基于改进的投影寻踪的森林生态系统生态价位分级模型

针对投影寻踪技术计算过程复杂、编程实现困难等缺陷,提出采用改进单纯形法直接优化投影寻踪技术的投影函数和投影方向,从而简化了投影寻踪技术的实现过程,克服了目前投影寻踪技术编程实现困难、搜索时间长及投影方向难以最优化等缺点.提出了基于改进单纯形法的投影寻踪技术的森林生态系统生态价位分级模型.利用该模型可把各森林生态系统多维分类指标综合成一维投影值.投影值越大表示该森林类型生态服务价值越大.根据投影值大小可对森林生态系统样本集进行合理分级.实例分级结果表明,直接由样本数据驱动的改进的投影寻踪森林生态系统生态价位分级模型用于生态价位分级,简单可行,具有较强的适用性和应用性;可操作性强,其优化时间及投影函数值分别为传统投影寻踪技术的34%和143%;投影寻踪效果很理想,可广泛应用于生态学、生物学及区域可持续发展研究中各类非线性、高维数据分级与评价.     

基于改进投影寻踪的海洋生态环境综合评价

为了克服现有的海洋环境评价中存在的主观性强、不易处理高维数据的缺陷,提出了基于改进投影寻踪模型的海洋环境评价新方法.该方法利用改进蚁群算法实现了投影寻踪技术,将方案的多维评价指标值投影为一维投影数据,并据投影值大小对样本进行综合评价.工程应用实例表明,该模型易于决策,具有很强的客观性、适用性和可操作性,为海洋生态环境评价提供了新的技术工具.     

投影寻踪模型在区域生态环境质量评价中的应用

大量相关因子的简化和降维处理是生态环境质量评价的关键问题之一。而投影寻踪模型可将多个指标投影到线性空间,实现指标的降维处理。本文以巢湖流域生态环境质量综合评价进行了实证分析,巢湖流域生态环境质量为3级,其中合肥市和六安市所属区域生态环境质量为3级,巢湖市为4级。研究表明,应用投影寻踪模型进行区域生态环境质量评价人为干扰少,操作简便,便于在生产实践中应用,为区域生态环境质量评价提供了一条新途径。     

基于投影寻踪理论的稻飞虱发生程度预测模型

稻飞虱发生程度与相关气候因子的数据大多具有高维非正态、非线性特征,采用统计预测法会出现预测效果的不稳定,采用人工神经网络预测模型需要较多的训练样本.投影寻踪模型把高维数据投影到低维子空间上,对数据结构进行分析,一定程度上解决了非线性、非正态问题.本文建立了浙江省新昌县单季晚稻稻飞虱主害代发生程度的投影寻踪预测模型,并与BP神经网络模型、线性回归模型的预测结果进行了对比.结果表明:投影寻踪模型优于BP神经网络模型、线性回归模型;投影寻踪模型的历史符合率和预测准确率均为100%;BP神经网络模型历史符合率达到100%,但预测偏差较大;线性回归模型历史符合率和预测偏差均较大.可见,投影寻踪模型在稻飞虱发生程度的预测上具有较好的应用前景.     

环青海湖地区天然草地时序光谱特征参量分析

获取了环青海湖地区4类主要天然草地2003年5~10月共16个时相的地面高分辨率光谱数据,并利用植被指数技术、导数光谱技术、植被光谱维特征提取模型及包络线归一化技术提取了多个光谱特征参量,通过对各参量在生育期内分布规律的分析,给出了能较好地表征草地生长发育规律时序特征参量的具体分布;最后计算了4类天然草地各时序特征参量的平均散度,结果表明黄边位置λY、红边位置λV、红边斜率SV、绿峰半高宽wλG、红谷半高宽wλR、去包络红谷净面积AR'和归一化植被指数NDV I对于天然草地分类更有效。     

