听觉模型研究的意义与现状

当今,生命科学正以全新的姿态,渗透和影响其它领域。随着信息化社会的发展,生命科学在信息科学领域受到了最为迫切的期待,脑和神经系统的信息加工和信息处理方式已成为信息科学家们着力研究的对象。语音信息处理是信息科学的重要组成部分。这一领域的研究人员正试图将计算机语音识别逼近人类听觉,而听觉模型研究就是通往这一目标的一条途     

生物多样性保护的一个理论框架——生物最小面积概念

稳定而复杂多样的自然生境有利于多样性的形成和保存,剧变并趋于简单化的干扰生境常使多样性丧失。现实中的森林破碎化使区域物种丧失。多样性保护要求具备促使物种能长久生存的生境。生物最小面积概念集中讨论物种长久生存与群落(景观)面积的关系,是多样性保护的最基本的理论基础。根据自然保护实践,提出最小景观,扩充了生物最小面积概念。讨论了生物最小面积概念在建立自然保护区的理论框架、了解被保护生物及其生境的自然特点以及建立更全面的自然保护网络等方面的应用。     

生物多样性保护的一个理论框架

稳定而复杂多样的自然生境有利于多样性的形成和保存,剧变并趋于简单化的干扰生境常使多样性丧失。现实中的森林破碎化使区域物种丧失。多样性保护要求具备促使物种能长久生存的生境。生物最小面积概念集中讨论物种长久生存与群落（景观）面积的关系,是多样性保护的最基本的理论基础。根据自然保护实践,提出最小景观,扩充了生物最小面积概念。讨论了生物最小面积概念在建立自然保护区的理论框架、了解被保护生物及其生境的自然特点以及建立更全面的自然保护网络等方面的应用     

物种分布模型在海洋潜在生境预测的应用研究进展

海洋生物的栖息分布与环境要素的关联性一直是海洋生态学研究的热点之一.近年来,物种分布模型被广泛应用于预测海洋物种分布、潜在适宜性生境评价等研究,为保护海洋生物多样性、防治外来物种入侵及制定渔业管理措施等提供了一条有效途径.物种分布模型主要包括生境适宜性指数模型、机理模型和统计模型.本文对物种分布模型的理论基础进行了归纳和总结,回顾了物种分布模型在预测海洋物种潜在地理分布研究中的开发与应用,重点介绍了不同类型统计模型在海洋物种潜在分布预测中的研究实例.比较各种选取变量和模型验证方法,认为赤池信息准则对于选取模型变量具有优势,Kappa系数和受试者操作特征曲线下面积在验证模型精度中应用最广泛.阐述了物种分布模型存在的问题及未来发展趋势,随着海洋生物生理机制研究的进一步深入,机理模型将是今后物种分布模型发展的重点.     

物种濒危状态等级评价概述

濒危等级是确定物种优先保护顺序和制订濒危物种保育策略的重要依据,《生物多样性公约》、相关国际组织和一些国家都把物种濒危状态的评价作为生物多样性保护工作中的一个重要步骤。本文对IUCN和美国、加拿大等国在物种濒危状态评价中有关等级标准、评价程序、数据信息采集管理及网络应用方面的问题进行了分析。国际上物种濒危状态评价工作呈现出以下几个方面的发展趋势：(1)物种濒危等级评价标准由定性指标向定量指标发展;(2)物种濒危状况评价程序逐步规范严格,评价过程透明,公众积极参与;(3)数据信息的采集逐步标准化,储存与管理更新采用计算机及网络技术;(4)物种濒危等级的公布与更新逐步以网络形式为主;(5)全球对物种濒危状态评价工作日益重视,物种濒危等级信息在物种资源利用、保护及其他方面的应用愈加广泛。在此基础上,作者提出了我国在物种濒危状况评价中急需加强的3个方面的工作：(1)建立我国的物种濒危等级评价标准;(2)建立完善的物种濒危等级评价程序并制定相关的指导性文件;(3)加强濒危物种评价中数据信息的规范采集、网络管理和数据共享。     

