Sensitivity of Lake Sturgeon population dynamics and genetics to demographic parameters [Powerpoint Slide]

Lake sturgeon Acipenser fulvescens restoration is a priority throughout the Great Lakes basin, where sturgeon have been reduced to less than 1% of historic levels due to habitat degradation, overharvest, and fragmentation of spawning populations. The population parameters most important to long-term lake sturgeon persistence are unknown.

An ecological characterization of the marine resources of Vieques, Puerto Rico Part II: Field studies of habitats, nutrients, contaminants, fish, and benthic communities

Since the 1940s, portions of the Island of Vieques, Puerto Rico have been used by the United States Navy (USN) as an ammunition support detachment and bombing and maneuver training range. In April 2001, the USN began phasing out military activities on the island and transferring military property to the U.S. Department of the Interior, the Municipality of Vieques, and the Puerto Rico Conservation Trust. A small number of studies have been commissioned by the USN in the past few decades to assess selected components of the coral reef ecosystem surrounding the island; however, these studies were generally of limited geographic scope and short duration. The National Oceanic and Atmospheric Administration’s (NOAA) National Centers for Coastal Ocean Science (NCCOS), in consultation with NOAA’s Office of Response and Restoration (OR&R) and other local and regional experts, conducted a more comprehensive characterization of coral reef ecosystems, contaminants, and nutrient distribution patterns around Vieques. This work was conducted using many of the same protocols as ongoing monitoring work underway elsewhere in the U.S. Caribbean and has enabled comparisons among coral reef ecosystems in Vieques and other locations in the region. This characterization of Vieques’ marine ecosystems consists of a two part series. First, available information on reefs, fish, birds, seagrasses, turtles, mangroves, climate, geology, currents, and human uses from previous studies was gathered and integrated into a single document comprising Part I of this two part series (Bauer et al. 2008). For Part II of the series, presented in this document, new field studies were conducted to fill data gaps identified in previous studies, to provide an island-wide characterization, and to establish baseline values for the distribution of habitats, nutrients, contaminants, fish, and benthic communities. An important objective underlying this suite of studies was to quantify any differences in the marine areas adjacent to the former and current land-use zoning around Vieques. Specifically of interest was the possibility that either Naval (e.g., practice bombing, munitions storage) or civilian activities (e.g., sewage pollutants, overfishing) could have a negative impact on adjacent marine resources. Measuring conditions at this time and so recently after the land transfer was essential because present conditions are likely to be reflective of past land-use practices. In addition, the assessment will establish benchmark conditions that can be influenced by the potentially dramatic future changes in land-use practices as Vieques considers its development. This report is organized into seven chapters that represent a suite of interrelated studies. Chapter 1 provides a short introduction to the island setting, the former and current land-use zoning, and how the land zoning was used to spatially stratify much of the sampling. Chapter 2 is focused on benthic mapping and provides the methods, accuracy assessment, and results of newly created benthic maps for Vieques. Chapter 3 presents the results of new surveys of fish, marine debris, and reef communities on hardbottom habitats around the island. Chapter 4 presents results of flora and fauna surveys in selected bays and lagoons. Chapter 5 examines the distribution of nutrients in lagoons, inshore, and offshore waters around the island. Chapter 6 is focused on the distribution of chemical contaminants in sediments and corals. Chapter 7 is a brief summary discussion that highlights key findings of the entire suite of studies.

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.

Report of the special session of "Chesapeake Bay Ecological Forecasting: Moving Ecosystem Modeling from Research to Operation" of the 2010 Chesapeake Modeling Symposium

Moving ecosystem modeling from research to applications and operations has direct management relevance and will be integral to achieving the water quality and living resource goals of the 2010 Chesapeake Bay Executive Order. Yet despite decades of ecosystem modeling efforts of linking climate to water quality, plankton and fish, ecological models are rarely taken to the operational phase. In an effort to promote operational ecosystem modeling and ecological forecasting in Chesapeake Bay, a meeting was convened on this topic at the 2010 Chesapeake Modeling Symposium (May, 10-11). These presentations show that tremendous progress has been made over the last five years toward the development of operational ecological forecasting models, and that efforts in Chesapeake Bay are leading the way nationally. Ecological forecasts predict the impacts of chemical, biological, and physical changes on ecosystems, ecosystem components, and people. They have great potential to educate and inform not only ecosystem management, but also the outlook and opinion of the general public, for whom we manage coastal ecosystems. In the context of the Chesapeake Bay Executive Order, ecological forecasting can be used to identify favorable restoration sites, predict which sites and species will be viable under various climate scenarios, and predict the impact of a restoration project on water quality.

