近30年来白洋淀湿地景观格局变化及其驱动机制

湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统,其景观格局极易受到气候变化和人类活动的影响。利用1984—2014年的11期遥感影像数据,综合运用GIS技术和景观格局指数方法,对白洋淀湿地景观格局变化特征及其驱动力机制进行了分析。结果表明,1984—2014年期间,挺水植物和沉水植物呈减少趋势,农田和居民点持续快速增长,纯水体为"增加—减少—再增加"的趋势,林地和裸土地变化幅度不大。其中挺水植物一直是白洋淀最主要的景观类型,占研究区总面积比例达到37%—61%。农田的平均斑块面积最大,挺水植物的最大斑块指数和分维度指数最高,挺水植物和农田的聚集度指数最大,居民点、林地和裸土地空间分布离散,破碎化程度高,连通性差。1989—2004年白洋淀景观多样性指数呈减少趋势,景观格局趋于不稳定,同期聚集度指数上升,湿地连通性增加;1984—1989年和2004—2014年期间白洋淀多样性指数上涨,聚集度指数逐年下降,景观异质性增加。人口和社会经济发展是影响白洋淀景观格局变化的主要因素。     

近33年白洋淀景观动态变化

湿地具有重要的生态功能,由于各种因素的影响改变了湿地水文条件,并且导致湿地退化。利用1974、1987、1996和2007年遥感影像,使用ERDAS 9.1、ARCGIS 9.2和FRAGSTATS 3.3,分析了白洋淀景观动态变化过程及其驱动力。研究结果表明:从1974至2007年,白洋淀湿地面积从249.4km²下降到182.6km²,农田和居民地面积分别从70.0、2.1km²增加到126.4、12.5km²;在景观水平上,斑块密度、景观形状指数和香农多样性指数增加,蔓延度减小,景观破碎化程度增加,优势景观类型湿地对整个景观的控制作用减小;在类型水平上,明水面和沼泽的斑块密度和周长-面积分维数增加,最大斑块指数、平均斑块面积和连接度减小,居民地的斑块密度、最大斑块指数、平均斑块面积、周长-面积分维数和连接度都增加,农田的斑块密度、最大斑块指数和连接度增加,平均斑块面积和周长-面积分维数减小;水位变化是影响白洋淀景观变化的主要因素,水位升高会使湿地面积增加,反之,使湿地面积减小;流域人类活动和降水量变化是白洋淀水位和景观变化的重要驱动力。引水补淀只能暂时缓解白洋淀缺水问题,从流域角度考虑,实施有效的水资源管理方式,才能从根本上解决白洋淀湿地退化的问题。     

近20年白洋淀湿地水文连通性及空间形态演变

水文连通性是表征湿地格局和功能稳定性的重要指标,连通性的降低通常意味着湿地生态功能的退化,内部能量流动和养分循环的扰乱。选取京津冀最具典型性的白洋淀湿地为案例,将形态学空间格局分析模型(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)与连通性指数(IIC,Integral Index of Connectivity;PC,Probability of Connectivity)相结合,从时空两方面分析了白洋淀湿地水文连通性的变化,总结出水文连通性变化的空间形态演变规律。结果表明,1990—2015年间,白洋淀湿地整体连通性较差,以2005年为节点呈现先降低后逐步恢复的趋势;根据MSPA功能类型的变化,将白洋淀湿地空间形态演变分为消退期与恢复期两个阶段。消退期主要表现为核心斑块逐步分裂为分支、环岛、桥接、孤岛等细碎斑块,然后逐渐消退的过程;恢复期各类型主要表现为核心湿地面积逐渐增加,分支向桥接转变的过程。其中核心湿地的面积由1990年的8974.90 hm2,最低下降到2005年2092.97 hm2,到2015年又恢复到4122.14 hm2。整体而言,核心湿地的变化对白洋淀湿地水文连通性变化起主导作用。白洋淀湿地水文连通性降低的影响因素主要有上游补给水量的多少,土地利用变化以及气候变化等因素。研究将MSPA模型与连通性指数相结合的方法,能较好揭示湿地水文连通性变化过程中水文形态组织和运行变化的规律,可为其他地区湿地相关研究提供方法上的借鉴。     

