基于高光谱数据的互花米草叶片功能性状反演

互花米草成功入侵的关键是其生长繁殖能力以及对环境的适应能力,叶片含水率、相对叶绿素含量、碳氮比、总氮、总磷以及比叶面积等叶片功能性状反应的是互花米草对资源的利用能力以及环境的适应能力。以江苏盐城滨海湿地为研究对象,进行互花米草叶片功能性状与高光谱数据的关系研究。通过对原始光谱数据以及一阶微分转换光谱数据进行主成分分析提取新的主成分变量作为自变量分别建立不同性状的逐步回归、BP神经网络、支持向量机、随机森林4种预测模型,通过比较构建模型的R²以及RMSE选择最优模型,进而基于相关性分析得到的敏感波段构建最优模型,验证其准确性和适用性。研究结果发现：（1）一阶微分数据的建模效果优于原始光谱数据;（2）通过对不同功能性状的预测建模,发现4种模型的预测效果排序为：随机森林>支持向量机>BP神经网络>逐步回归,其中随机森林模型的准确性高、稳定性强,明显优于其他3种模型,而逐步回归模型的效果最差,不适用于互花米草叶片功能性状的高光谱建模;（3）通过对相关性分析得到的敏感波段建立随机森林模型,建模R²均大于0.90,验证R²介于0.73-0.95之间,进一步证实了随机森林模型的准确性和稳定性。研究结果表明,高光谱数据可以作为快速监测互花米草生长状况的有力手段,而随机森林模型可以作为高精度模型实现对互花米草不同叶片功能性状的估测。     

未来气候变化情景下的中国种子植物受威胁等级评估

未来气候变化是全球生物多样性面临的重要威胁之一,给全球生物多样性维持和生态系统稳定带来了巨大挑战.为降低生物灭绝风险并维持生态系统稳定,优先保护受威胁物种成为全球生物多样性保护的共识,而完善的受威胁物种名录对生物多样性保护有基石意义.本研究基于28450种中国种子植物(约占中国种子总数的82.3%)的10 km×10 km分布数据,通过物种分布模型预测了这些物种的未来分布区并计算了其未来分布区面积的变化;进而基于IUCN红色名录A3c的判断标准,评估了受未来气候变化情景下的种子植物受威胁等级;整合本文的评估结果和现有受威胁物种名录,提出了新的中国种子植物受威胁等级和名录.更新后的受威胁名录共包含34550种中国种子植物(约为现有全部中国种子植物).在3种未来气候变化情景(SSP126, SSP245和SSP585)和3种物种扩散情景(完全扩散、每10年扩散20 km和不扩散)下,受威胁种子植物数量为4444～11467种,占中国种子植物总数的12.9%～33.2%;其中木本植物1878～4330种,占全部木本植物总数的14.8～34.1%.草本植物2566～7137种,占全部草本植物总...     

Functional traits influence plant survival depending on environmental contexts and life stages in an old-growth temperate forest

温带老龄林功能性状对植物存活的影响依赖于环境背景和生活史阶段 功能性状通常在不考虑环境背景的情况下被用来预测植物动态。然而,前人的研究发现性状对植物动态有较弱的预测能力。本文假设加入环境背景而不仅仅关注性状能够提高对性状-植物动态 关系的理解。本研究基于一个9 ha温带老龄林动态监测样地,利用广义线性混合效应模型分析功能性状(叶、茎、种子和整个个体水平)、环境梯度(土壤养分、水分和海拔)以及两者的交互效应对14133个幼树、3289个成年树存活动态的影响。本文发现环境因子、邻体拥挤度和性状主效应能够影响植物存活。然而,后两者的影响在幼树和成年树间存在差异。性状-环境交互效应影响植物存活,即资源保守的性状在相对严酷的环境下提高植物存活而在相对温和的环境下降低植物存活。海拔梯度是本样地调节植物存活最重要的环境因子。我们的研究结果支持功能性状对局域尺度植物存活的影响依赖于环境背景的假设。该结果也暗示拥有有限性状变异的单一物种不能占据所有的环境梯度,从而提高物种多样性。     

