植被光合呼吸模型在长白山温带阔叶红松林的优化及验证

植被光合呼吸模型(VPRM)关键参数的确定和优化是准确计算生态系统净CO_2交换(NEE)的基础。利用中国通量观测研究联盟(China FLUX)长白山站温带阔叶红松林2005年的通量观测资料,对VPRM的4个参数(最大光能利用率ε_0、光照为半饱和条件下光合有效辐射值PAR0和呼吸参数(α、β))进行优化,并使用2006年的观测资料对参数优化前后的模拟结果进行评估。结果表明:参数优化后,VPRM能够较好地模拟长白山地区2006年植物生长季NEE的变化。对30min NEE模拟的平均误差为-1.81μmol m~(-2)s~(-1),相关系数为0.72,模拟NEE平均日变化的峰值约为观测值的91%,相关系数为0.97。但在植物非生长季模型对森林NEE的模拟效果较差。模型模拟30min NEE的平均误差为0.39μmol m~(-2)s~(-1),相关系数仅为0.10,并且模拟低估NEE平均日变化白天吸收峰值约82%,日变化模拟值与观测值的相关系数为0.50。通过分析不同天气个例,发现模型可以较好地模拟晴天条件下NEE的变化,而对阴雨天NEE的模拟误差较大。该研究有利于提高VPRM模型对温带落叶阔叶林NEE的模拟能力,对进一步改进区域陆地NEE的模拟具有重要意义。     

基于MaxEnt模型的道路对朱鹮繁殖地的影响

道路对野生动物适宜繁殖地影响的定量研究是目前道路生态学领域有待深入的内容之一.本文以国家一级保护动物朱鹮为研究对象,利用物种分布模型(SDM)中MaxEnt模型,通过对影响朱鹮繁殖地的环境变量进行自相关分析,剔除自相关系数大于0.8的环境变量,最终选择了10个环境变量为朱鹮繁殖地的影响因子,分别为最冷季度平均气温、景观类型、归一化植被指数、坡度、坡向、距水体距离、距水田距离、距高等级公路(县级及以上道路)距离、距低等级公路(乡镇和林间道路)距离、距居住地距离.通过对环境变量的贡献率进行分析表明: 最冷季度平均气温、景观类型以及距水田距离、距高等级公路距离是影响朱鹮筑巢的主要因子.分别研究了含道路变量(情景Ⅰ)、不含高等级公路(情景Ⅱ)以及不含低等级公路(情景Ⅲ)3种情景下朱鹮繁殖地适宜区分布.结果表明:道路对朱鹮繁殖地干扰影响显著,高等级公路的影响比低等级公路大,高等级公路和低等级公路的存在分别使朱鹮繁殖地适宜区的面积减小了66.23和35.69 km².朱鹮筑巢对高等级公路有明显的回避效应,平均回避距离为1500 m.本研究对未来制定朱鹮的保护管理措施具有重要意义,同时可为工程建设项目对野生动物的环境影响定量评价提供应用示范.     

Optimization and evaluation of vegetation photosynthesis and respiration model using the measurements collected from the forest site of subtropical coniferous-evergreen

 碳循环模型参数的确定和优化对生态系统净CO₂交换(NEE)的模型计算至关重要。该文利用2010–2012年ChinaFLUX千烟洲站点的通量观测资料, 对植被光合呼吸模型(VPRM)的参数进行了优化。通过比较两种不同的拟合方案, 发现利用传统光响应方程得到的参数不适用于VPRM, 而利用模型自身反演方案拟合得到的参数最大光量子效率(λ)达0.203, 大于C₃植物平均值, 但与其他相关研究结果吻合。采用VPRM模型反演方案优化得到的参数后, VPRM能较准确地模拟千烟洲站不同季节的NEE。其对全年半小时NEE模拟的平均误差为–0.86 μmol·m^–2·s^–1, 相关系数为0.72。模型可准确地模拟生长旺季NEE平均日变化, 但低估了非生长旺季白天吸收峰值约52%。通过个例分析发现, VPRM模型可以准确模拟晴天条件下NEE的时间变化, 但对阴雨天条件下NEE的模拟还存在较大的不确定性。该研究将有助于进一步改进CO₂通量及浓度的区域数值模拟。     

