大面积水深异常检测的条件变化自编码算法

针对大面积海底地形数据缺失或异常的复杂及多变性特点,结合条件变分自编码器(CVAE)与深度卷积生成对抗网络(DCGAN),构建了条件变分自编码生成对抗网络(CVAE-GAN)大面积海底伪地形的检测与剔除方法。本文方法利用条件变分自编码算法改变原有的样本分布,通过对训练样本的学习重新构建样本之间的分布规律,有效提高了高维到低维映射的稳定性;结合生成对抗网络,提高了整体算法的稳健性,最终得到较优的检测与剔除结果。采用水深格网数据进行试验,并与中值滤波法、趋势面滤波法进行比较。结果表明,本文方法在精度、稳定性及噪声稳健性方面有所提高,验证了本文方法在海底地形数据处理上具有可行性。     

京津冀城市用地形态的双分形特征及其演化

区域城乡一体化的标志之一是城镇体系结构的一体化,这个过程可以从标度的角度进行描述和评价。分形是标度分析的重要方法,地理空间无尺度分布特征的典型参数是分维。论文以京津冀城镇体系为例,利用遥感图像的解译数据和人口普查数据开展分形分析、位序-规模分布分析和异速标度分析,用以解释1995—2013年间京津冀城镇体系演化的过程。结果表明,京津冀城镇体系及其演化的特征有：①京津冀空间结构和位序-规模分布都表现为自仿射双分形结构;②京津冀区域的城市人口-城区面积异速标度退化为假线性关系;③随着城镇体系的演化,自仿射的双分形结构逐步向自相似分形结构演化。由此得出结论：其一,京津冀城镇体系存在结构性的不协调因素。其空间结构和等级结构具有二元化特征,但演化方向却呈现内在结构一体化的显著趋势。其二,大城市用地不够集约。城市边缘区的无序扩张导致土地利用铺张浪费。地方政府和规划专家可以有意识地利用城镇体系演化的这种特征和趋势制定管理措施和优化规划方案。     

基于灯光数据的京津冀城市多标度异速分析

城镇体系的时空演化是一个复杂的动力学过程,具有无尺度性,其特征可以采用异速标度指数定量描述。论文以京津冀为例,基于1992—2013年夜间灯光数据的校正结果,提取城镇夜间灯光信息,采用多标度异速分析方法,分析京津冀城镇体系的相对发展特征及其空间分异格局。研究发现：①京津冀大城市的增长空间局限日益显著。虽然大城市如京津唐的绝对发展水平高,但接近环境承载量的极限,22 a间增长快速的是大城市交接地带的小城市(如三河、迁安、廊坊等)。②相对增长速度快的城市从东北到西南呈现带状分布——政府选择发展的“雄安新区”就在这个轴带上。由此可以得出两个结论：其一,京津冀城市演化的趋势相对均衡化,空间结构异质性逐步减弱,整个城镇体系的发展趋于相对平衡状态;其二,大、小城市“两极”贯通或许是增强城镇体系功能的有效途径。京津冀的空间格局优化不能仅仅考虑主要的、规模大的中心城市,而应该基于等级结构协调整个城镇网络体系。     

祁连山亚高山灌丛林叶面积指数与冠层氮、磷的关系

氮和磷作为植物体内重要的生命元素,在植物群落的生长发育过程中发挥着重要的作用。为了明确祁连山亚高山灌丛林叶面积指数与冠层氮、磷之间的关系,本文通过对祁连山亚高山灌丛林不同植被类型(箭叶锦鸡儿、高山吉拉柳、金露梅)及不同放牧处理(羊群、牦牛,未放牧)条件下灌丛群落的叶面积指数(LAI)与叶片氮积累量(TFN)、叶片磷积累量(TFP)比较发现,在整个亚高山灌丛群落中,LAI与TFN和TFP之间都有较强的相关性,并且TFN和TFP比值的变化表明不同植被类型叶片的生长都受到N、P的共同限制,只是随着LAI的增加,高山吉拉柳主要受到氮素的限制,箭叶锦鸡儿主要受到磷素的限制,而金露梅则受到N、P的共同限制;在不同放牧条件下,单位面积LAI对应的TFN的值较高而TFP的值较低,说明动物通过对植被的啃食可能会改变群落的模式,在一定程度上限制磷的摄入。LAI、N、P之间的耦合关系表明了亚高山灌丛群落的LAI在物种组成、放牧和冠层密度上存在差异,但仍然受到N和P的约束。研究结果有利于探索水分限制条件下祁连山灌丛林生态系统植物叶片与养分元素之间关系,对于研究干旱区高寒灌丛生态系统在全球气候变化中的作用及其对全球气候变化的响应与反馈,具有重要的理论价值和实践意义。     

