应用自组织映射方法的北京市2005-2013年土地利用时空演变分析

时间序列土地利用时空演变规律分析是当前的研究热点之一，通过应用自组织映射神经网络方法进行多时间序列土地利用变化时空一体化表达与演变规律分析，探索区域土地利用变化模式。基于北京市2005、2007、2009、2011、2013年5期土地利用遥感分类数据，构建自组织映射神经网络并利用其聚类和降维可视化功能对5个年份的土地利用数据同时进行训练输出，发现建设用地、耕地、林地、牧草地、园地的聚集模式，并通过对输出神经元进行二次聚类以及土地利用变化轨迹分析，获得北京市郊区5个监测时相土地利用变化的时空演变特征。结果揭示出北京市郊区2005-2013年土地利用变化具有明显的耕地型向建设用地型发展的平原区演变特征，以及向林地型发展的山区演变特征，且各区的发展具有时间上的顺序性；总体上形成6类土地利用演变轨迹。     

基于翻转课堂的环境生物学实验PBL教学设计与实践

基于翻转课堂理论,结合以问题为基础的学习(Problem-based learning,PBL)教学法的"问题设置"、"问题解决"等特点与优势,构建了适用于实验操作类课程的教学模式,并以"水体疑遭粪便污染"这一实际问题作为情景进行的综合设计性实验为例,对高等教育环境相关本科专业基础课程"环境生物学实验"进行了创新性教学设计和实践。该教学模式通过课前准备、课中实施和课后反馈3个过程对实际问题进行分析和解决。课前准备包括教学团队针对实际问题设置若干相关实验场景,制作和搜集相应教学视频等教学资源,安排学生学习和完成任务;课中实施时教师直接指导学生进行实验操作,强调观察和记录实验现象,提出问题引导学生思考;课后反馈为学生提交实验结果与讨论、完成巩固练习和反馈问题等。实践表明,该教学模式在一线教学中行之有效,能取得较好的教学效果,值得推广。     

京津冀城市群城市化强度与生态韧性的耦合协调分析

探索市域尺度与格网尺度下城市化强度与生态韧性之间的作用机制，对提高生态韧性水平、提升城市发展质量、促进城市群可持续发展具有重要意义。以京津冀城市群为研究区，基于2000—2020年土地利用数据、人口密度数据和社会经济数据，尝试构建一套完整的城市化强度与生态韧性指标体系。利用景观安全度模型修正了“规模-密度-形态”生态韧性方法，以市域尺度与格网尺度对比分析为手段，结合耦合协调度模型与Tapio解耦模型，探究二者的时空分异格局及协同演化特征。结果表明：(1)不同尺度下，城市化强度和生态韧性在全局上变化趋势相反且错位关系明显，北京、天津城市化强度高而生态韧性较低；格网尺度下，城市化强度与生态韧性的分布形状存在差异：城市化强度多呈现中心-外围空间分布，生态韧性呈多样化、零散化特征。(2)不同尺度下，城市化强度与生态韧性的耦合协调度逐年增强，北京、天津最高，廊坊、石家庄、衡水、沧州次之，邯郸、邢台相对较低；格网尺度下，局部区域出现特殊现象：北京、天津中部出现初级协调、轻度失调；邯郸、邢台小部分区域达到良好协调。(3)城市化强度与生态韧性的脱钩关系处于良性发展状态，弱脱钩、扩张负脱钩呈上升变化，而...     

木质纤维素燃料乙醇蒸馏废水的高温厌氧处理及菌群结构分析

【目的】为开发高效的高浓度木质纤维素燃料乙醇蒸馏废水厌氧处理及资源化利用工艺,以活性炭为载体,在实验室规模上对高温厌氧流化床反应器处理木质纤维素燃料乙醇蒸馏废水进行研究。【方法】反应器经65 d梯度驯化后启动,对工艺参数进行一系列优化,并通过基于16S rRNA基因的分子生态学技术分析厌氧污泥中的优势菌群。【结果】实验获得了最优的反应条件和处理效果:厌氧流化床反应器(Anaerobic fluidized bed reactor,AFBR)在温度55±1°C、有机负荷率(OLR)13.8 g COD/(L·d)及水力停留时间(HRT)48 h操作时,COD去除率达到90%以上,同时甲烷产率达到290 mL/g COD;菌群鉴定分析结果显示高温厌氧活性污泥中Clostridia所占比例最大,产甲烷菌属以Methanoculleus和Methanosarcina为主,其它功能菌群主要为Alphaproteobacteria等。【结论】AFBR反应器可高效降解木质纤维素燃料乙醇蒸馏废水并产生生物能源甲烷,其反应体系内微生物种类丰富。     