南京城市街区湿球温度时空变化特征及其影响因子

全球气候变化和局地城市热岛加剧了城市热胁迫问题,但针对城市街区的研究仍不多见。湿球温度指示气温和湿度的综合效应,能更准确地反映人体热舒适度。本研究以南京市江北新区为对象,在不同时段、季节和天空状况下,基于移动观测方法获取气温、相对湿度和地理信息等数据,分析了街区尺度湿球温度的时空分布特征;结合天空状况、地表覆盖和城市形态指标(天穹可见度),探究了城市街区湿球温度的影响机制。结果表明: 1)南京城市街区湿球温度的时空特征与气温较为一致;与水汽压相比,气温对湿球温度的变化起主导作用;该地区湿球温度的极端高值主要是由于气温和水汽压协同增长所致。2)天穹可见度在白天与湿球温度呈显著正相关,夜间为负相关关系。植被覆盖比率的增加能够降低湿球温度,不透水面则呈现相反的作用。阴天条件下,湿球温度明显降低并且空间分布更均匀。3)植被和不透水面对湿球温度的水平尺度效应存在昼夜和季节差异,并且在夜间这一效应对天空状况更敏感;与植被相比,冬季夜间不透水面的影响范围比夏、秋季更大;两者对湿球温度的水平尺度效应与气温一致。研究结果可为改善和优化城市街区热环境、缓解城市热胁迫提供有效的科学支持和理论依据。     

箱体特征对箱式法观测水-气界面CO2和CH4通量的影响

箱式法是广泛运用于内陆水体CO₂和CH₄通量监测的重要方法,但各研究中使用的箱体特征存在差异,箱体设计缺少统一标准,从而会影响观测结果。为明确箱体透光性、箱体内外气压差以及箱体内气体混合状态对水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响,本研究基于多通道闭路式动态箱观测系统,分别对比明箱和暗箱、箱体是否配备气压平衡阀及风扇对养殖塘水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响。结果表明: 夏季白天观测期间,与可观测CO₂实际通量的明箱相比,当CO₂呈现排放状态时,暗箱高估了90%的CO₂通量;当CO₂呈现吸收状态时,暗箱低估了50%的CO₂通量。暗箱测得的CH₄扩散通量比明箱低40%。箱体内气压是否与外界气压保持平衡对CO₂和CH₄通量影响均不显著。无风扇的箱体观测的CO₂通量代表性较差,在本研究中较有风扇的箱体高20%。无风扇的箱体难以区分不同途径排放的CH₄通量。在运用箱式法观测水-气界面CO₂、CH₄通量时,应使用透明箱体,并在其中安装风扇辅助气体混合。     

涡度相关观测的太湖CH4通量数据插补方法评价

涡度相关法是在湖泊开展CH₄通量长期连续观测的重要方法。受到多种因素的影响,CH₄通量观测数据存在大量缺失。为重构完整的CH₄通量时间序列,就需要适宜的数据插补方法。本研究利用太湖涡度通量观测网络东部的避风港站点2014—2017年的常规气象数据及涡度相关观测的CH₄通量数据,在分析半小时尺度以及日尺度CH₄通量影响要素的基础上,测试了非线性回归法以及随机森林算法和误差反向传播算法在半小时尺度及日尺度上插补CH₄通量缺失数据的可行性。结果表明: 在半小时尺度上,避风港站生长季CH₄通量主要受到底泥温度、摩擦风速、气温、相对湿度、潜热通量和20 cm处水温的影响,非生长季主要受到相对湿度、潜热通量、风速、感热通量和底泥温度的影响,而在日尺度上CH₄通量主要受潜热通量和相对湿度的影响。在对CH₄通量缺失数据的插补中,随机森林模型在所有时间尺度上都表现为最佳的插补性能,其中,将日序、太阳高度角、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压和风速作为输入变量的随机森林模型更适用于半小时尺度缺失数据的插补;将日序、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压、风速和向下短波辐射作为输入变量的随机森林模型更适用于日尺度缺失数据的插补;整体上,插补模型对日尺度缺失数据的插补优于半小时尺度。     

植被-地温指数(NDVI-LST)在新疆干旱监测中的适用性

采用MODIS归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和地表温度(Land Surface Temperature,LST)产品数据分析新疆2000—2015年生长季3阶段NDVI与LST的时空变化特征及相关关系;利用多元线性回归方法分析不同时期影响NDVI-LST相关关系的气象因子;并按不同土地覆盖与土地利用(Land-Use and Land-Cover Change,LUCC)类型分析NDVILST相关关系时空变化特征。结果表明:(1)生长季3时期LST与NDVI均存在显著相关关系,可利用两者的特殊关系进行干旱评估。(2)不同时期气象因子对NDVI-LST相关关系影响程度不一;并且不同LUCC类型的NDVI-LST相关关系也存在明显差异。(3)在生长季中期利用植被健康指数(Vegetation Health Index,VHI)对新疆大部分地区的植被健康和干旱进行监测是可行有效的,而初期与末期的干旱评估需要利用其他干旱指数进行补充研究。     

