农业面源污染管理政策调控仿真模型研究进展

农业面源污染因其分散性、滞后性和不确定性而成为环境治理的难点。面源污染物迁移转化过程的模拟模型发展迅速,而农业面源污染管理政策仿真评估模型研究相对较为滞后。系统梳理与分析了自上而下宏观目标约束、自下而上微观行为传导及宏观与微观上下耦合三类政策仿真模型研究进展,总结了当前模型的基础理论与方法的优势与不足。本文提出了融合流域水系统过程规律认知,构建宏观政策目标自上而下约束与微观主体行为自下而上传导耦合的农业面源污染政策仿真模型,实现政策仿真模拟在国家、区域、流域与栅格跨尺度上的嵌套传导、参数互验与系统预测,以解决因农业面源污染防治主体的多元性与防治对象的广泛性特征所导致的复杂性系统难题,使得政策效应模拟仿真结果空间显性化,进而实现农业面源污染控制的政策管理由粗放型向精准化方向迈进。     

SWAT模型在天山林区林冠截留过程中的改进应用

林冠截留是森林生态水文的重要环节,SWAT （Soil and Water Assessment Tool）模型对其模拟过程还较为粗糙,为了在流域水文模拟中更精细的刻画林冠截留过程从而得到更佳的模拟结果,以SWAT模型为基础,使用半理论林冠截留模型（Gash模型）与SWAT模型进行耦合,以天山林区为研究区对SWAT模型林冠截留模块进行优化改进。通过对改进前后的模拟结果进行对比分析,结果表明：1） SWAT模型和SWAT-Gash模型的R²分别为0.59-0.83和0.65-0.86,NSE值分别为0.58-0.82和0.63-0.85,两种模型PBIAS为7.2%-17.1%,证明SWAT-Gash模型具有更好的适用性;2）相较于出山口径流数据,SWAT模型和SWAT-Gash模型的RMSD值分别为3.49-7.80 m³/s和3.22-4.68 m³/s,SWAT-Gash模型在校准期和验证期的皮尔逊相关系数分别为0.93和0.81,高于SWAT模型的0.91和0.77;3）基于分位数回归（QR）的不确定性分析表明,SWAT模型和SWAT-Gash模型验证期的P因子分别为0.93和0.96,R因子为1.26和1.19,95%不确定性置信区间平均宽度分别为13.50 m³/s和12.86 m³/s;4） SWAT模型与SWAT-Gash模型在验证期的月平均地表径流量分别为6.55 m³/s和8.50 m³/s,表明在该流域内原始SWAT模型会高估林冠截留量。以天山北坡中段林区为例对云杉森林的林冠截留进行精细化模拟,虽然对模型输入数据要求提高,林冠截留数据的收集增加了模型模拟的不确定性,但对本研究区基于物理过程的水文模拟精度提升明显,改进后模型与出山口实测径流数据一致性更强,可以为天山林区小流域水资源管理提供更可靠的依据。     

淮河流域蒸散发时空变化与归因分析

蒸散发（Evapotranspiration,ET）是联结土壤-植被-大气过程的纽带,对理解地表水热平衡至关重要。因此,量化分析ET时空变化特征、揭示其主要控制因子对区域用水管理和农业生产十分重要。利用遥感数据和气象数据,基于BEPS模型估算了1981-2019年的淮河流域ET,分析了该区域ET时空分布特征,并通过敏感度系数和贡献率方法对该区域的ET多年变化特征进行了归因分析,最后借助数值实验方法深入探究影响特湿润年（2003年）ET较低的主要原因。结果表明：（1）1981-2019年淮河流域多年平均ET为549.83 mm,其中夏季ET占全年ET的比值达到47.63%;1981年以来区域ET整体呈极显著上升趋势（4.41 mm/a,P<0.01）;季节上,除冬季外,其他三个季节的ET增幅均呈显著性增加（P<0.05）,四季增幅速率大小依次为：夏季>春季>秋季>冬季;空间上,中东部和南部ET较高,重心模型显示ET高值区域呈显著的由北向南的移动趋势;（2）归因分析结果表明,淮河流域ET对气温变化最敏感,其次为相对湿度、太阳总辐射、叶面积指数（LAI）和降水,但ET对LAI的正敏感性逐渐增强导致LAI的显著升高对流域ET年际变化贡献最大（44.5%）,其次是气温的升高（25.93%）;同时,LAI是春、夏、秋三季ET变化的主导因素,气温是冬季ET变化的主导因素;（3）数值实验显示高相对湿度是引起特湿润年（2003年）ET明显偏低的最主要因素,这与导致长时间序列ET变化的原因不同。因此,建议今后加强极端气候条件下ET变化的归因分析,为更有效地应对全球气候变化提供决策服务。研究结果能够为认识淮河流域环境变化对水循环影响及合理分配区域水资源提供科学参考。     

