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湿地声景录音策略及面向声景分类的特征选择

生物多样性 2024年

作者：胡婉君郝泽周夏灿玮谢将剑北京林业大学工学院中国林业科学研究院热带林业研究所生物多样性与生态工程教育部重点实验室北京师范大学生命科学学院林木资源高效生产全国重点实验室北京林业大学生物多样性智慧监测研究中心

声景描述了生物多样性、人类活动和其他声音的空间和时间模式,反映了重要的人为和生态过程。声景分类不仅有助于提升不同声景成分计算分析的准确率,还有助于深入了解不同声音的特点和分布,从而为保护和改善生态环境提供依据。然而,被动... 详细信息

声景描述了生物多样性、人类活动和其他声音的空间和时间模式,反映了重要的人为和生态过程。声景分类不仅有助于提升不同声景成分计算分析的准确率,还有助于深入了解不同声音的特点和分布,从而为保护和改善生态环境提供依据。然而,被动声学设备采集的大量录音给声景数据的分析带来困难。为平衡采样数据量与采样成本之间的矛盾,有必要探索一种高效的录音策略,满足声景分类研究的需要。本研究以北京野鸭湖湿地公园的录音数据为研究对象,在不同录音策略下对比了7种声学指数(声学复杂度指数(acoustic complexity index, ACI)、声学多样性指数(acoustic diversity index, ADI)、声学均匀度指数(acoustic evenness index, AEI)、生物声学指数(bioacoustic index, BIO)、声熵指数(acoustic entropy index, H)、振幅包络线中值(medianoftheamplitudeenvelope,M)和标准化声景差异指数(normalizeddifferencesoundindex,NDSI))和BYOL-A(bootstrap your own latent for audio)特征的表现,探索适合声景分类(生物声、地声、人工声)的录音策略及声学特征。结果表明:(1)每小时均匀采集10个1min的子样本便可以较好地平衡数据量与成本之间的矛盾(Spearman相关系数ρ>0.9);(2)描述声景的多个声学指数中, ACI和H是最稳定的指标;(3) BYOL-A特征比声学指数能更有效地完成声景分类。合适的录音策略和高性能的深度学习特征——BYOL-A特征能够快速捕捉声景信息,有助于提高声景分类的准确率,但仍需继续探讨改进。随着方法的逐步完善和处理技术的提升,声学监测在湿地保护和跟踪管理方面的潜力也越来越大。

关键词：湿地声景分类声学指数自监督学习声学监测

刺槐根系和根际土对7种乔灌草植物的化感潜力

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生态环境学报 2024年第9期33卷 1406-1415页

作者：朱玲魏天兴于欢王仙范德卉赵雨琪北京林业大学地理系/山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站/北京林业大学水土保持国家林业局重点实验室北京100083

刺槐(Robiniapseudoacacia)抗干旱胁迫能力、生长速率和适应性较强,是黄土丘陵区主要造林树种之一。为探究刺槐根系和根际土对该区常见乔木、灌木和草本植物的化感潜力,以刺槐根系和根际土为实验材料,采用生物测定法,设定根系和根际土... 详细信息

刺槐(Robiniapseudoacacia)抗干旱胁迫能力、生长速率和适应性较强,是黄土丘陵区主要造林树种之一。为探究刺槐根系和根际土对该区常见乔木、灌木和草本植物的化感潜力,以刺槐根系和根际土为实验材料,采用生物测定法,设定根系和根际土浸提液质量浓度为0.5、1.0、3.0、5.0、7.0、10.0mg·mL^(-1),测定不同质量浓度浸提液对冰草(Agropyroncristatum)、侧柏(Platycladusorientalis)、刺槐、胡枝子(Lespedezabicolor)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、油松(Pinustabuliformis)、紫花苜蓿(Medicagosativa)种子萌发和幼苗生长的影响,分析其化感作用。结果表明,刺槐根系和根际土对受体植物各指标的化感作用受到质量浓度、受体植物种类和化感物质来源,及两两之间交互作用的显著影响。1)刺槐根系和根际土浸提液促进刺槐和绣线菊的种子萌发,促进作用随浸提液质量浓度增加而加强,对绣线菊的促进作用强于刺槐;根际土对刺槐种子萌发的促进作用强于根系,对绣线菊来说则相反。刺槐根系和根际土浸提液对冰草、侧柏、胡枝子、油松、紫花苜蓿种子萌发的化感作用规律一致,呈现“低促高抑”的效应。2)刺槐根系和根际土浸提液对胡枝子、冰草、侧柏、油松、绣线菊和刺槐幼苗生长的化感作用一致,其中根系和根际土浸提液促进胡枝子幼苗生长,促进作用随浸提液质量浓度的增加先增强后减弱,且根系的促进作用强于根际土;对其他5种受体植物均表现为“低促高抑”的效应。刺槐根系和根际土浸提液对紫花苜蓿幼苗生长的化感作用不一致,根系浸提液抑制紫花苜蓿的幼苗生长,根际土浸提液对其呈现“低促高抑”的效应。该研究可为刺槐林的乔灌草复合搭配提供科学依据。

