耕作的数值模型及其应用

种子发芽与出苗主要受土壤水分与温度的影响。在研究非均质土壤起伏不平的地表与大气间水分能量交换过程的数值分析方法的基础上,发展了耕作对土壤水分与温度影响的基于有限元分析方法的数值模型。作为应用研究,讨论了不同的耕作方式如镇压,少耕与沟种垄作对土壤水分、温度的影响,并介绍了模型用于陕北的沟种设计。本项研究为农业生态学提供了一种基于模型－模拟－优化的定量分析方法。     

生态学中的点格局研究概况及其在国内的应用

点格局分析是研究生态学格局的工具之一,近年来在生态学中的应用越来越多。为深入了解点格局分析方法在国内的研究与应用情况,以所总结的研究进展、一般步骤和基本要点为背景,分析评述了1996—2015年期间以点格局为主题的国内中文核心期刊文献。结果表明,在国内生态学格局研究中,应用研究占据主导地位,研究对象广泛,包括以树木为主的乔、灌、草等不同生活型的植物,甚至包括景观;基础研究,包括概括性统计量、零模型与点过程模型等方面,以及专用软件工具包的开发等研究薄弱。在应用中存在一定问题,主要表现为:概括性统计量使用单一,且以Ripley的K-函数及其变形为主;零模型(或点过程模型)是科学问题的统计表达,但是有一半以上的研究未明确给出零模型。建议在未来应用研究中重视多种统计量的组合使用和原假设的建立,在探讨热带、亚热带森林等具有复杂空间结构系统的多样性格局时,考虑对象的不同世代和系统的不同垂直层次,并加强多变量或三维概括性统计量的开发、点格局分析方法与动态过程模型的结合研究等工作。     

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。     

生态模型的灵敏度分析

灵敏度分析用于定性或定量地评价模型参数误差对模型结果产生的影响,是模型参数化过程和模型校正过程中的有用工具,具有重要的生态学意义．灵敏度分析包括局部灵敏度分析和全局灵敏度分析．局部灵敏度分析只检验单个参数的变化对模型结果的影响程度;全局灵敏度分析则检验多个参数的变化对模型运行结果总的影响,并分析每一个参数及其参数之间相互作用对模型结果的影响．目前,在对生态模型的灵敏度分析中,越来越倾向于使用全局灵敏度分析的方法．但国内仍多采用局部灵敏度分析方法,很少采用全局灵敏度分析方法．文中详细论述了局部灵敏分析和全局灵敏度分析的主要方法(一次变换法、多元回归法、Morris法、Sobol’法、傅里叶幅度灵敏度检验法和傅里叶幅度灵敏度检验扩展法),希望能为国内生态模型的发展提供一个比较完善的灵敏度分析方法库．结合国内外的灵敏度分析发展现状,指出联合灵敏度研究、灵敏度共性研究及空间直观景观模型的灵敏度分析将为生态模型灵敏度分析研究中的热点和难点．     

基于不同零模型的点格局分析

在种群空间格局研究中,定量分析格局及其形成过程已成为生态学家的主要目标。在量化分析的众多方法中,点格局分析是最常用的方法,而在选择零模型时,完全空间随机模型以外的复杂零模型很少使用,实际上,这些零模型可能有助于认识格局的内在特征。为此,我们在研究实例中,选择完全空间随机模型(complete spatial randomness)、泊松聚块模型(Poisson cluster process)和嵌套双聚块模型(nested double-cluster process)对典型草原处于不同恢复演替阶段的羊草(Leymus chinensis)种群空间格局进行了分析。结果发现:完全空间随机模型仅能检测种群在不同尺度下的格局类型;而通过泊松聚块模型和嵌套双聚块模型检验表明,在恢复演替的初期阶段,羊草种群在小尺度范围内偏离泊松聚块模型,而在整个取样范围内完全符合嵌套双聚块模型;随着恢复演替时间的推移,在恢复演替的后期,在整个取样尺度上,羊草种群与泊松聚块模型相吻合。这是很有意义的生态学现象。这一实例表明在应用点格局分析种群空间格局时,仅通过完全空间随机模型的检验来分析格局特征,或许很难论证复杂的生态过程,而选择一些完全空间随机模型以外的较复杂的零模型,可能发现一些有价值的生态学现象,对揭示格局掩盖下的内在机制有所裨益。     

