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当期目录

    2017年 第56卷 第5期    刊出日期:2017-09-25
    研究论文
    环境微生物组多样性及功能研究进展
    吴波;冯凯;职晓阳;何强;许玫英;邓晔;肖凡书;汪善全;于玲;鲁祺鸿;连英丽;罗丽娟;原珂;陈保卫;颜庆云;仇荣亮;栾天罡;贺志理
    2017, 56(5):  1-11. 
    摘要 ( 306 )   PDF (896KB) ( 260 )  
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    快速发展的测序技术和各种高通量手段使我们能够深入探索环境微生物的多样性及其功能。本文中提及的环境微生物组(environmental microbiome)界定为特定环境中所有微生物基因组的集合。环境微生物组研究的主要目的是解读特定环境中微生物的多样性、结构、功能、相互作用和进化,以及它们与环境因子和生态系统功能之间的关系等。本文重点关注土壤、水体及空气中的微生物组研究,回顾了目前的高通量测序技术和主要的环境微生物组学数据分析工具,然后综述了不同的生态环境中微生物组研究的主要的进展,最后,提出了环境微生物组研究中的关键科学问题,并突出了在未来环境微生物组研究中微生物功能和生态机制的重要性。

    论文
    深圳福田与香港米埔红树林群落分布与景观格局比较
    李真;李瑜;昝启杰;余世孝
    2017, 56(5):  12-19. 
    摘要 ( 172 )   PDF (4192KB) ( 194 )  
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    改革开放前,地处深圳湾两岸的福田保护区和米埔保护区的红树林湿地在景观和物种组成等方面相似,但近30年来深圳城市化高速发展所带来福田红树林湿地的景观破碎化过程,导致两岸红树林群落特征产生了较为明显差异。以WorldView-2高分辨率影像为数据源,采用导数光谱法结合基于面向对象的支持向量机的分类方法对深圳湾湿地的红树林群落进行分类,总体精度达到0.902,Kappa系数为0.859,符合要求。进一步运用景观指数对其进行定量对比分析。结果表明:①米埔保护区红树林现存面积为346 hm2,福田保护区红树林现存面积仅为89 hm2;秋茄群落是深圳湾两岸湿地的最主要优势景观类型,白骨壤群落和桐花树群落是优势群落;②福田保护区红树林的景观破碎化程度比米埔保护区高,尤其是本地种秋茄群落和白骨壤群落的破碎化程度较高;③福田保护区景观斑块形状多呈正方形分布的状态,在一定程度上反映了人类活动的作用,而处于米埔保护区的天然红树林则呈现不规则的分布状态。

    基于植物采矿的“绿色冶镍”研究进展
    张鑫;吕香英;刘文深;刘畅;袁鸣;仇荣亮
    2017, 56(5):  20-29. 
    摘要 ( 131 )   PDF (3235KB) ( 185 )  
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    基于植物采矿的理念,利用镍超富集植物将低品位红土镍矿或镍污染土壤中的镍吸收并转运到植物的地上部分,而后将收获的镍超富集植物视为镍资源的二次来源,经由焚烧镍超富集植物获得w(镍)约20%的“高镍生物矿砂”。通过综述镍超富集植物吸收转运镍的机理、种植镍超富集植物的农艺调控研究,以及现有的从镍超富集植物或“高镍生物矿砂”中制备纯镍、易斯酸催化剂、六水硫酸镍铵以及镍纳米材料工艺技术等,展望今后可能的“绿色冶镍”研究方向。期望在使用镍超富集植物修复环境镍污染,降低环境中镍对人类和其它生物的潜在危害的同时,开发新型的“绿色冶镍”技术,缓解我国镍资源紧缺的重要问题。

    关于三次Diophantine方程x3+1=2p1p2Qy2的可解性
    杨海;候静;付瑞琴
    2017, 56(5):  30-33. 
    摘要 ( 175 )   PDF (745KB) ( 128 )  
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    设p1,p2是适合p1≡p2≡1(mod 6)以及(p1/p2)=-1的奇素数,其中(p1/p2)是Legendre符号。设Q是至少有两个不同素因数且每个素因数q都满足q≡5(mod 6)的无平方因子正整数。运用初等数论方法证明了:如果p1≡1(mod 8),p2≡5(mod 8),Q≡1(mod 4), 那么方程x3+1=2p1p2Qy2无正整数解(x,y)。

