植物种间联结研究内容与方法评述

植物种间联结是植物群落重要的数量和结构特征之一,是植物群落结构形成和演化的基础。研究种间联结,对于植物群落的稳定与演替、植被的恢复与重建等具有重要的理论意义和应用价值。为了便于探讨种间联结的形成机制,本文评述了种间联结的研究内容、计算方法及其影响因素,同时指出了现研究存在的问题及今后的研究方向。植物种间联结受多方面因素影响,既有人为取样尺度的影响,又有环境与生物自身的因素。在群落演替的不同阶段,种间联结性往往有所不同。为此,可采用多尺度排序法分析不同尺度格局上复杂的种间联结关系,重点加强植物"利他作用"及入侵种种间联结的研究。在Fisher精确检验的基础上,结合Pearson相关系数和Spearman秩相关系数来检验种对间的相关性,并利用生态位理论或从植物生理、分子遗传的角度研究密度主导的种间联结的变化,可以准确揭示植物种间的内在关联性。     

基于代谢网络预测菌种基因改造靶点方法的研究进展

高产特定产品的人工细胞工厂的构建需要对野生菌株进行大量的基因工程改造,近年来随着大量基因组尺度代谢网络模型的构建,人们提出了多种基于代谢网络分析预测基因改造靶点以使某一目标化合物合成最优的方法。这些方法利用基因组尺度代谢网络模型中的反应计量关系约束和反应不可逆性约束等,通过约束优化的方法预测可使产物合成最大化的改造靶点,避免了传统的通过相关途径的直观分析确定靶点的方法的局限性和主观性,为细胞工厂的理性设计提供了新的思路。以下结合作者的实际研究经验,对这些菌种优化方法的原理、优缺点及适用性等进行详细介绍,并讨论了目前存在的主要问题和未来的研究方向,为人们针对不同目标产品选择合适的方法及预测结果的可靠性评估提供了指导。     

黄河中下游农业景观异质性对传粉昆虫多样性的多尺度效应——以巩义市为例

农业景观中非农生物所提供的服务是生态系统保持稳定的基础,随着农业集约化程度的加强,生物多样性的持续丧失是现代农业发展最突出的表现形式之一.本文以黄河中下游典型农业区巩义市为研究区,根据其典型的地貌特征(山地-丘陵-河川)来探究地貌类型、景观和生境3种尺度上景观异质性对传粉昆虫多样性的影响.本研究使用诱捕盘法(pan traps)获取传粉昆虫,采用多因素方差分析多尺度上农业景观异质性对传粉昆虫多样性的影响.结果表明: 共捕获传粉昆虫67012头,分属7个目、86个科.其中,优势类群为食蚜蝇科、花蝇科;常见类群为果蝇科、丽蝇科、蜂虻科、头蝇科、花萤科、瘿蜂科、胡蜂科、小蜂科、切叶蜂科、蜜蜂科.地貌类型对传粉昆虫多样性的影响最为显著(P<0.001),表明丘陵和山地地区为传粉昆虫的蜜源地;其次是生境尺度(P<0.05),但景观尺度和尺度间的交互作用的影响不显著.丘陵和山地地区的景观异质性对传粉昆虫多样性的影响为本地区不同地貌类型的景观规划和生物多样性保护提供了理论支持.     

基于格网的南昌市生态环境脆弱性评价

科学评价生态环境的脆弱性,对合理利用土地资源和促进区域生态安全具有重要意义。以公里格网为基本评价单元,以快速城市化区域典型代表南昌市为研究区,通过SRP概念模型构建评价指标体系并选取17个评价指标,基于空间主成分分析法、全局Moran′s I指数以及LISA聚类图,量化分析了2000—2015年南昌市生态环境脆弱性的时空分布特征及驱动力。结果表明:(1)2000—2015年南昌市生态环境脆弱性呈现由轻度脆弱向中度脆弱演变的趋势;(2)2000—2015年南昌市各县(区)生态环境脆弱性差异明显,东湖区、西湖区、青山湖区、青云谱区、湾里区脆弱性程度最高,其他县(区)脆弱性增幅较大;(3)2000和2015年南昌市生态环境脆弱性具有明显的空间自相关性,且为正相关,高高聚集区主要分布在极度脆弱区,低低聚集区与微度和轻度脆弱区相关;(4)研究时段内,南昌市生态环境脆弱性主要驱动力为人口密度、人均GDP、人均耕地、坡度、地形起伏度、年均气温、极端最高温、极端最低温、年均降水量。     

