广义可加模型在R中的快捷实现及蓝藻水华预测分析中的应用

广义可加模型(generalized additive models,GAM)适用于响应变量与解释变量之间的关系是非线性或非单调的数据分析,近年来在生态学中受到越来越多的关注。本文利用太湖湖泊生态系统研究站的监测数据,在RStudio集成编程环境下通过R对数据进行预处理、确定连接函数、对模型进行筛选以及评估等步骤,运用GAM分析了环境因子对微囊藻生物量的影响。结果表明,水温、总磷、化学需氧量以及电导率是影响太湖微囊藻生物量的4个关键环境因子。分析过程中,通过自编函数能有效地减少编程过程中的代码输入工作;R+RStudio是高效、快捷的编程环境。     

水氮添加条件下高寒草甸主要植物种氮素吸收分配的同位素示踪研究

资源利用方式的分化可以减小物种间对相同资源的竞争,是群落物种多样性维持的主要机制。在全球变化背景下,土壤温度和水分条件的变化可能影响高寒草甸生态系统植物的氮素(N)营养。该实验在经N、水处理3年的高寒草甸开展,通过15NH415NO3的15N稳定性同位素注射,比较高寒草甸主要植物种对N、水处理的响应方式,以及N吸收能力、分配和根冠比特点,研究其营养吸收和资源分配方式的分化。结果发现不同植物种对N、水处理响应差异显著,N吸收能力、根N含量和根冠比等功能性状种间差异显著;回归分析发现植物种N吸收能力和根N含量之间的关系不显著,和根冠比之间呈显著线性负相关。说明高寒草甸生态系统不同植物种间N吸收具有生态位分化,并且存在N营养吸收能力和资源分配策略的权衡。     

不同水分条件下春小麦能量利用与密度的关系

密度制约是植物种内竞争效应之一.叶面是植物与外界环境交换物质、能量的有效渠道之一,叶面积指数是植物种群资源利用率和维系植物碳平衡的重要指标.以叶面积指数为测度,测定不同土壤水分条件下叶面积指数与密度间的关系来判定春小麦有效能量利用与密度间的关系,并得知小麦在营养生长期（抽穗期以前）各水分条件下的叶面积指数均随种植的密度递增,而在抽穗期叶面积指数明显下降,在高密度区（4000～10000）尤为明显,且密度1000～10000的叶面积指数趋于稳定.从拔节期到成熟期水分条件正常的叶面积指数比干旱处理的明显要高,而且主要表现在高密度区,但是它们的变化趋势基本一致.结果表明春小麦的穗粒数、千粒重和产量的变化趋势也是和叶面积指数一致的,这充分反映了叶面积指数与植物种群资源利用率或生物量有着密切的关系,同时表明干旱胁迫抑制了植物群落的能量利用.因此,对植物叶面积的研究将对探讨植物物质能量交换的平衡规律具有重要的意义.     

民勤绿洲荒漠过渡带植物白刺和梭梭光合特性

研究了民勤绿洲荒漠过渡带两种优势植物白刺(Nitrariatangutorum)和梭梭(Haloxylonammodendron)气体交换特征参数和叶绿素荧光参数的日变化,结果表明:梭梭同化枝日均净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、水分利用效率(WUE)和早晨PSII最大光化学效率(Fv/Fm)明显低于白刺叶片;同时它们在中午都呈现明显的光合“午休”现象。通过气孔限制值(Ls)、胞间二氧化碳浓度(Ci)和叶绿素荧光参数(Fv/Fm)变化趋势分析表明:梭梭同化枝净光合速率的下降在9:00~12:00主要是由于气孔关闭引起的,而在12:00~15:00主要是非气孔因素光抑制的影响;而白刺叶片光合速率的下降主要是气孔关闭引起的。同时,梭梭在一天中其同化枝的温度(Tleaf)高于大气温度尤其在中午差值更大,而白刺叶片的温度却低于大气温度,因此说明梭梭同化枝在中午不仅遭受着干旱和强光的胁迫而且面临严酷的高温胁迫。总之,在绿洲荒漠过渡带生境中白刺比梭梭具有更好的适应性,这可能是民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭林衰退的重要原因之一。     

湖泊蓝藻水华发生机理研究进展

蓝藻水华是富营养化湖泊常见的生态灾害,通过产生毒素、死亡分解时使水体缺氧和破坏正常的食物网威胁到饮用水安全、公众健康和景观,会造成严重的经济损失和社会问题,揭示其发生机理是进行防治的基础。综述了蓝藻水华发生机理的主要假说和证据,主要分为环境因子(营养盐、氮磷比、温度、微量元素、浮游动物牧食、水文和气象条件等)和生理生态特性(伪空泡、胶质鞘、CO2浓缩机制、适应低光强、贮藏营养物质、防晒、产毒素和固氮等)两个方面;评述了主要新理论,展望了今后的研究。到目前为止的研究表明寻找一两个关键因子并不能阐明蓝藻水华的发生机理。现存的理论或假说尽管已经在蓝藻水华的防治实践中产生重要作用,但仍然未能清楚地阐释其发生的客观规律。认为蓝藻水华是在各种环境因子(外因)的耦合驱动下,水华蓝藻由于其独特的生理生态特性(内因),产生巨大的生物量而在浮游植物群落中占绝对优势,在合适的水文气象条件下集聚于水表而形成。因此水华机理的研究应同时关注水华蓝藻的生理生态学规律和蓝藻水华发生的各种环境条件。不同环境因子协同影响水华蓝藻的不同生理生态特性的表达,从而影响水华的发生过程,将可能是以后研究的重点。蓝藻水华机理的研究在微观方面正趋向于应用分子生物学手段分析蓝藻生理过程,宏观方面则将广泛应用遥感遥测技术观测全湖蓝藻的变化规律。今后加强对水华蓝藻生理生态特性的基因表达与调控和环境多因子耦合作用于蓝藻水华过程的研究将有重要意义。蓝藻水华的机理研究包括现象、过程和原因3个层次的问题,通过大量的现象和过程的研究,不断揭示其发生过程中水华蓝藻的群落演替、种群发展、细胞活性和分子机理等变化规律,才能找到其发生的真正原因,为其防治提供理论依据和更好的治理措施。在蓝藻水华防治方面,控制营养盐和生态修复可能将是今后很长时间内最根本最有效和最具操作性的方法。     

黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物丰富度格局及其影响因子

生物多样性的大尺度空间分布格局及其形成机制一直是生态学和生物地理学的核心内容。黄河流域是我国重要的生态屏障, 明确该区域动植物多样性分布格局及其影响因素, 对我国黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。本研究通过收集黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物分布数据, 结合气候、环境异质性和人类活动等信息, 探讨了黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度格局及其主要影响因素。结果表明, 黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度在区域尺度具有相似的分布格局: 南部山地动植物物种丰富度最高, 而东部高寒区和北部干旱区物种丰富度最低。回归树模型表明, 冠层高度范围和净初级生产力范围分别是黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度最重要的预测因子; 当移除空间自相关影响后, 环境异质性和气候因子依然对区域尺度的动植物物种丰富度具有较高且相似的解释度。表明环境异质性和气候共同决定了黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度格局, 而人类使用土地面积并不是影响黄河流域动植物物种丰富度格局的主要因子。因此, 在未来的研究中若针对不同区域筛选出更精准的环境驱动因子或选用更多不同类别的环境异质性因子进行分析, 将有助于更深入理解物种多样性格局的成因。     

代谢速率调控物种丰富度格局的研究进展

提出生物多样性分布格局的普适性理论和探索其内在形成机制一直是生态学家们研究的焦点之一.到目前为止,已有很多假说被用来解释生物多样性分布规律,但是这些假说的普适性均受到学者们的质疑.最新理论--代谢速率假说以能量相当法则和代谢分形分配网络模型为基础,定量预测了个体及种群生态进化动态过程与群落生物多样性分布格局之间的关系,以及物种丰富度和环境因子之间的关系.代谢速率假说解释了生物多样性的起源问题,也回答了生物多样性如何维持的问题.该文重点综述了代谢生物多样性理论的发展及其相关研究进展.通过和其他假说比较、分析,我们认为随着代谢理论假说的不断发展和完善,代谢生物多样性理论将更具有普适性.同时我们也提出了进一步完善该假说需要解决的一些科学问题.     

植物对称性竞争与非对称性竞争研究进展及展望

植物个体间的竞争是植物种群和群落中的普遍现象, 一直是生态学家关注的焦点, 尤其是植物在生长过程中与邻体的地上竞争。在环境水分胁迫或营养胁迫条件下, 植物根系间的地下竞争同样重要。然而, 有关植物体地上、地下竞争模式的相关理论一直存在分歧和争论。该文扼要介绍了植物地上、地下竞争的概念及模式, 简要阐述了植物对称性竞争与非对称性竞争相关研究的理论模型及其检验方法, 概述了影响植物间竞争甚至改变竞争模式的主要因素及其意义, 讨论了研究物种对称性竞争和非对称性竞争的模式和机制对生态学其他研究领域的影响和重要意义, 并对植物对称性竞争与非对称性竞争的相关研究进行了展望。     

宏观生态过程的代谢调控研究进展

宏观（生态学）和微观（分子生物学）生命科学的交汇犹如两翼的联动将带动生命科学再次腾飞.综述了由宏观生态过程和代谢的个体大小依赖的定量规律为核心的代谢生态学相关研究进展.在综合分析最新动态和我们研究心得的基础上,建立了植物有效资源与耦合的光、水分和化学营养元素间关系的立方体模型,明确提出了生态过程（或代谢）速率是环境资源、现有生物量（反应器）和分子系统三要素相互作用结果的规律,并预测作为宏观生态过程与微观生物学的交汇点,代谢生态学的发展有可能带动生命科学的整合和进一步腾飞.     

溶微囊藻细菌的富集筛选及其菌群结构特征

利用铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)作为溶藻对象富集、筛选, 获得一个稳定的溶藻菌群。采用叶绿素、PCR和变性梯度凝胶电泳(DGGE)方法研究溶藻过程及其细菌种群结构的变化。结果显示, 富集的溶藻菌经1×10-5稀释后仍有显著溶藻效果。Rubritepida菌C1、假单胞菌C2和鞘氨醇单胞菌C3是存在于铜绿微囊藻中的3种伴生细菌。加入富集的溶藻菌群后, 菌群结构发生明显的变化, Rubritepida菌C1、假单胞菌C2消失, 混合菌群包含未培养黄杆菌A2、鞘氨醇单胞菌C3和噬氢