滇西北高原湿地景观变化与人为、自然因子的相关性研究

人为活动的干扰与自然因子的变化共同作用于湿地生态系统,但两者对湿地生态系统作用的贡献率存在差异,目前尚缺乏进一步的研究。本研究基于面向对象分割和目视解译相结合的技术方法,研究了滇西北高原典型湿地纳帕海汇水区内28年来(1987—2015年)的湿地类型、分布及其空间格局的变化特征,并探讨其与当地人为活动的干扰(主要社会经济发展指标)、自然因子(主要气候因子)之间的相互关系。结果表明:(1)湿地总面积共计减少2456.46 hm2,其中,原生沼泽、沼泽化草甸和草甸面积分别减少了1152.07,1257.72,202.74 hm2,湖泊面积增加了156.07 hm2;(2)湿地景观多样性发生显著变化,其中,斑块数量(NP)由1987年的221增加到2005年的299,随后减少到2015年的260;香农多样性指数(SHDI)由1987年的1.81增加到1999年的1.84,随后减少到2015年的1.75;聚集度指数(contagion index)由1987年的52.82减少到1999年的52.02,随后增加到2015年的53.49;(3)湿地分布面积和香农多样性指数与第一、二、三产业值,以及年均温度呈负相关,与降水量呈正相关;斑块数量、聚集度指数均与第一、二、三产业值,以及年均温度呈正相关,与降水量呈负相关;(4)社会经济发展主要指标对湿地面积和景观多样性指数变化的解释度为63.50%,气候因子对其的解释度为36.50%。整体上,人为活动的干扰是导致该区域湿地不断萎缩、景观多样性改变的关键驱动力。减缓人为活动对湿地生态系统的过度影响,是当地保护湿地资源、维护湿地生态功能的关键。     

四川省湿地类型变化的自然-社会经济驱动力分析

利用Landsat系列遥感影像对四川湿地进行遥感制图,通过GIS空间叠加分析获取2000—2015年间2期(2000—2010年和2010—2015年)湿地变化时空数据库,选取平均风速、降雨量、平均气温、平均日照时间、平均相对湿度、国内生产总值、人均国内生产总值、农业生产总值和人口数量9个自然和社会经济影响因子,采用典型相关分析(CCA)方法,对四川省湿地类型变化的驱动力进行研究。(1)从2000年到2015年,四川省湿地变化面积705374 hm~2,沼泽和河流湿地是每期湿地面积变化的主体,库塘是变化最大的湿地类型,湖泊湿地最为稳定,主要的湿地变化类型是沼泽转化为非湿地、河流和非湿地转变为库塘。(2)平均气温、国内生产总值和人口数量分别解释湿地类型变化的16.6%、30.7%和2.1%,而降雨量和平均相对湿度仅能解释0.6%和0.3%,表明国内生产总值、平均气温和人口数量是四川省湿地类型变化的主要驱动因子。(3)四川不同湿地类型变化的驱动因子存在差异。具体表现为,随着国内生产总值的增加,沼泽湿地转化为非湿地的量减少,而且国内生产总值越高,非湿地和河流湿地转变为库塘的量越多;随着平均气温的增加,沼泽湿地转化为非湿地的面积增加。研究结果说明社会经济的快速发展对四川湿地面积的保护和增加起到了积极作用,但全球变暖仍然导致沼泽湿地在不断减少,因此在全球变化的背景下,加强对沼泽湿地的保护和恢复,对于稳定四川湿地资源具有重要的作用。     

黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析

在遥感和GIS技术支持下,基于1975-2010年长时间序列遥感影像,选取斑块密度指数(PD)、景观内部生境面积指数(IA)、斑块平均面积指数(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS1、FS2)等具有典型生态意义的景观指数模型,系统分析了黑河中游湿地景观的破碎化过程,并结合灰色关联分析、主成分分析等方法,探讨了影响研究区湿地景观破碎化过程的各驱动因子.结果表明:近35年来,研究区湿地景观破碎化主要表现为斑块平均面积的萎缩,斑块密度的上升以及斑块形状破碎化指数的增大.整个研究时段内,研究区湿地斑块平均面积减少了48.95hm2,斑块密度的上升0.006个/hm2;导致黑河中游湿地景观破碎化发生和发展的驱动力包含自然和人文两个方面.自然因子对湿地景观破碎化进程的影响则主要体现在气温和降水上,而且气温对湿地景观破碎化进程的影响程度明显大于降水.但在1975-2010年间的这一较小时间尺度上,人类活动对湿地景观破碎化的贡献率明显高于自然因子,人类活动能力的增强以及影响范围的不断扩大是引发黑河中游湿地景观破碎化的主因.     