半干旱区垄沟集雨系统点尺度土壤水分动态随机模拟

为揭示土壤水分动态对半干旱区垄沟集雨系统水文和生态过程的影响机理,基于Laio土壤水分动态随机模型(Laio模型),利用中国气象局定西干旱气象与生态环境试验基地2012—2013年垄沟集雨燕麦生长季根系层土壤水分观测数据及2000—2015年日降水资料,分析不同覆盖材料(生物可降解膜、普通塑料膜和土壤结皮)和不同沟垄比(30∶60,45∶60和60∶60cm)对生长季燕麦根系层土壤水分动态的影响,研究点尺度土壤水分概率密度函数特征,并对模型涉及参数进行敏感性分析。结果表明:研究区年降水的季节分配极不均匀,主要集中在5—10月份,占总降雨次数的66.6%;年降雨量的85.32%来源于10 mm的降雨,以暴雨为主;近16年研究区降水量呈缓慢增长趋势。生物可降解膜垄(BMR)、普通地膜垄(CMR)和土垄(SR)临界产流降雨量分别为1.35、0.95 mm和5.31 mm,平均集水效率分别为87.892%、94.203%和27.488%;在燕麦生长季,BMR和CMR的土壤含水量显著大于SR,SR的土壤含水量显著大于传统平作,各处理土壤含水量均服从正态分布;通过Laio模型模拟得到的各处理土壤水分概率密度函数的曲线特征(峰值及其位置、90%置信区间)及数字特征(期望、方差)与观测结果基本一致,CM指数均大于0.5,且可将集雨垄径流量作为单次降水的随机事件处理,说明该模型可应用于垄沟集雨系统土壤水分概率密度函数的模拟,为半干旱区农田水分高效利用管理提供理论依据。     

1954-2015年三江平原沼泽湿地变化的区域分异及影响因素

以湿地变化较为剧烈的三江平原为研究区域,结合GIS和RS技术,利用动态度、景观指数和地理探测器模型,在流域尺度上对1954-2015年三江平原沼泽湿地变化的区域分异及影响因素进行定量分析。结果表明：1954-2015年,三江平原各流域沼泽湿地面积呈现减少趋势,其中挠力河流域和同抚流域沼泽湿地面积丧失最多,安邦河流域、萝北流域和倭肯河流域沼泽湿地丧失速率较快;三江平原各流域沼泽湿地格局变化特征具有一定的差异性,倭肯河流域沼泽湿地斑块的集中化程度逐渐增强且破碎化程度逐渐减少,其他流域沼泽湿地的集中化程度逐渐减弱且破碎化程度增加,各子流域沼泽湿地斑块之间的连接性和稳定性均呈下降趋势,其中安邦河流域下降幅度最大,最能表现三江平原各子流域沼泽湿地景观格局变化的指数是斑块密度;人为干扰是影响三江平原各子流域沼泽湿地变化的主要因素,自然因素中对沼泽湿地变化影响最大的是地形地貌,其次是气温和降水量。     

坡向尺度差异对大理苍山捕食线虫真菌分布格局的影响

为了解大理苍山地区不同尺度坡向上捕食线虫真菌的分布格局及其驱动因素,利用系统采样法对大理苍山东、西坡及其次级南、北坡的捕食线虫真菌进行调查。按照五点采样法采集苍山东、西坡及其次级南、北坡土壤样品共300份。采用传统方法对捕食线虫真菌进行分离纯化,结合形态特征和分子生物学方法鉴定所得菌株,按照新分类系统进行分类,鉴定为3属12种57株捕食线虫真菌。结果表明：苍山各尺度坡向捕食线虫真菌检出率和多样性指数均是西坡大于东坡,次级南坡大于次级北坡。次级南、北坡向间捕食线虫真菌群落差异大于东、西坡向间;西坡次级南、北坡向间的群落差异最大;东、西坡向的次级南坡向间群落差异也较大;东坡次级北坡与西坡次级北坡间的群落最为相似。产黏性菌网的Arthrobotrys属、产黏性球和黏性分枝的Dactylellina属在东、西坡及其次级南、北坡间均有分布,而产收缩环的Drechslerella属仅在西坡有分布。因此,坡向是影响苍山捕食线虫真菌空间分布格局的驱动因子之一,不同尺度坡向上捕食线虫真菌分布格局存在差异;次级南、北坡间捕食线虫真菌群落差异性比东、西坡间大,小尺度坡向间地理屏障对捕食线虫真菌分布格局的影响大于大尺度坡向间环境异质性的作用;环境筛选和扩散限制均会影响到捕食线虫真菌的群落构建过程。     

