湖泊生态系统动力学模型研究进展

从系统分析在湖泊生态系统动力学研究中的作用出发,对湖泊生态系统的动力学建模过程、方法和软件等进行了总结.在此基础上,综述了国内外湖泊生态系统动力学模型的发展.从1960年代至今,湖泊生态系统动力学模型从简单的零维模型发展到复杂的水质水动力学生态综合模型和生态结构动力学模型,如LakeWeb模型.中国的湖泊生态系统动力学模型研究始于20世纪80年代,主要集中在滇池、太湖、东湖和巢湖等富营养化严重的湖泊以及其他水体.目前,已经开发一些软件用于湖泊生态系统动力学模拟,主要有CEQUALICM、WASP、AQUATOX、PAMOLARE、CAEDYM等,以及用来模拟湖泊能流的软件ECOPATH.湖泊生态系统动力学模型还在监测、数据共享和模型结构、参数选取和不确定性分析等方面存在不足,需在今后的研究中加以改进.     

湿地沉积物对磷的吸附-解吸动力学模型概述

介绍了常用的吸附-解吸动力学模型(Freundlich方程、Langmuir方程及Temkin模型),分析比较了不同模型之间的相互关系,对目前国内外关于磷吸附-解吸动力学模型研究进行了简要概述,介绍了不同模型的统一表达形式,并提出应加强对不同类型湿地中沉积物对磷的吸附-解吸过程及其动力学模型、对吸附-解吸过程的长期监测和不同环境因子间的交叉效应研究等建议,以深化对动力学模型的认识,从净化机理层面充分理解湿地生态系统的运行机制.     

基于管理目标的湖泊生态系统动力学

基于生态系统管理的目标,在对相关研究分析的基础上,依据生态系统生态学、淡水生态学的理论,提出了湖泊生态系统动力学研究的2个理论基础：生态系统管理和生态系统特征.在此基础上,分析得到湖泊生态系统动力学的研究方法体系,主要包括研究内容与技术路线、关键问题识别和动力学模拟、湖泊生态系统的适应性管理决策等部分.其中,湖泊生态系统结构和过程、湖泊中食物网营养动力学研究、生源要素循环、湖泊中关键过程的生态作用以及湖泊生态系统动力学模拟是研究的核心问题.此后,以P为主要的生源要素,将生态系统分为3个子过程：入流、出流和内部反馈,并以此建立了湖泊生态系统动力学的模型框架,以辅助于湖泊的生态系统管理.     

全球植被动力学模型研究综述

全球植被动力学模型(DGVM)是研究陆地生态系统碳循环过程的重要手段,是进行植被动力学模拟的有效工具.本文对DGVM的发展进行概述,探讨了DGVM的基本结构,介绍了国际上应用较广泛的CLM-DGVM、LPJ、IBIS和SEIB模型,并针对植被动力学机制指出了DGVM在植被功能型方案、植被竞争、干扰和物候方面普遍存在的不足.最后,文章从改善植被功能型方案、完善植被动力学机制和开展模型比较计划方面,对DGVM研究方向进行了展望.     

基于植物多样性的生态系统恢复动力学原理

生态系统恢复动力学是生态学的重要问题.本研究利用岛屿生物地理学、植物群落演替、生物多样性维持机制及生态系统功能等有关理论,推导了生态系统恢复动力学模型,并用半湿润常绿阔叶林次生演替阶段数据作了初步验证.基于动力学模型讨论了动力学原理.结果表明,生态系统恢复的动力学过程决定于生态系统恢复力F1、干扰力F2和环境阻力F3的综合作用.植物多样性恢复速度的变率与植物种丰富度呈反比,与生态系统恢复总动力F呈正比.生态系统恢复力F1和环境阻力F3是初始物种丰富度s0、特定地理区域资源环境状况的函数.干扰力是干扰强度系数b和物种丰富度s的函数.当生态系统存在有害干扰的条件下,物种丰富度不能达到生态系统最高物种丰富度sm.动力学模型显示,初始物种丰富度s0越小,生态系统恢复过程越具有逻辑斯蒂性.建立了生态系统恢复力、环境阻力和干扰力的计算模型和植物多样性、干扰对生态系统恢复的作用模型.生态系统恢复动力模型显示,植物多样性能增加生态系统恢复力,促进生态系统稳定性.     

