几种海南岛热带雨林优势种植物挥发性有机物排放对模拟氮沉降的短期响应

BVOCs(Biogenic Volatile Organic Compounds)是植物向大气释放的一类重要气态化合物,能参与大气化学过程和陆地生态系统碳素循环。分析环境因子对BVOCs排放的影响,对科学认识未来气候变化具有重要意义。氮素作为植物生长、发育所需的大量营养元素之一,其沉降增加是当前全球气候变化的主要驱动因素之一,但学者对BVOCs如何应对氮沉降增加知之甚少。因此以海南岛热带雨林树种:木荷(Schima superba)、厚壳桂(Cryptocarya chinensis)和线枝蒲桃(Syzygium araiocladum)为研究对象,通过温室盆栽实验模拟氮沉降对3个树种BVOCs释放的短期效应。主要结论如下:(1)自然状态下,从木荷、厚壳桂和线枝蒲桃的枝叶中鉴定出14、34和24种挥发性有机化合物,包括异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯和其他挥发性有机化合物(烷烃、羰基、醛、醇、酯、醚和酸),此外三个阔叶树种释放BVOCs的速率呈厚壳桂>木荷>线枝蒲桃;(2)外源施氮均促进了三种植物幼苗VOCs释放,其中总VOCs释放速率和成分数量均随施氮浓度的升高而增加,且叶面施氮的影响效果显著高于土壤施氮。(3)三种植物幼苗对氮沉降的敏感性大小表现为木荷>厚壳桂>线枝蒲桃。(4)外源施氮对植物的生理参数和土壤肥力均产生了影响,且叶面施氮的影响效果更为突出。生理参数中,净光合速率与幼苗释放BVOCs关系最为密切,其次是气孔导度。施氮主要对土壤pH、NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N有显著影响,其次是有效磷(Available phosphorous,AP)和总磷(Total phosphorus,TP)。

基于栅格尺度下喀斯特专性植物海南凤仙花生境水资源脆弱性时空分异变化

频繁的干湿交替导致热带雨林喀斯特地貌的水分脉动特征显著,地带性本底环境呈现强烈的脆弱性和异质性。研究喀斯特植物生境的水资源脆弱性特征,有助于理解当地植物对热带喀斯特生境的适应机制,为植物的生态恢复和种质资源保护提供理论依据。以海南岛喀斯特专性植物海南凤仙花(Impatiens hainanensis)生境的自然环境栅格数据为基础,运用RS和GIS技术构建水资源脆弱性评价指标体系,结合综合指数法分析海南凤仙花生境的水资源脆弱性时空分异特征。研究结果表明,2003—2018年,海南凤仙花生境的水资源脆弱性以自然脆弱性为主,自然脆弱性波动与降水等自然因素密切相关。极度脆弱和重度脆弱区面积比例较大;中度脆弱和轻度脆弱区面积比例较小。基于综合指数法的海南凤仙花生境水资源脆弱性在0.6612—0.7532之间,基于GIS与RS的水资源脆弱性在0.6624—1之间,海南凤仙花生境处于水资源脆弱性的高值区。受干湿季热带雨林喀斯特地貌水分特征的影响,海南凤仙花生境水资源脆弱性时空变异性较强,区域分异程度明显,可利用其水分特征变化对海南凤仙花生境进行水土流失的及时阻控,保护海南凤仙花的生态环境和种质资源。

