An ecological characterization of the marine resources of Vieques, Puerto Rico. Part I: Historical data synthesis

From the 1940s until 2003, portions of the island of Vieques, a municipality within the Commonwealth of Puerto Rico, were used by the US Navy as a base and training facility, resulting in development and zoning history that differ in comparison to other Caribbean islands. The majority of former Navy lands are now under the jurisdiction of the Department of the Interior’s Fish and Wildlife Service as a National Wildlife Refuge, while a smaller percentage of land was transferred to the Vieques municipality and the Puerto Rico Conservation Trust. An analysis of the distribution and status of the marine resources is timely in light of the recent land transfer, increases in development and tourism, and potential changes in marine zoning around the island. To meet this need, NOAA’s Biogeography Branch, in cooperation with the Office of Response and Restoration and other local and regional partners, conducted Part I of an ecological characterization to integrate historical data and research into a synthesis report. The overall objective of this report is to provide resource managers and residents a comprehensive characterization of the marine resources of Vieques to support research, monitoring, and management. For example, knowledge of the spatial distribution of physical features, habitats, and biological communities is necessary to make an informed decision of the establishment and placement of a marine protected area (MPA). The report is divided into chapters based on the physical environment (e.g., climate, geology, bathymetry), habitat types (e.g., reefs and hardbottom, seagrasses, mangroves) and major faunal groups (e.g. fish, turtles, birds). Each section includes five subsections: an overview, description of the relevant literature, methods of analysis, information on the distribution, status and trends of the particular resource, and a discussion of ecological linkages with other components of the Vieques marine ecosystem and surrounding environment. The physical environment of Vieques is similar to other islands within the Greater Antilles chain, with some distinctions. The warm, tropical climate of Vieques, mediated by the northeasterly trade winds, is characterized by a dry season (December-April) and a rainy season (May-November), the latter of which is characterized by the occasional passage of tropical cyclones. Compared to mainland Puerto Rico, Vieques is characterized by lower elevation, less annual precipitation, and higher average temperatures. The amount of annual precipitation also varies spatially within Vieques, with the western portion of the island receiving higher amounts of rainfall than further east. While the North Equatorial Current dominates the circulation pattern in the Greater Antilles region, small scale current patterns specific to Vieques are not as well characterized. These physical processes are important factors mitigating the distribution and composition of marine benthic habitats around Vieques. In general, the topography of Vieques is characterized by rolling hills. Mt. Pirata, the tallest point at 301 m, is located near the southwest coast. In the absence of island wide sedimentation measurements, information on land cover, slope, precipitation, and soil type were used to estimate relative erosion potential and sediment delivery for each watershed. While slope and precipitation amount are the primary driving factors controlling runoff, land use practices such as urban development, military activity, road construction, and agriculture can increase the delivery of pollution and sediments to coastal waters. Due to the recent land transfer, increased development and tourism is expected, which may result in changes in the input of sediments to the coastal environment.

Using wildlife activity and antibiotic resistance analysis to model bacterial water quality in coastal ponds

Models that help predict fecal coliform bacteria (FCB) levels in environmental waters can be important tools for resource managers. In this study, we used animal activity along with antibiotic resistance analysis (ARA), land cover, and other variables to build models that predict bacteria levels in coastal ponds that discharge into an estuary. Photographic wildlife monitoring was used to estimate terrestrial and aquatic wildlife activity prior to sampling. Increased duck activity was an important predictor of increased FCB in coastal ponds. Terrestrial animals like deer and raccoon, although abundant, were not significant in our model. Various land cover types, rainfall, tide, solar irradiation, air temperature, and season parameters, in combination with duck activity, were significant predictors of increased FCB. It appears that tidal ponds allow for settling of bacteria under most conditions. We propose that these models can be used to test different development styles and wildlife management techniques to reduce bacterial loading into downstream shellfish harvesting and contact recreation areas.