散射辐射对亚热带人工针叶林光能利用率的影响

地表接受的太阳辐射中散射辐射的改变是影响森林生态系统光能利用率(Light Use Efficiency,LUE)的重要因素。以千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象,利用30 min通量和常规气象观测数据,以晴空指数(kt)和地表接受的散射辐射(S_f)占太阳总辐射(S_0)的比值(S_f/S_0)为指标,分析了2003—2012年生长旺季(6—8月)散射辐射变化对千烟洲亚热带人工针叶林光能利用率的影响,并利用改进的光响应曲线模型分析了散射辐射变化对植被光合特性的影响。研究结果表明:2003—2012年生长旺季中,kt在0.6—0.7范围内的LUE比kt在0.4—0.5范围内的LUE平均减少了44.66%;S_f/S_0在70%—85%之间的LUE比S_f/S_0在55%—70%之间的LUE平均提高了22.24%。由此可以看出,与晴朗天空相比,多云及气溶胶增加导致的散射辐射增加可使该生态系统的LUE提高。并且,未受到高温干旱影响的2005、2006、2008、2009、2010及2012年散射辐射下该生态系统的初始量子效率αf比直接辐射下的αr平均增加了0.63 g CO2/mol;而10年间所有年份散射辐射下的光饱和时的潜在最大光合作用速率比直接辐射下平均提高了0.81 mg CO_2m~(-2)s~(-1),说明散射辐射可使该生态系统植被光合能力提高。     

重组酶介导等温核酸扩增方法快速检测土壤沙门氏菌

【背景】沙门氏菌(Salmonella)是一种可以引起人畜患病的致病菌,也是最主要的食源性细菌之一。土壤中的沙门氏菌可通过蔬菜等植物进入人体,引发食物中毒。但由于土壤性质及其他微生物的干扰,如何快速甄别土壤是否受到沙门氏菌的污染仍是一个难题。【目的】建立一种快速、灵敏检测土壤沙门氏菌的实时重组酶介导等温核酸扩增(Real-Time Recombinase Aided Amplification,RT-RAA)方法。【方法】针对沙门氏菌invA基因序列设计特异性引物和探针,构建含有invA基因待检片段的重组质粒,评价RT-RAA方法的灵敏度;分别以肠炎沙门氏菌、大肠杆菌、福氏志贺氏菌和金黄色葡萄球菌的基因组DNA为模板,评价RT-RAA方法的特异性;RT-RAA方法用于番茄、生姜土壤中沙门氏菌的检测,同时用平板培养法进行验证。【结果】RT-RAA方法可用于重组质粒中invA基因片段的检测,在39℃条件下,20 min内即可获得检测结果,最低检测质粒拷贝数为10拷贝/反应,而且与大肠杆菌、福氏志贺氏菌和金黄色葡萄球菌无交叉反应。土壤样品DNA的RT-RAA检测结果显示,供试番茄土已被沙门氏菌污染,而生姜土则没有,与平板培养结果一致。【结论】RT-RAA方法具有灵敏度高和特异性强的特点,可用于土壤沙门氏菌污染的快速检测。     

利用次溴酸盐氧化结合盐酸羟胺还原法测定大气气溶胶样品铵态氮同位素

硝酸铵、硫酸铵和硫酸氢铵等铵盐作为PM_2.5中主要的二次无机气溶胶污染物,在灰霾形成过程中发挥了重要作用.关于其来源及转化过程的研究备受关注.本文在前人研究基础上,基于稳定同位素分析技术改进了样品进样量,增加了调节浸提液pH的步骤,给出了一种能够快速、准确测量大气样品中铵态氮同位素的化学转化方法.即向含有0.25 μg·mL^-1铵态氮的4 mL大气气溶胶滤膜样品浸提液中加入碱性次溴酸盐溶液,使铵盐(NH₄⁺)氧化为亚硝酸盐(NO₂^-);然后通过调节pH值,在 pH<0.3 的条件下,使用盐酸羟胺将亚硝酸盐(NO₂^-)还原为氧化亚氮气体(N₂O),最终通过Precon-GasBench-IRMS系统的连用实现大气气溶胶样品中的铵态氮同位素的测定.该方法所需进样含量低,避免了剧毒易制爆试剂的使用,重复测试精确度可达到0.2‰(n=10).通过调节大气气溶胶滤膜样品浸提液的pH可提高还原效率(约100%).测量精确度和准确度满足了大气气溶胶中颗粒态铵的测定,有助于进一步开展大气铵盐的来源、化学转化过程、传输沉降等研究.