基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

利用三阶段葡萄糖添加策略减少乙酸合成并促进重组大肠杆菌生产L-苯丙氨酸

为了降低副产物乙酸的积累和提高L-苯丙氨酸的产量,分别优化了L-苯丙氨酸发酵的初始葡萄糖浓度和葡萄糖的指数流加策略.结果表明,20 g/L的初始葡萄糖浓度可以控制细胞的比生长速率低于临界值0.3 h-1,显著地降低了乙酸的积累,提高了L-苯丙氨酸的产量.采用预设比生长速率μ3* =0.4(h-1)进行葡萄糖的指数流加取得了实际最大比生长速率0.29 h-1,使细胞的比生长速率低于临界值,促进了L-苯丙氨酸的合成,最终获得L-苯丙氨酸的产量达48.45 g/L,比本实验室原有水平提高了37％.     

气候和放牧对锡林郭勒地区植被覆盖变化的影响

基于锡林郭勒盟15个气象站点1981-2007年的逐月气温、降水量数据及各旗县的牲畜头数,在ArcGIS软件的支持下,分析气候干燥度和牲畜密度的空间分布,结合1981-2007年的逐旬归一化植被指数(NDVI)数据,对研究区植被覆盖变化的驱动因素进行分析.结果表明:研究期间,锡林郭勒盟气候干燥度与植被覆盖状况之间存在良好的线性回归关系;NDVI与牲畜密度之间存在良好的二项式回归关系,随着NDVI值的升高,牲畜密度先增加后降低;植被覆盖状况与干燥度和牲畜密度呈复线性相关关系,其中,NDVI与干燥度呈正相关,与牲畜密度呈负相关,且干燥度对NDVI的影响远大于牲畜密度对NDVI的影响.     

试验条件下岩原鲤幼鱼栖息地适宜性模型及最小栖息面积估算

在室内微生境模拟条件下,应用试验生态学方法,分别评估了岩原鲤幼鱼对底质、光照、水深3种生境因子的适宜性指数(HSI),建立了其栖息地适宜性模型,并初步估算了岩原鲤幼鱼的最小栖息面积.结果表明:岩原鲤幼鱼对底质、光照、水深3种生境因子的适宜栖息范围分别为砾石直径10～15 cm、光照强度0.2～1.8 lx、水深范围0～15 cm(离底距离);其适宜性指数表达式分别为SIS=1.7338e-0.997x(R2=0.89,P＜0.01,SIS为底质适宜性指数,x为砾石直径)、SIL=3.0121e-1.339x(R2=0.93,P＜0.01,SIL为光照适宜性指数,x为光强)、SIW=2.4055 e-1.245x(R2＝0.97,P＜0.01,SIW为水深适宜性指数,x为水深).算术平均法最适用于岩原鲤幼鱼的栖息地适宜性模型估计,最适模型为HSI=(SIS+SIL+SIW)/3.共发现7组岩原鲤幼鱼建立并维持着相对稳定的栖息地范围,其栖息地面积范围为628～2015 cm2,平均值为1114 cm2.     

稻草还田方式对双季水稻产量和土壤碳库管理指数的影响

采用田间定位试验,设置不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、稻草切碎全量还田+化肥(SNPK)和稻草全部烧灰还田+化肥(SINPK)4个处理,研究不同稻草还田方式对双季稻产量和土壤碳素形态、碳库管理指数的影响.结果表明:2010—2011年两年四季的水稻平均产量SNPK与SINPK处理基本持平,但均显著高于NPK处理,增幅为5.7%～7.3%.与NPK和SINPK相比,SNPK能显著提高早稻产量,增幅在3.8%～8.8%.与单施化肥和稻草烧灰还田相比,SNPK提高了土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数,总有机碳、活性碳、矿化碳和碳库管理指数分别提高了1.8%～2.0%、5.9%～6.5%、16.0%～41.6%和7.3%～7.8%.土壤碳库管理指数与早、晚稻产量呈显著抛物线关系,相关系数分别为0.999和0.980.SNPK能显著提高翌年早稻产量及土壤不同形态碳素含量和碳库管理指数.     

利用郁闭度与H J-1多光谱数据估算马尾松林叶面积指数

以福建中部的三明市、沙县和将乐县以及福建西部的长汀县为研究区,利用郁闭度(CD)与H J-1多光谱数据(B1、B2、B3和B4)并结合实地踏查数据,对马尾松(Pinus massoniana Lamb.)林叶面积指数(LAI)进行估算.结果显示:利用多光谱波段及归一化差值植被指数(NDVI),得到三明市、沙县和将乐县马尾松林郁闭度估算模型为CD=-0.008B1+0.031B2 +0.016B3-0.037B4 +0.012NDVI-O.815,平均检验精度为87.76％;长汀县马尾松林的郁闭度估算模型为CD=-0.024B1 +0.130B3-0.083B4 +0.026NDVI-2.355,平均检验精度为86.78％.采用线性、对数、二次、幂和指数模型构建了2个研究区马尾松林的LAI-CD模型,经检验分析,均以指数模型综合预测效果最佳;综合分析后获得研究区马尾松林LAI-CD模型LAI=0.193e3.259CD,检验精度达0.898.研究结果说明:利用国产HJ-1多光谱数据可较精确地估算马尾松林郁闭度,所构建的LAI-CD数学模型预测效果较好,具有较强的适用性.     