白扦的树木年轮生态学研究

树木年轮生态学是利用树木年轮来评价生态环境及其变化的学科，其基本依据是系列年轮宽度和结构特征的变化。一般情况下，半干旱草原的环境条件不适宜树木的生长，但在我国内蒙古锡林河流域的草原沙地上，存留着一片天然白扦林，它们被认为是第四纪早期的残遗植被。鉴于锡林河流域半干旱的环境条件已接近白扦的生存界限，此片残遗白扦林可认为是进行树木年轮生态学研究的理想材料。 本文应用树木年轮生态学的方法，结合木材解剖、气候资料、历史文献记录等，研究了这片残遗白扦林中白扦的生长与环境、年龄结构与环境干扰事件、白扦年轮宽度与羊草地上生物量的关系，以及全球变暖可能对该白扦林的影响等。主要结果归纳如下： 1)依据国际树木年轮库的标准，建立了65年的白扦标准年轮年表。年表的平均序列相关系数为0.47，信噪比为14.44，平均敏感度为0.18。白扦的年轮宽度年表与上年9月、当年2、5月份的降雨量之间存在显著的正相关关系。 2)通过对白扦年轮结构的观察确认，1966、1968、1972年存在高频率的窄年轮，这些年轮通常仅有两至三层晚材细胞，因此可以认为它是一类特殊的树木年轮一浅轮。 　3)白扦的年轮分析结果显示，锡林河流域的小片白扦林可能形成于20世纪20年代末至30年代初期。白扦年表( XLPI)与大青山(HHT)油松、准格尔旗(JGB)油松以及白云敖包(BYAB)红杆云杉年表之间存在显著的正相关关系;尤其值得提出的是，在20世纪20年代，HHT、JGB和BYAB年表都同时出现明显的生长下降现象。 　4)根据相关函数的分析，羊草的生长对当年5月份、7-8月份的降雨量较为敏感，与白扦的年轮宽度之间也存在两组显著的生长关系。基于这两种生长关系和白扦年轮宽度序列，本文重建了1955-1994年的羊草地上生物量动态。 5)当地气象资料显示，近40年来锡林河流域的年平均温度和各季节平均温度都呈增加的趋势，但只有夏季平均温度与白扦的年轮宽度之间存在显著的负相关关系。本文研究也发现白扦的生长与5月份的平均温度、平均最高温度以及5、6月份的极端最高温度之间存在着显著的负相关关系。 白扦标准年轮年表的统计特征表明，锡林河流域残遗白扦年轮序列包含丰富的环境信息，适合于树木年轮生态学的研究。白扦5月份开始生长，此时的降雨是最显著的生长限制因子，从而造成了白扦年轮年表与5月份降雨量之间的显著正相关关系。8-10月份，锡林河流域的降雨为全年降雨量的1/3，由于沙地土壤可以减少地面径流和有效防止土壤水分蒸发，所以此阶段内的降雨能存留在沙地内，以供笠年白扦生长发育的需要。因此，这种降雨分布和沙地基质的特征可能是白扦在年蒸发量为降雨量4-5倍的锡林河流域仍能正常生长的主要原因。 1966、1968和1972年浅轮的出现与前年和当年的特殊气候有关。气候资料的分析表明，这三年的上年生长季末至当年生长季都干旱少雨，并且生长季后期伴随着异常高温天气，这种干旱伴随高温的气候特点是造成白扦浅轮的主要因素。因此，白扦浅轮与亚北极区针叶树浅轮的发生机理是完全不同的，为迸一步研究浅轮的形成机制提供了新线索。 白扦年表与HHT、JGB和BYAB年表之间的年轮宽度变化的同步性显示，这些年表能间接地反映30年代以前造成白扦林较小年龄结构的环境干扰事件，降雨是华北半干旱区树木最突出的生长限制因子，在20世纪20年代，HHT、JGB和BYAB年表同时出现的生长下降，反映了该时期华北地区可能发生了大范围的旱灾，这一结论也为历史资料所证明。20年代白扦林的消失以及30年代后这片天然白扦林的重新出现表明了，20年代的旱灾可能是影响白扦年龄结构的主要干扰事件，它还有可能是造成白扦成片死亡的直接原因。 在锡林河流域，7-8月份是降雨最充沛的时期。相关分析表明，建群种羊草能充分利用这一水热配比最佳的时期快速生长，但白扦对当年7-8月份的降雨反应却不敏感，而与上年8-10月份的降雨量之间有显著的正相关关系。这些都证明白扦和羊草对半干旱草原环境具有不同的适应方式。羊草地上生物量与白扦年轮宽度之间的两组显著的关系可归结于两种季节降雨分配模式，它为利用白扦年轮宽度重建羊草的地上生物量的变化奠定了基础。羊草产量的重建不仅延长了锡林河流域草产量的记录，而且还开拓了用年轮宽度重建草产量的方法。 白扦年表与温度变量之间的相关分析进一步表明，不同季节温度的升高对白扦的生长产生不同的影响，尤其是夏季温度的变化，可以直接影响白扦的生长。白扦年表与5月份温度资料之间的相关分析还揭示，用月平均最高和最低温度来替代月平均温度更能说明温度变化对树木生长的影响。5、6月份是锡林河流域白扦形成层活动较旺盛的时期，因此，这期间极端高温严重影响白扦的生长。近40年来，随着大气温度的升高，白扦受到日益严重的干旱胁迫影响。如果大气变暖的趋势继续发展下去，最终将有可能导致这片残遗白扦林从锡林河流域消失

