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天山雪岭云杉径向生长响应气候变化的海拔分异

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林业科学 2024年第3期60卷 45-56页

作者：周小东常顺利王冠正孙雪娇张毓涛李翔新疆大学生态与环境学院绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046 新疆天山森林生态系统国家定位观测研究站乌鲁木齐830063 新疆林业科学院森林生态研究所乌鲁木齐830063

【目的】探究天山中部地区不同海拔雪岭云杉径向生长变化趋势、对气候因子的响应以及应对干旱胁迫的生态弹性,为预测气候变化下天山雪岭云杉林沿海拔梯度的群落发展趋势提供理论参考。【方法】在天山北坡中段雪岭云杉森林的下林线、林... 详细信息

【目的】探究天山中部地区不同海拔雪岭云杉径向生长变化趋势、对气候因子的响应以及应对干旱胁迫的生态弹性,为预测气候变化下天山雪岭云杉林沿海拔梯度的群落发展趋势提供理论参考。【方法】在天山北坡中段雪岭云杉森林的下林线、林带中部、上林线处采集雪岭云杉树芯样品,建立3个树轮标准年表,计算胸高断面积增量,分析雪岭云杉径向生长与气候因子的关系,采用抵抗力、恢复力和恢复弹力分析雪岭云杉对干旱胁迫的响应。【结果】在过去61年,研究区各海拔雪岭云杉径向生长均受到明显抑制,受抑制程度表现为下林线处最重,林带中部次之,上林线处较轻;不同海拔影响雪岭云杉径向生长的主控气候因子存在差异,下林线主要与当年4—7月气温显著负相关(P生态弹性具有差异,抵抗力和恢复弹力表现为上林线>林带中部>下林线,恢复力表现为下林线>林带中部>上林线;下林线雪岭云杉对干旱较敏感,遭受干旱胁迫时生长下降明显;在抵抗力与恢复力反向平衡关系未打破时,下林线雪岭云杉不受干旱遗留效应影响。【结论】因研究区升温迅速而降水增加缓慢,各海拔雪岭云杉遭受干旱胁迫越来越严重,其中下林线雪岭云杉径向生长降幅最大,抵抗力最小,生长衰退风险最高。

关键词：树木年轮径向生长林线云杉森林生态弹性

镉胁迫对盐地碱蓬二型种子幼苗生长及抗逆生理的影响

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农业环境科学学报 2024年第5期43卷 991-999页

作者：崔盼盼李彤苏芳莉沈阳农业大学水利学院沈阳110866 辽宁盘锦湿地生态系统国家野外科学观测研究站沈阳110866 辽宁双台河口湿地生态系统国家定位观测研究站辽宁盘锦124112

为探究盐地碱蓬二型种子幼苗对Cd胁迫的适应策略,明确Cd胁迫下植物响应机理并筛选出对Cd污染盐渍土壤有修复潜力的种子类型,以辽河口湿地潮滩区盐地碱蓬(Suaeda salsa)为材料,采用土培盆栽方法对盐地碱蓬进行0、0.04、0.2、0.4、0.8 mg... 详细信息

为探究盐地碱蓬二型种子幼苗对Cd胁迫的适应策略,明确Cd胁迫下植物响应机理并筛选出对Cd污染盐渍土壤有修复潜力的种子类型,以辽河口湿地潮滩区盐地碱蓬(Suaeda salsa)为材料,采用土培盆栽方法对盐地碱蓬进行0、0.04、0.2、0.4、0.8 mg·kg^(-1)Cd胁迫,分析2种盐地碱蓬幼苗生长情况、不同部位Cd含量、抗氧化酶比活力和渗透调节物含量。结果表明:Cd胁迫对黑色种子幼苗株高、鲜质量和根冠比的抑制作用大于棕色种子幼苗,Cd胁迫下棕色种子幼苗根、茎、叶生物量总体高于黑色种子幼苗;盐地碱蓬棕色种子幼苗叶片SOD、POD和CAT对Cd胁迫的抗氧化响应能力强于黑色种子幼苗,渗透调节物含量随着Cd胁迫浓度的增加呈升高的趋势,且棕色种子幼苗可溶性糖和脯氨酸含量明显高于黑色种子幼苗;盐地碱蓬棕色种子幼苗器官中Cd累积含量高于黑色种子幼苗,各器官Cd的积累分配为根>叶>茎;盐地碱蓬Cd累积与渗透调节物质含量之间呈正相关(P研究表明,棕色种子幼苗Cd胁迫耐性强于黑色种子幼苗,盐地碱蓬棕色种子有较好的Cd污染盐土修复潜力。

关键词：盐地碱蓬镉胁迫二型种子抗逆生理

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基于空间降尺度的中国陆地年净生态系统生产力及其趋势的空间变化

