基于地表温度-植被指数特征空间的区域土壤干湿状况

土壤干湿状况是监测土地状况的重要指标之一,在水文、气候和生态等多个领域有广泛应用.地表温度-植被指数特征空间(Ts/VI)综合了传感器从可见光到近红外波段的信息,能较好地反映区域土壤干湿状况.以华北平原作为研究区,选择了研究区的云量较少的16幅MODIS产品,包括每日500m地表反射率产品(MOD09GA),每日1km地表温度产品(MOD11A1),建立温度-植被指数特征空间.首先利用线性方程拟合了特征空间的上下边界,改进了计算特征空间的干湿边的方法,并分析了干湿边参数随时间变化的趋势,比较了归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数(EVI)构建的地表温度-植被指数特征空间形状的差异.基于研究区107个土壤湿度站点的数据,讨论分别由Ts/NDVI和Ts/EVI特征空间计算得到的温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,简称TVDI,分别为TVDIN与TVDIE)和土壤湿度的相关性,以此验证TVDI反映区域土壤干湿状况的能力.利用Ts/EVI空间计算得到的TVDI分析了研究区4个时期土壤湿度的5空间分布规律.同时在气象站点尺度上,讨论了TVDI与降水变化的相关性.研究结果表明,TVDI能够反映土壤表层的干湿状况;Ts/EVI空间计算得到的TVDI与土壤湿度的相关性比Ts/NDVI空间计算得到的TVDI与土壤湿度的相关性要高.降水随时间变化的规律和TVDI也有明显的相关性,即:每次连续降水以后TVDI值下降,表明土壤湿度升高;经过一段无降水的时间之后,TVDI值上升,土壤湿度降低.研究区不同时期的TVDIE图表明,TVDIE能够有效的反映土壤湿度的时空差异,是一种有效的实时监测土壤干湿状况的手段.     

亚历山大藻属微卫星标记的筛选

采用生物信息学方法,从塔玛亚历山大藻的ESTs数据库中筛选微卫星(Simple Sequence Repeat, SSR)位点,设计SSR引物,利用毛细管电泳对4株塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)、2株相关亚历山大藻(Alexandrium affine)和1株链状亚历山大藻(Alexandrium catenella)进行种内、种间遗传多样性分析,获得以下主要结果:(1)从6830条非冗余的ESTs中共查找到222个SSR,平均每18.5kb就有一个SSR,三核苷酸重复在所有的重复类型中所占比例最大,达到48.2%,重复单元CTG/CAG出现频率最高.进一步筛选出12条SSR引物,用于遗传多样性分析.(2)种内遗传多样性水平整体偏低,多态性引物比率仅为41 67%,Nei's基因多样性平均为0.2130.种间遗传多样性水平较高,多态性引物比率为75%,Nei's基因多样性平均水平为0 4643;另外,种间遗传分化系数较高,平均水平为0.7051.(3)对7个样品的聚类图分析发现,A. tamarense CCMP116 与A. affine CCMP112遗传距离极为接近;A. tamarense ATHK9301、CCMP1598和ATDH01相互聚在一起;A. catenella ACDH01与A. tamarense分属两枝.以上结果表明,SSR标记在亚历山大藻种内遗传多样性分析方面是一种非常有用的工具.     

基于GIS支持下的土地资源空间格局生态优化

以防治水土流失和维护景观整体生态优化为目标,选择我国滇西南地区亚热带山地为典型案例,利用遥感数据和GIS的空间信息处理技术,采用适宜性评价与土地资源利用格局整体优化相结合的方法,用最小累积阻力模型(MCR)确定土地利用的功能分区和生态格局组分,探讨山地土地资源空间格局生态优化途径.结果表明:(1)基于GIS空间分析技术和"成本距离加权"制图分析工具,采用最小累积阻力模型(MCR)的土地资源空间格局生态优化方法是可行的;(2)将水平生态过程作为一种对景观的控制过程来对待,以常绿阔叶林和思茅松林为保护源,基于最小累积阻力面(MCR)模型,构建了对土地资源整体生态功能起维护作用,对源内物种的迁移或扩散过程具有关键作用的廊道、辐射道和战略点等生态格局组分;(3)基于MCR阻力值建立的频率序列及拐点图,拐点两侧的土地利用类型异质性较大,可以作为划分土地功能分区的临界点,以此划分出有利于生态安全的核心源保护区、生态缓冲区、生态过渡区、生态边缘区、农业耕作区和居民生活区等6类土地功能区,并提出各功能区的管理措施.     