邛海浅水湖带及其附近人工湿地中沉水植物底质以上植株中氮和磷含量北大核心CSCD

2017年4月21~30日,对邛海浅水湖带及其附近人工湖和沟渠中沉水植物的分布进行了野外调查;2018年4月22~28日,在邛海浅水湖带及其附近人工湖和沟渠中设置采样点,采集沉水植物底质以上植株的样品;在实验室中,测定了样品中的全氮和全磷含量。研究结果表明,2017年4月,在邛海浅水湖带及其附近人工湖和沟渠的水中,共发现了9种沉水植物,分别为苦草(Vallisneria natans)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、黑藻(Hydrilla verticillata)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)、菹草(Potamogeton crispus)、穿叶眼子菜(Potamogeton perfoliatus)和大茨藻(Najas marina),其中,穗状狐尾藻和苦草分布最广;2018年4月,沉水植物底质以上植株的全氮和全磷含量存在差异,分布较广的7种沉水植物金鱼藻、穗状狐尾藻、苦草、马来眼子菜、菹草、篦齿眼子菜和黑藻底质以上植株的全氮和全磷含量依次减小。     

基于AnnAGNPS模型的山美水库流域非点源氮控制研究

探索研究流域非点源氮污染控制的有效措施,对于治理改善水环境恶化具有重要的现实和长远意义。以山美水库流域为研究区域,建立AnnAGNPS氮污染模型,通过情景模拟技术分别模拟了河岸缓冲带、适量施肥、免耕、少耕、梯田和退耕还林等最佳管理措施的非点源氮污染削减效率。结果表明:(1)梯田与退耕还林对氮的削减率较高,均高于15%;免耕较低,为13%;少耕、合理施肥、河岸缓冲带削减效果有限,低于10%。(2)河岸缓冲带、少耕、免耕、梯田等措施的总氮削减率在不同月份的变化趋势与泥沙削减变化趋势一致,在7月和8月有较高的削减率;合理施肥与退耕还林的总氮削减率则与流域施肥状况相关性更高,在2—4月份有较高的削减率,因此山美水库流域水环境改善应结合非点源氮污染治理和流域水土流失治理。     

