森林-草原生态系统交错带是森林和草原两种地带性植物群落之间的交接地带,景观类型多样,环境异质性强,边缘效应明显,对全球气候变化敏感,是生物多样性保护的重要地带.林草交错带特殊的生境导致地上与地下生物多样性及其生态关联比森林、草原、农田等生态系统复杂.本文综合评述了地形、生态系统养分内循环、全球变化以及人类活动干扰等因素对林草交错带植物多样性的影响,分析了土地利用类型、氮沉降和大气CO2浓度升高、植物凋落物、土壤有机质及土层深度等对土壤微生物多样性的影响.今后,应当加强局域尺度控制实验与跨环境梯度调查相结合的研究手段,以揭示林草交错带生物多样性形成的地理格局与生态学机制.具体包括林草交错带复合系统物种多样性对土壤酸化、火灾、凋落物组成、围封和放牧及多因子交互作用的响应规律,以及地上-地下生物多样性的生态关联、退化生境修复与植被恢复等方面的研究,为林草交错带土地利用和生物多样性保护提供科学依据和数据参考.

为揭示羌塘草原2001-2020年植被时空变化格局及其影响因素,并预测气候变化条件下羌塘草原植被可能的变化趋势,本研究基于MODIS NDVI数据以及温度、降水和风速数据,探究了羌塘草原植被覆盖变化与气象因子的关系;利用随机森林、支持向量机和随机梯度下降回归3种机器学习算法建立NDVI预测模型,筛选模拟精度最优模型,进行多情景下植被变化模拟.结果表明:2001-2020年羌塘草原NDVI呈现轻微增加趋势,增长率为0.0003 a-1.NDVI对温度的响应滞后3个月,降水滞后0～1个月,NDVI与风速呈负相关且无滞后.随机森林算法的模拟精度最高(Adjusted R2=0.958).未来植被覆盖度整体提升的情景是增温1.0℃、降水增加25％、风速降低25％.研究结果有助于预警植被退化问题,为气候变化背景下该区域植被生态保护提供科学依据.

为科学识别大运河无锡段国土空间管控范围内运河生态脆弱区域,本研究以大运河无锡段为研究区,采用脆弱性域图模型(vulnerability scoping diagram,VSD)建立暴露性、敏感性和适应性3个维度的评价指标体系,对2010-2020年的无锡市域范围生态脆弱性进行时空变化分析.研究发现,已有模型无法高效解析运河管控区内的生态脆弱性梯度化.因此,结合大运河无锡段监控区内24个生态脆弱性指标的主成分分析,揭示大运河管控区内生态脆弱性变化的主要趋势.结果表明:在时间尺度上,2010-2020年,大运河无锡段生态脆弱度极高脆弱区占比减少至18.8％,并发生了大比例的由高脆弱向中等脆弱的转移,低脆弱区占比增加至21.91％,总体脆弱度减少;在空间尺度上,研究区内生态脆弱度主要表现为惠山区的轻微退化,滨湖区的局部退化,梁溪区、锡山区的明显改善和新吴区的基本维持;VSD模型揭示的生态脆弱性显著退化区域大多位于建成区边缘地带,这导致位于城市中心区的大运河无锡段监控区内生态脆弱性变化不显著,未提示显著的生态脆弱性变化区域;监控区内近10年的主要变化趋势均为降低生态系统暴露度,提高维持能力方向.该区域整体处于生态脆弱性维持或改善的趋势中,故市域范围的VSD模型很难直接揭示其内部脆弱性梯度变化;在监控区范围内,存在局部不符合上述脆弱性改善趋势的空间范围,通过组合监控区内5种不利趋势的空间分布,选择了 3种及以上不利趋势对应空间和生态控制区的重叠区域作为亟需保护的滨河生态区的候选范围;结合对滨河生态区的环境分析和卫片判读,指出该区域存在农村区域治理资金相对稀缺,治理资金主要针对工业污染,非管控对象的耕地、果林、林地等斑块显著退化和特定生态服务能力降低3个主要问题,并针对性提出保护措施.

