基于价值评估的环渤海地区生境质量时空演变与驱动力分析

利用环渤海2000—2020年土地利用产品、耦合生态系统服务价值模型、生态系统活力指数和InVEST生境质量模型评估环渤海海岸带地区生境质量的时空演化格局,采用地理探测器模型对生境时空演化进行驱动因子探测和交互作用分析。结果表明:2000—2020年环渤海地区整体生境质量等级处于中等且呈持续上升趋势,其中大连市、营口市、葫芦岛市和秦皇岛市生境质量较高;2000、2010、2020年环渤海地区生境质量处于中等等级面积占比依次为53%、57.4%、58.3%,等级由低、较低等级转化为中等等级的面积占比较大;2000—2020年环渤海地区生境质量变化主要受气温、高程、降水、路网密度和植被覆盖率等因子的影响,其中降水、气温和高程的影响程度较强,因子交互呈现双因子增强和非线性增强两种复合增强结果。研究结果可为海岸带地区生境修复、土地利用规划提供参考。

渤海湾潮间带互花米草-牡蛎共生群落生物特征

牡蛎礁是典型的海岸带生态系统之一,具有重要的生态系统服务功能。于2022年6月、2023年4月和6月对渤海湾西岸互花米草(Spartina alterniflora)-牡蛎共生群落的分布及群落特征进行了系统性调查及监测分析。基于COI片段检测表明该潮间带牡蛎礁建礁物种为长牡蛎(Crassostrea gigas)。该区域牡蛎礁总面积约为19.71hm^(2),牡蛎种群密度和补充量在陆海梯度上呈现增加趋势,靠海一侧牡蛎密度和补充量更加充足。共采集大型底栖动物7门53种。基于非度量多维尺度(NMDS)分析和相似性分析(ANOSIM)检验发现,牡蛎礁存在的共生区域与仅互花米草分布区和光滩区的大型底栖群落组成存在显著的空间差异(P<0.05)。与其他区域相比,共生区域内出现的大型底栖生物种类数最多,生物量更高,其Shannon-Wiener多样性指数及丰富度指数也较高。研究结果表明,渤海湾西岸马棚口潮间带的新生牡蛎礁群改变了大型底栖群落组成结构,提高了生物多样性水平。

天津近岸海域夏季大型底栖生物群落结构变化特征

近年来,天津海岸带区域经济发展迅速,污染物排放量及污染海域面积持续增加,特别是2004年以来,天津港和临港工业区进行了大规模的海洋工程建设。由于具有迁移能力差、随季节波动不明显、生命周期相对较长等优点,大型底栖生物作为重要的人类干扰的反应指标,被广泛的应用于河口和海岸带生态系统对人类干扰的环境响应评价。为研究遭受人类干扰活动的天津近岸海域大型底栖生物群落结构的时空变化特征,分别于2004年和2007年夏季对渤海湾天津近岸海域进行了大面积的底栖生物群落调查。运用聚类分析、多维标度(MDS)及相似性分析(ANOSIM)等多元统计方法,分析了该区域底栖生物丰度、优势种、群落结构及生物多样性的时空变化特征。结果表明:1)2004年夏季底栖生物调查获得底栖生物29种,平均丰度为402.8个/m2,优势种为日本鼓虾、脆壳理蛤;2007年夏季底栖生物调查获得底栖生物36种,平均丰度为120.27个/m2,优势种为脆壳理蛤、小胡桃蛤、绒毛细足蟹、涡虫4种。2)2004年,调查区域底栖生物丰度空间分布呈现北低南高特征,2007年,则呈现中间低南北高的空间分布特征。3)2004年到2007年,位于大沽河口的19号站点底栖生物群落结构与其它站点存在显著性差异,生物群落受冲淡水影响明显,具有河口生物群落结构的独特性。2004年调查区域中的塘沽断面的底栖生物群落结构与其它四个断面存在显著性差异,而到2007年,五个断面底栖生物群落结构整体趋向一致。4)2004年,北部北塘、汉沽及南部岐口断面具有较高的丰富度、均匀度、多样性及较低的优势度指数,而到2007年,南部岐口、北部汉沽区域丰富度、均匀度和多样性指数均呈现下降趋势,而优势度指数则有所上升。中部区域特别是塘沽断面在丰富度、均匀度、多样性指数上有所增加,且越靠近中心区域增加程度越大。海岸工程、污染物排放、围垦养殖等人为干扰因素可能是造成天津近岸海域底栖生物丰度降低及其群落结构和多样性指数空间分布不均匀变化的主要原因。

