基于高光谱数据的互花米草叶片功能性状反演

互花米草成功入侵的关键是其生长繁殖能力以及对环境的适应能力,叶片含水率、相对叶绿素含量、碳氮比、总氮、总磷以及比叶面积等叶片功能性状反应的是互花米草对资源的利用能力以及环境的适应能力。以江苏盐城滨海湿地为研究对象,进行互花米草叶片功能性状与高光谱数据的关系研究。通过对原始光谱数据以及一阶微分转换光谱数据进行主成分分析提取新的主成分变量作为自变量分别建立不同性状的逐步回归、BP神经网络、支持向量机、随机森林4种预测模型,通过比较构建模型的R²以及RMSE选择最优模型,进而基于相关性分析得到的敏感波段构建最优模型,验证其准确性和适用性。研究结果发现：（1）一阶微分数据的建模效果优于原始光谱数据;（2）通过对不同功能性状的预测建模,发现4种模型的预测效果排序为：随机森林>支持向量机>BP神经网络>逐步回归,其中随机森林模型的准确性高、稳定性强,明显优于其他3种模型,而逐步回归模型的效果最差,不适用于互花米草叶片功能性状的高光谱建模;（3）通过对相关性分析得到的敏感波段建立随机森林模型,建模R²均大于0.90,验证R²介于0.73-0.95之间,进一步证实了随机森林模型的准确性和稳定性。研究结果表明,高光谱数据可以作为快速监测互花米草生长状况的有力手段,而随机森林模型可以作为高精度模型实现对互花米草不同叶片功能性状的估测。     

大兴安岭典型森林沼泽植物叶片和细根碳氮磷化学计量特征

探究大兴安岭典型森林沼泽不同植物叶片和细根生态化学计量特征,能够为进一步认识高纬度气候敏感生态系统养分利用策略和物质循环过程提供依据。对大兴安岭地区兴安落叶松-苔草、兴安落叶松-笃斯越桔-藓类和兴安落叶松-杜香-泥炭藓3种典型森林沼泽19种优势和亚优势维管植物叶片和细根碳氮磷计量特征(C∶N∶P)进行比较,分析不同森林沼泽类型、植物生长型和菌根类型叶片和细根C∶N∶P差异,通过标准化主轴回归分析叶片与细根C∶N∶P的关系。结果表明: 叶片C∶N∶P在种间水平具有最大的变异(42.5%～84.6%),且叶片和细根种间变异大小均为N∶P>C∶N>C∶P。土壤养分和水分含量较高的兴安落叶松-苔草沼泽叶片与细根C∶N和C∶P值较低,且3种森林沼泽植物叶片和细根N∶P均小于10,受N限制。草本植物叶片C∶P和细根C∶N、C∶P显著低于木本植物。外生菌根和杜鹃花类菌根植物叶片和细根C∶N和C∶P高于丛枝菌根和无菌根植物,且杜鹃花类菌根植物叶片和细根C∶P显著高于外生菌根植物。不同森林沼泽、生长型、菌根类型植物叶片和细根C∶N和C∶P差异明显,而N∶P相对稳定。森林沼泽植物叶片与细根C∶N、C∶P和N∶P呈线性正相关,植物地上与地下部分在生态化学计量特征上存在协同。     

辽河口湿地植物多样性及物种功能型空间分布格局

辽河口湿地是我国典型的滨海湿地, 在过去几十年受人为过度干扰, 植被变化明显。本研究拟通过野外实地调查揭示辽河口湿地植物多样性及功能型的空间格局。结果表明, 潮上带的物种丰富度和Shannon-Wiener指数均高于潮间带。与潮上带相比, 潮间带的盐生植物与湿生植物比例较高, 而中性植物、甜土植物、中生植物与旱生植物的比例较低。物种丰富度、Shannon-Wiener指数以及中性植物、甜土植物、中生植物、旱生植物的比例均随着与海岸线距离的增加而增加, 盐生植物、湿生植物比例则与之相反。对所调查样地与植物物种的主成分分析(PCA)表明, 潮上带主要为芦苇(Phragmites australis)、刺儿菜(Cirsium setosum)、山莴苣(Lagedium sibiricum)等中性和甜土植物, 潮间带为盐地碱蓬(Suaeda salsa)、扁秆藨草(Scirpus planiculmis)、水烛(Typha angustifolia)等盐生植物。可见, 盐度与水位是决定辽河口湿地植物多样性及物种功能型的关键生态因子。     