森林破碎化(或岛屿化)是导致当前生物多样性丧失的重要成因之一.滇中地区地带性的半湿润常绿阔叶林(semi-humid evergreen broad-leaved forests,SEBFs)具有显著的岛屿化特征.当前村寨周边面积大小、形状不一的"岛状"森林为研究破碎化的半湿润常绿阔叶林及其物种多样性特征提供了理想对象.本文通过植被遥感制图和群落样方调查,运用空间统计、物种多样性分析、群落排序及环境解释,探讨了滇中高原半湿润常绿阔叶林的岛屿化特征及其对群落物种多样性的影响.结果表明:(1)滇中高原现存半湿润常绿阔叶林仅占其潜在分布范围的1.5％,面积＞100 ha的林斑有92块,而面积＜10ha的林斑占斑块总数的54.6％和总面积的7.8％;该植被类型面积萎缩和破碎化严重;(2)99％的林斑到村寨的距离＜3 km,距离村寨越远,林斑平均面积越大,但样方物种α多样性除均匀度外变化不显著;不同面积等级斑块中样方物种α多样性也仅物种丰富度有显著变化,面积超过100 ha的大斑块有更高的物种丰富度;离村寨越近,样方群落物种组成简单化和同质化现象加强;(3)样方群落β多样性主要由物种替换引起.森林岛屿化是导致半湿润常绿阔叶林群落物种组成变化的主要因子,而人类干扰强度对群落物种组成的影响高于局部生境异质性(水分条件)和区域气候梯度(低温限制)的影响.滇中高原半湿润常绿阔叶林以破碎小斑块大量存在于村寨周边,在人为干扰下群落退化明显,亟待引起足够重视,并采取必要措施加强保护.

近年来,在气候变化与人为干扰等因素的驱动下,高寒湿地退化导致生物多样性的丧失如何影响生态系统功能尚无共识.以黄河首曲高寒湿地为研究对象,基于野外采样数据和植物群落多样性指数,重点分析植物物种多样性、地上生物量空间分布格局及其与土壤因子关系.结果表明:首曲湿地存在一定程度退化,植物群落组成主要集中在菊科和禾本科,莎草科和豆科植物较少;植物群落物种多样性和地上生物量未表现出显著的经纬度和海拔梯度变化;Patrick丰富度指数(R)和Shannon-Weiner多样性指数(H)与地上生物量呈显著正相关,说明保护区植物多样性的保护有利于生产力维持;土壤含水量影响着高寒湿地植被群落结构,与多样性指数呈显著相关性,是高寒湿地植被恢复和重建的关键性因子.该研究结果对于认识黄河首曲高寒湿地植物生物量和物种多样性及土壤因子的空间分异规律具有一定的参考价值,同时为高寒湿地退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护提供科学依据.

目的 采用结构磁共振成像(structural magnetic resonance imaging,sMRI)分析世居高海拔地区轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)患者的脑灰质密度改变.材料与方法 纳入91例世居高海拔地区MCI患者(MCI组)及与之年龄、性别、受教育程度相匹配的95例世居高海拔地区的健康对照(healthy controls,HC)者(HC组)进行神经心理学测试及磁共振3D T1加权三维磁化强度预备梯度回波(three-dimensional T1WI magnetization prepared rapid acquisition gradient echo sequence,3D-T1WI-MPRAGE)成像,利用基于体素的形态学测量(voxel-based morphometry,VBM)方法对全脑不同分区测量灰质密度,比较灰质密度差异显著的脑区.结果 MCI组在左侧海马、左侧海马旁回、左侧梭状回及双侧的小脑组织的灰质密度明显低于HC组(P均＜0.05).结论 高海拔地区MCI患者具有脑结构上的退化特征,这可能是慢性高海拔暴露相关的认知功能变化的结构基础.

土壤养分含量降低是我国草原退化的主要原因之一,养分添加是退化草原恢复的有效措施,但过量养分添加会导致物种多样性降低.为了探讨适宜的养分添加量以及养分添加促进退化草原恢复的机制,本研究选择内蒙古典型草原的退化群落,通过氮(N)磷(P)养分共同添加梯度试验,研究了退化典型草原在群落、功能群和物种3 个组织水平上对养分添加的响应.结果表明:在群落水平,养分添加显著促进了退化典型草原生物量,但没有降低物种多样性;群落生物量随养分添加水平表现为饱和曲线响应,在 12.0 g N·m-2、3.8 g P·m-2水平趋于饱和;物种多样性在低养分添加水平(N＜9.6 g·m-2、P＜3.0 g·m-2)较对照显著增加,在其余养分添加水平未发生显著变化.在功能群水平,随着养分添加量的增加,多年生根茎禾草在群落中优势度增加,生物量和密度均显著提高;一年生植物生物量和密度在高养分水平添加下显著增加,多年生丛生禾草和杂类草无显著变化.在物种水平,6 个物种对养分添加响应不同,羊草通过增加种群密度和个体大小显著增加了种群生物量;大针茅、冰草和糙隐子草种群生物量没有显著变化;星毛委陵菜和黄囊苔草分别因为降低个体大小和种群密度减少了种群生物量.养分添加作为草原恢复的措施,可以显著增加退化草原生物量和物种多样性,降低植物群落中退化指示种,增加多年生根茎禾草.