Growth, mortality, and hatchdate distributions of larval and juvenile spotted seatrout (Cynoscion nebulosus) in Florida Bay, Everglades National Park

Life history aspects of larval and, mainly, juvenile spotted seatrout (Cynoscion nebulosus) were studied in Florida Bay, Everglades National Park, Florida. Collections were made in 1994−97, although the majority of juveniles were collected in 1995. The main objective was to obtain life history data to eventually develop a spatially explicit model and provide baseline data to understand how Everglades restoration plans (i.e. increased freshwater flows) could influence spotted seatrout vital rates. Growth of larvae and juveniles (<80 mm SL) was best described by the equation loge standard length = –1.31 + 1.2162 (loge age). Growth in length of juveniles (12–80 mm SL) was best described by the equation standard length = –7.50 + 0.8417 (age). Growth in wet weight of juveniles (15–69 mm SL) was best described by the equation loge wet-weight = –4.44 + 0.0748 (age). There were no significant differences in juvenile growth in length of spotted seatrout in 1995 between three geographical subdivisions of Florida Bay: central, western, and waters adjacent to the Gulf of Mexico. We found a significant difference in wet-weight for one of six cohorts categorized by month of hatchdate in 1995, and a significant difference in length for another cohort. Juveniles (i.e. survivors) used to calculate weekly hatchdate distributions during 1995 had estimated spawning times that were cyclical and protracted, and there was no correlation between spawning and moon phase. Temperature influenced otolith increment widths during certain growth periods in 1995. There was no evidence of a relationship between otolith growth rate and temperature for the first 21 increments. For increments 22–60, otolith growth rates decreased with increasing age and the extent of the decrease depended strongly in a quadratic fashion on the temperature to which the fish was exposed. For temperatures at the lower and higher range, increment growth rates were highest. We suggest that this quadratic relationship might be influenced by an environmental factor other than temperature. There was insufficient information to obtain reliable inferences on the relationship of increment growth rate to salinity.

