湿地生态水文模型研究进展

建立湿地生态因素和水文因素之间的响应模型是当前湿地研究的一个新领域,可为湿地的保护、评价和管理提供科学依据。本文依据湿地生态水文过程特征,将湿地生态水文模型分为湿地生态水分循环估算模型、湿地生态水文化学过程模拟模型和湿地生物对水文过程的响应模型,综述了当前湿地生态水文模型的研究进展,并在此基础上探讨了湿地生态水文模型的研究重点和发展趋势。     

湿地生态水文模型研究综述

变化环境下湿地生态水文格局及过程发生了深刻变化,已对流域、区域乃至我国水安全和生态安全构成威胁。湿地生态水文模型是揭示湿地生态格局与生态过程的水文学机制的有效工具和重要手段。介绍了湿地生态水文模型的概念、内涵、构建方法及分类,回顾了湿地生态水文模型的国内外发展历程,论述了目前湿地生态水文模型研究应用的重点领域:湿地生态水文调控与生态补水、流域湿地生态恢复重建与水资源综合管控和气候变化下湿地生态水文变化评估与应对策略。针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需加强研究的重点方向。     

大尺度区域生态环境治理及国家生态安全格局构建的技术途径和战略布局

陆地生态系统是地球生物圈系统的核心组分,是人类生活、生产及社会经济活动的场所.然而,人类文明发展和科学技术进步在不断地扩大对资源的利用规模和强度,也导致了严重威胁社会可持续发展的全球气候变化、生物多样性丧失、环境污染、资源枯竭、生态系统退化等环境问题.社会公众期望生态学研究能够为区域、大陆及全球尺度的生态系统的利用和保...     

基于MaxEnt模型的当归全球生态适宜区和生态特征研究

研究药用植物当归在全球范围内的生态适宜区和生态特征,根据109个当归样本点和37个生态因子,利用最大信息熵模型(Max Ent)和地理信息系统(Geographic information System,GIS)对其进行全球适宜性区划。结果表明,当归生态适宜区主要集中在北纬20—50°范围内的北美洲、欧洲、亚洲和南纬15—35°范围内的南美洲和非洲,共约593.07万km~2。其中生态相似度最高的区域主要分布在中国甘肃省南部、四川省、西藏自治区东部、云南省北部、贵州省、陕西省西南部等地区,可见中国十分适合当归的种植,是当归的主产区。影响当归地理分布的主要气候因子适宜值范围分别为:最暖季降水量为300—700 mm,最冷季平均温为-3—7℃,降水的季节性数值为70—98;影响当归地理分布的主要土壤因子适宜值范围分别为:碳酸钙含量为50%—60%,粘土比重为17%—24%。研究结果为当归人工引种栽培及精细化种植管理提供参考。     

落叶松落叶病的生态因子及其生态模型的研究

通过１９８７－１９９１年在吉林省磐石等３个县（市１７）个林场３００余块长白落叶松（Ｌａｒｉｘ ｏｌｇｅｎｓｉｓ）人工林标准地调查、定点观察试验和统计分析表明,落叶松落叶病（Ｍｙｃｏｓｐｈａｅｒｅｌｌａ Ｌａｒｉｃｉ－ｌｅｐｔｏｌｅｐｉｓ）的林分病情指数与林分密度、林分类型、平均枝下高、土壤种类、林龄和林分地形有密切关系;对１９９０年１０３块标准地的数量化理论１分析,其偏相关系数分别为０．７２３、０     

基于GIS的北部湾经济区生态安全格局构建与评价

北部湾经济区喀斯特地貌广布, 生态环境脆弱, 构建生态安全格局有利于保护生态环境, 促进人与自然和谐发展。基于生态安全格局理论, 借助ArcGIS 10.1、InVEST 2.2、Fragstats 4.2等软件操作平台创建指标识别生态源地, 通过对比自然保护区边界数据验证生态源地识别精度; 采用土地利用类型、植被覆盖度、到居民点距离、到主干道距离等因子构建最小累积阻力面, 在此基础上划分北部湾生态用地的安全格局。结果表明: 北部湾经济区的生态安全源地共计3415.04 km2, 自然保护区验证源地拟合度达82.35%, 识别出生态保护核心区面34390.76 km2、缓冲区11719.13 km2、过渡区15731.95 km2、限制区9882.32 km2, 针对不同生态功能区提出相应的用地建议。研究可对北部湾经济区不同生态安全级别区域的城镇化建设和生态环境保护提供可靠的依据。     