社会-经济-自然复合生态系统生态位评价模型——以四川省为例

在深入分析区域资源、环境、社会、经济综合系统基础上,建立了四川省2001—2010年社会-经济-自然复合生态系统生态位评价指标体系,复合生态系统综合生态位包括资源、环境、经济和社会4个子系统生态位。将耦合投影寻踪模型应用于复合生态系统生态位评价,其中,采用并行模拟退火算法对评价模型参数进行优化。研究结果表明:2001年—2010年四川省复合生态位呈现先降后升的趋势,复合生态位评价值从2001年3.1325下降到2005年的2.8499,从2005年开始,复合生态位逐渐增加,到2010年增加到3.3304。表明环境重视程度的提高,环保意识的加强,促进了复合生态位的提高,区域自然生态和环境得以改善。最佳投影方向各分量的大小反映了各评价指标对生态位评价等级的影响程度,值越大则对应的评价指标对生态位评价等级的影响程度越大。区域生态位评价等级指标的影响程度最大的10项中有4项是环境生态位子系统指标,表明环境生态位子系统对综合生态位影响最大。发展过程中经济生态位子系统和社会生态位子系统指标值相关系数为0.9957,表明两子系统基本上是保持同步发展。而经济生态位和环境生态位子系统指标值相关系数为-0.9346,呈现明显的负相关关系。资源子系统呈现上升趋势。模拟退火优化的投影寻踪耦合模型应用于复合生态位评价,具有实用性和可行性,为区域生态管理科学决策提供重要依据。     

玛纳斯河流域水资源可持续利用评价方法

水资源短缺是制约玛纳斯河流域水资源可持续发展的"瓶颈"因素,对流域水资源可持续发展水平进行综合评价对其国民经济可持续发展至关重要。从水资源、社会、经济、生态环境四个子系统出发,采用了熵值法和投影寻踪理论相结合的评价模型,对流域水资源可持续利用水平进行评价,并将两种方法的评价结果进行加权求和,得出流域水资源可持续利用变化趋势。评价结果表明,该模型方法可靠,分析结果合理,评价结果可以为水资源可持续开发利用提供科学依据,是评价水资源可持续利用水平的一种有效新方法。最后,提出了促进流域水资源可持续利用的建议,为实现水资源可持续开发利用提供借鉴和参考。     

基于投影寻踪的城市生态系统健康评价

掌握城市生态系统的健康水平,对城市实施可持续发展具有重要意义.采用一种新型的多指标数据处理方法-投影寻踪模型,选取典型指标,利用基于实数编码遗传算法优化求取最佳投影方向,对广州市2000年、2005年的城市生态系统健康状况进行评价.评价结果表明:2000年,广州市对应的等级值为2.95,处于亚健康状态,符合其客观状况,该结果与采用模糊综合评价法所得结论一致;2005年,广州市对应的等级值为3.48,仍处于亚健康状态,但其等级值大于2000年的数值,等级值在增大,表明经过5a的建设,广州市的生态系统健康状况在不断好转.此外,与模糊综合评价法相比,该模型能精确地刻画出生态系统的具体健康水平,具有较高的评价精度和区分度.     

中国天然草地植被生长气象条件评价模型

应用模糊数学方法,构造了影响中国天然草地植被生长的光、温、水函数;通过光、温、水评价结果之间的"与"运算,建立了天然草地植被生长气象条件综合评价模型;采用积分方法,反映草地植被任意时段气象条件的时间累积影响效应;通过气象条件指数的年际对比,评价草地植被生长气象条件的优劣;最后,利用上述模型计算了2005年和2006年中国天然草地植被月、季以及主要生长期气象条件指数,并进行了对比分析、应用和效果检验。结果表明,2年不同时间尺度的气象条件指数对比结果能够客观地反映2006年中国天然草地植被生长气象条件的优劣分布,与实际产草量、株高的对比结果基本一致,应用效果较好。     

