中国天然林资源保护工程综合评价指标体系与评估方法

天然林资源是国家重要的战略资源与生态资源,在维护国土生态安全、应对气候变化、保护生物多样性等方面发挥着不可替代的重要作用。作为覆盖范围最广、投资规模最大的天然林资源保护工程（简称天保工程）自2000年正式启动以来,对长江上游、黄河上中游地区以及东北、内蒙古、新疆、海南等重点国有林区的森林资源保护修复、区域生态环境改善及经济社会可持续发展等多方面都产生了巨大、深远影响。天保工程二期于2020年结束,全面定量评估天保工程的生态、经济和社会综合效益和国内外的巨大影响,可为全面推进我国天然林资源保护修复提供科技支撑,为后续政策修订提供决策依据。本文基于空间信息技术、样地调查、生态站观测、比较分析等手段,构建了适用于天保工程的综合评价指标体系与评估方法,涵盖森林资源、生态效益、社会经济效益、生态修复措施和政策设计5个方面,对全面贯彻落实国家生态文明战略和《天然林保护修复制度方案》具有重要的现实意义和深远历史意义,为开展全国性的重大生态工程评估提供借鉴和参考。     

基于目标检测的东北虎个体自动识别

东北虎个体的自动识别是种群数量评估和制定有效保护策略的重要基础。以东北虎林园和怪坡虎园38 只虎为研究对象,将目标检测方法首次应用到东北虎个体识别研究中,采用多种深度卷积神经网络模型,以实现虎个体的自动识别。首先通过相机在不同角度对 38 只东北虎进行拍摄取样,建立包含13579张图像的虎样本数据集。由于虎的体侧条纹信息不具有对称性,所以运用单次多盒目标检测（Single Shot MultiBox Detector, SSD）方法,对虎的躯干左侧条纹、右侧条纹以及脸部等不同部位图像,进行自动检测并分割提取,极大节省手工截取时间。在检测分割出的左右侧及脸部不同部位图片基础上,运用上、下、左、右平移变换进行数据增强,使图片数目扩大为原来的5 倍。采用LeNet、AlexNet、ZFNet、VGG16、ResNet34共5 种卷积神经网络模型进行个体自动识别。为了提高识别准确率,运用平均值和最大值不同组合方式来优化池化操作,并在全连接层引入概率分别为0.1、0.2、0.3、0.4的丢弃（Dropout）操作防止过拟合。实验表明,目标检测模型耗时较少,截取分割老虎不同部位条纹能达到0.6 s/张,远快于人工截取速度,并且在测试集上准确率能达到97.4%。不同姿态下的目标部位都能正确识别并分割。ResNet34模型的准确率优于其他网络模型,左右侧条纹以及脸部图像识别准确率分别为93.75%、97.01%和 86.28%,右侧条纹识别准确率优于左侧条纹和脸部图像。研究为野生虎自动相机影像的识别提供技术参考。在未来研究中,对东北虎个体影响数据进行扩充,选取更多影像数据进行训练,使网络具有更强的适应性,从而实现更准确的个体识别。     

长白落叶松冠层光合作用的空间异质性

以2014年黑龙江省帽儿山林场14年生人工长白落叶松为研究对象,对比分析了各项光合指标、环境因子及光合生理参数在冠层内的空间差异性,并探讨了净光合速率(P_n)与其他指标的关系.结果表明: 在树冠垂直方向,上层P_n、气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r)显著高于中层和下层,胞间CO₂浓度(C_i)表现为下层>中层>上层;光合有效辐射(PAR)从上层外部到下层内部呈显著降低趋势,水汽压差(VPD)和叶片温度(T_l)表现为上层显著高于中层和下层,相对湿度(RH)则无显著差异;最大净光合速率(P_{n max})、暗呼吸速率(R_d)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)均表现为上层>中层>下层,下层比上层分别降低32.7%、55.8%、80.2%和51.6%,表观量子效率(AQY)表现为下层>中层>上层,下层分别是中层和上层的1.2和1.3倍.水平方向,光合指标和环境因子的差异性主要体现在树冠上层,P_n、g_s、T_r、PAR和VPD表现为树冠外部显著高于树冠内部,而C_i和RH差异不显著;P_{n max}、R_d、LCP和LSP表现为外部>内部,内部比外部分别降低0.4%、37.7%、42.0%和16.4%,而AQY在内部比外部高0.7%.C_i是限制P_n的主要生理因子,PAR是影响P_n的主要环境因子,尤其在弱光区域PAR对P_n的影响十分明显.因此,在模拟和预估树木冠层光合作用时,考虑空间异质性有一定的必要性.     