植物性状与苏浙沪地区草本被子植物入侵性的关系

为了解我国苏浙沪地区入侵植物的性状分布特点并进一步探索性状与植物入侵性间的关系,以其境内1750种草本被子植物为研究对象,分别计测了23个与生态适应相关的性状,这些性状涉及繁殖及扩散机制、生活史长短、繁育系统、生活型、传粉方式、植株是否有毒有刺、适应的生境类型等.然后采用SPSS15.0统计软件,分别比较了23个性状分布在杂草与非杂草、外来入侵杂草与本地杂草、外来入侵杂草与外来非杂草间的差异性;并通过相关分析的方法分别研究了性状与入侵性间的相关性.结果表明,在该地区的草本被子植物中,杂草的性状分布特点与外来入侵种的性状分布特点相吻合;入侵性物种倾向于具有种子产量高,有性繁殖传播单元(种子或果实)个体小而常有粘液、刺或芒,花两性、风媒传粉,植株有毒、无营养繁殖器官、生活史短、寄生、植株直立、莲座状生活型、水生、旱生、湿生、阳生、不耐荫等性状;而植株有刺、中生等性状在入侵性植物中的比例较低.上述性状很可能对该地区的入侵性植物具有重要的生态适应意义,然而,在评估植物入侵性时,还应充分考虑到人的引种、栽培、防治偏好的影响.     

高寒典型草原主要物种的株高和盖度预测种群和群落地上生物量

为快速、准确、无破坏地测定草原地上生物量,在祁连山高寒典型草原植物生长旺季,观测了冬季和春秋季放牧地60个样方内各物种的株高、盖度等生长指标。以冬季牧地紫花针茅（Stipa purpurea）、醉马草（Achnatherum inebrians）、赖草（Leymus secalinus）、扁穗冰草（Agropyron cristatum）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）、银灰旋花（Convolvulus ammannii）6个主要物种的株高、盖度、株高和盖度的乘积为自变量,分别预测同物种、其他物种和群落地上生物量。用春秋季牧场的数据验证模型的精确性和稳定性。结果表明：主要物种的生长指标可预测其自身、其他物种和群落地上生物量。对自身种群,株高和盖度乘积的复合因子预测效果最好;4种禾草对其他物种、二裂委陵菜对菊科植物种群,株高、盖度单因子预测效果优于复合因子;6个主要物种单独或2-6个种结合均可预测群落地上生物量,但是以6个物种株高和盖度的乘积同时预测时决定系数最大,可解释群落地上生物量89.5%的变异,为高寒典型草原群落地上生物量最优预测模型。     

植物群落构件的协同性研究进展

被子植物的营养构件如根、茎、叶以及繁殖构件如花、果实和种子等的结构及功能性状反映了物种对其生长环境的长期适应和响应。在植物种对环境的适应演化过程中,植物各构件在结构和功能上的变化不是孤立的、互不联系的,而是都具有内在的协调性、一致性,是协同进化的,各构件之间的关系决定了植物的生活史对策,进而影响群落(或生态系统)多物种的共存和生物多样性的维持。本文综述了群落水平上植物物种之间的各营养器官、各繁殖器官及二者之间结构性状及功能性状对环境适应协调性的生态学研究进展,不仅探究了植物构件间宏观性状的相关性,而且还涉及微观领域的研究成果及其相关机理,所涵盖的对象尺度有所扩大,是跨物种、跨群落或生态系统、甚至跨区域的。在形态学性状基础上,增加并拓展了其他学科的研究性状,例如解剖学性状、生理学性状、细胞学性状、遗传性状等。另外,也分析了相关研究存在的欠缺之处,并对今后的研究方向做出了展望。     

