基于SOFM网络对黄土高原森林生态系统的养分循环分类研究

对森林生态系统进行分类是认识森林生态过程的根本途径,传统的从结构角度对森林生态系统分类只能反映森林的外在特征,而无法从功能角度区别森林的本质差异.通过对黄土高原3个生物气候区18个不同森林生态系统的养分循环特征测算和分析,选取了能全面反映养分的积累和分布(生物量、枯落物积累量、养分积累量)、循环通量(年吸收量、年存留量、年归还量)以及养分循环效率(循环系数、利用系数、养分生产力)等多方面指标作为分类指标体系,利用自组织映射特征网络(SelfOrganizing Feature Maps,SOFM)聚类方法,从养分循环的角度将黄土高原森林生态系统划分为2个一级类型,6个二级类型.该分类结果与实际较符,从而探索了森林生态系统的功能分类方法,也验证了SOFM网络模型应用于森林养分循环分类的可行性.     

高寒草甸生态系统磷素循环

试验在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站进行了实验样地设置在冬春草场上,应用分室模型,将高寒草甸生态系统分为大气,土壤,植物,食草动物４个分室,主要讨论了磷素在各分室内的贮量,流动方向,流通数量及其系统磷素的供需状况,高寒草旬生态系统磷素的循环过程中,大气分室通过降水输入土壤磷量为０．３６ｋｇ／ｈｍ＾２．ａ植物从土壤库摄取速效磷７．０６ｋｇ／ｈｍ＾２．ａ这些磷素一部分（０．５７ｋｇ／ｈｍ＾２．ａ     

赤潮生物种群模型的变结构控制

在已有赤潮理论的基础上,利用细胞接触的抑制作用建立了一个赤潮生物种群的控制模型.根据变结构控制原理,设计变结构控制器,使控制模型在有害藻灭绝时的平衡点处稳定.最后用数值仿真验证所得结果的正确性.     

草地生态系统碳循环及其对全球变化的响应Ⅰ.碳循环的分室模型,碳输 …

概述了草地生态系统碳素循环的一般特征,介绍了一个草地碳循环的分室模型;对世界草地生态系统的碳贮量和碳输入量的有关数据进行了归纳整理,并初步讨论了草地生态系统在全球碳循环中的作用。     

草地生态系统碳循环及其对全球变化的响应I 碳循环的分室模型、碳输入与贮量

概述了草地生态系统碳素循环的一般特征,介绍了一个草地碳循环的分室模型;对世界草地生态系统的碳贮量和碳输入量的有关数据进行了归纳整理,并初步讨论了草地生态系统在全球碳循环中的作用。     

草地生态系统碳循环及其对全球变化的响应I.碳循环的分室模型、碳输入与贮量

概述了草地生态系统碳素循环的一般特征,介绍了一个草地碳循环的分室模型;对世界草地生态系统的碳贮量和碳输入量的有关数据进行了归纳整理,并初步讨论了草地生态系统在全球碳循环中的作用。     

森林生态系统碳循环动态仿真系统的设计

模型方法是森林碳循环研究的有力工具.在Simulink环境下设计开发了通用的森林生态系统碳循环动态仿真系统FORCASS,从仿真系统的模式框架、设计方案和开发过程方面进行综合分析表明,FORCASS具有可行性.该仿真系统具有如下特点：1）将森林生态系统划分为植被碳库、枯落物碳库、土壤碳库和动物碳库4个分室,考虑了众多碳流转移项,具有较高的机理性和解释性;2）仿真系统基于过程,以植被器官生物量碳储量Richards生长方程为驱动项,带入差分方程组进行计算,可操作性高,能够实现林龄变化下的植被净第一性生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）等多种输出;3）仿真系统基于通用的碳循环模式框架建立,可扩展性能良好.     

陆地生态系统可溶性有机氮研究进展

可溶性有机氮(dissolved organic nitrogen DON)的流动是陆地生态系统氮循环的重要组成部分。本文就陆地生态系统DON的来源、组成、性质;森林生态系统DON的流动、季节动态以及DON在氮循环中的地位等方面作了概括和探讨。今后的陆地生态系统DON的研究应该集中在以下几个方面：确定陆地生态系统中DON的各分室DON的浓度、流量;DON的源与汇问题;量化不同生态系统中DON库的大小和组成;研究DON在氮的矿化、微生物的固持、以及植物吸收等氮循环过程中的地位;对比研究DON与DOC(dissolved organic carbon)的动态差别;探讨DON与植物营养和碳积累的关系等。     

池塘生态系统中磷循环的动力学分析

磷是植物所需主要营养元素之一,对植物生长和繁殖起关键作用,也影响着池塘生态系统的全局稳定性.因此定量分析池塘生态系统中磷循环的内在机理,科学调控池塘生态系统中的磷循环具有重要的意义.本文依据磷循环过程的特征以及池塘生态系统的结构特点,利用传染病模型的理论,建立磷循环的动力学模型.通过求解方程组的正平衡点与阈值,分析影响磷循环的可控因子和可控范围及循环特征条件,再利用Hurwitz定理证明平衡点处的渐近稳定性,分析池塘生态系统的稳定性,为磷循环的开发利用提出科学建议.最后,通过仿真验证了理论分析的结果.     