    使用最小串行策略的均质脉冲神经膜系统的计算通用性
    李立;江克勤
    2017, 56(5):  34-40. 
    摘要 ( 140 )   PDF (1482KB) ( 141 )  
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    脉冲神经膜系统是根据神经网络中神经元相互之间依靠突触来处理脉冲的生物现象而提出的,具有良好的计算性能及潜在的应用价值。使用最小串行策略的脉冲神经膜系统是一类特殊的脉冲神经膜计算模型,为了验证其在均质情况下的通用性,引入了带权值的突触,构建了均质的基于最小脉冲数目的串行脉冲神经膜系统。使用自动机理论和形式语言,通过模拟注册机证明了作为数的产生装置和接受装置,使用最小串行策略的均质脉冲神经膜系统都是通用的。

    无穷区间上p-Laplacian积微分方程极值解的存在性
    方玉萍;王颖
    2017, 56(5):  41-50. 
    摘要 ( 143 )   PDF (842KB) ( 131 )  
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    带有p-Laplacian算子的积微分方程在应用力学、天体物理和经典电学中有着广泛的应用。非线性微分方程边值问题是微分方程研究领域的一个重要分支。因此p-Laplacian积微分方程边值问题的研究有着巨大的理论和实际意义。系统地研究无穷区间上, 较为复杂边值条件下的一类p-Laplacian 积微分方程。利用单调迭代方法,在适当的条件下,不仅得到了方程极值解的存在性, 而且得到了方程解的迭代序列。最后,通过一个例子说明了结果的实用性。

    一类扩散食物链模型正解的多重性和唯一性
    李海侠
    2017, 56(5):  51-59. 
    摘要 ( 133 )   PDF (842KB) ( 130 )  
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    研究了一类具有Crowley-Martin反应函数的食物链模型。首先利用全局分歧理论和度理论讨论了正解的存在性和多重性,得到了正解分歧的基本形状。接着运用扰动理论给出了正解的唯一性和稳定性条件,结果表明当d充分大时系统在一定条件下存在唯一且稳定的正解。

    一类免疫缺陷病毒传播的非线性动力学系统
    冯依虎;陈贤峰;莫嘉琪
    2017, 56(5):  60-63. 
    摘要 ( 94 )   PDF (741KB) ( 136 )  
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    研究了人体免疫缺陷病毒(HIV)传播的动力学系统,描述了流行性传染病区域的人群传播规律,提出了一类更广泛的HIV传播的动力学系统。首先,利用泛函广义变分迭代方法对一类艾滋病的传播动力学非线性系统求得到了近似解的迭代序列,并叙述了它的一致收敛性。通过举例, 较简单地得到各次近似解。最后对HIV传播的动力学系统的解作了定量、定性方面的论述和展望。

    基于统计模型进行率失真优化的加密图像压缩算法
    冯阳;王春桃
    2017, 56(5):  64-72. 
    摘要 ( 102 )   PDF (4657KB) ( 131 )  
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    如何对加密数据进行有效压缩和高质量重构是云计算环境中颇具挑战性的一个研究问题。其挑战性主要来自于云用户的加密操作掩盖了载体数据的统计特性,从而使得云端的压缩很难像常规压缩那样充分利用载体的统计特性。在小波系数统计模型吻合度评估的基础上,提出了一种基于统计模型进行率失真优化的加密图像压缩算法。将灰度图像经提升小波分解后的低频子带和小波子带分别进行流密码加密和置乱加密,然后再分别进行无损和有损压缩,最后进行相应的逆操作而重构原图像。鉴于充分的评估实验表明柯西分布能更良地表征图像小波系数,因此利用柯西分布来表征小波系数,并在此基础上利用率失真理论推导有损压缩用的最优量化步长。实验仿真结果表明,所提出的加密图像压缩算法能获得良好的压缩效率和重构质量,且能显著优于同类经典算法,并与常规的JPEG压缩算法性能相当甚至更好。