红外相机技术在物种监测中的应用及数据挖掘

由于濒危物种数量稀少以及大多数野生动物对人类活动敏感, 增加了传统调查的难度。众所周知,红外相机在野生动物调查研究中具有天然优势; 然而随着红外相机技术的广泛推广应用及数据采集量的不断加大, 科研人员也面临了一系列关于红外相机监测及后续数据处理中出现的问题。本文详细阐述了红外相机数据管理和利用方面存在的3个关键问题: 数据管理缺乏规范化、数据网络缺乏一体化、数据获取缺乏标准化。同时以秦岭、卧龙等地的一些研究为主体, 列举分析了红外相机照片后续数据挖掘中8个方面的内容, 即兽类的个体识别、物种时间活动格局、物种空间活动格局、偶见物种信息利用、物种行为活动、繁殖信息、疾病情况、人为干扰。这些信息的有效利用可为野生动物及生物多样性的保护、管理提供一定科学支撑。     

基于物种分布模型的精确采样提高目标物种发现率——以黑颈鹤(Grus nigricollis),白头鹤(Grus monacha)为例

明确野生动植物的地理分布是基础生态学和应用生态学领域的一个基础但关键的步骤,为后续分析提供了重要的信息。而野生动植物分布调查是一项需要投入大量人力,精力和资金的工作,特别是稀有物种的调查。物种分布模型越来越受到广泛引用尤其是在生物保护方面。为了证明物种分布模型在野生生物调查中精确采样方法的可行性,以全球易危物种黑颈鹤和白头鹤的实际繁殖分布预测为例,使用随机森林(Random Forest)算法加以验证。比较发现物种分布模型预测实际调查分布点,随机样方法生成的随机点,系统样方法的规则点在空间相对出现概率具有显著差异(P0.001),实际分布点具有较高的相对出现概率。该结果表明若在物种分布相对出现概率较高区域设置样方能够减少实际调查区域,有效提高发现目标物种的概率,从而减少调查投入。基于物种分布模型的精确采样方法将有效地提高我们对稀有物种分布的了解,有利于野生动植物的保护规划。     

IUCN受威胁物种红色名录进展及应用

IUCN受威胁物种红色名录已经成为世界上最全面的关于全球动物、真菌和植物物种灭绝风险状况的信息来源, 是生物多样性健康的关键指标, 是促进生物多样性保护和决策的有力工具。本文全面介绍IUCN受威胁物种红色名录(简称IUCN红色名录)的发展以及应用状况, 积极推动其在中国的物种评估和广泛应用。总结了IUCN红色名录从依赖于评估专家的主观意志决定物种濒危等级的濒危物种红皮书(Red Data Book)到IUCN受威胁物种等级和标准(3.1版)的客观量化和所有门类使用统一标准的过程。该等级体系可囊括全球所有物种, 其中“受威胁”的3个等级——极危(CR)、濒危(EN)或易危(VU)需使用5个标准进行量化评估, 对评估规范有非常严格的要求。该等级和标准体系不仅适用于全球层面, 同样也适用于地区层面物种评估, 只是在具体物种种群如果和周边其他地区(国家)存在种群交流情况时, 评估结果要进行调整。迄今为止, 全球层面使用该等级体系和标准评估了14万多种(其中在中国有分布的物种10,846种), 100多个国家和地方制定了地区/国家层面的红色名录, 中国红色名录评估了5.5万多种。IUCN红色名录已广泛应用于评估生物多样性变化速度; 为保护规划提供决策信息; 支持履行国际公约、修订国家/地区重点保护物种名录和自然保护地管理等; 指导资源有效合理分配和宣传教育等。广泛应用过程中, 讨论主要集中在获取数据的方法改进上; 另外, 一方面有专家认为标准存在缺陷需要完善, 另一方面有呼吁维持标准的长期相对稳定, 以便进行跨时间、跨区域、跨物种门类的比较。本文提出来了中国红色名录的持续机制和应用建议, 包括建立中国红色名录委员会、建立中国红色名录专业网站、发展评估专家队伍、建立中国红色名录评估更新机制, 以及加强国际协作、促进全球和中国红色名录的应用和发展。     

微卫星位点筛选方法综述

微卫星标记因其丰富的多态性和共显性等特点,已得到了广泛的应用.应用微卫星标记首先需要获得微卫星位点的序列信息,用来设计引物.获得微卫星位点的方法有多种,本文综述了获得和富集微卫星位点的常用方法.最简便、最省时的方法是从公共数据库(如EMBL、Genbank、EST数据库等)或已发表的文献中查找到微卫星位点,但只限于已经有序列数据发布的物种.第二种方法是种间转移扩增,即从相近物种的数据库中查找微卫星位点,或使用已有数据发表的遗传距离相近物种的微卫星标记.第三种方法是从基因组DNA中筛选微卫星位点,其中用于富集微卫星的方法有引物法、磁珠杂交法、尼龙膜杂交法以及RAPD技术法.     

