辽河三角洲植被结构、功能及其驱动机制

辽河三角洲优越的植被生态系统维系着多种生态功能，使该地区成为全国著名的商品粮基地、造纸原料基地和旅游基地。但是，气候变化和人为干扰使得辽河三角洲的植被结构发生了显著变化，影响到植被功能的发挥。 为了应对气候变化和人为干扰对辽河三角洲植被造成的不利影响，本论文围绕植被结构和生产功能，从空间和时间方面，重点阐述了辽河三角洲植被的结构及其驱动机制；辽河三角洲植被生产功能及其驱动机制。 采用的研究方法包括遥感解译、样带调查和全面调查。通过遥感解译方法获取各植被类型的面积、分布及其变化信息，以研究植被的空间分布格局及其变化。通过样带调查方法，获取植被类型、土壤和水文等信息，并结合规范对应分析和偏相关分析等，研究植被空间分布格局的驱动机制。通过全面调查方法，获取植被净第一性生产力、粮食产量、土壤和水文等信息，并结合地理信息系统(GIS)的插值分析和相关分析等，研究植被生产功能的空间分布格局及其驱动机制。主要结论如下： 1. 植被组成和空间格局：辽河三角洲植被主要由自然湿地植被、人工湿地植被、自然旱地植被、人工旱地植被四大植被类型组成。其中，面积最大的3种植被是玉米、水稻和芦苇。四大植被类型以双台子河口为中心，基本上呈现半环状分布格局。 2. 植被空间格局变化：1988～2006年辽河三角洲植被空间格局发生了显著变化，主要植被类型分布趋于集中，形成了一些较大的斑块，而不是离散和破碎。从面积上看，水稻是面积增加最多的植被类型；玉米是面积减少最多的植被类型。从变化速率看，水稻、玉米和芦苇的变化幅度都较大，分别为33.2%、-16.1%和-23.2% 。 3. 植被空间格局形成机制：辽河三角洲植被分布格局不是由气候因子决定的，而是由土壤因子决定。土壤可溶性盐是决定植被分布格局最重要的环境因子，其次是土壤含水量。 4. 植被生产功能：辽河三角洲植被具有极高的生产力。其中，玉米、水稻和芦苇3种主要植被的地上净第一性生产力分别为30,485、18,248和17,440 kg/(ha•a)。玉米和水稻单位面积粮食产量也非常高，分别为14,813和10,365 kg/(ha•a)。 5. 植被生产功能年际变化：辽河三角洲植被生产力存在明显的年际波动。1992～2005 年间玉米和水稻粮食产量呈现显著的年际波动；1949～1990 年间芦苇产量不仅存在较明显的年际波动，而且呈现非常显著的增加趋势。 6. 植被生产功能年际变化的驱动机制：气候因子是玉米和水稻粮食产量年际变化的主要驱动因子，气候因子对玉米和水稻粮食产量的影响远远大于人为因子（农业人口、施肥量、灌溉面积）的影响。气候因子和人为因子对芦苇产量年际变化的影响都非常显著。在气候因子中，年日照数是驱动玉米产量年际波动的主导气候因子；年降水量是驱动水稻产量年际波动的主导气候因子；年蒸发量是驱动芦苇产量年际波动的主导气候因子。 7. 植被生产功能空间格局：植被地上净第一性生产力存在显著的空间差异，表现为一种环形空间分布格局，三角洲中部较低，四周地区较高。这种空间分布格局表明，在辽河三角洲，植被地上净第一性生产力最高的不是湿地植被，而是周围旱地植被。 8. 植被生产功能空间格局的形成机制：土壤含水量和海拔是驱动辽河三角洲植被生产力空间格局的主要因子；土壤盐度、土壤pH和土壤容重对植被生产力的空间格局影响不大。土壤营养元素(氮、磷、钾) 对植被生产力的空间格局几乎没有影响。