海南热带雨林国家公园黎族天然染料植物资源多样性及其利用

为全面了解黎锦制作过程中使用天然染料植物的黎族文化,调查海南热带雨林国家公园体制试点区内,黎族使用的天然染料植物资源本底,为传统天然染料植物与染色工艺的保护和产业化提供依据,为染料植物资源开发利用提供参考。2019年6月至2020年10月,采用关键人物访谈法(Key Informant Interview)和参与式调查法(Participatory Observation)对海南热带雨林国家公园体制试点区的69个村庄26个黎锦传承人进行访谈并收集相关信息。收集信息包括使用着色植物的种类、利用部位、资源来历、染料制作工艺和染色步骤,并对野青树(Indigofera suffruticosa)、姜黄(Curcuma longa)、苏木(Caesalpinia sappan)、台湾锥(Castanopsis jucunda)树皮4种色系的染料植物染色工艺进行记录,采集凭证标本和图像资料并整理编目。研究结果表明,海南黎族使用23种天然染料植物,隶属于16科20属,主要颜色有红、黄、蓝、黑、褐、紫和绿7种颜色。该研究对黎族天然染料植物资源的发掘潜力进行深入分析,系统研究天然染料植物及其染色工艺,结合美丽乡村建设和非遗文化传承,协同乡村振兴,提出科学开发利用染色工艺统筹策略。

珍稀濒危沉水植物水菜花传粉生物学研究

水菜花(Ottelia cordata)是珍稀濒危的沉水植物,现仅分布在中国海南岛北部海口至文昌一带的淡水湿地,其造型优美,极具园艺观赏价值。然而,受人类活动影响,水菜花的生境急剧退缩且更加破碎化,濒临灭绝。为探究水菜花的繁殖特征和繁殖规律,该研究分析了水菜花的花部形态、性比、花粉活性、柱头可授性、反射光谱、花粉限制与无融合生殖及其传粉者类型与行为。结果表明:(1)水菜花雌雄异株,雌、雄个体的性比约为1∶2;水菜花雌、雄花形态相似,但雌花略大于雄花。(2)水菜花花粉活性和柱头可授性在花蕾期和开放期均较高。(3)中华蜜蜂(Apis cerana)是水菜花的主要传粉者,传粉效率较高且访问雄花的频率显著高于雌花。(4)水菜花雄蕊、雌蕊间的花色距离显著高于中华蜜蜂辨别的阈值(P<0.001)。(5)在自然授粉和人工授粉下,水菜花坐果率分别为95.29%和98.42%,并且不存在无融合生殖现象。综上所述,水菜花两性模拟的欺骗性传粉并不完美,传粉者可以从视觉上区分雌花和雄花;而由于水菜花雄花数量较多,传粉者低频率的“错访”足以达到水菜花雌花的繁殖需求。因此,在今后开展水菜花迁地保护、人工种群恢复等保育工作时,应重视水菜花种群大小、性别比例和当地传粉者种群数量。

金钗石斛种子直播幼苗不同月龄共生真菌群落多样性变化

本研究采用ITS扩增子测序技术对金钗石斛(Dendrobiumnobile)种子直播幼苗根系真菌群落组成进行比较分析,通过QIIME2和DADA2方法探究真菌处理组和空白对照组的菌群组成和丰度差异以及不同月龄(4月龄、5月龄和6月龄)的真菌多样性变化。结果表明:从各金钗石斛幼苗根样本中共获得1029977条有效序列,聚类为876个扩增子序列变体(amplicon sequence variants,ASVs)。真菌处理组的ASVs数量多于对照组,但真菌群落的丰富度和多样性无显著差异。不同龄期幼苗根系的ASVs数量和菌群的丰富度及多样性逐渐增加,且6月龄的Chao1指数显著高于其他龄期。主坐标分析表明真菌处理组和对照组幼苗根系的真菌群落组成不同,但无统计学差异;而不同龄期幼苗根系之间的真菌群落的构成差异显著。真菌ASVs的鉴定结果表明,真菌处理组和对照组的优势真菌属是蜡壳耳目(Sebacinales)的无孢蜡壳属(Serendipita)和蜡壳耳属(Sebacina),胶膜菌科(Tulasnellaceae)的胶膜菌属(Tulasnella)为对照组特有;不同龄期幼苗的优势菌属的相对丰度随发育阶段的增长而下降,而非兰科菌根真菌的比例逐渐增加。本研究揭示了金钗石斛野外直播幼苗根系真菌的群落变化特征,对金钗石斛种群野外回归和生态恢复具有理论意义。

