生态保护区外斑块对景观连接度的影响评价

快速的城市化过程带来的生境斑块破碎化及损失会影响物种迁移、捕食等生态活动,对生物多样性构成威胁。然而,现有生态保护区可能无法覆盖其内生物的必要活动范围。生态保护区外的生境斑块对于维持生态过程也具有重要作用,因此识别生态保护区外的关键斑块并加以保护非常重要。以北京市延庆区为研究区,划分两种生境斑块,即核心生境斑块和潜在生境斑块,并基于图论构建生境网络。考虑地表覆盖类型、坡度、人类活动等因素构建生境阻力面。结合未来土地利用类型变化的模拟,研究城市化过程对区域生境网络和景观连接度的影响,选用CLUE-S模型模拟土地利用类型变化的格局。结合生境斑块特征和未来城市土地利用变化情况设计了3种未来生境变化情景。利用连接概率指数(PC)和网络连接度变化率(dI)评价不同生境变化情景下生态保护区外潜在生境斑块的景观连接度重要性,判断保护优先顺序,并分析景观格局变化对不同迁移能力物种的影响。结果表明：生态保护区外的全部潜在生境斑块对维持生境整体景观连接度有最大2.15%的影响,单个潜在生境斑块对维持景观连接度有最大0.28%的影响。此外,景观格局及其变化对不同迁移能力物种的影响差异显著,因此需针对保护物种和城市生境特征设计保护方案,研究区需要优先保护大中型斑块和位于关键位置的小型斑块。为了满足对生物多样性保护的需求,建议在区分生境斑块保护优先顺序时考虑生境斑块对景观连接度的贡献和城市化扩展过程的压力。研究为城市生物多样性保护和生境管理提供了方法参考。     

不同鸟类生境网络复合与优化——以苏锡常地区白鹭、鸳鸯、雉鸡为例

通过复合优化不同焦点物种的生境网络表征多数物种生境网络实现物种多样性保护,具有重要理论价值和实践意义。以苏锡常地区为研究区域,以白鹭、鸳鸯和雉鸡3种鸟类为焦点物种,通过采用生境斑块约束条件模型与最小成本路径法相结合的方法识别出生境网络;从满足集合覆盖问题视角出发,通过采用网络构成要素复合的方法进行网络复合,其中廊道与廊道的复合通过采用评价生态系统服务价值的方法实现;通过采用观测数据为生境斑块和迁移廊道增补依据的方法进行复合生境网络优化。结果表明:生境网络经过复合,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值在分别减少了16%、68%和10%的情况下,保持了斑块间的连接度、兼顾到经济效益和生态效益最大化、覆盖了占总数86%以上的75处观测点;复合生境网络经过优化,覆盖了2010年及以后所有84处观测点,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值分别增加了19%、21%和27%;说明生境网络复合优化定量分析方法和思路具有可行性,为网络复合研究提供了借鉴。     

济南城市绿地生态网络构建

城市绿地为城市生物多样性保护提供了重要的空间保障.改善与提高城市绿地生态网络的连接对保护城市生物多样性具有重要意义.以济南市为例,在GIS技术的支撑下,在考虑不同绿地斑块间的距离与景观阻力的基础上,采用最小路径方法,定量表征与模拟了研究区的潜在生态廊道,并基于重力模型和网络连接度指数,对绿地斑块间相互作用强度与生态网络结构进行了定量分析与评价.研究结果表明,风景林、滨水绿地和公园绿地是组成研究区生态网络的优势景观类型;济南绿地系统规划中的许多斑块在生态网络中起着"踏脚石"的作用,但占规划绿地面积的比例不高;不同绿地斑块间的相互作用强度差异显著,斑块之间相互作用强的绿地廊道在生态网络中的地位突出,对生物物种的丰富度、迁移与扩散等起着重要作用,而斑块之间相互作用弱的廊道景观阻力大,生境适宜性低,必须在未来的绿地系统规划中加以改善;网络结构越复杂,连接度与闭合度水平越高,对物种的迁移与扩散就越有利.因此,增加绿地斑块,优化绿地空间布局,改善绿地斑块间的连接,完善城市绿地网络是新一轮城市绿地系统规划的关键任务.研究结果可为城市建设者与规划者进行城市绿地系统规划提供科学的依据与参考信息.     

