基于CT扫描的多枝柽柳年轮生长参数测量及验证

利用多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)茎秆CT扫描图像,构建年轮三维解剖模型,获取年轮生长速率(TRGR)和年木材材积量(ATV)等生长参数。结果对树木长势评估、干旱区年轮水文响应和气候响应、林业碳汇计量等研究领域具有参考价值。研究通过对多枝柽柳茎秆CT扫描和平板扫描,分别获得其茎秆CT和平板二维横切扫描图。使用Python深度学习方法,获得CT年轮U-net语义分割模型。结合前期研究已构建的平板扫描年轮图像U-net语义分割模型,研究分别获取两种轮盘扫描图像年轮早材区域。轮盘扫描及语义分割后的结果经图像处理、GIS配准赋坐标后,借助GIS编辑和测量工具,完成多枝柽柳年轮周长、基部断面积生长增量、TRGR及ATV指标的计算。利用CT图像提取的年轮线状CAD图,根据CT切片顺序和间隔,在Sketchup 3D软件中重构多枝柽柳年轮三维解剖图,立体刻画年轮结构特征。研究测量结果通过成对样本t检验,Pearson相关系数检验和Bland-Altman定量一致性分析,评价多枝柽柳CT和平板扫描图年轮测量结果的一致性,检验CT扫描图年轮参数的提取准确性。研究结果表明基于CT图像测量的TRGR指标和平板扫描测量结果一致。成对样本t检验TRGR序列定量均值比较的P值均大于0.05,表明两种来源所得测量结果间无统计学差异。Pearson相关系数为0.9984(P<0.0001),表明两种测量结果间具有强相关性。Bland-Altman定量一致性分析,两种测量途径中有95.625%的样本差异位于一致性界限内,表明两种方法测量的结果具有一致性。基于CT图像通过GIS测量所得的多枝柽柳年轮生长参数经验证,结果准确。研究构建的CT图像年轮生长参数测量方法,可推广到农业和林业各类树木年轮参数的测量。研究结果对树木年轮无损测量技术的发展,未来树木年木材材积量的测算,以及利用年轮研究水文响应和气候响应具有参考价值。

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,NDVI)季节曲线峰值、季节开始时的增长速率、大季节积分和季节结束时的值等7个关键参数。将多枝柽柳TRGR、TRW和BAI测量结果与NDVI季节曲线关键参数进行相关性分析,检验TRGR指标的合理性,分析指标优势。结果表明:测量的多枝柽柳TRGR指标与点样尺度NDVI关键参数间存在高度正相关,最高相关系数达0.98。TRGR指标不仅能够反映多枝柽柳年轮整体径向生长情况,而且可以有效去除年轮指标中的胸径趋势,突显指标环境趋势,有利于解决树木年轮学中指标去趋势难的问题。TRGR与TRW和BAI指标相比优势明显,可以作为灌木年轮学研究的新代用指标。研究结果为多枝柽柳年轮信息重构NDVI或反之提供了有利证据。研究构建的年轮测量方法相比于专业年轮分析系统具有更为多样的测量手段。研究结果可推动寒旱区灌木年轮学发展。

基于模型模拟的QTT台址树木形成层物候与气候因子对径向生长的响应

为了探究气候变化背景下QTT(QiTai radio Telescope)台址长时间尺度的树木生长动态,明确树木生长的限制因素。研究以天山山区优势树种雪岭云杉Picea schrenkiana为研究对象,运用VS(Vaganov-Shashkin model)模型对其树轮年表(1950—2022年)进行模拟,从而获取树木生长的限制性因素及其生长动态。研究结果表明:(1)树木生长呈现右偏单峰模式,且在生长旺盛期,水分是生长的主要限制因子;(2)过去73年间,生长季起始时间以1.5天每10年的速度提前,生长季结束时间没有显著变化,生长季长度以2.3天每10年速度延长;(3)树木生长与4—6月降水显著正相关,而与5—6月温度显著负相关。在气候变化背景下,水分限制将持续,随着生长季长度延长,水分限制的缓解将有效促进树木生长。研究结果将有助于台址区科学合理的开展森林经营管理,有效促进树木生长。

