全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 17 期摇 摇 2011 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
海洋生态资本理论框架下海洋生物资源的存量评估 任大川,陈摇 尚,夏摇 涛,等 (4805)………………………
内生真菌对羽茅生长及光合特性的影响 贾摇 彤,任安芝,王摇 帅,等 (4811)……………………………………
基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义 荐圣淇,赵传燕,赵摇 阳,等 (4818)……………
水文变异下的黄河流域生态流量 张摇 强,李剑锋,陈晓宏,等 (4826)……………………………………………
黄河三角洲重度退化滨海湿地盐地碱蓬的生态修复效果 管摇 博,于君宝,陆兆华,等 (4835)…………………
浙江省某 PCBs废物储存点对其邻近滩涂生态系统的毒性风险 何闪英, 陈昆柏 (4841)………………………
鄱阳湖苔草湿地甲烷释放特征 胡启武,朱丽丽,幸瑞新,等 (4851)………………………………………………
三峡库区银鱼生长特点及资源分析 邵晓阳,黎道峰,潭摇 路,等 (4858)…………………………………………
低温应激对吉富罗非鱼血清生化指标及肝脏 HSP70 基因表达的影响 刘摇 波,王美垚,谢摇 骏,等 (4866)…
Cd2+对角突臂尾轮虫和曲腿龟甲轮虫的急性毒性和生命表统计学参数的影响
许丹丹,席贻龙,马摇 杰,等 (4874)
…………………………………
……………………………………………………………………………
圈养梅花鹿 BDNF基因多态性与日常行为性状的关联分析 吕慎金,杨摇 燕,魏万红 (4881)…………………
华北平原玉米田生态系统光合作用特征及影响因素 同小娟,李摇 俊,刘摇 渡 (4889)…………………………
长期施肥对麦田大型土壤动物群落结构的影响 谷艳芳 ,张摇 莉,丁圣彦,等 (4900)…………………………
蚯蚓对湿地植物光合特性及净化污水能力的影响 徐德福,李映雪,王让会,等 (4907)…………………………
三种农药对红裸须摇蚊毒力和羧酸酯酶活性的影响 方国飞 (4914)……………………………………………
六星黑点豹蠹蛾成虫生殖行为特征与性趋向 刘金龙,宗世祥,张金桐,等 (4919)………………………………
除草剂胁迫对空心莲子草叶甲种群的影响及应对策略 刘雨芳,彭梅芳,王成超,等 (4928)……………………
荒漠植物准噶尔无叶豆结实、结籽格局及其生态适应意义 施摇 翔,王建成,张道远,等 (4935)………………
限水灌溉冬小麦冠层氮分布与转运特征及其对供氮的响应 蒿宝珍,姜丽娜,方保停,等 (4941)………………
准噶尔盆地梭梭、白梭梭植物构型特征 王丽娟,孙栋元,赵成义,等 (4952)……………………………………
基于地表温度鄄植被指数关系的地表温度降尺度方法研究 聂建亮,武建军,杨摇 曦,等 (4961)………………
岩溶区不同植被类型下的土壤氮同位素分异特征 汪智军,梁摇 轩,贺秋芳,等 (4970)………………………
施氮量对麻疯树幼苗生长及叶片光合特性的影响 尹摇 丽,胡庭兴, 刘永安, 等 (4977)………………………
黄土丘陵区燕沟流域典型植物叶片 C、N、P化学计量特征季节变化 王凯博,上官周平 (4985)………………
克隆整合提高淹水胁迫下狗牙根根部的活性氧清除能力 李兆佳, 喻摇 杰, 樊大勇, 等 (4992)………………
低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果 杨文斌,董慧龙,卢摇 琦,等 (5000)………………………………
东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评价 莫摇 菲,李叙勇,贺淑霞,等 (5009)………………………………
11 种温带树种粗木质残体分解初期结构性成分和呼吸速率的变化 张利敏,王传宽,唐摇 艳 (5017)…………
连栽第 1 和第 2 代杉木人工林养分循环的比较 田大伦,沈摇 燕,康文星,等 (5025)……………………………
最优化设计连续的自然保护区 王宜成 (5033)……………………………………………………………………
基于自然地理特征的长江口水域分区 刘录三,郑丙辉,孟摇 伟,等 (5042)………………………………………
煤电一体化开发对锡林郭勒盟环境经济的影响 吴摇 迪,代方舟,严摇 岩,等 (5055)……………………………
专论与综述
生态条件的多样性变化对蜜蜂生存的影响 侯春生,张学锋 (5061)………………………………………………
研究简报
胶州湾潮间带大型底栖动物次级生产力的时空变化 张崇良,徐宾铎,任一平,等 (5071)………………………
湿地公园研究体系构建 王立龙,陆摇 林 (5081)……………………………………………………………………
基于生态足迹的半干旱草原区生态承载力与可持续发展研究———以内蒙古锡林郭勒盟为例
杨摇 艳,牛建明,张摇 庆,等 (5096)
…………………
……………………………………………………………………………
学术信息与动态
恢复与重建自然与文化的和谐———2011 生态恢复学会国际会议简介 彭少麟,陈蕾伊,侯玉平,等 (5105)…
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*302*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄09
封面图说: 相当数量的降雪与低温严寒是冰川发育的主要因素,地球上的冰川除南北两极外,只有在高海拔的寒冷山地才能存
在。 喜马拉雅山造山运动使中国成为了世界上中低纬度冰川最为发育的国家,喜马拉雅山地区雪峰连绵、冰川四
溢,共有现代冰川 17000 多条,是世界冰川发育的中心之一。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 17 期
2011 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 17
Sep. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金(91025015 和 30770387 );国家环境保护公益性资助项目(NEPCP 200809098)
收稿日期:2010鄄07鄄30; 摇 摇 修订日期:2010鄄12鄄27
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: nanzhr@ lzb. ac. cn
荐圣淇,赵传燕,赵阳,彭守璋,彭焕华.基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义.生态学报,2011,31(17):4818鄄4825.