自然保护区物种多样性保护价值评价方法

如何客观地确定自然保护区的保护优先性,为自然保护区的晋级和确定管理类型提供科学依据,已成为当前亟待解决的问题。本研究通过对已有评价指标和方法的对比、专家咨询、评价指标量化处理,提出了量化评价自然保护区物种多样性保护价值的方法。此评价方法包括了自然保护区野生植物、野生动物、珍稀濒危野生植物和珍稀濒危野生动物多样性保护价值指数等量化模型。同时我们应用此方法对华北暖温带区域的39个自然保护区和东北温带区域的67个自然保护区的物种多样性保护价值进行了评价。结果表明,位于华北暖温带区域的河北南大港湿地和辽河源及北京雾灵山,以及位于东北温带区域的黑龙江镜泊湖、大佳河和翠北湿地等省级自然保护区的物种多样性保护价值较高,可推荐优先晋级国家级自然保护区。该物种多样性保护价值评价方法能够较好地反映自然保护区之间物种及各类群多样性保护价值的差异,确定自然保护区保护优先序列。此外自然保护区物种多样性保护价值在不同自然保护地理区和不同类型自然保护区之间存在显著差别。     

区域生命之树及其在植物区系研究中的应用

区域生命之树是对一个区域内的所有物种进行生命之树重建,在最近10年已成为生命科学领域的研究热点。生命之树反映了物种间的亲缘关系和进化信息,可以将生物区系形成与发展过程中的进化和生态因素联系起来,是揭示区系来源和演化规律的有效手段。本文从3个方面总结了区域生命之树在植物区系研究中的应用:(1)在时间维度上,通过生命之树类群分化时间和进化速率估算,反映区系演化历史,揭示区系的时间分化格局;(2)在空间维度上,结合系统发育信息与物种分布数据,揭示区系内生物多样性的空间格局,并在此基础上进行区系分区;(3)整合生物地理信息和气候环境数据,分析区系中生物类群对古地理事件以及气候变化的响应机制,以揭示形成现存生物多样性格局的生态、地理和历史因素。此外,我们阐述了区域生命之树与全球生命之树之间的关系;指出由于类群取样不全而造成的时间估算偏差是区域生命之树研究中需要注意的问题;建议对生物多样性热点地区从不同尺度进行大数据的整合分析。     

基于多源遥感数据的植物物种分类与识别: 研究进展与展望

物种分类与识别是生物多样性监测的基础, 明确物种的类别及其分布是解决几乎所有生态学问题的前提。为深入了解基于多源遥感数据的植物物种分类与识别相关研究的发展现状和存在的问题, 本文对2000年以来该领域的研究进行了总结分析, 发现: 当前大多数研究集中在欧洲和北美地区的温带或北方森林以及南非的热带稀树草原; 使用最多的遥感数据是机载高光谱数据, 而激光雷达作为补充数据, 通过单木分割及提供单木的三维垂直结构信息, 显著提高了分类精度; 支持向量机和随机森林作为应用最广的非参数分类算法, 平均分类精度达80%; 随着计算机技术及机器学习领域的不断成熟, 人工神经网络在物种识别领域得以迅速发展。基于此, 本文对目前基于遥感数据的植物物种分类与识别中在分类对象复杂性、多源遥感数据整合、植物物候与纹理特征整合和分类算法技术等方面面临的挑战进行了总结, 并建议通过整合多时相监测数据、高光谱和激光雷达数据、短波红外等特定波谱信息、采用深度学习等方法来提高分类精度。     

环境DNA metabarcoding及其在生态学研究中的应用

环境DNA metabarcoding(eDNA metabarcoding)是指利用环境样本(如土壤、水、粪便等)中分离的DNA进行高通量的多个物种(或高级分类单元)鉴定的方法。近年来,该方法引起了学者的广泛关注,逐渐应用于生物多样性研究、水生生物监测、珍稀濒危物种和外来入侵物种检测等生态学领域。介绍环境DNA metabarcoding的含义和研究方法;重点介绍环境DNA metabarcoding在物种监测、生物多样性研究和食性分析等生态学领域中的应用;总结环境DNA metabarcoding应用于生态学研究领域面临的挑战并对该方法的发展进行展望。     