无牧草原生态系统营养元素的生物地球化学特征

以内蒙古锡林河流域的两种优势草原群落羊草草原和大针茅草原为研究对象,探讨了中纬度地区未放牧情况下的草原生态系统植物营养元素的生物地球化学特征．结果表明,两类草原群落土壤-植物系统中土壤分室N、P、K、S、Ca、Mg、Si的贮量远大于植物亚系统的贮量,地上活体和枯草分室的各元素贮量小于根分室．在两类草原群落中,N、P、K、S从枯草分室中消失的速率要大于Ca、Mg和Si．羊草草原的枯草分室元素流失量大于大针茅草原．研究区草原生态系统中,羊革草原物质的生物地球化学循环近于平衡状态,大针茅草原处于失衡状态．物质循环量羊草草原远大于大针茅草原．     

Optimal temperature control for batch beer fermentation

Optimal control theory was applied to the process of batch beer fermentation. The performance functional considered was a weighted sum of maximum ethanol production and minimum time. Calculations were based on the model of Engasser et al. modified to include temperature effects. Model parameters were determined from isothermal batch fermentations. The fermentor cooling duty was the single available control. Temperature state variable constraints as well as control variable constraints were considered. The optimal control law is shown to be bang-bang control with the existence of a singular arc corresponding to isothermal operation at the maximum temperature constraint. An iterative algorithm is presented for computing appropriate switching times using a penalty-function-augmented performance functional.     

Optimal risk management of human alveolar echinococcosis with vermifuge

In this study, we develop a bioeconomic model of human alveolar echinococcosis (HAE) and formulate the optimal strategies for managing the infection risks in humans by applying optimal control theory. The model has the following novel features: (i) the complex transmission cycle of HAE has been tractably incorporated into the framework of optimal control problems and (ii) the volume of vermifuge spreading to manage the risk is considered a control variable. With this model, we first obtain the stability conditions for the transmission dynamics under the condition of constant control. Second, we explicitly introduce a control variable of vermifuge spreading into the analysis by considering the associated control costs. In this optimal control problem, we have successfully derived a set of conditions for a bang-bang control and singular control, which are mainly characterized by the prevalence of infection in voles and foxes and the remaining time of control. The analytical results are demonstrated by numerical analysis and we discuss the effects of the parameter values on the optimal strategy and the transmission cycle. We find that when the prevalence of infection in foxes is low and the prevalence of infection in voles is sufficiently high, the optimal strategy is to expend no effort in vermifuge spreading.     

基于改进PSO的洞庭湖水源涵养林空间优化模型

以结构化森林经营思想为理论基础,从与水源林涵养水源、保持水土功能密切相关的林分物种组成(树种混交)、种内及种间竞争、空间分布格局、垂直结构4个方面选择混交度、竞争指数、角尺度、林层指数、空间密度指数、开阔比数作为水源林健康经营和林分空间结构优化的目标函数,建立洞庭湖水源林林分多目标空间优化模型,应用改进的群智能粒子群算法求解林分空间结构优化模型,并针对模型输出的目标树空间结构单元制定周密的经营策略.研究结果表明,优化模型能准确定位林分空间关系的薄弱环节,调控措施能显著改善林分空间结构,有利于促进森林生态系统的正向演替,为恢复洞庭湖水源林生态功能和健康经营提供理论依据和技术支撑.应用优化模型进行水源涵养林健康经营突破了传统森林经营模式,为智能信息技术在森林空间经营中的应用提供了新的思路.     

A nonsingular optimization approach to the feed rate profile optimization of fedbatch cultures

A new method to calculate the optimal feed rate profile for fedbatch culture is proposed. Instead of the usual singular control approach of taking the feed rate as the control variable, the substrate concentration profile is used as the transformed control variable to avoid the computational difficulty associated with the singular control. Thus, the problem is converted into a nonsingular optimization problem of determining the optimal substrate concentration profile subject to a constraint. The equivalent feed rate profile to match the optimal substrate concentration profile is then generated. With this method the computational difficulty associated with singular controls for high-order systems is circumvented. The proposed method is illustrated by a number of examples.     