藏北草地退化与生态服务功能价值损失评估——以申扎县为例

藏北草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障。基于遥感和GIS技术,利用1990、2000、2010年3期不同时相的TM、ETM+和CEBERS遥感影像,对申扎县草地资源退化状况进行了遥感监测,并采用生态经济学评估模型对草地生态系统8个方面的服务功能价值损失进行了评估测算。结果表明:1990—2010年,申扎县草地退化面积增加了47.40×10~4hm~2,生态系统服务功能价值损失高达5.20×10~8元;其中1990—2000年,草地退化较严重,该时段也是生态系统服务功能价值损失较多的时期;2000—2010年,草地退化趋势变缓。藏北草地提供生物量价值仅约占生态系统服务功能总价值的7.0%,草地生态服务功能远大于其提供的生物量价值,因此必须从生态服务功能的的理念出发去经营草地,从而实现草地的可持续发展。     

陇东黄土高原丘陵沟壑区天然草地植物多样性研究

以陇东黄土高原丘陵沟壑区天然草地30个植被样点的样方资料为依据,以相对生物量为指标,对该地区群落植物多样性进行了研究。结果表明,该地区天然草地可划分为长芒草草原、次生杂类草草原和杂类草草甸草原3个植被类型,16个群落按放牧程度分为禁牧草地、轻牧草地和过牧草地3个层次。多样性指数显示草甸草原>长芒草草原>次生杂类草草原,轻牧草地>禁牧草地>过牧草地的趋势。放牧程度可能是影响该区域天然草地植物多样性的关键因素,出现海拔增高和降水增加多样性指数降低的趋势可能是放牧干扰的结果。相关性分析显示物种的Shannon-wiener和Simpson多样性指数与Shannon和Simpson均匀度指数间均呈显著正相关,而与生物量之间呈显著负相关。     

黄土高原北部紫花苜蓿草地退化过程与植物多样性研究

以陕西省神木县六道沟小流域为研究区域,探讨了黄土高原北部紫花苜蓿人工草地退化过程中植物多样性的变化.结果表明,在黄土高原北部森林草原气候区,紫花苜蓿人工草地的退化演替过程可以划分为3个阶段:紫花苜蓿草地阶段(1～6年)、人工草地向天然草地演替的过渡阶段(6～10年)与长芒草次生天然草地阶段(10年以上).在1～30年的演替过程中,调查样方内共出现高等植物32种,分属于13科28属,其中90%以上出现在前6年.植被演替过程中累积出现的植物科属种数的动态变化可以用对数函数进行较好地描述.在群落演替过程中,物种丰富度指数、多样性指数和Pielou均匀度指数的变化趋势基本一致,在演替前期(第1个阶段)增加较快,在第2个阶段(过渡阶段)达到最高,然后有所降低并渐趋稳定.种植紫花苜蓿可显著地加快植被的自然演替进程,这与人工草地水分消耗强烈加速了土壤的旱化过程密切相关.发展人工草地是黄土高原北部加速天然植被恢复与发展畜牧业、增加农民收入的有机结合点,是西部生态环境建设中生态效益与经济效益兼顾的良好范式.     

Classification of dry grassland vegetation in Denmark

Abstract. A hierarchic classification of Danish semi‐natural grassland vegetation on well‐drained soils is presented. TWINSPAN was used for clustering of 614 samples of grassland vegetation showing floristic gradients and turnover in species composition in more dimensions. The optimal hierarchic level of clustering was determined by indicator species analysis. The classification was interpreted in terms of variables relating to abiotic environment and vegetation structure and to major ecoclines previously identified by gradient analysis. The 12 final clusters were compared to syntaxa of formal phytosociology and to communities in the British Vegetation Classification. Criteria for achieving floristically homogeneous clusters without sacrificing the ecological interpretability and validity of the clusters in time and along geographical gradients are discussed.     