海雀稗种质资源的耐盐性评价

对海雀稗耐盐体系进行优化,并通过测定坪用质量和枯黄率对27份海雀稗种质资源进行了耐盐性评价。结果表明,7个不同NaCl浓度(0,5,10,15,20,25,30 g·L^-1)处理下,坪用质量、枯黄率和叶色各指标之间存在显著差异(P<0.05)。随着NaCl处理浓度的增加,坪用质量显著下降(P<0.05),枯黄率显著增加(P<0.05),叶色显著变浅(P<0.05)。建立回归方程,以枯黄率50%为标准,确定海雀稗最适盐处理浓度为25 g·L^-1。利用25 g·L^-1 NaCl对27份海雀稗种质资源进行耐盐性评价,筛选出2种极端耐盐种质:USA17-18(耐盐)和USA17-26(敏盐)。对海雀稗耐盐极端材料的钠钾离子含量进行测定,发现盐处理后,地上和地下Na+含量均显著增加,但K+含量和K/Na值都显著下降。减少Na+的摄入,维持较高的K+含量,可能是海雀稗耐盐的机制。

海南保亭县湿地维管植物种类和区系组成特征

通过实地调查对海南省中部地区保亭县的湿地植物资源进行研究。结果表明:(1)保亭县湿地维管植物共有134科426属641种,其中蕨类植物33种,裸子植物3种,被子植物605种;珍稀濒危物种14种。(2)按照生长型将全区湿地植物划分为乔木、灌木、草本、藤本4种,分别占比26%,25%,36%,13%,其中草本植物在保亭县湿地植物区系中居优势地位。(3)保亭县湿地维管植物区系以热带分布为主,热带成分分别占科总数的67.16%和属总数的89.44%;温带成分占比较小,分别占科总数的6.72%和属总数的6.34%。这与保亭县处于热带的地理位置相符合。

海南树附生藓类植物新资料

为了解海南热带雨林国家公园树附生藓类植物的资源分布和物种多样性,笔者于2019—2020年多次在霸王岭国家级自然保护区热带山地云雾林开展树附生藓类植物资源调查。在野外采集、标本鉴定和查阅文献的基础上,发现拟厚角藓属(Yakushimabryum H.Akiyama,Ying Chang,T.Yamag.&B.C.Tan)为海南藓类植物新记录属,狭叶拟厚角藓[Yakushimabryum tonkinense(Broth.&Paris)H.Akiyama]和散生细带藓[Trachycladiella sparsa(Mitt.)M.Menzel]为海南新记录种。笔者对新记录属和种的形态特征进行了描述并提供了特征图版,对生境以及地理分布等信息进行了介绍。新记录的发现丰富了我国和海南树附生苔藓植物的生物多样性。

中国森林资源变化趋势及龄组结构优化研究

依据1973-2018年9次森林资源清查数据,分析了森林资源在覆盖率、龄组结构等方面的变化规律。根据中国的森林资源和人口背景,对适宜森林覆盖率进行了研究。针对森林资源龄组中幼化问题,构建了龄组优化模型,进行龄组结构推演并提出了可持续发展建议。结果表明:中国森林覆盖率呈稳步上升趋势,但宜林地面积有所下降,各期的森林资源龄组平衡率均低于0.8,龄组结构极不协调;以第9次森林资源清查人均森林面积0.16 hm^(2)为标准,中国适宜森林覆盖率为25.89%,31个省域中仅有15个省达到人均森林面积标准;中国森林理想龄组比例为幼龄林占16.00%,中龄林占21.33%,近熟林占16.00%,成熟林占30.67%,过熟林占16.00%。本研究构建的龄组优化模型可调控龄组趋于平衡,模型推演后的龄组平衡率可达0.85,该模型理论和结果可为中国森林资源管理提供参考,对促进中国林业高质量发展具有借鉴意义。