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应用生态学报 2024年第9期35卷 2581-2591页

作者：朱先进刘晨晨程世昊王秋凤沈阳农业大学农学院沈阳110866 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国生态系统研究网络综合研究中心北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

年净生态系统生产力(NEP)是一年内生态系统净固定的有机碳量,是形成碳汇的基础。量化NEP及其趋势的空间变化有助于增进生态系统对环境变化适应与响应的认知,并服务于应对碳中和的区域碳管理。基于过程模型和数据驱动模型输出的NEP栅格数... 详细信息

年净生态系统生产力(NEP)是一年内生态系统净固定的有机碳量,是形成碳汇的基础。量化NEP及其趋势的空间变化有助于增进生态系统对环境变化适应与响应的认知,并服务于应对碳中和的区域碳管理。基于过程模型和数据驱动模型输出的NEP栅格数据,结合多站点涡度相关观测结果,本研究获得反映NEP空间变化的最优模型模拟结果,并发展空间降尺度方法获取中国陆地高分辨率NEP数据,分析2000—2017年中国陆地NEP及其趋势的空间变化及影响因素。结果表明:相较于过程模型模拟结果,数据驱动模型模拟的NEP更能反映观测NEP的空间变化,并可基于随机森林回归结合简单扩展法实现NEP的空间降尺度。2000—2017年,空间降尺度所得中国陆地NEP总量平均值为(1.30±0.03)Pg C·a^(-1),年际之间呈现先降低后增加的趋势,在2009年出现拐点。NEP呈现自东南向西北逐渐减少的空间分布,表现为纬向递减和经向增大格局,主要受气候与生物因素的共同影响。NEP趋势呈现东高西低的空间分布,仅随经度增加呈现微弱的增大趋势,且主要由光合有效辐射和土壤有机碳含量的作用所引起。中国陆地NEP及其趋势的空间变化存在明显差异,体现出生态系统对环境变化适应与响应的明显不同。

关键词：涡度相关陆地生态系统碳中和时空变化空间降尺度

湿地植物物种多样性无人机高光谱遥感反演研究

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地球信息科学学报 2024年第8期26卷 1954-1974页

作者：唐希颖李化哲崔丽娟赵欣胜翟夏杰雷茵茹李晶王金枝李伟中国林业科学研究院湿地研究所湿地生态功能与恢复北京市重点实验室北京100091 中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京100091 北京汉石桥湿地生态系统国家定位观测研究站北京101399

湿地植物物种多样性可以反映湿地生态系统的群落组织水平和稳定性,评价湿地健康、退化程度以及修复状况,快速量化物种多样性对保护湿地生物多样性至关重要,然而传统的实地调查方法费时费力,存在时间成本上的局限性,而高光谱技术的发展... 详细信息

湿地植物物种多样性可以反映湿地生态系统的群落组织水平和稳定性,评价湿地健康、退化程度以及修复状况,快速量化物种多样性对保护湿地生物多样性至关重要,然而传统的实地调查方法费时费力,存在时间成本上的局限性,而高光谱技术的发展为实现这一目的提供了契机。为探究如何通过高光谱技术实现湿地植物物种多样性的精确反演,本研究在陕西汉中朱鹮国家级自然保护区对湿地植物展开调查并同步获取植物冠层的高光谱影像,使用Simpson(DS)、Margalef(DM)、Shannon-Weiner(H')和Pielou(J) 4种指标表征物种多样性,通过随机森林(Random Forest,RF)、BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)和偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS) 3种方法建立反演模型,最终实现对区域物种多样性的反演推算。结果表明:一阶微分变换比二阶微分变换能提取出更多的敏感波段,而通过组合任意波段植被指数,可以提高与物种多样性指数的相关性;基于原始光谱数据与基于多特征组合的反演精度接近,且都是RF模型取得较高精度(R2> 0.40);RF模型对H'和J的反演精度较好,R2高于0.6,DS的R2高于0.5,表明模型有一定预测能力,而DM的R2均低于0.5,模型预测能力并不理想。本研究展示了无人机高光谱技术在湿地植物物种多样性精确反演方面的有效性,证实了通过光谱微分变换和特征变量的提取结合随机森林模型实现无人机尺度的物种多样性反演方法的可靠性。该技术对于可为湿地生物多样性的大尺度检测提供技术支撑,为相关管理部门决策提供参考。

关键词：湿地植物物种多样性无人机高光谱反演机器学习特征选择植被指数

我国东部典型内源和外源性静态水体N_(2)O排放与生态系统呼吸的关系初探

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农业资源与环境学报 2024年第2期41卷 401-409页