人工林杨树材性与生长轮年龄和生长速度关系的模型

本文以生长在３种长江滩地类型（江滩、洲滩、湖滩）、３种栽植密度（３ｍ×４ｍ、４ｍ×５ｍ、５ｍ×６ｍ）下的３个品系速生人工林杨树木材［欧美杨无性系７２杨（Ｐｏｐｕｌｕｓ×ｅｕｒａｍｅｒｉｃａｎａｃｖ．Ⅰ７２／５８），美洲黑杨无性系６３杨（Ｐ．ｄｅｌｔｏｉｄｅｓｃｖ．Ⅰ６３／５１）和６９杨（Ｐ．ｄｅｌｔｏｉｄｅｓｃｖ．Ⅰ６９／５５）］为对象，首次分别建立了长江滩地速生杨树纤维长度（ＦＬ），微纤丝角（ＦＡ）和木材密度（ＷＤ）随生长因子中的生长轮年龄（ＣＡ）和年轮宽度（ＲＷ）变化的模型，即：ＦＬ＝７６５．０７＋１１９．７７ＣＡ－６．１５ＣＡ２－１５０６．９７（１／ＲＷ）＋３６５．１８（ＣＡ／ＲＷ）－１８．０２（ＣＡ２／ＲＷ）ＦＡ＝９．６４３＋０．０６１ＲＷ＋２．３７６（１／ＣＡ）－０．２０１（ＲＷ／ＣＡ）ＷＤ＝０．４４７－０．００３ＣＡ＋０．００４（１／ＲＷ）＋０．００４（ＣＡ／ＲＷ）从检验结果来看，纤维长度随生长轮年龄和生长速度变化的模型能够较好地预测长江滩地人工林杨树不同单株纤维长度的变化（ｒ＝０９８９），而微纤丝角和木材密度随生长轮年龄和生长速度变化的模型对长江滩地人工林杨树株内微纤丝角和木材密度能够?

速生杨木材基本密度变异规律及其与生长性状的关系

以14～18a树龄的I-69杨无性系为研究对象,对木材基本密度在株内不同高度上的变异模式及其变异性进行了研究,测定了树龄、胸径及生长轮宽度并分析其与木材密度之间的相关性。结果表明:0～6m处,密度在轴向上沿着树干方向,从下向上密度逐渐变大;木材密度与树龄、胸径之间有关联,并建立了密度与树龄和胸径的模型。并对模型进行检验,认为用该模型模拟速生杨木基本密度的结果较为理想。分析密度与生长轮宽度之间的相关关系,可以得知密度与生长轮宽度显著相关,生长速度越快,树木密度越小,并得出模型。

西天目山针叶树直径生长与气候变化的关系

利用树木年轮分析方法研究了西天目山的三种主要针叶树：柳杉、金钱松和黄山松在林分范围内的直径生长与气候因子的关系。用逐步回归分析建立生长指数与１３个气候因子的回归方程，然后将生长曲线加入回归方程获得估计胸高处直径生长量的模型。结果表明，显著影响柳杉直径生长指数的因素为前期生长和夏季气温；影响金钱松生长指数达显著水平的有前期生长和夏、秋两季降水量；显著影响黄山松生长指数的因素有前期生长、夏季气温和秋季降水量。如果未来气温比目前分别升高１℃、２℃和３℃，柳杉的直径生长量将增加３．２％、６．３％和１１．１％；金钱松的将增加３．７％、５．６％和７．４％；黄山松的将增加３．５％、７．１％和１１．８％。文中对影响直径生长的其他因素也进行了讨论。

根据环件直径增长率设计轧环机驱动辊转速

驱动辊转速是环件轧制重要的工艺参数之一,它关系到轧制效率与轧机适应性。根据轧制运动学关系式,分析了驱动辊转速对环件直径增长率的影响。分析表明驱动辊转速增加到一定程度后环件直径增长率基本稳定不变。给出了根据环件直径增长率设计驱动辊转速的方法与实例。

Mn18Cr18N新型护环钢应用特性研究

主要研究了加热温度对Ｍｎ１８Ｃｒ１８Ｎ钢机械性能影响，并测定了该钢断裂韧性Ｋ１ｃ值及裂纹扩展速率、低周次疲劳特性和抗应力腐蚀性能。

年轮式水下无线传感器网络节点深度自调节优化部署方法

为提高水下无线传感器网络覆盖率,同时解决因通信能量消耗不均衡而造成网络无法正常使用的问题,本文提出一种“年轮式”水下无线传感器网络节点深度自部署算法.采取年轮式构建网络的以Sink节点为根节点的非均匀全连通树结构;在计算节点下潜深度时,构建基于覆盖利用率和能量均衡的优化模型,实现针对基准节点的全局最优深度计算.仿真实验结果表明,本文部署方法形成的网络拓扑结构,不但在确保全连通的前提下提升了网络覆盖率,而且有效均衡不同区域网络能耗,提高了后期使用网络的可靠性,有效延长了网络寿命.

基于生长轮的杉木早材黏弹性

【目的】 比较不同生长轮木材早材黏弹性,探讨全干密度、管胞胞壁率、微纤丝角等因子与木材黏弹性之间的关系,从细胞水平理解木材黏弹行为的作用机制。【方法】 以人工林杉木为研究对象,采用X射线剖面密度仪、ZEISS Imager A1显微镜、X射线衍射仪、动态力学分析仪(DMA 2980)分别测定第3、6生长轮(心材)以及第14、18生长轮(边材)早材的全干密度、管胞胞壁率、微纤丝角、弹性模量、贮存模量和损耗模量。【结果】 1) 边材(第14、18生长轮)的全干密度比心材(第3、6生长轮)略高,4个生长轮管胞胞壁率无明显差异,微纤丝角随树龄增加呈减小趋势。2) 早材的弹性模量、贮存模量和损耗模量均随树龄增加而增大,微纤丝角与弹性模量、贮存模量、损耗模量呈显著负相关关系。3) 在本研究测量温度范围内(-120~120 ℃),4个生长轮早材均出现2个力学松弛过程: 一是在10 ℃附近的α力学松弛过程,关于其分子运动归属目前尚无统一定论;二是在-40 ℃附近的β力学松弛过程,是基于木材细胞壁无定型区中伯醇羟基的回转取向运动引起的。不同生长轮之间的力学损耗峰温度几乎无差异。4) 随测量频率(1、2、5和10 Hz)增加,β力学松弛过程的损耗峰温度移向高温方向,α力学松弛过程的损耗峰温度并不随测量频率增加而改变,即无频率依存性。5) 与位于边材区域(第14、18生长轮)的早材相比,位于心材区域(第3、6生长轮)的早材发生力学松弛过程所需的表观活化能均较大,可能是由于杉木心材相较于边材有更多的抽提物,抽提物的沉积限制细胞壁中分子链段运动所致。【结论】 微纤丝角是影响不同生长轮内早材刚度和阻尼的关键因子,心材与边材表观活化能的差异可能是抽提物沉积所致。

