长白山温带森林不同演替阶段群落功能性状的空间变化

群落构建机制研究是生态学研究的热点。长白山自然保护区拥有完整的原始阔叶红松林生态系统, 近年来随着物种多样性丧失愈发严重, 对该地区开展群落构建机制研究显得尤为重要。该研究以长白山不同演替阶段的3块5.2 hm ²固定监测样地(次生杨桦林、次生针阔混交林、原始椴树红松林)为研究对象, 通过采集样地内主要树种的6个关键功能性状(叶面积、比叶面积、叶片厚度、叶氮含量、叶磷含量、最大树高), 分析不同空间尺度下(5 m × 5 m, 10 m × 10 m, 20 m × 20 m, 30 m × 30 m, 40 m × 40 m, 50 m × 50 m和60 m × 60 m)及不同演替阶段群落性状空间值的变化, 结合零模型的模拟结果对长白山温带森林演替过程中的群落构建机制进行讨论。结果表明: 种库大小对于研究结果具有重要影响。在较大的种库下, 环境过滤作用影响显著。而在样地水平进行研究时, 演替早期和中期, 群落性状空间值与零模型模拟值无显著差异, 在演替的晚期, 群落性状空间值显著高于零模型模拟值。结合多个群落功能多样性指数分析发现, 环境过滤和竞争作用共同决定该地区顶级群落的物种组成。在演替早期大量物种迁入, 群落内物种间存在强烈的资源竞争, 而随着演替进行, 部分物种逐渐被竞争排除出群落, 群落中的物种呈现明显的生态位分化, 竞争作用是维持物种共存的主要机制。     

湖北省九华山林场不同树种配置杉阔混交林林分空间结构特征分析

以三种(杉木+少量栎类、杉木+栎类+光皮桦、杉木+栎类+光皮桦+马尾松)不同树种配置的杉阔混交林为研究对象,计算了角尺度、大小比数、混交度三个林分空间结构指标,全面分析了湖北省九华山林场不同树种配置杉阔混交防护林林分空间结构特征,结果表明:优势树种主要有杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)、栎类(Quercus L.)及光皮桦(Betula luminifera)三种,并有少量马尾松(Pinus massoniana)散生于林内,生长优势也较弱。不同树种配置所呈现的林分空间结构也不相同。树种配置Ⅰ(杉木+少量栎类)的角尺度平均值为0.42,大小比数平均值为0.31,混交度平均值为0.18,林木空间分布格局和生长优势度均较好,但混交程度较弱,近乎杉木纯林,对应的生物多样性也会较小。树种配置Ⅱ(杉木+栎类+光皮桦)的角尺度平均值为0.5,大小比数平均值0.32,混交度平均数0.48,空间分布格局整体呈现随机分布;林木主要处于亚优势生长状态,混交度以中度-强度混交为主;而树种配置Ⅲ(杉木+栎类+光皮桦+马尾松)的角尺度平均值为0.58,大小比数平均值0.51,混交度平均数0.54,林木空间格局呈现聚集分布,生长优势水平中庸,为中度混交。全面分析林分空间结构,可以明确林分空间结构中存在的不合理情况,为合理择伐以及近自然经营提供科学依据,使该地区的杉阔混交林的多种功能得到可持续发挥。     

阿克苏河流域土壤湿度反演与监测研究

以新疆阿克苏河流域为研究区,以GF-1 WFV和Landsat8 OLI两种高分辨率遥感影像为数据源,结合102个不同深度层的土壤湿度实测数据,选择垂直干旱指数(PDI)、改进型垂直干旱指数(MPDI)和植被调整垂直干旱指数(VAPDI),对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证。结果表明,两种数据源下的PDI、MPDI、VAPDI与土壤湿度实测含水量的决定系数较高,尤其是0—10 cm的相关性最强,平均决定系数达到0.68,说明基于光学遥感影像近红外和红光波段反射率构建的反演指数对近地表层土壤湿度信息更敏感,但对地下较深层次的土壤湿度反演精度略低;MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响,反演的精度要比PDI高,尤其是高植被覆盖度区,采用垂直植被指数(PVI)修正的VAPDI反演精度最佳;基于两种遥感数据源的土壤湿度空间异质性基本一致,但空间分辨率较高的GF-1 WFV模拟的土壤湿度空间分异更加精细和明显。研究结果可为"一带一路"背景下干旱半干旱地区大范围和动态监测土壤湿度、开展定量节水灌溉等提供理论基础和实践参考。     