生态系统多稳态研究进展

阐述了生态系统多稳态的定义及其生态学意义,总结了生态系统的多稳态现象的不同产生机制,综述了多稳态的存在性及稳态转换的研究现状,探讨了未来的理论及应用研究前景。多稳态指的是在相同条件下,系统可以存在结构和功能截然不同的稳定状态。不同的稳态对应于不同的生态系统结构和功能,并且可产生不同的生态系统服务价值。系统的稳态不仅仅包括稳定的点吸引子,也可能是周期吸引子或者混沌吸引子。多稳态现象广泛存在于多种生态系统(海洋生态系统、湿地生态系统、干旱生态系统等)中。较强的正反馈作用是系统产生多稳态的主要原因。生态系统中的正反馈循环主要包括易化作用、过度开发以及冰盖反射等。大量的理论研究证实多稳态是系统中的一个普遍现象,但从实验角度的研究成果较少。生态系统的不同稳态有不同的吸引域,吸引域之间存在阈值。当干扰强度大于恢复力时,系统有可能越过阈值发生稳态转换。生态系统发生转换的预警指标包括方差的增加、干扰后的恢复速率以及偏度的变化。多稳态的未来研究重点在于:(1)多稳态产生机制研究;(2)生态系统中多稳态的存在性检验;(3)生态系统恢复力及预警指标的定量评价研究;(4)多稳态理论在生态系统修复实践中的应用。

生态系统功能与生态系统服务的概念辨析

"生态系统功能(Ecosystem functions)"和"生态系统服务(Ecosystem services)"已成为生态学中的重要研究领域。针对国内部分研究人员对"生态系统功能"与"生态系统服务(功能)"概念和术语混淆使用的问题,在归纳总结国内外有关的重要研究的基础上,通过分别论述"生态系统功能"与"生态系统服务"的定义和内涵,辨析和阐明了生态系统"功能"与"服务"的区别与关系。生态系统功能是构建系统内生物有机体生理功能的过程,侧重于反映生态系统的自然属性,是维持生态系统服务的基础;生态系统服务是由生态系统功能产生的,是基于人类的需要、利用和偏好,反映了人类对生态系统功能的利用,是生态系统功能满足人类福利的一种表现。因此"生态系统服务功能"这一术语不准确,容易产生误解。

基于CBR的智能赤潮预测预警系统研究

基于实例推理机制(CBR),综合运用人工神经网络、知识发现、模糊逻辑及赤潮生态动力学模型库,考虑了影响赤潮发生的因素的多样性与随机性,建立了一个基于实例推理的智能赤潮预测预警系统。

随机干扰下湖泊生态系统的稳定性与稳态转换

首先建立了随机激励影响下的二维湖泊富营养化模型,运用随机动力学理论研究了该生态系统的随机稳定性与随机分岔现象,并分别探讨了参数和外部随机激励的变化对系统的稳定性与稳态转换的影响,研究结果表明随着控制参数的变化会引起系统发生稳态转换现象,同时还发现对水体中磷的浓度随机干扰是导致富营养化发生的重要因素。

基于支持向量机的浮游植物密度预测研究

利用支持向量机方法对具有非线性及突发性特点的浮游植物密度进行了预测,同时与人工神经网络方法预测的结果进行了比较。结果表明,无论是拟和能力还是预测能力,支持向量机方法都明显优于人工神经网络方法,支持向量机方法比较适合于具有小样本、非线性特点的浮游植物密度预测研究。

渤海湾10年来化学耗氧量的变化趋势与污染风险

基于1995年到2005年渤海湾化学耗氧量(COD)的监测数据序列,研究了渤海湾10年来COD的季节(5月、8月及10月)及年际间的变化趋势,运用极值理论研究了COD的极值分布规律,计算了COD分别超过不同污染水平的风险概率.研究结果表明:渤海湾COD季节之间变化不明显,5月、8月及10月的COD具有指数分布特征;COD年际间变化呈下降趋势,与同期COD排放变化趋势吻合;COD的污染风险概率符合Pareto型超阈值分布函数。

浮游生态系统非线性动力学研究

建立了新的藻类-浮游动物生态非线性动力学模型,该模型考虑了藻类与浮游动物之间的增长关系。研究了模型平衡点的稳定性,以及Hop f分岔现象。通过对选取的分岔参数进行分析,揭示了该系统的动力学特性。

渤海湾赤潮藻类细胞密度的超阈值分布

赤潮藻类的细胞密度超过一定的阈值就能形成危害巨大的赤潮.基于渤海湾赤潮藻类细胞密度的连续监测数据,运用极值理论研究了藻类细胞密度的超阈值分布特性.研究结果表明,赤潮藻类细胞密度的概率分布有比正态分布更重的尾部,服从Pareto型的超阈值分布函数.通过实际监测数据,建立了渤海湾赤潮藻类细胞密度的Pareto型超阈值分布函数,并通过该函数计算了藻类细胞密度分别超过给定阈值的风险概率.