常绿阔叶林恢复生态学研究初报

生物多样性的维持、监测、保育与恢复是生物多样性科学的核心研究内容( DIVERSITAS)。作为世界上典型的植被类型，常绿阔叶林以其丰富的生物多样性而倍受世人关注。我国的常绿阔叶林是全球分布面积最大，发育最为典型的常绿阔叶林，其分布区多为农业区，与长江流域的生态安全密切相关：伴随着人们的生产活动，生境的岛屿化与破碎化问题越来越突出，常绿阔叶林的合理保育问题和生态恢复问题已成为大家关注的焦点。本研究“常绿阔叶林恢复生态学研究初报”正是在这种背景下开展的，主要实验研究工作与结果如下： 1．系统综述了生态系统退化程度的诊断指标体系、途径与方法，绘制了生态系 统退化程度的概念模型，为恢复生态学研究和生态恢复实践提供参考。 2．固定样地的建立：为深入开展生物多样性与恢复生态学研究，本研究建立了一系列固定样地（常绿阔叶林固定样地、常绿落叶阔叶林固定样地、退化生态系统恢复与重建实验样地等），这些样地的建立为进一步深化研究奠定了坚实基础。 3．种群大小级结构特征：对栲树Castanopsis fargesii和油茶Camellia oleifera种 群大小级结构特征研究表明，栲树种群大小级结构（高度级和胸围级）呈弱双峰型分布，油茶种群大小级结构呈倒“J”型分布。对树木大小级划分标 准的比较研究表明划分标准的选择应基于研究目的和物种性质。作者认为应深入研究干扰特别是生境的岛屿化与破碎化对常绿阔叶林稳定性的影响。 4．种子扩散与种群维持：种子扩散是种群维持的一个关键阶段，而建群种的维持机制可在一定程度上反映群落的维持机理。对都江堰常绿阔叶林固定样地的主要建群种栲树种子扩散的研究表明，种子雨密度、种子在地上保留密度以及种子丢失状况是个动态过程，种子雨在2001年持续了约3个月的时间，种子年产量达到每平方米73.37个正常种子;研究发现栲树种子下落后能在地上保留一段相当长的时间（捕食者饱和现象“predator satiation"），这为种子萌发提供了更多的时间和机会，从而使得栲树种群能通过大年(the mast year)的高种子产量与捕食者饱和现象顺利完成自然更新;捕食者饱和现象有助于解释栲树的优势种群地位和稳定机制，以及对整个生态系统稳定性的贡献;作者提出了一个描述栲树种子扩散命运的概念模型，该模型表明种子雨与种子丢失的不同阶段是在不同程度上以不同方式贡献于栲树的自然更新。总之，栲树自然更新伴随着一个复杂的种子扩散过程。 5．光因子调控与生态恢复：光是影响植物生长的一个重要生态因子。研究了三种不同遮荫处理（100% PAR、40% PAR和22% PAR）对青冈Cyclobalanopsis glauca幼苗在亚热带弃耕地上的影响作用，两年的研究结果显示：青冈幼苗 可以在弃耕地上正常生长：两种遮荫处理(40% PAR和22% PAR)对青冈的萌芽和幼苗生长有正效应，并且22% PAR遮荫处理有明显的促进作用;本研究也说明了植物在不同的遮荫处理作用下有不同的生长策略。关于在生态恢复中如何利用光因素对植物生长的影响以及遮荫的复合效应问题值得深入研究。 6．种间关系与生态恢复：杂草竞争是植被恢复中的一个重要问题。对两种常绿阔叶树种（青冈和石栎Lithocarpus glaber）在不同坡位（坡上位、中位、下位）和有无地上杂草竞争的情况下的对比研究表明：不同物种在不同坡位，其幼苗生长对杂草竞争的反应是不同的;在坡上位和下位，除草处理能显著地提高青冈幼苗的田间保存率、苗高、基径和冠幅的生长，而在中位，除草处理的效果不显著;但是对于石栎来说，除草处理仅能显著地提高坡中位幼苗基径的生长量;研究说明了（地上）杂草竞争对植物生长的影响（程度）因物种而异，因而除草处理并不是对所有常绿阔叶树种的幼苗生长有促进作用，杂草竞争也不是一切常绿阔叶树种在弃耕地上建立与定居的障碍因子。作者建议在生态恢复实践中应根据具体情况选择除草与否，关于杂草竞争／除草在植被恢复中的作用值得进一步研究。