树木年轮信息解析系统研制与试验

树木年轮信息在树木年代学、气候学、生态学、灾害学和环境学等领域研究中有重要的作用。为准确、快速地获取树木年轮信息,降低工作强度和操作复杂度,该研究设计了一种树木年轮信息解析系统。该系统在硬件上进行了机电一体化设计,主要包含滑台模组、旋转编码器、步进电机、置物台、手轮、工业相机、控制箱、光学显微镜、电脑等组件,基于C#语言和OpenCvSharp工具包设计上位机,所设计的上位机软件通过与工业相机、采集器和控制器通信来实现对年轮信息采集、处理和存储,实现位置计算、电机控制和图像识别。系统设计了2种方法进行年轮信息解析:1)电子显微定位法。在常规显微定位法的基础上,基于旋转编码器和螺旋测距法感知滑台线性位移进而实现年轮宽度测量,并使用工业相机和显示器代替传统显微镜来判读年轮线,最后可生成年轮解析图表;2)图机辅助法。在电子显微法的基础上,结合图像识别与电机控制算法进行改进。为验证系统的年轮宽度测量精度、年轮线识别准确率和解析效率,以传统显微镜和光学标定板作为参照工具,采集油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的木芯样品进行试验。试验结果表明:在年轮宽度测量精度上,电子显微定位法和图机辅助法的平均绝对误差分别为5.68和7.84μm,均方根误差分别为6.31和8.62μm,满足国家标准;在年轮线识别上,油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的准确率分别为83.3%、93.7%、55.0%和68.3%,针叶树种组、阔叶树种组的平均召回率分别为96.4%和72.6%,能够辅助判读年轮线;在解析效率上,平均每个年轮采集耗时为电子显微定位法1.58s、图机辅助定位法1.24s,分别比显微定位法(1.94 s)提高了约19%和36%。综合而言,该系统实用性强、精度高、效率高,工作疲劳度低、成本低(<1万元),在多个学科领域中具有推广应用前景。

一类具有媒体效应的时滞SSIIR模型稳定性定量分析

将易感者人群划分为普通的易感者S与有意识的易感者SI,建立了一类具有媒体效应的SSIIR时滞传染病模型.通过计算该模型的基本再生数,对其平衡点的存在性和稳定性进行了论证;证明了疾病持久性的充分条件,对参数进行了局部敏感性分析,最后进行了数值模拟.数据模拟结果显示,媒体效应所诱导的时滞τ存在临界值τ_(0),当τ<τ_(0)时,地方病平衡点保持稳定,在τ>τ0时出现Hopf分支并出现分支周期解;人群S向SI的转换率λ越大疾病越快得到控制,而S与SI对疾病的认知偏差程度K的增加则会不利于疾病的控制.因此,媒体应尽力向大众传达准确且具有时效性的信息,以便尽快控制疾病的传播.

基于信息非线性干预下SISV传染病模型的最优控制

在SISV传染病模型基础上,考虑到信息随时间衰退,研究了一种基于信息干预和治疗的SISV传染病模型的最优控制.首先计算出该模型的基本再生数和2个稳定点,证明了2个稳定点的全局渐进稳定性,并研究了该模型的分支情况,其具有前向分支;其次选取信息反应强度和治疗强度作为控制变量,并证明存在最优控制;最后,通过数值模拟得到相应的图像,图像对比表明在信息干预下可以有效遏制传染病的扩散,辅以最优控制可以达到快速控制传染病.

Markov切换模式下双疾病随机SIRS模型的稳定性分析

研究了一类在Markov切换下具有不同发生率的双疾病随机SIRS传染病模型.首先,利用伊藤公式构造了新的Lyapunov函数,证明系统全局正解的存在唯一性,并得到了系统动力学的相关阈值.当阈值满足相关条件,系统具有唯一平稳分布且是遍历的,且得到了疾病灭绝与持久的阈值条件,探讨了环境变化对疾病的影响,结果表明噪声在一定条件下能够使疾病灭绝,最后通过数值模拟验证了结论的正确性.

基于自由扩散下被捕食者-捕食者模型的图灵不稳定分析

研究了具有Beddington-DeAngelis功能反应的被捕食者-捕食者模型在自由扩散模式下的图灵不稳定性.分析了系统在无自由扩散情形下的耗散性和一致持久性的充分条件以及非负平衡点的局部稳定性,并通过刻画系统非负平衡点的图灵不稳定性条件,确定产生图灵斑图的分岔参数满足的条件以及相应的图灵区域.数值实验结果验证了系统的稳定性,揭示了波色数、分岔参数和交叉扩散系数对斑图产生的定量影响.