生态基因组学研究进展

生态基因组学是一个整合生态学、分子遗传学和进化基因组学的新兴交叉学科。生态基因组学将基因组学的研究手段和方法引入生态学领域,通过将群体基因组学、转录组学、蛋白质组学等手段与方法将个体、种群及群落、生态系统不同层次的生态学相互作用整合起来,确定在生态学响应及相互作用中具有重要意义的关键的基因和遗传途径,阐明这些基因及遗传途径变异的程度及其生态和进化后果的特征,从基因水平探索有机体响应天然环境(包括生物与非生物的环境因子)的遗传学机制。生态基因组学的研究对象可以分为模式生物与非模式生物两大类。拟南芥、酿酒酵母等模式生物在生态基因组学领域发挥了重要作用。随着越来越多基因组学技术的开发与完善,越来越多的非模式生物生态基因组学的研究将为生态学的发展提供重要的理论与实践依据。生态基因组学最核心的方法包括寻找序列变异、研究基因差异表达和分析基因功能等方法。生态基因组学已广泛渗透到生态学的相关领域中,将会在生物对环境的响应、物种间的相互作用、进化生态学、全球变化生态学、入侵生态学、群落生态学等研究领域发挥更大的作用。     

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.     

分子标记方法在生态学中的应用潜力和局限

近几十年来,分子标记方法在生态学中得到了广泛的应用,并显示出重要的应用潜力,着重表现在:①目前分子标记方法主要应用在种群生态学中,在今后的研究中,它将在进化生态学,保护生态学,恢复生态学及生态系统生态学中显示出巨大的应用空间;②现有的一些分子标记方法还有更大的应用空间;③对同一研究问题,结合不同的分子标记方法可以取得更好的研究成果;④新的分子标记方法的产生,将有利于生态学的研究工作的深化和获得新的发展。同时,由于一些分子标记研究费用较高,获得的基础数据重复性较低,研究过程中涉及到一些放射性的安全性问题等都可能影响它在生态学领域的应用。因此,针对生态学不同的要求选择和优化分子标记手段是十分重要的。     

流域生态学及模型系统

流域生态学是一门复杂的交叉学科,主要研究流域自然、社会和经济之间的动态关系。虽然流域生态学的发展较晚,尚处于初期阶段,但却有重要的研究意义和应用前景。分析了目前国内外流域生态学研究的现状和存在的问题,然后结合在荷兰参与流域生态研究的经验探讨流域生态学研究的一些思路和框架;重点论述了如何应用现代计算科学和信息技术建立流域生态学研究的定量方法和模型系统,最后给出了荷兰Veluwe湖和莱茵河下游的流域生态研究及模型实例。     

我国植被数量分析方法的研究概况和发展趋势

植被数量分析是现代植被研究的重要手段,数量分类和排序是现代植被生态学研究最重要的,也是应用最广泛的生态学技术。数量分析方法在20世纪50年代引入植被生态学研究领域,我国学者在70年代后期开始研究植被的数量分类和排序。本文主要从相关资料、应用研究、新方法研究三个方面论述了我国植被数量分析方法的发展,重点阐述了从20世纪70年代后期以来出现的并且被广泛应用的新方法及其应用研究概况,并在此基础上分析了植被数量分析方法未来的发展趋势。     