黄土高原植被恢复与新产业带形成的生态学基础研究

从生态地理背景论草地畜牧业产业在黄土高原农业可持续发展中的战略地位 黄土高原要实现生态与生产双赢的目标，契机是退耕还林还草，突破口是建立能兼顾生态生产协调发展的主导产业。从地形地貌、水热分布及自然植被特征的角度分析，黄土高原实施以农为主或农林牧综合发展的方略，均有悖于黄土高原生态地理背景。而草地畜牧业产业的生产要素及其过程在较大程度上吻合了黄土高原的生态地理背景，具有生态的适应性和生产的有效性，应作为黄土高原优化的生态生产范式建制中的主导产业。未来黄土高原产业的发展格局应该是以草地畜牧业为主导，农业和林业作为补充和完善的产业发展体系。此外，未来黄土高原草地畜牧业家畜养殖应以舍饲为主。 黄土高原自然植被演替过程中的物种特征与土壤养分动态研究 在3—149年的时间尺度上，对黄土高原自然植被次生演替过程中物种特征和土壤养分动态进行了研究。结果表明：1）随着演替时间尺度的延伸，土壤全C、全N含量呈增加趋势，而土壤全K、全Na和土壤pH值呈下降趋势，土壤全P变化趋势不明显;此外，表层( 0~10 cm)土壤Ca0含量呈下降趋势，深层( 20-30 cm，40-50 cm)则呈增加趋势。演替过程对土壤养分动态影响的程度随着取样深度的增加而减弱;2）植物群落物种丰富度在演替的中间阶段最高，后者对应于中等土壤养分水平;3）在演替的早期阶段，植物群落优势种往往具有稳定的土壤种子库，CR-生活史对策和S．繁殖对策，在贫瘠的土壤上具有较强的竞争能力;而具有较强的水平扩展能力和克隆繁殖能力，C-生活史对策、对土壤C，N具有较强竞争能力的多年生植物在演替中后期占据群落的优势地位。此外，在所涉及的物种生物学特征中，多年生生活史，C-、CR-、SC-、SR-、S．对策，以及R-、W-、Bs-、VBs-和V-繁殖对策等在非优势物种中有较高的出现频率。4）C-、 SC-对策，克隆能力，多年生生活史，水平扩展能力，种子的动物传播方式，秋季开花，荚果、坚果等特征的比例在一定程度上与土壤全C，全N和全K含量正相关; 而S一、SR-、R-、CR-对策，一、二年生生活史，种子繁殖，S．繁殖对策，以及胞果、蒴果等特征的比例与土壤全Na，Ca0含量和土壤pH正相关。在演替过程中出现的物种均属草本植物生活型，因此，草原可能是黄土高原上受制于大尺度环境条件（显域生境）下的优势植被类型（特别是降雨量不超过550 mm的地区）。 黄土高原植被恢复过程中几种优势植物叶片碳稳定性同位素和氮含量的动态特征 探讨了黄土高原植被恢复过程中六种优势植物叶片碳稳定性同位素(6 13C)和氮含量的季节动态、种间差异及其与植被恢复过程的关系。六种优势植物分别是猪毛蒿( Artemisia scoparia)，出现在演替的先锋阶段：达乌里胡枝子( Lespedeza davurica)，出现在演替的第二阶段;长芒草(Stipabungeana)、万年蒿(Artemisia gmelinii)和茭蒿(Artemisia giraldii)，出现在演替的第三阶段; 白羊草( Bothriochloa ischaemun)出现在演替的顶级阶段。六种优势植物叶片碳稳定性同位素比率分别是-26.89±0.66‰，-26.24±0.48‰, -26.21±0.49‰, -26.86±1.09‰, -27.61±0.39‰和-15 .81±1. 79‰;氮含量分别是2.36±0.63%，2.38±0.29%，2.0±0.29%，2.0±0.25%，1.50±0.37% 和1.24±0.19%。白羊草、长芒草、茭蒿和达乌里胡枝子叶片氮含量季节变化与土壤水分呈正相关．猪毛蒿和铁杆蒿叶片氮含量季节变化与土壤水分呈负相关。白羊草叶片δ 13C与土壤水分呈正相关，而其他5个优势种叶片δ 13C与土壤水分呈负相关。不同演替阶段优势种的δ 13C值和氮含量特征表明：处于演替顶级阶段的优势种具有最高的水分利用效率，净光合产量较低，但光合作用动态对土壤水分的季节波动表现出较强的可塑性;相反，处于先锋阶段的优势种水分利用效率较低，叶片净光合产量较高，光合作用对土壤水分波动的可塑性较低。本文的主要结论是：黄土高原植被恢复过程中处于不同演替阶段的优势种无论是在叶片δ 13C，氮含量均存在差异。优势种叶片δ 13C和氮含量季节动态反映了不同物种在环境（主要指土壤水分）波动条件下的生理生态对策。具有最高的水分利用效率（而非最高光和能力）和最高光合可塑性的物种将成为黄土高原自然植被顶级植物群落中的最终统治者。 黄土高原草地畜牧业产业形成与发展的牧草生产力基础 遵循生产-生态兼顾的原则，在黄土高原197个区县土地利用方式重新规划的基础上，对支撑黄土高原畜牧业产业形成与发展的牧草生产潜力进行了分析预测。结果表明：规划的牧、林、农、果用地占生产用地的比例分别是草地44%、林地22%、基本农田20%、果园14%; 197个县区预测的总牧草生产潜力达1，0488，1028t.y-l，可载畜1，0488，1028个羊单位．y-1。按1999年不变价格计算，黄土高原预测的畜牧业总产值将达到524，4051万元．y-1，是1999年畜牧业总产值的5.3倍，超过1999年黄土高原农业总产值14 %。农业人口人均预测畜牧业产值大于1000元的区县占59%;小于1000元的区县占41%。此外，黄土高原预测的农业总产值将达到1147.2234亿元RMB.yr-1。畜牧业、果业、林业和基本农田产值占农业总产值的比例分别是46%、27%、14%和13%。随着畜牧业产业链的逐步建立与完善，产业发展布局的日趋合理，黄土高原畜牧业生产总值将有较大幅度的提高。黄土高原草地畜牧业蕴藏着巨大的发展潜力，有望成为黄土高原优化的生产．生态范式建制中的主导产业。