氨氮急性攻毒对水产经济动物棘胸蛙(Paa spinosa)蝌蚪死亡率、排氨率、耗氧率及窒息点的影响

以体长(1.932±0.204)cm、体质量(1.386±0.055)g的棘胸蛙蝌蚪为实验动物,在水温(24±0.2)℃、DO(7.30±0.01)mg/L、pH 7.30±0.01条件下,采用静水停食法开展了氨氮对蝌蚪的急性攻毒实验,并以此为基础,测定了不同氨氮质量浓度胁迫下棘胸蛙蝌蚪的排氨率、耗氧率、氧氮比及窒息点。结果表明:(1)蝌蚪对氨氮急性攻毒具明显的运动避毒行为,濒死个体的背部皮肤和肝脏均具明显的色变症状;(2)氨氮对蝌蚪的急性致死率具明显的剂量—时间效应,24h、48h、72h、96h LC50依次为177.5、151.7、148.6和146.8mg/L,毒性时段蓄积程度系数呈持续下降趋势,24—48h、48—72h、72—96h的时段MAC值分别为84.04%、10.1%和5.86%;(3)蝌蚪夜均、昼均、日均及时段排氨率随氨氮质量浓度增加均呈阶梯式下降趋势,其中时段排氨率与对照组均无显著差异的为9.80mg/L实验组,夜均、昼均、日均及时段排氨率与对照组均无显著差异的仅为2.45mg/L实验组(P0.05);(4)氨氮对蝌蚪呼吸耗氧具低毒兴奋效应,其夜均、昼均和日均耗氧率随氨氮质量浓度增加均呈先升后降趋势,峰值氨氮质量浓度范围均为4.90—7.35mg/L(P0.05),与对照组均无显著差异的仅为14.70mg/L实验组(P0.05),窒息点含氧量随氨氮质量浓度增加呈先降后升趋势,谷底出现于4.90mg/L实验组(P0.05),与对照组无显著差异的仅为9.80mg/L实验组(P0.05);(5)实验期间,蝌蚪氧氮比(O:N)波动于18.87—25.34之间,昼均和日均氧氮比(O:N)随氨氮质量浓度增加均依次呈"上升—稳定—下降—再稳定"之趋势,两者的峰值氨氮质量浓度范围分别为4.90—14.70mg/L和4.90—9.80mg/L,夜均氧氮比(O:N)呈先升后降趋势,峰值出现于7.35mg/L实验组(P0.05)。     

利用稳定同位素(15N)示踪技术研究浮游藻类氮素吸收速率特征

浮游藻类对溶解态氮的吸收同化是湖泊氮生物循环和水体富营养化发生机制探讨的关键环节。本文通过~(15)N稳定同位素添加实验以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、海链藻(Thalassiosira sp.)、卡德藻(Tetraselmis sp.)、剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)以及盐水隐藻(Rhodomonas salina)为研究对象,从浮游藻类氮素吸收时间、营养盐基质以及藻种差异三个方面研究五种藻类对铵氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、尿素氮(Urea-N)三种形态氮的吸收特征。研究发现:(1)浮游藻类对三种形态氮的吸收均在1h时吸收速率最高,其氮素吸收过程为快速吸收。(2)浮游藻类优先吸收还原态氮,其中NH_4~+-N吸收速率最高,当培养周期为1d和4d时浮游藻类对NH_4~+-N吸收速率的均值分别为4.05和4.15μmol/(L·h);浮游藻类对Urea-N吸收相对偏好系数为25.18—713.42,表现出对小分子溶解态有机氮的特定偏好性。(3)不同藻种对氮素吸收具有不同特征,其中,剧毒卡尔藻对三种形态氮的吸收速率均为最高,而铜绿微囊藻的吸收速率均为最低;不同藻种不同培养时间氮素吸收速率差异与浮游藻类生长周期等特性有关。不同浮游藻类对不同形态氮素表现出吸收特异性,对水体氮负荷和浮游藻类水华优势种形成将产生重要影响。     

不同氮浓度条件下红色赤潮藻脂肪酸含量及组成特征

在不同氮浓度条件下对红色赤潮藻(Akashiwosanguinea)进行了一次性培养,研究了其生长过程中脂肪酸含量及组成变化。结果表明:红色赤潮藻脂肪酸含量及组成受初始氮浓度及生长阶段的影响。低氮处理组(0—25μmol/L)脂肪酸含量[(150.02±54.84)—(166.83±46.46)mg/gdw]显著高于其他处理组(P0.05),883μmol/L组最低,约为(86.70±5.66)mg/gdw;各培养组脂肪酸含量随着培养时间的延长而增加,稳定期时脂肪酸含量最高,指数生长前期含量最低。红色赤潮藻含28种脂肪酸,以C16:0、C18:1、C20:5ω3(EPA)和C22:6ω3(DHA)为主,且DHA相对含量较高,最高可占总脂肪酸含量的30.46%。随着初始氮浓度的增加,红色赤潮藻饱和脂肪酸(SFA)和单不饱和脂肪酸(MUFA)在总脂肪酸中所占比例下降,而多不饱和脂肪酸(PUFA)所占比例升高。在红色赤潮藻生长过程中,MUFA相对含量在稳定期时较高,而PUFA相对含量在指数生长前期较高。研究结果可为进一步揭示红色赤潮藻赤潮应对环境胁迫的生理响应机制提供依据。