Jian S Q, Zhao C Y, Zhao Y, Peng S Z, Peng H H. Based on image processing technology estimatingleaves stomatal density of Populus euphratica and
analysis of its ecological significance. Acta Ecologica Sinica,2011,31(17):4818鄄4825.
基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的
估算及其生态意义
荐圣淇1,赵传燕1,*,赵摇 阳1,彭守璋1,彭焕华2
(1. 兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室,兰州摇 730000;2. 兰州大学西部环境教育部重点实验室,兰州摇 730000)
摘要:拟利用遥感图像处理技术———面向对象分类,计算胡杨叶片气孔密度,采用面向对象分类的专业软件 eCognition 对气孔
图像进行多尺度分割,将生成的分类图像导入 ArcGIS中计算气孔密度,最后用 R语言编写代码进行批处理。 研究结果显示:该
方法用于计算叶片气孔的密度精度高;18 个样点胡杨气孔密度存在着较大的差异,从 76. 7 个 / mm2 到 139. 4 个 / mm2 不等,其
平均密度为 105 个 / mm2;随着干旱胁迫加强,气孔密度表现下降上升再下降的趋势。
关键词:胡杨;气孔密度;面向对象分类;干旱胁迫
Based on image processing technology estimatingleaves stomatal density of
Populus euphratica and analysis of its ecological significance
JIAN Shengqi1, ZHAO Chuanyan1, *, ZHAO Yang1, PENG Shouzhang1, PENG Huanhua2
1 Key Laboratory of Arid and Grassland Ecology with the Ministry of Education, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
2 National Laboratory of Western China忆s Environmental System, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
Abstract: Riparian ecosystem plays an important role in maintaining water quality, geomorphology, biodiversity, and
aesthetics of the landscape in arid and semi鄄arid areas. Populus euphratica is a dominant species of the riparian vegetation
in Ejina desert located northwest China. Therefore, much more attention has been paid to the species about its growth,
distribution and succession. Because of growing in arid area, Populus euphratica is extremely dependent on ambient ground
water which is replenished by Heihe River, the second largest inland river in northwest China. Within riparian corridors,
ground water varies along lateral gradients. That is, the ground water level typically falls with increasing distance from the
active channel due to paralleling increases in flood鄄plain elevation that result from sediment aggradations. Along the same
gradient, water stress for plant growth may increase, because of increase in ground water depth and decrease in
replenishment of shallow soil moisture from overbank floods. Accordingly, many ecological and physiological adaptive
characteristics of vegetation have been exhibited. The responses of plant leaf physiological status to water stress have been
reported, especially the response of leaf stomatal density under water stress. However, little is known concerning the
relationships between stomatal density of Populus euphratica and water stress status. Therefore, our objectives are (1) to
develop an effective method to obtain stomatal density; (2) to analyze the relationship between leaf stomatal density of
Populus euphratica and the status of water stress. Usually, traditional method used to extract the information of stoma from
leaves is inefficient. We developed one new method to get stomatal density in the study. The steps are as follows: First,
images of stoma were obtained by microscope (Leica DM6000 B). Then, classification of images was performed by the