关键词：刺槐根系根际土化感潜力种子萌发幼苗生长人工林

东北天然次生针阔混交林乔木层碳储量变化的采伐干扰响应

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林业科学 2024年第7期60卷 17-27页

作者：杨润露王娟张春雨北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083

[目的]探究采伐干扰对东北典型天然次生针阔混交林乔木层碳储量变化的影响,为东北地区森林可持续经营提供理论依据。[方法]在吉林省林业实验区国有林保护中心选取4块1 hm^(2)针阔混交林样地,2011年开展初次调查,同年冬季进行采伐作业,2... 详细信息

[目的]探究采伐干扰对东北典型天然次生针阔混交林乔木层碳储量变化的影响,为东北地区森林可持续经营提供理论依据。[方法]在吉林省林业实验区国有林保护中心选取4块1 hm^(2)针阔混交林样地,2011年开展初次调查,同年冬季进行采伐作业,2013、2015、2018和2021年复测保留木。采用双变量线性回归法,探讨采伐强度、物种多样性、功能多样性、系统发育多样性和群落加权平均性状值对碳储量和碳增量的影响;使用多元线性回归模型,比较各变量的贡献程度;利用结构方程模型,检验各变量对碳储量和碳增量的直接和间接效应。[结果]1)碳储量和碳增量多元线性回归模型中,采伐强度对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量的25%和5%;植物物种多样性对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量(物种、功能、系统发育多样性)的67%和58%;群落加权平均性状值对碳储量和碳增量的贡献分别占总解释量的8%和37%。2)碳储量结构方程模型中,采伐强度对系统发育多样性、功能多样性、最大树高加权性状值和碳储量具有显著负向效应,路径系数分别为−0.221、−0.454、−0.337和−0.229;采伐强度对木质密度加权性状值具有显著正向效应,路径系数为0.368;采伐强度对物种多样性的直接效应不显著;物种多样性和功能多样性对碳储量具有显著正向效应,路径系数分别为0.306和0.235;系统发育多样性和群落加权平均值对碳储量的直接效应不显著。3)碳增量结构方程模型中,最大树高加权性状值对碳增量具有显著正向效应,功能多样性与木质密度加权性状值不相关,其他变量间的关系与碳储量模型相同。[结论]物种多样性、功能多样性、群落加权平均性状值对碳储量和碳增量具有直接影响,森林经营时可通过增加植物种类以促成功能多样的林分来提高森林碳汇能力。采伐强度直接或间接通过功能多样性和群落加权平均性状值减少碳储量和碳增量,在森林经营中应合理采伐,以提高森林碳汇能力。

关键词：采伐干扰植物物种多样性群落加权平均性状值碳储量碳增量

集毛孔菌属(担子菌门锈革孔菌科)一新种和该属中国种类鉴定检索表（英文）

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菌物学报 2024年第5期 4-13页

作者：张婧仪罗凯月员瑗边禄森北京林业大学生态与自然保护学院林木资源高效生产全国重点实验室中国林业科学研究院华北林业实验中心北京九龙山暖温带森林国家长期科研基地

基于形态学和分子系统学研究发现中国华东地区集毛孔菌一新种—武义集毛孔菌Coltriciawuyiensis。该新种在ITS和nLSU序列的系统发育分析中处于锈革孔菌目的集毛孔菌属中。武义集毛孔菌主要特征是担子果具中生菌柄；菌盖边缘全缘，表面... 详细信息

