荧光原位杂交技术及其在环境微生物生态学中的应用研究

荧光原位杂交技术是一种能够同时对微生物进行定性、定量和研究微生物群落空间分布情况的有力工具。简要介绍了荧光原位杂交技术的方法,并对其在人为创制环境和自然环境中特征性微生物种群及群落生态学中的应用研究进行了讨论,指出了该种技术在应用中存在的问题与缺陷,最后对荧光原位杂交技术在堆肥微生物生态中的应用及与其他方法的组合应用进行了展望。     

景观生态学：生态系统的空间异质性

许多生态现象对空间异质性与空间镶嵌体内的流很敏感,作为一门涉及空间动态变化（含有机体流、物质流和能量流）和受控于异质性镶嵌体内生态流方式的学科,景观生态学提供了探索空间异质性和揭示空间格局怎样控制生态过程的新途径。景观生态学是一门研究空间格局对生态过程相互作用的科学,它促进了空间关系模型和理论的发展、空间格局与动态方面新型数据的采集以及生态学中很少强调的对空间尺度的检验。从生态学发展史来看,为方便或简化起见,空间被假定为同质的,研究过程中的尺度也被强调为均质的,这样异质性就成为一种不受欢迎的复杂…     

论昆虫空间生态学研究

空间特征是昆虫生态学研究的热点之一 ,具有重要的理论与应用意义。该文从理论、尺度、时空动态模型、技术手段及研究热点几个方面概述近期昆虫空间生态学研究进展。主要理论包括概率及统计模型、地学统计学、景观生态学、集合种群生态学 ;研究技术涉及地理信息系统、遥感、计算机辅助分析等。简要论述研究的空间尺度问题 ,介绍空间分子生态、进化生态等新研究热点在昆虫空间生态领域的发展 ,并分析昆虫空间生态学存在的问题和发展趋势。     

环境DNA技术在地下生态学中的应用

地下生态过程是生态系统结构、功能和过程研究中最不确定的因素。由于技术和方法的限制,作为"黑箱"的地下生态系统已经成为限制生态学发展的瓶颈,也是未来生态学发展的主要方向。环境DNA技术,是指从土壤等环境样品中直接提取DNA片段,然后通过DNA测序技术来定性或定量化目标生物,以确定目标生物在生态系统中的分布及功能特征。环境DNA技术已成功用于地下生态过程的研究。目前,环境DNA技术在土壤微生物多样性及其功能方面的研究相对成熟,克服了土壤微生物研究中不能培养的问题,可以有效地分析土壤微生物的群落组成、多样性及空间分布,尤其是宏基因组学技术的发展,使得微生物生态功能方面的研究成为可能;而且,环境DNA技术已经在土壤动物生态学的研究中得到了初步应用,可快速分析土壤动物的多样性及其分布特征,更有效地鉴定出未知的或稀少的物种,鉴定土壤动物类群的幅度较宽;部分研究者通过提取分析土壤中DNA片段信息对生态系统植物多样性及植物分类进行了研究,其结果比传统的植物分类及物种多样性测定更精确,改变了以往对植物群落物种多样性模式的理解。同时,环境DNA技术克服传统根系研究方法中需要洗根、分根、只能测定单物种根系的局限,降低根系研究中细根区分的误差,并探索性地用于细根生物量的研究。主要综述了基于环境DNA技术的分子生物学方法在土壤微生物多样性及功能、土壤动物多样性、地下植物多样性及根系生态等地下生态过程研究中的应用进展。环境DNA技术对于以土壤微生物、土壤动物及地下植物根系为主体的地下生态学过程的研究具有革命性意义,并展现出良好的应用前景。可以预期,分子生物学技术与传统的生态学研究相结合将成为未来地下生态学研究的一个发展趋势。     

土壤微生物群落构建理论与时空演变特征

土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与几乎所有的土壤生态过程,在物质循环、能量转换以及污染物降解等过程中都发挥着重要作用。对土壤微生物时空演变规律及其形成机制的研究,不仅是微生物演变和进化的基础科学问题,也是预测微生物及其所介导的生态功能对环境条件变化响应、适应和反馈的理论依据。讨论了土壤微生物群落的定义、测度方法和指标,认为群落是联系动植物宏观生态学与微生物生态学的基础,群落构建机制是宏观和微观生态学都需要研究的核心科学问题;从生态学的群落构建理论出发,阐述了包括生态位理论/中性理论、过程理论和多样性-稳定性理论在土壤微生物时空演变研究中的应用,以及微生物群落在时间和空间上的分布特征及其尺度效应;确立了以微生物群落构建理论为基础、不同时空尺度下土壤微生物群落演变特征为主要内容的微生物演变研究的基本框架。     