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eCognition software. We used a classification technology of the object鄄oriented. The method has an advantage of auto鄄
identify classification for high resolution image whose information is abundant in structure and geometry. Parameters such as
scale parameter, shape and compactness were used to classify in the study. They were determined in trail and error. Scale
parameter, shape and compactness were selected to be 230, 0. 7 and 0. 9 respectively. And then, the classified images
based on object鄄oriented classification method were imported into ArcGIS for calculating stomata pixel value and cells of
standard stomata, which are used to calculate the number of stomata on one image. Finally, stomatal density can be
obtained by dividing the stomata number with the image area. The 18 sampling plots were selected in the study area ( the
lower reaches of Heihe River) . 5400 leaves stomatal images were obtained. A batch program was made using R language
code to deal with these images based on the steps mentioned above. The results show that: the method in the study has high
efficiency and accuracy to obtain leaves stomatal density. There are variation of stomatal density in 18 sampling plots,
ranging from 76. 7 stoma / mm2 to 139. 4 stoma / mm2, average value 105 stoma / mm2 . With the increase of water stress, the
stomatal density expresses fluctuant change, from decrease to increase to decrease.
Key Words: Populus euphratica; stomatal density; object鄄oriented classification; drought stress
气孔是植物叶片与外界进行气体交换的通道,直接影响着蒸腾和光合作用的强弱,在植物生长过程中起
着十分重要的作用。 而且气孔在植物遭受环境胁迫时会做出各种响应以减轻胁迫,是环境胁迫变化的重要指
标[1]。 气孔作为陆生植物叶片上一个十分重要的结构参数,其特性的研究被广泛关注,尤其是在重要的农作
物及草本的气孔特性及其影响因素方面有诸多的报道[2鄄3]。 而气孔的提取是气孔特性研究的先觉条件,在气
孔特性研究中显得尤为重要。 大部分学者获取叶气孔密度都是采用电子显微镜肉眼观察的方法[4鄄7],操作起
来比较复杂,不仅费时费力而且无法对大批量的叶片样品进行处理。 电子显微镜中拍摄出的气孔图像具有清
晰的形状特征和纹理特征,与高空间分辨率的遥感影像所具有的特征非常相似,这样一来就可以将拍摄的气
孔图像看作是高空间分辨率的遥感影像,运用遥感图像处理技术———面向对象分类,计算大批量叶片的气孔
密度,并且有很高的分类精度[8鄄11]。
本文以额济纳绿洲的胡杨叶为研究对象,利用面向对象分类方法对大批量气孔图像进行分类,目的是计
算气孔密度,并且根据采样树木的生长状况探讨气孔密度与其生存环境的关系。
1摇 材料和方法
1. 1摇 研究区概况
本文所要进行气孔密度提取的胡杨叶片来源于黑河下游额济纳旗绿洲。 额济纳旗绿洲位于东经
97毅10忆—103毅7忆,北纬 39毅52忆 — 42毅47忆,地处中亚荒漠东南部,西、西南、北 3 面环山。 气候干燥,具有干旱少
雨,蒸发量大,日照充足,温差较大,风沙多等气候特点。 年均降水量 37mm,年极端最大降水量 103mm,最小
降水量 7mm。 胡杨,又称“胡桐冶、“眼泪树冶、“异叶杨冶,为杨柳科落叶乔木,对干旱、盐碱、多变的恶劣气候有
极强的忍耐力。
1. 2摇 数据采集
野外胡杨叶片于 2009 年 8 月采集,采集区选择在额济纳旗黑河下游东河中下部区域,该区域是胡杨林的
主要分布区。 在该区域内布设 18 个胡杨样圆,用手持式 GPS 在样圆中心进行定位,利用罗盘和激光测高仪
测定每株树木在样圆分布的相对位置[12],同时记录每木树高和胸径,每个样圆选择胡杨 3—5 株,挂牌标记,
对每株树木上部按东、南、西、北 4 个方位选择摘取完全成熟、健康叶 40—50 片,投入 FAA 固定液中,防止由
于叶片失水而导致的气孔变化。 此外,对样圆内胡杨生长状况及地下水情况进行观测,表 1 为 18 个样圆的基
本状况。 根据树木密度和树冠特征将胡杨生长态势划分为 A鄄E5 类,划分的标准为:A林木生长较好,密度大,
林相整齐,有较多的更新幼苗,树木年龄较小;B 林木生长一般,林相不整齐,多枯枝,密度适中,树木年龄成
熟;C林木生长不良,林相极不整齐,多枯梢和枯枝,树木年龄成熟,密度小;D 林木生长较差,林相残败,枯枝
9184摇 17 期 摇 摇 摇 荐圣淇摇 等:基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义 摇
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所占比例大于有叶枝条,树木年龄过熟,密度极小;E 林木濒临死亡,立木多枯顶,树干中空,密度极小。 在每
种类别内按照冠幅的大小和枯枝(稍)所占比例再进行等级划分 M1—Mn。
表 1摇 18 个样圆基本状况
Table 1摇 Summary of 18 samples
样圆号
Plot No.