羊山湿地景观植物群落与景观应用模式

近自然植物设计是近自然园林的核心,被称之为我国热带地区天然“湿地博物馆”的羊山湿地,蕴含着不少景观与生态效果俱佳的自然植物配置模式,能为近自然植物设计提供优秀蓝本。通过对羊山湿地植物景观样方调查,共记录到193种植物,其中86种可列为景观植物,占调研植物的44.6%,景观植物资源丰富。用群落多样性指数(Margalef、Simpson、Shannon-Wiener、Pielou指数)、群落优势种、景观结构等来描述景观植物群落特征,以景观群落为配置蓝本,运用层次分析法(AHP)从植物的景观观赏性、生态适应性、可推广程度等多方面综合评价,优化提炼出5种景观植物配置的应用模式,以期对湿地保护与修复提供一定的借鉴作用,并对近自然园林设计及美丽乡村建设起到抛砖引玉的作用。

波罗蜜叶片突变体叶绿素含量测定和超微结构观察

波罗蜜(Artocarpus heterophyllus)是一种热带果树,至今对其突变体的研究少有报道。本研究以波罗蜜叶片为试验材料,探究其叶片出现白化和返绿现象的可能原因。(1)用分光光度计法、比色法测定波罗蜜叶片突变体和正常绿叶的叶绿素及叶绿素前体物质含量;(2)用叶绿素酶Elisa试剂盒测定叶绿素酶活性;(3)用透射电子显微镜对叶绿体的超微形态结构进行观察。研究结果表明:(1)不同叶色所产生的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量均存在显著差异;(2)波罗蜜叶片突变体和正常绿叶的叶绿素合成前体物质含量之间并没有出现显著性差异;(3)对波罗蜜叶片的叶绿素酶活性进行测定时,发现其活性出现显著差异,但对其叶绿素含量的差异性并没有产生较大影响;(4)观察波罗蜜叶片内叶绿体超微形态结构时,发现正常绿叶的叶绿体形态完好且数量较多,白化叶和返绿叶的叶绿体内部结构存在缺陷,其原因是叶绿体基粒构建阶段受阻;基于测定波罗蜜叶片中的叶绿素、叶绿素前体物质含量和叶绿素酶活性,并观察波罗蜜叶片内叶绿体的超微形态结构,对得到的数据结果进行比较分析。本研究推测是在叶绿素合成阶段,原脱植基叶绿素合成叶绿素时受阻及叶绿体发不良导致波罗蜜出现白化和返绿现象,为今后进一步综合研究波罗蜜突变体提供理论依据。

5个抗病基因功能标记在234份番茄材料中的检测

番茄是世界上最重要的蔬菜作物之一,病害的发生和蔓延使番茄生产受到严重影响,培育多抗番茄品种是防治病害最为经济和有效的方法。本研究利用功能标记对234份番茄材料进行Cf-9、Mi-1、I-2、Ph-3和Tm-2~a等5个抗病基因的检测,发现其中含Cf-9的番茄材料为136份,含Mi-1的材料为20份,含I-2的材料为124份,含Ph-3的材料38份,含Tm-2~a的材料为24份。234份番茄材料中,不含这5个抗病基因的材料有29份;含1个抗病基因的材料有106份;含2个抗病基因的材料有70份;含3个抗病基因的材料有23份;含4个抗病基因的材料有6份,分别为11CT387-2M、11CHT164-2、11CT150、11CT271、11CT730和11CT774;同时含这5个抗性基因的番茄材料尚未检测到。该研究结果将为进一步开展多个抗病基因的聚合育种提供参考依据。