祁连山中部不同树龄及不同生长率青海云杉径向生长对气候的响应

为了研究不同年龄及不同初始生长率树木径向生长对气候因子的响应,本研究采集祁连山青海云杉(Picea crassifolia)树木年轮样芯作为样本,计算树木年龄与初始生长率,并根据两者之间的关系,将所有样芯划分为年龄组与生长率组.分别将两组样芯的单根年表与气候因子进行Pearson相关分析.研究显示两组树木均表现出与前一年8月、当年5和6月降水量及前一年8月至当年6月累积降水显著正相关,与前一年和当年6、7月的月平均温度显著负相关.年龄组的树木中,老龄树比幼龄树对于当年6月的月总降水量和前一年8月至当年6月累积降水的响应更加强烈;而生长率组的树木则表现为初始生长快的树木比初始生长慢的树木对前一年6月的月总降水量和前一年8月至当年6月累积降水有更强的响应.不同树龄及不同初始生长率的树木对当年6月平均温度的响应无明显差异.在森林经营管理中应加强对初始生长过快和树龄过大树木的管理和保护.

生长调节剂及环割(扎)对‘桂柚1号’成花与坐果的影响

针对沙田柚经常出现花少、坐果率低等问题,试验总结了增加花量、提高坐果率的有效方法。本试验以自花结果沙田柚新品种‘桂柚1号’为试材,设6个处理和1个对照进行促花试验,处理1为9月下旬、处理2为10月上旬分别喷2次25%多效唑悬浮剂500倍液、处理3为9月下旬环割、处理4为9月下旬兑水25 kg淋25%多效唑悬浮剂溶液10 g/株、处理5为9月下旬喷25%多效唑悬浮剂500倍液+环割、处理6为9月下旬环扎、CK为清水对照;在第1次生理落果期间,分别用80%2,4-D可湿性粉剂10 mg/L溶液喷全树或喷果实、用80%2,4-D可湿性粉剂12 mg/L溶液喷果和清水对照4个处理进行保果试验。结果表明,不同促花处理的结果母枝和花的数量均极显著增加,其中处理1的结果母枝111.00~168.67条、花量866.33~1877.00朵,处理4的结果母枝98.67~137.0条,花量723.00~1269.00朵,这2个处理的效果显著且稳定;在天气正常时,各促花处理与对照的坐果率差异不显著,但在持续阴雨天气时,出现坐果率降低且花量越大坐果率越低的趋势。在第1次生理落果期间,全树或果实喷80%2,4-D可湿性粉剂10 mg/L溶液,保果率分别为16.58%~17.09%、14.70%~16.06%,全树喷施80%2,4-D可湿性粉剂12 mg/L溶液的保果率13.89%~14.36%,对照保果率仅7.10%~8.40%。在9月下旬开始喷或淋多效唑、环割主枝、喷多效唑+环割主枝、环扎主枝可极显著提高‘桂柚1号’结果母枝数和成花量;在第1次生理落果期间,全树或果实喷80%2,4-D可湿性粉剂10 mg/L溶液或果实喷80%2,4-D可湿性粉剂12 mg/L溶液均可极显著提高‘桂柚1号’的坐果率。

航空环形锻件精准轧制控制策略

依据航空发动机钛合金、高温合金环形锻件轧制生产“控形”、“控性”的要求,建立了适用于工程应用的轧制几何简化模型,推导出环外径增速v_(ΔD)或环内径增速v_(Δd)与内半径r_(t0)、芯辊径向进给速度v_(c)、主辊角速度ω_(m)、环形锻件壁厚(R_(t0)-r_(t0))的函数关系,从而用于指导航空环形锻件轧制参数设计,实现精准设计。研究结果表明,随着r_(t0)、v_(c)、ω_(m)的增加,v_(ΔD)增大;当环形锻件壁厚(R_(t0)-r_(t0))减小时,v_(ΔD)增大;对于厚壁环形锻件(法兰类环形锻件)或在环形锻件初始轧制时,应适当采用较小的环增速;对于薄壁件、大中型环形锻件或者环形锻件轧制减速阶段,需要采取控制措施来限制环增速增长过快,实现环轧过程的精确控制。