光叶眼子菜响应夏季高温的模拟研究

为探讨南四湖优势物种光叶眼子菜在夏季浅水区的衰亡原因, 用25℃、30℃、35℃和40℃的恒温水浴模拟夏季高温处理光叶眼子菜(Co. Potamogeton lucens L.)3h。生化结果显示, 在35℃及以上高温下, 光叶眼子菜的蛋白质含量、可溶性糖含量和叶绿素含量显著下降, 丙二醛含量显著上升, 说明35℃以上高温对光叶眼子菜产生了显著伤害。光叶眼子菜的光合系统对高温更为敏感, 在高温胁迫下标准化的叶绿素荧光动力学曲线上J相和K相显著隆起, 但并未发现明显的L-band。进一步解析叶片的叶绿素荧光动力学参数, 结果显示: 随着处理温度的升高, 反应中心的初始关闭速率(dVG/dt_o, dV/dt_o)变慢, 但到达P相的所需时间(T_fm)变短; 光系统Ⅱ (Photosystem Ⅱ, PSⅡ)的光化学效率(F_v/F_m)减小, 非光化学效率(K_n)、J相相对可变荧光强度(V_j)和热耗散(DI_o/RC、DI_o/CS_o、F_o/F_m)增大; 尽管高温下质体醌周转次数(N)、还原速率(S_m/T_fm)和I相相对可变荧光强度(V_i)变化不显著, 但质体醌库(S_m)明显减小; 单个反应中心光能的吸收(ABS/RC)和捕获效率(TR_o/RC)增加, 电子传递效率(ET_o/RC)却呈下降趋势; 单位激发态面积的光能捕获(TR_o/CS_o)和电子传递效率(ET_o/CS_o)均降低, 反应中心数目(RC/CS_o)显著减少。上述高温胁迫效应导致整个叶片的结构功能指数(SFI_abs)、性能指数(PI_abs)以及光合驱动力(DF)显著降低。高温对光叶眼子菜的伤害主要是导致其光系统II放氧复合体失活、反应中心数目减少和反应中心的光化学效率下降, 进而诱导活性氧的产生, 对细胞造成伤害。因此, 光叶眼子菜属于对高温敏感的水生植物。     

浙北近岸典型岛礁瓦氏马尾藻空间分布格局分析

为探明浙北近岸典型岛礁瓦氏马尾藻(Sargassum vachellianum)的空间分布格局, 于2016年5月底至6月初, 分别采用走航观察和水下样方法, 对按离岸距离远近的3条岛礁带上12个岛礁瓦氏马尾藻成藻时期的分布特征进行了调查, 并从不同空间尺度比较分析了3条岛礁带上瓦氏马尾藻在水平和垂直分布上的差异。结果表明: (1)在地区尺度上, 高浊度和高波浪能的水域环境限制了瓦氏马尾藻的分布与生长, 导致浙北近岸的瓦氏马尾藻仅分布在第二条岛礁带这一狭窄的分布带上。依据瓦氏马尾藻最低适宜生长水温要高于10 ℃的特性, 我们可以推断出舟山群岛的绿华岛可能是我国特有种瓦氏马尾藻分布的最北部端线。(2)在站点尺度上, 岛礁东南向瓦氏马尾藻定生密度明显低于西北向, 这与调查站位所受风浪影响的方位和强度相一致。在第二岛礁带上的4个岛礁北向瓦氏马尾藻的平均株高仅为26.3 cm, 说明瓦氏马尾藻不适宜在高波浪能生境中生存。(3)在站点尺度内, 第二岛礁带上浊度最低的北渔山岛瓦氏马尾藻有较大的垂直分布范围, 且定生深度达到了6.4 m, 而浊度高的近岸岛礁瓦氏马尾藻垂直分布范围较小。瓦氏马尾藻株高随着水深的增加而逐渐降低, 由此推测, 瓦氏马尾藻虽不能耐受强光, 但光照对瓦氏马尾藻的分布生长起重要作用。与同海区铜藻的垂直分布格局相比, 瓦氏马尾藻具有一定适应高浊度、高沉积物环境的能力。因此, 在浙北近岸海域瓦氏马尾藻是较适合进行生态移植修复的种类。     

