基于GIS的基因表达图谱模型的建立与应用

本文在合理假设的基础上,根据2010年全国研究生数学建模竞赛A题提供的数据及相关信息,在GIS的支持下构建了基因表达图谱模型(简称GEPM),并对其进行空间分析,从而达到对肿瘤识别信息基因提取的目的。结果表明,在参与分析的1 991个基因中,有7个基因可以作为肿瘤识别的信息基因;通过GIS技术构建GEPM对于肿瘤的识别与诊断是可行的。因此,通过本文的研究为基因的识别和研究提供了新的方法。     

黄土丘陵沟壑区农林草地土壤热量状况及植被生长响应——以燕沟流域为例

利用CoupModel模型模拟了黄土丘陵沟壑区燕沟流域刺槐(Robinia pseudoacacia)林地、辽东栎(Quercus liaotungensis)林地、荒草地、农地等7种土地类型的土壤热量状况,分析了不同植被类型的潜热通量、感热通量、土壤热通量以及植被生长对土壤热量的响应.结果表明,农地潜热通量较小,林地和荒草地潜热通量较大,各地类潜热通量季节变化规律基本一致.潜热通量是黄土丘陵区土壤-植被-大气系统能量的主要支出项,占总净辐射的72.1%～81.4%以上;感热通量变化振幅相对较小,占总净辐射的16.4%～26.4%;土壤热通量仅占总净辐射的1.4%～2.4%,但直接影响土壤温度的变化速度和变化时间.试验地各地类地表温度随季节的变化趋势均呈单峰曲线型.2～7月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的增大而升高,9月到翌年1月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的减小而降低,但累积土壤热通量的变化滞后于土壤温度变化.同一植被类型条件下,阳坡土壤温度年变幅显著高于阴坡.在阴坡,0cm、10cm、20cm深土壤温度年变幅农地＞阴坡荒草地＞阴坡辽东栎林地＞阴坡刺槐林地;在阳坡,阳坡荒草地＞阳坡刺槐林地＞阳坡辽东栎林地.阴坡刺槐林地、阴坡荒草地和农地0～20cm土壤温度达到5℃以上的时间比阳坡刺槐林和阳坡荒草地推迟1周左右,根系开始生长活动的时间也推迟1周左右;而阴坡辽东栎林地则晚于阳坡辽东栎林地5d左右,根系开始生长活动的时间也较阳坡辽东栎林晚5d左右.出叶时间阳坡刺槐林和阳坡荒草地植物比阴坡刺槐林、阴坡荒草地和阳坡辽东栎林的早1周左右,比阴坡辽东栎林早12d左右.     

黄土高原21种造林树种的苗木根系活力与土壤含水量关系的研究

通过盆栽试验,测定了不同水分条件下21种苗木的根系活力状况,结果表明：各种苗木可以在一定的土壤干旱范围内适应环境变化。但当土壤含水量低于一定的临界值后,苗木根系将逐步丧失其活力和功能,最终地上部分死亡。苗木的根系活力不仅与土壤含水量有关,而且能在短时间内适应干旱,从而维持较高的根活力水平。在试验苗木当中,耐旱性较强的树种有：山杏、软枣、核桃、枣树、桑树等(经济树种)和国槐(阔叶树种)、侧柏(针叶树种)及紫穗槐、大叶黄杨(灌木)等,其中山杏、软枣、核桃、桑树、侧柏则表现更为突出。     

农果复合系统营养物质的盈亏平衡特征

采用盈亏平衡分析方法,对黄土高原南部3个村农果复合型生态农业的营养物质平衡进行了研究.结果表明,施肥是农果复合生态系统营养物质的主要输入途径.输入的营养物质中,化石能所占比重较大,而有机肥投入相对不足.农果复合生态系统内用于循环的N、P、K仍远低于营养物质N、P、K的输出量.3村营养物质的产投比虽有差异,但总体水平仍很低.     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米(Zea mays)不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数玉米冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了玉米不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了三者与玉米叶面积指数和降雨强度的关系,阐明了玉米冠下穿透雨的空间分布特征。结果表明:玉米冠下穿透雨量占冠上总降雨量比例为30.97%—94.02%,平均为63.92%;茎秆流量占降雨量比例的变化范围为5.68%—75.70%,平均为35.28%;冠层截留量在其全生育期内变化范围为0.02—0.43 mm,平均为0.16 mm,所占总降雨量比例最大仅为1%。随玉米生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。穿透雨与茎秆流呈现此消彼长的关系,其中穿透雨率平均由93.55%降至36.23%;茎秆流率平均由5.98%增加至70.42%。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是二者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著(P0.05)。随着玉米生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,使降雨经过冠层后趋于向行中汇集,但在玉米生长后期,集中于行中的穿透雨量也因叶片衰败而随之降低。揭示了玉米对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用、农田生态水文过程机理和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

黄土高原中南部农果复合型生态农业生产力特征

以黄土高原中南部的西坡、飞马河和南沟3村为对象,研究了农果复合型生态农业的生产力特征.结果表明,（1）同一植物各器官的生产力果实最大,茎叶次之,根最小;（2）农果复合型生态农业中,农业子系统越发达,系统生物生产力越高,经济生产力越小,经济产值越低;果业子系统越发达,系统生物生产力越小,经济生产力越高,经济产值越高;（3）畜牧业子系统生产力均处于相对较低的水平,制约了系统总生产力的提高.     

