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Application of plant DNA metabarcoding of lake sediments for monitoring vegetation compositions on the Tibetan Plateau

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Science China Earth Sciences 2024年第11期67卷 3594-3609页

作者： Kai WU Kai LI Weihan JIA Kathleen R.STOOF-LEICHSENRING Ulrike HERZSCHUH Jian NI mengna liao Fang TIAN College of Life Sciences Zhejiang Normal University Polar Terrestrial Environmental Systems Research Group Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research Institute of Environmental Science and Geography University of Potsdam Institute of Biochemistry and Biology University of Potsdam College of Resource Environment and Tourism Capital Normal University

Benefiting from the rapid development of environmental DNA(eDNA) technologies, sedimentary DNA(sedDNA)emerges as a promising tool for monitoring plant compositions in remote regions. The Tibetan Plateau(TP), renowned for its harsh environment and numerous ponds and lakes, presents a potentially demanding region for the application of sedDNA on vegetation investigations. Here, we used the g and h universal primers for the P6 loop region of the chloroplast trn L(UAA)intron to amplify plant DNA in surface sediments from 59 ponds and small lakes on the southwestern TP. The applicability and limitations of using plant DNA metabarcoding for modern vegetation monitoring and palaeo-vegetation reconstructions have been assessed by comparing sedDNA, pollen, and vegetation survey data. Our results showed that plant DNA metabarcoding recorded 186 terrestrial taxa, of which 30.1% can be identified at the species level. The plant sedDNA approach can effectively disclose the dominant plant taxa(including Asteraceae, Cyperaceae and Poaceae) and significant vegetation assemblages in the vicinity of the investigated sites. The number of taxa and taxonomic resolution of plant sedDNA exceeded that of pollen analysis(75 taxa detected, 5.3% can be identified at species level). Unlike pollen that retains a broad spectrum of regional plant signals(including Pinus and Artemisia), plant sedDNA mirrors very local plants, underscoring its utility in local vegetation monitoring and reconstructions. To conclude, plant DNA metabarcoding of(small) lake sediments warrant increased attention in the future for local vegetation monitoring and reconstructions on the TP.

关键词： Sedimentary DNA (sedDNA) Metabarcoding Pollen Vegetation composition Tibetan Plateau

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滇西北天才湖地区过去400年以来植被变化的孢粉记录

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第四纪研究 2024年第3期44卷 715-726页

作者：钟海璐张雨桐王皓言孔令阳廖梦娜李凯浙江师范大学生命科学学院浙江金华321000 云南师范大学地理学部云南昆明650050

本研究以横断山区高山湖泊天才湖为对象,通过对43 cm沉积岩芯进行210Pb和137Cs测年以及孢粉分析,重建了老君山地区过去400年的植被组成、植物功能性状和功能多样性的变化。研究结果显示,老君山高海拔地区植被以针叶林为主,以松属植物为... 详细信息

本研究以横断山区高山湖泊天才湖为对象,通过对43 cm沉积岩芯进行210Pb和137Cs测年以及孢粉分析,重建了老君山地区过去400年的植被组成、植物功能性状和功能多样性的变化。研究结果显示,老君山高海拔地区植被以针叶林为主,以松属植物为优势,在过去400年间区域植被类型稳定,但植被成分发生了一定改变。松属植物在1900 A.D.以前呈扩张趋势,表现为松属花粉百分含量的逐渐增加,而1900 A.D.以后则呈现减少趋势。在过去400年间,云杉属、铁杉属和冷杉属植被成分总体呈下降趋势,尤其是1850 A.D.以后最为明显;与针叶植物减少的趋势相反,阔叶木本植物则表现出长期增加的趋势,并于1960 A.D.以后达到剖面最大值。以现代植物性状为参考,在孢粉科属分类水平重建的植物功能性状结果显示,植物叶干物质含量(LDMC)和叶厚度(LT)在1900 A.D.之前处于高值,之后呈现波动下降趋势,与之相反的是,叶面积(LA)和比叶面积(SLA)在1900 A.D.以后明显增加。基于植物功能性状变化重建的植物功能离散度(FDis)在1900 A.D.前后也由波动降低转为增加趋势。冗余分析结果显示天才湖地区年均温度、太阳辐射和CO_(2)浓度可能是驱动过去400年区域植被变化的主要因素。从生态学角度来看,热量(温度)、光照和CO_(2)浓度是影响植物光合作用和生长的重要环境因子,过去400年年均温度和CO_(2)浓度的增加,以及光照条件的变化可能通过不断影响植物功能性状,进而导致了植物组分和功能多样性的改变。植物功能性状的改变可能是植物响应气候变化的重要机制,这对于理解滇西北高海拔地区长期气候变化对植被的影响具有重要意义。

