基于ARIMA-ANN模型的生态安全评价及预测——以河西走廊城市群为例

生态安全是社会经济可持续发展的基本保障,研究区域生态安全时空格局历史演变与发展趋势具有重要意义。本文选取河西走廊地区5个地级市为对象,建立基于PSR-EES模型的生态安全评价指标体系,采用综合指数法计量其2008-2017年期间10年生态安全值,进而采用ARIMA-ANN模型预测未来该区域生态安全变化趋势。结果表明:河西走廊地区生态安全呈波动上升状态,演变特征与区域的生态保护规划与政策措施相吻合;各地级市生态安全等级与理想状态存在不同程度的差距;张掖、金昌、酒泉三市存在一定的生态风险;采用ARIMA单项模型、ARIMA-ANN组合模型对河西走廊区域生态安全变化趋势进行预测的平均相对误差、相关系数分别为2.01%、0.8852(ARIMA)和1.09%、0.9665(ARIMA-ANN);ARIMA-ANN组合模型预测河西走廊地区2020年的生态安全值达0.8107,处于V级。本研究证明,ARIMA-ANN组合模型在区域生态安全演变评价和发展趋势预测中获得较高的准确度和精度,对优化区域生态空间布局和安全管理具有实践价值。     

丁酸调控幼龄反刍动物瘤胃上皮发育研究进展

瘤胃是反刍动物营养物质消化吸收和代谢的重要器官,其发育状态直接影响反刍动物生产性能和健康。初生犊牛和羔羊,瘤胃功能尚未发育完全,不能够充分消化和吸收固体饲料。因此,在幼龄时期,通过营养调控手段促进反刍动物的瘤胃发育对维持动物健康及提高生产性能具有重要意义。丁酸是瘤胃微生物降解植物性饲料的主要产物,也是瘤胃上皮及宿主的重要能量来源。丁酸调控幼龄反刍动物瘤胃上皮发育是一个历久弥新的话题。主要介绍了幼龄反刍动物瘤胃上皮形态及功能的发育以及丁酸调控幼龄反刍动物瘤胃上皮发育的研究进展。     

乙醇对瘤胃液接种稻秸的体外发酵产物及细菌群落结构的影响

旨在研究乙醇对山羊瘤胃液与水稻秸秆厌氧共培养的影响。利用频繁传代的体外发酵技术和高通量测序方法,分析了短链脂肪酸(SCFA)产量和细菌群落的变化。结果表明,经体外培养传代8次的稻秸发酵液的总短链脂肪酸产量显著高于瘤胃液(P<0.01);与未添加乙醇的稻秸发酵液相比,添加乙醇显著提高了乙酸、戊酸和己酸的比例,降低了丙酸和丁酸的比例(P<0.01),总SCFA产量及异丁酸和异戊酸比例无显著差异。与瘤胃液相比,稻秸发酵液的拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度下降,厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度升高(P<0.05),且添加乙醇显著提高了厚壁菌门和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度(P<0.05);添加乙醇使双歧杆菌属(Bifidobacterium)、未定性的毛螺菌属(unidentified Lachnospiraceae)、产琥珀酸菌属(Succiniclasticum)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和未定性的梭菌属(unidentified Clostridiales)的相对丰度显著升高(P<0.05)。乙醇使稻秸发酵液的显著性差异物种(Biomarker)增加;稻秸发酵液与瘤胃液亲缘关系较近,而添加乙醇显著改变了细菌区系;短链脂肪酸比例在稻秸发酵液细菌群落多样性中具有重要作用。研究表明,体外频繁传代和添加乙醇可以提高稻秸发酵液的乙酸、戊酸和己酸产量,乙醇改变了稻秸发酵液的细菌群落结构。     

玉米转基因技术专利权人合作态势分析

转基因玉米是最重要的转基因主粮作物之一,其转基因技术具有一定的代表性。为了更好地了解和掌握玉米转基因技术领域研发主体合作情况,文章构建了基于专利权人合作网络的目标技术领域专利权人合作态势分析框架,并基于社会网络分析方法与技术,以世界范围内的转基因玉米领域的重要专利权人为分析对象,构建合作网络、分析整体合作特征、挖掘合作子网、探测领域内重要专利权人,从而从宏观、中观和微观三个层面客观展现玉米转基因技术领域专利权人合作态势,为科技战略规划提供一定的决策支撑。     

基于白刺个体大小的生态化学计量模型

生态化学计量的提出为认识C、N、P耦合循环特征、驱动力及机制等提供了新方法,但植物在生长过程中的生态化学计量变化尚缺乏相关报道。本研究以唐古特白刺为对象,通过对白刺分株2017年当年生枝、2年生枝、大于2年生枝、叶、根和压条生物量及营养元素的测定,拟合了基于构件大小的元素总量,并推导了白刺各构件及整株依赖于个体大小的生态化学计量模型。结果表明: 推导模型能够反映植物在生长过程中的生态化学计量动态,老枝和压条均具有较高的N∶P与C∶P,叶、当年生枝和根均具有较低的N∶P与C∶P,白刺整株3种元素含量在生长过程中的累积速率为P>N>C。本研究结果符合现有的生长速率假说和异速生长理论,同时也可从侧面印证养分重吸收现象,该方法可作为分析植物生长过程中元素计量动态特征的一种有效途径。     