土地利用变化对西双版纳地区土壤及植被碳含量的影响

土地利用变化，尤其是热带地区森林生态系统土地利用方式的变化极大地改变了全球碳循环，对大气CO2浓度的升高，气候变暖等全球性环境问题起着不可忽视的作用。同时，森林的大面积破坏，引起土壤流失，营养元素含量降低，土壤健康状况恶化，最终大幅度降低生态系统的生产力。本文主要结合野外实地调查和室内分析的方法，研究森林砍伐后转变为农田和橡胶园对西双版纳热带地区土壤碳、氮、磷含量以及有机质化学结构的影响，天然次生林恢复、橡胶园建设对大气CO2的蓄积作用。 森林砍伐后转变为农田和橡胶园，显著地改变了土壤的理化特性。研究结果表明，与次生林相比，农田和橡胶园表层土壤容重、pH值升高，含水量降低，有机质、全氮、全磷、速效氮、有效磷含量显著降低。土地利用变化对土壤特性的影响主要发生在0-40 cm 表层土壤，而对40 cm以下土层影响较小。 土地利用变化改变土壤碳含量，同时影响土壤有机质的化学结构。胡敏酸紫外-可见光谱(UV-VIS)、傅利叶变换红外光谱 (FT-IR) 分析发现，不同生态系统表层土壤 (0-20 cm) 胡敏酸光谱学特性存在明显差异。次生林E4/E6值高于农田和橡胶园。与次生林相比，农田和橡胶园表层土壤有机质中酚基相对含量显著降低，脂肪族、芳香族、羧基以及多聚糖等化合物相对含量增加。 运用样地调查、生物量模型模拟和室内土壤样品分析方法，研究了次生林恢复和橡胶园建设对大气CO2的汇集作用。结果表明：退化土壤恢复为次生林、农田建设橡胶园能够有效促进植被和土壤中碳的汇集。次生林和橡胶林生物量增长速率分别为9.8，10.2 （9.4）t•ha-1•yr-1, 1 m表层土壤有机碳汇集速率分别为0.7和1.1 t•C•ha-1•yr-1。模拟结果显示，40年橡胶林生物量为327 (324) t•ha-1, 恢复50年后天然次生林生物量为395 t•ha-1。加之土壤有机碳，40年橡胶园约汇集碳190 t•ha-1, 次生林恢复50年碳汇集潜力为250 t•ha-1。

北京市郊区可持续景观生态规划及 优化生态生产范式研究——以昌平区为例

北京市郊区可持续景观生态规划及优化生态生产范式研究是指要遵循区域自然地理要素的分异规律，以土地利用现状格局为基础，以景观生态学原理和可持续发展准则为理论指导，以景观空间分析为具体研究内容来揭示区域土地利用类型结构、功能的异质性和有序性，以期提出优化的土地利用格局。本论文主要通过大量数据、图件的收集、野外考察与调查，文献查阅与数据处理、分析，得出以下主要结论： 一、理论方面 基于景观生态学理论——景观要素，空间结构与生态学过程，景观动态，异质性，等级结构，连接度以及景观的时空性等，以北京地区为例阐述了景观生态学理论如何合理地整合于生态建设与保育之中，并重点阐释了北京生态建设与保育“小三圈”格局的结构与功能，该系统包括山区外圈层、郊区平原中圈层和城区内圈层，其目标要实现：(1)山区发挥以水源涵养、水土保持防护为主的生态功能;(2)郊区创建农田、林地、草地异质性的人工稀树草原景观，形成带、网、片、点相结合的绿网系统;(3)城区以自身绿化和美化为主。同时，本研究针对我国的区域可持续发展进一步提出更加有效的建设性意见：(1)开展区域生态适宜性评价;(2)区域水平的土地利用格局、动态以及预测性研究;(3)进行区域可持续景观生态规划，建立区域优化生态生产范式，最终实现可持续发展目标。 二、研究方法方面 利用空间自相关指数，并结合“城-郊-乡”梯度分析法研究景观格局对尺度（包括粒度、幅度、方向）变化的响应。得出以下主要结论： 1、景观格局对于尺度变化有着不同的响应，随着空间粒度的增加，空间自相关均呈下降趋势;随着幅度的增加，空间自相关基本不变;人类干扰较多的景观几乎不受“划区效应”的影响;不同的数据类型，同一数据类型的不同景观对于尺度的变化均有着不同的响应。 2、沿“城-郊-乡”样带，空间自相关呈阶梯状增加趋势。景观空间自相关大小顺序：林牧景观>林果景观>农田景观>都市景观>都市化景观，人为干扰较多的景观具有较低的空间自相关，但对尺度的变化表现出较强的敏感性。 三、实例研究 北京市郊区可持续景观生态规划及优化生态生产范式研究是以昌平区为例，从昌平区经济与产业结构现状分析出发、以昌平区土壤理化性状分析为背景，以景观格局现状、动态，以及土地利用内部转移格局与过程、驱动因素分析为主要内容，并且重点探讨了昌平区城镇化的过程特征及空间特征，得出以下主要结论： 1、昌平区GDP配比方式，以及昌平区农村GDP结构模式均为“三二一”。昌平区在北京市农业中的地位，以及农业在昌平区GDP中所处地位均弱化。截止2001年，昌平区农业产值中，牧业>种植业>渔业>林业，牧业居于首位，占到46.70%，而传统种植业也正以小汤山为龙头向现代化、高科技、高效化的“六种农业”转化。总体讲，农业的粮食生产功能在昌平区已不再是一个重要功能，传统种植业正逐步地让位于畜牧业（人工牧草）、林业（疏林、苗圃），突出体现了具有良好生态学效益的牧草、林果在未来大农业发展中的战略地位。 2、昌平土壤肥力状况良好，景观分区与土壤理化性质是吻合的。基于土壤理化基质，昌平区应形成林、灌、草为主的山区景观，园林式城镇、林、果、灌相结合的山前倾斜平原景观，以及农、林、草配置的生态农业景观和花卉、种苗、绿化带相辉映的绿色生态住宅景观。 3、从1989~2001年期间，研究区内土地利用景观经历了很大的变化。土地利用景观的量变主要体现在城镇用地的迅速扩张和耕地的锐减，而土地利用类型的变化则体现在水田、传统菜地的逐渐消失，以及2001年后人工牧草的大面积推广种植。景观格局在不同景观分区的差异也得以论证，中北部山麓平原卫星城镇、旅游林果区（III）具有最高的多样性和最低的优势度、聚集度，中南部平原高科技、都市生态农业区（II）的多样性最低，而优势度、聚集度最高，对于南部平原都市边缘、城镇住宅区（I）各指标则介于III和II区之间。 4、从1989~2001年期间，土地利用的内部转移主要体现在耕地向城镇用地的大面积转移，其次，传统菜地转向城镇用地和其他种植耕地，而人工牧草是由部分耕地转移而来的。城镇化、水资源短缺和农业政策是主要驱动因素。土地利用的内部转移具有明显的区域差异，中北部山麓平原卫星城、旅游林果区体现出卫星城镇的发展，南部平原都市边缘住宅区则反映出北京都市边缘的向外扩张，而中南部平原高科技都市农业区则正向现代化的、高科技都市农业示范区发展。 5、昌平区三种主要的城镇化模式，即都市边缘带状城镇扩展模式、交通主轴线状城镇扩展模式和卫星城面状城镇扩展模式。研究表明，昌平区的城镇化主要集中在1989~1996年期间。 基于昌平区的产业与经济结构现状，土壤养分状况，景观结构现状、动态，土地利用转移方向，并且结合昌平区自然地理分异规律，社会经济因素对昌平区进行了可持续景观规划，昌平区应遵循的四个景观分区为：北部中低山生态保护、生态旅游区;中北部山麓平原卫星城镇、旅游林果区;中南部平原高科技、都市生态农业区;南部平原都市边缘、城镇住宅区。 最后作为总结、归纳，我们提出昌平区优化生态生产范式，昌平区的发展应定位于（1）生态环境保护与水源涵养的生态功能;（2）教育、示范、创新功能;（3）生活功能，并且遵循自然地域分异规律原则、因地制宜原则、生态主导性原则、统筹兼顾原则，大力发展昌平区经济的优势产业，即畜牧业、林果业和旅游业，突出肉羊、苹果、牧草和林木种苗等四个具有昌平特色的主导产业。 景观生态学;景观空间格局;可持续景观生态规划;土地利用变化;优化生态生产范式;北京昌平区

