得出:1)各端元总分解精度为89.2%,RMSE比线性无约束最小二乘法模型降低了近39%;2)该方法能够较高精度地提取森林遥感信息,精度达到86%,RMSE比线性无约束最小二乘法模型降低了近40.6%。将3种不同方法估计的整个研究区各端元面积百分比与森林资源二类调查数据作对比得出:Erf-BP模型精度略高于最大似然法,RMSE分别为4.18%和7.90%,两者精度明显高于线性无约束最小二乘法模型(RMSE=18.75%)。Erf-BP算法能够较高精度地对TM影像进行混合像元分解,尤其在森林信息提取上,为基于混合像元分解提取不同森林类型甚至树种遥感信息提供一种可行的方法。

基于下采样分数阶小波变换的图像融合新方法

为抑制小波变换图像融合方法在下采样过程产生的伪吉普斯效应,解决非下采样图像融合方法融合时间长的问题,提出了基于下采样的分数阶小波变换(FRWT)融合方法。该方法采用离散分数阶小波变换(DFRWT)对不同灰度特征源图像进行多尺度分解,根据不同阶数下图像分数阶小波变换子代模系数非稀疏性特点,分别使用区域最大和区域方差匹配图像融合规则进行对比实验,并对融合规则和阶数选取加以讨论。实验结果表明,相对于小波变换(DWT)融合方法,此方法有效的抑制了伪吉普斯效应,获得更好主观效果和较高客观评价指标值,与非下采样变换融合方法相比,该方法在确保融合质量的同时融合时间大为缩短。实验结果表明本文方法的有效性。

连作对设施甜瓜生长和光合作用以及养分吸收和产量品质的影响

【目的】探明连作对设施甜瓜的影响。【方法】以在连作0、1、3、5、7、10 a(年)土壤中种植的‘豫甜香’品种为研究对象,分别测定其生长、光合作用及果实产量、品质等。【结果】植株长势随连作年限的增加而减弱,且根部发育受阻。植株净光合速率、叶绿素总量、蒸腾速率和气孔导度均随连作年限的增加而下降,但叶绿素a/b比值升高。伸蔓期叶片、蔓和根中的全氮(N)含量均随连作年限的增加而下降,而花期和坐果期则增加。连作条件下磷(P)基本稳定。全钾(K)含量随连作年限的增加而下降。长年连作条件下果实的总酸含量明显升高,而可溶性固形物和总糖含量则降低。【结论】设施甜瓜种植3~5 a时出现连作障碍问题。长期连作不利于甜瓜生长,使根发育受阻,不利于光合作用及根部等养分的吸收积累,使果实产量下降、口感变差。因此,设施甜瓜最好不要连作超过5 a。

毛竹林总初级生产力年际变化及其驱动因素——以安吉县为例

森林生态系统碳通量的年际变化及其驱动因素分析是了解森林碳收支动态变化以及预测未来气候变化对森林碳收支影响的重要理论基础,对评估森林应对气候变化的贡献具有重要意义。结合MODIS叶面积指数(LAI)和归一化植被指数(NDVI)产品、MERRA气象数据和通量塔观测数据,采用光能利用率模型模拟2004—2011年安吉县毛竹林生态系统总初级生产力(GPP)空间分布,并分析GPP年际变化及其驱动因素。结果表明:(1)小年毛竹林GPP稍高于大年GPP;(2)2004—2011年安吉县毛竹林年日均GPP呈下降趋势,东部、西部和整个安吉县毛竹林年日均GPP变化速率分别为-0.064、-0.033和-0.045g C m-2W-1,年均温度持续下降是主要驱动因素;(3)LAI年际变化是GPP年际变化的主要驱动因素,主要原因是毛竹林大小年交替规律引起了有效LAI年际间差异;(4)西部GPP年际变化幅度大于东部,环境和生物因素对GPP年际变化的作用方向决定了毛竹林GPP年际变化的幅度。

基于遥感植被生物量估算模型自变量相关性分析综述

应用遥感估算植被生物量越来越受到人们的关注。在利用遥感信息参数以及其它因子构建模型时,往往要挑选一些对生物量具有显著影响的因子作为自变量,因此自变量个数的确定、自变量的选择对估算模型的可靠性及精度影响很大。从单变量模型、多变量模型以及参数、非参数模型等几个方面论述了植被生物量估算遥感信息模型自变量相关性,并提出了一些建议,希望能对植被生物量估算模型自变量的选择提供参考价值。