黄河流域草地净初级生产力时空动态及其驱动机制

黄河流域是生态系统的敏感区,流域草地生态系统在气候变化和人类活动驱动下发生了显著变化。基于多源遥感影像和气象站点资料等,采用改进后的CASA模型估算2001—2018年黄河流域草地净初级生产力(NPP),评估定量反演结果精度,分析研究时段内流域草地净初级生产力时空动态,探讨气候要素和人类活动对流域草地净初级生产力的影响。结果表明：1)基于改进的CASA模型能够高精度模拟黄河流域草地NPP。2)2001—2018年黄河流域草地NPP呈增加趋势,且在2013年发生突变。2001—2013年气候和人类活动均促进流域草地NPP增加,而2013年后人类活动抑制流域草地NPP增加的作用明显增强,抑制区域面积较前一阶段增加34.89%。整体上,人类活动对草地NPP的影响强度低于气候要素影响强度。3)耕地和建设用地面积的变化,是驱动实际净初级生产力动态的重要人类活动要素。耕地和建设用地面积的增加与草地面积减少、实际净初级生产力增加速率的降低紧密相关。伴随经济发展,应坚持实施退耕还林还草政策,并加强对草地生态保护的监督。     

基于水文平衡的湿地退化驱动因子定量研究

作为地球上最为重要的生态系统类型之一,湿地与森林、海洋并称为地球三大生态系统。但是,近年来湿地生态系统退化速度远大于其他类型生态系统,开展湿地退化的定量评估分析研究对于湿地生态系统的保护和恢复具有重要意义。选择北京城市湿地为研究对象,利用卫星遥感数据分别提取得到1991年和2007年的湿地面积,基于湿地水量平衡理论和湿地水文方程方法,定量评估分析了导致湿地退化的原因和不同驱动因子的贡献率。结果表明:(1)与1991年相比,2007年北京湿地减少约6275.31 hm2,约占1991年北京湿地总面积的24.46%。显著退化区域主要发生在野鸭湖湿地和密云水库湿地,分别减少了约1377.69 hm2和4654.50 hm2。(2)引起湿地退化的自然驱动因子中,以降水减少、入境地表水减少和蒸发量增加为主,驱动湿地退化的贡献率分别为39.22%、14.05%和11.85%。引起湿地退化的人为驱动因子中,以城市扩展为主,驱动湿地退化的贡献率为3.42%,而技术进步所采取的节水措施等有利于湿地保护,贡献率为25.55%。     

海南岛主要森林类型时空动态及关键驱动因子

天然林,橡胶林和浆纸林之间转化是海南岛森林生态系统演变的主要形式.以海南岛1988年(建省),1998年(提出生态省建设)和2008年(目前)3个年代的天然林,橡胶林和浆纸林遥感解译为基础,分析了三者的格局动态及关键驱动因子,得到以下结论:(1)1988-1998和1998-2008年间,天然林总面积呈现先明显增加(增加面积10.76万hm2),后明显减少(减少面积20.03万hm2)特点;橡胶林呈先小幅下降(下降面积7.14万hm2),后大幅度增加(增加面积20.03万hm2)的变化特点,浆纸林则一直呈增加的趋势;(2)三者年动态变化率在1998-2008年间最大(1.335％),1988-2008年间次之(0.965％),1988-1998年间最小(0.490％);(3)1988-1998年天然林空间范围转化呈内部增加,外部扩展的特征,增加的部分主要来自橡胶林和其他用地类型,同时,浆纸林空间转化呈局部增加和橡胶林呈局部减少的特点;1998-2008相比1988-1998年间,天然林空间范围呈外缘收缩,内部减少的特点,橡胶林和浆纸林则呈内外部都扩张的特点.类型间转化天然林向橡胶林,浆纸林和其他类型用地转化较明显;(4)不同时期的林地面积变化主要受政策,农业人口,农林产品市场价格等外在因素的作用,同时也受到道路,高程和坡度等内在因素的影响.最后,从林业监督,生态补偿,市场调节等角度提出海南省林业发展建议.     

1995—1999年黄河三角洲东部自然保护区湿地景观格局变化

基于1995和1999年的LandsatTM遥感影像,结合地理信息系统技术,分析黄河改道清8汊(1996年)前后的1995—1999年黄河三角洲东部自然保护区(位于黄河现行流路入海口处)湿地景观格局的变化特征,以及影响湿地景观格局变化的驱动因素.结果表明:1995—1999年,保护区湿地仍以天然湿地为主,人工湿地比重极小,期间非湿地面积大幅增加,而天然湿地和人工湿地面积则呈下降趋势,其中,裸露淤泥质滩涂和沼泽湿地面积明显萎缩;尽管保护区湿地景观类型、形状、结构的变化程度不均一,且各景观类型在空间分布上的团聚程度变化不均衡,但总的看来,保护区景观整体结构趋于复杂化,破碎化程度有所加深,内部各景观类型从大块连续的镶嵌分布向小块离散分布转变;影响保护区湿地景观格局变化的主要因素有3个:黄河改道、黄河断流和人类活动.     

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