松嫩平原农牧交错区优化生态-生产范式——以长岭县为例

松嫩平原农牧交错区位于松嫩平原的西部，中国北方农牧交错带的最东端;具有独特的地质环境特点，环境问题突出，是我国生态脆弱地区之一，及世界三大苏打盐碱土集中分布区之一。近年来，由于人为的不合理利用和开垦、以及粗放的生产模式，使该地区生态系统严重受损，土地沙漠化、水土流失、盐碱化、土地生产力下降等生态环境问题日益突出。因此，建立一个适合该地区生态环境条件、社会经济发展状况的优化生态-生产范式是必要而紧迫的。 本论文以松嫩平原农牧交错区为研究对象，以其典型地段为切入点，通过大量数据的收集、文献资料的查阅、野外考察与测定、室内分析处理等，得出了以下主要结论： 一、生态-地理环境背景分析 松嫩平原农牧交错区是多种生态-地理环境危害并存的区域，其中包括盐碱化、沙漠化、气候灾害、水资源短缺等等。当前，沙化土地和盐碱化土地的面积已占该地区土地总面积的34.27 %，并且呈逐年递增的趋势。松嫩平原农牧交错区气候灾害频发，主要是旱灾、水灾、风灾。此外，水资源短缺以及水质问题，同样影响着农业生产及社会经济发展。造成松嫩平原农牧交错区多种生态-地质环境危害并存的主要影响机制是：该地区自身的地质-地理环境特点、气候因素和人类活动的综合效应，并且人类活动日益成为主要驱动因子。 二、实例研究 松嫩平原农牧交错区优化生态-生产范式研究是以长岭县为例，通过对长岭县景观格局变化分析、土壤格局分布、农牧业生产特点、以及农业可持续性评价等，得出以下结论： 1、对研究区内土地利用格局分析表明：1980 ~ 2000年，在土地利用类型没有发生变化的基础上，表现为各土地利用类型面积上的增减;草地、林地大面积地向农田转移，农田面积明显增加;大规模地开垦农田，已经导致了景观的优势度增加，破碎度增加，多样性下降，这最终将使整个景观趋于更加不稳定。 2、长岭县土壤总体水平较差，障碍性土壤占长岭县总土地面积的55.38 %。从土地利用变化对不同地势条件下土壤理化性状影响分析，结果表明：（1）地势相对高的平台地，土壤肥力较高，且开垦对土壤理化性质的影响相对较小，更适合农业开发;（2）低地原生植被为草甸草原，其养分状况也比较好，但其地势较低，易发生水渍和盐碱化;（3）坡地是当地土壤养分最为贫瘠地区，也是风沙土较集中分布的区域，对其开垦会增大土壤的风蚀和水蚀，使土壤养分状况严重下降。 3、对研究区牧草资源分布格局、牧草资源承载力和利用现状等进行分析，结果表明：放牧系统提供的牧草资源已不能满足当地畜牧业对牧草资源的需求。草地提供的牧草资源仅能满足总牧草需求的16.6 %，放牧系统提供的牧草仅占总牧草需求的47.3 %;玉米秸秆转化为牧草资源的潜力巨大，经估算，占总牧草资源的78.3 %，其承载力为总牧草需求的2.4倍。当前，农牧交错区牧草资源的粗蛋白含量普遍偏低，不能完全满足动物生产的需要，制约了当地畜牧业发展。根据当地畜牧业现状、牧草资源潜力，我们提出：应在合理利用当地牧草资源的基础上，有计划地建立高产优质、富含粗蛋白的人工牧草基地，实现畜牧业可持续发展与生态保护的协调统一。 4、长岭县是以第一产业为主，即农业生产为主要经济来源。对农业生产结构的分析表明：农牧业生产占总农业产值的90 %以上，并以种植业为主，种植业一直占总农业产值60 %以上。受当地气候条件、土壤格局分布的限制，单一粮食生产、粗放的生产模式以及对天然草地资源的过分依赖，最终导致该地区农牧业发展缓慢，经济条件落后。 5、在上述分析的基础上，作者提出了长岭县优化生态-生产范式，即以高效农业生产、生活圈，水土保持和自然生态保育圈、牧草生产基地及生态功能保护圈的三圈等级系统。以此为依据，对土地利用格局进行调整，通过粮、草、经多元农业结构的建设，在合理利用与保护草地的基础上，使长岭县畜牧业走向产业化的发展模式。