经度
Longitude
纬度
Latitude
样圆半径 / m
Plot
radius
密度
/ (株 / hm2)
Population density
树高 / m
Height
胸径 / cm
Diameter
at breast
冠幅 / m
Crown / m
生长态势
Status of
growth
1 101. 059毅E 42. 109毅N 30 85 12. 7 26. 3 19. 4 C3
2 101. 103毅E 42. 109毅N 30 71 13. 7 25. 1 21 C1
3 101. 117毅E 42. 109毅N 20 143 12. 4 20. 8 8. 3 B2
4 101. 115毅E 42. 108毅N 30 152 9. 4 23. 0 9. 7 B1
5 100. 607毅E 42. 051毅N 30 120 12 29. 1 8. 1 B3
6 101. 115毅E 42. 260毅N 50 1 19. 2 57. 9 7. 1 E5
7 101. 106毅E 42. 111毅N 30 88 12. 9 31. 8 22. 1 C2
8 101. 112毅E 41. 978毅N 12 1172 8. 1 8. 2 9. 6 A2
9 100. 900毅E 42. 056毅N 70 5 10. 7 29. 7 6. 8 E4
10 100. 092毅E 42. 056毅N 60 8 7. 1 26. 4 10. 9 E2
11 101. 042毅E 42. 150毅N 60 9 6. 2 23. 3 8. 6 E3
12 101. 134毅E 41. 942毅N 20 24 14. 4 63. 5 15. 2 D1
13 101. 050毅E 42. 137毅N 60 6 12. 7 30. 5 9. 5 E1
14 101. 080毅E 42. 130毅N 60 19 8. 5 27. 4 11 D4
15 101. 132毅E 41. 941毅N 64 21 8. 3 27. 9 13. 6 D2
16 101. 095毅E 42. 110毅N 20 56 13. 9 38. 9 17. 6 C4
17 101. 076毅E 42. 126毅N 65 19 10. 5 39. 4 12. 6 D3
18 101. 088毅E 41. 967毅N 10 446 8. 3 15. 0 11. 2 A1
1. 3摇 数据处理
1. 3. 1摇 叶片气孔图像获取
制片采用“透明胶带粘取法冶。 主要步骤是:将 FAA固定液中的叶片捞出,放入清水中进行漂洗,洗净后
将叶片放置滤纸上晾干。 晾干后在叶片的一侧均匀地涂上指甲油,将其晾干,使指甲油在叶片表面形成一层
薄膜,将其撕下放在载玻片上,盖上玻片,做标记。 在叶片上、中、下 3 处制片。
利用 Leica DM6000 B自动生物显微镜获取叶片气孔图像(放大 100 倍效果来获取气孔图像),在每一个
玻片上任取 5 个视野(881 滋m 伊 661 滋m),即获取 5 张图片,一个样圆可获取 300 张图像,18 个样圆总计
5400 张。
1. 3. 2摇 气孔图像处理
采用面向对象分类的专业软件 eCognition 对气孔图像进行处理。 面向对象分类方法的关键在于多尺度
分割,而多尺度分割的关键在于参数的选择[13],如果分类结果较差须重新确定多尺度分割参数。 然后建立类
层次结构将气孔与非气孔区分开,最后根据像元的亮度值来分出气孔,并进行分类精度评价。 在 ArcGis中确
定气孔栅格像元值大小(为一固定值),并确定标准气孔所占栅格数。 将其二值作为阈值进行 R 语言代码的
编写,把等于气孔栅格像元值的栅格作为个数统计起来作为一个总值,与标准气孔栅格数相除得到的结果便