湿地水文生态学模型的理论与方法

定量模拟生态模式与水文机制间的关系是当前生态学、水文学和湿地科学的一个热点研究领域。本文介绍了湿地水文生态学的概念、多学科理论体系以及跨学科特征,概括了湿地水文生态模型构建原理与方法,及国内外研究进展和特点。分析了湿地水文生态模型存在的尺度冲突、模型变量选择与模型不确定性,缺少有效校验方法等主要问题。指出湿地水文生态模型未来发展中与新兴交叉学科和地学信息技术耦合的特征由当前数学模型为主逐步过渡到物理模型的趋势。本文还以内陆平原淡水湿地为例,构建了以生境湿度特征为核心的湿地水文生态概念模型,同时设计了一个在集水区尺度上基于RS和GIS方法的湿地水文生态模型范式,以便于增加对此类模型的理解和认识。     

大尺度陆地生态系统动态变化与空间变异的过程模型及模拟系统

当代生态系统科学研究更加关注区域生态环境及生态系统状态变化的监测、评估、预测、预警及生态环境可持续管理.在深入理解陆地生态系统的要素、过程、功能、格局及其相互作用机理基础上,发展生态系统定量化描述方法和数值模拟技术,集成构建大陆尺度的多过程耦合-多技术集成-多目标应用的陆地生态系统数值模拟器已成为生态系统与全球变化...     

物种生态位构建理论与双点位基因模型应用

物种生态位构建与其进化关系的研究属于生态位理论的新进展。本文就生态位构建理论做出全面的介绍。分别论述了该理论中最基本的定义(什么是生态位构建)。其进化意义(对双点位种群基因模型的分析结果)及生态位构建与环境的相互作用。主要结果有：①物种的生态位构建机制。从进化尺度上具体描述了其通过新陈代谢、活动和选择来确定自身的生态位(包括部分的创建。毁灭);②自然选择与人工选择具有进化方向异向性,生态位构建可能导致进化惯量与进化动量不同的变化规律;③生态位构建能导致有害的等位基因的修复。能支持或消除稳定的多态现象．引起不平衡等。据此．提出对未来工作的3点展望：①由于人类的生态位构建除了所有物种都具有的特性外,文化是其重要的进化源。因此可将该理论应用到人类社会学科中探讨人类的发展进程;②最初提出生态位构建是基于种群水平的,也可将其作用机制放大或缩小至各种不同的尺度研究具体问题;③由于生态位构建中两种进化方向的异向性,所以在现实的生态环境中特别突出人工选择的作用,可为品种选育和人工调控提供理论依据。     

宏观植物生态模型的研究现状与展望

概述了3种主要植物生态模型的发展现状1)种群动态模型,主要模拟在一个生态系统中单个种的植物个体发芽、成长和死亡过程,及其种内竞争和种间相互作用,是研究开发最早的一类生态模型之一.该类模型主要应用于分析植物种群之间相互作用.2)演替模型,主要模拟植物种类(动物与此相伴)在整个生态系统发展过程的变化,包括植被类型的转变和相关的生物地球化学循环过程的改变.可用于研究生物群落对气候变化的响应.3)生态系统模型,是把生态系统当作一个功能整体来模拟的一类模型,主要有以下3类(1)SVAT模型,主要模拟地表生态系统过程,以BATS、SiB、SiB2和LEAF为代表,多用于气候研究;(2)BGC模型,主要模拟3个关键循环碳,水和营养物质循环.常用的BGC模型有FOREST-BGC、BIOME-BGC、CENTURY、TEM、DOLY以及由它们衍生而来的整合模型组;(3)BG模型,模拟群落、生物群区中植物分布,比较具有代表性的 BGMs包括BIOME2和MAPSS,它们主要用于研究因气候变化而引起的生物分布的变迁.最后,结合我们的实际工作展望了生态模型在未来几年内的几个发展方向1)与基础学科相结合,比如把物候学引入生态模型研究中来,以寻求新的支撑点;2)与现代非线性理论相结合,重新评价模型的假设基础;3)与现代科学技术相结合,利用3S技术和计算机技术为模型的发展提供更强大的技术支持;4)在研究方法上,从还原论转向整体论,尽可能地把生态系统当作一个功能整体来模拟研究.     