    南海红树林内生真菌Phomopsis sp. ZZF08酰胺类次级代谢产物
    陶移文;凌惠平;张建业;佘志刚;林永成
    2017, 56(5):  73-78. 
    摘要 ( 177 )   PDF (2289KB) ( 154 )  
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    采用色谱技术对红树林内生真菌Phomopsis sp. ZZF08代谢产物进行分离纯化,MS、NMR、X-单晶衍射及与文献数据比对等方法确定其结构,MTT法考察其对体外人鼻咽癌细胞KB和KBv200的毒性作用。结果表明,由红树林内生真菌Phomopsis sp.ZZF08培养液中分离得到12个酰胺类化合物,经鉴定,分别为viridicatol (1)、cytochalasin H (2)、cytochalasin IV (3)、葡萄糖神经酰胺 (4)、△4(5) (E)-鞘氨醇-正十六碳酰胺 (5)、尿囊素 (6)、胸腺嘧啶 (7)、尿嘧啶 (8)、环(亮-甘)二肽 (9)、环(亮-丙)二肽 (10)、环(苯丙-甘))二肽 (11)和环(苯丙-丙)二肽 (12),其中,化合物1,2,3,4,5为首次从湛江红树林内生真菌Phomopsis sp. 中发现。体外细胞毒性实验表明化合物2,3对KB细胞和KBv200细胞有较强细胞毒性。

    PW11Fe/CS/CNTs/C复合膜电极的制备及在H2O2电化学传感器中的应用
    王鑫;章金明;蒋晓薇;韩雷云;王莉莉;黄燕霞;游诚航;华英杰;王崇太
    2017, 56(5):  79-84. 
    摘要 ( 109 )   PDF (2618KB) ( 149 )  
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    以壳聚糖(CS)为吸附剂和成膜剂,Keggin 型铁取代杂多阴离子PW11O39Fe(Ⅲ)(H2O)4-(PW11Fe)为电催化剂,碳纳米管(CNTs) 为导电助剂,集成吸附法和溶胶-凝胶法将PW11Fe固载在石墨电极表面制备了PW11Fe/CS/CNTs /C复合膜电极,并用电化学方法研究了该电极的电化学行为及其影响因素,同时研究了电极对H2O2还原的电催化活性及作为H2O2电化学传感器的可能性。实验结果表明,PW11Fe/CS/CNTs/C复合膜电极具有PW11Fe类似的电化学行为及对H2O2还原的电催化活性,用于H2O2的安培检测,电流响应灵敏度为0.30 mA·cm-2·(μmol/L)-1,检出限为7.3 μmol/L (S/N=3)。

    基于氨基做质子迁移桥梁水环境下蛋氨酸分子的旋光异构
    刘英杰;王佐成;闫红彦;杨晓翠;佟华
    2017, 56(5):  85-92. 
    摘要 ( 88 )   PDF (10533KB) ( 128 )  
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    采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场(SCRF)理论的smd模型方法,研究了2种稳定构型蛋氨酸分子的标题反应。反应历程研究发现:构型1旋光异构经历2个基元反应,构型2旋光异构经历5个基元反应。势能面计算表明:构型1和2的决速步骤分别是第1和第2基元反应。水气相环境下决速步能垒分别是124.4和128.7 kJ·mol-1,液相环境下决速步能垒分别是104.9和105.2 kJ·mol-1,远低于裸环境的决速步能垒264.2和266.1 kJ·mol-1。气相环境下表观活化能分别是140.8和155.0 kJ·mol-1,液相环境下表观活化能分别是97.9和98.9 kJ·mol-1。结果表明:水分子和水溶剂对蛋氨酸旋光异构反应的质子迁移过程具有较好的催化和助催化作用。水汽环境下蛋氨酸会损伤,蛋氨酸的旋光异构可以在水液相环境下缓慢实现。

    东亚、北非干旱半干旱区边界层高度变化及其影响因素
    赵艳茹,毛文茜,张珂铨,牛笑应,李佳芸,张文煜
    2017, 56(5):  93-100. 
    摘要 ( 218 )   PDF (3108KB) ( 139 )  
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    利用欧洲中期天气预报中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting)20世纪第一代再分析资料ERA-20C(the ECMWF twentieth century reanalysis)对东亚、北非2个典型干旱半干旱区1900-2010年边界层高度变化及其与气象要素变化之间联系进行了研究,结果表明:① 两个地区的边界层高度在整体变化、年际变化以及年代际变化中基本呈现出相反的变化趋势,整体趋势中东亚为显著上升趋势,气候倾向率为1.87 m/10a,北非为显著下降趋势,气候倾向率为-2.13 m/10a;在11个年代里,有8个年代的变化呈相反趋势。② 干旱半干旱区边界层高度的变化均与地气温差、相对湿度、风速的变化有一定联系,其中相对湿度与边界层高度的变化最为紧密,在两个地区均为显著性的负相关,相关系数分别为-0.778 4、-0.618 4。

