国家重点研发项目:中国陆地生态系统生态质量综合监测技术与规范研究（英文）

生态质量是指一定时空范围内生态系统要素、结构和功能的综合特征,具体表现为生态系统的状况、生产能力、结构和功能的稳定性、抗干扰和恢复能力。生态系统的质量是我国生态文明建设和生态环境监测的重要内容,多时空尺度观测技术的发展为生态系统质量监测与评价提供了新机遇,但同时也对国家尺度生态要素、生物多样性和生态功能的观测标准与技术规范提出了新的要求。本国家重点研发项目自2017年7月立项以来,围绕国家尺度生态质量监测技术与规范,开展了生态系统网络观测技术规范、台站生态要素监测、区域生物多样性和区域生态功能监测技术与规范的研究,在典型农林草湿地生态系统开展应用示范。项目在生态质量综合监测指标体系构建、生态系统研究网络观测技术、区域生物多样性和区域生态功能监测、基于无人机和机器学习的荒漠植被监测等方面取得了重要进展,促进了生态质量监测技术的发展。我们组织本专辑从不同视野集中系统介绍本项目已取得的生态质量监测技术和评价方法,以期促进生态学及其观测技术的发展。     

The Scientific Conceptual Framework for Ecological Quality of the Dryland Ecosystem: Concepts,Indicators, Monitoring and Assessment

The dryland ecosystem is the dominant component of the global terrestrial ecosystem since arid regions occupy 45% of the earth’s land area and feed 38% of the world's population. The stability and sustainable development of the dryland ecosystem are critical for achieving the millennium development goal (MDG) in the arid and semiarid areas. However, there is still no scientific guideline for measuring and conserving the health and productivity of dryland ecosystems. Therefore, the purpose of this study is to develop the scientific conceptual framework of defining, monitoring and evaluating the ecological quality of dryland ecosystems. The ecological quality of dryland ecosystems is represented by a system of comprehensive indicators that are each extracted from the ecological elements, and structural and functional indices of the ecosystem. These indicators can be monitored by integrating satellites and unmanned aerial vehicles with ground-based sensor networks at the scale of either observational sites or regional scales. Finally, the ecological quality can be evaluated by evaluation models based on the normalized index values and their thresholds. This paper presents a conceptual framework for monitoring and evaluating the ecological quality of drylands, which provides a way of advancing the monitoring, diagnosis, and evaluation of the ecological quality of the dryland ecosystems.     

广西北部湾海域球形棕囊藻囊体时空分布及其影响因素

为揭示广西北部湾海域球形棕囊藻囊体的时空分布特征,探讨其与水体环境因素的关系,于2016年12月至2017年6月对该海域29个站位进行了6次综合调查。结果表明,调查海域球形棕囊藻囊体丰度介于0—4.09×10~4col/m~3,12月至次年3月囊体丰度较高;西南深水区域囊体丰度呈现逐月递减趋势,而广西和雷州半岛近岸海域囊体丰度呈现先升高再降低的趋势。相关性分析显示该海域囊体丰度与水温、磷酸盐和硅酸盐浓度呈显著负相关(P0.01);与叶绿素a浓度、溶解氧呈显著正相关(P0.01);在局部区域与盐度呈显著正相关(P0.01),与硝酸盐浓度呈显著负相关(P0.01)。典型站位分析结果显示球形棕囊藻囊体丰度的变化趋势与其他浮游植物的相同,而与群落多样性指数的变化趋势相反。球形棕囊藻囊体的时空分布主要取决于环境条件的变化,也会受到其他浮游植物群落结构改变的影响。     

一维综合孔径微波辐射计遥感海面温度的敏感性分析

一维综合孔径微波辐射计能够有效提高观测的空间分辨率,其观测入射角通常在0°~55°范围内变化。为了开发适用于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演算法,需要评估其观测亮温对海洋大气环境要素的敏感性。利用海面发射率模型和大气辐射传输模型,构建了适用于一维综合孔径微波辐射计的微波海洋大气辐射传输模式,研究了C波段垂直和水平极化微波辐射亮温在不同入射角下对海洋大气环境要素的敏感性变化情况,并定量计算了相应的敏感系数。结果表明:垂直和水平极化亮温对海洋大气环境要素的敏感性表现出不同的特性。随着入射角的增大,垂直极化亮温对海面温度的敏感性增强,对海面风场的敏感性相对减弱;水平极化亮温则相反。由大气水汽含量和云液态水含量误差引入的垂直和水平极化亮温误差随入射角增大而增大,但是,即使在55°的大入射角下垂直和水平极化亮温误差仍小于0.12 K。对于海面温度反演精度优于1 K的要求,一维综合孔径微波辐射计的测温精度需优于0.6 K。研究结果对于一维综合孔径微波辐射计海面温度反演算法的研究和载荷设计具有一定的理论指导意义。     

碳氮稳定同位素比值在潮间带大型底栖动物组织间差异性研究

近年来,稳定同位素技术已被广泛应用于食物网研究中。然而,生物样品取样部位对食物网构建的影响的研究相对少见。大型底栖动物作为潮间带食物网的重要组成部分,在食物网研究中有必要对其采样部位进行统一,以增加研究结果的准确性及可比较性。本研究选取黄河三角洲和烟台潮间带10种代表性的大型底栖动物,比较δ13C和δ15N在不同采样部位中的差异。结果显示,对于大多数底栖动物而言,采样部位将直接影响到δ13C和δ15N的测定结果。当底栖动物作为摄食者,需分析其食性和营养级时,应统一采用肌肉组织,如贝类的闭壳肌或足部肌肉,蟹类的鳌足肌肉,鱼类的背部肌肉;当底栖动物作为被摄食者,需分析次级消费者的食性和营养级时,除多毛类采用去除消化道内容物的体壁外,其他种类应选取整体（难以被消化的组织除外）,如贝类的软体部,蟹类肌肉与鳃等的混合组织。     

