变异条件下淮河流域生态径流变化特征及驱动因子

基于淮河流域7个水文站点1956—2016年逐日径流量和72个雨量站点1960—2016的逐日降水量数据,利用Pettitt变异点检测、生态赤字和生态剩余等生态径流指标,定量分析淮河流域水文变异特征,根据生物多样性指标和水文变异指数间的关系,分析该流域水文变异的生态效应,利用位置、尺度、形状的广义可加模型(Generalized Additive Models for Location, Scale and Shape,GAMLSS)理论框架量化气候因子对生态径流变化的贡献。研究表明:(1)水文变异后生态剩余减少,生态赤字增多,干流流量历时曲线比支流下移更明显;年生态剩余/赤字与面降水距平变化一致,水利工程调蓄作用是夏季生态径流与降水距平相关性差的主要原因;(2)除冬季外,淮河流域年、季尺度生态赤字(生态剩余)逐年增加(减小),春季增加最为明显。尽管冬季生态剩余比其他季节高,但生态剩余整体减小,21世纪干流生态剩余达最低,香农指数表明淮河流域生物多样性逐年下降。生态径流指标与水文改变指标(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA)指标相关达0.45,能体现IHA大部分参数信息;(3)淮河流域生态径流对北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)、太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)和Nino3.4气候因子影响最为敏感。干流生态径流对气候因子响应最敏感,而支流生态径流对气候因子响应不敏感,通过GAMLSS模型构建的生态径流对极端值和局部趋势拟合的效果更优。     

基于Landsat-8影像的沿海城市公园冷岛效应——以厦门为例

城市公园主要由水体和绿色植被等景观构成,其形成的公园冷岛（Park cool island,PCI）已成为减缓城市热岛效应的重要途径之一。采用景感生态学中的景感营造理念规划设计城市公园或优化公园空间结构有助于增强公园冷岛效应,进一步改善局地城市热环境。选择沿海城市——厦门市为研究对象,基于2013年8月的Landsat-8 OLI/TIRS遥感影像和Google Earth高分影像数据,首先提取了研究区15个公园的土地利用信息,采用改进的地表温度单通道算法,获取了城市公园地表温度数据,并采用缓冲区分析、景观格局指数和多元统计等方法定量分析公园内部平均地表温度、城市公园冷岛强度（即降温幅度）、公园冷岛影响距离（即对周边区域的降温范围）三者的主要影响因子,并利用景感生态学原理初步剖析了城市公园景感营造的原则。结果显示：（1）公园面积和公园建设用地面积是影响公园平均温度的关键因子（R²=0.915）,这两个因子与公园平均温度均呈显著非线性相关;公园面积存在阈值55 hm²左右;（2）公园冷岛PCI强度由公园绿地面积、公园建筑面积和面积-周长形状指数（P/A）三个因子决定（R²=0.911）;公园冷岛PCI强度与公园绿地面积呈显著非线性正相关,与公园建筑面积呈显著非线性负相关,与面积-周长形状指数（P/A）呈显著线性负相关;在确保公园绿地面积达到一定阈值时,应该尽量降低公园建筑面积,增加公园形状复杂度,有利于其PCI强度的增加,缓解城市热岛效应;（3）公园冷岛影响距离由公园面积和公园水体面积比例决定（R²=0.719）,公园冷岛影响距离与两者呈显著正相关;绿地公园中提高公园水体的面积比例,有助于增大公园冷岛的影响距离;（4）城市公园的规划与设计,需要运用景感生态学的原理,从缓解城市热岛效应的角度,充分考虑公园大小、形状、土地利用类型组成比例及空间配置等因素。     