内蒙古温带典型草原土壤净氮 矿化作用

作为陆地植物生长和生态系统初级生产力的主要限制因子之一，土壤氮素矿化和可利用性对全球变化的响应决定着未来陆地生态系统的碳储量并对全球碳循环产生长远的深刻影响。众所周知，土壤中大部分氮以有机态存在，有机态氮必须经过转化成为无机态氮才能被植物吸收利用。土壤氮素矿化是将有机态氮转化为无机态氮的生物化学过程，决定着土壤中氮素的可利用性。理解氮素在草原生态系统中的转化（包括矿化，硝化作用）过程，有助于我们充分认识草地退化机理，为草地恢复和重建提供理论依据。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站的典型羊草草原区，选取了1979年围封（没有割草和放牧利用）、1999年围封（没有割草和放牧利用）和长期自由放牧三种不同土地利用方式的羊草草地，分别代表人为干扰强度从小到大的梯度，利用室内和野外原状土培育实验两种方法，研究了人为干扰强度和环境因子（温度和水分）对土壤无机氮转化的影响。 室内实验：设置不同的温度梯度和水分梯度，在不同的时间段内在室内对原状土柱进行培养，观察这些因子对土壤净氮矿化的影响。结果表明：（1）土壤无机氮库（NH4+-N和NO3−-N）在不同土地利用变化情况下具有显著差异。但是，经过室内培养，净氮矿化速率和硝化速率之间差异不显著，只有铵化速率表现出显著差异。（2）温度对铵化、硝化和矿化速率有显著影响。但是当培养温度低于5℃时，无论培养时间多长净氮矿化的累积和净氮矿化速率之间差异皆不显著。温度高于15℃的三个温度之间净氮矿化的累积和净氮矿化速率差异极显著。（3）土壤湿度对净硝化和净矿化速率有显著影响，但是对铵化速率没有显著影响，表明当土壤水分限制硝化细菌的活性时，硝化速率对于水分的增加显得更加敏感。（4）培养时间对铵化、硝化和矿化量的积累有极显著影响。随着培养时间的延长铵态氮积累的量较少，但是硝态氮的量随着培养时间延长积累的量很多。（5）我们的研究表明温度、湿度和培养时间之间对净氮矿化的影响存在极显著的互作效应。 野外试验：在三种不同土地利用历史的草地，利用顶盖埋管原位培育法测定土壤的无机氮库、净硝化、铵化和净氮矿化的季节动态。2004年5月开始，每隔30天一次，到11月结束。结果表明：（1）三种不同土地利用方式的草地生态系统土壤中的NO3－-N和NH4+-N含量都表现出明显的季节变化趋势，自由放牧样地与围封25年样地季节趋势基本一致，围封5年样地各月间NO3－-N和NH4+-N含量的差异都达到显著水平。（2）三种不同土地利用方式的草地无机氮的季节动态两两比较发现，NO3－-N浓度在6、7和9月差异极显著;而在8月三个样地之间差异不显著;NH4+-N浓度在5月、7月和8月三个样地之间都达到显著水平，在6月、9月和10月情况有所不同，6月自由放牧地与围封25年间差异不显著，而这两个样地与围封5年的样地差异达显著水平，9月围封25年和围封5年两个样地之间差异不显著，而与自由放牧样地之间差异显著;10月情况又有变化，是自由放牧样地与围封5年的样地之间差异不显著，与围封25年样地之间差异达显著水平;（3）土壤无机氮库和氮素的矿化/硝化速率都存在明显且比较一致的季节动态，但是在个别月份也有较大差异，总的趋势是围封25年的样地硝化速率高于围封5年和自由放牧样地。上述结果表明：在温带典型草原，土地利用方式对土壤氮素库和矿化有着重要影响;各样地之间土壤氮素库和矿化速率的差异可能是由于土壤温度、水分、无机氮库和土壤基质的改变而引起的。