基于DNA条形码分析大鸨繁殖期动物性食物

动物性食物是满足繁殖期大鸨(Otistarda)能量和营养需求的重要来源,然而由于传统食性分析手段的局限性,大鸨繁殖期的动物性食物组成目前还不清楚,不同繁殖地大鸨的食性差异还有待研究。高通量测序应用于食性分析,具有工作量小、数据量大和分类精度高的优点。基于粪便取样,利用高通量测序技术,对内蒙古图牧吉国家级自然保护区靠山核心区和马鞍山片区繁殖期大鸨的动物性食物种类和组成进行分析,并比较食物多样性的空间差异。物种累计曲线表明,研究中的最小采样强度(n=11)能够使MOTUs的检测限达到平台期。在24份大鸨粪便中,共发现29种不同动物性食物的DNA序列,均来源于无脊椎动物,以节肢动物门的鞘翅目占比最高(44.83%)。按照科水平分类,以金龟科占比最高(24.14%),其次为蝗科(13.79%)、芫菁科(10.34%)和蓟马科(6.89%)。马鞍山片区大鸨对食物的取食频率和粪便中被检测到其所取食食物种数均显著高于靠山核心区,食物多样性也显著高于后者,大鸨食性表现出一定空间差异。本研究为深入研究大鸨食性与栖息地选择的关系,以及了解大鸨繁殖期的觅食对策奠定了基础,为保护部门有效保护和恢复大鸨栖息地提供了食性水平的参考依据,同时为分子食性分析方法用于其他动物的觅食生态学研究提供了示范。     

小微湿地研究综述:定义、类型及生态系统服务

小微湿地作为一个"新兴"的概念，受到学者和政策制定者的日益关注。虽然小微湿地面积较小，但是却发挥着独特的生态功能。针对小微湿地的深入研究，有助于进一步拓展湿地科学的研究尺度，促进学科体系发展。介绍了小微湿地研究兴起的背景，总结了小微湿地的面积范围和分类体系，归纳了小微湿地的累加作用和景观特征，着重分析了小微湿地在维持关键物种种群、提供生物迁移踏脚石、调节雨洪、改善水质，以及营造城乡优美景观等方面提供的生态系统服务。提出未来需要进一步加强小微湿地生态过程和相关机理研究，将小微湿地建设与现行湿地保护体系和城乡生态环境建设有机结合，促进小微湿地建设的有序和可持续发展。     

近三十年青藏高原湿地变化及其驱动力研究进展

青藏高原发育着世界上独一无二的大面积的高寒湿地,在气候调节、水源补给等方面发挥着极其重要的作用。因其独特的地理环境,它也成为了全球气候变化的敏感区、预警区,已引起国内外学者的高度关注。本文综述了近30年来青藏高原主要湿地类型在湿地面积、湿地土壤、湿地水文、湿地动植物等要素方面的变化及其驱动因子,并提出青藏高原湿地研究的重点方向。青藏高原气候变化的基本特征是变暖和变湿;湿地面积在1970—2000年总体呈现减少态势; 2000年后,湿地萎缩态势减缓,面积呈现出一定程度的增加;湿地土壤表层湿度降低,碳排放能力增大,植被覆盖呈现退化趋势;气温升高、地表蒸散发量增大、降水量增加、鼠害增加等是导致青藏高原湿地变化的主要驱动力,同时还受牲畜数量增加、资源开采、道路工程建设等人为影响;受青藏高原特殊的地理位置和自然条件限制,高寒湿地研究缺乏基础数据支撑,未来应主要集中在应用遥感技术和长期定位监测手段收集基础数据资料,开展相关机制研究。     