生境梯度影响下的天然红松种群空间格局与种内关联

为理清生境梯度下天然红松种群空间分布规律,以黑龙江省凉水国家级自然保护区内自坡底至坡顶的四种生境(生境Ⅰ,谷地平坡潮湿生境;生境Ⅱ,坡下缓坡潮湿生境;生境Ⅲ,坡上斜坡半湿润生境;生境Ⅳ,坡顶陡坡半干旱生境)类型中建群种红松种群为研究对象。分析不同林层(主林层、亚林层、演替层、更新层)红松种群的数量特征,并基于O-ring函数,在重复采样条件下评价了红松种群空间分布格局。结果表明:(1)下坡位生境(生境Ⅰ、Ⅱ)红松更新层种群数量显著大于上坡位(生境Ⅲ、Ⅳ)(P0.05),演替层中差异不显著;自坡底至坡顶的生境梯度上,主林层和亚林层中红松株数比例增加,红松种群年龄结构结构由倒J型向J型转变。(2)下坡位原始红松林更新层和演替层中红松种群聚集规模与聚集强度均高于上坡位,坡顶(生境Ⅳ)原始红松林更新层中红松种群聚集规模与聚集强度高于坡上(生境Ⅲ)。(3)四类生境的原始红松林中主林层与更新层中红松种群总体表现为空间独立,在个别尺度上表现出微弱的空间正关联或负关联;在0—5 m尺度上,下坡位红松林原始林内演替层与主林层红松种群表现为空间负关联,而上坡位生境林分对应林层间空间关系则为空间正关联;四类生境中,亚林层与主林层中红松种群在全部研究尺度上均表现为空间独立。可以认为,造成上坡位生境的原始红松林中幼树、幼苗聚集规模与强度弱于下坡位的原因是上坡位更新与演替层中种群数量较少;而随坡位上升,更现层、演替层与主林层中红松种群间的空间关系由空间负关联向空间正关联转变是生物与非生物因子共同作用的结果。研究结果为阔叶红松林的经营管理与生态修复提供了理论依据。     

荒漠土壤微生物量碳、氮变化对降水的响应

以腾格里沙漠东南缘的典型荒漠植被为研究对象,通过遮雨棚和滴灌系统设置5个降水梯度,即极端干旱处理、中度干旱处理、对照、增水处理I和增水处理II,研究了荒漠土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和微生物碳氮比(MBC/MBN)对季节、降水和土壤深度的响应规律,以期为极端降水事件影响干旱荒漠区土壤微生物量碳、氮及其循环规律的深入研究提供科学依据。结果表明:(1)MBC、MBN和MBC/MBN对降水处理的响应存在差异,三者的变化范围为:230.14-272.87 mg/kg,13.82-17.58 mg/kg,19.78-36.06。其中,降水处理对MBC、MBN的影响显著,对MBC/MBN的影响不显著,在极端干旱处理下,MBC、MBN均显著高于其他降水处理;(2)两年间的MBC、MBN和MBC/MBN差异显著,2017年较2016年MBC、MNB显著减少,MBC/MBN显著增加;(3)MBC、MBN和MBC/MBN变化均表现季节性差异,变化范围分别为:153.31-337.09 mg/kg,7.89-22.29 mg/kg,14.82-46.04,其中MBC、MBN为春季最高、秋季最低,MBC/MBN为夏季最低、冬季最高;(4)MBC、MBN和MBC/MBN在土壤0-20 cm的变化范围为:232.57-265.15 mg/kg,14.00-17.93 mg/kg,24.37-32.07,其中土壤表层(0-5 cm)MBC、MBN显著高于中层土壤(5-10 cm)和下层土壤(10-20 cm),而不同土壤深度的MBC/MBN差异不显著。因此,在极端降水事件频发的全球气候背景下,极端干旱将影响荒漠生态系统MBC、MBN水平,进而对碳、氮平衡和循环过程产生影响,对这一问题的确切回答尚需长期系统监测研究。     

基于RUSLE模型的中国土壤水蚀时空规律研究

RUSLE模型是计算土壤水蚀的经典模型,在大尺度研究时参数率定比较困难。基于气候、土地覆盖、地形特征等空间分异特征,对RUSLE模型的降雨侵蚀力(R)、植被覆盖与管理因子(C)、水土保持措施因子(P)进行了率定,估算了2000、2005、2010、2015年的中国的土壤侵蚀量。结果表明:(1)土壤侵蚀强度较大的地区集中在中国长江中下游平原区、云贵高原、黄土高原区、昆仑山山麓区域,占统计总面积的9.65%。(2)土壤侵蚀明显增大的区域面积达10.36×10~4km~2,分布于新疆农田区、四川盆地、云贵高原东南部、长江中下游平原和东北平原。(3)土壤侵蚀显著改善的区域分布于黄土高原南部、秦岭地区和东南沿海地区,面积约13.6×10~4km~2。通过对RUSLE模型参数的率定,阐明了全国尺度土壤水蚀的时空分异规律,可对不同地区制定相应的土壤修复措施提供依据。     