40年岷山地区白河自然保护区川金丝猴的生境格局动态

好的生境质量是野生动物生存和繁衍的必备条件,生境质量的变化将对动物的生存产生深远影响,定量客观的评估生境变迁过程显得尤为必要。川金丝猴作为我国一级保护动物,评定其生境质量变化过程有利于制定有效的保护措施。3S技术的不断发展与广泛应用为研究川金丝猴生境格局的动态变化提供了有利的工具。以岷山白河自然保护区为例,利用陆地资源卫星的MSS/TM/OLI遥感影像,并基于专家知识的决策树分类方法对遥感影像进行分类,获取了5个时期的覆被类型空间分布图;根据NDVI与郁闭度的相关性获取了研究区郁闭度的时空变化信息。然后,通过对野外观测数据的数理统计与空间分析,获取了川金丝猴的生活习性特征,并结合AHP方法构建了川金丝猴生境质量的评价体系,对5个时期的生境质量进行了评价,最后定量分析了40年来川金丝猴的生境格局的动态变化趋势。研究表明,近40年来白河自然保护区内及周边的生境经历了由良好到不断恶化,再到逐渐恢复的过程,其中最适宜和适宜生境呈现先降低后逐渐升高的趋势,而不适宜和勉强适宜则表现为先增加后减小的趋势。1975—1982年时段内,各生境等级变化剧烈,尤以最适宜和不适宜等级变化显著,生境质量整体呈恶化趋势;1982—1994年,各生境等级变化剧烈程度较前一时期有所缓和,生境质量得到较大改善,呈良性发展趋势;1994—2003年时段内,研究区内生境质量进一步改善,环境恶化状况得到了缓解;2003—2014年时间段内整体质量改善的速度明显减缓,生境质量达到平衡状态。除1975—2014时段外,前4个时段的各综合变化指标呈现递减趋势,前期生境等级变化剧烈,后期趋缓。气候变化和人为干扰为导致生境变化的主要因素,其中20世纪80年代生境变化与气候变化关系密切,而20世纪90年代之后人为干扰因素明显增加。研究有助于理解气候变化与人为干扰背景下,川金丝猴生境格局时空变化特征,为野生濒危动物生境保护管理和政策制定提供科学依据。     

翅碱蓬对盐沼沉积物微生物生物量及β-氨氧化细菌群落的影响——以双台河口为例

为了解翅碱蓬植被对盐沼沉积物微生物的影响,于2013年7月、8月、9月和11月对双台河口裸滩和翅碱蓬植被沉积物(10—15 cm)微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、16S rRNA基因丰度、潜在硝化速率、β-氨氧化细菌(β-AOB)丰度及群落进行了调查。结果表明,不同采样日期裸滩沉积物MBC、翅碱蓬沉积物β-AOB amo A丰度和两种生境潜在硝化速率没有显著差异;而翅碱蓬沉积物MBC、裸滩沉积物β-AOB amo A丰度、两种生境MBN和16S rRNA基因丰度呈现时间波动。当所有采样日期的数据结合分析时,翅碱蓬植被显著影响沉积物MBC、MBN、细菌16S rRNA基因丰度、潜在硝化速率和β-AOB amo A丰度。从裸滩和翅碱蓬沉积物获得的β-AOB序列属于Nitrosospira和Nitrosomonas,翅碱蓬植被对β-AOB群落结构和多样性均有一定的影响。研究结果有助于了解翅碱蓬湿地中微生物的作用,为盐沼生境的生态修复技术提供参考。     

基于居群观测的木鱼坪淫羊藿复合种形态比较和分类学启示

基于"居群"概念,对木鱼坪淫羊藿复合种(Epimedium franchetii species complex)进行了系统的标本查阅,并于花期对该复合种9个居群的野外形态进行了观测和比较研究。结果显示,竹山淫羊藿(E.zhushanense K.F.Wu et S.X.Qian)花瓣为紫红色,易于与其它物种区分;时珍淫羊藿(E.lishihchenii Stearn)在模式产地(江西庐山)的JXLS居群中有1/5的个体根茎为结节状(并非像模式种一样根茎细长),其叶背被毛细长的性状较稳定,且与木鱼坪淫羊藿(E.franchetii Stearn)叶背被粗短伏毛的性状区别明显;JXJA居群(江西靖安)地理分布靠近江西庐山,叶背被毛也与时珍淫羊藿类似,但其典型的粗壮根茎则与木鱼坪淫羊藿一致,因此将其处理为木鱼坪淫羊藿-时珍淫羊藿过渡类型;保靖淫羊藿(E.baojingense Q.L.Chen et B.M.Yang)与木鱼坪淫羊藿主要区别在于前者小叶柄、叶柄、茎和节部密被柔毛,尤以节部明显,叶背被细长毛,而木鱼坪淫羊藿小叶柄、叶柄、茎和节部均光滑,叶背被粗短伏毛;HBFX居群(湖北房县)和HBMP居群(湖北神农架)小叶柄、叶柄、茎、节部和叶背均疏被毛,被毛特征介于木鱼坪淫羊藿和保靖淫羊藿之间,因此将HBFX和HBMP居群处理为木鱼坪淫羊藿-保靖淫羊藿过渡类型。聚类分析结果表明,9个居群可划分为3类,竹山淫羊藿与其它类群种间界限明显,建议将其从木鱼坪淫羊藿复合种中分离出来;木鱼坪淫羊藿与时珍淫羊藿和保靖淫羊藿的关系复杂;保靖淫羊藿与木鱼坪淫羊藿主要是被毛上的差异,地理上存在同域分布,推测其为微生境导致的生态宗,将其处理为木鱼坪淫羊藿的变种;时珍淫羊藿与木鱼坪淫羊藿地理分布相对隔离,是由地理隔离引起的地理宗,将其处理为木鱼坪淫羊藿亚种。     