梭梭种群分子生态学研究

中国是受沙漠化影响最严重的国家之一。梭梭(Haloxylon ammodendronBunge)是藜科梭梭属多年生小乔木或灌木，作为荒漠地区主要的建群种和优良固沙植物，梭梭在维持荒漠生态系统的结构与功能、防止土地沙漠化、改善小气候方面具有十分重要的作用。近年来，由于不合理地开发利用，大面积的天然梭梭林衰退甚至死亡。然而，我们对于梭梭种群的空间分布和遗传结构所知甚少。本文拟通过对自然梭梭种群的空间格局、遗传结构、遗传结构的空间分布、以及种子种群与地面植被种群的遗传比较的研究，探讨种群的空间结构特征及成因，评价种群遗传多样性水平，了解遗传多样性在种群内、种群间的分布情况以及在空间上的分布格局，预测种群的遗传潜能，并为制定合理的保护、利用策略提供理论依据。 1．对古尔班通古特沙漠东南部地区处于不同演替阶段的四个梭梭种群的分布格局和种群动态进行了考察。结果表明，不同样地中梭梭种群的幼苗（<0.5m）和幼树( 0,5-lm)均呈聚集分布，样地A、B、D中的成熟个体(>1m)也呈聚集分布，样地c中的成熟个体呈随机分布，从整个种群来看，所有梭梭种群均呈聚集分布。种群的龄级结构图表明样地A和c中的梭梭种群表现为稳定型结构，可进行持续更新，虽然样地D中的种群幼苗和幼树数量较少，但这种现象是暂时的，种群仍具有持续更新的能力，样地B中的种群表现为衰退型结构。 2．利用空间自相关分析检测上述四个种群的空间遗传结构，结果表明，四个种群中的成株均无显著的空间自相关。虽然梭梭的种子散布能力有限，但花粉流有可能是空间遗传结构不显著的原因之一;另一个可能的解释是在种群更新和发展过程中，由于种内竞争的增强而发生了自疏现象。 3．利用ISSR标记对新疆和内蒙古境内共9个种群的遗传结构进行研究。8个引物共扩增出219条带，其中184条(84%)具多态性，种群的遗传多样性水平较高，通过AMOVA分析表明大部分遗传多样性分布在种群内，区域间、种群间的遗传变异均很小。梭梭种群较高的遗传多样性水平可能源于对异质、高胁迫环境的长期适应，而种群间遗传分异低的主要原因是种群间存在强大的基因流。 4．对5个梭梭种群的地面植被和种子库的遗传结构进行了比较分析，并调查了其中3个种群地面植被和种子库的空间遗传结构。结果表明，在所有种群中，地面植被和种子库的遗传多样性水平相似，而地面植被的遗传分异高于种子库的遗传分异：二者在遗传结构的空间分布上也不相同，地面植被种群无显著的空间自相关，而种子库种群在第一距离级上( 0-10 m)呈显著正相关。研究结果表明梭梭种群的种子库有能力保持种群的遗传多样性并减弱种群的遗传分化。 5．研究结果建议，由于现存梭梭种群和其潜在种群（种子种群）仍保持了较高的遗传多样性，种群间的基因交换并没有受到阻碍，因此对梭梭的保护可以与生态恢复工作同时进行。在具体工作中，应充分考虑种群的遗传结构特征及其空间格局，选取适合的种群或种子资源进行恢复与重建，并保持一定水平的种群大小，才能实现种群的稳定发展以及在高胁迫环境中的长期存活。 荒漠生态系统植被结构简单，环境压力大，对荒漠地区主要建群种和优势种植物的空间分布和遗传结构进行研究对于探讨在胁迫环境中各种进化力量（如选择、突变、迁移、漂变）的作用机制有重要意义，并为荒漠生态系统的恢复与重建工作提供了有价值的信息。在本文中，对荒漠植物在较大地理范围内的遗传结构研究、通过空间自相关分析进行种群的空间遗传结构研究、地面植被种群与种子库种群在遗传结构、空间遗传结构上的比较研究在国内均为首例。这些研究结果为进一步深入探讨荒漠植物生态适应与进化的分子机制奠定了基础。