京沪穗三地近十年夜间热力景观格局演变对比研究

城市热环境是城市生态环境的重要方面,它与城市气候、城市生态、城市灾害有着重要的联系.以北京、上海、广州三地为研究区,选取近10年MODIS的夜晚地表温度(LST)产品MOD11A2,分别采用质心迁移、景观格局指数、空间自相关方法研究京沪穗三地近10年的不同等级热力景观质心迁移演变、格局变迁和空间集聚特征.主要结论为:三地热力景观随郊区向市中心趋近,体现了由低温区、次中温区向中温区、次高温区、高温区过渡的趋势;三地的中温区所占比例最大,城市热力景观破碎度三地中上海市最高,5种热力景观比较,次中温区和高温区的破碎度最高;城市热力景观离散度三地中北京市最高,低温区和高温区的离散度较高.热环境空间自相关分析表明三地均以高温-高温区,低温-低温区集聚为主,北京、广州高温-高温区分布于南部,且集中成片分布,而上海市高温-高温区分布比较离散,相对较为复杂.从分布面积来说,10a中北京、上海表现为先减少后增加,而广州则持续减少.总体而言北京热环境恶化,而广州、上海热环境有所好转.     

黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析

在遥感和GIS技术支持下,基于1975-2010年长时间序列遥感影像,选取斑块密度指数(PD)、景观内部生境面积指数(IA)、斑块平均面积指数(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS1、FS2)等具有典型生态意义的景观指数模型,系统分析了黑河中游湿地景观的破碎化过程,并结合灰色关联分析、主成分分析等方法,探讨了影响研究区湿地景观破碎化过程的各驱动因子.结果表明:近35年来,研究区湿地景观破碎化主要表现为斑块平均面积的萎缩,斑块密度的上升以及斑块形状破碎化指数的增大.整个研究时段内,研究区湿地斑块平均面积减少了48.95hm2,斑块密度的上升0.006个/hm2;导致黑河中游湿地景观破碎化发生和发展的驱动力包含自然和人文两个方面.自然因子对湿地景观破碎化进程的影响则主要体现在气温和降水上,而且气温对湿地景观破碎化进程的影响程度明显大于降水.但在1975-2010年间的这一较小时间尺度上,人类活动对湿地景观破碎化的贡献率明显高于自然因子,人类活动能力的增强以及影响范围的不断扩大是引发黑河中游湿地景观破碎化的主因.     

不同区域森林火灾对生态因子的响应及其概率模型

火灾是影响森林生态系统过程的重要干扰之一,其对森林生态系统内各生态因子的响应各不相同.由于植被状况及生态环境的不同,森林火灾的时空分布特征在中国不同植被气候类型内表现不同,根据植被气候类型分类系统,将中国主要森林火灾地区划分为4个区域:东北(冷温带松林)、华北(落叶阔叶林)、东南(常绿阔叶林)和西南(热带雨林),应用遥感监测数据和地面环境数据,以时空变量、生态因子(植被生长变化指数、湿度等)为可选自变量,应用半参数化Logistic回归模型,就森林火险对不同生态影响因子的响应规律进行了分析,建立了基于生态因子的着火概率模型和大火蔓延概率模型,通过模拟及实际数据散点图、火险概率图,评估了模型应用价值.结果表明,土壤湿度及植被含水量在落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带雨林地区对着火概率影响显著.在4个植被气候区内,土壤及凋落物湿度对大火蔓延的作用较小.在冷温带松林、落叶阔叶林、常绿阔叶林地区,植被生长的年内变化对火灾发生的影响显著,在常绿阔叶林地区,年内植被生长变化对大火蔓延的作用较小.森林火险概率与各生态因子的相关关系主要呈现出非线性.不同植被气候区内,火险概率受不同生态因子组合的影响,这与不同区域的植被状况及生态环境不同有关.在不同植被气候类型,应用时空变量、生态因子建立半参数化logistic回归模型,进行着火概率和大火蔓延概率的模拟具有可行性和实际应用能力.为进一步分析森林生态系统与火灾之间的动态关系、展开生态系统火灾干扰研究提供了理论基础.     

营养盐加富和鱼类添加对浮游植物群落演替和多样性的影响

浮游植物是水体生态系统敞水区最重要的初级生产者,其组成与多样性反映了群落的结构类型和存在状态。通过围隔实验,模拟水库春季发生的营养盐加富和鱼类放养的干扰,分析在这两种干扰下的浮游植物群落演替过程中优势种和稀有种的变化,并通过以丰度与生物量为变量的香农和辛普森多样性指数的计算,分析浮游植物群落演替过程中的多样性变化特征。结果表明,营养盐加富干扰下的浮游植物群落的优势种变化和演替更为明显,营养盐加富与鱼类添加对浮游植物群落多样性变化的影响符合中度干扰理论。在优势种优势度变化较大的浮游植物群落演替过程中,多样性指数与浮游植物生物量有较高的负相关性。在浮游植物群落演替过程中,香农和辛普森多样性指数的变化趋势基本一致,采用丰度与生物量为变量的两种多样性指数的计算结果对实验系统中浮游植物群落多样性的分析结果没有明显的影响。