辽河三角洲芦苇湿地生态系统水碳通量动态及其控制机制

全球变化背景下人类生存环境及社会经济的可持续发展要求，使得水循环和碳循环成为科学研究的关注点。湿地与森林、海洋并称为全球三大生态系统，与生态平衡、人类生存和经济社会可持续发展息息相关，特别是湿地的碳汇功能使得其在全球碳循环中具有重要作用。我国湿地面积占亚洲第一位，世界第四位，占世界湿地面积的11.9% 。但是，与森林、草地与农田等生态系统相比，湿地水碳循环控制机制研究的甚少，制约着湿地生态系统的水碳管理。 本论文基于2005~2007 年盘锦芦苇湿地生态系统野外观测站的涡度相关系统的水碳通量和气象环境因子的连续观测数据，结合芦苇湿地生态系统的生物学调查资料，较系统地分析了芦苇湿地生态系统水汽通量和碳通量的动态特征，探讨了不同时间尺度芦苇湿地生态系统水汽通量和碳通量的环境控制机制。主要结论如下： (1)芦苇湿地生态系统蒸散的日、季变化显著。2005~2007 年盘锦芦苇湿地生态系统的年蒸散量分别为432、480 和445 mm。非生长季(11 月~次年4 月)对全年蒸散量的贡献约13~16%，表明在湿地蒸散年总量的估算中不能忽略非生长季的贡献。 (2)关于动力作用和热力作用对芦苇湿地蒸散的贡献表明，能量是驱动芦苇湿地蒸散的重要因素，在小时至月尺度上均起着主导作用；时间尺度越长，能量因子对蒸散变异的解释率越大。仅温度就能解释蒸散月总量变异的95%左右。但是，随着时间尺度的降低，水分条件如饱和水汽压差、相对湿度，对芦苇湿地蒸散的作用逐渐显现。降雨和蒸散的变化虽然没有统计上的相关性，但短时段的降雨可能导致雨后蒸散增强，而持续多天的阴雨天气却能导致蒸散量连续下降。 (3)基于芦苇湿地生态系统作物系数(kc)具有显著日间变异的事实，发展了耦合气温、相对湿度和净辐射影响的芦苇湿地日作物系数模型，弥补了国际粮农组织建议的蒸发散估算模型FAO56 缺乏适宜湿地作物系数的不足。 (4)芦苇湿地生态系统呼吸呈单峰型季节变化，2005~2007 年生态系统呼吸的年总量分别为834、894 和872 g C m-2 yr-1，非生长季芦苇湿地的生态系统呼吸碳排放量为102~136 g C m-2 season-1，占全年生态系统呼吸总量的12~16%。这说明，非生长季湿地生态系统的碳排放通量不可忽视。温度是小时至月尺度的生态系统呼吸控制因子；同时，生物因素也对芦苇湿地生态系统呼吸有显著影响。生态系统呼吸对温度的响应呈指数函数关系，二者间的响应受土壤水分的影响。当表层土壤含水量(5 cm) 为20~25%时，芦苇湿地生态系统呼吸的潜力(Reco,10)最大。生态系统呼吸的日值与地上生物量、叶面积指数呈对数正相关，而与冠层高度呈显著二次曲线关系。生态系统呼吸的年际差异并不是由温度变化引起，而与植被生长状况密切相关。 (5)芦苇湿地生态系统的净碳交换季节变化明显，变化范围在-12.9~4.2 g C m-2 day-1 之间。一般在5~9 月表现为大气CO2 的汇，其余月份为碳源。其中，净碳吸收最大的月份为6、7 月，而净碳排放最大的月份为4、10 月。2005~2007 年的年碳收支分别为-55、-230 和-53 g C m-2 yr-1，呈碳汇。 (6)不同时间尺度的净碳交换控制因子不同。小时尺度上，影响芦苇湿地生态系统净碳交换的环境因子主要是光合有效辐射(PAR) 。芦苇湿地生态系统光合作用的光响应参数(α、Amax 和Reco)随温度指数上升，而与叶面积指数呈线性正相关。光响应参数的这种显著季节波动表明，在生态系统碳循环模型中不应该将生态系统的光合作用参数视为常数，应该考虑采用光响应参数与环境和生物因子间的定量关系来反映光合作用光响应参数动态。日尺度上，温度是芦苇湿地碳交换的主要控制因子，湿地净碳交换在15℃左右由正值变为负值，芦苇湿地由碳源变为碳汇。除温度外，饱和水汽压差对日尺度净碳交换波动也有影响，二者呈二次曲线关系(U 型)，当饱和水汽压差在0.8 kPa 附近时，芦苇湿地净碳吸收达到最大。月尺度上，影响芦苇湿地净碳交换的主要环境因子依然是温度，二者间表现出“非对称响应”特征。 (7)对芦苇湿地碳交换各组分间的关系分析表明，芦苇湿地生态系统呼吸和净碳交换均受总光合生产力的显著影响，即通过光合作用产物来源控制。

