海榄雌瘤斑螟Ptyomaxia syntaractis,红树植物白骨壤Avicennia marina最重要害虫,严重影响白骨壤生长和生态功能的发挥.为高效监测海榄雌瘤斑螟的种群发生动态,实时获得预警信息,本研究通过引入目标检测算法YOLO V5进行深度学习,对监测设备上的海榄雌瘤斑螟进行识别与计数,实时发布种群数量.采用黑光灯诱捕装置获取海榄雌瘤斑螟成虫图像,构建两种不同图像大小的数据集,采用旋转、增噪等方式增强图像数据集;对比了不同训练模型对采集图像的检测性能和不同图像大小对数据集识别结果的影响,用精确率、召回率、F1值、平均精度评估各模型的差异.测试结果表明,模型YOLO V5s对海榄雌瘤斑螟识别的精确率、召回率和F1值分别为96.13％、92.06％和0.93,并且能够很好的识别原始尺寸的图像.基于YOLO V5网络模型设计的海榄雌瘤斑螟识别计数模型识别准确率高,可满足海榄雌瘤斑螟种群监测与预警.

红树林是生长在热带、亚热带海湾河口潮间带的受到周期性海水淹浸的木本植物群落,红树植物如何适应潮间带环境、实现多物种分离共存一直是研究的热点.生态位理论是解释群落物种共存的重要理论和方法之一,而幼苗是种群更新的基础.因此,本研究选取海南岛分布较广的6种红树植物幼苗,通过人工控制海水盐度、淹没时间和光照强度模拟不同的潮间带环境,构建了一个微型的红树林小群落.通过测定这6种幼苗在不同控制环境中的净光合速率,统计分析幼苗在海水盐度、淹水时间和光照强度3种资源条件下的生态位宽度、生态位重叠和生态位偏离程度,尝试阐述红树植物在潮间带中分离共存的机制.结果表明:在淹水方面,6种幼苗的生态位宽度最大的为白骨壤(Avicennia marina)(0.956),角果木(Ceriops tagal)(0.906)最小;白骨壤、桐花树(Aegiceras corniculatum)和红海榄(Rhizophora stylosa)的生态位重叠度较高,秋茄(Kandelia obovata)、海莲(Bruguiera sexangula)和角果木的生态位重叠度较高.生态位分离程度反映出在理论生态位中心是12 h/d的物种中,白骨壤(0.698)适应淹水的范围较大,在理论生态位中心是8 h/d的物种中秋茄(0.185)适应淹水的范围较大,在理论生态位中心是4 h/d的物种中海莲(0.115)适应淹水的范围较大.在盐度资源方面,生态位宽度最大的为白骨壤(0.987),秋茄(0.496)最小;白骨壤、桐花树和红海榄的生态位重叠度高,海莲和角果木的生态位重叠度高,秋茄与其他物种的生态位重叠度均不高.生态位分离程度反映出理论生态中心为20的物种中白骨壤(4.357)适应盐度的范围较大,理论生态位中心是10的物种中角果木(10.594)适应盐度的范围较大.在光照资源方面,生态位宽度最大的为角果木(0.995),白骨壤(0.828)最小;6种红树植物的生态位重叠度均较高;生态位分离程度反映出理论生态中心为100％光照的物种中红海榄(23.138)适应光照的范围较大,理论生态位中心是80％光照的物种中角果木(12.522)适应光照的范围较大.结合各物种在淹水、盐度和光照资源上的生态位分析,可以看出它们在淹水和盐度资源上的生态位分化相对较早且明显,各物种占据不同的淹水和盐度生态位,生态位重叠程度相对较低,对淹水和盐度资源的竞争较弱,进而实现在潮间带中的分离共存;而在光照资源上的生态位分化相对较晚且不明显,多数为阳生植物,生态位重叠程度较高,对光照的竞争相对较强.

为有效观测红树林植物群落—海水—沉积物复合生态环境系统,评价红树林湿地生态环境质量.基于广西山口和北仑河口 2 个红树林保护区内的植物群落样方调查、海水与沉积物监测分析数据,阐述了植物群落—海水—沉积物的基本结构特征;用主成分分析、多重典型相关权重系数排序、频次计数及专家知识判读等方法,渐进耦合优化出一套指标体系,拟合植物群落—海水—沉积物间的理想数量关系,验证群落关键指标耦合优化作用.结果表明:(1)非对称性的 49 项初始指标耦合优化成对称性的 24 项后,群落—海水—沉积物间由无典型相关性表现出显著或极显著典型相关性.3者间的典型相关性大小顺序为沉积物—海水(第一、二典型相关系数及其显著水平分别为C1=0.994,p=0.0001;C2=0.993,p=0.001)>沉积物—群落关系(C1=0.997,p=0.001,C2=0.0.984,p=0.008)>群落—海水关系(C1=0.987,p=0.042;C2=0.902,p=0.423).(2)群落作为水环境与沉积物间的有机生命系统,最大构件数对海水和沉积物有较理想的耦合优化作用,最大重要值对海水有明显耦合优化作用,最大胸径比总种数的耦合作用要突出.(3)均值内敛和样本增加可提高结构模型的典型相关显著性,结合专家知识判读法则可拓展结构模型,并提高典型相关系数值及其显著性水平.主成分分析—典型相关分析—专家知识判读的联合应用是很好的指标属性耦合优化方法,适用于复合生态系统的关联耦合及其生态环境质量评价.