浑善达克退化生态系统恢复研究

　　浑善达克沙地是我国四大沙地之一，地处北方干旱半干旱区，为草原区向荒漠区过渡的地带。长期以来，由于人类不合理的生产活动，加上这里脆弱的生态环境，已引起了严重的土地退化问题：流动沙丘面积由1950s年占沙地总面积的2%增加到1990s的近50%。因此浑善达克沙地成为我国研究土地退化、防治沙尘暴的重点地区，本文从自然科学和人文科学相结合的角度出发，对浑善达克沙地草地退化原因、自然恢复潜力、恢复过程、适宜物种选择，以及社区生存、生产等方面进行了综合研究，得出以下主要结论： 　　 1) 浑善达克沙地土壤种子库中含有大量的种子，在退化草地自然恢复中表现出极大的潜力。这些种子在摆脱人和牲畜干扰的前提下，可以萌发、定居并形成植物群落，使退化草地恢复;当地表达到一定程度的植被覆盖，可有效减少沙尘暴的危害。土壤种子库中的植物种类与地上植被有极显著的相似性(P<0.05)，这是地上植被形成稳定群落的基础。种子库中的物种组成影响植被恢复演替的进程;反之，恢复演替也制约着种子库组成和幼苗建立。 　　2)退化沙地草地围封后，对不同恢复阶段草地的群落学调查表明，该地区自然恢复过程大致分为3个阶段：围封2年的恢复早期，流动沙丘向半固定沙丘转变;围封3-5年的恢复中期，半固定沙丘向固定沙丘转变;围封6年后的恢复后期，为固定沙丘稳定发展阶段。根据生活型及植物种类随恢复演替的变化规律，浑善达克沙地植被演替的总体趋势可归纳为：沙米 (Agriophyllum squarrosum)+ 雾冰藜(Bassia dasyphylla)群落→黄柳(Salix gordejevii)+ 冰草(Agropyron cristatum)群落→褐沙蒿(Artemisia intramongolica) + 冰草群落→沙地榆(Ulmus pumila var. sabulosa)疏林+冰草群落。在围封禁牧下，浑善达克退化沙地草地在较短时间内实现自然恢复，因此制约退化草地恢复演替的关键因素主要是人为和牲畜的干扰，只要排除了这种干扰因素，浑善达克大面积的退化沙地草地完全能够借助自然力实现生态恢复。 　　3) 浑善达克沙地3种生境下84种植物叶片渗透势值和含水量，表现出不同功能型上的差异。总体变化趋势为： 深根系 > 浅根系;灌木 > 乔木 > 草本;分布在湿地和丘间低地的植物叶片渗透势和含水量较高，而生长在沙丘上的植物叶片渗透势较低，需要有发达的根系吸收土壤深层的水。不同植物具有独特的水分利用特性，使它们能共存于同一生态系统中。这些不同植物功能型表现出的植物水分生理生态特性，表明浑善达克天然分布的植物群落发育有完善的利用水资源的能力，能够保证在很大降水波动条件下分布有丰富的植物群落和较高的生物生产力，构成该特殊类型生态系统很强的恢复潜力。另外，浑善达克沙地沙丘的存在是该类生态系统恢复弹性较高的另一重要原因。 　　4)本地种与引入种在生理生态上表现出不同的适应能力。在相似的太阳辐射和叶片温度下，引入种旱柳的叶片水势较高，而净光合速率、气孔导度、水分利用效率则较低。这表明它的光合潜能在改变环境中没有正常发挥。同时，引入种较低的最大光化学效率进一步表明它抵抗环境胁迫的能力较低。当土壤水分可利用程度降低而导致水分竞争时，引入种很可能在竞争中被淘汰。因此，在生态恢复中，应尽量避免引入外来种，大量使用本地种。 　　5) 生态恢复不仅是自然科学问题，更重要的是社会经济问题。为了充分认识当地社区的参与对生态恢复的作用，在实验过程中，调查了当地居民自本实验开展以来的思想观念、经济收入和生产效益等变化。在生态恢复中当地社区的积极参与是保证恢复成功与否的关键因素。从发挥“自然力” 和“以人为本”的指导思想出发，在生态恢复中应注重充分利用自然的力量;在管理方面，要以解决社区居民的生产生活实际需求为目标。只有这样，才能保证生态、社会和经济可持续发展。

