水胁迫下典型盐生植被梭梭光谱特征分析

荒漠地区由于气候干燥，降水稀少，水分常成为制约植被生长的因素之一，水分胁迫对植物长势和产量的影响比任何其他胁迫都要大。随着高光谱技术的发展，国内外已有众多学者利用高光谱数据研究植被遭受胁迫作用，然而这些研究对象多集中于甜菜、棉花、玉米、水稻等作物，针对干旱区盐生植被遭受胁迫作用的研究较少。梭梭作为荒漠、半荒漠地区的典型盐生植被之一，具有极高的经济和生态效益。选择梭梭作为研究对象，培育一年生梭梭，并设置三个水分梯度，形成受不同水分量胁迫的梭梭。使用原始光谱、红边位置参数，结合植被指数及二维相关光谱研究其叶片光谱特征，为干旱区利用高光谱遥感监测盐生植被提供借鉴。结果表明：(1)分析梭梭叶片反射光谱曲线发现，在可见光至中红外各波段范围内，受不同水分量胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率有显著差异。在可见光(350～610 nm)波段，各水分处理的梭梭叶片反射率依次为100 mL>500 mL>200 mL，这是由于100和200 mL水分促进梭梭内部叶绿素合成，使该波段反射率降低，而过多的水分(500 mL)对梭梭内部的叶绿素合成没有更大的促进作用。在红光区(611～738 nm)，随着水分量的增多，受不同水分量胁迫的梭梭叶片光谱反射率依次减小。在738～1 181和1 228～1 296 nm波段，受不同水分量胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率为：200 mL>100 mL>500 mL；在1 182～1 227 nm波段，受不同水分量胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率为：100 mL>200 mL>500 mL。这是由于植被细胞结构对近红外区域的反射率影响较大，因而受不同水分胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率有显著差异。在1 300～1 365和1 392～1 800 nm波段，受各水分胁迫作用的梭梭叶片反射率为：100 mL>200 mL>500 mL。这表明在500 mL水分胁迫量范围内，水分越多，叶子的细胞液、细胞膜对水分的吸收能力越强，使得反射率下降。通过对原始光谱求取一阶导数并提取红边位置参数发现，各水分处理下的梭梭叶片一阶微分光谱曲线中红边位置未发生移动。这是由于梭梭在长期的干旱环境影响下，形成了特殊的适应机制，水分对其红边位置影响不敏感。(2)选取若干植被指数分析各水分处理下的梭梭光谱指数变化。当水分胁迫量由100 mL增至200 mL时，WI/NDWI，MSI和NDII指数值变化显著，可用于研究水分胁迫下梭梭的光谱特征。(3)使用二维相关光谱技术分析受各水分胁迫作用的梭梭光谱特征，得出在100 mL水分胁迫下，在536，643，1 219和1 653 nm波段处，吸收峰对水分的微扰敏感；在200 mL水分胁迫下，在846和1 083 nm波段处，吸收峰对水分的微扰敏感；在500 mL水分胁迫下，在835和1 067 nm波段处，吸收峰对水分的微扰敏感。总之，在近红外波段，与100 mL水分量相比，梭梭受200和500 mL水分量胁迫时，吸收峰对水分的微扰敏感度上升。由100 mL水分胁迫下梭梭的二维同步相关谱图可知，1 044和1 665 nm，1 072和903 nm，903和1 264 nm，1 230和1 061 nm波段处形成正交叉峰，表明这些波段处光谱强度随水分的干扰同时变化。     

地震CT勘探原理及其在公路隧道病害诊断中的应用

地震CT勘探是一种新的地球物理方法。具有分辨率高、可靠性强、信息量大、图象直观的特点。可以广泛地用于线路、场地、隧道、边坡等项目的工程地质勘查和病害诊断。在元磨高速公路芭蕉箐隧道的地质病害诊断中应用地震CT进行勘探,取得了良好的效果。     