探讨红榄李幼苗对盐胁迫的响应机制,为濒危红榄李保护提供理论依据.以红榄李幼苗为材料,研究了不同浓度NaCl(50、150、450、750 mmol·L-1)对红榄李植株叶片光合、荧光参数、光合色素变化、抗氧化酶活性、叶绿体超微结构及气孔特征的影响.150 mmol·L-1 NaCl处理下红榄李幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、潜在最大光能转换效率(Fv/Fm)、实际光能转换效率(ΦOSII)、总叶绿素(Chl)含量、类胡萝卜素(Car)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性及过氧化物酶(POD)活性等均显著高于其他处理.当NaCl浓度超过450 mmol·L-1时,上述指标值均显著下降,而胞间CO2浓度(Ci)、过氧化氢(H2O2)含量、丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子(O2·-)产生速率等显著上升,其中,750 mmol·L-1 NaCl处理下植株叶片丙二醛(MDA)含量较150 mmol·L-1 NaCl增加56.58％.此外,当NaCl浓度为750 mmol·L-1时,叶绿体的被膜界限逐渐模糊,淀粉粒和嗜锇颗粒增多膨大,基质、基粒片层逐渐松散变形,同时叶片气孔开张度变小,甚至关闭.以上结果表明,150 mmol·L-1NaCl是红榄李幼苗植株生长发育的最适宜浓度.当NaCl浓度超过450 mmol·L-1时,植株叶片抗氧化系统失衡,光合色素降低,气孔关闭,叶绿体超微结构受损.

近年来随着人类活动的加剧,湿地生态系统的结构和功能都受到强烈干扰和破坏,研究遭受干扰后的湿地生态系统结构的演化过程,对湿地生态系统的保护、管理、恢复都有重要意义.本文根据复杂网络相关理论和生态系统特征构建湿地生态系统的网络模型,同时基于生物的谢尔福德耐受性和生态系统的自我调节能力,提出了一种考虑过载和欠载状态的湿地生态网络结构的演化模型.从初始负载、负载容量、负载冗余范围和负载重分配四个方面对遭受攻击的生态网络结构的演化过程进行刻画,同时利用鲁棒性指标揭示物种遭受干扰消亡后对湿地生态系统鲁棒性的影响.针对Teacapan湿地生态系统数值仿真,发现不同营养级的关键物种消亡对生态系统结构和鲁棒性的影响程度不同.初级生产者中的关键物种(红树林的碎屑和水中物质)消亡会导致Teacapan湿地生态网络结构迅速崩溃,生态系统鲁棒性指标迅速下降为0;而消费者中的关键物种消亡对生态网络结构波动和系统鲁棒性的影响较小,生态系统能够在一定时间内达到二次平衡,此时湿地生态系统仍具有一定的抵抗外界干扰的能力.这一结果体现了红树林中的碎屑作为支撑食物链的主要食物来源对湿地生态系统的重要性,为湿地生态系统的动植物资源保护和生态重建提供一定的科学参考.

水椰属棕榈科真红树植物,也是孑遗植物,被列为国家二级重点保护植物.中国水椰仅天然分布于海南岛.为探讨其濒危现状和保护策略,本研究采用样方法对水椰群落进行调查,并分析其地理分布、群落特征、种群结构及其空间分布.结果表明:(1)中国水椰共有6个自然种群,总面积为3.96 hm2,种群数量为9319棵,自然分布于海口东寨港的野菠萝岛和道学村、文昌的玉阳公园和头苑村、琼海长坡镇文场村、万宁日月湾,并且仅在日月湾有小面积成片分布,其他种群均为零星分布.(2)水椰样地内共有28种红树植物,形成以水椰+海莲+桐花树、水椰+海莲等为优势种的红树林群落.(3)海口、琼海、万宁水椰的种群结构均为衰退型,而文昌水椰种群为增长型,并且各种群分布格局都为聚集分布.(4)宏观尺度的极端气候变化、过度砍伐与开发利用、小尺度上的个体自身繁殖受限是水椰种群濒危的三大原因.建议通过增加科研技术投入解决种源问题、加大生境修复与就地保护力度、优化迁地保护与野外回归策略等措施扩大其种群数量.