坝上地区农田及两种恢复生境中蜘蛛多样性与群落特征

蜘蛛是农田生态系统中重要的自然天敌,其生物多样性及群落特征直接决定了农田的害虫控制等生态系统服务功能质量。农田及其周边的恢复生境是蜘蛛重要的栖息地。本研究采用陷阱法,对河北省张家口市崇礼区871、1360、1635 m 3个海拔农田、自然恢复草地及人工修复林地的蜘蛛群落的物种组成、物种多样性和功能特征进行研究,分析不同恢复生境中蜘蛛群落特征。结果表明: 不同生境蜘蛛的物种多样性指数差异明显,人工修复林地蜘蛛的多度为124.3只,显著高于自然恢复草地(70.1)及农田(38.6)的蜘蛛多度;人工修复林地(16.3)与自然恢复草地(21.4)的物种丰富度没有显著差别,但均显著高于农田(8.9);人工修复林地(2.04)及自然恢复草地(2.05)的Shannon多样性指数差异不显著,且均显著高于农田(1.55)。3种生境的蜘蛛群落组成均具有显著差异;蜘蛛体长与蜘蛛捕猎类型呈正相关,大型蜘蛛倾向于通过捕猎获取食物;自然恢复草地与农田蜘蛛以游猎型为主,而人工修复林地倾向于拥有更多的结网型蜘蛛,高海拔地区的蜘蛛体积通常较小。自然恢复草地与人工修复林地均可以提升蜘蛛群落多样性,在区域生物多样性保护中起重要作用;不同生境蜘蛛群落组成出现了显著分化,即蜘蛛群落总体的功能特征发生改变和保留了部分生境特有种。2种恢复生境蜘蛛多样性指标优于农田生境,且2种恢复生境物种组成存在差异,均具有保护特有种的功能,研究结果对农田及区域尺度蜘蛛生物多样性保护与恢复具有指导意义。     

Grassland ecosystems in China: review of current knowledge and research advancement

Grasslands are the dominant landscape in China, accounting for 40% of the national land area. Research concerning China's grassland ecosystems can be chronologically summarized into four periods: (i) pre-1950s, preliminary research and survey of grassland vegetation and plant species by Russians, Japanese and Western Europeans, (ii) 1950-1975, exploration and survey of vegetation, soils and topography as part of natural resource inventory programmes by regional and national institutions mainly led by the Chinese Academy of Sciences, (iii) 1976-1995, establishment of field stations for long-term ecological monitoring and studies of ecosystem processes, (iv) 1996-present, comprehensive studies of community dynamics and ecosystem function integrating multi-scale and multidisciplinary approaches and experimental manipulations.Major findings of scientific significance in China's grassland ecosystem research include: (i) improved knowledge on succession and biogeochemistry of the semi-arid and temperate grassland ecosystems, (ii) elucidation of life-history strategies and diapause characteristics of the native grasshopper species as one of the key grassland pests, and (iii) development of effective management strategies for controlling rodent pests in grassland ecosystems. Opportunities exist for using the natural grasslands in northern China as a model system to test ecosystem theories that so far have proven a challenge to ecologists worldwide.     

退化沙质草地开垦和围封过程中的土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁退化沙质草地开垦和围封过程中土壤颗粒分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明,不同开垦和围封年限的土壤颗粒分形维数(0～30cm)介于2.387～2.588之间.随着开垦年限的增加,0～15 cm层土壤颗粒分形维数从2.441降至2.387;围封11年后,0～15 cm层土壤颗粒分形维数增加到2.588.15～30 cm层土壤颗粒分形维数无明显变化.土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量.分形维数的变化能够很好地表征退化沙质草地土壤的化学、物理和生物学性状的变化趋势,可以作为评价退化沙质草地土壤性状的一个综合指标.     

Proteomic investigation of natural killer cell microsomes using gas-phase fractionation by mass spectrometry

We have explored the utility of gas-phase fractionation by mass spectrometry (MS) in the mass-to-charge (m/z) dimension (GPF(m/z)) for increasing the effective number of protein identifications in cases where sample quantity limits the use of multi-dimensional chromatographic fractionation. A peptide digestate from proteins isolated from the membrane fraction of natural killer (NK) cells was analyzed by microcapillary reversed-phase liquid chromatography coupled online to an ion-trap (IT) mass spectrometer. Performing GPF(m/z) using eight narrow precursor ion scan m/z ranges enabled the identification of 340 NK cell proteins from 12 microg of digestate, representing more than a fivefold increase in the number of proteins identified as compared to the same experiment employing a standard precursor ion survey scan m/z range (i.e., m/z 400-2000). The results show that GPF(m/z) represents an effective technique for increasing protein identifications in global proteomic investigations especially when sample quantity is limited.     