丛枝菌根真菌最新分类系统与物种多样性研究概况

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是自然界分布最广泛的一类植物共生真菌,能够与大部分高等植物的根系形成共生关系.由于它们在农林、环境等领域的巨大应用潜力,国内外关于AMF物种多样性的研究一直受到较高的关注.然而,AMF专性共生的特征以及研究方法不够理想等因素长期阻碍了AMF物种多样性的研究进展.近年来,研究方法的改进与新技术的应用为AMF物种多样性的研究提供了极好的机遇.简述了AMF的最新分类系统及全球物种数量、AMF物种多样性影响因素以及AMF物种多样性研究方法三个方面的研究进展,并分析了今后在AMF物种多样性相关领域值得关注的研究方向.     

网络理论在入侵生物学中的应用研究现状

生物入侵是一个动态有序的过程,其发生和危害存在异质性,通常由来源地、入侵地和它们之间的连接构成的系统中的自然、生物、社会等因素所决定。网络理论是研究复杂系统的一种新方法,本质是从复杂的信息中抽象出规律、揭示系统的结构特征共性。近20年,网络理论已被应用于生物入侵研究。本研究综述了网络理论在生物入侵研究中的应用进展,明确了主要的研究方向和前沿热点,认为:2000年以来国际上已开展的研究集中在评估外来物种入侵风险和入侵后对生态系统影响2个方面;外来物种随运输网络入侵的风险评估和景观连接性对入侵物种扩散的影响、外来物种入侵对本地物种间互作网络的影响及生态群落可入侵性是网络理论应用的热点;研究热点具有明显的时间发展特征,2013年以前多是对生态系统的影响,近10年来主要是风险评估。我国利用网络理论研究外来物种入侵较少且集中于对生态系统的危害,未来应加强对外来物种的时空定量传入和扩散风险评估,为我国制定和提升外来入侵物种早期监测预警、阻止新的入侵、抑制进一步扩散的管理措施提供依据。     

DNA条形码在生态学研究中的应用与展望

DNA条形码是利用标准的DNA片段对物种进行快速鉴定的技术,已在生物学各相关领域得到广泛应用。随着DNA条形码技术的不断发展和完善,已成功应用于生态学领域的相关研究中。本文综述了DNA条形码在物种快速鉴定和隐存种发现、群落系统发育重建和生态取证、群落内物种间相互关系研究等方面的应用,并介绍了DNAmetabarcoding技术和环境DNA条形码在生物多样性和生态学研究领域中的应用。最后,结合新的测序技术和未来大科学装置的发展,在相关数据库逐渐完善,新分析方法和计算模型不断开发使用的情景下,对DNA条形码在生态学相关领域的应用前景进行了展望。     

基于文献计量法的中国景观连接度应用研究进展

景观连接度反映了景观对物种或某种生态过程在生境斑块之间运动的促进或阻碍作用,对维持景观格局及生态过程的完整性和连续性具有重要指示意义。在当前全球环境变化,自然生境丧失和破碎化不可避免的情况下,景观连接度的评价、模拟与应用已成为景观生态学、保护生物学等相关学科的研究热点。基于CNKI和Web of Science数据库,检索1999—2015年间国内发表的景观连接度期刊论文,通过文献计量法,分别从年发文量、来源期刊、研究机构、研究区域、研究目的、景观类型、景观尺度以及研究方法等多个视角分析国内该领域应用研究进展以及发展趋势。经检索共得到文献240篇,其中英文43篇。分析发现,近20年国内该领域年发文量总体呈显著增长趋势;《生态学报》、《生态学杂志》和Urban and Landscape Planning为主要刊载期刊;研究力量集中分布在北京、南京等东部18所科研机构,文献量占到43.75%;研究目标区域也以东部为主(52.2%),而对中西部生态敏感脆弱区研究较少;研究目的以景观规划为主,但针对物种保护的研究较弱,仅占11.25%,且主要关注大熊猫等被公众熟知的珍稀濒危物种;城市、城乡等人工景观是常见的景观研究类型,相比之下,自然景观所占比例较低;研究的空间尺度集中在5000 km2的中小尺度域,占72.5%,景观粒度以30 m的中等分辨率居多。识别出14种具体度量方法,常用的包括最小费用模型、基于图论原理的功能连接度指数和网络结构指数,以及景观格局指数等;关注功能性连接和多方法的综合应用已成为当前研究的趋势;度量方法的一些参数,如最小费用模型阻力赋值或距离阈值选择主要依据专家经验或已有文献,而针对目标物种采用实证研究的则较少。最后,对国内当前该领域的研究现状和不足展开讨论并展望了未来发展,以促进我国景观连接度后续研究。     