青藏高原东缘61种常见木本植物种子萌发特性及其与生活史的关联

为了评价亚高山地带木本植物种子萌发对策及其与生活史关联, 该文对青藏高原东缘61种常见木本植物的种子萌发特征以及种子萌发与种子大小、扩散方式、海拔及生境的关系进行了调查分析。结果表明: 1) 61种植物的种子萌发率呈现偏斜、双峰分布。6种植物(9.8%)的种子萌发率大于80%, 13种(21.3%)的萌发率在60%~80%之间, 9种(14.8%)的萌发率在40%~60%之间, 8种(13.1%)的萌发率在20%~40%之间, 25种(41%)的萌发率小于20%, 其中8种植物的种子萌发率为零, 显示了该生境中木本植物的种子以休眠、低萌发率或连续稳定的萌发对策占优势, 以避免不利的环境因素。2)种子扩散方式是决定61种木本植物种间萌发率变异(R² = 24.1%, p < 0.001) 和萌发开始时间变异(R ²= 21.3%, p < 0.01) 的主要因素; 种子大小、母体植株的海拔和生境对种子萌发率和萌发开始时间几乎没有影响(p > 0.05); 风扩散的种子比脊椎动物扩散和无助扩散的种子有更高的萌发率(F = 9.219, p < 0.001) 和较早的萌发开始时间(F = 6.772, p < 0.01)。说明植物生活史特征如种子萌发与扩散方式之间存在固有而紧密的联系, 扩散能力强的种子(如风扩散)由于能散布到较远而空旷的生境, 可能避免了各种有害因素或个体竞争, 因而种子以较强的萌发能力进行拓殖; 扩散能力弱的种子(如无助扩散)由于其散布距离较近, 种子以休眠或降低萌发的方式来避免个体或同胞竞争以及各种有害因素, 以获得最大的生态利益并确保物种延续。     

植物种子大小与幼苗生长策略研究进展

种子大小和幼苗更新对策是植物生活史策略的重要组成部分.本文从不同侧面综述了当前国内外关于种子大小和幼苗之间关系的生态学研究,包括:种子大小对萌发出土的影响,种子大小与幼苗形态生长特性之间的关系,种子大小与幼苗存活、竞争能力之间关系等,并对今后的相关研究进行了展望.在不同的微环境和植被类型下,种子大小与幼苗生长之间的关系可能有所差异;种子大小对植物幼苗生长的影响导致种子大小不同的植物对植被幼苗更新补充的贡献不同;种子大小与幼苗生活史策略关系在大尺度的群落空间水平上和小尺度的物种间与物种内的研究对于天然植被的更新恢复研究具有重要意义.     

植物功能生物地理学的研究进展与展望

功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了重要进展。该文综述了植物功能生物地理学的核心内涵、发展历史、主要研究进展和未来展望。性状是功能生物地理学的研究核心,该文先总结了植物叶、茎、根、花、果实和种子等器官和整株关键性状的地理格局及其与环境间的关系,表明性状变异是植物适应进化和环境筛选的结果;概述了功能多样性的常用指标、地理分布与生态成因;介绍了性状数据的主要来源与性状缺失值的填充方法。随后,综述了植物性状间的关联与权衡,重点介绍了叶经济谱和植物经济谱的发展,指出其反映了植物对关键资源(如碳、养分和水分)的获取与分配策略;概述了基于性状预测物种分布的依据与进展,以及性状多样性与生态系统功能间的关系。在此基础上,提出了功能生物地理学研究所面临的挑战,强调未来研究要关注多性状在种内和种间的协同与权衡关系,将研究精度从物种水平推进到个体水平,采用性状网络等方法定量化性状间的关系及其对环境变化的响应,关注植物跨尺度的适应...     

石林地质公园不同群落类型植物果实组成与种子散布特征

喀斯特植物群落果实类型和种子散布特征的研究, 对于理解喀斯特植物群落更新与拓展特征, 进而揭示喀斯特石漠化地区恢复植被的自然扩展机制及制定植被恢复规划具有重要意义。该研究以石林地质公园不同群落类型为对象, 研究不同群落的果实类型谱与种子散布谱, 以揭示果实类型与种子散布方式对恢复植被的影响。采用石林地质公园不同群落各1 hm ²样地记名计数法调查的维管束物种名录, 依据Flora of China对物种果实的描述确定其果实类型; 根据文献、数据库以及果实、种子形态性状确定种子散布方式。结果表明: (1)石林地质公园282种维管束植物共16种果实类型(含孢子), 其中瘦果、蒴果、浆果和核果的物种比例均大于10%。木本植物、草本植物、藤本植物的优势果实类型分别为核果、瘦果和浆果。石林地质公园各群落的木本植物、草本植物和藤本植物的果实类型谱差异不显著。在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中, 浆果和核果的物种比例减少, 瘦果、颖果和蒴果的物种比例增加。(2)石林地质公园植物种子以动物传播为主, 其次为风传播。在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中, 风传播的物种比例增加了73%-87%, 动物传播(包括鸟类传播)减少了31%-36%。(3)物种的种子散布方式直接影响到植被恢复物种和恢复策略的选择。基于恢复目标, 选择自然传播能力强的乡土物种或地带性植被关键种, 辅以传播廊道, 有助于喀斯特的植被恢复。     

