光照和氮磷供应比对木荷生长及化学计量特征的影响

光照和养分限制是影响林下植物生长和更新的关键影响因素,以亚热带主要常绿树种木荷（Schima superba）实生幼苗为试验对象,研究了不同光照（全光照、遮阴即45%全光照）和N、P供应比例（5,15,45）对幼苗生长和化学计量特征的影响。结果表明：（1）遮阴不仅严重抑制了木荷各器官和单株生物量积累,更加剧了P限制。尽管N、P添加对木荷生长没有显著促进作用,但N、P供应比例为5时的性状组合更有利于木荷后期生长,但高N、P供应比例可能导致P限制。（2）遮阴下叶N、P含量显著增加,但叶C/N和C/P比显著降低;不同光照处理组中各器官及总N含量均随N、P供应比例增大而显著增加,而C/N比逐渐降低;P的分配格局发生改变,全光照组各器官P含量为茎 > 叶 > 根,遮阴组各器官P含量为根 > 茎 > 叶。（3）随N、P供应比例增加或光照强度降低,木荷均趋向降低根冠比和根质比、增加叶质比或茎质比。（4）木荷生物量与各器官N、P含量、叶质比呈极显著负相关,而与C/N和C/P比及根冠比、茎质比、根质比呈极显著正相关。光强和N、P比例变化均显著影响了木荷幼苗的养分利用特征,因而木荷作为伴生树种优化林分环境对其早期生长具有重要意义。     

基于残差注意力网络模型的浮游植物识别

浮游植物作为水生态系统中最重要的生物组成部分之一,对水环境敏感,在水环境监测中得到了广泛的关注。然而水生环境复杂多样,准确高效地识别浮游植物是监测工作中的一大挑战。当前浮游植物识别方法可分为经典形态学分类、分子标记和人工智能图像识别三类。前两种方法已被广泛采用,但费时费力,不利于监测机构的大规模应用和推广。同样,利用图像进行自动化分类难以在高准确率与高效率上达到平衡。深度学习技术的发展为此提供了新思路。本文提出一种新的深度卷积神经网络RAN-11。该网络以残差注意力网络Attention-56和Attention-92为基础,凭借通道对齐融合主干上的底层特征与顶层特征,通过调整注意力模块和残差快个数以精简结构,并引入了Leaky ReLU激活函数代替ReLU。以太湖11个优势属共计1036张图像为数据来源进行对比验证。除星杆藻外,RAN-11对单一优势属的的查准率都在90%以上,并且有5个优势属达到100%的查准率。RAN-11的识别准确率为95.67%,推理速率为41.5帧/s,不仅比Attention-92（95.19%的准确率,23.6帧/s）更准确,而且比Attention-56（94.71%的准确率,41.2帧/s）更快,真正兼顾了准确率与效率。研究结果表明：（1）RAN-11在查准率、准确率和推理速率上优于原始残差注意力网络,更优于以词包模型为代表的传统图像识别方法;（2）融合多尺度特征、精简网络结构和优化激活函数是提高卷积神经网络性能的有力手段。建立在经典分类基础之上,本文提出新的残差注意力网络来提升浮游植物鉴定技术,并构建出浮游植物自动化识别系统,识别准确率高、易于推广,对于实现水体中浮游植物的自动化监测具有重要意义。     

基于景感生态学理念的乡村社会-生态系统供给服务研究

乡村社会-生态系统的稳定和可持续发展为农业农村现代化的实现奠定着基础,在稳定社会经济发展、提高城乡居民福祉方面发挥着重要作用。服务性公共设施作为乡村社会-生态系统供给服务的重要组成部分,代表了乡村的发展水平与该地区居民生活质量水平。研究公共服务设施的空间分布特征和综合评价其供给服务可改善乡村社会-生态系统结构,为城乡居民提供高质量的社会生态系统服务。以厦门市岛外城市化乡村为研究对象,通过厦门市岛外POI数据和乡村社会经济统计数据,以公共服务设施为景感载体,分析其空间分布和测度其供给服务水平,采用核密度分析方法与熵值分析法,分析厦门市乡村社会-生态系统供给服务空间分布特征,结合人口、经济、距岛内核心区距离等指标对各村庄社会-生态系统供给服务能力进行皮尔逊相关性分析。研究发现厦门乡村公共设施供给服务能力表现为集美区 > 海沧区 > 同安区 > 翔安区;各村庄公共设施供给服务能力水平影响因素是多元且具有多样性的;提出从城乡居民的认知心理与物质需求出发对公共设施进行景感生态营造以提高村庄社会-生态系统供给服务能力,更好满足人们的需求。本文对公共服务设施的空间优化提出对策建议,研究结果可为乡村社会-生态系统供给服务提升和乡村可持续发展提供理论研究依据。     