近红外光谱的北方寒地土壤含水率预测模型研究

我国北方寒地温差大,土壤温差对近红外光谱测量土壤墒情有较大影响。针对这一问题,以北方寒地土壤为研究对象,探究大范围温度胁迫下（-20～40 ℃）土壤的近红外光谱与土壤不同含水率之间的关系预测模型方法。选取黑龙江八一农垦大学农学院试验基地中的黑土,经烘干、过筛等操作处理后配置含水率范围在15%～50%内八种不同湿度的土壤样品,建立北方寒地土壤大范围温度胁迫下土壤的近红外光谱信息与含水率之间的定量预测模型。在全波段光谱数据的基础上,结合五种不同光谱信号预处理方法,采用BP神经网络算法、优化支持向量机算法（SVM）、高斯过程算法（GP）三种智能算法建立北方寒地土壤近红外光谱与含水率的预测模型并验证模型的效果。利用69组数据进行训练建模, BP神经网络相关参数设置为学习速率0.05,最大训练次数设置为5 000,隐层单元数确定为20;SVM采用径向基函数,并利用leave-one-out cross validation确定了最佳惩罚参数为0.87,使模型预测的准确性提高;高斯过程算法内部采用马顿核。模型的定量评估采用决定系数(R2)和均方根误差（RMSE）。结果表明,在建立的全部BP神经网络模型中,效果最佳的为S_G-BP神经网络模型,模型的R2为0.960 9,RMSE为2.379 7;在SVM模型中SNV-SVM模型的效果最好,模型的R2为0.991 1,RMSE为1.081 5;在GP模型中S_G-GP模型的效果最好,模型的R2为0.928,RMSE为3.258 1,综上基于SNV预处理的SVM模型训练效果最优。利用剩余的35组光谱数据作为预测集验证模型性能,经模型对比分析发现基于SVM算法的预测模型效果优于其他两种算法,其中基于S_G的SVM模型效果最优,其预测模型的R2和差RMSE分别为0.992 1和0.736 9。综合建模集与预测集的参数最终确定基于S_G的SVM模型为最佳模型。此模型可以作为大范围温度胁迫条件下（寒地）的土壤含水率有效预测方法,为设计优化适宜寒地便携式近红外土壤含水率快速测量仪提供科学依据。     

增强UV-B辐射、NaCl胁迫及其复合处理对小麦幼苗光合作用及黄酮代谢的影响

依据增强UV-B辐射、NaCl胁迫及其复合处理不同天数，分别测定各处理小麦幼苗第一片真叶的净光合速率、气孔导度、叶肉细胞间隙二氧化碳浓度、叶绿素含量、黄酮含量和苯丙氨酸裂解酶活性.发现NaCl胁迫和增强UV-B辐射均明显降低小麦幼苗的净光合速率、气孔导度和叶肉细胞间隙CO2浓度;和NaCl胁迫相较， NaCl+UV-B辐射对小麦幼苗上述指标无进一步降低效应.增强UV-B辐射、NaCl胁迫及其复合处理均促进苯丙氨酸裂解酶活性和黄酮含量提高.说明了增强UV-B辐射降低小麦幼苗净光合速率的主要原因是气孔限制，而NaCl胁迫减轻了增强UV-B辐射对小麦幼苗光合作用的降低效应.     

低温胁迫下香蕉叶片Chla荧光动力学参量的变化及其品种差异性

低温胁迫下,广东2号香蕉品种和巴西香蕉品种Williams的叶绿素(Chla)荧光动力学参量F_Ⅴ/F_m、ΔF_Ⅴ/F_T以及williams品种的F_IV/F_Ⅴ均呈下降趋势,两个品种的荧光上升半时间T_1/2及广东2号的F_IV/F_Ⅴ呈上升趋势.其中,Williams的F_Ⅴ/F_m、ΔF_Ⅴ/F_T和T_1/2的变化幅度小于广东2号,表明低温胁迫通过抑制光合电子传递速度和PSⅡ无活性中心含量的提高使香蕉叶片PSⅡ原初光能转换效率下降,相同低温对广东2号的影响大于对Williams的影响.F_Ⅴ/F_m和ΔF_Ⅴ/F_T可以作为评价香蕉幼苗抗冷性的物理指标.     

铈在水鳖叶片内的分布及生理和结构效应分析

以分布广泛的高等浮水植物--水鳖为研究对象,在人工模拟的含不同浓度Ce的水溶液中培养7 d,研究了Ce在水鳖叶细胞中的分布及其结构和生理效应. 随着Ce浓度的增大,水鳖叶片褪绿程度逐渐加重,光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)含量也显著下降. Ce对保护酶系统存在不同影响,分别在2.5和5 mg·L-1时诱导SOD和POD活性达峰值,其后逐渐下降,但POD活性都高于对照,SOD则受到明显抑制,而CAT活性一直呈上升趋势. Ce导致可溶性糖在水鳖叶片内显著积累. 可溶性蛋白含量在2.5 mg·L-1 Ce时最大,比对照增加了12.98%,其后则下降并与Ce浓度显著负相关. SDS-PAGE电泳表明,当Ce浓度大于2.5 mg·L-1后,分子量为141.9,54.8和15.8 kD的蛋白/多肽表达逐渐减弱,但同时诱导出了分子量为33.0和20.7 kD的新蛋白. 电镜观察发现Ce对叶绿体、线粒体和细胞核的结构造成明显损伤,主要是被膜或外膜破裂和核质消失. 定位结果显示Ce主要分布在细胞壁以及细胞壁和质膜之间,原生质体内部没有观察到. 结果表明,(1)Ce不仅损害了水鳖的生理活性,而且也破坏了细胞的超微结构,最终导致植物死亡. (2)光合色素是反应最敏感的生理指标. (3)在实验周期内,Ce对水鳖的半效应浓度(EC50)为10 mg·L-1,水体最大允许浓度为1 mg·L-1.     