干旱绿洲区枸杞林地面节肢动物功能群结构季节分布特征

为了解枸杞林地面节肢动物功能群结构季节分布特征,以宁夏绿洲枸杞林为研究对象,于2018年的春、夏、秋季节,采用陷阱诱捕法,调查了地面节肢动物功能群季节分布特征及其与环境因子之间的关系。结果显示:(1)枸杞林地面节肢动物功能群包括植食性、捕食性、腐食性和杂食性动物,个体数分别占6.31%、86.75%、2.01%和4.89%,其中以捕食性动物为主。(2)植食性地面节肢动物个体数和生物量表现为春季显著高于秋季,夏季居中;类群数表现为夏季显著高于秋季,春季居中。捕食性地面节肢动物生物量表现为夏季和秋季显著高于春季;个体数和类群数在不同季节间均无显著差异。腐食性地面节肢动物个体数、生物量和类群数在不同季节间均无显著差异。杂食性地面节肢动物个体数和类群数表现为春季显著高于夏季,秋季居中;生物量在不同季节间均无显著差异。(3)相关分析表明,捕食性地面节肢动物个体数与土壤含水量呈正相关关系,腐食性地面节肢动物个体数与土壤全磷呈正相关关系,杂食性地面节肢动物与土壤全氮呈正相关关系。但植食性地面节肢动物个体数则与土壤含水量呈负相关关系,杂食性地面节肢动物个体数与土壤温度和土壤全碳呈负相关关系。(4)pRDA分析表明,土壤含水量是影响地面节肢动物功能群结构季节分布的主要环境因子。结论:随着季节更替,宁夏干旱绿洲区枸杞林地面节肢动物的功能群组成差异较大,功能多样性差异较小。说明每个功能群的个体数和类群数对季节变化敏感,但功能多样性较稳定。     

基于多重计算设计策略提高奇异变形杆菌脂肪酶的热稳定性

来自奇异变形杆菌的脂肪酶（Proteus mirabilis lipase,PML）具有较好的有机溶剂耐受性,在生产生物柴油等领域有广泛的应用潜力。然而,其热稳定性仍有待提高以更好地适应工业生产。近年来,基于计算机辅助的多种计算设计策略的发展为酶的热稳定性改造提供了更多的思路。文中首先选择了3种基于互补算法的软件ABACUS、PROSS以及FoldX为正筛对PML进行计算设计,选择其两两交集,利用PSSM序列保守性分析和GREMLIN共进化分析两种负筛进一步缩小突变文库,得到18个单点突变设计。经实验验证,有7个T_m提高的突变体,其中K208G和G206D的ΔT_m最高,分别为3.75℃和3.21℃。选择其中5个酶活高于野生型的突变体利用贪婪累积策略进行组合,最终五点组合突变体M10的T_m提高了10.63℃,相对酶活为野生型的140%。组合过程中K208G和G206D展现出了一定的上位性,为M10热稳定性的提高作出了主要贡献。分子动力学模拟表明在突变位点及附近区域有新的作用力产生,G206D/K208G附近作用力的重排可能...     