一种新型主动式波浪补偿系统的原理及数学建模

基于差动行星齿轮传动机构,提出了一种新型主动式波浪补偿系统。介绍了波浪补偿的系统组成,在分析差动行星轮系调速特性的基础上,阐述了波浪补偿系统的工作原理和补偿机制。根据波浪补偿的两个主要目的,按照从补给船吊装载荷到被补给船的整个工作过程,建立了波浪补偿系统的数学模型,为实现系统的计算机控制提供依据。

汶川地震区新生水土流失对土壤养分的影响

采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究汶川地震区新生水土流失对不同恢复类型样地土壤养分的影响。结果表明:(1)地表裸露、自然恢复和人工种植类型样地pH高于对照样地,各种恢复类型间土壤有机质含量差异显著。(2)土壤全氮含量在人工种植、对照样地处于丰富状态,在地表裸露、自然恢复样地处于贫瘠状态,铵态氮含量在对照样地最高,硝态氮在新生水土流失作用下流失严重。(3)土壤全磷含量在地表裸露和自然恢复样地低于人工种植和对照样地,通过降雨-地表径流、渗漏淋失等途径流失,速效钾含量均处于缺乏状态。(4)土壤全钾含量在对照样地最大,自然恢复样地最小,各种恢复类型样地速效钾含量基本处于缺乏水平,人工种植样地由于培肥的作用速效钾含量得到提升。

缺失数据插补方法及其参数估计窗口大小对毛竹林CO_2通量估算的影响

【目的】通量塔观测的CO2通量数据具有较高的缺失比率,给通量塔数据的应用带来困难,因此,需要建立合理的插补方法对缺失数据进行插补,获取完整和可靠的CO2通量数据。本研究分析了不同参数估计窗口大小条件下基于夜间数据(NB)和基于白天数据(DB)的插补方法对CO2通量估算的影响,从而为选择最优的插补方法提供参考依据。【方法】以2011年毛竹林生态系统碳通量塔观测的净生态系统交换量、温度以及光合有效辐射为基础数据,给定不同的参数估计窗口大小,采用NB和DB插补方法对CO2通量缺失数据进行插补,以实测数据评价参数估计窗口大小对CO2通量估算的影响。【结果】参数估计窗口影响插补的波动程度随窗口增大而降低,窗口过大时结果不能体现局部变化,过小时结果出现异常,最优值与观测数据缺失量密切相关;在本研究案例情况下,对于NB方法,生态系统总呼吸速率Re插补的最优移动窗口和参数估计窗口分别为15天和90天,总初级生产力GPP插补的最优移动窗口和参数估计窗口分别为2天和4天;而对于DB方法,最优移动窗口和参数估计窗口分别为2天和60天;NB方法估算的年尺度GPP和Re分别高出DB方法的13.8%和26.8%,净生态系统交换量低于DB方法的32.2%;NB和DB方法得到的白天净生态系统交换量非常接近,但两者的Re分量具有较大差异。【结论】缺失数据比率对参数估计窗口大小的选择具有重要影响。通量塔缺失数据插补时,综合考虑数据缺失比率和下垫面的碳通量季节变化特征,选择合适的插补方法及其参数估计窗口对提高CO2通量估算准确性具有帮助。

汶川地震区土壤物理性质与渗透性的坡面分布特征

以汶川县草坡河流域为研究区域,探讨震后4种恢复类型的土壤物理性质和渗透性的坡面分布特征。结果表明,(1)由于地震造成的生态破坏,土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度等物理性质在坡面分布表现出显著差异。(2)坡面不同部位对自然植物恢复坡面的最大持水量有显著的影响,表现为坡上>坡中(坡下);对有植物长期演替的对照坡面的非毛管持水量有显著的影响,其表现为坡上>坡中>坡下。(3)不同恢复类型土壤入渗率在空间格局上表现不一致,但在时间格局上表现出相同的3区段变化趋势,土壤渗透速率与入渗时间呈非线性关系,经拟合表现出对照地块的土壤渗透数学模型的拟合度最高,且随坡面部位下移拟合度越高。(4)同一坡位的渗透性能在不同恢复类型坡面上表现出明显的差异:对照地块>人工种植>自然恢复>完全裸露,坡位对同一恢复类型土壤渗透率在坡面水平分布上的影响表现为坡上高于坡中和坡下。