Fruit types and seed dispersal modes of plants in different communities in Shilin Geopark,Yunnan, China

喀斯特植物群落果实类型和种子散布特征的研究, 对于理解喀斯特植物群落更新与拓展特征, 进而揭示喀斯特石漠化地区恢复植被的自然扩展机制及制定植被恢复规划具有重要意义。该研究以石林地质公园不同群落类型为对象, 研究不同群落的果实类型谱与种子散布谱, 以揭示果实类型与种子散布方式对恢复植被的影响。采用石林地质公园不同群落各1 hm ²样地记名计数法调查的维管束物种名录, 依据Flora of China对物种果实的描述确定其果实类型; 根据文献、数据库以及果实、种子形态性状确定种子散布方式。结果表明: (1)石林地质公园282种维管束植物共16种果实类型(含孢子), 其中瘦果、蒴果、浆果和核果的物种比例均大于10%。木本植物、草本植物、藤本植物的优势果实类型分别为核果、瘦果和浆果。石林地质公园各群落的木本植物、草本植物和藤本植物的果实类型谱差异不显著。在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中, 浆果和核果的物种比例减少, 瘦果、颖果和蒴果的物种比例增加。(2)石林地质公园植物种子以动物传播为主, 其次为风传播。在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中, 风传播的物种比例增加了73%-87%, 动物传播(包括鸟类传播)减少了31%-36%。(3)物种的种子散布方式直接影响到植被恢复物种和恢复策略的选择。基于恢复目标, 选择自然传播能力强的乡土物种或地带性植被关键种, 辅以传播廊道, 有助于喀斯特的植被恢复。     

鼎湖山南亚热带常绿阔叶林植物功能性状变异与不同垂直层次个体生长的关联

建立植物功能性状与群落动态之间的关联是功能生态学的核心问题之一。本文基于鼎湖山1.44 ha塔吊样地的两次调查数据, 通过采集样地内所有4,142株个体的6种植物功能性状, 对比分析了个体水平植物功能性状和物种水平功能性状均值对不同垂直层次(灌木层、亚冠层和林冠层)个体生长的影响差异。首先, 分析了不同垂直层次下各植物功能性状的变化趋势; 其次, 计算了不同垂直层次下各植物功能性状的种内和种间变异水平; 最后, 运用结构方程模型探讨了植物功能性状、光竞争以及地下竞争对不同垂直层次树木生长的影响。结果表明: (1)不同垂直层次下的植物功能性状表现出明显的分异, 由灌木层至林冠层, 叶面积、比叶面积和能量供求关系指数显著降低, 而叶片厚度和叶片干物质含量显著升高; (2)不同垂直层次下植物功能性状的种间变异均大于种内变异, 且林冠层的种内功能性状变异均大于灌木层和亚冠层; (3)基于个体水平植物功能性状的结构方程模型较物种水平功能性状均值对生长具有更高的解释程度, 且个体水平植物功能性状的引入更有利于提高对灌木层个体生长的预测能力; (4)光竞争和地下竞争主要通过影响功能性状间接影响植物生长。由灌木层至林冠层, 同种间的相互作用逐渐减弱, 异种间的相互作用逐渐增强。综上, 将个体水平植物功能性状纳入分析有助于更好地理解群落的结构和动态。     

基于支持向量机方法的蛋白质氨基酸残基可溶性预测

按照蛋白质序列中残基的相对可溶性,将其分为两类(表面/内部)和三类(表面/中间/内部)进行预测.选择不同窗宽和参数对数据进行训练和预测,以确保得到最好的分类效果,并同其他已有方法进行比较.对同一数据集不同分类阈值的预测结果显示,支持向量机方法对蛋白质可溶性的整体预测效果优于神经网络和信息论的方法.其中,对两类数据的最优分类结果达到79.0%,对三类数据的最优分类结果达到67.5%,表明支持向量机是蛋白质残基可溶性预测的一种有效方法.     

