基于生物量的塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)生态服务价值评估

胡杨是塔里木河下游荒漠河岸林的重要组成部分,研究塔里木河下游胡杨生物量及生态服务价值变化特征,可以为塔里木河下游生态输水的效益评估提供科学依据。以塔里木河下游胡杨为研究对象,采用实地调查采样与遥感解译分析相结合的方法,评估了不同年份胡杨地上生物量特征,并结合遥感方法提取不同年份胡杨面积,估算了不同年份胡杨的生态服务价值。结果表明:(1)胡杨主要分布在离河道0—700 m的范围内,此范围内的生物量占总生物量的90%以上;在离河道700 m以外,胡杨的生物量不足10%。英苏断面胡杨平均生物量最高,阿拉干断面次之,依干不及麻与喀尔达依断面胡杨生物量较低。(2)2000年,胡杨单位面积平均生态服务价值为78.96元/hm~2,2010年为177.14元/hm~2,2016年为313.55元/hm~2;胡杨总服务价值在2000年为43.24×10~4元,2010年为93.00×10~4元,2016年为184.27×10~4元。(3)2016年胡杨的有形服务价值为22.74×10~4元,无形服务价值为161.53×10~4元,胡杨的无形生态服务价值为有形生态服务价值的7.1倍。生态输水对胡杨生物量与服务价值具有显著的影响,输水效益十分显著。     

基于生物量的塔里木河下游胡杨生态经济价值变化特征初探

以塔里木河下游的胡杨为研究对象, 探讨了胡杨生物量以及经济价值的变化趋势。基于2001-2016 年塔里木河下游胡杨的调查及模拟资料, 借鉴生物量估算方法, 首先对胡杨生物量变化进行了模拟; 其次, 依据胡杨生物量变化特征和价值评估方式, 定量评价了塔里木河下游胡杨的经济价值。结果如下: ① 建立了胡杨胸径与年龄间关系模型A=12.711/(1+3.339×e^–0.208D) 和胡杨单株生物量模型F =128.09(D²h)^0.6318（R² =0.892; F =285.35）。② 估算了生态输水以来各年份胡杨总生物量, 起始年份2001 年胡杨总生物量约为21.029×10⁴ t, 平均生物量约为2.401 t·hm^–2。③ 胡杨年际新增价值量最大值出现在2006 年为6.746×10⁸ 元, 2009 年、2011 年、2014 年胡杨新增价值量均小于0.08×10⁸ 元, 并且新增价值量与输水量呈极显著正相关关系。     

塔里木河下游河岸带植被的空间结构特征

揭示我国内陆河流域下游河岸带植被的空间结构特征, 对于了解我国西北干旱区荒漠河岸带植被的空间分布规律、指导荒漠化治理和内陆河水资源管理具有重要意义。该研究基于野外大范围植被调查数据支持下的遥感监督分类方法, 利用Landsat-8 OLI遥感数字图像, 辨识了塔里木河下游柽柳(Tamarix spp.)灌丛、胡杨(Populus euphratica)疏林和芦苇(Phragmites australis)草地3类主要的河岸带植被, 并利用建立的叶面积指数(LAI)遥感反演经验模型反演了研究区柽柳灌丛和胡杨疏林的叶面积指数, 旨在从区域尺度和总体趋势上分析荒漠河岸带植被的空间结构和分布特征。结果表明: 在有详细地物资料的基础上, 遥感监督分类可以作为一种干旱区荒漠河岸带植被分类的有效方法; 遥感分类结果显示塔里木河下游胡杨疏林分布面积约336.4 km², 柽柳灌丛约为405.3 km², 胡杨疏林总体更靠近河道, 柽柳灌丛分布范围更广; 河岸带植被LAI整体很低, 柽柳灌丛和胡杨疏林平均LAI值分别为0.253和0.252, LAI小于0.5的植被对应面积分别占柽柳灌丛和胡杨疏林总面积的92.4%和90.1%, 表明了塔里木河下游荒漠河岸植被空间上稀疏分布的特征; 统计结果显示, 河岸带植被结构存在巨大的空间变异性, 其中胡杨疏林比柽柳灌丛的空间变异性更大; 河岸带植被LAI随距河道距离呈现显著负指数分布规律, 在离河道1 km范围内LAI随离河道距离快速下降, 而1 km外区域叶面积指数普遍低于0.1, 表明植被主要分布在河道两侧1 km范围内。整体稀疏的空间分布、显著的空间变异性, 以及由LAI体现的植被盖度随距河道距离的负指数下降规律是荒漠河岸带植被空间结构的3个基本特征。     