空间和平衡理论在景观生态学中的发展和应用

传统生态学承认生态系统中平衡、稳定状态的存在 ,“自然平衡理论”是其集中体现。而近 30年来 ,非平衡理论的出现 ,使得人们对生态系统的认识发生了彻底的改变。非平衡理论认为 ,偶然事件 (如干扰等 )在生态过程中起着重要作用。随着认识的转变 ,对生态过程中的“空间”和空间异质性的理解也发生了变化 ,传统生态学总是试图回避空间动态和空间异质性问题 ,而着重强调时间格局的重要性。但在近 2 0年来 ,空间格局则得到了广泛重视。空间理论及空间格局的研究表明 ,空间异质性既可能增加生态系统和生态过程的稳定性 ,也可能降低其稳定性。分析两种变化趋势 ,指出了它们的相互关系 ,同时讨论了空间理论的发展及其在景观生态学中的应用 ,并阐述了生态平衡的含义。     

FISH技术在微生物生态学中的研究及进展*

分子生物学技术在微生物生态学研究中具有灵敏、精确和快速的优势,但不能提供微生物的形态学、数量性状、空间分布等信息。荧光原位杂交技术结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息,可以在自然生境中监测和鉴定不同的微生物个体,尤其是对难培养和未被培养的微生物进行检测。荧光原位杂交技术被广泛用于微生物群落结构诊断和评价,现已成为微生物分子生态学研究中的热点技术。对荧光原位杂交技术的发展和在微生物分子生态学中的应用进行了综述,探讨了该技术应用中存在的问题和发展前景。     

GIS在野生动物空间分布格局研究中的应用

地理信息系统(GIS)在绘制动物分布图、确定物种丰富度、预测动物的空间分布格局、建立物种分布数据库等方面都有极大的应用价值。本文介绍了GIS技术在野生动物空间分布格局研究中的应用,并探讨了今后GIS技术在野生动物生态学领域的应用前景。     

从生态学语言向景观生态规划设计语言的转化途径

本研究旨在探索景观规划设计领域中的生态知识（生态学语言）与生态实践（景观生态规划设计语言）之间的转化关系,希望通过一套逻辑严密、步骤清晰、简单有效的转化途径推进这一学界持续讨论的问题。研究首先通过相关综述研究了二者之间的关系,提出景观生态规划设计三层次研究体系,从而确立了应用基础研究在转化过程中的桥梁地位。然后通过剖析基于岛屿生物地理学原理开展的自然保护区规划的经典方法,发现从生态学基础研究通往生态规划设计应用的桥梁是“空间导则与空间格局”的提炼,基于此提出了T-P-C的转化途径。最后,通过T-P-C途径的指导提出了具有普适性的5步骤转化方法。研究希望通过这5步骤的转化方法,引导更多生态学基础知识能够言之有理、行之有效地转化到具体的景观规划设计实践之中。     

FISH技术在微生物生态学中的研究及进展

分子生物学技术在微生物生态学研究中具有灵敏、精确和快速的优势,但不能提供微生物的形态学、数量性状、空间分布等信息。荧光原位杂交技术结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息,可以在自然生境中监测和鉴定不同的微生物个体,尤其是对难培养和未被培养的微生物进行检测。荧光原位杂交技术被广泛用于微生物群落结构诊断和评价,现已成为微生物分子生态学研究中的热点技术。对荧光原位杂交技术的发展和在微生物分子生态学中的应用进行了综述,探讨了该技术应用中存在的问题和发展前景。     

空间结构对捕食关系影响研究进展

随着人类对环境影响的加剧(如空间破碎化),生态系统的空间结构发生了剧烈变化,极大地改变了生态系统的结构和功能.空间结构对生态系统的影响与捕食关系的改变密切相关,探讨两者之间的联系对于了解破碎生境生态变化的机制至关重要.基于此,本文就典型空间结构对捕食关系的影响进行了论述,包括空间大小、形状、方向、布局和连通性等.资料表明,空间变小、连通性降低、空间及集合群落过度破碎化、空间方向和形状变化等导致捕食成功率过度增长,都不利于猎物-捕食者系统的稳定和持续.关于简单空间构型耦合形成的复杂空间结构对捕食关系,尤其是对多物种共存的复杂捕食关系的影响有待在今后的研究中进一步加强.     

基于供需关系的生态系统服务空间流动研究进展

生态系统服务研究越来越强调服务与人类福利的关系。生态系统服务空间流动研究试图在生态系统服务供给与使用之间构建因果联系,探索服务供给时空动态与人类福利变化的关系。综述了20世纪90年代以来国内外生态系统服务研究的进展,梳理了生态系统服务空间流动研究发展的脉络及其出现的必要性,提出了未来生态系统服务空间流动发展的重要方向是分布式空间模拟,但这受到数据可获得性和专业知识的限制。未来可以通过利用已有地理资源数据库和派生数据库增加数据来源,组建由不同学科人员组成的研究团队来弥补专业知识不足造成的影响。通过生态系统服务空间流动研究,可以在生态系统服务供给和需求之间建立反馈关系,为制定科学合理的管理政策提供科学依据。     

基于TM影像的景观空间自相关分析——以北京昌平区为例

格局与尺度之间的关系是景观生态学的核心研究内容。景观格局发生在不同的尺度 ,而尺度又影响格局的研究 ,因而 ,在景观生态学研究中应用多种量化研究方法于一系列尺度来确定和特征化空间格局研究 ,并探求空间格局与生态学功能和生态学过程之间的关系是非常必要的。以北京昌平区为例 ,从 TM影像中选取 5个具有突出自然和社会经济背景差异的景观 ,即林地景观、农田景观、都市边缘景观、卫星城景观和灌丛景观为研究对象 ,基于归一化植被指数 (N DVI) ,采用常用空间自相关指数 ,即 Moran的 I系数和 Geary的 c系数进行一系列的空间自相关分析 ,旨在阐明 :变化的空间粒度如何影响空间分析 ?以及空间分析如何响应划区效应 ?此外 ,基于 N DVI和数字高程模型 (DEM)也探讨了对于不同的数据类型 ,格局的尺度依赖性如何变化。研究结果表明 :空间粒度的变化对于景观分析有着显著的影响 ,随着空间粒度的增加 ,空间自相关均呈下降趋势 ;不同景观类型对于空间粒度的变化有着不同的响应 ,人为干扰较多的景观具有较低的空间自相关 ,但对空间粒度的变化表现出较强的敏感性 ;对于不同的数据类型 ,格局分析对空间粒度变化的响应是不同的     

集合种群动态对生境毁坏空间异质性的响应

首次将分形几何(Fractal geometry)与元胞自动机(Cellular automata)相结合,研究了破碎化生境中集合种群的空间分布格局动态,以及集合种群动态对生境毁坏空间异质性的响应。研究发现:(1)各个物种种群在生境中的分布具有很好的分形特征,物种的计盒维数(Box dimension)不仅可以很好地反映种群的空间分布结构,也能很好地反映种群动态。(2)如果将空间因素考虑进来的话,生境毁坏的灭绝债务(Time debt)将大于空间隐含模式所模拟的结果。(3)物种灭绝同时存在强物种灭绝和弱物种灭绝。并且只有在生境随机毁坏下,才与空间隐含的模拟结果比较接近,即强物种中将是最强物种率先灭绝。而在边缘毁坏这种比较集中成块的开发方式下,将是较强的物种灭绝。(4)边缘毁坏相对随机毁坏有利于物种,尤其是弱物种的长期续存。     

啮齿动物的空间分布格局

啮齿动物的空间分布格局房继明（北京师范大学生物学系,１００８７５）ＳｐａｔｉａｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＰａｔｔｅｒｎｓｏｆＲｏｄｅｎｔｓ．￥ＦａｎｇＪｉｍｉｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｉｏｌｏｇｙ,ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒ－ｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔ...     