2021-01期目录

为研究团头鲂(Megalobrama amblycephala) 5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)羟基化酶TET1(Ten eleven translocation 1)基因的功能及其表达特性, 采用整胚原位杂交、qRT-PCR技术进行了胚胎、组织表达分析及其在急性低氧胁迫下的基因响应研究。序列分析结果表明, 团头鲂TET1基因全长为5526 bp, 编码1841个氨基酸。qRT-PCR结果表明, 团头鲂TET1广泛表达于各个组织中, 并在脑组织中高度表达。在胚胎发育过程中, TET1基因从受精卵开始就有表达, 并在受精后20—44h (20—44 hpf)都维持在一个较高水平。原位杂交结果表明, TET1基因在12 hpf信号相对微弱, 在24和36 hpf信号逐渐增强, 并且都集中在头部表达。通过qRT-PCR检测急性缺氧处理TET1的表达量, 结果表明, TET1基因在鳃和脾等组织中表达显著升高(P<0.01), 在脑、皮肤、眼和肾脏中表达显著降低(P<0.01)。在胚胎中, TET1基因相对表达量明显高于对照组, 尤其在24 hpf低氧处理组的表达量显著地高于对照组(P<0.001)。结果表明TET1基因在低氧应答反应中发挥着重要的作用。该研究结果为TET1基因在低氧响应及功能的保守与分化方面提供了新的视角。     

定量稳定性同位素探针技术及其在微生物生态学研究中的应用

定量稳定性同位素探针技术(qSIP)是将生态系统中微生物分类性状与代谢功能联系起来的有效工具,能够定量测定特定环境中单个微生物类群暴露于同位素示踪剂后微生物代谢活动或生长速率。qSIP技术采用定量PCR与高通量测序技术并结合稳定同位素探针技术(SIP),通过向环境样品添加标记底物进行培养,提取微生物生物标记物,利用超高速等密度梯度离心将被同位素标记的重链核酸与未被标记的轻链核酸进行分离,并对所有组分微生物类群进行绝对定量和测序分析,基于GC含量和未标记处理DNA密度曲线量化参与吸收转化的DNA同位素丰度。本文重点阐述qSIP的技术原理、数据分析流程及其在微生物生态学研究中的应用进展,并对该技术存在的问题进行了分析和展望。     

中老铁路经济廊带生态质量及其与人类活动的关系

区域生态质量很大程度上受人类活动强度影响,制约着区域经济可持续发展。以中老铁路经济廊带为对象,重点研究区内人类活动强度对区域生态环境的影响。选取1999、2009、2019年遥感影像计算遥感生态指数(RSEI),采用空间自相关及局域G统计量探测研究区生态质量的时空演变规律,并结合同期人口密度构建地理加权回归模型,定量分析区内人类活动强度引起的生态效应。研究表明: 1999—2019年,区内生态质量经历了先升后降的变化,RSEI均值由1999年的0.645升为2009年的0.738,随后又降为2019年的0.721,中部地区生态质量波动较大;基于地理加权回归模型(GWR)拟合人口密度与生态质量的效果明显好于最小二乘法,基于GWR的不同时期R²均高于0.7且拟合效果稳定,2019年拟合度最好(R²为0.785),1999、2009年R²分别为0.726、0.754;中老铁路沿线南部万象一带的生态质量对人类活动较敏感,以中度敏感区为主。对高、中、低度敏感区而言,人口密度每增长10、100、1000倍将相应导致RSEI均值降低0.2、0.4、0.6。经济廊带发展会导致人口密度增加,在规划布局过程中应控制人类活动,防止潜在敏感区及现有敏感区生态质量进一步恶化。     