水分梯度下胡杨荒漠河岸林种内竞争及空间格局变化特征

为查明塔里木河下游不同水分梯度下胡杨种内竞争以及空间分布格局的变化规律,在塔里木河下游阿拉干断面选取3条样带,每条样带内依照水分梯度布设3个样方,采用Hegyi单木竞争模型与点格局等分析方法,探究了水分梯度下胡杨林种内竞争及空间格局变化特征。结果表明：1)塔里木河下游胡杨的最适竞争范围为10m; 2)胡杨竞争指数与胸径服从幂函数关系(P<0.001),胡杨竞争指数随对象木胸径的增加而逐渐减小,当对象木胸径达到20cm以上时,其竞争指数逐渐稳定,且维持在较低水平;3)随水分梯度的降低,胡杨林分竞争指数呈下降趋势;4)在塔里木河下游,胡杨空间格局主要为聚集分布,随空间尺度的增加,胡杨逐渐趋向于随机分布;5)随水分梯度的降低,胡杨空间格局由聚集分布逐渐转变为随机分布。水分是决定极端干旱区荒漠植被空间分布与结构的主要因子;在胡杨林分管理中,应充分考虑胡杨的种内竞争、空间格局及其与水分梯度之间关系,为塔里木河下游胡杨林的保护与更新提供科学依据。     

塔里木河干流胡杨种群结构与分布格局研究

采用样方法对塔里木河干流上、中、下游胡杨(Populus euphratica)种群按径级、高度级、长势级进行实地调查与统计,绘制径级结构图、高度结构图和长势结构图,并应用理论分布模型和聚集强度指数进行种群分布格局分析。结果表明:(1)塔里木河干流胡杨径级结构呈"纺锤型",幼苗和幼树缺乏(Ⅰ～Ⅱ级占28.83%),以Ⅲ～Ⅴ级占绝对优势(占66.62%),老龄植株所占比例最低(Ⅵ级占4.55%),从龄级结构看种群处于衰退的早期阶段,存活曲线符合DeeveyⅠ(凸)型,为稳定种群。(2)塔里木河上游胡杨种群高度级比例差异小(变幅为21.60%～31.07%),处于发展阶段;中游种群结构呈正态分布,为稳定增长型;下游种群高度级比例差异大(变幅为12.50%～51.14%),处于衰退阶段。(3)塔里木河干流胡杨种群分布格局呈聚集分布,不同离河距离的胡杨种群聚集强度有差异,不同龄级的胡杨种群聚集强度也不同,幼树的聚集程度高,Ⅵ级聚集强度较其他龄级差。     

塔里木河下游胡杨林胸径结构及林木分布特征

采用“面”上宏观调查与“点”上典型研究相结合, 集中对塔里木河下游阿拉干断面100 hm2的胡杨(Populus euphratica)林木分布与胸径结构进行了调查。结果发现, 在距河道0-20 m的范围内, 胸径为0-4 cm的幼龄胡杨占最多, 达到13.24%。以后随着离河道距离的增加, 幼龄胡杨所占比例逐渐减小。胸径分布范围简单, 胸径为16-36 cm的林木株数在胡杨林中所占的比例最多。另外, 随着离河道距离的增加, 胸径在48 cm以上的过熟林和衰老林的比例逐渐增多。距河道0-200 m的范围内, 胡杨分布占整个胡杨林的80%以上。其中以疏失度为0-50%的长势较好的胡杨为主。在200-400 m的范围内, 疏失度为50%-75%的长势较差的过熟林和衰老林的比例开始增多。距河道400 m以上, 胡杨密度开始急剧下降, 胡杨株数所占的比例几乎下降到5%以下。     