陕北黄土高原植被生态系统水分利用效率气候时滞效应

基于月尺度气温、降水以及MODIS-GPP、MODIS-ET遥感数据,采用基于像元的时滞偏相关分析,揭示了陕北黄土高原植被生态系统水分利用效率气候时滞效应及其影响因素。结果表明:①2000—2014年,受退耕还林草生态工程和气候变化的双重影响,陕北黄土高原WUE呈波动变化趋势,2001—2003年显著下降,2003—2005年、2010—2013年显著上升。受不同植被类型的影响,年内WUE呈急速双峰、缓速双峰和单峰型3种变化状态。②陕北黄土高原WUE对降水存在明显的时滞效应,滞后时间多为3个月,人为扰动较大的I-1、I-2、Ⅱ-2生态区以及植被覆盖度较高的Ⅲ-3生态区WUE对降水的时滞响应程度明显低于其他生态区;而对气温的时滞效应较弱,仅南部的Ⅲ-2、Ⅲ-3生态区WUE对气温存在1—2个月滞后时间。③不同植被类型WUE对降水的时滞效应较明显,荒漠类植被WUE对降水时滞响应程度最强,滞后时间近3个月,针叶林时滞响应程度最弱,滞后时间为2.1个月;但对气温的时滞效应总体较弱,针叶林WUE对气温滞后时间为15 d,其余大多数植被类型WUE对气温不存在滞后时间。④WUE气候时滞效应对植被覆盖度的敏感性存在一定的阈值效应,植被覆盖度高于阈值62.3%时,对降水的时滞效应开始逐渐减弱,而对气温的时滞效应逐渐显现。     

北部湾涠洲岛水域发现上颌和须板异常的布氏鲸:对保护的启示

2018年初以来,北部湾涠洲岛附近出现了布氏鲸（Balaenoptera edeni）的活动。一头上颌与须板异常的小布氏鲸个体引发热议,其视频在网络上广泛流传。我们在船只调查时,目击该个体10次,其以单独活动为主（90%）,主要出现在涠洲岛到斜阳岛之间的水域,最小凸多边形家域面积为14km2,核心家域面积为166.9km²。然而,在 2019年3月30日我们发现该个体已死亡漂浮在海面,根据尸体腐烂状况来推测,该个体的死亡时间大约为3~5日,死亡原因不明。根据照片和现场解剖分析,推测该小布氏鲸的上颌和鲸须异常可能是被渔网或绳索缠绕导致的。由于无法从外形上确认属于哪一个亚种,因此我们测定了该个体的线粒体DNA D-loop（mitochondrial DNA, mtDNA）和细胞色素b（cytochrome b, Cyt b）基因,分别得到909bp和395bp的序列,经比对和系统发育重建,发现该个体属于近岸分布的小布氏鲸亚种（Eden’s whale, B. e. edeni）。由于小布氏鲸具有一定季节迁移特性,我们无法判断造成其上颌伤害的渔网或绳索是否在中国水域。尽管如此,仍然建议当地部门应加强宣传,减少渔网等海洋垃圾的丢弃和排放,为小布氏鲸营造一个安全的栖息环境。     

一株近玫色锁掷酵母的分离鉴定及其产胞外乳糖酶性质的研究

从广州徐闻农垦丰收农场土壤样品中分离到一株产乳糖酶菌株,结合菌株形态特征和ITS基因序列同源性分析结果,表明该菌株为Saccharomycetes sp.的未定种,其系统分类学关系与近玫色锁掷酵母Sporidiobolus pararoseus strain AUMC 7791(JQ425362.1)最近,故命名为:近玫色锁掷酵母XWSP1(Sporidiobolus pararoseus XWSP1),该菌种保藏号为CCTCC NO:M2019119。该菌发酵液能水解邻硝基酚-β-D-半乳糖苷生成黄色的邻硝基酚,具有产乳糖酶性能。优化了该菌株发酵培养条件,结果表明:该菌株在蛋白胨15 g/L、酵母粉20 g/L、半乳糖20 g/L和初始pH 7.0的培养基中,以1×106 CFU/mL接种浓度、4%接种比例,28℃180 r/min恒温振荡培养54 h时,菌株分泌的胞外乳糖酶具有最高的活力。酶学性质初步研究结果表明,该胞外乳糖酶在pH 7.0的反应条件下酶活力最高,Ca^2+、Mn^2+、Mg^2+和Cu^2+对酶活有不同程度抑制作用,其中Cu^2+对酶活抑制作用最强。     