岷江中上游植被生态恢复过程中若干问题的探讨

　1．对四川省岷江上游地区（茂县）的锐齿槲栎（Quercus aliena var. acuteserrata）天然次生林进行研究，发现：(1) 坚果完好比例约在14% ~26%之间，完好坚果的发芽率和发芽势都比较高，但在天然状况下能够留存到翌年5月的坚果几乎没有。因此，实生幼苗的天然补充就受到了严重的限制。(2) 林缘的幼苗密度低于所有其它生境的 (P<0.05)，林中的幼苗密度最高，和林窗的比较有显著差异(P<0.05), 而和灌丛的比较则差异不显著（P>0.05）。在灌丛幼苗密度和林中以及林窗的比较都没有差异。动物对坚果的取食速度则是林中的最慢 (10.0%)，林窗和林缘的基本相同(分别为61.1%和66.5%)，取食速度都明显快于林中(P<0.01)。(3) 林中的幼苗在小于100 cm的各高度内都有大量分布，说明在林中树冠下幼苗是可以长期存在的，暗示在幼苗阶段的锐齿槲栎可能是耐荫的。(4) 在林中缺失幼树，在林缘则有包括幼树在内的完整的更新大小系列，表明林缘是更新的关键地点。(5) 在栎林的每一个大小级别上，萌生个体和实生个体都按各种比例伴生，说明导致萌生的干扰一直在发生，并可能在森林的更新中扮演重要角色;也说明该地区的锐齿槲栎林由萌生和实生起源的个体混合组成。 2．栎林是北半球温带森林的重要组成部分，因此栎林更新是全球森林更新研究的热点之一，而啮齿动物对栎林更新的影响则是关注的焦点。在2002~2003年，通过坚果标记研究了未被取食和遗弃坚果（即咬开后只有少部分被捕食后丢弃在林中的坚果）的健康比例，并定量测定了坚果的捕食、搬运、遗弃、丢弃、贮藏和留存等各种命运的比例和特点;对坚果也进行了各种人为的处理，以观测其命运和动物取食速度，发现：(1) 遗弃坚果中不健康坚果的比例比动物未取食的天然坚果中的比例有极显著的增加 (P>0.05)，暗示啮齿动物一般是通过咬开坚果来识别坚果健康与否并决定是否捕食。(2) 根据坚果命运和对照相比改变与否以及如何改变，各种人工处理坚果的命运可以分为 4 类：① 坚果命运没有任何显著改变;② 坚果被就地捕食的速度降低，搬运的速度不变，最终搬运坚果的比例增加而就地捕食坚果的比例降低，留存坚果的比例偶尔能增加至0.2%;③ 坚果就地捕食的速度几乎降至0，搬运的速度则在下降一段时间后又上升，并且搬运作用持续了相对长的时间，最终搬运坚果的比例大大增加，就地捕食坚果的比例很低，留存率为0;④ 坚果被搬运和就地捕食的速度和比例都降低，留存坚果的比例相应的大大增加，甚至可以达到50%。(3) 命运得到显著改变的②、③、④类坚果所承受的人工处理按照作用方式又可以分为主要作用于坚果化学状态（即气味浓度）的处理、主要作用于坚果物理状态（颜色、形态、有无附属物等）的处理以及使坚果处于不同颜色背景的处理;其中主要作用于坚果化学状态的处理对坚果命运具有最重大的改变，如胶带包裹处理和烧焦处理;其它各种主要作用于坚果的物理状态和所处背景的处理对其命运则也具有相对轻微的改变。这一试验结果可能证明：啮齿动物在对坚果进行识别和取食选择等活动时主要依赖于嗅觉来感知坚果的可食性，但是能感觉物理状态和所处背景的视觉也起一定程度的作用。