芒果畸形病病原菌Fusarium mangiferae的快速分子检测

芒果畸形病是芒果上的重要病害之一,由镰孢菌侵染引起,其中以Fusarium mangiferae为主要致病菌.该病害诊断困难,且难于有效控制,因此,一旦发生则对芒果生产造成严重威胁.研究基于ISSR分子标记技术,从50条已知引物中筛选得到一条目的引物UBC 888,该引物可稳定扩增出大小为479bp的F. mangiferae特异性条带(GenBank Accession No. KJ526382).根据获得的特异性片段序列设计引物,成功地将ISSR标记转化为SCAR标记,并获得一对SCAR特异性引物(W342,W1772)和一段大小为1 376bp的特异性扩增片段(GenBank Accession No. KJ526383).通过优化特异性引物扩增条件,获得最适退火温度,构建芒果畸形病病原菌F. mangiferae的快速分子检测技术.此技术操作简单,特异性强,可检测真菌DNA的含量最低为10pg,适用于F. mangiferae和田间带菌芒果组织高灵敏度快速检测,为芒果畸形病的早期诊断和及时预防提供可靠理论依据和技术方法.     

广东阳春重阳传统药市药用民族植物学研究

该研究自2013年开始对阳春开展了全面的中药资源普查工作,在全面了解阳春地区药用植物资源的基础上,于2013年和2014年两次对阳春重阳传统药市进行全面跟踪调查。结果表明：阳春重阳传统药市出售的药物种类丰富,共收集鉴定得出134种药用植物,隶属于60科117属,并对收集到的药用植物进行编目,包括俗名、学名、药用部位、用途和用法等。从药用植物的科、属分布上来看,其中种类较多的科有大戟科(11种)、蝶形花科(10种)、菊科(10种)、茜草科(9种)、马鞭草科(6种)、姜科(5种)、防己科(5种)。药用植物的种类广泛分布于各科和属中,而非集中于少数科、属内。此外,还对阳春重阳传统药市所形成的文化基础、植物应用特色和药材地域特色进行了分析,在药市中调查到一批具有当地特色的滋补养生类的药材,得出阳春当地具有将药用植物融入日常饮食的习惯。药市中售卖的药材功效与当地的自然环境密切联系,其中尤以治疗与岭南地区湿热的气候和瘴疠虫蛇等特点所引起的常见疾病为主。同时,对阳春药市的可持续发展提出了意见和建议。     

蜜环菌糖苷水解酶家族基因在菌索与菌丝间的差异表达分析

蜜环菌是一种兼性腐生和寄生的真菌,通过降解伴栽基质并为药用植物(天麻)或菌物(猪苓)提供营养物质,而糖苷水解酶是这一过程的主要酶类.本研究从蜜环菌Armillaria mellea 541菌株转录数据库中共获得糖苷水解酶家族基因170个,分布于39个亚家族.进一步分析发现,这些家族基因编码的糖苷水解酶家族蛋白(glyc...     

烟粉虱内共生菌Rickettsia在植物体内的形态及动态变化

[目的]通过研究烟粉虱Bemisia tabaci取食传入植物体内的昆虫内共生菌种类,探明其在不同植物中的分布形态及时空动态.[方法]以B型烟粉虱、棉花、番茄、豇豆为实验材料,利用常规PCR检测烟粉虱取食后传入植物体内的共生菌种类;利用透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)检测Rickettsia传入植物后的分布及形态;利用q-PCR技术检测豇豆叶片中Rickettsia含量的动态变化.[结果]B型烟粉虱体内含有原生共生菌P0rtiera、次生共生菌Ricfettsia,Hamiltonella和Hemipteriphilus,但只检测到Rickettsia可经烟粉虱传入棉花、番茄、豇豆植物体内,并可在植物体内存活、转移.在3种植物体内Rickettsia均分布于叶片韧皮部的筛管细胞中.烟粉虱、棉花、番茄组织内的Rickettsia形态基本一致,但豇豆中Rickettsia在形态上较小而钝圆.相同数量的烟粉虱取食,在豇豆体内最先检测到Rickettsia.随着烟粉虱取食时间的增加,豇豆体内的Rickettsia含量先增加后下降;而当无烟粉虱持续取食时,一定时间段内豇豆体内的Rickettsia先下降再小幅度上升,并可以在一定时间内保持不变.基于16S rDNA序列的系统发育分析表明,传入棉花、番茄、豇豆叶片中的Rickettsia与B型烟粉虱体内的Rickettsia高度同源.[结论]Rickettsia可经烟粉虱取食传入植物体内,分布并存活于韧皮部的筛管细胞中,并可在植物不同叶片之间转移;在不同植物宿主中,Rickettsia的形态会发生轻微变化;烟粉虱对Rickettsia的传播效率受到植物种类的影响.