是气孔的个数。 得到的气孔个数保存在 Excel中,最终根据拍摄气孔图像时的视野范围计算出每张图像的气
孔密度。
2摇 结果与分析
2. 1摇 面向对象分类方法对图像进行分类
2. 1. 1摇 多尺度分割参数的确定
主要分割参数有尺度参数、紧致度参数和形状参数。 任何一个参数的改变,都导致最终分类结果的改变
(图 1,图 2),例如,分割尺度为 100 时,整幅图像变得非常的破碎,一个气孔被分成了好几块,分割效果不理
0284 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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想,当分割尺度设置为 230 时,分类效果较好。 设置较大的紧致度参数(图 2b 图),过分考虑了对象的结构而
忽略了对象边界对影像的贡献程度,影响图像的分割质量。 相反,将紧致度参数设置较小,强调了对象边界对
影像的贡献程度(图 2a图),同样影响图像的分割质量。 由此可见,影像分割中的每个参数都会在一定程度
上对分割的结果带来影响,因此,要根据每类物体各自的特点,对分割参数进行合理的选择与设置,使分割的
效果更客观[14]。
本文经过大量的实验确定了 3 个最优参数:尺度参数 230、紧致度参数 0郾 9、形状参数 0. 7,分类结果如图
1a图所示。
图 1摇 不同尺度分类结果的比较
Fig. 1摇 Comparison of classification results under different scales
右图分割尺度为 100,左图分割尺度为 230
图 2摇 不同紧致度和形状参数的分类结果比较
Fig. 2摇 Comparison of classification results under different compactness and shape
左图紧致度和形状参数分别为 0. 1 和 0. 9; 右图紧致度和形状参数分别为 0. 9 和 0. 1
2. 1. 2摇 利用亮度值进行分类
因为气孔部分与非气孔部分的亮度差异明显,气孔呈暗色,亮度值明显低于非气孔,基于选定的参数,利
用面向对象分类法分类(图 3)。
2. 2摇 精度评价
从每个样圆中随机选取 30 张气孔图像进行验证,将分类的气孔个数与实测值进行比较,算出最后的精
度。 本文采用均方根误差为检验标准,公式为:
RMSE= 1n移
n
i = 1
p实测值 - p( )计算值 2 (1)
1284摇 17 期 摇 摇 摇 荐圣淇摇 等:基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义 摇
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图 3摇 面向对象分类结果图
Fig. 3摇 Image classification by object鄄oriented method
式中, P实测值为实测气孔的个数,P计算值为计算得到的气孔个数,n是样本数。 不同样方的相对均方根误差见表
2。 分类精度用(2)式计算,计算之后得到的精度为 97. 2% :
精度=
p实测平均值 - RMSE
p实测平均值
(2)
以上的试验是从每个样方中取 30 张图像进行检验,即 10%的检验,随后又做了 5%的检验,得出 RMSE=
2. 1,最终的精度为 97% 。 由此可得此方法用于计算叶片气孔的密度可信度较高。
表 2摇 18 个样圆的分类精度
Table 2摇 Classification accuracy of 18 samples
样方号
Plot No.
实测个数
Measured value
分类个数
Classification value
差值
D鄄value
样方号
Plot No.