沙颍河流域人为输入对水体水化学组成的影响

人类活动输入影响河流水体化学组成,增加经河流体系向海洋输出物质的通量,影响全球物质循环过程。有效识别人为输入的影响途径和范围对于量化人类活动对全球物质循环的影响具有重要作用。沙颍河是淮河上游最大支流,流域水体受人为输入影响严重,通过研究沙颍河流域强人为输入对河水水化学组成的影响过程,有利于弄清楚强烈人为活动干扰下河流输出物质通量的变化。本文通过平水期(2019年12月)采集河水(n=41)以及地下水样品(n=12),分析其水化学及氢氧同位素组成,阐明人为输入影响方式和途径以及在空间上的分布规律,辨别控制水体化学组成的主要因素。结果表明:沙颍河支流河水和地下水阴离子以HCO₃^-为主,阳离子以Ca2⁺为主,干流河水逐渐转变为阴离子以Cl^-为主,阳离子以Na⁺为主的水体水化学类型;碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化、城市工业和生活污水以及农业面源是控制流域水体化学组成的主要因素。多数沙河河水以及上游颍河河水水化学组成主要受岩石化学风化为主,少受工业废水及生活污水影响,贾鲁河和沙颍河干流河水受城市工业及生活污水影响,流域地下水普遍受到农业面源的影响;研究区地下水氯碱指数小于0,与硅酸盐岩矿物中K⁺和Na⁺与水体中Ca2⁺和Mg2⁺发生阳离子交换有关。沙颍河干流河水水体K⁺和Na⁺含量高于地下水,除地下水补给河水部分K⁺和Na^(⁺)外,工业废水和生活污水输入的K⁺和Na⁺是沙颍河干流河水K⁺和Na⁺含量升高的主要原因;沙颍河干流河水Cl^-等行为保守元素含量往下游逐渐降低,与地下水补给和下游闸坝畜水稀释有关,而水体氘盈余值持续升高,显示下游河水经历强烈蒸发过程。本研究阐明了强人为输入对河水的影响,为沙颍河流域水污染治理提供了科学依据。     

人体动脉血气波浪式变化特点的实验证据—同时间动、静脉血波浪式变化幅度的不同*

目的: 人动脉血来源是右心系统并在肺脏进行气体交换的静脉血,右心系统的静脉血是否存在波浪式信号目前尚没有证据支持,本研究旨在对比同时间动、静脉血中信号的连续变化特点。方法: 选择心功能正常,需要连续监测动脉血流动力学变化的患者6 例,4男2女,年龄（59.00±16.64） 岁,体质量（71.67±10.37）kg,左心射血分数（LVEF）（61.33±2.16)%。患者签署知情同意书后,选择心功能正常需要监测动、静脉血流动力学变化的患者6 例,连续同时桡动脉、颈内静脉逐搏取血,测定PaO₂。选取2个典型呼吸周期,用于分析同时段动、静脉血气的波浪式变化。分别比较患者血氧分压最高和最低值,以验证同时段动、静脉血气是否都存在周期性波浪式信号变化。此外,将患者动脉、静脉血气周期性波浪式信号的变化幅度进行统计学t 检验分析,比较有无差异。结果: 共6例患者,抽取动、静脉血液充满肝素化细长塑化管需要15~16次心跳,即取血需要15~16次心跳,全部覆盖超过2个呼吸周期。所有患者动脉血气中PaO₂均呈现明显的波浪式变化（P<0.05）,幅度是（9.96±5.18）mmHg,是均值的（8.09±2.43）%。患者静脉血气中PaO₂波动幅度并不明显,为（1.63±0.41）mmHg,是均值的（3.91±1.22）%,与动脉血气组相比有明显统计学差异（P<0.05）。结论: 采用同时连续逐搏动、静脉取血血气分析法证实,患者自主呼吸时动脉血气有明显的周期性波浪式变化信号,而静脉血气几乎没有周期性波浪式变化信号（很弱）,说明动脉血气波浪式信号主要是由于肺通气过程中吸气和呼气期产生肺泡中氧分压规律性上升和下降,通过离开肺毛细血管与肺泡氧气压力平衡的动脉化血液,经过左心室搏血进入动脉血管系统所致。     