城市生态系统的动力学演化模型研究进展

从系统分析出发,对城市生态系统的动力学演化模型的发展历程、建模的方法和步骤过程、软件开发方法和目前的模型软件等进行了总结。归纳了城市生态系统的动力学演化建模的方法,主要包括模型定义、模拟、实现、验证、分析和应用等六大步骤。目前国内外用于城市生态系统动力学演化模型的主要方法有：基于数理模型的方法、生态控制论和灵敏度模型、系统动力学模型、多目标规划法等。已经开发的用于城市生态系统的动力学模拟的软件可以划分为两类：基于土地利用和交通规划的专业模型和基于系统动力学和灵敏度模型的一般软件。总结了常用的城市演化模型软件,讨论了模型的研究对象和应用范围。分析了城市生态系统的动力学演化模型建模的不确定性的来源,并指出：向宏观和微观两极化发展是城市生态系统动力学演化模型的发展趋势之一,而与人工智能和地理信息系统等新方法的集成是发展的另一趋势。城市生态系统动力学演化模型的开发前景在于对不确定性问题的定性、定量分析,而多模型的耦合和集成是发展的必然趋势。     

苔藓植物分布及其物种多样性的研究评述

苔藓植物由于其重要的生态功能及其在植物界中的系统位置而日益受到人们的重视,但是随着全球气候的变化,其多样性受到严重的威胁。文中综述了苔藓植物分布和物种多样性的研究进展,并对其影响因素作了分析,认为环境条件,包括植被、气候、干扰度等均对分布和多样性产生重要影响。对苔藓植物研究方法进行了探讨,认为应对研究方法进行广泛深入的研究,引入新的研究方法和思路,为开展大尺度的苔藓植物综合研究和为生物多样性保护奠定基础。     

An ecologist's guide to the animal model

1. Efforts to understand the links between evolutionary and ecological dynamics hinge on our ability to measure and understand how genes influence phenotypes, fitness and population dynamics. Quantitative genetics provides a range of theoretical and empirical tools with which to achieve this when the relatedness between individuals within a population is known.
2. A number of recent studies have used a type of mixed-effects model, known as the animal model, to estimate the genetic component of phenotypic variation using data collected in the field. Here, we provide a practical guide for ecologists interested in exploring the potential to apply this quantitative genetic method in their research.
3. We begin by outlining, in simple terms, key concepts in quantitative genetics and how an animal model estimates relevant quantitative genetic parameters, such as heritabilities or genetic correlations.
4. We then provide three detailed example tutorials, for implementation in a variety of software packages, for some basic applications of the animal model. We discuss several important statistical issues relating to best practice when fitting different kinds of mixed models.
5. We conclude by briefly summarizing more complex applications of the animal model, and by highlighting key pitfalls and dangers for the researcher wanting to begin using quantitative genetic tools to address ecological and evolutionary questions.     

Biotelemetry: a mechanistic approach to ecology

Remote measurement of the physiology, behaviour and energetic status of free-living animals is made possible by a variety of techniques that we refer to collectively as 'biotelemetry'. This set of tools ranges from transmitters that send their signals to receivers up to a few kilometers away to those that send data to orbiting satellites and, more frequently, to devices that log data. They enable researchers to document, for long uninterrupted periods, how undisturbed organisms interact with each other and their environment in real time. In spite of advances enabling the monitoring of many physiological and behavioural variables across a range of taxa of various sizes, these devices have yet to be embraced widely by the ecological community. Our review suggests that this technology has immense potential for research in basic and applied animal ecology. Efforts to incorporate biotelemetry into broader ecological research programs should yield novel information that has been challenging to collect historically from free-ranging animals in their natural environments. Examples of research that would benefit from biotelemetry include the assessment of animal responses to different anthropogenic perturbations and the development of life-time energy budgets.     

