光谱多样性在植物多样性监测与评估中的应用

光谱多样性是一种基于植物反射电磁辐射光谱的生物多样性维度, 反映了不同波段光谱反射率在植物种内与种间个体之间的变异程度。由于植物反射光谱特征的差异可以综合地反映植物间生化组分和形态特征的差异, 光谱多样性成为植物多样性监测和评估的重要技术手段。该文介绍了光谱多样性的概念及其生态学意义, 比对了多源、多平台光谱数据各自的技术优势和局限性, 并概述了基于光谱多样性的植物多样性监测和评估方法及其应用, 探讨了光谱多样性整合不同维度生物多样性的能力, 展望了光谱多样性在生物多样性研究中的发展前景。光谱多样性能在多空间尺度服务于植物多样性的监测与评估, 特别是依托基于无人机技术的近地面遥感, 可以实现精细尺度植物多样性的监测与评估, 在生物多样性的保护和管理中具有广阔的应用前景。     

不同景观结构下麦田地面甲虫和蜘蛛物种多样性及优势种分布的时空动态

【目的】揭示在不同景观结构下,麦田地面甲虫和蜘蛛物种多样性及优势种分布的时空动态,为实际小麦生产过程和害虫种群控制提供理论上的依据和方法。【方法】采用地面陷阱法调查,对不同景观结构下地表甲虫和蜘蛛物种多样性的田间分布和时间动态进行分析与模拟。【结果】所得银川平原4种不同景观结构下麦田生境中地表甲虫和蜘蛛17科,92种,计5 683头。蜘蛛和步甲分别占总个体数的15.61%、31.15%。对不同景观结构下地表甲虫和蜘蛛物种多样性的田间分布和时间动态进行分析与模拟,得出:复杂景观结构较简单景观结构的调查区,表现出明显较高的物种多样性。步甲在5月上旬多样性指数最大,随后出现先降后升的趋势;蜘蛛在6月下旬多样性指数最大,之后一直呈现下降趋势。其原因主要是灌水影响了部分地表甲虫和蜘蛛活动所致。【结论】通过绘制了毛青步甲Chlaenius pallipes和星豹蛛Pardosa astrigera种群密度的田间分布图,可看出复杂景观结构调查区较简单景观结构调查区二者种群数量明显较高。     

干旱区不同年龄灌丛斑块地面节肢动物的聚集效应

以荒漠草原区6、15、24、36年生柠条灌丛为研究对象,调查了不同林龄灌丛内外土壤性质和地面节肢动物群落特征,分析了干旱区灌丛斑块生境中地面节肢动物群落随灌木林发育的变化特征.结果表明:1)6年生林地只对土壤物理性质(土壤质地、含水量、pH和电导率)产生显著影响,从15年开始林地土壤有机质和养分(N、P)显著增加.2)在研究样地共捕获27个节肢动物类群,步甲科、拟步甲科和蚁科是优势类群.从6到15年生林地,地面节肢动物优势类群数减少,常见类群数增加.从15年生经24年生到36年生林地,灌丛内外类群组成差异先缩小后变大.36年生林地某些特殊的动物类群开始大量出现,如蜣螂在36年生林地灌丛中成为优势类群.3)6和24年生林地灌丛内外地面节肢动物群落结构差别较小,15和36年生林地灌丛内外地面节肢动物群落结构差异显著.4)林龄对灌丛内地面节肢动物的分布影响较大,而对灌丛外地面节肢动物的分布影响较小.灌丛发育过程通过对灌丛下微生境的改变如土壤质地、电导率、pH等来显著影响地面节肢动物的分布,并对灌丛外样地产生一定的辐射作用.干旱区灌丛发育过程对地面节肢动物聚集效应产生显著影响,在不同林龄阶段这种聚集效应表现不一,直接影响沙化草地生态系统的恢复过程.     