论自然保护与资源开发的策略

The conservation of species requires preservation of natural habitats,where the integrity of natural habitats has been severely disturbed and species goes extinct. All natural habitats are continuing to decline both inside and outside of reserves. Habitat change is partly a natural process (e.g., succession), but human activities have accelerated the process so that natural rate of renewal is insufficient to maintain natural habitats. This paper provided concept, methods of habitat renewal, habitat mitigation and their implication to protection and exploitation of natural resource. We argue that our only resourse, in light of these scenarios, is to adopt a new conservation strategy that considers the importance of habitat renewal and habitat mitigation in addition to habitat preservation. Accordingly, in our management decision, we must not only choose the size of area to preserve ,but also the size of area to balance habitat loss with habitat renewal or habitat mitigation. Finally, we explored the application of habitat renewal and habitat mitigation in regional sustainable development of Liaohe Delta wetland.

A smoothing technique for discrete delta functions with application to immersed boundary method in moving boundary simulations.

The effects of complex boundary conditions on flows are represented by a volume force in the immersed boundary methods. The problem with this representation is that the volume force exhibits non-physical oscillations in moving boundary simulations. A smoothing technique for discrete delta functions has been developed in this paper to suppress the non-physical oscillations in the volume forces. We have found that the non-physical oscillations are mainly due to the fact that the derivatives of the regular discrete delta functions do not satisfy certain moment conditions. It has been shown that the smoothed discrete delta functions constructed in this paper have one-order higher derivative than the regular ones. Moreover, not only the smoothed discrete delta functions satisfy the first two discrete moment conditions, but also their derivatives satisfy one-order higher moment condition than the regular ones. The smoothed discrete delta functions are tested by three test cases: a one-dimensional heat equation with a moving singular force, a two-dimensional flow past an oscillating cylinder, and the vortex-induced vibration of a cylinder. The numerical examples in these cases demonstrate that the smoothed discrete delta functions can effectively suppress the non-physical oscillations in the volume forces and improve the accuracy of the immersed boundary method with direct forcing in moving boundary simulations.

Delta EEG Activity in Left Orbitofrontal Cortex in Rats Related to Food Reward and Craving

眶额叶皮质与中脑边缘多巴胺奖赏系统有着复杂的相互纤维联系.先前的研究探讨了药物成瘾过程中眶额叶皮质的脑电活动.在本实验中,将探讨食物奖赏和渴求过程中该皮质的脑电活动.实验采用了两个环境:对照环境和食物刺激相关的环境.首先,训练大鼠在食物刺激相关的环境中吃巧克力花生豆,而后在该环境中设置两种不同的刺激方式:能看到和闻到但不能吃到(渴求实验),或者仍旧可以吃到巧克力花生豆(奖赏实验):同时进行左侧眶额叶皮质的脑电记录.结果发现,在食物刺激相关的环境中大鼠Delta频段(2-4Hz)的脑电活动与食物刺激显著相关,此外,与在对照环境中相比,其相对功率在食物渴求时下降而在食物奖赏时升高.本实验表明,食物相关的奖励可以改变大鼠眶额叶皮质的脑电活动,而且,Delta频段的脑电活动能够作为监测该奖励的一个指标.