立地尺度植被重建模型MARCO POLO的应用分析——以柴达木盆地为例

立地尺度植被定量重建是对利用孢粉进行古气候和古环境研究的一个重要补充。一些新的定量重建模型相继提出,但其适用性仍需进一步验证。以柴达木盆地24个样方表土孢粉及4个湖泊表层沉积孢粉为研究对象,利用MARCO POLO模型重建立地尺度植被盖度并分析该模型的适用性。研究结果表明,由于地形开阔且风力较大,干旱区的大型湖泊沉积物中往往容易富集超代表性孢粉,使这些孢粉的区域信号增强,从而降低孢粉类型筛选的正确率。若湖泊与样方间的距离较近,湖泊表层孢粉能够更好地反映样方所在区域的孢粉特征,则有利于提高孢粉类型筛选的正确率。MARCO POLO模型中的孢粉代表性R值是将孢粉含量转化为植被盖度的关键参数。由于受到孢粉自身生产、传播、保存以及外部环境等多方面因素的影响,不同样方的R值可能差异很大。因此在运行该模型前需保证R值能够准确反映立地尺度中各孢粉类型与植被盖度的关系。仅在以柴达木盆地为代表的干旱区对该模型进行检验,今后仍需要在不同植被或气候区进行深入研究以全面了解该模型的适用条件。     

小波分析方法在心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)空间格局尺度推绎研究中的应用

以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾沙地选取相隔15km的两个200m×200m样地,以建群种心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)及其生境地形为研究对象,应用小波分析定量研究了多尺度上空间格局的推绎以及空间异质性、空间格局依赖于尺度的变化关系。研究发现：小波分析尺度由1(5m)变化到4(20m)时,两个样地小尺度上的异质性和格局被合并到更大的尺度上,当小波分析的尺度大于等于5(25m)时,两个样地的格局变化平稳,对应地形（丘顶、丘坡、丘底）的基频稳定在110m左右,心叶驼绒藜的数量动态变化周期稳定在115～125m之间。结果表明：小波分析对信号整体特征的提取作用实现了小尺度上的信息到大尺度上的聚合。结合小波分析对信号突变点的检测,利用位置方差检验局部空间异质性程度,发现位置方差将大尺度上的格局分解到每个取样小样方,位置方差最大的地点对应的异质性也最强,实现了大尺度上的信息到小尺度上的分解。总结认为应用小波分析可以实现对空间格局的尺度推绎,具有对植被、环境的分布格局以及异质性有双重度量作用,由小波系数以及由其衍生的小波方差、位置方差来实现这种度量,图形表现直观,优越性明显。     

基于时空尺度及利益关系的生态服务功能

在生态服务功能传统评价方法的基础上,拓展了生态服务功能的评价流程,即增添了生态服务的时空尺度与利益关系分析。研究了山东省长岛县生态服务价值的变化趋势、生态服务价值的空间表现、生态价值的社会群体利益关系。结果表明:1994年～2003年,长岛县生态服务价值总体呈现出增—减—增的趋势,1999年生态服务价值降到最低值74523万元,2003年上升到最大值101886万元;分析并计算长岛县生态系统的生物生产性服务、娱乐功能、自然保护价值,这些服务功能表现出明显的空间差异性,即生物生产服务功能仅对长岛区域至关重要,娱乐功能不仅体现在长岛区域,更多体现在全国范围,自然保护价值体现于全国乃至全球范围;分析了不同参与者在获取生态服务方面的差异及参与者之间的生态利益关系,不同的参与者在其空间范围中取得不同的生态服务;生态服务功能的时空分析、利益关系分析是生态管理部门制定科学决策的基础。