关键词：孢粉植被变化植物功能性状过去400年天才湖

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Dynamic simulations of the late MIS 3 transgressions in the East China Sea and southern Yellow Sea,China

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Acta Oceanologica Sinica 2016年第10期35卷 48-55页

作者： YE Liangtao YU Ge liao mengna LI Yongfei Nanjing Institute of Geography and Limnology Chinese Academy of SciencesNanjing 210008China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

Abundant evidences of higher sea levels from Jiangsu and Fujian coasts have proved a marine transgression event during 30–40 ka BP, suggesting that there was a stage with high sea level and a warm climate when ice sheets shrank in the Northern Hemisphere. The duration of 30–40 ka BP spanned a period in the late Marine Isotope Stage 3（MIS 3） and was in nature an interstadial epoch during the Last Glacial period of the Quaternary. Different from the glacial period with a cold climate, this marine transgression considered as a penultimate higher sea level during the Quaternary remains a puzzle that why the evidence is contrary to the Quaternary glacial theory. It is important to understand sea level rise for these areas sensitively responding to the global changes in the future. To recognize the key issues on sea level changes, the eustatic sea level（H_S） was defined as the glaciation-climateforced sea levels, and the relative sea level change（H_R） was defined as that a sea level record was preserved in sediment that experienced multiple secondary actions of land and sea effects. On the basis as defined above, we constructed multi-level models of climate-driven glacio-eustatic changes and land-sea systems. By integrating data sets from eight borehole cores and prescribing the boundary conditions, we simulated the changes of HS and HR in the East China Sea and southern Yellow Sea areas in the late MIS 3. The marine transgression strata from the borehole core data was identified at ca. 30 m below present sea level as a result of the collective influence of ice melting water, neotectonic subsidence, sediment compaction and terrestrial sediment filling since ca. 35 ka ago,whereas the simulated relative sea-levels turned out to be –26.3––29.9 m a.s.l. The small error involved in the simulation results of ±（2.5–4.5） m demonstrated the credibility of the results. Our results indicated that sea level change in the late MIS 3 was dominated by glacial effects, in which the eusta

关键词： marine transgression late MIS 3 dynamic simulation sea level change

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On the Development of a Model for the Prediction of Liquid Loading in Gas Wells with an Inclined Section

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Fluid Dynamics & Materials Processing 2019年第5期15卷 527-544页

作者： mengna liao Ruiquan liao Jie Liu Shuangquan Liu Li Li Xiuwu Wang Yang Cheng School of Petroleum Engineering Yangtze UniversityWuhan430100China Laboratory of Multiphase Pipe Flow of Gas Lift Innovation Center CNPC(Yangtze University)Wuhan430100China Oil and Gas Technology Research Institute of Changqing Oilfield Company Xi’an710000China

The ability to predict liquid loading in horizontal gas wells is of great importance for determining the time of drainage and optimizing the related production *** the present work,we describe the outcomes of experiments conducted using air-water mixtures in a horizontal *** results show that the configuration with an inclined section is the most susceptible to liquid *** experiments in an inclined pipe were also conducted to analyze the variation of the critical gas flow rate under different angles,pressure and liquid volume(taking the equal liquid volume at inlet and outlet as the criterion for judging on the critical state).According to these results,the related angle of the inclined section ranges from 45°to 60°.Finally,a modified approach based on the Belfroid model has been used to predict the critical gas flow rate for the inclined *** comparison with field data,this modified model shows an accuracy of 96%,indicating that it has better performances with respect to other models used in the past to predict liquid loading.