    近海加强台风“威马逊”(1409)环境条件及结构特征的数值研究
    林晓霞;王硕甫;冯业荣
    2017, 56(5):  101-111. 
    摘要 ( 137 )   PDF (4627KB) ( 161 )  
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    利用新一代区域数值模式GRAPES对1409号超强台风“威马逊”强度急剧变化过程进行数值模拟试验,模拟结果较好地再现了台风“威马逊”在南海的路径和强度的变化特征,进一步利用数值模拟结果对“威马逊”发展的环境条件及其结构变化特征展开分析。分析结果表明,“威马逊”急剧发展期间高层辐散低层辐合同时增加,且高层辐散明显强于低层辐合;低层水汽流入增加,主要的流入边界是东南边界,且总水汽净流入量与台风强度变化有较好对应关系;环境风垂直切变较弱,且“威马逊”强度在深层和高层切变减小后24 h达到强盛。台风开始发展前动力和热力结构上均具有显著的不对称性结构,对流运动东南强、西北弱。强盛期南强北弱,东西方向趋于对称发展,且台风低层眼壁迅速收缩,高层有向外扩张趋势;切向风迅速增大,有很强的经向梯度,中高层气旋性环流显著增强。温度场上具有显著的暖心结构,强盛期台风中心正温度距平可达到11 ℃以上,集中于台风中心高空300~200 hPa之间,并向高低层传播。低层不断有正涡度流入,台风中心附近正涡度增大,正涡度柱呈铅直发展并向对流层中上层传播。这些结构的变化都有利于“威马逊”强度的发展。

    飞来峡水库氮磷营养盐形态及分布特征
    谢林环;江涛;李锐;唐常源;陈建耀;曹英杰;刘小波;曾红平
    2017, 56(5):  112-118. 
    摘要 ( 117 )   PDF (2236KB) ( 155 )  
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    以飞来峡水库为研究对象,于2015年6月(丰水期)和12月(枯水期)对库区内9个采样点进行水样采集。通过测定各形态氮、磷浓度,结合Spearman相关性检验结果和氮磷比,分析水库氮、磷营养盐分布特征、结构以及来源。结果表明:① 硝酸盐氮是氮营养盐的主要存在形态,磷营养盐的主要存在形态为颗粒磷和溶解态磷;② 总氮、总磷浓度总体表现分别为丰水期<枯水期和丰水期>枯水期,氮浓度受生活污染影响较大,磷浓度变化具备面源污染特征;③ 氮、磷元素在丰水期具有同源性,枯水期输入源不完全一致;④ 对比3条主要入库河流(北江干流及滃江、连江等支流)的入库通量,枯水期北江总氮通量最大,为1 036.0 g/s,丰水期滃江总氮通量最大,为1 128.4 g/s,丰、枯水期北江总磷通量均最大,分别为854和703 g/s;⑤ DIN/TP介于4.0~47.1,水库属于磷营养限制类型。

    基于WD-RSPA模型的水文时间序列预测——以马口站和深圳市为例
    刘祖发;谭铭欣;查悉妮;卓文珊;周月英;陈记臣;姚寒梅
    2017, 56(5):  119-126. 
    摘要 ( 107 )   PDF (1745KB) ( 127 )  
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    为了解决传统水文时间序列预测模型预测精度不高、未考虑实际噪声影响等问题,将小波消噪(Wavelet De-noise, WD)与秩次集对分析(Rank Set Pair Analysis, RSPA)方法耦合,建立基于小波消噪的秩次集对分析水文预测模型(WD-RSPA),并应用于马口站年总径流量以及深圳市年总降雨量预测。结果表明:当集合维数T=4时,coif3RSPA模型预测马口站径流量的预测误差|e|=11.97%;T=6时,db5RSPA模型预测深圳市降雨量的预测误差|e|=17.73%。相较于传统AR(1)模型和单一的RSPA模型,WD-RSPA模型更接近真实值,是一种切实可行的水文时间序列预测方法。