实测个数
Measured value
分类个数
Classification value
差值
D鄄value
1 55. 1 57. 5 2. 4 2 60 57. 5 2. 5
3 59 57 2 4 73 75 2
5 61. 4 63. 8 2. 4 6 44. 8 44. 7 0. 1
7 55. 8 56. 7 0. 9 8 66 67. 9 1. 9
9 51. 8 53. 5 1. 7 10 70 68. 8 1. 4
11 64. 9 63. 9 1 12 74. 4 76. 3 1. 9
13 80. 4 78. 8 1. 6 14 67. 5 68. 1 0. 6
15 70. 1 68. 4 1. 7 16 63 61. 8 1. 2
17 60. 3 62. 8 2. 5 18 81. 6 81. 2 0. 4
2. 3摇 确定图像中气孔的栅格像元值
将生成分类结果图导入 ArcGIS中,利用 Identify与栅格计算器进行气孔像元值的确定。 首先利用 Identify
进行气孔像元值的观察(选择加载图像的第一波段进行处理,第一波段图像中的气孔像元值与非气孔的像元
值差别比较明显,便于选择),这里通过观察所确定的栅格像元值为 100,也就是说大于 100 的全是气孔。 然
后利用栅格计算器进行气孔的选择,确定的阈值为 100(图 4)。
图 4摇 气孔栅格像元值的确定
Fig. 4摇 Determination of stomatal pixel values
a,处理前 ;b处理后; c拟合效果
2284 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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2. 4摇 标准气孔栅格数的确定
标准气孔栅格数的确定按以下步骤进行:
A. 图片上的每个栅格都有相应的栅格像元值,属于气孔的栅格像元值与非气孔的栅格像元值在两个不
同的范围内,将符合气孔栅格像元值的栅格作为个数统计起来。 利用 R 语言代码对每个样方中的每张图像
进行统计,利用一个 for循环进行计算,得到的值便是每张图像的气孔栅格总数。
B. 从每个样方中随机取出 30 张图像进行肉眼观察,数出每张图像中气孔的个数。
C. 第一步得到的结果与第二步得到的结果相除,做出平均值,得到标准气孔栅格数。
2. 5摇 R语言批处理计算气孔密度
本文利用 R语言编写代码,对分类的气孔图像进行批处理。 将 2. 3 节计算得出的气孔栅格像元值与 2. 4
节计算出的标准气孔栅格数带入到 R 语言代码中,就可以快速的计算出每个样圆叶片气孔密度。 各样圆气
孔密度见图 5,由图 5 可以看出不同样圆的气孔密度存在明显的差异,变化范围从 76. 7 stoma / mm2(样圆 6)到
139. 4 stoma / mm2(样圆 18),18 个样圆的胡杨叶片气孔的平均密度为 105 stoma / mm2。 分析气孔密度与环境
之间的关系,对于理解胡杨适应干旱的内部调节机制具有重要的意义。
图 5摇 气孔密度柱状图
Fig. 5摇 Distribution of Stomatal density in 18 samples
图 6摇 气孔密度与种群特征的关系
摇 Fig. 6 摇 Relationship between stomatal density and niche
characteristics摇
2. 6摇 气孔密度变化与种群特征的关系
胡杨生长受地下水深影响[15]。 地下水埋深<4m
时,胡杨生长正常;4—6m时,生长不良,秃顶梢枯,少数
死亡;6—10m 大部分枯死; >10m,全部植被枯死[16]。
本文将水分胁迫划分为 5 个等级,每个等级内又进行了
次等级的划分(表 1)。 根据水分胁迫状况与气孔密度
的关系,可得出气孔密度随着干旱胁迫的加剧呈现先减
少后增加再减少的趋势,二者呈三次函数关系(图 6)。
图 6 显示气孔密度在轻度水分胁迫下降低,由于轻度的
干旱胁迫造成部分的气孔关闭,导致气孔的个数减少,
从而气孔密度下降;随着胁迫程度的增加(中度),气孔
密度升高,可能由于干旱胁迫的加大,叶片的表面积减小,造成气孔密度上升;在重度胁迫下气孔密度出现了
下降的趋势,可能是由于水分的重度胁迫,严重影响植物的光合作用,减少了植株的能量供应,抑制了气孔细
胞的生长发育与分裂,造成气孔的密度减少。
2. 7摇 气孔密度变化与环境的关系
植物叶的表皮具有较多的气孔,这与叶的功能有密切联系。 气孔是与外界进行气体交换的通道,因此气
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孔在植物的蒸腾作用过程中占有极其重要的地位,而气孔的密度大小与蒸腾强度有着密切的关系[17]。 所以
在研究水分胁迫对植物生长的影响时,常用植物叶片气孔密度的变化来进行分析,研究结果大都显示随着水
分胁迫程度的加剧,气孔密度呈现上升趋势,主要的原因是干旱胁迫,叶面积减小造成气孔密度增加[18鄄19]。
但是本研究的结果与该规律并不吻合,胡杨随着干旱胁迫加强,气孔密度表现下降上升再下降的趋势。 即在
轻度胁迫条件下,气孔密度减少,在中度胁迫条件下气孔密度稍增加,在重度胁迫条件下,气孔密度显著减小。
在重度胁迫条件下,气孔密度显著下降,与其他研究结果有着一致性[20],但是在轻度胁迫条件下,本研究的结
果有其特殊性。
植物通过气孔吸收 CO2的同时,伴随着水分的散失。 因此在水分胁迫条件下,保证 CO2吸收的同时要尽
可能的减少失水来提高植物水分利用效率,最直接有效的办法莫过于减少气孔数量[21]。
CO2浓度升高将会导致气温升高(温室效应),而干旱的部分原因来自于温度的升高,所以三者对气孔密
度的影响相辅相承,干旱、CO2 浓度升高和高温间接调控植物基因的表达,影响气孔的发生、分化和发育,最终
使其在叶片上的分布发生变化,对气孔程序性死亡的调控,最终使气孔在叶片上的分布发生变化[22]。 关于胡
杨气孔密度与水分胁迫的关系还需要进一步研究。
3摇 结论
本文利用遥感图像处理技术计算胡杨叶气孔的密度,充分利用了遥感图像处理技术的特点,利用宏观技
术解决微观的问题,并且取得了理想的效果。 因此该方法也可以用来计算其他植物叶片的密度,使其得到
推广。
植物叶片的气孔密度受到水分胁迫影响显著。 随着干旱程度的加深,气孔的密度显示出不确定的变化趋
势,干旱可以导致叶面积减少,使气孔密度增加;长期干旱胁迫可能会抑制气孔细胞的分裂、伸长和分化,气孔
数目减少,导致气孔密度的降低。 但是,干旱胁迫对植物生理生态的影响还需更多的指标的研究。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 17 September,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Marine ecological capital: valuation of standing stock of marine living resources
REN Dachuan,CHEN Shang,XIA Tao, et al (4805)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of Endophytic fungi on growth and photosynthetic characteristics of Achnatherum sibiricum