长江口盐沼海三棱Biao草在高程梯度上的生物量分配

海三棱Ｂiao草（Scirpus mariqueter Tang et Zhang)是一种典型的先锋植物。它能占据于长江口盐沼的光滩上,生物非常恶劣。为探索该物种在高度环境胁迫下的生活史策略,测定了它在高程梯度上的生物量分配,以及有关形态学参数。结果发现海三棱Ｂiao草在中位高程时密度和单株生物量最高,生长最好。在由低及高的高程梯度上,球茎、根状茎的生物量分配屁例逐渐下降,表明植物体在光滩前沿采取保守策略;而花序的比例则逐渐上升,表明植物在生活史过程中,由无性生殖向有性生殖的转变。这种转变可能有利于种群的扩散和生存。另外,相关分析表明,有性生殖性状与无性生殖、生长性状呈负相关,但无性生殖与生长性状的关系难以确定,可能由于球茎在不同生活史阶段的不同功能引起。     

短生植物重量的动态变化及其分析

通过对阜康站研究区域10种常见短生植物重量的研究表明：1)绝大多数短生植物在其生长发育过程中重量动态变化明显,生长曲线呈单峰型。2)生长初期,多数短生植物株重的增加与株高生长同步。生长后期,株高生长停止,株重先是伴随花果的形成得以增加,果实成熟后则随叶片的脱落迅速下降。3)与长营养期植物相比,在一年生短生植物当中,果实在地上部重量中的比例很高,最高者达77.8%。4)同为短生植物,生长特征存在着较大的差异。据以鲜重、干重、株高、根长和地上、地下重量比例为变量进行的聚类分析结果,可将短生植物分为多年生营养繁殖、多年生种子兼营养繁殖和一年生种子繁殖三大类。     

上海大金山岛常见木本植物功能性状对生长和死亡的影响

揭示功能性状如何影响关键植物种群特征有助于深化对群落动态的理解。该研究基于上海大金山岛26种常见木本植物5年期(2016–2021年)生长死亡动态的监测数据,通过测量各物种与光、水和养分资源竞争与利用策略相关的9个叶片和木质性状,分析了不同功能性状单独及其综合形成的植物经济谱与物种相对生长率和死亡率的关系。结果显示:叶面积和叶片氮含量与物种相对生长率显著正相关,叶片厚度、小枝密度和叶干物质含量与相对生长率显著负相关。干材密度和小枝密度与物种相对死亡率显著负相关。由9个功能性状构成的植物经济谱可解释物种相对生长率32.8%的变异,但是与相对死亡率无显著相关关系;资源获取型物种比保守型物种具有更高的相对生长率。以上结果表明,植物功能性状是影响植物生长的重要因素,植物经济谱可较准确地预测物种间相对生长率的差异,但对物种相对死亡率的预测较弱。     

预测物种潜在分布区——比较SVM与GARP

 物种分布与环境因子之间存在着紧密的联系,因此利用环境因子作为预测物种分布模型的变量是当前最普遍的建模思路,但是绝大多数物种分 布预测模型都遇到了难以解决的“高维小样本"问题。该研究通过理论和实践证明,基于结构风险最小化原理的支持向量机(Support vector machine, SVM)算法非常适合“高维小样本"的分类问题。以20种杜鹃花属(Rhododendron)中国特有种为检验对象,利用标本数据和11个1 km×1 km的栅格环境数据层作为模型变量,预测其在中国的潜在分布区,并通过全面的模型评估——专家评估,受试者工作特征(Receiver operator characteristic, ROC)曲线和曲线下方面积(Area under the curve, AUC)——来比较模型的性能。我们实现了以SVM为核心的物种分布预测 系统,并且通过试验证明其无论在计算速度还是预测效果上都远远优于当前广泛使用的规则集合预测的遗传算法(Algorithm for rule-set prediction, GARP)预测系统。     