针对传统医学影像复原方法会产生丢失细节、边界模糊等复原效果不理想以及算法计算复杂的问题,本文采用了一种有效的全变分正则化迭代方法对含有模糊和噪声的退化医学影像进行处理.该方法结合ROF模型具有的保持边缘和结构的特性,充分利用图像能量间的梯度关系,在经典变分去噪模型中加入模糊核算子,对于该凸泛函模型采用变量分离的思想,引入二次惩罚项和松弛变量将图像变分复原的无约束优化问题分解为一系列子问题,结合交替Split Bregman技术和解的框式制约,直接对泛函进行迭代,同时引入阈值算子和收缩技术来优化子问题的求解,同时达到了保持医学影像重要边缘和细节信息和克服传统方法计算复杂的目的.仿真结果表明,与传统复原方法相比,该方法提高了图像的信噪比,均方误差也明显减小,克服了振铃效应,改善了图像的视觉效果,证明了该方法的有效性,且该方法具有良好的稳定性和快速的收敛性,可以更有效的应用于临床诊断以及后续分割.

底栖动物是对水生态系统退化和生境条件改变最为敏感的生物类群之一,同时也是开展梯级水坝水生态系统变化和演替研究的指示生物.本研究以国际生物多样性保护及水电梯级开发生态影响研究的热点地区澜沧江中下游为例,以澜沧江干流兴建的第一座水坝漫湾库区为研究区域,分别于2011和2016年开展底栖动物定点采样,并结合其蓄水前(自然河段,1996年)和单级水坝蓄水初期(1997年)的历史调研数据,全面分析了梯级水坝运行前后漫湾库区底栖动物群落的结构、分布格局及演变趋势.结果表明:漫湾库区底栖动物群落的优势种组成逐渐由寡毛纲和昆虫纲种类演变为软体动物门类占绝对优势;沿库区生境的纵向梯度变化,底栖动物密度和生物量均表现为升高的趋势,而静水区增加更为显著;对底栖动物功能摄食群的分析表明,静水区由掠食者和收集者占优势演变为滤食者类占绝对优势;梯级水坝运行后,采用生物指数评价结果表明,2016年库区综合水质指标明显优于2011年.漫湾库区底栖动物群落的演变与上游梯级小湾水坝的调度运行及库区的水文状况和泥沙淤积情况密切相关,并随着梯级水坝的运行处于动态变化之中.

根系分叉数和连接长度影响着植物根系的空间分布和资源获取,二者的权衡关系有助于深层次的理解植物根系构型的生态适应性.在祁连山北坡高寒退化草地,设置未退化(T1)、轻度退化(T2)、中度退化(T3)和重度退化(T4)4个退化梯度样地,采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,研究了星毛委陵菜(Potentilla acaulis)根系分叉数和连接长度之间的关系.结果表明:随着天然草地退化程度的加剧,草地群落的密度、高度、盖度、地上生物量和土壤含水量逐渐减小,土壤紧实度不断增大,星毛委陵菜种群的密度、高度、盖度、地上和地下生物量、根冠比和根系连接长度逐渐增大,分叉数呈相反的变化趋势;不同退化草地星毛委陵菜根系分叉数与连接长度之间的相关性存在差异(P＜ 0.05),在未退化(T1)和重度退化(T4)草地星毛委陵菜根系分叉数和连接长度之间存在极显著的负相关关系(P＜0.01),在轻度退化(T2)和中度退化(T3)草地二者之间存在显著的负相关关系(P＜0.05).随着天然草地的退化,星毛委陵菜选择减小根系分叉数和增大根系连接长度的构型构建模式,反映了植物不同功能性状间生物量分配的权衡机制.