    基于MODIS数据的博斯腾湖〖KH*2〗流域地表温度空间格局
    热伊莱·卡得尔;玉素甫江·如素力;阿迪来·乌甫;艾则孜提约麦尔·麦麦提,姜红
    2017, 56(5):  127-138. 
    摘要 ( 97 )   PDF (3281KB) ( 147 )  
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    为了辨析博斯腾湖流域地表温度时空分布对不同下垫面的响应特征,基于MODIS数据,利用分裂窗算法反演研究区的不同季节地表温度并对反演结果进行精度检验。结果表明:① MODIS地表温度产品在博斯腾湖流域的精度良好,可利用流域地表温度的空间格局研究;② 博斯腾湖流域四季地表温度变化显著,春季温度分布在-17.02~31.52 ℃ 之间,夏季温度分布在 -9.99~56.04 ℃ 之间,秋季温度分布在-16.45~37.31 ℃之间,冬季温度分布在-32.42~10.79 ℃之间;③ 不同土地利用地表温度的分布总体上沙漠/沙地的地表温度均值最高,旱地、裸岩等次之,积雪、草甸最低。内陆湖流域内地表温度和土地覆盖类型存在明显的时空差异性,在极端干旱地区绿色植被对温度降低具有一定的调节作用。

    Y型微通道中压力驱动幂律流的流动分离
    郭松灿,朱庆勇,陈耀钦
    2017, 56(5):  139-148. 
    摘要 ( 120 )   PDF (11051KB) ( 130 )  
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    基于PoissonBoltzmann方程、修正的Cauchy动量方程和流体连续性方程,对压力驱动下的幂律流在Y型微通道中的流动过程进行了数值模拟。分析了不同的幂律指数、压强差下双电层电场、速度场的分布,以及双电层对速度场的影响。计算结果表明:① 在Y型微通道的某些位置会发生流动分离(回流);② 发生回流时的临界压强差和分叉角关系曲线表明:增大分叉角或降低幂律指数可使临界压强差下降;③ 幂律指数越小,双电层影响越明显;④ 增大压强差、降低幂律指数和增大分叉角度,均可使回流区域变大。

    LOS MIMO系统多相位跟踪与补偿
    罗丽平;周景荣;陈海强
    2017, 56(5):  149-155. 
    摘要 ( 137 )   PDF (2455KB) ( 148 )  
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    针对LOS MIMO系统中分布式天线的多个发送端相位噪声和多个接收端相位噪声,基于LMS准则和线性均衡提出了多相位跟踪与补偿算法,通过仿真分析了该算法在不同的振荡器配置、相位噪声带宽、调制阶数和迭代步长下系统的误符号率性能。并与基于锁相环的多相位跟踪算法(PLL)作比较,结果表明:LMS算法的误符号率性能明显优于PLL算法,能有效降低LOS MIMO系统的误符号率,且更具有实用性。

    CaSO4:RE(Eu,Dy,Tm),Mn磷光体的热释光发光谱
    唐强;郭竞渊;高丽;唐桦明;张纯祥
    2017, 56(5):  156-160. 
    摘要 ( 93 )   PDF (1215KB) ( 134 )  
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    选择稀土Eu、Dy、Tm和过渡金属元素Mn,在CaSO4中进行掺杂,制成了CaSO4:RE(Eu,Dy,Tm),Mn和CaSO4:RE, Mn多晶粉末,测量了三种物质的热释光发光谱,研究稀土离子和Mn杂质在CaSO4发光中的相互作用。实验发现:稀土离子与Mn离子既是发光中心,又能对陷阱能级的分布产生影响;Mn2+对稀土离子150 ℃以上的高温热释光峰没有增强作用,只对较低温度的发光峰有显著的增强作用,即存在Mn2+向稀土离子的能量转移。但Mn2+对CaSO4中不同价态的稀土离子的增强作用差异很大,对Eu2+的发光有很强的增强作用,对Dy3+、Tm3+只有较弱的增强。