作者：李春旺王华淦冲赵学梅张声权颜晓元夏永秋湖南农业大学环境与生态学院长沙410128 中国科学院南京土壤研究所江苏常熟农田生态系统国家野外观测研究站南京210018

内陆水体是大气中N_(2)O的重要排放源,受到国内外广泛关注,为了探讨水生生态系统中水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸的响应关系,本研究以我国东部典型外源性和内源性静态水体为研究对象,在2022年4月29日-5月4日对10个表层水体N_(2)O排... 详细信息

内陆水体是大气中N_(2)O的重要排放源,受到国内外广泛关注,为了探讨水生生态系统中水体N_(2)O排放通量与生态系统呼吸的响应关系,本研究以我国东部典型外源性和内源性静态水体为研究对象,在2022年4月29日-5月4日对10个表层水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸指标进行测定,结合贝叶斯方法初步探讨了水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸之间的关系。结果表明:外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸均显著高于内源性水体(P生态系统呼吸(CO_(2)和BOD_(5))之间的数学模型,可解释水体N_(2)O排放通量变异性的61%~71%,并且明确了模拟结果的不确定性。此外,本研究进一步区分了内源性水体与外源性水体N_(2)O排放通量和生态系统呼吸的关系,在内源性水体中,N_(2)O的产生受碳源限制的影响大于氮源限制,而在外源性水体中N_(2)O排放通量与CO_(2)排放通量的耦合关系大于内源性水体。研究表明,生态系统呼吸与水体N_(2)O排放通量间有很强的响应关系,本研究为区域水体N_(2)O排放通量估算方法和生态系统呼吸耦合机制研究提供了基础。

关键词：贝叶斯方法 N_(2)O排放通量生态系统呼吸内源性水体外源性水体

未来气候情景下青藏高原高寒草原与高寒草甸优势种潜在适宜区分布预测

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生态学报 2024年

作者：李明王军邦张秀娟张溢王之嵘杨永胜长江大学园艺园林学院中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室生态系统大数据与模拟中心中国科学院西北高原生物研究所

研究青藏高原高寒草地优势种及草地类型的未来空间分布变化对草地经营管理具有重要意义。基于物种分布数据和主要环境因子，采用最大熵模型（MaxEnt）模拟并分析了高寒草地优势种在当前和未来（2041—2060, 2061—2080）不同气候情景（S... 详细信息

研究青藏高原高寒草地优势种及草地类型的未来空间分布变化对草地经营管理具有重要意义。基于物种分布数据和主要环境因子，采用最大熵模型（MaxEnt）模拟并分析了高寒草地优势种在当前和未来（2041—2060, 2061—2080）不同气候情景（SSP126、SSP245、SSP370、SSP585）下的潜在适宜区及其对气候变化的响应。结果表明：（1）MaxEnt对4类研究物种AUC值均>0.9，预测效果好。（2）早熟禾（Poa annua）类高寒草原主导环境因子是最冷季平均温度（bio11）；紫花针茅（Stipa purpurea）类高寒草原、高山嵩草（Carex parvula）类和矮生嵩草（Carex alatauensis）类高寒草甸主导环境因子是年降水量（bio12）。总体而言高寒草地优势种分布受年降水量（bio12）、海拔（Elev）、平均温度日较差（bio2）及降水量季节性变化（bio15）共同驱动。（3）未来气候情景下早熟禾类高寒草原丧失的部分区域会转化为紫花针茅类高寒草原与矮生嵩草类高寒草甸适宜区，高寒草原优势种适宜区质心向西南方向迁移，早熟禾类潜在适宜区在中期（2041—2060）的SSP370情景及远期（2061—2080）的SSP245情景下扩张，其他情景下皆丧失；紫花针茅类的潜在适宜区皆扩张且在SSP370情景下扩张面积达到最大；高寒草甸优势种的潜在适宜区多为扩张趋势且质心向南迁移，仅在SSP585情景下会丧失。本研究不仅可以为保护该地区物种多样性和当地畜牧业生产提供方法参考，也为维持地域生态系统平衡提供理论支持。

关键词：青藏高原高寒草地优势种最大熵模型(MaxEnt) 适宜区变化

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全球尺度下的海洋鱼类图像智能分类研究进展

电子与信息学报 2024年第5期46卷 1853-1864页

作者：周鹏李昌永步雨馨周芷诺王春生沈红斌潘小勇自然资源部第二海洋研究所杭州310012 自然资源部海洋生态系统动力学实验室杭州310012 上海交通大学图像处理与模式识别研究所上海200240

在全球尺度上了解鱼类物种组成、丰度及时空分布等,将有助于其生物多样保护。水下图像采集是获取鱼类物种多样性数据的主要调查手段之一,但图像信息分析工作耗时耗力。2015年以来,海洋鱼类图像数据集更新和深度学习模型算法优化等方面... 详细信息