塔里木河下游胡杨林胸径结构及林木分布特征

采用“面”上宏观调查与“点”上典型研究相结合,集中对塔里木河下游阿拉干断面100hm^2的胡杨（Populus euphratica）林木分布与胸径结构进行了调查。结果发现,在距河道0—20m的范围内,胸径为0—4cm的幼龄胡杨占最多,达到13．24％。以后随着离河道距离的增加,幼龄胡杨所占比例逐渐减小。胸径分布范围简单,胸径为16—36cm的林木株数在胡杨林中所占的比例最多。另外,随着离河道距离的增加,胸径在48cm以上的过熟林和衰老林的比例逐渐增多。距河道0—200m的范围内,胡杨分布占整个胡杨林的80％以上。其中以疏失度为0—50％的长势较好的胡杨为主。在200—400m的范围内,疏失度为50％-75％的长势较差的过熟林和衰老林的比例开始增多。距河道400m以上,胡杨密度开始急剧下降,胡杨株数所占的比例几乎下降到5％以下。     

基于地面LiDAR数据的塔里木河下游胡杨林结构参数反演

以塔里木河下游天然胡杨林为研究对象,利用Riegl VZ-1000型地面激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanning, TLS)获取离河道不同距离的8个样方内513棵胡杨的三维点云数据,通过建立冠层高度模型、Hough变换等方法获取单木株数和结构参数,并与传统的每木检尺实测数据和无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)低空影像进行对比,验证激光雷达方法的测树精度;对TLS获取的胡杨树形参数进行相关性分析,并建立关系模型;探讨不同水胁迫条件(不同离河道距离,不同地下水埋深)对胡杨单木结构参数的影响;最后按不同径级划分胡杨的年龄,得出各龄级胡杨所占比例。结果表明:(1)TLS能够高精度获取不同密度和长势的胡杨单木株数和结构参数,单株准确分割比率为94%—100%,相对于UAV低空影像更为准确;(2)TLS获取的胡杨树高(Tree height,TH)、胸径(Diameter at breast height, DBH)、冠幅直径(Crown diameter,CD)和冠幅面积(Crown area,CA)与传统实测值拟合度R~2较高,分别为0.95、0.97、0.77和0.84,表明实测数据和TLS获取数据无明显差异;(3)胡杨CD、CA分别与TH呈显著正相关,其相关性系数为0.73、0.67;基于此构建了胡杨TH与CD的关系模型,即TH=2.6274×CD~(0.706),R~2为0.64;(4)根据径级划分胡杨年龄段可知,DBH为15—30 cm的近熟林比例最大,占8个样方内监测胡杨总株数的47%,表明胡杨种群年龄结构相对稳定并总体态势良好,呈现了生态输水对塔河下游胡杨种群恢复有明显的促进作用。总之,激光雷达技术能够客观反映胡杨树形结构参数,可替代耗力、耗费、耗时的传统实测方法,为时时掌握胡杨林生长发育、长势动态以及多尺度、多时相生态耗水研究提供高精度信息,为干旱区荒漠河岸林的有效保护与可持续管理提供科学依据。     

封面说明

<正>图片由中国科学院新疆生态与地理研究所朱成刚博士2016年7月拍摄于塔里木河下游阿拉干与依干不及麻间的生态监测断面(39°60'N,88°22'E).拍摄地点距离河道约300 m,照片主要展现塔里木河下游繁殖季节的胡杨(Populus euphratica)种群景观,右侧为结种期的胡杨雌株,左侧为胡杨雄株.伴随塔里木河上游、中游水土开发,下游河道自20世纪70年代断流,造成下游生态系统     

塔里木河下游生态输水后胡杨径向生长量的时空变化

以塔里木河下游胡杨为对象,基于树木年轮水文学的方法,分析了生态输水后胡杨枝条径向生长量的时空变化.结果表明：生态输水前后胡杨平均径向生长量差异极显著,输水后,胡杨径向生长量明显增加,增幅达125%;生态输水期间,随着输水量的增加,胡杨径向生长量逐渐增加,二者呈正相关关系（R²=0.394）,可以将胡杨径向生长量作为输水效益的一个重要量化指标;生态输水后,离河道不同距离处的胡杨径向生长量差异极显著（P=0.007）,且随着与河道距离的增加,胡杨径向生长量逐渐减小;不同河段的胡杨径向生长量差异显著（P=0.017）,离水源地大西海子水库越近的河段,胡杨径向生长量变化越大.目前输水的影响范围有限,不足以从根本上遏止本区生态环境的持续恶化.     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism