突变级数法在厦门城市生态安全评价中的应用

针对港湾快速城市化地区存在的潜在突变特性,基于P-S-R(压力-状态-响应)框架和突变级数法,构建了评价城市生态安全的突变模型,并对1996—2006年厦门城市生态安全进行了评价.结果表明：1996—1998年,快速城市化对厦门市区域生态安全的影响不大,研究区生态安全状况呈上升趋势;1998—2001年,由于大范围高强度的填海造地、人口激增等生态干扰远远超过了生态系统自身的修复能力,导致厦门城市生态安全状况呈快速下降趋势;2001—2006年,厦门城市生态安全整体水平回升,主要受其海湾型生态城市重大战略转变的影响;2006年,研究区系统压力安全级别为Ⅲ,说明厦门市还存在着生态安全隐患.突变级数法反映了单一指标极值情况对生态系统突变的影响,弥补了现有方法在此方面的不足,它既减小了权重赋值的主观性,又避免了主观判断安全标准的不确定性,可准确地反映城市生态安全的发展趋势.     

突变级数法在生态适宜度评价中的应用——以镇江新区为例

《开发区区域环境影响评价技术导则》（HJ／T2003）已将生态适宜度评价列为区域环境影响评价的主要内容,并明确提出了三级指标集成的框架要求,但并未推荐具体的技术方法。在当前的环评工作实际中,出现了多种生态适宜度的评价技术,如排列成比较技术、层次分析、模糊评价法等,然而这些方法却普遍存在着权重分配过程中的主观性问题。而对于生态适宜度评价这类多指标集成的问题,无论采用何种技术方法,只有减少权重赋值的主观性才能体现评价结论的科学性。鉴于此,推荐了一种新型的生态适宜度评价方法——突变级数法。通过镇江新区环评的具体案例分析,突变级数法表现出在生态适宜度评价方面较好的适用性。更为重要的是,通过对前述3种方法的数理分析对比,突变级数法表现出主营以下两方面的比较优势：首先该法不使用权重,只需按指标间的内在逻辑关系对指标的重要程度进行排序,很大限度地避免了人为制定权重的主观性;同时,作为定性与定量相结合的技术方法,突变级数法不仅可以对各地块是否适合其利用类型做出评价,还可以运用模型计算出各个地块生态适宜度的具体数值,对不同地块的生态适宜性程度进行定量的对比。诚然,应该客观地指出,在按指标的重要程度排序过程、以及评价指标的量化分级过程中,突变级数法仍然不能完全避免人为主观性,这也需要今后继续探索整合其他技术方法。加以进一步完善。     

中国东海海岸带地区生态系统健康评估及其尺度依赖性

维持生态系统健康是实现社会经济可持续发展的关键性工作之一。本文基于邻域变异度和人为干扰修正后的活力-组织-弹性-服务模型,从5 km至地级市设置8个评估尺度单元,定量化的评估了我国东海海岸地区（包括上海、嘉兴、宁波、温州、台州、宁德、福州、莆田、泉州、厦门和漳州共11个城市）1990—2015年的生态系统健康状况,并分析了其时序变化特征和空间分异规律,探究了生态系统健康的尺度依赖性效应,得到以下结论：1）研究时段内,研究区生态系统健康水平以2000年为节点先下降后上升,但整体呈下降趋势。自2000年起生态系统健康值分布更加离散,呈现健康的生态系统更加健康,劣化的生态系统不断劣化的分化趋势。2）生态系统健康在空间分布上具有较高的异质性特征。沿海地区、宁波以北地区的生态系统健康值较低;远离海洋部分的山地丘陵的生态系统健康值较高。小尺度下上海市中心生态健康最差,地级市尺度下嘉兴市生态健康状况最差。3）生态系统健康评估工作具有一定的空间尺度依赖性。大尺度生态系统健康评估结果趋于平均化,可用于刻画变化趋势的空间分布格局。小尺度评估结果能够更好的解释生态系统健康程度的聚类分异细节。因而,在生态系统健康评估中不存在最佳的研究尺度,多尺度的设置有助于全面解析生态系统健康的时空分异特征。     

