三江源区生态系统和土壤保持服务对未来气候变化的响应特征

气候变化条件下的生态系统响应特征对生态系统服务的提升和生态环境保护具有重要意义。现有气候变化评估多以全球或区域大尺度研究为主,不适合局地小尺度。以2015年为基准,根据局地特征改进了综合顺序分类系统（CSCS）,模拟了未来不同温室气体排放模式下三江源地区自然植被分布,同时分析了植被覆盖度及土壤保持功能的时空变化。研究结果表明：①在2080年的不同排放情境下,三江源地区的降水和气温增长主要发生在生长季（5—9月）和半湿润地区,其中,高排放情境的增幅最大（42.21 mm和4.93℃）;②三江源地区潜在自然植被主要由草地转化为森林,植被覆盖度和土壤保持服务在不同排放情境下均呈现由西北向东南增加的趋势,与水热规律一致,其中高排放情境的增幅最大,低排放最小;③ 利用三江源地区原生裸地演替特点和多年NPP改进的CSCS模型,模拟精度提高了24%。研究成果为局地小尺度生态系统气候响应特征提供了必要的手段和规律认识。     

植被综合生态质量时空变化动态监测评价模型

为了能掌握全国植被综合生态质量的高低及其时空变化,构建了既能反映植被生产力又能反映植被覆盖度的植被综合生态质量指数,建立了植被综合生态质量指数年际对比和多年变化趋势评价模型。利用构建的指数和评价模型,以2017年作为监测评价的当年,以2000—2017年作为评价的多年时段,对全国植被综合生态质量时空变化进行了监测评价。结果表明：（1）2017年全国大部地区植被综合生态质量指数高于2000—2016年多年平均值,生态质量偏好;2017年福建、广西、海南、广东、云南植被综合生态质量位居全国前五位,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比模型可以定量反映全国植被综合生态质量的空间差异和年际差异。（2）全国有90.7%的区域2000—2017年植被综合生态质量指数呈提高趋势,东北地区西部、内蒙古东部、华北大部、西北地区东部、西南地区东部、华南西部等地生态质量指数提升明显,构建的植被综合生态质量指数多年变化趋势评价模型可以定量反映植被生态质量的多年变化趋势和幅度。（3）南方大部地区2000—2017年平均年植被综合生态质量指数在50.0以上,北方大部地区在50.0以下;我国中东部大部地区在20.0以上,西部大部地区在20.0以下,表明南方大部地区年植被生态质量好于北方、中东大部好于西部。可见,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比和多年变化趋势评价模型,能够监测评价当年和多年全国植被综合生态质量的时空变化,可为掌握全国植被生态质量动态提供模型和方法。     

适用于种群遗传管理的小熊猫微卫星亲子鉴定体系的建立

由于标记缺失、生产记录不详、亲权关系不明及部分个体来源不清等历史问题,中国小熊猫圈养种群存在谱系错漏、近亲繁殖等风险。近年来,随着小熊猫种群规模不断扩大,管理者们对谱系的准确性提出了更高的需求,亲子鉴定工作也成为了研究的重点。本文采用26个微卫星标记,对国内3个小熊猫圈养种群进行了亲缘关系运算,完成了相关谱系的查错与整理。26个位点多态性与稳定性良好,联合非亲排除概率达到0.9999以上,可解决国内小熊猫圈养种群的各类亲子鉴定需求。在单亲未知或双亲未知的情况下,8或11个位点组合可实现亲子鉴定。5个位点组合可进行个体识别。在小熊猫圈养管理过程中,应用一套亲子鉴定体系对小熊猫圈养的谱系进行查漏补缺,有利于制定科学的配对计划、避免近亲繁殖,对小熊猫种群保护有着重要意义。     