农业主产区湖泊水质对湖滨带多尺度景观格局的空间响应

为分析农业主产区湖泊水环境质量对不同空间尺度上景观格局的响应关系,以洪湖为研究对象,以5种湖泊功能区为基础,利用RS和GIS软件生成7种空间尺度的湖滨带缓冲区,采用Fragstats 软件分析景观格局指数,结合冗余分析等数理统计方法与模型,研究景观格局对洪湖水质变化的空间尺度效应。结果表明: 1)景观格局在不同宽度缓冲区内对湖泊水质的影响具有空间尺度性,在200 m宽度其解释能力最大,达到86.1%,是影响水质的最有效空间尺度。2)景观配置变量(如最大斑块指数、斑块密度等)对水质的影响程度大于景观组成变量(如面积比例和均匀度指数等)。3)景观类型对水质的影响机制具有较大的差异性,农业用地受流域的地形地貌和耕作方式等因素的影响,在100～500 m小尺度的湖滨带缓冲区内对水质退化起主导作用;在远离水体的相对较大尺度(1000～5000 m),林地分布越密集、面积越大,对污染物进入水体的净化作用越明显;草地对水质的影响与林地一致;密集分布的城市用地对水质的影响与林地相反。研究结果可以从宏观尺度上为农业主产区湖泊流域水质管理和景观合理配置提供科学参考。     

幽门螺杆菌感染与胃癌相关基因的筛选及预后分析

目的通过分析幽门螺杆菌感染胃黏膜组织和胃癌细胞系后的差异基因变化,并在癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库和肿瘤基因芯片(Oncomine)数据库进行验证,探究幽门螺杆菌导致胃癌发生、发展的分子机制。方法分析基因表达汇编(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库幽门螺杆菌感染相关芯片集GSE5081与GSE70394,绘制维恩图查找幽门螺杆菌感染后共同上调的差异基因。对共同上调的差异基因进行功能富集分析。通过TCGA和Oncomine数据库验证差异基因在胃癌中的表达。利用Kaplan-Meier Plotter数据库和GEPIA数据库分析差异基因表达高低与胃癌患者预后是否存在相关性。结果通过差异基因筛选和维恩分析,两个芯片集共有21个共同上调差异基因。GO分析发现共同上调差异基因主要富集在对细菌来源分子的反应、趋化因子CXCR受体结合、中性粒细胞趋化作用等相关的基因功能上;KEGG通路主要富集在癌症通路、TNF信号通路、趋化因子信号通路等。STRING以及PPI数据库分析发现21个基因中PRDM1、IL10、NRP1、BIRC3、GNG13、CXCL1、CXCL2、CXCL3、CXCL8基因存在有网络关系,属于关键枢纽基因。通过TCGA和Oncomine数据库筛选及验证,发现在胃癌组织中NRP1、CXCL1、CXCL8基因明显上调,结果差异有统计学意义(TCGA数据库中,三者P值均小于0.05,Oncomine数据库中,NRP1:t=4.607,P0.01;CXCL1:t=5.854,P0.01;CXCL8:t=5.316,P0.01)。在Kaplan-Meier Plotter数据库(210615-at芯片:P0.01;210510-s-at芯片:P0.01;212298-at芯片:P0.01)以及GEPIA数据库(P0.01)两个数据库中,NRP1的高表达均与胃癌的预后负相关。结论不同的数据库均显示NRP1、CXCL1、CXCL8三个基因与幽门螺杆菌感染相关,同时在胃癌中高表达,并且NRP1的高表达与胃癌的不良预后相关,这些结果为进一步探究幽门螺杆菌导致胃癌发生、发展的分子机制提供了重要基础。