考虑滑坡敏感性的天津市蓟州区生态网络构建

随着城镇水平不断提高,人口数量不断增加,滑坡、崩塌等地质灾害频发,天津市蓟州区的景观孤岛化和破碎化现象日益严重,生物多样性减少,生态价值和生态服务功能降低。以天津市蓟州区为研究区,从自然资源、气候调节、水源涵养、生物多样性等方面考虑,选取生态源地;选取坡度、地形起伏度、坡向等滑坡孕灾环境因子,基于信息量模型,在定量分析滑坡与各孕灾环境因子关系的基础上通过地图代数计算滑坡敏感性指数,并用于修正由土地利用类型赋值得到的生态基本阻力面,基于最小费用模型提取研究区生态廊道,进而构建天津市蓟州区生态网络。研究结果表明:研究区内滑坡的空间分布主要受坡度、高程、地形起伏度以及岩土类型等因素的控制;经验证基于信息量模型计算得到的滑坡敏感性指数对研究区内的滑坡具有较强的诊断能力;基于最小费用模型,提取生态廊道23条,总长度约为129 km。通过对比分析,提取的生态廊道基本上避开了滑坡灾害的高敏感性区域,能够有效地将生态源地进行连接;生态廊道在蓟州区的空间分布存在显著的差异,主要分布在蓟州区的北部山区,生态廊道的密度较高,在蓟州区的中部和南部地区,生态廊道的分布非常稀疏。研究成果将为天津市蓟州区生态网络的优化、生态安全格局的构建提供科学依据。     

多维视角下天津市生态网络结构演变特征综合评价

以天津市为研究区,在构建2000、2010和2020年天津市生态网络的基础上,运用复杂网络的评价指标和景观格局指数并综合稳定性、均匀性和连通性指数,从源地-廊道-节点-整体多维度对其结构演变进行综合评价。结果表明: 2000—2020年间,天津市生态源地的萎缩退化现象严重且空间分布不均匀,生态廊道也越来越稀疏;景观破碎度和形状复杂度呈先上升后下降的态势;2000和2010年的廊道平均路径长度较短,生物流动效率相对较高;2000、2010、2020年重要度较高的节点数量分别占统计节点数量的35.7%、29.4%和21.4%;2020年的网络连通鲁棒性和脆弱鲁棒性均起伏较大且差异明显,网络稳定性最差;2010年的生态网络具有较高的连接性和较强的复杂程度,2000和2020年则较为一般;2000年的网络均匀程度最好,2010年次之,2020年最差。     

逆向代谢工程的最新研究进展

随着高通量测序技术的快速发展,可以快速地通过基因组尺度的序列比较,来全面、系统地探讨工业生产菌株和实验室优良菌株的遗传基础,分析基因型-表型之间的关系;同时结合准确的基因组修饰技术,完成基于全基因组突变分析的逆向代谢工程。近年来,基于全基因组突变分析的逆向代谢工程已经成功地应用于微生物优良菌株选育,成为了研究的前沿和热点。综述了近几年逆向代谢工程发展的研究方法,突变型-表型相关性分析,逆向代谢工程的最新进展及其应用,并讨论其面临的问题及挑战。     

废水处理中群体感应调控行为研究进展

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.     

基于多源遥感影像的盐碱地治理效果

将Landsat-8 OLI影像与Sentinel-2号影像结合,利用光合有效辐射比率（FPAR）,构建适用于MODIS植被总初级生产力（GPP）影像空间分辨率提高的逐层逐像元修正因子,实现内蒙古巴彦淖尔市赵贵圪旦组盐碱地农田改良前后的植被长势监测,同时结合不同深度土壤的含盐量数据,采用转移矩阵方法与热点分析方法分别分析了全局土壤含盐量变化与植被长势变化的局部差异。结果表明：（1）12-20号地块内土壤含盐量改良效果最明显,且研究区改良效果随土壤深度增加而逐渐降低。土壤深度0-20cm,盐土向中度盐土转入面积最大;土壤深度20-40cm,强度盐土向中度盐土转入面积最大;土壤深度40-60cm,强度盐土与盐土的转入面积大于转出面积,其他土壤的转入面积小于转出面积。（2）研究区内,GPP提升区域比降低区域面积约多60.36hm²,占研究区面积的42.88%;同时,对改良前植被GPP低值区域提高效果更明显。（3） GPP提升区域中热点区域集中分布在12-17、25-27、34号地块内,该区域改良效果显著;GPP降低区域中冷点区域集中分布在6、12-14、22-23、27-28、30-31号地块内,该区域改良效果差。     

格尔木长时间序列遥感生态指数变化监测

格尔木作为青藏高原重要的交通枢纽城市,其生态环境的可持续发展关系到该地区的经济繁荣与社会稳定。利用长时间序列的研究在节点选择方面缺少指向性,通常采用等间隔划分的方法来确定研究时间节点。基于此,通过Google Earth Engine(GEE)平台计算了格尔木近30年(1990—2019年)的遥感生态指数(RSEI),并使用非参数统计方法——Mann-Kendall突变检验,科学的确定研究的时间节点,再进一步分析格尔木生态环境时空变化并探讨其影响因素。研究表明：(1) RSEI可以有效地评价格尔木生态环境质量,30年间RSEI均值从0.38下降至0.33,生态环境整体呈退化趋势;(2)由突变检验确定1990、2001、2006、2015、2019年为研究的时间节点。各年份RSEI以较差为主,占总面积的45%以上,主要分布在柴达木盆地北部。RSEI等级变化以下降为主,2001年下降最为明显,2015年有所减缓;(3)受气候与人类活动不同程度的影响,格尔木RSEI变化趋势以下降为主,占区域总面积的89.73%,广泛分布在柴达木地区和唐古拉山地区,受气候因素影响较大;而变化趋势上升的仅占3....