基于形态学和分子系统学研究发现中国华东地区集毛孔菌一新种—武义集毛孔菌Coltriciawuyiensis。该新种在ITS和nLSU序列的系统发育分析中处于锈革孔菌目的集毛孔菌属中。武义集毛孔菌主要特征是担子果具中生菌柄；菌盖边缘全缘，表面新鲜时橘黄褐色至红褐色，具同心环区；孔口表面新鲜时土黄色至浅黄褐色；菌管菌丝疏松交织排列至近平行排列；拟担子偶尔具分隔；担孢子广椭圆形，大小为4.3–5.5×3.7–4.4μm。武义集毛孔菌在系统发育树上与小集毛孔菌***具有亲缘关系，但后者的拟担子不分隔，且担孢子较大(6–7×4–5μmvs.4.3–5.5×3.7–4.4μm)。本研究提供了一个鉴定中国已知集毛孔菌种类的检索表。

关键词：锈革孔菌目系统发育多孔菌分类学新种

天保工程对京津冀地区天然林资源及生态系统服务功能影响的研究

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西北林学院学报 2024年第3期39卷 153-161页

作者：陈月高帆彭祚登北京林业大学森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

为评估实施天然林保护工程后京津冀地区天然林资源现状以及生态系统服务功能价值,为京津冀地区天然林协同保育提供技术支撑。采用国家二类森林资源清查数据,利用主成分分析法和层次分析法,构建最优模型,评价研究区内天然林生态系统服务... 详细信息

为评估实施天然林保护工程后京津冀地区天然林资源现状以及生态系统服务功能价值,为京津冀地区天然林协同保育提供技术支撑。采用国家二类森林资源清查数据,利用主成分分析法和层次分析法,构建最优模型,评价研究区内天然林生态系统服务功能及质量状况。结果表明,天保工程实施后,京津冀地区天然林资源数量、单位面积蓄积量逐年稳步增加,天然林蓄积量从天保工程实施前的3488.73×10^(4)m^(3)增加到7599.14×10^(4)m^(3);天然林生态服务功能物质量和价值量衡量指标均显著增加,相较于天然林保护一期工程初始,涵养水源量增长了28.69×10^(8) m^(3)·a^(-1),价值总量增加了550.19×10^(8)元·a^(-1),表明京津冀地区天然林提供生态服务的潜力较大;构建的天然林质量综合评价体系中,影响最大的准则层是森林生产力指标(0.41),对准则层影响最大的5个指标为龄组(0.2001)、平均胸径(0.1801)、每公顷株数(0.0925)、平均树高(0.0853)及海拔(0.0493);天然林质量总体处于中等水平。经过实施天然林保护工程,京津冀地区天然林资源量呈逐年递增趋势,提供生态服务的能力逐渐增强,但现阶段区域天然林的质量还普遍不高,有较大提升空间;实施调整优化龄组结构和林分密度等经营措施可以提升京津冀地区的天然林质量。

关键词：天保工程京津冀地区天然林生态系统服务功能

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北京奥林匹克森林公园中湖泊环境对人体生理、心理的作用研究

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湿地科学 2024年第1期22卷 148-153页

作者：李瑶张振明张明祥北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 国家林草局自然保护区研究中心北京100083

湿地不仅具有重要的生态功能,而且类型多样、资源丰富。湿地是理想的康养地点,将湿地资源与健康养生行业有机融合,有助于推动湿地资源的可持续利用。在北京市的奥林匹克森林公园中,分布着溪流、湖泊等湿地,这些湿地可以作为人们的康养... 详细信息