城市景观多样性的空间尺度分析——以上海市外环线以内区域为例

景观生态学研究的就是某一空间尺度范围内的景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中存在的尺度多样性 ,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键 ,其已经成为景观生态学的一个重要概念 ,但是由于理论和方法的限制 ,对景观生态学的尺度研究还不够 ,特别是景观格局综合性指标在不同幅度上的变化特征和效应。在 GIS与 RS技术支持下 ,采用基准分辨率为 5 m的 SPOT遥感图像作为数据源 ,对不同幅度下的城市景观多样性的空间分布格局进行了分析 ,并进一步利用半变异函数对其空间异质性进行定量描述。结论揭示 :随着空间尺度的增加 ,景观多样性程度也不断增加 ,另外多样性的空间分布格局也具有显著变化 ,由于受城市发展历史和目前城市扩展方向的影响 ,多样性在总体上是不平衡的 ,尺度越大 ,不平衡越明显 ;不同尺度下景观多样性空间格局的变化 ,与城市景观的特点和城市景观的功能息息相关 ,不过其受经济效益和社会文化效益的影响更大 ;随着尺度增加由于掩盖了更小尺度上的变异 ,导致块金效应增强 ,空间自相关部分对系统总的变异则明显下降 ;景观多样性具有尺度依赖性 ,可以说景观多样性也是尺度的函数 ,在不同的尺度上 ,结果差异显著 ,所以在景观生态学的研究中绝对不能忽略尺度对格局的影响     

微生物相互作用中的空间自组织

微生物在全球生态系统中占据着重要地位, 其中一个重要的研究领域是微生物与环境(包括无机环境与生物环境)之间的相互作用。在生态相互作用过程中, 微生物常常通过自组织形成特定的空间模式。微生物的空间模式在种群稳定性、群落动态变化以及维持合作行为方面具有重要作用。本文中, 我们梳理了当下对微生物空间自组织及其所形成的空间模式的研究内容, 首先介绍什么是空间自组织, 再根据生态相互作用类型对自组织的空间模式进行描述, 其中重点讨论合作与竞争中的空间模式, 接着关注微生物空间自组织的过程, 最后我们指出空间自组织对整个群体的结构和功能稳定具有重要意义。研究微生物种群间相互作用中的空间模式, 有助于探索维持合作行为的新机制, 进而为微生物共生系统的构建提供新的理解。     

土壤动物群落空间格局和构建机制研究进展

群落空间格局和构建机制一直是生态学研究的核心内容。在生物多样性严重丧失的背景下, 揭示群落空间格局及其构建机制, 有助于深刻理解生物多样性丧失的原因, 更有助于应对生物多样性保护等重大生态环境问题。然而, 陆地生态系统的研究多集中于地上生物群落, 对地下生态系统, 尤其是土壤动物空间格局和构建机制的研究尚不充分。事实上, 土壤动物多样性是全球生物多样性的关键组成之一, 是地下生态系统结构和功能维持的重要部分。对土壤动物空间格局和构建机制的研究, 能明确不同空间尺度条件下土壤动物多样性的维持机制。土壤动物群落常在多种空间尺度形成复杂的空间分布格局, 因此, 本文首先介绍了不同空间尺度主要土壤动物群落的空间自相关性特征, 阐述了土壤动物群落斑块和孔隙镶嵌分布的复杂空间格局。继而阐明这种空间格局主要受生物间作用、环境过滤和随机扩散的调控, 并说明这三个过程对土壤动物群落的调控能力和作用方式。作者提出, 这三个过程仍是今后土壤动物群落空间格局和构建机制研究的重点内容, 需要进一步加强以土壤动物为研究对象的群落构建理论的验证和发展。我国土壤动物群落空间格局和构建机制起步较晚, 希望本文能够促进我国土壤动物生态学相关领域的研究。     

Island ecology and contingent theory: the role of spatial scale and taxonomic bias

Scale, the scale dependency of patterns and processes, and the ways that organisms scale their responses to these patterns and processes are central to island and landscape ecology. Here, we take a database of studies in island ecology and investigate how studies have changed over a 40-year period with respect to spatial scale and organisms studied. We demonstrate that there have been changes in the spatial scale of islands studied and that there is taxonomic bias in favour of vertebrates in island ecological studies when compared to scientific publications as a whole. We discuss how such taxonomic bias may have arisen and discuss the implications for ecology and biogeography.