在全球尺度上了解鱼类物种组成、丰度及时空分布等,将有助于其生物多样保护。水下图像采集是获取鱼类物种多样性数据的主要调查手段之一,但图像信息分析工作耗时耗力。2015年以来,海洋鱼类图像数据集更新和深度学习模型算法优化等方面取得了一系列进展,但细粒度分类表现仍显不足,研究成果的生产实践应用相对薄弱。因此,该文首先分析海洋相关行业对鱼类自动化图像分类的需求,然后综合介绍鱼类图像数据集和深度学习算法应用,并分析了所面临的小样本下的细粒度分析等主要挑战及相应解决方法。最后探讨了基于深度学习的海洋鱼类图像自动化分类对相关图像信息处理研究及应用平台对未来在生态环境监测等海洋相关产业领域的重要性及其前景。该文旨在为快速了解基于深度学习的海洋鱼类图像自动化分类的研究背景、进展和未来方向的工作者提供相关信息。

关键词：深度学习海洋鱼类生物多样性小样本图像分类

黄河流域城镇化高质量发展的水资源约束效应及其空间关联网络

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世界地理研究 2024年

作者：陈立于伟张学波宋金平贾立志北京师范大学地理科学学部生态系统网络观测与模拟重点实验室拉萨高原生态系统研究站曲阜师范大学地理与旅游学院

利用基于熵技术改进的层次分析法和改进多目标模糊隶属度函数测度2011-2020年黄河流域城镇化高质量发展的水资源约束效应，进而采用修正的引力模型和社会网络分析法分析了其空间关联网络特征。研究表明：①2011-2020年，水资源约束效应... 详细信息

利用基于熵技术改进的层次分析法和改进多目标模糊隶属度函数测度2011-2020年黄河流域城镇化高质量发展的水资源约束效应，进而采用修正的引力模型和社会网络分析法分析了其空间关联网络特征。研究表明：①2011-2020年，水资源约束效应呈现“倒U”型变化趋势，空间上表现出“上游＞中游＞下游”的不均衡特征。②黄河流域水资源约束效应逐渐形成以宁夏回族自治区、黄河流域中下游交界处为双核心的复杂网络形态，网络结构稳定性逐步增强。③中原城市群处于关联网络的中心位置，山东半岛城市群接收其他板块的溢出效应，晋中、呼包鄂榆城市群、关中平原、兰西、宁夏沿黄城市群双向溢出，在网络中具有“调节”功能。研究结论对于优化水资源约束效应的空间关联网络，实现黄河流域各城市水资源的合理调配，提高城镇化发展质量具有参考价值。

关键词：水资源约束效应城镇化高质量发展空间关联网络社会网络分析黄河流域

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基于深度学习的NDVI时空数据融合模型

Journal of Resources and Ecology 2024年第1期15卷 214-226页

作者：孙梓煜欧阳熙煌李浩王军邦中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与建模重点实验室国家生态系统科学数据中心北京100101 中国科学院大学北京100049 雄安创新研究院河北保定071899

卫星遥感提供了大尺度空间和长时间序列的地球表面变化信息,已广泛应用于生态学研究。人类活动可能对较小尺度的空间产生影响,并可能在较长时间内被检测到,这需要具有较高空间和时间分辨率的遥感数据。时空数据融合算法的发展为这些需... 详细信息

卫星遥感提供了大尺度空间和长时间序列的地球表面变化信息,已广泛应用于生态学研究。人类活动可能对较小尺度的空间产生影响,并可能在较长时间内被检测到,这需要具有较高空间和时间分辨率的遥感数据。时空数据融合算法的发展为这些需求提供了机会。本文基于深度学习,提出了一种残差卷积神经网络(Res-CNN)模型,利用全新的网络架构来融合来自Landsat 8和MODIS图像的NDVI检测结果,从而显著提高融合结果。通过与现有算法的比较,在两个不同地区进行的实验都展示了改进效果。模型性能通过预测值与观测值之间的线性回归进行评估,并通过决定系数(R2)、回归斜率(Slope),并与两种传统的模型(ESTARFM、FSDAF)进行比较。结果显示,Res-CNN模型预测的NDVI对研究区上具有较高的解释能力(R2分别为0.773和0.804,slope为1.01和0.989)。该研究证明,本文开发的Res-CNN模型具有较高的精度和较强的稳健性,优于传统模型。这项研究具有广泛的应用意义,因为它不仅提供了一个时空数据融合模型,还可以为区域尺度农业和草地生态系统的管理和利用提供长时间序列的数据。

关键词： NDVI 时空数据融合 Landsat MODIS 卷积神经网络