人工模拟条件下青海湖裸鲤自然繁殖环境条件需求研究

为对青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii)的自然繁殖需求条件进行定量研究, 实验结合青海湖裸鲤自然产卵场原位生境调查, 通过室内人工模拟构建产卵环境诱发野生亲鱼自然繁殖, 解答可控环境中青海湖裸鲤自然繁殖的环境需求。结果表明, 青海湖裸鲤自然繁殖发生与水温、水深、流速、光照及底质因素密切相关, 其中卵石河床质较细砂等底质环境可显著提升自然交配诱导率及繁殖效果; 在合适的底质条件下, 青海湖裸鲤自然繁殖的适宜条件: 水深为0.15—0.2 m、流速为0.2—0.4 m/s、水温为10.8—14.3℃; 15D﹕9L比例的光周期有利于促进青海湖裸鲤自然繁殖的发生。在人工模拟环境中, 水深≥0.45 m、流速≥0.8 m/s、温度≥17℃或≤6℃、全光照等环境中未观测到自然繁殖活动的发生, 这些被认为是其自然繁殖环境的限制条件。研究阐明了可控环境中青海湖裸鲤野生亲鱼自发产卵繁殖的环境需求, 构建人工模拟产卵环境技术, 为自然产卵场生境调查评估、改进人工繁育模式提供技术支撑和新思路。     

亚热带-温带过渡区秦岭落叶阔叶林幼苗组成及数量动态研究

以秦岭落叶阔叶林25 hm²固定样地的木本植物幼苗为研究对象,于2015 - 2019年对幼苗种类、数量、萌发和死亡情况进行调查,并对幼苗的物种组成、数量及动态特征进行分析。结果显示：5年间调查到的幼苗分属24科42属,共69个物种,累计记录 11 408 株;样地中的树种组成和优势树种组成基本不变,但整体物种数有减少趋势;幼苗数量在年际间和不同物种间有较大差异,17个物种幼苗数量较多,大于100株,其总和占幼苗总量的56.28%,产生新增幼苗的物种有53个,累计增加6280株;死亡幼苗6929株,其中4469株为新生幼苗,占新增幼苗总数的74.14%,新苗的死亡数远远大于旧苗死亡数;幼苗新增和死亡的高峰期大致吻合,出现在每年的5 - 7月。整体看来,秦岭大样地的幼苗数量处于平稳波动状态,物种更新较为稳定。     

Instrumented Indentation Investigation on the Viscoelastic Properties of Porcine Cartilage

Articular cartilage lubricates the contact surfaces in human joints and provides a shock-absorbing effect which protects the joint under dynamic loading. However, this shock-absorbing effect is gradually reduced as the result of normal wear, tear and aging-related cartilage loss. Thus, with the increasing average human life expectancy, the issue of joint health has attracted significant interest in recent decades. In developing new materials for the repair or regeneration of damaged articular cartilage, it is essential that the difference in the mechanical properties of healthy and damaged cartilages is well-understood. In the present study, the hardness and Young＇s modulus of damaged and healthy porcine articular cartilage samples are evaluated via a quasi-static nanoindentation technique. A dynamic mechanical analysis method is then applied to determine the viscoelastic properties of the two samples. The results presented in this study provide a useful insight into the mechanical properties of articular cartilage at the mesoscale, and therefore fill an important gap in the literature.     

应用微重力旋转生物反应器培养小鼠脂肪干细胞的初步实验研究

目的:观察微重力旋转培养系统(Rotary Cell Culture System,RCCS),对小鼠脂肪干细胞增殖的影响,以寻求一种更有效的促进干细胞扩增的方法.方法:从小鼠的脂肪组织中提取分离、培养脂肪干细胞(ADSCs),并对脂肪干细胞进行流式鉴定后,利用活细胞观察法、Dil免疫荧光标记法、扫描电镜法观察微重力旋转三维培养系统对脂肪干细胞增殖的影响;通过与平面二维培养作对比,血小板计数法记录细胞的增殖情况,并绘制生长曲线.结果:两组的细胞倍增时间具有统计学意义(P＜0.05),模拟微重力旋转三维培养系统较传统平面二维培养系统,脂肪干细胞增殖更明显,生长速度更快.结论:模拟微重力旋转三维培养系统更有利于脂肪干细胞的增殖生长,为后期利用脂肪干细胞修复受损涎腺提供一种更快捷有效的扩增方法.     

动物标本造型中的动态美

传统的动物标本是以静态的造型立于现实的空间并诉诸人们的视觉。但是,生命在于运动,动物标本的生命亦是如此。静态的标本可以蕴含和显示动态的美,并引起人们对动态的联想和想象。本文从几个方面阐述了动物标本造型中动态美的表现形式。