关键词： Horizontal gas well inclined section liquid loading critical gas flow rate air-water flow

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双特高海相砂岩油藏调整井初期合理工作制度

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化工管理 2024年第13期 161-164页

作者：孙维谢明英冯沙沙缪云杨光宇廖梦娜中海油深圳分公司研究院广东深圳518067

南海东部A油田为典型的海相砂岩油田,从1995年投产至今,大部分油藏已进入特高含水、特高采出程度的“双特高”阶段,油田整体进入“双特高”开发后期。为了进一步挖潜该油田的剩余油,延缓油田产量递减趋势,通过分析历史114口调整井实际... 详细信息

南海东部A油田为典型的海相砂岩油田,从1995年投产至今,大部分油藏已进入特高含水、特高采出程度的“双特高”阶段,油田整体进入“双特高”开发后期。为了进一步挖潜该油田的剩余油,延缓油田产量递减趋势,通过分析历史114口调整井实际生产动态,研究了该油田双特高开发后期剩余油的分布规律,分析了后期调整井主要挖潜方向,利用油藏动态分析和油藏数值模拟方法分析了A油田调整井合理初期工作制度范围。研究成果指导后续调整井工作制度优化,生产效果得到改善。

关键词：工作制度海相砂岩调整井生产压差最大液量

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3万年来亚洲降水与大气环流变化重建和模拟综述

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地理科学进展 2014年第6期33卷 807-814页

作者：廖梦娜于革中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008

区域性的湖泊水位能反映有效降水及气候变化,已成为重建第四纪降水和水量平衡最重要的指标。亚洲分布着几乎全球各种成因类型的湖泊,第四纪湖泊演化在全球第四纪研究中占有重要地位。多年来通过对地貌学、沉积学、生物地球化学和考古学... 详细信息

区域性的湖泊水位能反映有效降水及气候变化,已成为重建第四纪降水和水量平衡最重要的指标。亚洲分布着几乎全球各种成因类型的湖泊,第四纪湖泊演化在全球第四纪研究中占有重要地位。多年来通过对地貌学、沉积学、生物地球化学和考古学的研究重建了各个区域的湖泊水位变化,并据此建立了湖泊演变数据库,作为研究第四纪亚洲区域气候变化的重要基础。本文介绍湖泊水位气候理论的发展历程,回顾晚第四纪亚洲湖泊水位研究的历史;分析晚第四纪亚洲从西到东不同区域湖泊水位变化历史和地域特征,并根据晚第四纪冰期和间冰期的两个特征期湖泊空间变化特征,从古气候模拟的角度探讨了气候驱动机制下湖泊水位变化的成因。

关键词：亚洲湖泊水位晚第四纪古湖沼学古气候模型古气候重建

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东北镜泊湖硅藻对近现代气候变化和人类干扰的响应过程

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生态学报 2018年第4期38卷 1458-1469页

作者：廖梦娜李艳玲浙江师范大学化学与生命科学学院中国科学院南京地理与湖泊研究所

全球气候变暖和人类活动加剧已经导致中国大量湖泊生态系统功能退化,而目前对东北地区湖泊生态系统变化的认识主要源于短期的监测。以东北镜泊湖为例,通过沉积记录和现代监测资料,分析一个多世纪以来以硅藻群落为代表的湖泊生态系统对... 详细信息

全球气候变暖和人类活动加剧已经导致中国大量湖泊生态系统功能退化,而目前对东北地区湖泊生态系统变化的认识主要源于短期的监测。以东北镜泊湖为例,通过沉积记录和现代监测资料,分析一个多世纪以来以硅藻群落为代表的湖泊生态系统对气候波动和区域人类活动的响应过程。研究结果表明,在人类干扰显著加强之前,风力扰动是镜泊湖硅藻群落变化的一个重要因子,表现为Aulacoseira属种取代小型浮游种(Cyclostephanos、Stephanodiscus和Discostella)成为优势种。20世纪70年代以来,Asterionella formosa、Nitzschia palea和Fragilaria crotonensis的相继增加则反映了流域农业活动加剧、农业化肥大量施用以及污水排放导致的湖泊营养水平升高。温度的持续上升已经引起东北地区一些湖泊硅藻群落结构发生显著变化,但镜泊湖的硅藻记录却未显示这一气候变化的信号。考虑湖泊-流域形态和人类活动的不同,研究认为近几十年气候变化对镜泊湖硅藻群落结构的影响被强烈的人类干扰所掩盖而未显现出来。

关键词：中国东北硅藻气候变化人类活动镜泊湖

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300年来鄱阳湖营养盐演化重建与模拟

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生态学报 2016年第8期36卷 2393-2402页

作者：廖梦娜于革郭娅中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008

水体富营养化已经成为全球性的问题而受到广泛关注,然而其发生的过程和机制尚未完全明了。在湖泊营养演化过程中,水文和生态是两个最基本的制约因素。相对于短期的和试验性的研究,长时间尺度的营养盐变化过程能更全面地揭示营养盐的演... 详细信息

