林业科学

作者：刘卫平1,3,宋维1,3,高超2,赵燕东1,3,*

单位：1. 北京林业大学工学院 北京 1000832. 北京工商大学计算机与信息工程学院 北京 1000483. 北京林业大学城乡生态环境北京实验室 北京 100083

关键词：茎干含水量,生长状态,主成分分析,椭圆拟合

基金：国家重点研发计划项目(2017YFD0600901);天津市科委互联网跨界融合重大专项(16ZXHLNC00060);内蒙古自治区科技计划项目(201802085)

目的: 分析活立木茎干含水量在不同季节的变化规律及与所在环境中各参数的变化关系，构建一种通过茎干含水量反映植物生长状态的数学模型，为未来搭建树木生命状态评价体系提供模型基础和解决思路。方法: 基于2017-2018年实测杨树茎干含水量数据，将全年植物生长状态划分为萌芽期、生长期、落叶期和休眠期，分析各生长周期茎干含水量变化规律。对多维环境数据进行主成分分析，选取最大主成分（PC1）与活立木茎干含水量绘制日变化曲线，提出一种植物茎干含水量椭圆模型，用于评判植物生命体征状况。结果: 萌芽期茎干含水量处于上升态势，4月初日均值为20%，4月末增至43%，日变幅为5%~8%；生长期茎干含水量日均值稳定在50%上下，变化情况受天气影响较大，日变幅差异明显，最大9%，最小1%；落叶期茎干含水量逐渐降低，从10月初的日均值46.9%降至月末的42.8%，日变幅减小至4%；休眠期因低温产生水分冻融现象，茎干含水量波动剧烈，12月中最小值为12%，最大值为42%，日变幅最大达20%。针对植物不同生长周期分别进行椭圆曲线拟合，结果显示：春季萌芽期与冬季休眠期的茎干含水量变化规律近似，椭圆倾角θ < 0°，与PC1变化呈负相关；夏季生长期与秋季落叶期的茎干含水量变化规律近似，与PC1变化呈正相关，其中生长期植物受环境影响较弱，θ绝对值最小。从倾角与旋转方向可推导出茎干含水量与环境参数的超前或滞后关系，其中萌芽期与休眠期茎干含水量滞后于环境参数，生长期与落叶期茎干含水量超前于环境参数。结论: 基于茎干含水量的生长状态评估可为植物生命体征研究提供全新研究方向，各生长周期的椭圆拟合曲线区分度较高，有可能作为植物生长状态的评判标准，基于此可进一步研究出更完善的植物生理评价体系并用于实际生产中。

来源：2021年第5期

《林业科学》期刊编辑部

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