基于形态结构特征的洞庭湖湖泊健康评价

湖泊形态结构特征与湖泊健康水平密切相关,是评价湖泊生态系统、服务功能是否健康的基础。以历史文献、图件及1986—2010年水沙实测数据等资料为依据,选取洲滩出露频率、水动力条件和几何形态等3类共8个湖泊形态结构特征指标,采用突变级数法对典型年洞庭湖湖泊健康状况进行评价。结果表明:(1)东洞庭湖湖泊健康状况相对较好(隶属度平均值为0.7486),但波动较大(0.6775—0.7965);南洞庭湖次之(0.7311);西洞庭湖最差(0.7269),其健康相对隶属度波动最小(0.7026—0.7487);(2)近20a来,洞庭湖湖泊健康状况呈现"先恶化、后改善"的趋势。1998年其健康隶属度最低(0.6912),2004年值最高(0.7711),其余典型年的值介于二者之间。这充分说明"4350"工程实施、三峡水库蓄水运行等有效地改善了洞庭湖湖泊形态结构,使其朝健康方向发展。     

基于地理信息系统的青藏铁路穿越区生态系统恢复力评价

在明晰生态系统恢复力基本定义及其影响因子性质的基础上,基于地理信息系统(GIS)、均方差决策法和突变级数法,选择物种多样性、群落覆盖度以及群落生物量为指标对青藏铁路穿越区生态系统恢复力进行了定量评估.结果表明:研究区恢复力高值区位于祁连山草甸草原、湟水谷地的针叶林和落叶阔叶林以及唐古拉山以南的嵩草沼泽草甸,而最低值位于柴达木盆地中部和昆仑山山麓.研究区绝大部分区域的生态系统具有强或中等恢复力,整体趋势表现为:在高原面上(昆仑山以南),铁路以北区域的生态系统恢复力等级普遍较低,而在柴达木盆地以东尤其是青海湖地区,表现为铁路以南地区的恢复力等级普遍小于铁路以北地区.通过对生态系统恢复力的评价研究可以找出生态恢复建设的薄弱环节,并确定从哪些方面入手进行恢复更有效,进而可结合脆弱性评价为区域开发提供科学依据,以期避免或尽量减少人为扰动对环境造成的不利影响.     

基于地理信息系统的青藏铁路穿越区生态系统恢复力评价

在明晰生态系统恢复力基本定义及其影响因子性质的基础上,基于地理信息系统（GIS）、均方差决策法和突变级数法,选择物种多样性、群落覆盖度以及群落生物量为指标对青藏铁路穿越区生态系统恢复力进行了定量评估.结果表明：研究区恢复力高值区位于祁连山草甸草原、湟水谷地的针叶林和落叶阔叶林以及唐古拉山以南的嵩草沼泽草甸,而最低值位于柴达木盆地中部和昆仑山山麓.研究区绝大部分区域的生态系统具有强或中等恢复力,整体趋势表现为：在高原面上（昆仑山以南）,铁路以北区域的生态系统恢复力等级普遍较低,而在柴达木盆地以东尤其是青海湖地区,表现为铁路以南地区的恢复力等级普遍小于铁路以北地区.通过对生态系统恢复力的评价研究可以找出生态恢复建设的薄弱环节,并确定从哪些方面入手进行恢复更有效,进而可结合脆弱性评价为区域开发提供科学依据,以期避免或尽量减少人为扰动对环境造成的不利影响.     