中国植物分布模拟研究现状

在过去的20年里,物种分布模型已广泛应用于动植物地理分布的模拟研究。该文以植物物种分布模拟为例,利用中国知网、维普网以及Web of Science文献数据库的检索与统计,分析了2000–2018年间,中国研究人员利用各种物种分布模型对植物物种分布模拟研究的发文量、模拟模型、物种类型、数据来源、研究目的等信息。最终共收集到366篇有效文献,分析表明2011年以来中国的物种分布模型应用发展迅速,且以最近5年最为迅猛,在生态学、中草药业、农业和林业等行业部门应用广泛。在使用的33种模型中,应用最广的为最大熵模型(MaxEnt)。有一半研究的环境数据仅包含气候数据,另一半研究不仅包含气候数据还包括地形与土壤等数据;环境及物种数据的来源多样,国际及本土数据库均得到使用。模拟涉及有明确清单的562个植物种,既有木本植物(52.7%),也有草本植物(41.8%),其中中草药、果树、园林植物、农作物等占比较高。研究目的主要集中在过去、现在和未来气候变化对植物种分布的影响及预测,以及物种分布评估与生物多样性评价(包括入侵植物风险评估)两大方面。预测物种潜在分布范围与气候变化影响等基础研究,与模拟物种适生区与推广种植等应用研究并重,物种分布模型在生态学与农业、林业和中草药业等多学科、多行业开展多种应用,多物种、多模型和多来源数据共同参与模拟与比较,开发新的机理性物种分布模型,拓展新的物种分布模拟应用领域,是今后研究的重点发展方向。     

中国植物分布模拟研究现状

在过去的20年里, 物种分布模型已广泛应用于动植物地理分布的模拟研究。该文以植物物种分布模拟为例, 利用中国知网、维普网以及Web of Science文献数据库的检索与统计, 分析了2000-2018年间, 中国研究人员利用各种物种分布模型对植物物种分布模拟研究的发文量、模拟模型、物种类型、数据来源、研究目的等信息。最终共收集到366篇有效文献, 分析表明2011年以来中国的物种分布模型应用发展迅速, 且以最近5年最为迅猛, 在生态学、中草药业、农业和林业等行业部门应用广泛。在使用的33种模型中, 应用最广的为最大熵模型(MaxEnt)。有一半研究的环境数据仅包含气候数据, 另一半研究不仅包含气候数据还包括地形与土壤等数据; 环境及物种数据的来源多样, 国际及本土数据库均得到使用。模拟涉及有明确清单的562个植物种, 既有木本植物(52.7%), 也有草本植物(41.8%), 其中中草药、果树、园林植物、农作物等占比较高。研究目的主要集中在过去、现在和未来气候变化对植物种分布的影响及预测, 以及物种分布评估与生物多样性评价(包括入侵植物风险评估)两大方面。预测物种潜在分布范围与气候变化影响等基础研究, 与模拟物种适生区与推广种植等应用研究并重, 物种分布模型在生态学与农业、林业和中草药业等多学科、多行业开展多种应用, 多物种、多模型和多来源数据共同参与模拟与比较, 开发新的机理性物种分布模型, 拓展新的物种分布模拟应用领域, 是今后研究的重点发展方向。     

控制外来物种红耳龟在中国野生环境蔓延的态势

外来物种入侵为国际范围内的公害,我国已成为外来物种入侵最严重的国家之一。红耳龟耐受逆境的能力、繁殖和竞争能力明显强于我国本土龟类,该种还能传播沙门氏杆菌,能与不同科的龟杂交,属于典型的外来有害物种,已被列为世界最危险的100个入侵物种。我国长江、珠江等大部分地区已发现有红耳龟及其他外来龟的野生种群,但未见相关研究,导致没有对该物种限制的进口和放生等,没有及时采取限制的管理举措,同时也缺乏科学依据来制定和实施这类管理措施。建议加强研究,规范管理,限制放生。