雄安新区河流健康评价

雄安新区地理环境敏感,生态环境较为脆弱,研究新区河流健康对维护区域水生态平衡,实施京津冀协同发展战略及疏解北京非首都功能具有重要意义。以雄安新区4条河流为研究对象,基于高分二号遥感影像、地理信息数据和实测数据,构建由水文水资源、河流水质、河流底泥、河流生物、河流生境和社会服务构成的河流健康评价指标体系,并用主客观赋值法得到各指标的综合权重,进而计算河流的综合健康指数,以此对河流健康情况进行评价。结果表明不同河流的准则层指标的健康指数和河流综合健康指数存在差异性,其中白沟引河综合健康指数为0.640,处于健康状态;府河的综合健康指数为0.484,处于亚健康状态;瀑河和孝义河均处于病态,综合健康指数为0.269和0.228。总体表现同一河流不同河段以及不同河流存在明显的空间异质性,府河和白沟引河的健康状态明显好于孝义河和瀑河,同时除孝义河不同采样点的健康情况没有差别,府河、瀑河和白沟引河三条河流不同采样点之间的健康状况存在一定的差别,河流入淀处健康状况普遍比中游健康状况好。这为后期生态需水及其整个新区的生态功能提升提供了参考依据。     

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。     

基于赤水河流域生态补偿的政府和社会资本合作项目风险识别与分担

赤水河流域为生态脆弱区域,现行的流域生态补偿机制存在补偿资金来源单一、总量不足且持续性较差、补偿方式较为单一等问题。将政府和社会资本合作（Public-Private Partnership,PPP）模式应用于建立赤水河流域生态补偿机制,有助于拓宽补偿资金来源、增加资金总量、丰富补偿方式,推动各利益相关方收益共享、风险共担。与传统PPP项目相比,基于流域生态补偿的PPP项目具有更为复杂的风险结构,风险因素的正确识别和合理分担是成功运用PPP模式完善赤水河流域生态补偿机制的关键。识别基于赤水河流域生态补偿的PPP项目运作关键环节,甄别各环节面临的主要风险因素;基于云理论建立风险分担模型;将有关风险在政府和社会资本间进行分担。研究结果表明：（1）基于赤水河流域生态补偿的PPP项目运作过程共包括项目准备、项目实施和项目合同终结等三个阶段、共11个关键环节,各环节共面临26个主要风险因素。（2）分析了有关风险因素可能对赤水河流域生态补偿机制或PPP项目产生的不利影响,并指出了风险引致方。（3）在项目准备阶段,政府拥有绝对的资源优势,以政府为主承担主要风险;在项目实施阶段,项目风险总体上由政府承担为主向社会资本承担为主转移,80%的风险主要由社会资本承担;特许经营期满后,社会资本将项目的经营权（或所有权与经营权同时）向政府移交,在项目合同终结阶段,有关风险再次以政府承担为主。     

自然保护地生态承载力时空分异研究——以大连金石滩为例

监测自然保护地生态承载力,对了解其时空分异规律及可持续发展有着重要意义。金石滩地质遗迹保护区是国家公园和风景名胜区的结合区域,是生态保护与地区发展间矛盾冲突所在之处,是多身份自然保护地的典型代表区域。以1998、2003、2007、2012、2015、2018年遥感影像和土地利用数据为基础,选取金石滩这个兼具保护与开发多种功能的自然保护地为研究区域,从弹性生态支撑系统、资源环境供容系统、社会经济协调系统3方面构建指标体系,运用模糊综合评价模型研究金石滩生态承载力的时空分异规律。结果表明：（1）在3个准则层中,弹性生态支撑力和资源环境供容力呈现出持续降低的剧烈下降趋势,社会经济协调力呈现先降后升、之后平稳发展的趋势。（2）金石滩生态承载力整体来看从强承载力演变为较弱承载力,1998-2018年自0.7572变为0.2940,近30年来承载力等级降低。（3）海陆生态承载力完全不同,陆地为强、较强承载力,海岸为弱、较弱承载力,自北部陆地向南部海岸逐渐减弱呈现极其不平衡的海陆空间分异。通过对金石滩1998-2018年生态承载力分析,能够反映区域的生态承载力变化情况,可为其他自然保护地的生态承载力评估和可持续发展提供参考。     