气候因子和水位变化对鄱阳湖东方白鹳越冬种群数量的影响

分析了鄱阳湖国家级自然保护区1984—2011年东方白鹳越冬种群动态,探讨了其种群动态与气候和水位变化的相关性。结果表明,1984—2011年,保护区东方白鹳越冬种群数量平均为(1296±177)只,种群年间波动较大,但总体呈显著的线性增长趋势。保护区东方白鹳种群数量动态与鄱阳湖年最低水位、10月份平均水位、12月份平均水位存在显著负相关,这可能与冬季水位增加导致东方白鹳栖息地面积减小和人类干扰强度增大有关;保护区东方白鹳种群数量与越冬期11月份平均最低气温呈显著正相关,东方白鹳主要在11月份到达鄱阳湖,此时适宜的温度可能有利于提高东方白鹳食物资源的可获得性,迅速补充能量,并降低体温调节所需的能量消耗。逐步线性回归分析表明,鄱阳湖区11月份平均最低气温、前一年1月份高水位持续时间、前二年7月份高水位持续时间是保护区东方白鹳种群数量的显著预测因子,共同解释了保护区东方白鹳最大种群数量变化的78.3%。     

白洋淀最低生态水位研究

由于自然条件的变化、工农业的不合理开发、人口的剧增以及水库和涵闸水利设施的盲目建设等,引发了白洋淀一系列生态环境问题,主要表现为干淀、水污染、生态环境退化、泥沙淤积、湖泊萎缩以及航运中断等。恢复和重建已遭破坏的白洋淀湿地生态系统,并使其至少维持在最低生态水位上是至关重要的问题。在分析白洋淀生态系统功能的基础上,利用水量面积法、最低年平均水位法、年保证率设定法和功能法等4种方法对其最低生态水位进行分析和计算,计算结果分别为7.32 m、7.33m、7.2 8m和7.2 7m。通过合理性分析,认为取它们的平均值即7.30 m作为白洋淀最低生态水位是合理的,符合白洋淀实际情况。     

白洋淀水生植被初步调查

通过野外实地调查对白洋淀水生植被的物种组成、群落类型、分布格局及物种生物量进行了初步研究.结果表明：白洋淀湿地共有水生植物39种,隶属于21科32属,其中挺水植物16种,沉水植物14种,浮叶根生植物6种,漂浮植物3种.与20世纪90年代初相比,水生植物共减少了9种,群落类型也由原来的16种变为现在的13种,大面积轮叶黑藻、大茨藻等优势群落消失,物种分布格局也发生了巨大变化.群落生物量较1980年大幅下降.人工养殖、污染物随意排放和水位的变化可能是造成白洋淀湿地退化、水生植被格局发生巨大变化的主要原因.     

中国东部沿海互花米草种群生活史特征的纬度变异与可塑性

互花米草(Spartina alterniflora)于20世纪70年代被引入中国,目前已在东部沿海盐沼湿地中广泛分布,成为海岸带盐沼中危害严重的入侵植物之一.为了研究互花米草在中国入侵区中的适应机制,揭示遗传分化和表型可塑性在该物种成功入侵中的作用,本研究沿纬度梯度在南起广东(22°N)、北至天津(39°N)的沿海样带上采集了10个种群的样本,通过同质园实验比较了不同纬度来源的种群在,生活史和生长特征方面是否存在遗传分化,并平行设置高低两个水位处理以比较互花米草对水位变化(不同高程生境条件)的可塑性反应.结果表明,在所研究的互花米草17个性状中有12个存在显著的种群间差异.其中,平均开花日期和相对生长率(植株高度)表现出显著的纬度梯度变异:随着纬度的升高,开花时间提前,相对生长速率(植株高度)趋于增加.同时17个性状中有9个在不同水位处理之间存在显著差异.这些结果表明,遗传分化可能是互花米草能够快速占据广阔分布区的重要原因之一,而表型可塑性可能对互花米草在小尺度上占据不同高程环境的过程有重要作用.     

