A biodiversity evaluation framework for restoration of aquatic macrophyte communities in shallow lakes driven by hydrological process management

Macrophyte community diversity and composition respond to ecosystem conservation and local environmental factors. In this study, we developed a multidimensional diversity framework for macrophyte communities, including the taxonomic and functional alpha and beta diversity. We used the framework to explore the relationships among water level regimes and these diversity parameters in a case study of China's Baiyangdian Lake. Analysis of indicators of hydrologic alteration divided the water level from 1959 to 2019 into four regimes (dry, <6.42 m; low, 6.42–7.23 m; medium, 7.23–8.19 m; high, >8.19 m). Alpha and beta diversity were significantly higher in the medium regime than in the low and high regimes. Redundancy analysis indicated that the maximum water depth significantly affected taxonomic alpha diversity, and total nitrogen (TN) and chemical oxygen demand (COD) concentration significantly affected functional alpha diversity, respectively. Mantel tests showed that TN, Secchi depth (SD), and water depth in the high water level regime significantly increased the total beta diversity and turnover components. TN was the main factor that increased total taxonomic beta diversity. Water level regime mainly influenced interspecific relationships by changing the TN and COD concentration. The water level should be maintained between the medium and high water level regimes to promote restoration of the macrophyte community and improve ecosystem stability. The biodiversity evaluation framework would provide a deeper insight into the hydrological process management for restoration of aquatic macrophyte communities in shallow lakes.     

Rainfall intensity affects runoff responses in a semi-arid catchment

The source and hydrochemical makeup of a stream reflects the connectivity between rainfall, groundwater, the stream, and is reflected to water quantity and quality of the catchment. However, in a semi-arid, thick, loess covered catchment, temporal variation of stream source and event associated behaviours are lesser known. Thus, the isotopic and chemical hydrographs in a widely distributed, deep loess, semi-arid catchment of the northern Chinese Loess Plateau were characterized to determine the source and hydrochemical behaviours of the stream during intra-rainfall events. Rainfall and streamflow were sampled during six hydrologic events coupled with measurements of stream baseflow and groundwater. The deuterium isotope (²H), major ions (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺, and Na⁺) were evaluated in water samples obtained during rainfall events. Temporal variation of ²H and Cl⁻ measured in the groundwater and stream baseflow prior to rainfall was similar; however, the isotope compositions of the streamflow fluctuated significantly and responded quickly to rainfall events, likely due to an infiltration excess, overland dominated surface runoff during torrential rainfall events. Time source separation using ²H demonstrated greater than 72% on average, the stream composition was event water during torrential rainfall events, with the proportion increasing with rainfall intensity. Solutes concentrations in the stream had loglinear relationships with stream discharge, with an outling anomaly with an example of an intra-rainfall event on Oct. 24, 2015. Stream Cl⁻ behaved nonconservative during rainfall events, temporal variation of Cl⁻ indicated a flush and washout at the onset of small rainfall events, a dilution but still high concentration pattern in high discharge and old water dominated in regression flow period. This study indicates rainfall intensity affects runoff responses in a semi-arid catchment, and the stored water in the thick, loess covered areas was less connected with stream runoff. Solute transport may threaten water quality in the area, requiring further analysis of the performance of the eco-restoration project.     