电路理论在植物景观遗传学研究中的应用潜力分析

景观遗传学的迅速发展为研究异质性系统中的进化生物学问题提供了新颖的理论和方法。本文以电路理论(circuit theory)在植物景观遗传研究中的应用为主题,系统解析理论框架,明确其核心概念和生态学过程间的映射关系,从研究主题、方法和模型验证3方面综述近十年的相关文献,并在此基础上归纳了该理论的优势和局限性。其优势主要为:(1)可对多条潜在传播路径进行通盘考察并予以比较,有助于鉴别影响连接度的关键区域或廊道;(2)对哈迪-温伯格平衡假设和栅格大小不敏感,保证了模型的适应性;(3)模型要求物种对生境无明显经验积累,特别适合分布区形状不规则,以及连续广泛分布的物种,与许多植物的生物学特点相契合。该理论要求物种具有随机漫游和传播各向同性2个前提条件,限制了生物媒介类植物的适用度。在传播过程具有方向偏好的生态系统中,其应用也需慎重考虑。结合未来发展趋势,本文认为电路理论在植物景观遗传学研究中具有很好的潜力,但还需要依据具体的研究问题、物种习性、空间尺度和系统性质来进行科学的应用。     

湿地生态系统服务价值评估的空间尺度转换研究进展

湿地生态系统服务取决于一定空间尺度中的生态系统结构和生态过程,而人类从湿地生态系统获得利益的大小也与其空间尺度有着密切联系。同时,湿地生态系统服务价值评估的空间尺度转换问题也一直是整个湿地生态学研究中的热点和难点之一。在分析湿地生态系统服务空间尺度特征的基础上,提出了湿地生态系统服务价值评估研究中空间尺度转换的概念,即是指通过一个已经有的、与被估算湿地生态系统相似的更大空间范围的或更小空间范围的另一湿地生态系统的价值来估算该湿地生态系统的价值量的过程。介绍了常用的空间尺度转换的方法,主要包括成果参照法和空间模型分析两种方法,成果参照法又包括数值直接外推法和调整函数参照法(Meta分析法)。对目前空间尺度转换研究中存在问题进行总结,并对未来的研究进行了展望。     

高通量测序技术在野生动物食性分析中的应用

食性研究是动物生态学颇受关注的一个重要内容,而食性分析方法由于受到技术和适用范围的限制,也在不断改进和更新。随着高通量测序技术的发展,该技术逐渐扩展到野生动物的食性分析,使食性分析的效率得到极大提升,并拓宽了食性分析的应用范围。尽管高通量测序应用于食性分析在数据量、灵敏度和分辨率方面的优势较为明显,但由于涉及到的步骤较多,受到的影响因素较为复杂,目前高通量测序应用于食性分析还属于研究比较薄弱的领域。概述了高通量测序技术应用于食性分析的基本流程,总结了该技术在食物组成分析、种内和种间食性关系、食物与栖息地、行为关系方面的研究动态,分析了PCR、污染和定量分析对该技术应用性的影响,提出了相应的解决对策和建议,并对其应用前景进行了展望。     

基于优势种的生物多样性保护价值空间异质性研究——以长白山生态功能区为例

生物多样性保护是生态系统的主导功能之一,对生物多样性空间异质性的研究有助于准确认识区域的保护价值及重要性,但目前可借鉴的生物多样性价值空间异质性评价方法和经验偏少。以长白山生态功能区核心区为研究区域,基于生物多样性丰富区域优势物种的分布及其环境因子,通过Maxent评估生物多样性保护价值,将研究区域分为生物多样性保护高价值区、中价值区和一般价值区,并开展景观分析与评估。研究结果表明:研究区域内生物多样性保护高价值区域占总面积的42.9%、主要分布于长白山保护区内,保护区内的高价值斑块也较保护区外完整、面积大;研究区域内生物多样性高价值斑块的平均面积和最大斑块面积远高于中价值区和一般价值区,其斑块景观较完整、破碎化水平相对较低,是研究区域生物多样性保护价值和生态系统稳定性的重要基础。植被是对研究区域生物多样性影响最大的环境因子,其次是土层厚度和海拔。从生态系统完整性和过程连续性保护的需要,保护区南部缓冲区可考虑调整为核心区,保护区外还有较大面积的生物多样性高价值和中价值区域也应纳入保护区进行保护;长白山西坡是生物多样性高价值斑块最破碎的区域,应在未来的保护工作中予以特别关注。本研究表明关联优势种空间分布及环境因子是认识生物多样性价值及空间异质性的有效手段,本研究方法可为生态红线划定和国家公园设计提供参考。