神经元形态重建工具的研究进展

近年来,分子标记和显微光学成像技术的系列突破,使得单细胞分辨的全脑尺度神经群落成像成为现实.然而,现有神经元形态重建工具的发展速度远远滞后于海量数据的产生速度,难以满足现阶段成像数据的分析需求.在此背景下,我们首先分析了神经元形态重建工具发展滞后的原因,简述现有半自动和全自动神经元形态重建工具的特点和最新发展,并结合现有工具的特点分析其向高通量、高准确度重建工具发展时面临的挑战.最后,我们对未来形态重建工具的发展趋势及应用前景做出展望.     

城市边缘区生态承载力时空分异研究——以甘井子区为例

以大连市甘井子区为例,利用1998年的土地利用数据和2003年、2007年、2013年的SPOT5遥感数据等多元数据,运用状态空间表征生态承载力量值的计量方法,计算了城市边缘区的社区生态承载力,并研究了甘井子区1998—2013年生态承载力的时空分异特征。结果表明:(1)时间上,1998—2013年,甘井子区整体的生态承载力呈现先快后慢的下降趋势,生态状态呈现出从优秀向良好,再向一般过渡的阶段特征。(2)空间上,甘井子区整体的生态承载力等级东西部差异明显,呈现出相同承载力等级小范围聚集和相近承载力等级间穿插分布的特征。(3)甘井子区内部各社区生态承载力程度差异明显。靠近市区的社区生态承载力15年间变化显著,生态承载程度迅速下降,远离市区的部分社区生态承载力变化不大,生态环境保持良好以上的状态。     

2008-2014年新疆艾比湖流域土壤水分时空分布特征

传统的土壤水分模拟研究难以从土壤水分变化的时空双向出发表达其连续演变的过程,存在时空尺度效应问题。借助SWAT模型模拟的长时间序列优势,结合高分辨率卫星影像和遥感技术,力图在时空尺度效应问题上取得突破。并利用长时间序列的模拟结果分析流域土壤水分的空间格局和不同维度时空异质性。结果表明：（1）2008-2014年间艾比湖流域土壤水分主要受气温、降水及人类活动影响,呈波动变化,总体偏低且具有逐年减小趋势。（2）受降水、地形及土地覆被影响,土壤水分分布呈现出由山区向两侧平原减少的特点,且林地 > 农用地 > 草地 > 稀疏植被。（3）近10年间土壤水分低值区由原来的北部山区及平原向东部、东南部平原区及南部山区迁移,东部减少最为明显。（4）流域四季土壤水分变化差异显著。其中,春季主要受融雪影响;夏季、秋季主要受降雨量和气温影响;冬季主要受固态降雪和气温影响;且不同年份、相同季节、相同子流域土壤水分变化趋势表现一致。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

水生态空间红线概念、划定方法及实证研究

我国面临着多方面、复杂的水生态问题:洪涝、干旱、水质污染、水生生境丧失以及人水关系日益疏远等等。解决这些问题,不能依赖单一目标的灰色工程方法,而必须从维护和保育水生态系统的完整性出发,来系统地解决问题。为此,如何定义一个相对完整的水生态系统的边界、划定维护其安全和健康的底线,即水生态空间红线,是用生态方法综合解决水问题的基础性的工作。研究提出了以保护水生态系统的综合生态服务为核心的水生态空间红线概念;提出了以水生态安全格局构建为基础的水生态空间红线划定方法和"水生态问题分析-水生态过程模拟和评价-水生态安全等级划分-水生态安全格局判定-水生态空间红线的划定"技术流程,分别划定水资源供给保护、水文调节保护、水生命支持和水文化保护四种类型的水生态保护空间红线,在此基础上,整合为综合的水生态空间红线,它呈现为对水生态过程具有关键意义的点、线、面和空间联系所构成的空间格局,并以雁栖湖流域为例进行了实证研究。