WASSI-C生态水文模型响应单元空间尺度的确定——以杂古脑流域为例

模型基本单元空间尺度的确定是大尺度生态水文模型应用的前提, 也是提高模型模拟精度的关键。该文以长江流域岷江上游的杂谷脑河上游流域为例, 通过设置最小流域面积阈值, 构建不同的水文响应单元划分方案, 探讨生态水文模型WASSI-C响应单元的最佳空间响应尺度。结果表明: 模型响应单元空间尺度的变化对模型精度有显著影响, 模拟效果存在随响应单元划分面积阈值增加先提高再稳定的趋势, 面积阈值小于85 km²时, 模型的模拟效果较好。此外, 面积阈值小于85 km²时, 模型模拟的水、碳循环变量验证的拟合相关性系数和效率系数均趋于稳定, 因此可以将模型水文响应单元流域划分的面积阈值确定为85 km²。基于这一尺度的模拟与验证研究, 分析了WASSI-C模型中关键变量设置对模拟结果的影响。     

鄂尔多斯遗鸥保护区植被-水资源模拟及其调控

鄂尔多斯遗鸥保护区是典型的半干旱区内陆湖泊湿地,2002年被列为国际重要湿地,但是近年来湖泊面积急剧萎缩,一级保护动物遗鸥在此基本消失。为了查清湿地缺水的原因,并寻找解决的途径,基于SWAT模型,模拟了集水区的生态水文过程,结合气候演变规律,分析出该湿地缺水1004.3万m3。其中气候因素综合影响的水量为593.4万m3,饲草料基地建设共增加用水377.7万m3,植被封育减少径流24万m3,大口井和截伏流工程耗水9.2万m3。同时,计算了尾闾湿地的生态需水,从资源利用的角度调控集水区的生态水文过程,提出饲料地发展规模以不超过692hm2为宜、适当放牧以减少封育影响并节省饲料地用水、合理布设水利工程等措施,从而实现集水区坡面生态、尾闾湿地以及经济的协调发展。     

Evaluating drought effect on MODIS Gross Primary Production (GPP) with an eco-hydrological model in the mountainous forest, East Asia

Surface soil moisture dynamics is a key link between climate fluctuation and vegetation dynamics in space and time. In East Asia, precipitation is concentrated in the short monsoon season, which reduces plants water availability in the dry season. Furthermore, most forests are located in mountainous areas because of high demand for agricultural land, which results in increased lateral water flux and uneven distribution of plant available water. These climatic and topographic features of the forests make them more vulnerable to drought conditions. In this study, the eco‐hydrological model (Regional Hydro‐Ecological Simulation System) is validated with various water and carbon flux measurements in a small catchment in Korea. The model is then extended to the regional scale with fine‐resolution remote sensing data to evaluate the Moderate Resolution Imaging Radiometer (MODIS) leaf area index and gross primary productivity (GPP) products. Long‐term model runs simulated severe drought effect in 2001 well, which is clearly shown in the ring increment data. However, MODIS GPP does not capture this drought effect in 2001, which might be from a simplified treatment of water stress in the MODIS GPP algorithm. This study shows that the MODIS GPP products can potentially overestimate carbon uptake specifically during drought conditions driven by soil water stress.     

大尺度森林碳循环过程模拟模型综述

森林生态系统碳循环是全球陆地生态系统碳循环的重要组成部分,而碳循环模型已经成为研究森林碳循环的必要手段。森林碳循环模型可以分为统计模型和过程模型,其中过程模型以其完整的理论框架、严谨的结构分析和清晰的过程机理,逐渐占据了主导地位。从地球化学过程模型、陆面物理过程模型和生物过程模型等3个方面综述区域尺度到全球尺度(本文称为大尺度)森林碳循环过程模型研究进展,论述了各类模型的主要特征、优缺点以及应用现状,探讨了森林碳循环模拟研究中存在的问题,并讨论了森林碳循环过程模型的主流研究方向。可为不同空间尺度下森林生态系统碳循环模拟模型的选择提供参考,以及为森林碳循环研究提供借鉴。     

玻璃管道光合生物反应器中小球藻大规模培养的研究

设计并装置容积1000L玻璃管道光合生物反应器进行小球藻大规模中试培养研究。当停留时间为3d．收获培养物总体积的1／3时。可建立稳定的连续培养系统,使小球藻的平均密度保持干重3g／L,最大生长量为干重0．605g／L·d,平均生长量为干重O．375g／L·d。所设计的光合反应器是稳定的．研究建立的培养技术具有推广应用前景。     