大中型兽类种群数量估算的研究进展

大中型兽类种群数量的估算是动物生态学中重要的基本问题, 受到研究者、管理者和公众的共同关注。国际上从20世纪中期开始研究该问题, 已出现了多种研究方法和相应案例, 且还在快速发展, 但世界各地仍有很多物种的种群数量尚未知晓。在我国, 从20世纪80年代开始调查大中型兽类种群数量, 取得了重要进展, 也还有很多物种的种群数量尚不清楚。因此, 有必要归纳国际上种群数量估算的研究进展, 同时, 总结国内研究的现状、优势和趋势, 供研究者参考。本文首先选择估算大中型兽类种群数量的原理、数据来源和模型这3个要素归纳出简明的研究框架, 将现有的多种方法置于其中予以阐述。在该框架下, 根据估算原理分为4大类方法, 为距离取样法、标志重捕法、基于遇见率法和遥感影像直接计数法。针对每一大类方法, 论述其基本原理模型和模型假设, 说明能实现该原理的相应数据来源(视觉观测、红外相机拍摄、DNA微卫星识别、卫星定位跟踪、声音监测或遥感影像)的特点及如何实现该原理, 评价其适用性及优缺点, 并选择其中具有可比性的方法予以比较评价。其次, 参照该研究框架, 总结我国的研究现状, 分析未来发展的优势和趋势: 我国的红外相机数据积累充分, 可以发展以此为数据源的距离取样法、标志重捕法和基于遇见率法; 发展以粪便样品为数据来源的距离取样法和粪便DNA标志重捕法; 相比地面调查数据, 获取高分辨率遥感影像数据更容易, 尽量以此估算符合适用条件的大中型兽类的种群数量。最后, 本文提出了适用于我国大中型兽类种群数量的估算方法的选择流程, 供研究者参考。     

湿地水文生态学模型的理论与方法

定量模拟生态模式与水文机制间的关系是当前生态学、水文学和湿地科学的一个热点研究领域。本文介绍了湿地水文生态学的概念、多学科理论体系以及跨学科特征,概括了湿地水文生态模型构建原理与方法,及国内外研究进展和特点。分析了湿地水文生态模型存在的尺度冲突、模型变量选择与模型不确定性,缺少有效校验方法等主要问题。指出湿地水文生态模型未来发展中与新兴交叉学科和地学信息技术耦合的特征由当前数学模型为主逐步过渡到物理模型的趋势。本文还以内陆平原淡水湿地为例,构建了以生境湿度特征为核心的湿地水文生态概念模型,同时设计了一个在集水区尺度上基于RS和GIS方法的湿地水文生态模型范式,以便于增加对此类模型的理解和认识。     

肺动脉高压动物模型的相关研究进展

肺动脉高压动物模型旨在模拟人类疾病特征,是研究者探索该疾病相关病理生理学机制及其治疗措施的重要工具。经典的肺动脉高压动物模型包括药物型、低氧型、手术型等,进来也出现一些新的模型,但这些动物模型都存在着不同的缺陷,不能很好地全面模拟人体肺动脉高压的特征。本文归纳总结了经典的造模方法和近年来出现的新方法,并且分析了各种模型的优势及其局限性,力求为今后实验动物模型的建立提供合适的方向,使其能更好地符合人类疾病特征。     

Analysis of Brassinosteroids in Plants

Brassinosteroids (BRs) are the polyhydroxylated plant hormones sharing a common resemblance with animal steroids. They are active even at very low concentrations and are implicated for their pleiotropic involvement in diverse physiological processes and defense strategies during stress in plants. These compounds are well apparent in the plant kingdom with higher amounts in juvenile tissues. A total of 62 steroidal compounds have been identified so far. Keeping their significance in mind, researchers not only have worked extensively on their isolation, but also they were synthesizing their synthetic isomers. Different analytical techniques like HPLC, GC-MS, LC-MS/MS, UPLC-MS/MS, and bioassay-based methods have been used for their isolation, detection, and characterization from composite plant materials. Therefore, this review provides comprehensive information to the readers intending to isolate and characterize BRs, using either laborious techniques or modern-day more efficient methods.