水体富营养化已经成为全球性的问题而受到广泛关注,然而其发生的过程和机制尚未完全明了。在湖泊营养演化过程中,水文和生态是两个最基本的制约因素。相对于短期的和试验性的研究,长时间尺度的营养盐变化过程能更全面地揭示营养盐的演化机制。以我国最大的淡水湖——鄱阳湖为例,采用湖泊水体交换周期模型和湖泊生态-营养盐动力耦合模型,重建鄱阳湖营养盐的长期变化,并利用沉积钻孔代用指标加以验证。在此基础上探讨其演化机制,模拟的时间序列中营养盐变化对气候水文与生态系统存在两种不同的响应模式。敏感因子分析显示:典型同步响应期中(1812—1828 AD),气候水文因子的贡献率达79.1%,生态因子为20.9%;典型异步响应期中(1844—1860 AD),两者贡献率分别为36.4%和63.6%。在模拟的营养盐变化时间序列中同步期占62.5%,说明气候因子在营养盐演化过程中起重要的作用;异步期虽只占12.5%,但对湖泊营养盐作用、营养盐反馈生物量同样至关重要。相关分析结果显示,生物量增长与TP含量基本呈线性关系,但存在一个阈值。在没有超过阈值前,生物量对TP具有较好的调节作用;当超过阈值之后,生物量的调节作用减弱。

关键词： :营养盐演化水体交换周期湖泊生态-营养盐动力模型贡献率鄱阳湖

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白洋淀近80年生态环境变化的硅藻记录

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第四纪研究 2021年第5期41卷 1254-1266页

作者：廖梦娜黄汇豪毛欣浙江师范大学机构化学与生命科学学院浙江金华321004 中国地质科学院水文地质环境地质研究所机构河北石家庄050061 中国地质调查局机构第四纪年代学与水文环境演变重点实验室河北石家庄050061

白洋淀是雄安新区实现"以水定城"理念的关键,了解其生态变化轨迹及特征有望为白洋淀的治理提供科学参考依据。本文基于取自白洋淀东南部湖区的一根长79 cm的沉积岩芯,分析该岩芯的硅藻记录并结合沉积物地球物理和化学指标、气象监测数... 详细信息

白洋淀是雄安新区实现"以水定城"理念的关键,了解其生态变化轨迹及特征有望为白洋淀的治理提供科学参考依据。本文基于取自白洋淀东南部湖区的一根长79 cm的沉积岩芯,分析该岩芯的硅藻记录并结合沉积物地球物理和化学指标、气象监测数据及人类活动指标,重建了该湖区近80年的硅藻属种组合及多样性变化过程和特征并探讨其变化机制。研究结果表明,Achnanthidium minutissimum、Amphora copulata、Puncticulata praetermissa、Pantocsekiella ocellata和Cyclotella distinguenda是沉积硅藻群落的优势种。本研究分析的物种多样性指数包括物种丰富度、均匀度和β多样性指数(βsor)。其中,物种丰富度和均匀度呈总体上升趋势,βsor呈总体下降趋势,说明过去80年硅藻属种数量净获得量增加,但硅藻群落结构变化趋于均匀化。冗余分析(RDA)和变差分解(VPA)显示气候和人类活动因子对硅藻属种组合和多样性变化产生了不同程度的影响,其中年均温、湖水位和沉积物P元素含量的贡献较大。年均温对硅藻属种组合变化的独立解释百分比最大,说明未来气候持续变暖的条件下,气温对白洋淀生态系统的影响可能会增强。湖水位对硅藻多样性变化的贡献最大,说明维持生态需水量对保护白洋淀生物多样性的重要性。基于普通最小二乘法残差的累积和(OLS-CUSUM)未检测出硅藻属种组合和多样性存在突变点,说明过去几十年人类活动和气候变化尚未造成该湖区生态系统稳态的转化。因此,减轻环境压力有望保持该湖区生态系统的恢复力和稳定性。但对于重污染湖区,其硅藻优势种和属种组合变化与本研究湖区存在很大差异,需进一步研究以获得更具针对性的水环境治理对策。

关键词：硅藻属种组合生物多样性湖泊沉积白洋淀人类活动气候变化

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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

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生态学报 2019年第21期39卷 8027-8037页

作者：廖梦娜谭斌倪健李凯浙江师范大学化学与生命科学学院

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... 详细信息

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。

关键词： MARCO POLO 立地尺度植被重建孢粉柴达木盆地

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