环境微生物群落功能研究的新方法和新策略

微生物群落在驱动生物地球化学循环中扮演着重要角色,传统的研究方法可对微生物群落进行遗传结构的解析,但不能有效地与功能研究耦联.概述了近年发展起来的基于核酸和蛋白质水平的分子生物学新方法--环境mRNA 和 rRNA同时荧光原位杂交(FISH)、寡核苷酸微阵列技术(Oligonucleotide Microarray)、 稳定性同位素联合宏基因组学(SIP-enabled Metagenomics)和环境蛋白质组学(Metaproteomics)在环境微生物群落功能研究中的应用,并且对其发展趋势进行了分析和展望.     

采伐和火烧对森林氮动态的影响

森林是重要的陆地生态系统类型,它通过特有的养分循环机制维持其结构和功能.其中氮素对林木生长和发育十分重要,而且常是森林生产力的限制因素.另一方面,森林氮动态又常受到人类活动干扰的影响.根据国内外研究结果综述了采伐和火烧对森林氮动态的影响.结果表明采伐后环境因素的变化将影响森林N动态,其中最为关注的是采伐后一系列因素引起的N损失,如:N淋溶增加、伴随生物量的N迁移以及因径流或侵蚀增加造成的枯枝落叶层和土壤层N流失.这些N损失又将影响更新林分的生长和生产力.此外,采伐后N吸收速率一般下降,但随着植被快速生长N吸收速率将不断增加.采伐后氨化和硝化过程增强,但因短期内同化作用较弱,生态系统中大部分N将发生损失.火烧对森林N动态的短期影响主要包括:第一,火烧时N直接挥发损失;第二,火烧后N有效性增加,这主要由灰分沉积、根和微生物死亡及有机质N矿化增强等综合造成.随着时间延长,N有效性逐渐降低,这可能与火烧引起的有机质损失、植物N吸收增加、淋溶或侵蚀损失有关.然而,目前关于火烧造成的长期生态影响,如火烧后地上植被恢复与地下生物地球化学过程变化有何联系仍不太清楚.未来研究应着重于探讨氮素对森林采伐和火烧作出的短期响应将如何长期影响森林的结构和功能.此外,建议在实施营林方案时需考虑采伐和火烧对生态系统氮的影响.     

基于生物物理视角的城市生态竞争力

研究城市的生命支持系统、系统解析城市运行的生物物理代谢过程是深入揭示现代城市"病"产生机理与作用规律的新视角.借助生态能量学方法之一 --能值方法对城市生态经济系统进行了系统分析,并构建了综合性城市生态竞争力指数UECCI,将之应用于北京、上海和广州3个案例城市1990年到2005年的评价中.同时,引入并整合台北(1991和1998年)和澳门(1990、1993、1995、1997、2000、2003和2004年)的能值分析结果进行参照对比.结果显示:研究期内3个案例城市生态经济系统的演化趋势呈现很好的一致性,但广州的UECCI一直高于北京和上海,广州城市生态经济系统在可持续发展的长远尺度上似乎更具有生态竞争力;与台北与澳门的进一步比较发现,尽管中国大陆城市经济发展程度不及台北与澳门,其UECCI总体上却高于台北和澳门.     

1961-2013年东北三省玉米低温冷害强度的时空分布特征

基于东北三省1961-2013年气象数据、《北方春玉米冷害评估技术规范（QX/T167-2012）行业标准》,结合具有生物学意义的热量指数,给出了东北三省低温冷害强度分级,利用经验正交函数（EOF）分解法和旋转经验正交函数（REOF）分解法分析了东北三省玉米低温冷害强度时空分布特征。结果表明：东北三省玉米低温冷害强度具有明显的空间分布特点,可分为全区一致型、南北反相位分布型以及东西反相位分布型。东北三省玉米低温冷害强度的时间变化具有较好的一致性,1961-2013年东北三省低温冷害的发生强度呈波动减小趋势。低温冷害强度区域差异显著,按照低温冷害强度强弱可分为黑龙江-吉林北部区（Ⅰ区）、吉林南部-辽宁北部区（Ⅲ区）和辽宁南部区（Ⅱ区）。研究结果可为东北三省低温冷害风险区划和采取有效的减灾避灾措施提供依据。     