黄土区金盏菊幼苗根部细胞壁对Pb/Cd复合胁迫响应的FTIR和Raman光谱

植物修复法是新兴的重金属污染土壤修复手段,也是未来极富应用潜力的主流技术之一。植物根部细胞壁作为重金属/土壤/植物相的交界面,天然地成为修复效能调控过程的关键部位和信号通道。植物细胞壁与重金属离子的作用行为具有物理化学和生理生化的双重属性,但以光谱技术为切入点,原位解析植物根部细胞壁对土壤重金属离子的响应关系还不多见。以黄土区修复植物金盏菊幼苗为研究对象,分析Pb/Cd复合胁迫对其根部细胞壁形貌的影响,借助X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)揭示细胞壁对Pb/Cd胁迫的响应信号。结果发现:Pb/Cd胁迫导致金盏菊根部细胞壁弯曲萎缩,表面分布若干点状深色沉积物颗粒;XRF证实细胞壁Pb/Xd含量增加,但XRD图谱没有发现典型Pb/Xd结晶峰。FTIP图谱中—OH振动峰定位于3 416 cm~(-1)处,表明Pb/Cd离子与—OH间可能存在配位键合;1 701和1 593 cm~(-1)处的特征峰分别移动到1 736和1 618 cm~(-1),说明Pb/Cd胁迫改变了金盏菊根部细胞壁蛋白质结构属性。Raman光谱中2 960 cm~(-1)附近峰强增加,暗示Pb/Cd胁迫影响了细胞壁纤维素分子排列方向。可以认为,细胞壁组分(果胶、蛋白质、纤维素等)和典型官能团(—OH,N—H,C=O等)对于减缓Pb/Cd胁迫引起的金盏菊根部细胞壁毒害效应贡献较大。     

葛仙米对丁草胺胁迫的响应

研究了丁草胺对可食用蓝藻葛仙米(Nostoc sphaeroides)生理和代谢活性的影响．用不同浓度的丁草胺处理葛仙米,结果显示低浓度(5 mg·L-1)丁草胺使其光合作用、呼吸作用和光合系统Ⅱ活性增强,高浓度丁草胺(>5 mg·L-1)限制其光合作用、呼吸作用和光合系统Ⅱ活性．同时丁草胺对葛仙米膜结构和功能具有破坏作用,随着丁草胺处理浓度增大,质膜透性不断增大,丙二醛和超氧自由基阴离子含量升高；在低浓度丁草胺处理时,类胡萝卜素含量增加,超氧化物歧化酶(SOD)活性增强,高浓度丁草胺处理时,类胡萝卜素含量降低,SOD活性下降；表明葛仙米对低浓度的丁草胺胁迫具有一定的耐受能力,但高浓度的丁草胺对其生理和代谢构成威胁；针对目前葛仙米野生生境中丁草胺的用量,建议限制丁草胺在葛仙米产地的使用,以保护日益稀缺的葛仙米资源．     

镉污染水稻高光谱诊断分析与建模

为了快速、准确地探测自然环境下水稻镉污染胁迫状况,提出了一种基于可见光-近红外光谱小波分析技术的快速识别和估算水稻镉污染的方法。根据野外实测水稻高光谱数据、水稻叶片主要生化参数及重金属含量等数据,利用Daubechies小波系的db5小波函数对350～1300nm水稻高光谱反射率进行9层分解,并提取小波能量系数进行镉含量回归建模。结果显示:第5层小波分解(d5)的奇异范围为550～810nm,奇异幅度为0.04,模极大值的中心位于700nm处,对识别水稻镉污染效果最佳;以第3层小波能量系数作为自变量的回归模型对水稻镉含量估算精度最高,其决定系数R2高达0.958,均方根误差RMSE为0.122。小波奇异性分析可以较准确的诊断水稻镉污染胁迫状况,基于小波能量系数的建模能有效估算水稻镉污染胁迫水平。