渤海赤潮预测的研究现状及展望

近年来,我国沿海地区赤潮越来越频繁,对生态环境、海水养殖业及人类健康造成了很大的威胁。本文总结 了目前国内外赤潮预测的研究现状,提出了赤潮预测预警的概念模型,并展望了今后的研究重点。

我国海洋经济发展的随机梯度预测研究

21世纪是海洋世纪,也是海洋经济快速发展的时代。文章分析了我国目前海洋经济的发展现状,以1996年￣2006年我国海洋产业产值为基础,运用随机梯度理论,对我国2007年￣2010年间海洋产业的发展进行预测。预测结果可为我国海洋经济发展战略的制定提供相关的理论支持。

石油烃对海洋浮游植物生长的影响研究进展

石油烃是主要的海洋污染物之一,而浮游植物是石油烃进入海洋食物链的起点。从种群生长和群落结构、代谢活动等几个方面,综述了石油烃对海洋浮游植物的生物学及生态学效应研究进展,并讨论了影响石油烃毒性效应的主要影响因素,最后对相关研究的未来发展方向进行了展望。

多种群赤潮生态模型的非线性动力学研究

基于夜光藻 硅藻 营养物质三者相关的生态动力学模型,利用现代非线性动力学理论,对模型方程解的动力学稳定性从理论上做了分析和判断.在此基础上,选取模型方程中关键参数硅藻生长率a作为变量,结果表明系统方程发生了Hopf分岔.通过对模型进行仿真,具体确定了发生Hopf分岔时的a值,从而阐明了关键参数在模型中的控制作用.

渤海赤潮藻类生态动力学模型的非线性动力学研究

基于渤海典型赤潮藻类——中肋骨条藻 ,考虑浮游动物的捕食、光照及营养物质的作用 ,建立了渤海湾的浮游动物—藻类—营养物质三者的动力学模型。运用现代非线性动力学理论着重分析了模型的稳定性及分岔行为。研究了多个参数对藻类生长的影响 ,发现某些参数对藻类的生长影响不大 ,而某些参数则会致使藻类模型出现分岔乃至混沌行为 ,并给出了这些参数的阀值 ,这与赤潮的形成 (爆发性增殖 )密切相关 ;并根据渤海湾的赤潮数据进行了有效的数值模拟 。

海洋生态动力学模型在海洋生态保护中的应用

介绍了海洋生态动力学模型的基本组成和分类。从初级生产力模拟、生态系统过程模拟和生态影响评价模拟三方面阐述了生态动力学模型在海洋生态保护中的应用,最后总结了海洋生态动力学模型研究中亟待解决的问题。

基于浮游生物群落变化的生态学基准值计算方法初探

基于浮游生物群落对环境压力变化的响应,参照美国国家环境保护局(US EPA)颁布的生物学基准计算方法,结合理化因子,采用综合指数法计算了我国太湖流域和辽河流域的生态学基准值.计算框架为:①确定流域水环境生态学基准参照点和生态学基准指标;②作出参照点各基准指标box分布图并进行评分;③将各生态学基准指标得分等权重相加,并把90分位数值作为该流域的基准值.结果表明:我国太湖流域夏、冬季的生态学基准值分别为94.7和86.7,辽河流域夏、冬季的生态学基准值分别为100.0和96.4.通过该基准值可较好地区分2009年辽河流域和太湖流域夏、冬季采样点位的生境优劣,这说明基于浮游生物群落变化来计算生态学基准值的方法是可行的.

基于Copula的海洋生态系统的稳态转换

基于藻类与食植鱼类的生态动力学模型,采用非线性动力学方法,确定了典型控制参数的分岔区域.运用Copula方法,通过历史数据得到控制参数的概率分布.以分岔区域作为不同状态,建立了系统状态转移的马尔科夫链模型.运用蒙特卡罗方法计算转移概率矩阵,得到多稳态转换的平稳概率,并得到了使期望状态平稳概率最大化的控制参数值.

赤潮藻类营养盐限制方程的非线性动力学研究

以赤潮代表性藻类 -硅藻为研究对象 ,利用生物生长的生化机理 ,并考虑在海洋富营养化条件下氮和磷的浓度变化对藻类生长的影响及底物消耗和反馈机制 ,建立了新的藻类生长非线性动力学模型。首次利用现代非线性动力学的方法 ,研究了其解析解的分岔行为。指出了磷是影响藻类生长的限制营养盐因子 ,并对模型进行了仿真。文章对赤潮发生的预警和预测有一定的参考价值。