西安市城市化对景观格局及生态系统服务价值的影响

我国处于城市化高度发展阶段,截止2018年全国城市化率达到59.58%。城市的快速扩张,显著改变了区域景观格局,深刻影响城市生态系统的供给、调节、文化、支持等服务功能。近30年来,西安市城市用地扩张554.23 km²,基于西安市景观格局变化分析,利用同心缓冲区探讨城乡梯度内景观指数与生态系统服务价值的特征及其相互关系,揭示城市发展对城市生态系统的影响。结果表明,1980-2015年西安市各景观类型面积发生明显变化,耕地、草地面积逐渐减少,建设用地面积波动增加,主要来源于优势景观耕地的转化。景观破碎度最高的区域主要分布在距市中心10 km左右的城乡结合部,斑块密度、边缘密度、景观分割度最高,且随城市扩张,拐点距离逐渐增加。林地和耕地是提供生态系统服务的主要土地类型,西安地区总生态服务价值减少了9.56亿元,耕地减少最多（6.83亿元）,沿城乡梯度,总生态系统服务价值均值呈现从市中心到农村递增的趋势,土壤保持的生态服务价值增长最快;沿时间梯度上,生态服务价值均值呈现逐年减少现象;从景观格局对生态服务价值影响分析得知,多样性指数与各类型生态系统服务价值之间存在显著的相关关系,最大斑块指数与不同类型的服务价值呈高度负相关。城市建设使得区域的生态系统服务价值降低,在城市发展中需要科学规划用地、合理布设景观格局,提高生态环境质量,达到城市生态宜居的目的。     

厦门海湾型城市发展累积生态效应动态评价

港湾地区的快速城市化使港湾湿地生态系统及其生产功能和服务功能发生急剧改变并在时间和空间上产生累积效应。以具有典型意义的厦门港湾湿地为研究对象，采用系统动力学方法，定性分析系统因子因果反馈关系，筛选港湾湿地水动力环境、水质环境、生物生态环境、地形地貌、景观环境作为厦门海湾型城市发展的累积生态效应指示因子。通过调整模型的相关政策变量及组合，仿真模拟了不同发展策略下厦门港湾湿地的累积生态效应，并结合灰色评估模型对累积生态效应进行量化，得出不同发展策略的累积生态效应指数，并对模型进行了模型验证与敏感性分析。设计三大未来发展情景，即基准情景（BS）、发展规划情景（S1）、生态城市发展情景（S2）。模型模拟结果表明：基准情景下2020年厦门城市发展对港湾湿地的累积生态效应指数为0.61;发展规划情景下对港湾湿地的累积生态效应指数为0.37;生态城市发展情景下对港湾湿地的累积生态效应指数为0.30，相对基准情景下可减少累积生态效应50%，建议厦门市按照海湾型生态城市模式进行发展。     

长沙市城市生态用地的定量分析及优化

构建了适用于突变级数法的层次结构指标体系,对长沙市2007年生态用地建设的现状进行了综合分析与评价,基于现状评价结果,探讨了长沙市城市生态用地分布格局的不合理之处,在GIS的支持下,利用最小耗费距离模型构建了生态用地的生态廊道,并结合冲突分析,提出了城市生态用地的优化方案,形成了一套完整的城市生态用地评价系统.结果表明：长沙市2007年城市生态用地现状评价值为0.9416,生态效能一般,其中,数量指标相对较高,而协调指标相对较低;优化后的突变值为0.9618,生态效能处于较高水平.通过Fragstats软件对优化后的生态用地多样性(SHDI)和聚集度(CONTAG)指数等进行验证的结果表明,与优化前相比,优化后的数值均有所提高,提高了生态用地的生态效能.     

不同发展模式对城市生态系统调节服务价值的影响

快速城市化加快了城市生态系统格局的改变,导致生态系统服务价值下降,对城市可持续发展造成阻碍。为了探究何种城市发展模式能够创造更高的生态系统服务价值,以深圳为案例,利用2010年、2015年和2020年生态系统类型数据,设置经济、惯性和生态3种不同的发展模式,并使用CA-Markov模型对2025年深圳市各类生态系统变化进行预测。在此基础上创新性地核算了不同模式下的关键生态系统服务价值。结果显示：（1）2015年到2020年,各类生态系统呈现不同变化趋势,人类聚落生态系统快速增长,对各类自然生态系统造成侵占,城区绿地呈现自然减少人工增加趋势。（2）2025年3种发展模式对生态系统类型变化影响显著,惯性发展模式下人类聚落、城区绿地出现扩张,经济发展模式下进一步增长,自然生态系统面积显著减少,生态发展模式下自然生态系统面积得到恢复。（3）3种模式下的生态系统服务价值变化差异显著,惯性和经济发展模式下,生态系统服务价值显著下降,分别较2020年下降2.67%和5.25%。生态发展模式下,生态系统服务价值提高,较经济发展模式提升5.5%,3种模式生态系统调节服务总价值差最高达到38.1亿元。综合来看,未来的发展模式应当选择以生态保护为优先的发展模式,通过制定有效的生态空间保护措施如生态保护红线划定、城市潜在开发区调整,实施生态工程等提高城市生态空间面积和质量,维持和提高生态系统服务价值,实现经济发展与生态保护的协调并行。     