城市生态系统的动力学演化模型研究进展

从系统分析出发,对城市生态系统的动力学演化模型的发展历程、建模的方法和步骤过程、软件开发方法和目前的模型软件等进行了总结。归纳了城市生态系统的动力学演化建模的方法,主要包括模型定义、模拟、实现、验证、分析和应用等六大步骤。目前国内外用于城市生态系统动力学演化模型的主要方法有：基于数理模型的方法、生态控制论和灵敏度模型、系统动力学模型、多目标规划法等。已经开发的用于城市生态系统的动力学模拟的软件可以划分为两类：基于土地利用和交通规划的专业模型和基于系统动力学和灵敏度模型的一般软件。总结了常用的城市演化模型软件,讨论了模型的研究对象和应用范围。分析了城市生态系统的动力学演化模型建模的不确定性的来源,并指出：向宏观和微观两极化发展是城市生态系统动力学演化模型的发展趋势之一,而与人工智能和地理信息系统等新方法的集成是发展的另一趋势。城市生态系统动力学演化模型的开发前景在于对不确定性问题的定性、定量分析,而多模型的耦合和集成是发展的必然趋势。     

生态系统的多稳态与突变

许多生态系统可能在短时间内发生难以预料的状态突变, 其中一些生态系统突变的机理可以用多稳态理论进行解释。近年来生态系统的多稳态和突变现象及其机理吸引了研究者和管理者的广泛关注。本文重点对生态系统多稳态的理论基础、识别方法及稳态转换发生的早期预警信号进行综述, 并基于典型生态系统过程对现实世界中可能观测到的稳态转换进行实例分析, 最后对多稳态概念框架和理论应用中的潜在争议进行讨论, 以期为非线性生态系统动态的理论研究、管理实践和生物多样性保护等提供参考。     

植被生态系统恢复及其在华南的研究进展

介绍了恢复生态学常用的理论,并指出恢复生态学研究大多涉及植被生态系统恢复。植被恢复的目标就是要恢复植被的合理结构、功能和动态过程,从而为人类提供生态系统服务。植被恢复可以把区域的地带性植被生态系统作为参考生态系统,但目前的植被恢复工作绝大部分只是恢复了植被生态系统的部分组成、结构和功能。植被生态系统恢复研究主要从退化的原因与过程、恢复的过程与机理,以及从生境恢复、种群恢复、群落恢复、生态系统和景观恢复等不同尺度上的恢复开展。在介绍华南地区的植被生态系统现存问题的基础上,对华南地区开展的植被生态系统恢复,尤其是华南植物研究所(园)开展的植被生态系统恢复研究进行了介绍。最后,提出了华南地区植被生态系统恢复的方向及发展趋势。     

瞬态诱发耳声发射分形特性研究

耳声发射的产生是耳蜗非线性动力学机制作用的结果 ,是外毛细胞的非线性生物机构放大过程的一种能量泄露。我们将分形理论用于对耳声发射信号波形形态的研究 ,并通过基于数学形态学的分形维数计算方法对数例瞬态诱发耳声发射信号进行了分析。实验结果表明该信号具有较好的分形特性 ,为耳声发射进一步的深入研究和理解提供了一定的帮助。     

大连市城市生态系统发展趋势研究

在对大连市城市生态系统进行系统分析的基础上,用系统动力学和灰色系统等方法探讨了大连市城市生态系统在3种不同策略下的发展趋势,为大连市城市规划和发展提供了科学依据和对策.     

间作对桑树和谷子生长和光合日变化的影响

以桑树和谷子为研究材料,探讨了大田条件下,桑树-谷子间作对桑树和谷子的干物质生产、土地利用率和光合日变化的影响.结果表明：桑树-谷子间作条件下,间作桑树的株高、地茎、根长和枝条数分别比单作桑树增加了6.0%、13.7%、6.8%和14.8%,且间作桑树的产叶量比单作桑树增加了31.3%;间作谷子与单作比较,其株高和根长的变化不大.桑树-谷子间作增加了土地当量比,提高了土地利用率.单作、间作桑树和谷子叶片在12:00时均表现出明显的光合午休现象,且单作桑树的光合午休现象比间作桑树严重.桑树-谷子间作提高了中午时桑树叶片气孔导度和水分利用率,增加了桑树光合碳同化能力,抑制了桑树叶片实际光化学效率、电子传递速率和最大光化学效率的下降,从而减缓了桑树的“光合午休”现象.桑树 谷子间作能明显提高桑树叶片的光合生产能力.     