板栗“燕山早丰”幼苗光合与碳氮代谢对干旱胁迫的响应

干旱是影响燕山地区板栗树生长和产量的主要因子。为了在整株水平上研究板栗幼苗对干旱胁迫的响应,本试验以盆栽“燕山早丰”板栗幼苗为研究对象,通过模拟自然干旱处理22 d,测定叶片光合特性,根、茎、叶生物量、脯氨酸、丙二醛、碳、氮等生理指标变化。结果表明: 与正常浇水相比,干旱胁迫下幼苗根、茎、叶含水量分别显著下降18.3%、29.0%和62.8%,脯氨酸(355.0%～1586.7%)和丙二醛(41.1%～81.3%)含量显著上升(茎中丙二醛除外),但叶部非光化学淬灭系数和净光合速率分别显著下降49.4%和77.4%;同时,茎和叶中非结构碳水化合物含量分别显著增加21.4%和69.5%,根中增加幅度未达显著差异水平;根和叶中硝态氮含量分别显著增加28.9%和26.8%,茎中增加幅度未达显著差异水平;根、茎、叶中铵态氮含量分别增加了16.2%、12.9%、217.6%,但仅在叶部差异显著。综上,干旱胁迫对燕山早丰板栗幼苗产生了较严重的伤害,显著抑制了其光合性能,但能够通过增强体内碳氮代谢来提高其适应干旱环境的能力。本研究结果可为当地板栗抗旱性资源选育和栽培提供参考。     

江西双季稻氮素监测诊断模型的建立与应用

建立基于光谱仪的江西双季稻氮素监测诊断模型,可指导氮肥精确施用,达到双季稻丰产、提质、增效的目的。本研究开展了不同早、晚稻品种与氮素水平的小区试验,采用GreenSeeker光谱仪和作物生长监测诊断仪(CGMD)于分蘖期和拔节期测定了早、晚稻冠层光谱植被指数和植株氮积累量,建立了双季稻植株氮积累量光谱监测模型,并采用独立的田间试验数据对模型进行检验。利用双季稻丰产栽培经验及建立的氮素光谱诊断模型,对双季稻分蘖肥和穗肥施氮量进行定量推荐。结果表明: 双季稻氮肥施用关键期(分蘖期和拔节期)基于两种光谱仪的光谱植被指数与植株氮积累量均呈显著正相关,分蘖期和拔节期的模型预测效果比生长前期模型好。基于GreenSeeker光谱仪的归一化差值植被指数(NDVI_(780,660))的指数方程可较好地预测植株氮积累量,模型决定系数(R²)为0.92～0.94,模型检验的均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)和相关系数(r)分别为3.09～5.96 kg·hm^-2、5.8%～18.5%和0.92～0.98;基于CGMD光谱仪的差值植被指数(DVI_(810,720))的线性方程可较好地预测植株氮积累量,R²为0.90～0.93,模型检验的RMSE、RRMSE和r分别为3.71～6.33 kg·hm^-2、11.7%～14.3%和0.93～0.96。基于CGMD光谱仪的模型推荐的施氮量高于基于GreenSeeker光谱仪的模型推荐的施氮量;模型生成的精确施氮方案较传统农户方案减少施氮量5.5 kg·hm^-2,氮肥农学利用率提高0.8%,纯收益提高128元·hm^-2。用双季稻氮素光谱诊断方法指导施肥能在增产的同时,降低成本,增加纯收益,对科学指导双季稻生产具有重要意义。     

灌木斑块格局对产流及产沙过程的影响

研究景观斑块盖度和连通方式影响下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化规律,对于揭示坡面土壤侵蚀过程的水动力机制和水文连通性具有重要意义。本研究采用野外人工模拟降雨试验,分析灌木样地不同覆盖度水平(0%、20%、40%、60%、90%)和不同连通方式(竖路径、横路径、S路径、随机斑块路径)下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化。结果表明: 随灌木覆盖度增加,产流量和产沙量均呈指数递减趋势;覆盖度增加到60%以上时,灌木减水减沙能力趋于稳定。随灌木覆盖度增加,流速、径流深、雷诺数、弗劳德数、径流功率和径流剪切力显著降低,曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数显著增大;但当灌木覆盖度增加到60%以上时,水力学参数特征值变化无显著差异。4种连通方式的产流率大小依次为竖路径>S路径>横路径>随机斑块;产沙率表现为竖路径最大,S路径次之,横路径与随机斑块无显著差异。连通性差的路径(横路径、随机斑块路径)与连通性好的路径(竖路径、S路径)相比,表现出较强的水力传输阻力和较差的水力挟沙能力。研究灌木斑块不同覆盖度和不同组合方式对坡面产流产沙量和水动力参量的作用,阐明植被减水减沙的临界盖度和合理配置方式,可为黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供重要的理论依据。     

中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。