土地利用方式对内蒙古农牧交错区草地生态系统的影响

陆地生态系统是人类赖以生存与持续发展的基础。由于其巨大的碳储存能力陆地生态系统在全球碳循环过程中发挥着重要作用，尤其是在延缓因大气中CO2浓度升高所引起的气候变化方面作用更为突出。作为世界上最广布的植被类型之一，草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，其面积占到全球陆地面积的五分之一。中国有着世界第二大的草地生态系统，面积为3.55×108 hm2，约占世界草地面积的6％～8％，其碳储量为世界总碳储量的9％～16％。以内蒙古高原为主体的北方草地，面积约占国土总面积的40％左右，是一种重要的可再生的农牧业资源;作为一种重要的绿色生态屏障，北方草地在调节气候，涵养水源，防风固沙，净化空气和美化环境等方面起着重要作用。由于人口的增长和经济发展的需求，许多土地利用方式呈现在北方农牧交错区。地处内蒙古高原南麓的多伦县属于典型的农牧交错区，良好的气候条件和复杂的人文环境决定了多种土地利用方式在这一地区的并存，为开展不 同土地利用方式对草地生态系统影响的研究提供了天然的研究场所。 本研究选择了多伦县境内的6种土地利用方式作为研究对象，即围封禁牧样地、刈割禁牧样地、自由放牧样地、人工（紫花苜蓿）草地、农田（青贮玉米）和弃耕地，主要研究在这几种不同的土地利用方式影响下，土壤碳氮储量、草地生态系统功能（生产力等）和群落结构的变化。通过对土壤碳氮储量变化的研究发现： (1) 不同土地利用方式因其地上净初级生产力的不同而影响了土壤的碳氮储量，但是高的地上初级生产力并不一定能提高土壤的碳氮储量，如青贮玉米地。这主要是因为土壤碳氮储量与根系和凋落的输入相关。 (2) 不同土地利用方式对植被的浅层（0-20 cm）根系影响较大，继而影响了土壤的碳氮储量。这是因为大约80％的根系碳氮和50％的土壤碳氮储量都集中分布在这一层次。而土壤潜在库容的进一步扩大则要依靠深层根系生物量的增加，以提高深层土壤的碳氮含量，如人工（苜蓿）草地。 (3) 在合理利用方式或者科学管理措施下，草地土壤有机碳储量处于8 kg C m-2到10 kg C m-2之间，比过度退化草地的有机碳储量提高了50％。 (4) 经过短期恢复，土壤的库容量会很快增加，表现出较强的储存功能。因此，通过合理的土地利用方式和管理措施，中国北方农牧交错区可以转变成一个巨大的碳汇。 通过对不同利用方式下草地生态系统的功能、群落结构和物种多样性恢复的研究，得到如下实验结果： (1) 与自由放牧相比，短期（5年）禁牧（围封和刈割）提高了草地的地上净初级生产力和物种数目。围封禁牧和刈割禁牧草地的地上净初级生产力分别比自由放牧草地高出107.3％和50％;而物种数目则分别比自由放牧草地增加了14.8％和25.9％。 (2) 围封和刈割禁牧，尤其是后者，主要增加了非禾本科草本植物在群落中所占的比例;而在自由放牧草地，灌木和半灌木种群在群落中占有绝对优势。 (3) 物种多样性和生产力间的关系因外部干扰程度的不同而变化。在轻度干扰（围封禁牧）和中度干扰（刈割禁牧）下，生产力和物种多样性间呈指数正相关关系;而在重度干扰（自由放牧）下，群落地上净初级生产力随着物种多样性的增加呈指数递减的趋势。 通过对不同土地利用（或干扰）方式下，草地生态系统小尺度上的空间属性进行分析后，得到以下研究结果： (1) 群落和物种的地上生物量以及土壤养分均表现出显著的小尺度空间结构特征，并且在不同利用方式影响下，这种空间属性表现出较大的差异。 (2) 禁牧（围封和刈割）草地的土壤有机碳和氮含量比较高。土壤有机碳的变程较小，变化范围为0.83～1.40 m，其在三种类型土地利用的变异系数都维持在18.0％左右;土壤全氮的空间自相关尺度为0.46～14.69m，变异系数为12.10％～30.86％。 (3) 群落地上生物量以禁牧（围封和刈割）草地较高。在围封禁牧和刈割禁牧草地内的变异系数分别为26.48％和19.94％，在自由放牧草地的变异系数为67.47％;其空间自相关尺度为0.74～3.9m。在不同的土地利用方式下，物种、功能群以及多样性指数都表现出显著的空间异质性，并且其空间属性变化各异。 (4) 土壤养分和植被的空间分布相互影响，互为因果关系。这种小尺度的空间格局差异是群落演替的驱动力，而不同的土地利用方式正是通过改变群落内小尺度的空间属性来影响了群落的演替方向。 在不同土地利用方式影响下，草地生态系统不仅在宏观功能，如生态系统生产力、群落结构和土壤的碳氮储量等方面表现出较大的差异，而且在微观结构上，如土壤养分和物种的空间属性等方面也发生了明显了变化，并且宏观和微观上的变化相互促进相互影响，它们的相互作用在很大程度上决定了群落的演替方向和草地生态系统全球变化过程中的具体作用。