择伐对吉林蛟河阔叶红松林群落结构及动态的影响

科学的森林经营能够优化林分结构,是调控森林生产力和生物多样性的有效手段。择伐作为森林经营的重要方式之一,其对森林结构以及群落动态的影响一直未有定论,因此迫切需要利用更加全面的数据对择伐及伐后林分特征的变化进行长期监测。根据森林大样地建立规范,2010年在吉林蛟河建立了42hm~2阔叶红松林动态监测样地,2011年冬季截取部分面积进行择伐经营,以经营样地为研究对象,运用数值变量描述采伐活动并分析择伐前后群落结构的变化;同时结合2015年的二次调查数据,以立地条件基本一致的对照样地为参照,比较林分水平和物种水平上死亡率、更新率的差异,并利用线性混合效应模型探究择伐活动对个体径向生长的影响。研究结果显示:经营样地的择伐强度为5.4%,受采伐干扰影响较大的物种主要包括色木槭、白牛槭、裂叶榆、胡桃楸、千金榆、水曲柳以及紫椴,采伐主要集中于林冠层树种,亚林层和灌木层个体很少涉及。择伐前后物种组成、径级结构等并未发生明显改变。5年间,经营样地和对照样地的林分密度都降低,对比对照样地,经营样地的死亡率较低,但其更新状况并未优于对照样地。从胸高断面积来看,经营样地整体的年平均生长量高于对照样地,表明择伐导致的稀疏对个体生长和存活起到了一定的促进作用。将采伐强度纳入线性混合效应模型中分析发现,胸径始终是影响个体生长的最重要因素,其次是树木个体之间的非对称竞争;采伐所涉及到的7个主要树种的年平均生长量均高于对照样地,但仅有紫椴的径向生长表现出对采伐干扰的显著响应。综合来看,低强度择伐对群落结构和动态的影响较小,不同物种的径向生长对择伐的响应存在一定差异。     

用动态模型研究森林群落中物种间的竞争

研究了以过程为基础的模型在物种竞争试验模型及实践中的应用。应用森林动态林窗模型模拟了群落内物种竞争规律。结果表明：同一群落中具有不同生物、生态学特征的物种竞争过程与环境条件有密切关系。由此确定,竞争是与外部条件密切相关的,不是一个单独稀量物种特征的指标;具有相似生物和生态学特性的物种,在森林植被发育过程中,存在绝对竞争,具有较弱更新与生长能力的物种,始终处于竞争劣热,不宜于在这样的群落中生长,而且有较强更新和生长的树种在群落中处于优势地位。     

Simple nonsingular control approach to fed-batch fermentation optimization

Determination of the optimal feed rate for fed-batch fermentation is normally a problem in singular control with a state inequality constraint and as such is, in general, difficult to solve, especially for those described by a large number of dynamic mass balance equations. In this article we use a new set of state variables and the culture volume as the control variable. In this way the problem is converted to one of nonsingular control with the magnitude and rate constraints on the manipulated variable and can be numerically solved by a gradient-based technique, thus avoiding the difficulty associated with singular control problems. Examples are given to illustrate the method.     

一个具有突变体的种群模型的变结构控制

基于一个具有突变体的种群模型,提出了相应的控制模型.根据变结构控制原理,针对控制模型,分别设计了变结构控制器和近似变结构控制器,使突变体灭绝.最后通过数值仿真,验证了所得结论的正确性.     

森林生态效益的线性联立方程组模型的研究

在森林生态效益似乎不相关模型的基础上,分析众多生态效益中的相互依存和从属关系,引入内生变量Y1、Y2作为另一个生态方程的自变量,构造联立方程组模型．该模型比较深入地刻画了在森林生态效益因变量集中,以森林涵养水源效益为主导。与其它生态效益间的支配关系．从森林生态效益自身规律出发。构造联立方程组结构参数矩阵B和T,根据其中隐含的参数间约束条件,生成线性限制方程HA=L。是确保本森林生态效益联立方程组模型成功的关键．特别是对森林生态效益因变量与自变量非线性关系的分析,为森林生态效益联立方程组模型的构造奠定科学基础．本模型是过度可识别且误差结构矩阵不是对角矩阵的联立方程组模型．用三步最小二乘估计法的Matlab程序,得森林涵养水源、森林固土、森林保肥和森林防风固沙效益联立方程组模型,平均精度可达80％以上．由此估计出全国2000年的森林涵养水源生态效益量为4227×10^8t;森林固土效益量为3．9×10^8t;森林保肥效益量为4．7×10^8t;森林防风固沙量为22．8×10^8t．