Max试验验证症状限制心肺运动试验为最大极限运动进一步临床研究*

目的: 验证临床受试者所完成的心肺运动试验（CPET）为最大极限运动,进一步设计完善Max试验验证CPET结果客观定量功能评估的准确性及以某特定指标的特定数值作为停止运动的标准是否可行。方法: 选择2017年9月至2019年1月在阜外医院签署知情同意书后进行CPET和Max试验受试者216例。其中正常受试者41例,因CPET峰值呼吸交换率（RER）≤1.10,或运动中心率和血压不上升,对CPET极限运动结果存在质疑的临床患者175例进行研究。其中60例已初步报告,本研究进一步扩大研究。Max试验方法：完成CPET测试后,先蹬车≥60 r/min,再施加130%峰值功率的恒定功率,鼓励受试者运动至不能坚持的极限状态。计算分析Max试验30 s的最大心率和最大摄氧量、及其与峰值心率和峰值摄氧量之间的差值和百分差值。百分差值=（Max值-峰值值）/Max值× 100%。评测标准：①若心率和摄氧量任一指标的差值百分比≤-10%（Max测试的数值低于CPET峰值数据）则定义Max试验操作失败,否则为成功;2若心率和摄氧量的差值百分比均在-10%~10%,则Max试验操作成功,证明CPET数据为极限运动,CPET 峰值相关数据较为准确;③若心率和摄氧量差值任一指标差值百分比≥10%时,则Max试验操作成功,证明CPET结果为非极限运动。结果: 病例组峰值摄氧量（L/min、ml/（min·kg）、%pred）、无氧阈（L/min、ml/（min·kg）、%pred）、峰值氧脉搏（ml/beat、%pred）、峰值RER、峰值收缩压（mmHg）、峰值运动负荷（W/min）、峰值心率（bpm）、摄氧有效性峰值平台（OUEP）（比值、%pred）低于正常组,二氧化碳通气有效性平均90 s最低值（Lowest Ve/VCO₂）（比值、%pred）、二氧化碳通气效率斜率（Ve/VCO₂ Slope）（比值、%pred）高于正常组（P<0.05）。所有正常组与病例组均安全无任何事件完成CPET和Max试验。216例受试者中,Max试验成功198例（91.7%）,其中证明CPET为极限运动182例,为非极限运动16例;失败18例（8.3%）。结论: 在临床检查中,若对CPET结果是否为最大极限存在质疑,利用Max试验可验证CPET是否为极限运动。Max试验方法安全可行,值得进一步深入研究和临床推广应用。     

新生儿首次呼吸前后脐带动静脉血液氧和二氧化碳变化探索呼吸调控机制的初步报告II—同一个新生儿同一时间的脐带动静脉血液氧和二氧化碳分压差值个体化分析*

目的: 为探讨新生儿自主呼吸产生机制,前文已对新生儿出生后自主呼吸开始前脐带动静脉氧气和二氧化碳差值进行了人群组间分析;而本部分则对相关信息进行个体化分析。方法: 在产前经所有胎儿父母签署知情同意书,新生儿出生后还没有呼吸之前在脐带动脉和脐带静脉分别连续逐搏取血,仅有3例同时采集到Pua和Puv血液样本进行血气分析测定,计算分析脐带静脉和脐带动脉的异同和动态变化。结果: 虽然准备了数十产妇,但仅有3例同时采集到Pua和Puv血液样本,同一时间的PuvO₂显著高于PuaO₂（P均<0.01）,平均相差（24.17±7.09） mmHg;而PuvCO₂显著低于PuaCO₂（P均<0.01）,平均相差（-7.67±3.70） mmHg。在同一时间的Puv-uaO₂显著高于Puv-uaCO₂（P<0.05）。结论: 新生儿出生后自主呼吸前,全部氧气供应由脐带静脉运输,只要胎盘开始剥离则新生儿的PuaO₂随时间（心跳次数）逐渐降低,当PuaO₂达到触发呼吸阈值（最低值）诱发第一次吸气开始其自主呼吸。