JIA Tong,REN Anzhi,WANG Shuai,et al (4811)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Based on image processing technology estimatingleaves stomatal density of Populus euphratica and analysis of its ecological
significance JIAN Shengqi, ZHAO Chuanyan, ZHAO Yang, et al (4818)………………………………………………………
Evaluation of the ecological instream flow in the Yellow River basin with hydrological alterations
ZHANG Qiang, LI Jianfeng, CHEN Xiaohong, et al (4826)
………………………………………
………………………………………………………………………
The ecological effects of Suaeda salsa on repairing heavily degraded coastal saline鄄alkaline wetlands in the Yellow River Delta
GUAN Bo, YU Junbao, LU Zhaohua, et al (4835)
………
…………………………………………………………………………………
Toxicity risks to the closed tidal flat ecosysten of a PCBs waste savepoint at the coast of Zhejiang
HE Shanying,CHEN Kunbai (4841)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Methane emission from a Carex鄄dominated wetland in Poyang Lake HU Qiwu, ZHU Lili, XING Ruixin, et al (4851)………………
The study on Ice鄄fish Resources in the Three Gorges Reservoir SHAO Xiaoyang,LI Daofeng, TAN Lu,et al (4858)…………………
Effects of acute cold stress onserum biochemical and immune parameters and liver HSP70 gene expression in GIFT strain of Nile
tilapia (Oreochromis niloticus) LIU Bo, WANG Meiyao, XIE Jun, et al (4866)…………………………………………………
Acute toxicityand effect of Cd2+ on life table demography of Brachionus angularis and Keratella valga
XU Dandan, XI Yilong, MA Jie, et al (4874)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
The association of BDNF gene polymorphisms with normal behavior traits in house鄄hold sika deer (Cervus nippon)
L譈 Shenjin, YANG Yan, WEI Wanhong (4881)
……………………
……………………………………………………………………………………
Characteristics and controlling factors of photosynthesis in a maize ecosystem on the North China Plain
TONG Xiaojuan, LI Jun, LIU Du (4889)
………………………………
……………………………………………………………………………………………
The soil macrofaunal community structure under a long鄄term fertilization in wheat field
GU Yanfang, ZHANG Li, DING Shengyan, et al (4900)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of earthworms on the photosynthetic characteristics of wetland plants and their capacity to purify wastewater
XU Defu, LI Yingxue, WANG Ranghui, et al (4907)
……………………
………………………………………………………………………………
Toxicity of three pesticides and their effects on carboxylesterase activity of Propsilocerus akamusi FANG Guofei (4914)………………
Reproductive behavior character and sexual tendency of the adult Zeuzera leuconotum Butler (Lepidoptera: Cossidae)
LIU Jinlong, ZONG Shixiang, ZHANG Jintong, et al (4919)
………………
………………………………………………………………………
Effects of herbicides stress on the population of alligator weed flea beetles, Agasicles hygrophila (Col. : Chrysomelidae) and
corresponding strategies LIU Yufang, PENG Meifang, WANG Chengchao, et al (4928)…………………………………………
Patterns of fruit and seed production and ecological significance in desert species Eremosparton songoricum (FABACEAE)
SHI Xiang,WANG Jiancheng,ZHANG Daoyuan,et al (4935)
…………
………………………………………………………………………
Effect of different nitrogen supply on the temporal and spatial distribution and remobilization of canopy nitrogen in winter wheat
under limited irrigation condition HAO Baozhen, JIANG Lina, FANG Baoting, et al (4941)……………………………………