为探讨红树植物光适应的生理生态策略,对6种真红树植物[无瓣海桑(Sonneratia apetala)、秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、卤蕨(Acrostichum aureum)]和 2 种半红树植物[银叶树(Heritiera littoralis)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)]的1 a生幼苗在不同生长光强(自然光强的100%、45%、30%、10%)下的光合光响应特征进行了研究.结果表明,不同生长光强对红树植物光响应特征的影响因物种而异,遮荫显著提高了秋茄和木榄的最大净光合速率(Pmax),而对其他红树植物的Pmax没有显著影响;秋茄在 45%光强下具有较高的Pmax,木榄的Pmax则在 45%和 30%光强下显著高于其他 2 个处理.随着生长光强的下降,秋茄幼苗叶片的光饱和点显著上升,木榄、老鼠簕和卤蕨的光补偿点呈下降趋势,木榄和卤蕨的表观量子效率升高的同时暗呼吸速率下降.木榄、老鼠簕和卤蕨具有较强的耐荫性,适宜种植在光强较弱的林下;无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿则适宜作为中上层树种或在郁闭度较低的林下种植.

目前,室内通过人工控制方式开展红树林对环境胁迫的响应研究,忽视了不同红树植物物种的生长习性,且以单一胁迫为主.通过野外生长与人工控制相结合方式,研究 5 个时期(2018.6-2020.8)盐和铜胁迫对 3 种红树植物(秋茄、拉关木和木榄)11 种功能性状的影响,使用单因素和双因素方差分析研究不同时期不同树种下盐和铜胁迫对叶片功能性状的影响,回答红树植物功能性状对盐和铜单一及复合胁迫响应的科学问题.结果表明,不同时期下,三种红树植物功能性状具有明显差异.随着时间增长,三种植物的碳含量和冠层高度均呈升高趋势,其他功能性状因物种不同而表现出不同趋势;与乡土红树植物(秋茄和木榄)相比,外来入侵物种(拉关木)具有更快的生长速度.不同时期下,拉关木比秋茄和木榄具有更好耐盐性,三个物种的植物生长发育对铜胁迫的响应均不敏感.大部分时期下,单一盐胁迫对拉关木的植物功能性状无显著影响(P＜0.05),对秋茄和木榄的碳含量、冠层高度和比叶面积有显著影响(P＜0.05);单一铜胁迫对三个物种的绝大多数功能性状无显著影响.另外,盐-铜复合胁迫对秋茄叶片碳、磷、氮磷比及冠层高度有显著影响(P＜0.05),对拉关木叶片碳、铜含量、冠层高度、比叶面积有显著影响(P＜0.05),仅对木榄SPAD值有显著影响(P＜0.05).在红树林保护修复工作中,研究成果可为红树林退化原因和机理阐释、红树林生长监测评估、生境治理以及树种选择提供一定的理论依据.

为探讨红树植物光适应的生理生态机制,通过遮荫控制试验对无瓣海桑(Sonneratia apetala)、秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、卤蕨(Acrostichum aureum)、银叶树(Heritiera littoralis)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)等8种红树植物的1 a生幼苗在不同生长光强(自然光强的100%、45%、30%、10%)下的叶绿素荧光参数进行了研究.结果表明,8 种红树植物在遮荫后光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)和光系统II实际光化学效率(ΦPSII)总体呈上升趋势,而电子传递速率(ETR)则显著下降.无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在全光照下表现出比其他3种植物更高的Fv/Fm,同时桐花树和银叶树的ΦPSII和ETR也显著高于木榄、老鼠簕和卤蕨.因此,无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在高光辐射下具有更高的光能利用率,同时桐花树和银叶树能更好地利用高光并耗散过剩光能,适宜作为中上层树种或在郁闭度较低的林下种植.而木榄、老鼠簕和卤蕨在高光辐射下ΦPSII值均不足 0.2,ETR也仅为无瓣海桑等阳生物种的20%～33%,更适宜在光照条件较弱的林下种植.

为研究不同盐度下红树植物的生理适应性,测定了木榄(Bruguiera gymnorhiza)、角果木(Ceriops ta-gal)、红海榄(Rhizophora stylosa)、海莲(Bruguiera sexangula)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、秋茄(Kandelia obo-vata)6种红树幼苗在8种盐度(0、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%)下的生长量、株高增量、基径增量、净光合速率、叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、超氧化物岐化酶(SOD)活性、脯氨酸(Pro)含量以及丙二醛(MDA)含量.结果显示:6种红树幼苗适宜生长的盐度为5%～20%,其中桐花树具有较高的耐盐性.在盐胁迫下,6种红树植物幼苗的SOD酶活性、Pro含量和MDA含量均升高,叶绿素含量升高,净光合速率下降,生长速度减慢.研究表明,红树物种受到盐胁迫时,净光合速率降低,幼苗通过增加叶绿素含量提升光合作用,并通过增加叶片中SOD酶活性、Pro含量和MDA含量,提高植物抗逆性.