“一带一路”背景下的中国与巴基斯坦的贸易关系演进及其影响因素

中巴经济走廊是“一带一路”6大经济走廊之一,而贸易畅通是“一带一路”建设的核心环节。研究中巴贸易关系演变及其影响因素、分析其贸易潜力,对推进“一带一路”建设具有重要的示范作用。论文从中巴贸易发展态势、商品结构、空间格局等方面揭示中巴贸易关系,运用随机前沿引力模型分析中巴贸易关系的主要影响因素、并探析其发展潜力,以期为推进中巴经济走廊建设提供科学支撑。研究发现：① 中巴贸易发展迅速,中对巴贸易顺差持续扩大;中国主要出口机械及电气设备等资本密集型产品,主要进口纺织原料及纺织制品等初级产品和劳动密集型产品。② 中国各省份与巴基斯坦的贸易合作存在明显的空间差异,东部沿海省份与巴贸易联系较紧密,西部各省份除新疆外与巴基斯坦贸易额均较小。③ 中国多数省份对巴贸易商品结构发生显著变动,其中,新疆、山东等进出口商品结构多元的省份的变动相对较小。④ 中国各省份的经济发展水平和市场规模对中巴贸易拉动较强;海运距离对中巴贸易规模有显著的负向影响;领土接壤为中巴组织边境贸易提供了良好条件;铁路和水运口岸的建设对中巴贸易具有积极影响。⑤ 中国各省份与巴基斯坦均有较大贸易潜力,内蒙古、云南、广西、陕西等省份的合作潜力更明显。     

“蛟龙”号载人潜水器运行与保障信息管理系统设计与应用

2017年我国"蛟龙"号载人潜水器完成了为期5年的试验性应用,期间累计下潜100余次,形成和建立了科学完善的应用保障体系和专业的应用人才队伍。以"蛟龙"号试验性应用中运行与保障的实践经验为基础,针对其中设备与备品备件管理、运行作业管理、拆检总装管理、数据资料查询与利用等方面的重要需求,设计开发了一套"蛟龙"号载人潜水器运行与保障信息管理系统,通过信息化平台实现设备资源、作业成果以及经验积累传承之间的高效衔接与复用,最大限度地降低装备运行成本、提高作业效率、保障海上作业安全。文章提出的载人潜水器运维体系能够为我国其他行业或部门的载人潜水器、远程缆控机器人(ROV)、水下自治机器人(AUV)等重大海洋装备的运行与保障提供有益参考借鉴。     

光照、温度对黑鲷(♀)×真鲷(♂)杂交子代受精卵孵化效果的影响

为了研究不同光照强度、温度对黑鲷(Acantho pagrusschlegelii)(♀)×真鲷(Pagrosomus major)(♂)杂交F1代受精卵孵化效果及仔鱼存活的影响,作者采用试验生态学的方法比较不同温度(16、18、20、22、24、26℃)下杂交鲷受精卵的孵化率、畸形率、孵化时间、7日龄仔鱼的存活率;比较不同光照强度下(10、100、300、800、1500、4 000、10 000 lx)受精卵孵化率、畸形率、孵化时间;比较不同光照强度下(200、1 000、2 000、5 000、10 000、15 000、20 000 lx)7日龄仔鱼的存活率。结果表明:在盐度为22条件下,受精卵最高孵化率(34.00%)和最低畸形率(16.65%)的孵化温度为20℃;在16～26℃范围内,温度与孵化时间呈负相关,与7日龄仔鱼存活率也呈负相关。不同的光照强度对受精卵孵化率和孵化时间的影响不显著,孵化率为65.88%～71.88%;但大于800lx的光照会令畸形率上升(大于15.21%);另外,5000～10000lx的光照强度更适宜仔鱼生存,7日龄仔鱼存活率达到38%～40.75%。黑鲷(♀)×真鲷(♂)杂交子代最佳孵化温度为20℃,最适光照强度为5 000～10 000 lx。     

中国草畜平衡状态时空演变指示的草地生态保护格局

中国草原牧区作为重要生态安全屏障和草地畜牧业生产基地,其草畜平衡状态直接影响草地退化与恢复,进而影响草地生态系统服务能力的强弱。本文分析了2000—2015年主要草原牧区草地植被覆盖、牧草供给、草畜平衡状态的时空变化特征,深入探讨草地退化与恢复及载畜压力下草地生态系统保护与恢复空间格局。结果表明：过去16年主要草原牧区草地面积净减少约163万hm²,6.7%的草地出现植被覆盖退化,而5.4%的草地呈现植被覆盖明显恢复。天然草地牧草供给量以增加为主,年增率约0.3 kg/hm²,然而其载畜压力亦持续增加,不考虑补饲的载畜压力指数高达3.8,除内蒙古东北部、青藏高原中部仍有载畜潜力,其余多处于超载状态;考虑实际冷季补饲的载畜压力指数约3.1,内蒙古中东部有所缓解;假设冷季全额补饲则载畜压力指数减至1.9,内蒙古、青藏高原等区域明显缓解。叠加上述数据,本文针对自然保护地、牧区、半农半牧区和农区等不同区域的草地生态保护格局,提出了平衡草地生态保护与畜牧生产利用的不同发展策略。     