新疆土地生态安全时空变化

土地生态安全评价能高效引导土地合理利用,协调生态保护与区域经济发展之间的矛盾。以核密度估算法及克里金空间插值为技术支撑,构建基于突变级数法的土地生态安全评价指标体系,并采用空间变异系数法及灰色预测模型对新疆土地生态安全进行探索性测度分析。结果表明:(1)新疆土地生态安全总体水平不断提高。土地生态安全指数由2004年的0.76上升到2017年0.94,安全等级呈现"不安全→较不安全→临界安全→较安全"的发展趋势。(2)新疆各县市土地生态安全的不均衡性得到改善,空间差异缩小。新疆土地生态安全空间变异系数由2004年的0.51上升为2017年的0.84,呈持续上升趋势,其中2009年到2014年期间最快增加了0.29。(3)研究区人口增加了27.59%,同时未利用地和草地面积的减少量分别占到整个新疆面积的7.51‰和9.45‰。自然资源分布不均、社会经济发展对未利用地和草地的大量占用以及区域人口的急剧增加可能是新疆土地生态安全面临的主要问题。(4)通过灰色模型预测,2020年新疆土地生态安全将进一步得到改善,土地生态安全空间差异将进一步缩小。与2005年相比, 2020年空间变异系数将上升到0.85;安全区和临界安全区将分别增加2.06%和11.24%;较安全区、较不安全区、不安全区将分别下降2.98%、9.16%、1.15%。     

Mitotic Catastrophe的研究进展

细胞死亡是多细胞生物生命过程中重要的生理或病理现象,可分为坏死和程序性细胞死亡,而后者根据死亡细胞的形态学和发生机制的不同又可分为凋亡、自吞噬和mitotic catastrophe,其中mitotic catastrophe是近年来才被揭示报道,是指细胞在有丝分裂过程中死亡的现象,是一种发生在细胞有丝分裂期由于异常的细胞分裂而导致的细胞死亡,它常常伴随着细胞有丝分裂检查点的异常和基因或纺锤体结构的损伤而发生。现对mitotic catastrophe及相关的调控机制进行综述。     

Cumulative disease progression models for cross‐sectional data: A review and comparison

A better understanding of disease progression is beneficial for early diagnosis and appropriate individual therapy. Many different approaches for statistical modelling of cumulative disease progression have been proposed in the literature, including simple path models up to complex restricted Bayesian networks. Important fields of application are diseases such as cancer and HIV. Tumour progression is measured by means of chromosome aberrations, whereas people infected with HIV develop drug resistances because of genetic changes of the HI‐virus. These two very different diseases have typical courses of disease progression, which can be modelled partly by consecutive and partly by independent steps. This paper gives an overview of the different progression models and points out their advantages and drawbacks. Different models are compared via simulations to analyse how they work if some of their assumptions are violated. In a simulation study, we evaluate how models perform in terms of fitting induced multivariate probability distributions and topological relationships. We often find that the true model class used for generating data is outperformed by either a less or a more complex model class. The more flexible conjunctive Bayesian networks can be used to fit oncogenetic trees, whereas mixtures of oncogenetic trees with three tree components can be well fitted by mixture models with only two tree components.     