Plant architecture characteristics of Haloxylon ammodendron and Haloxylon persicum in Zhungar Basin
WANG Lijuan,SUN Dongyuan, ZHAO Chengyi,et al (4952)
………………………………
………………………………………………………………………
Downscaling land surface temperature based on relationship between surface temperature and vegetation index
NIE Jianliang,WU Jianjun,YANG Xi, et al (4961)
………………………
…………………………………………………………………………………
Differential characteristics of soil 啄15N under varying vegetation in karst areas
WANG Zhijun, LIANG Xuan, HE Qiufang, et al (4970)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of nitrogen application rate on growth and leaf photosynthetic characteristics of Jatropha curcas L. seedlings
YIN Li, HU Tingxing, LIU Yongan, et al (4977)
…………………
…………………………………………………………………………………
Seasonal variations in leaf C, N, and P stoichiometry of typical plants in the Yangou watershed in the loess hilly gully region
WANG Kaibo, SHANGGUAN Zhouping (4985)
………
……………………………………………………………………………………
Clonal integration enhances the ability to scavenge reactive oxygen species in root of Cynodon dactylon subjected to submergence
LI Zhaojia,YU Jie,FAN Dayong,et al (4992)
……
………………………………………………………………………………………
Pattern oflow鄄covered sand鄄fixing woodland and its windbreak effect YANG Wenbin, DONG Huilong, LU Qi, et al (5000)…………
Evaluation of soil and water conservation capacity of different forest types in Dongling Mountain
MO Fei, LI Xuyong, HE Shuxia, et al (5009)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
Changes in structural components and respiration rates of coarse woody debris at the initial decomposition stage for 11 temperate
tree species ZHANG Limin,WANG Chuankuan, TANG Yan (5009)………………………………………………………………
Characteristics of nutrient cycling in first and second rotations of Chinese fir plantations
TIAN Dalun,SHEN Yan, KANG Wenxing, et al (5025)
………………………………………………
……………………………………………………………………………
The optimal design of a connected nature reserve network WANG Yicheng (5033)……………………………………………………
Sub鄄areas compartmentalization of Changjiang Estuary based on the natural geographical characteristics
LIU Lusan, ZHENG Binghui, MENG Wei, et al (5042)
………………………………
……………………………………………………………………………
The environmental and economic influence of coal鄄electricity integration exploitation in the Xilingol League
WU Di, DAI Fangzhou, YAN Yan, et al (5055)
…………………………
……………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The influence of diversity changes of ecological conditions on the survival of honey bees
HOU Chunsheng, ZHANG Xuefeng (5061)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Scientific Note
The spatio鄄temporal change in the secondary production of macrozoobenthos in the intertidal zone of Jiaozhou Bay
ZHANG Chongliang, XU Binduo, REN Yiping, et al (5071)
……………………
………………………………………………………………………
The studying system construction of wetland parks WANG Lilong, LU Lin (5081)……………………………………………………
Ecological footprint analysis of a semi鄄arid grassland region facilitates assessment of its ecological carrying capacity: a case study
of Xilinguole League YANG Yan, NIU Jianming, ZHANG Qing,et al (5096)……………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 17 期摇 (2011 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 31摇 No郾 17摇 2011
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