华石斛组培苗炼苗基质的筛选与优化

基质通过影响水肥吸收和根系通气度,进而影响石斛组培苗的生长,对石斛组培苗的人工驯化栽培具有至关重要的作用。本研究以华石斛组培苗为对象,采用4种基质配比对组培苗进行炼苗试验,通过测定组培苗的存活率、形态指标、壮苗指数和光合指标,筛选出适宜华石斛组培苗炼苗的基质。结果表明:以5 cm透明塑料杯装16.3 g水苔,其孔隙度和气水比均较高,达42.1%和2.51;保水、通气性好,利于华石斛组培苗生根、长芽,组培苗存活率较高,达56.3%,壮苗指数高达0.016;叶绿素相对含量和净光合速率最高;105孔穴盘,每孔6.0 g水苔,孔隙度和气水比低,基质量少,组培苗存活率低。表明以5 cm透明塑料杯装16.3 g水苔可作为华石斛大棚炼苗的优良基质。

基于GIS格网的重庆合川区森林火险等级区划

【目的】了解各因子对森林火险发生的影响程度以及小尺度范围内的火险等级,生成公里级森林火险区划图,寻找潜在的高火险区域,客观认识各地区火灾风险水平并进行提前预防,为防火资源分布以及防火工作的开展提供支持与参考,为各级政府有效开展防火工作提供火灾风险信息和科学决策依据,全面提升防灭火综合应急能力。【方法】以重庆市合川区为主要研究对象,选取可燃物、地形地势以及人为因子3个方面共10个因子作为主要区划指标,通过外业调查建立标准样地,获取可燃物含水率、可燃物载量以及可燃物燃点等理化性质数据,利用30 m分辨率的DEM数据提取地形中的坡度、坡向、海拔因子,通过对遥感影像目视解译的方法获取合川区的道路与建筑物信息,并利用ArcGIS进行缓冲区分析,将所有影响因子重分类成公里级格网尺度,采用层次分析法对各个因子赋予不同的权重指标,通过加权叠置分析的方法构建风险区划模型,获取火险指数,最终确定不同区域的火险等级。【结果】计算与区划结果显示合川区极低火险区域为477.401 km^(2),占合川区面积的20.37%;低火险区域为858.306 km^(2),占合川区面积的36.62%;中火险区域为401.421 km^(2),占合川区面积的17.13%;高火险区域为339.788 km^(2),占合川区面积的14.50%;极高火险区域为267.051 km^(2),占合川区面积的11.39%。中等风险以上的火险区域面积占比较大,防火工作严峻。【结论】通过对近20年合川区高温热点数据分析验证了区划结果的精度,证实其合理性与准确性,为区域森林火灾管理工作提供指导,从而达到保护森林资源的目的。

便携式高精度立木胸径测量装置研制与试验

立木胸径是森林资源调查中最重要的测量指标。为了实现高效、精准、简便地测量立木胸径,适应复杂树形和不同径级的树木,节省内外业勘测成本,该研究研制了一款立木胸径测量装置。基于隧道磁阻旋转编码器构建适合低成本、轻小型机电结构和高分辨力处理算法的方法,同时开发了由嵌入式软件、Android端应用和Web端应用构成的系统软件,通过多功能按键组合设计了特殊树形和大径级树木的作业流程。在单木勘查作业过程中,装置的机电结构会将立木胸径由机械量先转换为磁信号再转换成电信号,之后由嵌入式软件中集成的处理算法把电信号换算成胸径测量数据。完成所有单木勘查作业后,装置内的蓝牙将数据传输至Android端应用进行存储再上传到Web端的数据库中。为验证装置的测量精度和作业效率,选取包含多个树种的196株立木和一块包含42株立木的小样地进行试验。试验结果表明:该装置对不同径级的立木都具有较高的测量精准度(总平均绝对误差为0.08 cm、平均绝对百分比误差为0.37%、均方根误差为0.12 cm和相对均方根误差为0.54%);人均每株立木测量耗时为9.3 s(约为传统围尺方法的1/3),作业效率高。该装置解决了传统围尺在数据量测、记录和入库上的短板,降低了人力成本,比非接触式、卡测类、电子拉绳类仪器的制造成本低几百到上万元,造价仅为260元,且携带方便(质量仅为230g),符合国家森林资源连续清查技术规定的精度要求,在森林资源调查中具有宽广的应用前景。