南海北部水合物富集区水道特征对比与成因分析

天然气水合物作为现今乃至未来的重要清洁能源之一,其沉积环境和成矿条件的研究一直是国内外地质学家关注的热点问题,我国2007年、2013年及2015年已先后在神狐、和东沙海域多次成功钻获了天然气水合物实物样品。由此南海北部陆坡成为探讨天然气水合物沉积成因与成矿条件的重要试验区。然而,南海北部陆坡区的神狐、东沙及琼东南三个海域均有不同程度的天然气水合物发现,其各自的水深、沉积特征、气源成因及水合物成矿条件各有特点。本文利用地震沉积学原理,结合不同沉积相和沉积演化和古地貌、海平面变化和构造运动等因素,识别出不同类型的地震相。通过对比南海北部陆坡区域的水道系统的MTDs,认为其发育位置、展布和控制因素的不同影响了沉积展布。其中东沙区域位于近物源的上陆坡,神狐区域位于正常的缓陆坡区域,琼东南区域位于远离物源的海底平原区域。并且,水道系统可以分成侵蚀型,侵蚀-加积型和加积型,MTDs也可以分成头部拉张型,中部过渡型和趾部挤压型。     

南海沉积物细菌胞外蛋白酶在家族水平上的多样性

海洋产蛋白酶细菌及其分泌的胞外蛋白酶在降解有机氮以推动海洋氮循环进行方面发挥着重要作用,但目前对这二者多样性的认识非常有限。本研究自南海沉积物中筛选得到90株产蛋白酶细菌,并通过N-端氨基酸序列,分析了其胞外蛋白酶在家族水平上的多样性。16S rRNA基因序列分析的结果表明,筛选的产蛋白酶细菌均属于Gammaproteobacteria纲,且大多数属于Alteromonadales目和Vibrionales目的不同属。对其中14株菌株的14个胞外蛋白酶的N-端氨基酸序列分析表明,所有这些蛋白酶属于金属蛋白酶的M4家族或丝氨酸蛋白酶的S8家族。本研究提供了海洋沉积物产蛋白酶细菌在类群及其胞外蛋白酶在类型上的新细节,这将有助于全面了解微生物酶促降解海洋沉积物有机氮的过程和机理。     

浙江省三疣梭子蟹产量波动及潜在影响因素分析

依据2000—2015年浙江省三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)渔获量的数据,以及影响渔获量的因素(管理类因素、环境类因素和营养关系类因素等共11个因子),使用广义加性模型(GAM)对各类因素对三疣梭子蟹渔获量的影响进行了分析。结果显示,赤潮面积、捕捞努力量和放流数量对三疣梭子蟹渔获量影响显著(P0.01)。3个因子的累积解释比率达98.3%,其中,赤潮的解释比率最大,达到47.2%,捕捞努力量的解释比率为37.8%,放流数量的解释比率为13.3%。三疣梭子蟹渔获量随着赤潮面积增加有所减少,随着捕捞努力量的加大有迅速增加的趋势,与放流尾数呈现正相关趋势。三疣梭子蟹渔获量的波动受诸多因素的影响。今后需开展更深入的研究,找到可能影响三疣梭子蟹渔获量的其他关键因素。     

基于GridMet模型的浙江省温湿指数空间分布及地形影响分析

温湿指数是气候舒适度评价模型之一,通过温度与湿度的组合反映人体与周围环境的热量交换,本文利用2003-2018年浙江省及其周边71个气象站点月平均气温、地面水汽压数据,以及MODIS水汽产品,基于GridMet模型模拟了浙江省各月温湿指数空间分布（100 m×100 m）,分析了浙江省温湿指数随地形因子（海拔、坡度、坡向）变化的特征;讨论了各地形因子对温湿指数空间分布的影响程度。结果表明：① 海拔、坡度、坡向3个地形因子中,1月温湿指数随坡向的变化最大,7月最小;② 同坡向上,坡度变化对1月温湿指数影响较大,而海拔变化则是对7月影响最大;③ 南坡1月温湿指数随海拔和坡度增加均略为增加,南坡其他月份及北坡各月均为随海拔和坡度增加温湿指数减小;④ 北坡相对于南坡而言,海拔和坡度对温湿指数的影响更为明显。浙江大部分山区由于地形影响,夏季较为“舒适”,适宜建立避暑消夏的旅游项目。     

用随机有限断层方法模拟2016-11-13新西兰Mw7.8地震

在未来大地震发震构造已知的前提下,提出用经验公式确定大地震断层长度、宽度、地震矩和滑动分布等参数,并用随机有限断层方法预测未来大地震。用随机有限断层方法模拟2016-11-13新西兰M_W7.8地震的12个基岩台站地震动时程和反应谱,并用模拟的频谱幅值与记录频谱幅值平均比值确定模拟误差。结果表明,在周期为0~10 s的范围内,模拟误差在0.92~1.08之间,不同频率模拟误差的标准差变化范围不超过1。95%的置信区间宽度随频率无明显变化,模拟结果反映了地震动记录的平均效果。用准随机方法重新获取新西兰大地震断层初始破裂点和位错滑动分布,模拟地震动并计算模拟误差随频率的变化,得到与最初模型相似的结论,从而进一步证实了本文提出的获取震源参数并用随机有限断层方法预测未来大地震的可靠性,且其特别适用于大地震远场模拟。