哈尼梯田稻-渔共作模式下杂交黄颡鱼肠道微生物研究

为了探究哈尼梯田稻-鱼共作综合种养模式(稻渔组, DY组)和传统池塘养殖模式(池塘组, CT组)下杂交黄颡鱼(Tachysurus fulvidraco♀×Pseudobagrus vachellii♂)肠道微生物结构变化, 试验采用16S rDNA测序技术对不同养殖模式下黄颡鱼肠道微生物进行分析。测序结果显示, CT组和DY组优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和梭杆菌门(Fusobacteria)。和CT组相比, 在门水平上DY组厚壁菌门和拟杆菌门相对丰度显著上升, 而变形菌门相对丰度显著下降。在属水平上DY组梭状芽孢杆菌属、Romboutsia属、Paludibacter属、Epulopiscium属和拟杆菌属相对丰度显著上升, 而邻单胞菌属丰度显著下降。不同的养殖模式没有显著影响黄颡鱼肠道微生物的丰富度(Richness), 但DY组拥有更高的微生物均匀度(Evenness)。BugBase表型预测结果如下, CT组革兰氏阴性菌, 兼性厌氧菌丰度更高, DY组则革兰氏阳性菌, 厌氧菌丰度更高。同时DY组肠道菌群相较于CT组具有更低的潜在致病性和生物膜形成能力。DY组黄颡鱼肠道微生物多样性更高, 稳定性更好, 对疾病的抵抗力可能更强。水稻-黄颡鱼新型稻渔综合种养模式具有更佳的经济和生态效应。     

四种鲤科鱼类对捕食胁迫行为响应的种间比较

为了比较早期捕食胁迫经历和当前环境中存在的捕食者对鱼类行为的影响, 并考查这些影响是否存在种间差异, 研究分别考查了测定环境(有、无捕食者存在)对有、无捕食胁迫经历的鳊(Parabramis pekinensis)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲫(Carassius auratus)和中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)等4种鲤科鱼类探索性、活跃性和勇敢性的影响。结果发现: 早期捕食胁迫经历与当前环境条件对鱼类行为产生截然不同的影响, 且存在较大的种间差异。无捕食胁迫经历的鳊、草鱼和中华倒刺鲃均会对陌生的捕食者乌鳢(Channa argus)做出行为响应, 提示这3种鱼可能对陌生捕食者具有一定的识别能力, 但这种识别与猎物鱼通过捕食胁迫经历获得的识别仍具有一定差距; 具有捕食胁迫经历的鳊和中华倒刺鲃在空白环境中未表现出反捕食行为, 可能是节约能量的一种策略。总体而言, 草鱼对捕食胁迫经历和测定环境处理反应更为敏感, 而中华倒刺鲃的反应则相对保守。但当周围环境中存在捕食者时, 4种鲤科鱼类均会通过维持较高运动状态的方式来应对捕食者。维持这种应激状态可能对猎物鱼保持与捕食者的距离, 并随时保持警惕较为关键。     

海蜇-对虾-蛤仔综合养殖池塘的食物网

为了研究海蜇-对虾(中国明对虾、斑节对虾)-菲律宾蛤仔海水综合养殖池塘养殖生物的食性、营养级和池塘食物网结构,在2017年5—9月的养殖周期内,采集并检测池塘内各种饵料和4种养殖生物的碳、氮稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N),并运用IsoSource线性混合模型分析了海蜇、中国明对虾、斑节对虾和菲律宾蛤仔的食物来源。结果表明: 海蜇的主要食物来源为浮游动物;中国明对虾和斑节对虾的主要食物来源为投喂的鯷鱼;菲律宾蛤仔的主要食物来源为浮游植物、底栖硅藻和对虾粪便。综合养殖池塘中菲律宾蛤仔的营养级范围为2.64～2.95,平均值为2.84;海蜇的营养级范围为2.78～3.27,平均值为3.06;斑节对虾的营养级范围为3.03～3.54,平均值为3.25;中国明对虾的营养级范围为3.76～4.40,平均值为3.95。在综合养殖池塘中,菲律宾蛤仔为初级消费者,海蜇为次级消费者,中国明对虾和斑节对虾为捕食者;菲律宾蛤仔在滤食两种对虾粪便的同时一定程度上改善了养殖池塘的水质。