长江上游暗针叶林优势树种峨嵋冷杉的树体分维结构研究

以长江上游亚高山地区水碛物、坡积物上的原始峨嵋冷杉为研究对象,采用分形几何理论剖析了树体分枝结构,结果表明,峨嵋冷杉树冠的最大冠幅出现在树冠下部的20％处,其体积可以用圆台与圆锥来模拟,主干与侧枝分枝均长短相间排列,树冠表面积和侧枝发枝结构具有分形分布特征,分形维数分别为2．3232和1．8119,相关系达0．99。     

土地生态系统的复杂性研究

运用复杂科学理论,阐述了土地生态系统的复杂性特征,包括多层次性,高维性,子系统关联的复杂性,结构与功能的不确定性,开放性,动态性,自适应性和自组织性等复杂性特征,并进一步探讨了分形,混沌及人工神经网络在土地生态系统复杂性特征研究中的应用。     

福建东山岛防护林景观格局与生态价值研究

运用景观生态学原理和森林环境价值计量方法,对东山岛防护林景观格局与生态价值进行研究。首先选取斑块密度、边缘密度、分维数、景观多样性、景观优势度和均匀度指数等指标,分析东山岛防护林景观的空间分布和空间格局特征,并从中小尺度的防护林生态系统及其重要生态服务功能角度出发,运用市场价值法、造林成本法、生产成本法、影子工程法等方法进行生态价值评估。结果表明人类活动对东山岛防护林的景观格局产生很大影响,得出东山岛防护林生态系统固定CO₂、释放O₂及防风固沙服务功能的平均价值为39.45×10⁶～92.55×10⁶元。     

Spatial scaling of mountain pine beetle infestations

1. The relationship between occupancy and spatial contagion during the spread of eruptive and invasive species demands greater study, as it could lead to improved prediction of ecosystem damage. 2. We applied a recently developed model that links occupancy and its fractal dimension to model the spatial distribution of mountain pine beetle infestations in British Columbia, Canada. We showed that the distribution of infestation was scale-invariant in at least 24 out of 37 years (mostly in epidemic years), and presented some degree of scale-invariance in the rest. There was a general logarithmic relationship between fractal dimension and infestation occupancy. Based on the scale-invariance assumption, we further assessed the interrelationships for several landscape metrics, such as correlation length, maximum cluster size, total edge length and total number of clusters. 3. The scale-invariance assumption allows fitting the above metrics, and provides a framework to establish the scaling relationship between occupancy and spatial contagion. 4. We concluded that scale-invariance dominates the spread of mountain pine beetle. In this context, spatial aggregation can be predicted from occupancy, hence occupancy is the only variable one needs to know in order to predict the spatial distributions of populations. This supports the hypothesis that fractal dispersal kernels may be abundant among outbreaks of pests and invasive species.     

Changes of Soil Particle Size Distribution in Tidal Flats in the Yellow River Delta

Background

The tidal flat is one of the important components of coastal wetland systems in the Yellow River Delta (YRD). It can stabilize shorelines and protect coastal biodiversity. The erosion risk in tidal flats in coastal wetlands was seldom been studied. Characterizing changes of soil particle size distribution (PSD) is an important way to quantity soil erosion in tidal flats.

Method/Principal findings

Based on the fractal scale theory and network analysis, we determined the fractal characterizations (singular fractal dimension and multifractal dimension) soil PSD in a successional series of tidal flats in a coastal wetland in the YRD in eastern China. The results showed that the major soil texture was from silt loam to sandy loam. The values of fractal dimensions, ranging from 2.35 to 2.55, decreased from the low tidal flat to the high tidal flat. We also found that the percent of particles with size ranging between 0.4 and 126 μm was related with fractal dimensions. Tide played a great effort on soil PSD than vegetation by increasing soil organic matter (SOM) content and salinity in the coastal wetland in the YRD.

Conclusions/Significance

Tidal flats in coastal wetlands in the YRD, especially low tidal flats, are facing the risk of soil erosion. This study will be essential to provide a firm basis for the coast erosion control and assessment, as well as wetland ecosystem restoration.     

黄土高原小流域景观多样性动态分析

以纸坊沟为例,在地理信息系统支持下获得计算景观多样性的有关参数,运用斑块大小及数量、平均分维数、多样性指数、优势度、均匀度、破碎度和聚集度等指标,对黄土高原小流域40年来景观多样性动态变化进行了分析．结果表明,40年来,在以人类活动干预和植被内源演替为主要驱动力的共同作用下,该流域斑块总数增加,旱地基质逐渐被林地、草地等其它景观基质所取代,景观格局趋于破碎,景观类型多样性和均匀度增加,且后20年景观多样性的变化幅度远远大于前20年的变化幅度．目前流域已经由1958年以旱地为基质的高度均质化的景观生态系统转化为与当地地带性景观相适应的以草地和林地为基质的高度异质化的景观生态系统,生态系统结构、功能已具有较强的稳定性．     

缀块性和缀块动态:Ⅱ.描述与分析

在生态学中,“缀块”(patch)的概念早已在植被群落和海洋生态系统中浮游动植物空间分布研究中广泛应用。A.S.Watte早在1947年就强调缀块在植物群落结构分析中的重要性。实际上,缀块存在于地球的任何地方。森林可