退化沙质草地开垦和围封过程中的土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁退化沙质草地开垦和围封过程中土壤颗粒分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明,不同开垦和围封年限的土壤颗粒分形维数(0～30cm)介于2.387～2.588之间.随着开垦年限的增加,0～15 cm层土壤颗粒分形维数从2.441降至2.387;围封11年后,0～15 cm层土壤颗粒分形维数增加到2.588.15～30 cm层土壤颗粒分形维数无明显变化.土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量.分形维数的变化能够很好地表征退化沙质草地土壤的化学、物理和生物学性状的变化趋势,可以作为评价退化沙质草地土壤性状的一个综合指标.     

Grasshopper （Orthoptera： Acrididae） biodiversity and grassland ecosystems

Interesting results may arise by combining studies on the structure and function of ecosystems with that of biodiversity for certain species. Grasshopper biodiversity is the result of the evolution of grassland ecosystems; however, it also impacts on the structure and the function of those ecosystems. We consider there to be a close relationship between the health of grassland ecosystems and grasshopper biodiversity. The main problems involved in this relationship are likely to include： （i） grasshopper biodiversity and its spatial pattern; （ii） the effect of grasshopper biodiversity on the ecological processes of grassland ecosystems; （iii） the biodiversity threshold of grasshopper population explosions; （iv） the relationship between grasshopper biodiversity and the natural and human factors that affect grassland ecosystems; and （v） grasshopper biodiversity and the health of grassland ecosystems. The solutions to these problems may provide sound bases for controlling disasters caused by grasshoppers and managing grassland ecosystems in the west of China. In this paper, we introduced two concepts for grasshopper biodiversity, that is, ＂spatial pattern＂ and ＂biodiversity threshold＂. It is helpful to understand the action of the spatial pattern of grasshopper biodiversity on the ecological processes of grassland ecosystems and the effect of this spatial pattern on the health of those ecosystems, owing to the fact that, in the west of China, grasslands are vast and grasshoppers are widely distributed. Moreover, we inferred that the change in the level of component richness at each type of grasshopper biodiversity can make an impact on grassland ecosystems, and therefore, there is likely to be a threshold to grasshopper biodiversity for the stability and the sustainability of those ecosystems.     

北方农牧交错带退耕还林与还草对地面节肢动物群落结构的影响

在中国北方农牧交错带宁夏盐池县,以农田为对照,以人工柠条林地、杨树林地和弃耕后自然恢复草地为研究样地,采用陷阱诱捕法,调查了退耕还林与还草4种类型样地的地面节肢动物群落结构特征,旨在分析农牧交错带退耕还林与还草措施对地面节肢动物群落结构生态效应的差异性。结果显示:(1)调查共获得地面节肢动物7目23科25类,其中优势类群为蜉金龟科和蚁科,其个体数占总个体数45.30%;常见类群13类,其个体数占总个体数49.17%;其余10类为稀有类群,其个体数占总个体数5.53%。(2)农田和草地生境的优势类群均有4个类群,而柠条林地和杨树林地生境的优势类群只有1个类群(即蚁科),但草地生境的优势类群种类组成完全不同于农田生境;优势度从农田的86.67%降为杨树林地的54.90%、柠条林地的63.16%和草地的61.70%。退耕还林还草后常见类群数及其优势度均呈现显著增加趋势。另外,4种类型样地生境中均无稀有类群。(3)退耕还林与还草仅对地面节肢动物类群数和Shannon指数产生显著影响(P0.05),而对个体数和优势度指数均无显著影响(P0.05)。地面节肢动物类群数和Shannon指数均表现为草地最高,杨树林地次之,农田和柠条林地最低。(4)不同生境类型样地间Jaccard指数均较低,介于0.13—0.39之间,属于不相似或中等不相似。(5)偏RDA分析表明,土壤含水量和总氮含量是影响地面节肢动物群落个体数分布的关键驱动因子。研究表明,退耕还柠条林地和弃耕后自然恢复草地对土壤性质改善均具有显著影响,并且弃耕后自然恢复草地更有利于节肢动物多样性的恢复。