基于景观功能性连接度的生境网络优化研究——以苏锡常地区白鹭为例

景观功能性连接在生境网络优化方面具有重要意义。以快速城市化苏锡常地区为研究区、白鹭为目标物种,采用2种景观功能性连接度测度方法相结合的方法,通过构建遴选阈值和恢复阈值、筛选功能性显著迁移廊道,识别新增生境节点及对应迁移廊道,构建出优化生境网络和优化生境干网。结果表明:1)优化生境网络的片区聚集程度及觅食地对筑巢地的依附性得到增强,优化生境干网与白鹭长距离迁移生境网络具有较高拟合度;2)优化生境网络和优化生境干网的α、β、γ3个网络结构指数值都有较大幅度增加。优化生境干网与优化生境网络相比,在生境节点和迁移廊道总数较少的情况下,具有网络结构指数值变化不明显的特性,为推荐方案。优化生境干网的提出,尤其为快速城市化地区物种多样性保护提供了一种新思路,即优化生境网络的保护底线方案,同时拓展了网络优化研究方法、强化了物种多样性保护在土地资源管理工作中的可操作性。     

土地利用变化对生境网络的影响——以苏锡常地区白鹭为例

生境网络对于物种更具有生态意义。研究土地利用变化对生境网络的影响,对破碎景观中种群的扩散和迁徙至关重要。研究结果有助于区域生境网络的恢复和完善,从物种的角度而非景观结构的角度优化生态网络。以城市化快速发展、土地利用变化明显的苏锡常地区为研究区域,优势湿地鸟类白鹭为代表物种,构建物种生境斑块约束条件概念模型,提出按照物种生活习性特征划分、选择生境斑块的方法,并从斑块和网络结构两个视角分析了土地利用变化对生境网络的影响。结果表明:(1)2000—2010年研究区白鹭生境的适宜地类总面积虽有所增加,但主要由于大量新增线性人为干扰致使白鹭生境网络质量下降;(2)白鹭生境网络在研究区不是全区覆盖的回路,基本由宜兴—溧阳片、无锡滨湖片、苏州吴中片和苏州阳澄湖片4个小片网构成,其完整程度按照宜溧片、滨湖片、吴中片、阳澄湖片降次排列;至2010年,宜溧片破坏最为严重,滨湖片和吴中片次之,阳澄湖片受破坏程度相对最弱。总体上,白鹭生境境况在10年间恶化明显,土地利用变化朝着不利于白鹭持续生存的方向发展。     

跨区域视角下苏锡常地区白鹭生境网络优化

打破行政界线,跨区域协同治理生态问题,是生态文明建设的必然要求。选取快速城镇化地区苏锡常为研究区域,地区优势物种白鹭为研究对象,在等量保护成本限定下,基于跨区域和分区视角,将保护成本用于生境斑块优化,通过设定不同的优化情景,确定新增生境斑块的优化顺序,计算出各情景下生态保护成本与生态收益提升值,对比不同优化方案下网络结构指数变化情况,进而探讨跨区域生境网络优化是否能够更好地实现物种保护的"最大覆盖问题"。结果表明:(1)新增生境斑块的总量和空间布局都呈现为不均匀分布,以苏州最多,无锡次之,常州最少;具有"网络连通性较高但保护成本较低"的斑块分布特征与之相同;(2)根据单位效益成本值大小对生境斑块优化排序,将保护成本优先用于"网络连通性指数较高而保护成本较低"的生境斑块。在等量保护成本限定下,跨区域生境网络优化比分区优化的网络连通性指数α、β、γ分别提升了13.17%、12.97%、13.76%,实现保护成本的生态效益提升最大化,更好地解决了物种保护的"最大覆盖问题"。     