24种十字花科短命植物的扩散体特征与扩散对策

对准噶尔荒漠中24种十字花科短命植物的扩散体特征与扩散对策的观测结果表明:种间果实和种子的形态各异,角果开裂与否与其木质化程度有关。木质化程度较高的角果不开裂。其中长角果以果节为扩散单元自体扩散。而短角果有两种扩散单元,以果实为扩散单元的无辅助扩散结构或具翅或绵毛,分别进行自体或风媒扩散;以果序的一段为扩散单元的果实具坚硬呈勾状的喙,通过果序梗断裂或附在动物体表散布,兼具自体扩散和动物体外传播的二重性。木质化程度较低的角果开裂,以种子为单元扩散。其中微尘状种子无辅助扩散结构,在果皮开裂时产生的张力或风力的作用下散布;粘液种子以水媒为主,兼具风媒和动物传播的特点;粘液和翅并存的种子具有风媒和水媒扩散的二重性。果翅等辅助扩散结构有利于长距离散布,绵毛及种皮粘液使果实或种子与地表能更好地粘附,木质化结构及种皮粘液还具有保水和保护作用。从扩散的时空特征看,24种植物在扩散持续时间上有集中扩散和持续扩散两种方式,前者避免了种子干旱失水和被捕食,属逃逸对策;后者形成空气种子库逐批扩散,属保护对策。从空间上,异果芥(Diptychocarpus strictus)果序上、下部果实的开裂方式与时间、种子形态完全不同,导致其扩散时间与距离不同;离子芥(Chorispora tenella)等类群果实不同部位的果节非同步脱落以及爪花芥(Oreoloma sulfureum)果实上、下部木质化程度及开裂方式不同,导致其果节或种子的扩散时间不同。以上这些特征对于它们在荒漠环境中成功地扩散、定居,抵御干旱、逃避捕食,避免同胞种子间的竞争、保障物种延续并扩大种群等,具有重要的生态学意义。     

荒漠孑遗植物裸果木种子时空扩散特性

裸果木(Gymnocarpos przewalskii)是亚洲中部荒漠区少有的第三纪孑遗物种,由于气候变化及人为干扰,其自然种群分布范围不断缩小。种子扩散作为植物生活史过程中的重要阶段,不仅对物种生存及其多样性至关重要,还影响物种分布范围和局部丰度。2015年和2016年分别在新疆哈密地区,采用布设种子收集器的方法,对其自然种群种子扩散的时空动态进行了定点连续观测。结果表明:该物种于当年6月上旬开始扩散,2015年略早于2016年。每年种子扩散持续时间约两个月,扩散趋势为单峰曲线,且呈集中大量扩散的模式,扩散高峰期与当年初次月降水高峰期吻合;在顺风的正南和东南方向上,种子扩散密度大且距离远;种子扩散主要集中在母株冠幅下,随着距母株距离的增加,种子扩散密度减少,二者间存在极显著的负相关性(P0.01),由于裸果木枝条繁多,对风力强度起到了一定的阻碍作用,可能是造成种子集中扩散在母株下的原因。裸果木种子扩散受外界环境(降水、风向)和自身因素等方面的影响,当种子在大量降水前完成扩散,将有利于种子在适宜的微生境萌发,是对多风、干旱的恶劣生境的一种长期适应。     

基于支持向量机的~(31)P磁共振波谱肝细胞癌诊断

支持向量机是在统计学习理论基础上发展起来的一种新的机器学习方法,在模式识别领域有着广泛的应用。利用基于支持向量机模型的31P磁共振波谱数据对肝脏进行分类,区别肝细胞癌,肝硬化和正常的肝组织。通过对基于多项式核函数和径向基核函数的支持向量机分类器进行比较,并且得到三种肝脏分类的识别率。实验表明基于31P磁共振波谱数据的支持向量机分类模型能够对活体肝脏进行诊断性的预测。