高水位条件下池杉根系的生态适应机制和膝根的呼吸特性

  池杉(Taxodium ascendens)属于典型的耐水树种, 掌握其根系对淹水环境的生态适应机制对于研究林木耐水机理十分重要。通过对江苏省里下河低湿地17年生池杉在高水位(6～10月淹水, 全年平均地下水位-5 cm)、中水位(8～9月淹水, 全年平均地下水位-18 cm)和低水位(常年不淹水, 全年平均地下水位-41 cm)条件下的根系进行调查, 结果表明, 池杉在高水位条件下形成细长的气生根, 气生根依附于树干北侧或潜伏于树干外表皮内侧和纵裂的树皮缝隙中; 中水位池杉能形成直径(7.9±2.2) cm、高(7.7±2.7) cm的膝根, 每株立木拥有膝根数(5.8±1.7)个; 低水位池杉也能形成膝根, 但个体小、数量少。林木地下和地上生物量均呈现出明显的高水位<中水位<低水位的趋势, 但是地下/地上生物量的比值却呈相反趋势, 表明池杉耐水性虽然很强, 长期处于较高水位时生长会明显受抑, 尤其是地上生物量生长受抑更显著。高、中和低水位池杉的地径/胸径之比分别是2.66±0.11、2.08±0.10和1.75±0.08, 说明水位较高的环境能促进树干基部的相对粗生长。长期淹水导致地下根的容重降低, 但是气生根和膝根的容重却明显大于地下根。高、中水位池杉细根的Fe和Mn浓度显著高于低水位, 其中Fe的浓度相差10倍以上, 但是叶的Fe、Mn浓度在不同水位之间没有显著差异。膝根的呼吸具有明显的季节差异, 8月和9月平均每个膝根的呼吸速率为2.1～2.5 mgCO₂&#8226;h^–1, 6月和11月为0.7～0.9 mgCO₂&#8226;h^–1, 3月为0.4 mgCO₂&#8226;h^–1; 膝根吸收O₂的摩尔数是释放CO₂摩尔数的4.6倍, 说明膝根吸收的O₂除了供自身呼吸, 大部分是提供给地下根利用。池杉之所以具有较强的耐水性, 与其在缺氧环境中能形成气生根和膝根、树干基部膨大和根系容重降低等有利于改善根系通气条件的生态适应机制密切相关。     

基于参考信号的ICA方法进行诱发电位单导提取

诱发电位（EP）信号的检测与分析技术是临床医学诊断神经系统损伤及病变的重要手段之一,但是EP信号总是淹没在人体自发产生的脑电图信号（EEG）中。因此,为利用EP信号诊断神经系统的损伤和病变,本文使用带参考信号的独立分量分析（ICA）方法从混合信号中快速将EP信号提取出来。计算机模拟表明,采用带参考信号的ICA方法可以从单导混合信号中有效地将EP信号提取出来。     

洪河国家级自然保护区最小生态需水量与补水分析

湿地生态水文及其水资源优化配置已成为湿地研究中的重大科学问题之一.该研究基于湿地最小生态水位,以湿地静态补水与动态补水的定量方法,对洪河国家级自然保护区湿地最小生态需水量进行估算.研究结果表明:洪河湿地最小生态水位为51.5 m,静态需水量1863×104 m3,动态补水方案为1级补水量867.4×104 ～ 1518.0×104 m3/月,2级补水量693.9×104 ～ 1214.4×104 m3/月,3级补水量520.4×104 ～ 910.8×104 m3/月,4级补水量173.5×104 ～ 303.6×104 m3/月,5级补水量0.0×104 m3/月.研究确定的最小生态水位具有一定科学性,湿地生态水位提高30cm,能够为该区湿地植被群落的水生演替提供适宜生境.该研究结果可为其他湿地自然保护区的科学、有效管理提供理论依据.