基于MSPA和MCR模型的江苏省生态网络构建与优化

快速城市化背景下, 经济发达区生境斑块日益破碎化, 生物多样性受到严重威胁, 构建生态网络是有效连接生境斑块和保护物种栖息地的重要手段。以江苏省为例, 采用形态学空间格局分析(MSPA)方法识别重要生态源地, 基于最小累积阻力模型构建生态网络连接生态源地, 并选取整体连通性指数(IIC)量化生态源地斑块和生态廊道的重要性, 最后提出江苏省生态网络优化建议, 为江苏省生态安全格局构建提供参考和借鉴。主要研究结果如下: (1)核心区斑块主要用地类型为大型水体、湿地和林地, 主要包括太湖、洪泽湖、高邮湖、骆马湖等大型湖泊、东部沿海地区的湿地以及江苏西南部的林地斑块; (2)由于江苏省耕地面积广阔, 因此耕地在生态网络中有较大比例; (3)水域、林地、湿地也是生态廊道的主要组成部分, 为减小水体对动物迁徙的阻碍作用, 可以在水域周边人工造林, 为动物迁徙提供暂栖地; (4)生态廊道构成中, 建设用地占比15.44%, 这是近年来江苏省快速城镇化和建设用地的过度扩张的结果。     

基于景观生态学的鞍山市生态网络构建

城市化使得生境斑块日益破碎,连接性不断降低,严重威胁区域的生态环境,生态网络的构建为生态环境保护提供了良好的空间保障。针对辽宁省鞍山市的实际情况,选取有利于生物多样性保护、人文建设等生态功能节点,利用熵权法综合评价不同景观类型结构和功能对生态功能流的影响,在GIS技术支撑下,采用最小耗费距离模型进行潜在廊道模拟,基于重力模型和网络结构指数对生态网络结构进行定量分析。结果表明:最小路径生态网络的连接度和闭合度最高,而网络连接度和闭合度水平越高,对物质循环和能量流动越有利,其可作为最优构建的网络;环形生态网络是根据廊道的重要性构建的,成本较适中,综合生态学和经济学的相关原理,其可作为生态网络的核心框架;随着经济水平和人文环境要求的提高,可适当增加廊道数量,逐渐构建最小路径生态网络,改善生态斑块间的连接度,增加区域的可持续发展能力。本研究结果可为鞍山市生态景观建设提供科学依据与参考。     

建设用地减量化的苏锡常地区土地利用格局优化——基于白鹭生境网络优化视角

建设用地减量化管理国家战略的本质就是土地利用格局优化,具有重要理论价值和实践意义。以建设用地减量化为背景、快速城市化苏锡常地区为研究区,采用目标物种白鹭生境网络优化为减量化依据的方法,旨在回答"建设用地怎么减?减哪里?减多少?依据是什么?"的土地利用格局优化问题。结果表明:1)白鹭核心生境斑块距离人为干扰源较远,需减量化的建设用地数量较少,但多数核心生境斑块面积小于平均值,破碎化现象较严重;白鹭迁移廊道受人为干扰严重,需减量化的建设用地数量为6542.1 hm~2,占减量化总面积的99%以上;生态核心区经过耕地占补平衡后,城乡建设用地二次减量213.7 hm~2、新增水田208.7 hm~2;研究区建设用地减量化总面积6755.8 hm~2。2)通过增加核心生境斑块面积、提高迁移廊道通达安全性,白鹭生境网络优化了。同时完成了建设用地总量减量化,实现了区域土地利用格局优化的目的。     