湿地不仅具有重要的生态功能,而且类型多样、资源丰富。湿地是理想的康养地点,将湿地资源与健康养生行业有机融合,有助于推动湿地资源的可持续利用。在北京市的奥林匹克森林公园中,分布着溪流、湖泊等湿地,这些湿地可以作为人们的康养地点。2021年4月至5月期间,以北京市奥林匹克森林公园北园的人工湖泊区作为研究地点,在5个微风晴天的实验日的9时30分至11时,让被试者以4~5 km/h的速度沿着湖边行走一圈,利用便携式数字血压计,获得被试者步行前、后的收缩压、舒张压和心率数据;利用人体舒适度指数,评估环境的舒适程度;利用POMS量表,评价步行前、后被试者的紧张、愤怒、疲劳、抑郁、精力、慌乱、与自我有关的情绪等心理状态;分析被试者步行前、后的生理和心理状态变化状况。研究结果表明,实验期间,奥林匹克森林公园北园湖泊环境的气温、相对湿度和风速都令人感觉很舒适,在这种环境下,人们的消极情绪得到缓解,人们的积极情绪被激发,使人们的血压和心率趋于平复和稳定,而且人体所处环境越舒适,其心理、生理状态越平稳,因此,湖泊环境适合人们进行康养活动。

关键词：湖泊环境生理心理康养奥林匹克森林公园

长白山不同演替阶段温带森林木本植物菌根类型对林下草本植物多样性的影响

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生物多样性 2024年第1期32卷 16-27页

作者：殷正张乃莉张春雨赵秀海北京林业大学国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心北京100083 北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083 北京林业大学林学院森林培育与保护教育部重点实验室北京100083 国家林业和草原局黑龙江三江平原沼泽草甸生态系统定位观测研究站黑龙江双鸭山518000

温带森林生态系统草本植物多样性丰富,是植物多样性的重要组分,对森林生态系统功能的调控同样具有重要作用,但却未受到广泛关注。本研究依托长白山地区原始阔叶红松(Pinus koraiensis)林和采伐干扰后形成的次生针阔混交林中共128个1 m×... 详细信息

温带森林生态系统草本植物多样性丰富,是植物多样性的重要组分,对森林生态系统功能的调控同样具有重要作用,但却未受到广泛关注。本研究依托长白山地区原始阔叶红松(Pinus koraiensis)林和采伐干扰后形成的次生针阔混交林中共128个1 m×1 m草本植物样方连续两年的调查数据,深入解析了两类森林林下丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)草本植物和非菌根(non-mycorrhizal, NM)草本植物多样性的异同;并运用广义线性混合效应模型分析了AM木本植物和外生菌根(ectomycorrhizal,EcM)木本植物以及环境因子对林下草本植物多样性的影响。结果表明:原始阔叶红松林中群落水平上草本植物和AM草本植物的多度和多样性均显著高于受人类采伐干扰后形成的次生针阔混交林,而NM草本植物无显著差异。林下草本植物多度和多样性受到木本植物邻体的显著影响,但其作用强度受到环境因素的调控。在次生针阔混交林中,群落水平上的草本植物多样性主要受木本植物邻体多样性和林下叶面积指数的直接影响。AM草本植物多度与EcM木本植物邻体密度显著负相关,且这种负作用关系随着土壤含水量的增加而减弱。在阔叶红松林中,土壤含水量直接影响群落水平草本植物和AM草本植物的多度,且土壤含水量的高低调控木本植物邻体对群落水平草本多度和多样性的影响。综上所述,采伐干扰显著降低了温带森林生态系统中草本植物多度和多样性,而上层木本植物邻体的菌根类型和环境因子对林下草本植物群落构建表现出明显的交互作用。

关键词：草本植物演替阶段菌根真菌物种多样性

改进UNet-VAE网络的土壤多类型孔隙三维分割方法

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农业工程学报 2024年第18期40卷 81-89页

作者：韩巧玲宋美慧席本野赵玥赵燕东北京林业大学工学院北京100083 北京林业大学林学院北京100083 北京市教育委员会城乡生态环境北京实验室北京100083 国家林业局林业装备与自动化国家重点实验室北京100083 北京林业大学智慧林业研究中心北京100083

不同类型土壤孔隙结构会随生物活动和非生物作用发生形变,从而影响其生态功能,准确分割不同类型的孔隙结构对于研究孔隙结构与生态功能演变关系具有重要意义。针对单个类别孔隙的分割方法分割精度低、分类标准单一、鲁棒性差,无法准确... 详细信息