黄土山地苹果树树体不同方位液流速率分析

精准确定果园蒸腾耗水规律是进行果园水肥管理的基础.论文采用热扩散式边材液流茎流探针和微型自动气象站组成的测定系统,对陕北黄土山地苹果树树干液流及相关指标进行了连续观测,分析了不同方位探针树干液流速率的测定结果.结果表明:果树不同生长阶段,液流速率变化较大,白天蒸腾速率较大,蒸腾量占全天蒸腾量均在86.29％以上;不同方位探针测定结果差异明显,东、西向探针测定结果较为接近,南、北向测定结果差异较大;不同方位探针测定边材液流量与参考作物蒸散量的线性模型表明,东、西向探针测定液流量与参考作物蒸散量关系密切,决定系数分别达0.74和0.83,方差分析均方比分别为78.21和137.85,其相关性明显优于南、北方向;比较以水量平衡计算得出的苹果树耗水量,东、西向探针测定的苹果树蒸腾量与水量平衡计算结果较为接近,均方比分别达到14.11和14.57,显著性水平分别达到0.020和0.019,明显高于南北方向探针测定结果.测定苹果树液流量时,选择东面或西面安装液流计探针,可有效减小试验误差.     

黄土沟壑区小流域景观格局演变及生态服务价值响应

以黄土沟壑区典型小流域泥河沟为研究区,基于1986年的彩红外航空相片、2002年SPOT影像、2016年GF-1卫星影像的解译结果和社会经济统计数据,利用景观指数、土地利用程度、信息熵等方法分析了该流域近30年的景观格局演变规律,并借鉴生态服务价值当量估算法定量探讨了生态系统服务价值的变化特征。结果表明:(1)近30年来研究区土地利用景观格局发生了显著变化,除了林地和建设用地景观面积增加,耕地、园地、未利用地均有不同比例的减少。(2)流域内景观整体破碎度减少,优势斑块的连通性呈增加趋势。(3)土地利用程度整体呈上升趋势且高于全国平均水平231,土地利用信息熵先减少后增加,流域景观经历了"无序-有序-无序"的变化。(4)研究期内流域的总生态系统服务价值呈持续上升趋势,单项生态服务功能主要为土壤形成与保护、废物处理、水源涵养和生物多样性保护。高分辨率卫星影像为流域景观格局演变和生态服务价值分析提供了较为详细的数据支撑。     

黄土丘陵区三种典型退耕还林地土壤固碳效应差异

探讨了黄土丘陵区退耕种植10—40a的柠条、沙棘及刺槐林地土壤总有机碳库及其活性组分密度随退耕时间、土层分布及相对比例的变化差异。结果表明:100 cm深土壤碳库在退耕10a时仅柠条林地碳库未比坡耕地显著增加,但退耕20—40a3种林地比退耕10a时都已有显著增加,且增幅均为刺槐>沙棘>柠条,其中总有机碳的最大增幅分别达到90.92、27.87、14.89Mg/hm2,活性有机碳的分别达到30.28、10.51、9.67 Mg/hm2。各还林地碳库增加在退耕10a时主要来自0—40 cm浅层土,而40—100 cm深层土碳库到退耕20a起才开始显著增加。对比退耕10a时,到退耕40a时柠条、沙棘及刺槐林地0—20 cm表层土分别平均累积了35.4%、27.9%、27.1%的总有机碳,20.2%、45.1%、23.1%的活性有机碳,而20—100 cm各土层间对碳库累积比例大小变化无一致规律,平均每20 cm厚土层累积了17.4%的总有机碳和17.6%活性有机碳。并且相比坡耕地,各林地均使100 cm深土壤活性有机碳占总有机碳的比例提高,改良了碳库质量。综上分析,长期退耕下3种林地固碳效应有明显差异,以刺槐林地碳累积效应较强。     

毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征

以1991、1999和2007年TM/ETM+影像为数据源,利用RS和GIS技术提取研究区植被覆盖度信息,将其按地貌分区,计算景观格局指数,分析植被景观格局变化特征.结果表明:(1) 1999年是研究区16a植被景观结构变化的转折点,植被覆盖状况前期恶化后期好转.1991-1999年两区极低和低级植被覆盖度占绝对优势,继续增强,风沙区55％-70％,丘陵区70％-80％.高等级比例均在5％以下,持续下滑.2007年两区的优势级别提升为低级和中级,风沙区比例55％,丘陵区70％.极低级别比例减小,风沙区40％-20％,丘陵区50％-15％.高级比例不同程度增大.(2)1999年前后植被景观格局反向演变,两区变化趋势基本相同程度不同.植被多样性和均匀度先减小后增大,等级问交替分布规律先弱后强.风沙区景观形状由复杂到简单,破碎度先增后减;丘陵区破碎度持续增大,形状变化微小.整体上来看,风沙区植被多样性高整体性好,植被均匀度指数大,交替分布规律明显,丘陵区植被格局较差.但外界对风沙区的干扰比丘陵区强烈.(3)植被景观格局演变过程中始终保持多核心模式,核心面积、形状甚至类型发生不同程度的变化.风沙区核心多为无植被斑块,丘陵区多为高植被覆盖度斑块.核心外围植被分布具有梯度性.