基于生态网络的生态安全格局评价

生态网络可用于描述、评价生境破碎条件下景观空间组织方式与物种存续的关系.本文以青岛市为研究区域,基于最小成本路径方法模拟得到2005年林地、湿地生态网络,并基于廊道累计成本值对得到的生态网络进行分级.利用介数指数、相关长度-逐块筛选指数对生态网络中斑块与廊道等结构要素进行重要性区分,形成生态网络结构体系.并在评价2005—2013年新增建设用地对生态网络影响的基础上,提出应对建设用地变化的生态安全格局.结果表明: 在生态网络框架基础上,图形理论的相关评价方法能够量化评价识别生态用地的具体属性(如生态网络斑块的面积)和生态用地之间的功能联系;2005—2013年间,青岛市新增建设用地对湿地侵占面积较大,且没有考虑具体林地、湿地在整个地区生态系统连通性维护中的作用;基于生态网络的生态安全格局的划定可以优化地区生态基底,为生态保护与恢复提供更加精确的空间决策依据,同时为城市空间扩张提供科学合理的空间指引.     

基于网络效能分析的生境网络构建与优化——以苏锡常地区白鹭为例

从网络效能分析出发研究生境网络优化具有重要意义。以快速城市化苏锡常地区为小尺度研究区、苏锡常及周边15个城市为大尺度泛研究区、白鹭为焦点物种,通过采用引入并构建网络效能概念框架、识别和构建不同尺度生境网络、调整网络结构和转换网络结构特性相结合的方法,实现了跨尺度下白鹭生境网络优化。结果表明:1)依据大尺度迁移网络完善小尺度生境网络得到的方案一和改变方案一网络特性得到的方案二均是现状生境网络的优化方案;2)方案二与方案一相比,在平均路径长度值增加、聚类系数值减少、节点度概率分布幂次关系拟合度提高,即小世界特性减弱、无标度特性增强的基础上,测度网络连接度的α、β、γ指数值得到增加,同时新增生境节点和迁移廊道数量更少,具有更好的优化成效;3)从网络效能分析出发,有益于提高生境网络跨尺度下优化方案的可行性,其分析思路既丰富了网络优化的方法论研究,也为提高上位与下位规划空间契合度的实践提供了理论支持。但从网络效能概念框架看,如网络层级分析、其他尺度情景研究、网络质量测度指标等方面还亟待丰富与完善。     

Evidence for social role in a dolphin social network

Social animals have to take into consideration the behaviour of conspecifics when making decisions to go by their daily lives. These decisions affect their fitness and there is therefore an evolutionary pressure to try making the right choices. In many instances individuals will make their own choices and the behaviour of the group will be a democratic integration of everyone’s decision. However, in some instances it can be advantageous to follow the choice of a few individuals in the group if they have more information regarding the situation that has arisen. Here I provide early evidence that decisions about shifts in activity states in a population of bottlenose dolphin follow such a decision-making process. This unshared consensus is mediated by a non-vocal signal, which can be communicated globally within the dolphin school. These signals are emitted by individuals that tend to have more information about the behaviour of potential competitors because of their position in the social network. I hypothesise that this decision-making process emerged from the social structure of the population and the need to maintain mixed-sex schools.     

Formation and decomposition of vacuoles inBotryococcus in relation to the trans-Golgi network

Summary The formation and the decomposition of vacuoles in a member of Xanthophyceae,Botryococcus braunii, were examined by light and electron microscopy. Particles around the nucleus were identified as vacuoles from their stainability with neutral red. These particles disappeared during cell division. They reacted positively in an activity test for acid phosphatase. Electron microscopy revealed the presence of spherical vacuoles around the nucleus. During cell division, these vacuoles seemed to be decomposed by the ER which surrounded the vacuoles. Soon after this decomposition, many immature multivesicular bodies (MVBs) appeared to develop from the trans-Golgi network (TGN) and were pinched off from the TGN. These immature MVBs took up small vesicles in them as they grew into the mature MVBs. Mature MVBs took up and digested the surrounding cytoplasm, fused with one another, and eventually became the vacuoles.Abbreviations MVB multivesicular body - TGN trans-Golgi network     