切尔诺贝利核事故以来隔离区动物生态的研究概况

综述了切尔诺贝利核事故以来乌克兰Schmalhausen动物研究所(SIZ)对核工厂周围隔离区(exclusionzone ,EZ)的野生动物所进行的长达20年的放射生态学调查研究。基于乌克兰以往鸟类迁移的观察资料,评估了137Cs和 90Sr在隔离区候鸟体内的含量。而且还选择一些动物物种作为环境状况的标准指示生物,目的是为了阐明1 37Cs在隔离区脊椎动物体内的污染情况;整个第聂伯河流域、基辅行政区和隔离区软体动物贝壳内 90Sr的β活性。结果表明不同物种相对放射性核累积、迁移和累积因素呈有规律的季节性和长期性变化趋势,这些参数的运用可以大大地减少数据的波动和复杂性。直接辐射毁坏森林后,营养链的崩溃和病死树昆虫害虫的爆发导致了其次级生态变化。99 %的隔离区并不直接受辐射的影响,人员撤离、农业和森林管理停止以及大规模排除污染是这些区域生态变化的主要因素。在初始变化之后,由于自然资源、捕食者和偷猎者等的限制,隔离区的动物密度和分布达到一个稳定的极限值。数年前成功地在隔离区引入了一群蒙古野马,该群体保持了稳定增长。重新评估了以前划定的若干自然保护位点目前的保护状况,并提出了建议扩大这些自然保护区的范围等保护措施。     

Catastrophe and social order

This paper presents three propositions. First, the author suggests that there is a growing potential for technologically induced catastophes. Second, our capacity to analyze technological risk is inhibited in part because: (1) we tend to confuse low-probability/low-consequence events with low-probability/high-consequence risks; (2) we seldom adopt a holistic approach to the analysis of risk; and (3) we tend to underestimate the effects of catastrophic events. The author further argues that existing control systems, including federal regulatory bodies, are inadequate. In the conclusion the author discusses difficulties likely to accompany the design and creation of risk control systems.     

An approach to the nonlinear dynamics of Russian wheat aphid population growth with the cusp catastrophe model

Many insect field populations, especially aphids, often exhibit irregular and even catastrophic fluctuations. The objective of the present study is to explore whether or not the population intrinsic rates of growth ( r _m) obtained under laboratory conditions can shed some light on the irregular changes of insect field populations. We propose to use the catastrophe theory, one of the earliest nonlinear dynamics theories, to answer the question. To collect the necessary data, we conducted a laboratory experiment to investigate population growth of the Russian wheat aphid (RWA), Diuraphis noxia (Mordvilko), in growth chambers. The experiment was designed as the factorial combinations of five temperatures and five host plant-growth stages (25 treatments in total): 1800 newly born RWA nymphs arranged in the 25 treatments (each treatment with 72 repetitions) were observed for their development, reproduction and survival through their entire lifetimes. After obtaining the population intrinsic rates of growth ( r _m) from the experimental data under various environmental conditions, we built a cusp catastrophe model for RWA population growth by utilizing r _m as the system state variable, and temperature and host plant-growth stage as control variables. The cusp catastrophe model suggests that RWA population growth is intrinsically catastrophic , and dramatic jumps from one state to another might occur even if the temperature and plant-growth stage change smoothly . Other basic behaviors of the cusp catastrophe model, such as catastrophic jumps , hystersis and divergence , are also expected in RWA populations. These results suggest that the answer to the previously proposed question should be "yes".     

Microtubule dynamic instability: A new model with coupled GTP hydrolysis and multistep catastrophe

A key question in understanding microtubule dynamics is how GTP hydrolysis leads to catastrophe, the switch from slow growth to rapid shrinkage. We first provide a review of the experimental and modeling literature, and then present a new model of microtubule dynamics. We demonstrate that vectorial, random, and coupled hydrolysis mechanisms are not consistent with the dependence of catastrophe on tubulin concentration and show that, although single‐protofilament models can explain many features of dynamics, they do not describe catastrophe as a multistep process. Finally, we present a new combined (coupled plus random hydrolysis) multiple‐protofilament model that is a simple, analytically solvable generalization of a single‐protofilament model. This model accounts for the observed lifetimes of growing microtubules, the delay to catastrophe following dilution and describes catastrophe as a multistep process.