游牧文化、草地利用方式变迁与现代生态系统管理 — 以内蒙古锡林河流域为例

锡林郭勒草原位于内蒙古自治区中部，草地面积居我国11片重点牧区之首，是我国温带典型草原的核心分布区和重要的草地畜牧业生产基地。长期以来，锡林郭勒草原作为我国北方地区的一道重要的绿色生态屏障，有效地阻止了草原腹地的土壤侵蚀、沙化以及来自中亚和我国西部的沙尘侵害，对于维持整个华北地区，特别是京、津大都市的生态环境安全起着极其重要的作用。然而，近几十年来，由于人类活动的强度干扰锡林郭勒草原发生了严重退化，生产力显著降低，草原的生态服务功能日益衰减。本文以锡林郭勒草原传统的游牧文化和草地利用方式的变迁作为切入点，以锡林河流域为案例，深入分析了社会驱动力在草地退化过程中的主导作用，目的在于揭示土地利用方式的变化、农牧业人口的剧增和牲畜数量在时间和空间分布的变化趋势与锡林河流域草地退化的关系，进而探求锡林河流域草地畜牧业的可持续发展途径。同时，近年来由于草地退化速度的加剧和草地退化面积的不断扩张，以及世界许多资源保护计划和可持续发展项目的失败，人类原始的土著文化对当地生态环境的保护和维持作用，引起了自然和社会科学界共同的关注，本文应用草地调查和社会调查的方法以及GIS技术对锡林河流域草地退化时空分布规律及其成因进行了研究。 原始游牧是锡林郭勒草原历史悠久的草地利用方式，而草原游牧文化则是蒙古族传统文化的重要组成部分。随着人类社会不断地走向文明和现代化，传统的游牧逐渐地被半定居和定居定牧的方式所取代，蒙古族传统的草原游牧文化也随之走向衰落。本文采用社会调查方法对锡林河流域已经结束了50多年的游牧利用方式进行考察，探讨了不同土地利用方式时空格局，以及土地利用方式变迁对草地退化格局的影响，进而强调了传统的草原游牧文化对于人类的行为规范、价值观念、环境保护和维持生态系统功能的重要意义。 以1984年和2004年开展的大量草地调查数据为基础，结合同期的TM数据，分析了20年来锡林河流域草地退化程度及其空间分布，结果发现锡林河流域草地退化面积达到70％之多，从东南向西北草地退化程度明显加剧。同上世纪80年代中期相比，锡林河流域植被在近20余年来的变化状况表现为：局部恢复，部分地区变化不明显，总体上呈现出不断恶化的发展势头。通过对位于 锡林河流域的锡林浩特市及其邻近地区的社会驱动因子的分析，并应用统计学和GIS空间分析的方法，对锡林河流域土地利用、牧业人口和牲畜数量等因子在近35年来的变化过程进行了系统研究，发现土地利用变化、人口的急剧增加、以及过度放牧是导致锡林河流域草地退化加剧的主要原因。 在上述分析的基础上，以适应性生态系统管理和可持续性科学的基本理论为指导，对锡林河流域的生态环境保护和草地畜牧业的可持续发展提出了一些具体的建议和措施。

胶东半岛海岸带土地利用变化及其水文效应--以夹河流域为例

在归纳和总结国内外关于土地利用和土地覆被变化(LUCC)及其水文效应研究大量文献的基础上，以胶东半岛海岸带的夹河流域为案例，利用1979、1990、2000和2009年四个时相的遥感影像信息进行分类，得到土地利用分布数据，对夹河流域土地利用分布与变化、土地利用变化驱动力、土地利用变化的模拟、预测及其水文效应等问题等进行了较为系统的研究。研究表明：夹河流域的土地利用以耕地、林地和草地为主；土地利用分布受高程、坡度、到河流距离、到居民点距离和政策等因素的影响显著，而且自1979年以来，流域内土地利用发生了很大的变化，最显著的特点是受人口增长、经济发展和城市化的影响，城镇、农村居民点以及独立工矿等建设用地的面积大幅增加。应用LTM模型和CA-Markov模型对夹河流域土地利用变化进行模拟、预测，并分析和比较两个模型的特征与精度水平，结果表明：CA-Markov模型的原理与技术均较明确，模拟精度整体较高；LTM模型的灵活性、可扩展性和可探索性较强，但模拟精度受驱动力选择、数据制备方法等因素的影响，因而案例区模拟结果的精度略低。基于N-SPECT水文分析模型，利用土壤分布数据、多时相土地利用数据和过去10年（2000~2009年）的年降水数据，以年径流量指标为代表，对土地利用变化的水文效应进行模拟及未来情景分析，结果表明，未来20年夹河流域土地利用变化具有促使流域年径流量及河口入海通量持续增加的趋势。通过研究认为，为服务于海岸带区域可持续发展的框架目标，宜于强化流域综合管理和海岸带综合管理的集成与衔接，科学规划、合理配置夹河流域土地资源的结构特征和空间布局，促进经济、社会和生态环境的协调发展。