供磷水平和根际效应协同影响含碱性磷酸酶基因细菌群落的网络复杂性和稳定性北大核心

【目的】通过研究长期不同供磷水平下根际、土体土壤中编码碱性磷酸酶基因(alkaline phosphatase gene,phoD)细菌群落特征、网络复杂性、群落的稳定性及其与磷酸酶活性之间的关系,揭示供磷水平和根际效应在调控土壤有机磷矿化中的微生物学机制。【方法】选取华北平原长期施磷的小麦-玉米轮作体系石灰性土壤为基质土壤,开展根箱试验。选取的试验处理包括3个供磷水平,分别是0、50.0、200.0 kg P/hm^(2)(分别表示为P0、P50、P200)。玉米种子播种30 d后,采集玉米的根际土和土体土。采用高通量测序技术分析根际和土体土壤中编码碱性磷酸酶基因(phoD)细菌群落,探究施肥及根际效应对含phoD基因细菌的群落特征、网络特征的影响及其与磷酸酶活性的关系。【结果】随着施磷量的增加,速效磷(available P,AP)和碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性在根际、土体土壤中均显著提高,且两者呈显著正相关。phoD基因丰度在P0、P200处理的根际土壤中显著高于土体土壤。含phoD基因细菌群落的α多样性在P50处理下的根际土壤显著高于土体土壤。冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,土壤中AP、有机磷(organic P,Po)和全磷(total P,Pt)是影响微生物群落的主要因素。与不施磷处理(P0)相比,施磷处理(P50、P200)下根际土壤中网络节点数和连接数降低,而土体土壤中网络节点数和连接数增加;同时,施磷处理含phoD基因细菌群落的鲁棒性(robustness)在根际土壤中显著提高,而在土体土壤中显著降低。Mantel检验表明,含phoD基因微生物群落中的优势物种在根际土壤与AP、酸性磷酸酶(acid phosphatase,ACP)、内聚力(cohesion)和网络的鲁棒性显著相关,在土体土壤中无显著性。【结论】供磷水平及根际效应协同影响phoD基因丰度、含phoD基因细菌群落的α多样性、群落结构、优势物种、网络的复杂性及群落的稳定性,进而影响磷酸酶活性,调控了土壤中有机磷的矿化。     

Construction of a functional network for common DNA damage responses in Escherichia coli

In this study, we aim to identify a common, general mode of toxic action in Escherichia coli when experiencing DNA damage, irrespective of the agents used. We conducted or collected 69 microarray data from seven different DNA damaging agents. In a quantitative manner, we constructed a probable DNA damage stress network, entitled the ‘Functional Linked Network (FLN)’, which consists of 399 significantly perturbed genes and the 1283 interactions among them. The SOS response related genes (LexA modules) were found to be dominantly activated by DNA damage, irrespective of the agents. Several minor, plausible modules were also implicated in this network, and appear to be related with the metabolic inhibition response to DNA damage or mediate the induction of SOS response. This systems and comparison approach across a variety of genotoxic agents may serve as a starting point to specify some of the unknown and common features of DNA damage responses in bacteria.     

Metabolomics assisted metabolic network modeling and network wide analysis of metabolites in microbiology

Metabolomics is the science of qualitatively and quantitatively analyzing low molecular weight metabolites occur in a given biological system. It provides valuable information to elucidate the functional roles and relations of different metabolites in a metabolic pathway. In recent years, a large amount of research on microbial metabolomics has been conducted. It has become a useful tool for achieving highly efficient synthesis of target metabolites. At the same time, many studies have been conducted over the years in order to integrate metabolomics data into metabolic network modeling, which has yielded many exciting results. Additionally, metabolomics also shows great advantages in analyzing the relationship of metabolites network wide. Integrating metabolomics data into metabolic network construction and applying it in network wide analysis of cell metabolism would further improve our ability to control cellular metabolism and optimize the design of cell factories for the overproduction of valuable biochemicals. This review will examine recent progress in the application of metabolomics approaches in metabolic network modeling and network wide analysis of microbial cell metabolism.