基于DSP的主动式波浪补偿起重机控制系统设计

设计了一种基于DSP(Digital Signal Processing)的主动式波浪补偿起重机的控制系统,分析了系统的工作原理与功能要求,研究了DSP控制核心及其外围接口,完成了前向通道设计ZRS-422串行通信人机接口设计、后向通道设计以及整个DSP控制系统软件设计,并采用Matlab进行了系统仿真。将该控制系统成功应用于主动式波浪补偿系统缩比样机,实验表明样机的主动补偿性能良好,工作稳定可靠。

不同类型甜瓜种质SSR遗传多样性及耐冷性评价

从国家西瓜甜瓜种质中期库(郑州)和美国农业部国家种质资源中心选取厚皮、薄皮和野生甜瓜种质共191份,利用在甜瓜染色体上均匀分布的43个SSR标记鉴定其基因型,评价其遗传多样性,并利用4℃恒温条件下种质幼苗的冷害指数和低温处理前后的叶肉组织超微结构变化评价不同类型种质的耐冷性。结果显示,SSR标记共检测到366个等位基因,平均8.512,平均观测杂合度和期望杂合度分别为0.074和0.704,平均多态性信息含量为0.668。UPGMA法将所有种质聚为4个类群,Ⅰ类群仅有2份印度野生种质,Ⅱ类群包含来自印度的34份野生和15份薄皮种质,Ⅲ类群含有地理分布广泛的51份厚皮和1份野生种质,IV类群由来自东亚的75份薄皮、7份厚皮和6份野生种质组成。Bayesian算法将所有种质分为3个亚群,主要对应厚皮、野生和薄皮3类种质。通过计算3类种质间的分化系数和雷氏距离,结果发现厚皮种质与薄皮种质间的分化最大,野生种质与薄皮或厚皮种质间的分化相对较小,不同类型种质多样性水平表现为:野生种质>厚皮种质>薄皮种质。3类种质幼苗的冷害指数趋向正态分布,薄皮种质的耐冷性要优于野生和厚皮种质。叶肉组织超微观察显示,薄皮种质蛤蟆酥5在低温处理前后的细胞超微结构变化不大,其耐冷性较强,而厚皮种质凤凰在低温处理后,叶绿体大量解体,细胞超微结构遭到破坏,其耐冷性较弱。

新生水土流失对汶川震区土壤水分入渗的影响

【目的】研究新生水土流失对汶川震区土壤水分入渗的影响。【方法】采用环刀法,分层次取样,研究草坡河小流域4种震后不同恢复类型样地的新生水土流失对土壤入渗的影响。【结果】在新生水土流失的作用下,地表裸露样地、自然恢复样地和人工种植样地的土壤容重、土壤孔隙和持水能力较对照样地(完全未遭地震破坏)差。土壤初渗率、稳渗率、平均入渗速率和75 min渗透总量在4种处理样地均表现为对照样地>人工种植样地>自然恢复样地>地表裸露样地。土壤入渗性能与非毛管孔隙度、总孔隙度呈极显著或显著正相关,与土壤容重极显著或显著负相关,与毛管孔隙度的关系不显著。运用综合判断值(F)评价震后不同恢复类型样地的土壤入渗性能优劣,表现为对照样地(1.2569)>人工种植样地(-0.2252)>自然恢复样地(-0.4578)>地表裸露样地(-0.5738);回归分析表明:通用经验模型和Horton模型的拟合效果较好,比较适合于地震区域土壤入渗特征的模型,Kostiakov模型次之,Philip模型最差。【结论】新生水土流失对土壤水分入渗存在影响,汶川震区对照样地的土壤容重1 g.cm-3左右,土壤总孔隙度50%左右,非毛管孔隙度20%—40%,土壤入渗性能最好。通过自然恢复和人工种植植被等措施可以调控土壤容重和土壤孔隙状况,增强土壤的持水能力,提高土壤水分入渗性能,从而有效地减少地表径流和防止水土流失。

不同嫁接组合对西瓜植株生长及果实品质的影响

采用优质中大果型西瓜品种中科1号为接穗,常规一段嫁接用抗生王、超丰F1、西嫁强生、京欣砧3号、野生西瓜1号、野生西瓜2号为砧木,二段嫁接采用西嫁强生作基砧、超丰F1作中间砧,研究了常规一段嫁接法与二段嫁接法对西瓜生长发育及果实品质的影响。结果表明,采用二段嫁接的西瓜植株生长势、抗枯萎病能力、单果质量、小区产量、中心可溶性固形物含量、瓜瓤果胶含量在所有嫁接组合中表现最佳,果实脆度与对照差异不显著。南瓜类砧木西嫁强生、京欣砧3号在生产上可大量推广,同时二段嫁接法具有一定的推广价值。