Implications of local lifecycle analyses and low carbon fuel standard design on gasohol transportation fuels

State and regional policies, such as low carbon fuel standards (LCFSs), increasingly mandate that transportation fuels be examined according to their greenhouse gas (GHG) emissions. We investigate whether such policies benefit from determining fuel carbon intensities (FCIs) locally to account for variations in fuel production and to stimulate improvements in FCI. In this study, we examine the FCI of transportation fuels on a lifecycle basis within a specific state, Minnesota, and compare the results to FCIs using national averages. Using data compiled from 18 refineries over an 11-year period, we find that ethanol production is highly variable, resulting in a 42% difference between carbon intensities. Historical data suggests that lower FCIs are possible through incremental improvements in refining efficiency and the use of biomass for processing heat. Stochastic modeling of the corn ethanol FCI shows that gains in certainty due to knowledge of specific refinery inputs are overwhelmed by uncertainty in parameters external to the refiner, including impacts of fertilization and land use change. The LCA results are incorporated into multiple policy scenarios to demonstrate the effect of policy configurations on the use of alternative fuels. These results provide a contrast between volumetric mandates and LCFSs. © 2011 Elsevier Ltd.

Quantifying the uncertainties in life cycle greenhouse gas emissions for UK wheat ethanol

Biofuels are increasingly promoted worldwide as a means for reducing greenhouse gas (GHG) emissions from transport. However, current regulatory frameworks and most academic life cycle analyses adopt a deterministic approach in determining the GHG intensities of biofuels and thus ignore the inherent risk associated with biofuel production. This study aims to develop a transparent stochastic method for evaluating UK biofuels that determines both the magnitude and uncertainty of GHG intensity on the basis of current industry practices. Using wheat ethanol as a case study, we show that the GHG intensity could span a range of 40-110 gCO2e MJ-1 when land use change (LUC) emissions and various sources of uncertainty are taken into account, as compared with a regulatory default value of 44 gCO2e MJ-1. This suggests that the current deterministic regulatory framework underestimates wheat ethanol GHG intensity and thus may not be effective in evaluating transport fuels. Uncertainties in determining the GHG intensity of UK wheat ethanol include limitations of available data at a localized scale, and significant scientific uncertainty of parameters such as soil N2O and LUC emissions. Biofuel polices should be robust enough to incorporate the currently irreducible uncertainties and flexible enough to be readily revised when better science is available. © 2013 IOP Publishing Ltd.

Biodiversity changes in the lakes of the Central Yangtze

The Central Yangtze ecoregion in China includes a number of lakes, but these have been greatly affected by human activities over the past several decades, resulting in severe loss of biodiversity. In this paper, we document the present distribution of the major lakes and the changes in size that have taken place over the past 50 years, using remote sensing data and historical observations of land cover in the region. We also provide an overview of the changes in species richness, community composition, population size and age structure, and individual body size of aquatic plants, fishes, and waterfowl in these lakes. The overall species richness of aquatic plants found in eight major lakes has decreased substantially during the study period. Community composition has also been greatly altered, as have population size and age and individual body size in some species. These changes are largely attributed to the integrated effects of lake degradation, the construction of large hydroelectric dams, the establishment of nature reserves, and lake restoration practices.

陕西省米脂县耕地动态变化与粮食安全研究

根据米脂县1990—2007年粮食生产的相关数据,对该县耕地、人口和粮食生产动态变化以及粮食总产与其影响因素进行了灰色关联度分析。结果表明,退耕还林还草工程是耕地总面积迅速减少的主要原因;提高粮食单产保障粮食总产是实现粮食安全的最关键因子;持续增长的人口造成耕地的承载压力越来越大,并对该区实现粮食安全提出了更大的挑战。最后,根据分析结果提出了增加科技投入,提高单产,保护耕地,挖掘耕地潜力等措施以保障该区域的粮食安全,为政府部门制定相关粮食安全政策提供科学的理论依据。

基于项目驱动的藉河流域土地利用时空变化动态分析

根据1997年、2001年和2005年三期TM影像资料,运用遥感非监督分类的方法提取土地利用信息。利用地理信息系统空间分析和数据统计的方法,分析藉河流域1997~2005年间土地利用数量变化和空间变化特征,研究该地区主要土地利用类型数量变化、空间变化以及在不同坡度的动态变化特征。结果表明:耕地、林地和草地三种主要土地利用类型占该研究区土地利用面积的97%以上,是该研究区主要的土地利用类型。以1997年为基数,到2001年和2005年耕地减少幅度分别为1.2%和11.1%,因此1997~2001年的退耕程度小于2001~2005年;在不同坡度上,土地利用变化主要发生在5°~40°,而且在15°~25°之间变化最大。