A-FPN算法及其在遥感图像船舶检测中的应用

光学遥感图像船舶检测主要面临两个挑战:光学遥感图像背景复杂,船舶检测易受海浪、云雾及陆地建筑等多方面干扰;遥感图像分辨率低,船舶目标小,对于其分类与定位带来很大困难;针对上述问题,在FPN的基础上,提出一种融入显著性特征的卷积神经网络模型A-FPN (Attention-Based Feature Pyramid Networks)。首先,利用卷积提取图像特征金字塔;然后,利用顶层金字塔逐级构建显著特征层,抑制背景信息,通过金字塔顶层的细粒度特征提高浅层特征的表达能力,构建自上而下的多级显著特征映射结构;最后利用Softmax分类器进行多层级船舶检测。A-FPN模型利用显著性机制引导不同感受下的特征进行融合,提高了模型的分辨能力,对遥感图像处理领域具有重要应用价值。实验阶段,利用公开的遥感目标检测数据集NWPU VHR-10中的船舶样本进行测试,准确率为92.8%,表明A-FPN模型适用于遥感图像船舶检测。     

海洋表层沉积物中金属镉的来源解析

利用2015年8月份对长江口及其邻近海域表层沉积物的监测数据,基于主成分分析/绝对主成分分数(PCA/APCS)受体模型定量解析了重金属元素镉(Cd)的可能来源,并结合地统计学插值了Cd的源贡献量的空间分布状况,结果表明沉积物中镉污染主要存在3个可能来源,源头及贡献率分别为工业污染(18.8%)、陆地径流输入(66.0%)、生物活动等自然因素(13.6%),并且各个源头贡献量具有不同的空间分布状况,其中工业污染的高值区主要集中在靠近陆地区域,陆地径流输入的分布呈现由近岸向外海逐减降低的特征,生物活动等自然因素的高值区主要集中在远离陆地的外海区域。     

一种潜艇装备作战能力比较研究方法

对潜艇装备作战能力评估问题进行了研究，发现运用定量评估方法的过程中存在指标评价所需数据无法完全获取的问题。结合美弗吉尼亚潜艇改进情况，分析了影响潜艇作战能力的一些关键因素，重点基于潜艇武器装载能力，对国外典型潜艇进行了作战能力比较分析，最后对分析结果进行了评价，并讨论了未来潜艇作战能力评估方法的发展方向。     

强光照和黑暗条件下刺参体壁的基因表达差异

参对光照变化非常敏感，研究刺参对光照的分子响应非常重要。本研究应用RNA测序获取了刺参暴露于强光（“强光”）、正常光照（“对照”）和完全黑暗（“黑暗”）环境下体壁的基因表达谱情况，通过“对照”与“黑暗”，“对照”与“强光”和“黑暗”与“强光”的比较，在|log₂ ratio|≥1和FDR≤0.001的标准下分别发现了1161、113和1705个差异表达基因（DEGs）。基因本体分析表明，“cellular process”和“binding”在“生物过程”和“分子功能”类别中的DEGs富集最多，而“cell”和“cell part”在“细胞组分”类别中的DEGs富集最多。将DEGs与Kyoto Encyclopedia基因和基因组数据库上的于214、41和229条通路进行比对，发现了51、2和57条通路分别显著富集。本研究发现的光特异性DEGs可作为深入研究刺参对光照变化的生化适应机制的重要目标基因。