不同类型土壤孔隙结构会随生物活动和非生物作用发生形变,从而影响其生态功能,准确分割不同类型的孔隙结构对于研究孔隙结构与生态功能演变关系具有重要意义。针对单个类别孔隙的分割方法分割精度低、分类标准单一、鲁棒性差,无法准确分割和判别生物孔隙、裂隙等相交部分孔隙结构的问题。该研究针对不同类型孔隙尺度差距大的特点,提出了一种改进UNet-VAE网络模型,实现土壤多类型孔隙分割。改进UNet-VAE网络引入多尺度特征融合注意力模块,以实现多尺度信息融合和冗余信息筛选。结合变分自动编码器生成网络(variational autoencoder,VAE),引入噪声和辅助损失函数,以增强网络的泛化能力和鲁棒性。试验结果表明:改进UNet-VAE方法在土壤多类型孔隙(裂隙、生物孔、不规则孔隙和球状孔隙)三维分割中达到了93.83%的平均准确率,与次优VNet方法相比,平均准确率、精确率、召回率和F1值分别提升了3.32,5.06,8.97和8.63个百分点,特别是对于不规则孔隙4项指标分别提升了4.88,15.46,15.70和15.50个百分点,表明改进UNet-VAE法可准确分割多类型孔隙,也验证了深度学习技术在多类型孔隙判别的有效性,可为揭示土壤孔隙结构与演化研究提供有效工具。

关键词：土壤孔隙卷积神经网络图像分割 3D UNet 注意力模块

油松SAUR基因家族鉴定及其干旱胁迫表达模式分析

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北京林业大学学报 2024年第8期46卷 57-67页

作者：燕佳惠周成城钮世辉李伟林木遗传育种全国重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院林木育种与生态修复国家工程研究中心北京100083

【目的】本研究旨在鉴定油松生长素响应基因SAUR家族,分析其基本特征及其在干旱胁迫中的作用,以期为油松及其他针叶树SAUR基因家族功能解析提供参考。【方法】以油松全基因组数据信息为基础,blast比对鉴定出SAUR基因家族,通过生物信息... 详细信息

【目的】本研究旨在鉴定油松生长素响应基因SAUR家族,分析其基本特征及其在干旱胁迫中的作用,以期为油松及其他针叶树SAUR基因家族功能解析提供参考。【方法】以油松全基因组数据信息为基础,blast比对鉴定出SAUR基因家族,通过生物信息学方法分析其基因结构、氨基酸特性、染色体定位、基因进化、基因功能,并通过RNA-Seq数据分析其在干旱胁迫下的表达模式。【结果】(1)在油松中共鉴定出66个SAUR家族基因,命名为PtSAUR1~PtSAUR66,其中60个SAUR家族成员不均匀地分布在9条染色体上,多呈现簇状分布。(2)蛋白理化特征分析结果表明,76%的SAUR蛋白呈碱性;亚细胞预测结果显示,74%的SAUR蛋白可定位到细胞核中。(3)油松与银杏和巨杉SAUR基因的共线关系结果显示:与银杏相比,油松与巨杉的同源关系更近。(4)顺式作用元件预测结果显示:SAUR家族基因的启动子中预测到多种激素(茉莉酸甲酯、脱落酸、生长素等)、非生物胁迫(低温、干旱等)相关的顺式作用元件,其中茉莉酸甲酯相关的元件数最多,生长素相关的元件数最少。(5)系统进化分析显示:油松SAUR家族蛋白可分为7个类群,油松中既存在相近于被子植物的SAUR蛋白,也存在前期分离出来的油松独有的SAUR蛋白。(6)RNA-Seq数据分析结果显示:油松SAUR基因家族对于干旱胁迫具有一定的调节作用,其中PtSAUR23、PtSAUR59和PtSAUR663个基因成员变化显著,推测为抗旱的关键基因。【结论】油松SAUR家族基因可参与调控干旱胁迫,PtSAUR23、PtSAUR59和PtSAUR66可能在这个过程中起到关键的作用。

关键词：油松 SAUR基因家族干旱胁迫基因表达