Large scale transient 5-HT3 receptor production with the Semliki Forest Virus Expression System

The expression of recombinant proteins with the Semliki Forest Virus (SFV) system has been scaled up to bioreactor scale. As a model protein for this study the human 5-HT₃ receptor was chosen. The gene for the receptor was subcloned into the SFV expression plasmid pSFV1. Virus production by in vivo packaging and production of the recombinant protein was scaled up, the latter to a reactor volume of 11.5 l. A Vibromix^TM agitation system was chosen to overcome aggregation problems of BHK cells in suspension. In the process, cells were first grown to a density of 10⁶ cells/ml, the medium was then exchanged with fresh medium and the culture was infected with the recombinant virus at an estimated multiplicity of infection of 30. 24 h post infection we measured an expression level of 3 million functional 5-HT₃ receptors per cell. For harvesting, the cells were pelleted by centrifugation. The receptor protein was purified in a single step (Hovius et al., 1998) by exploiting the hexa-His tag at minimal protein loss (51% yield). Experiments to optimise expression resulted in yields up to 8 million receptors per cell, when the pH of a suspension culture was controlled at pH 7.3. Rapid virus generation and protein production, high protein yields as well as successful large scale application have made the SFV expression system attractive to produce large quantities of recombinant protein in a very short time. After optimisation of the expression conditions (in particular by setting the pH at 7.3), yields were increased twofold.     

Large scale transient expression with COS cells

We demonstrate here that transient expression with COS cells can be performed at the one litre scale for a period of more than 10 days. Cells grown in T225 flasks were transfected by electroporation, transferred into spinners, and then grown either in suspension or on microcarriers. A daily medium change significantly extented culture life and production time, compared with standard protocols.Concentrations of the product, the secreted fusion protein CD40-Fc, were comparable in microcarrier and suspension culture. Cultures were started in fetal calf serum containing medium and the subsequent production process was performed in a low protein serum free medium which allowed easy downstream processing. 10 litres of supernatant, collected from one transfected batch of cells, yielded 30 mg of purified and biologically active protein.In addition to developing a simplified protocol for generation of cells we also reduced the material (DNA, cuvettes) required for electroporation. Our results show that scale up of transient expression to the litre scale can be successfully acieved. This provides a new tool to generate milligram quantities of protein within weeks of gene cloning.     

基于GIS的中国土地利用变化及其影响模型

通过ＧＩＳ建模,分析了我国土地利用的变化与其影响因子之间的相互作用关系。研究发现,土地利用的变化主要是自然与经济因素综合作用的结果,并且区分不同的规模尺度与不同的区域类型,将对提高土地利用空间变化模型的精度有着重要的影响。     

Development of a scale down cell culture model using multivariate analysis as a qualification tool

In characterizing a cell culture process to support regulatory activities such as process validation and Quality by Design, developing a representative scale down model for design space definition is of great importance. The manufacturing bioreactor should ideally reproduce bench scale performance with respect to all measurable parameters. However, due to intrinsic geometric differences between scales, process performance at manufacturing scale often varies from bench scale performance, typically exhibiting differences in parameters such as cell growth, protein productivity, and/or dissolved carbon dioxide concentration. Here, we describe a case study in which a bench scale cell culture process model is developed to mimic historical manufacturing scale performance for a late stage CHO‐based monoclonal antibody program. Using multivariate analysis (MVA) as primary data analysis tool in addition to traditional univariate analysis techniques to identify gaps between scales, process adjustments were implemented at bench scale resulting in an improved scale down cell culture process model. Finally we propose an approach for small scale model qualification including three main aspects: MVA, comparison of key physiological rates, and comparison of product quality attributes. © 2013 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 30:152–160, 2014     

福建大型海岛山体植物组成及其空间特征影响因素研究

为了明确大型海岛的植物资源及其空间特征影响因素,该研究以福建省大型海岛海坛岛为对象,采用样线法和样方法实地调查岛上20座山体的植物组成、生活型与属的区系地理成分,并采用Spearman相关分析、方差分解与多元回归等方法,解释空间特征对物种丰富度、不同类群植物(生活型、属的区系地理成分)和山体间Beta多样性的影响.结果...