角毛壳菌几丁质酶基因chi58多点突变及在毕赤酵母中的高效表达

应用重叠延伸PCR技术(gene splicing by overlap extension PCR,gene SOEing),简称SOE-PCR对角毛壳菌(Chaetomium cupreum)的几丁质酶基因chi58进行多点突变.依据毕赤酵母密码子偏爱性,将毕赤酵母中编码Arg使用频率几乎为0的密码子CGC突变为使用频率高的AGA,构建了含有正确突变的酵母表达载体pPIC9K-chi58A,电转化毕赤酵母GS115,获得的重组酵母株在诱导120 h酶活力最高,平均可达101.71 U/mL±3.33 U/mL;其活力比未优化重组酵母株(31.83 U/mL±4.85 U/mL)提高了约3倍,且经10代传代培养后遗传稳定性良好.表达产物的SDS-PAGE分析表明,酶蛋白分子大小为58 kD.     

刈割对草原化荒漠区驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)根际土壤特性的影响

在休眠期对草原化荒漠中自然生长的驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)进行不同频度的刈割处理(连年刈割、隔年刈割、对照),通过测定根际土壤理化性质、土壤微生物数量及土壤酶活性等指标,分析和讨论了不同频度的刈割处理对驼绒藜根际土壤特性的影响。结果表明:(1)连年刈割和隔年刈割都显著提高了根际土壤含水量,隔年刈割使根际土壤全碳含量显著上升、有机质含量显著下降,但刈割对根际土壤pH值和全氮含量的影响不明显;(2)刈割对根际土壤微生物总量的影响不明显,但显著影响细菌、真菌和放线菌的组成,连年刈割使真菌数量显著增加,隔年刈割使放线菌数量显著增加,驼绒藜根际土壤中放线菌所占比例最大,其数量表征了土壤的贫瘠程度;(3)刈割对根际土壤过氧化氢酶和中性磷酸酶活性有显著影响,两种刈割处理会显著提高土壤过氧化氢酶活性、降低土壤中性磷酸酶活性,而对土壤多酚氧化酶、脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性的影响不显著。总之,隔年刈割对植物根际土壤养分供给及土壤分解者的活性更加有利,而且土壤理化因子对土壤微生物数量和土壤酶活性的影响不显著。刈割对驼绒藜根际土壤特性影响的规律性不强,可能是由于半灌木刈割利用的时间较短,根际土壤各个测量指标之间尚未形成显著的相关性。     

基于网络特征的道路生态干扰——以澜沧江流域为例

道路网络对区域景观的生态格局和过程产生较大的影响,作为干扰因子,区域道路网络的特征和所产生的生态干扰水平存在一定的相关性.利用GIS和网络分析法,以澜沧江流域县域为基本单元,分析了研究区各县的道路网络特征指数,在揭示了区域道路网络不同特征之间的规律性的基础上,进一步对区域网络特点和生态干扰之间相关性进行了内在关系的探讨.结果表明,澜沧江流域道路网络结构的空间差异很大,流域内各县的道路网络节点数、连接线数目、α环度、β线点率、γ连接度指数等网络特征因子也存在较大差异;道路密度和道路总长度与区域海拔高度呈现较明显的负相关关系;道路密度和区域道路的廊道密度呈现正相关关系,和区域道路的α指数、β指数和γ指数关系可以用倒数模型来拟合.缓冲区分析表明,耕地比例和道路密度线性相关关系显著,而其他类型相关性较差,但区域综合的人工干扰指数(Hd)(1980,2000)和道路网络的特征指数相关显著,而且不同时期的区域景观的斑块密度、平均斑块面积和区域道路网络特征之间也存在较强的相关性,即网络扩展使得区域生态系统受干扰强度增加,破碎化严重,但较短时期内的生态系统变化和道路网络特征之间相关性不显著.