(4) 啮齿动物对栎树坚果进行就地捕食、遗弃、搬运、异地捕食、丢弃、贮藏等作用，使各种命运的坚果都具有一定的数量比例和特点，也提供了动物影响栎林更新的多种可能途径。 3．人工干扰是任何退化生态系统中都始终存在的重大问题。除了明显的砍伐或者采摘外，人工践踏也是一种重要的干扰，特别是在茂县的山林普遍被牛马不断的放牧的情况下，这个干扰的后果就更加显著。为此研究了人脚踩踏的路上的白车轴草和未踩踏草坪上白车轴草在最大叶长、株高、芽高、构件数量、构件平均鲜重、死叶数量、根长等构型指标，根、茎、叶三者的生物量（干重）及比例等生物量指标，平均花序数量、花平均数量等繁殖指标方面的不同，发现踩踏使白车轴草植株：(1) 株高降低，芽高降低，最大叶长变小，平均每厘米的构件数量增加，构件平均鲜重降低，根长度减小，死叶数量增加。(2) 平均花序数量下降，每花序的花平均数量下降。(3) 但是在生物量的分配上，根和茎的生物量没有显著的下降，但是叶的生物量显著减低。因为白车轴草的茎可以不断克隆繁殖，所以踩踏对其存活可能没有太大的影响，只是造成了植株的矮化和密集化，根也变短;但是对种子繁殖有重大影响，反映在平均花序数量和每花序平均花数的显著下降上。在生物量的分配中，作为主要的同化器官，叶的生物量显著下降，而根茎比没有变化。这可能说明这样的克隆植物其物质流动是呈现网络化的特征，具有比较强的抗干扰能力。 4．连香树、油松、日本落叶松、华山松油松混合林是茂县地区的几种主要的已经营造的林型或者树种。为了了解其20年来的营林效果，运用样方调查的方法测量了这几种树种或者林型的胸径、持水量、凋落物现存量、密度等，评价了它们在生长、营业循环和水土保持等方面的差异。结果表明：日本落叶松具有生长缓慢，凋落物现存量大，涵养水分能力良好的树种，值得推广;油松生长迅速，凋落物现存量巨大，涵养水分能力一般的树种，也可以大力栽植;油松和华山松的混交林具有比较大的蓄积量和较好的涵养水分的能力，可以推广;而连香树则做为生长速度中等，成材率低，凋落物现存量小，涵养水分能力差的树种，不应该进一步推广。

濒危物种保护、生境破碎化及其恢复

保护区是否真的能起保护作用？保护区究竟如何布局？这是自然保护区的建设一直争论不休的课题。就大熊猫保护而言，目前面临的最紧迫问题可能不是保护区数量多少的问题，而是这些多个保护区组成的保护区群的配置或格局是否合理。因此，本研究以岷山大熊猫保护区群为研究对象，分析现有大熊猫及栖息地及其保护现状，指出目前保护区存在的问题，并对岷山大熊猫自然保护区群合理布局提出建议性设计，以期为大熊猫保护及自然保护区建设的理论提供借鉴。 到目前，为了保护大熊猫，在岷山地区已经建立了1 7个自然保护区，这些保护区的建立对大熊猫的保护起到了非常重要的重要。但是，大熊猫栖息地仍然持续下降。就其原因有两方面，即岷山地区人为活动的干扰，如旅游业的盲目发展。但，同时大熊猫自然保护区本身的布局存在一定的不合理性。最后，从景观尺度上提出岷山大熊猫保护区群合理建设的布局，即在分析现有保护布局基础上，找到优先保护的敏感地带建立廊道，将所有保护区连成布局合理的保护区群。 大熊猫受威胁的关键因子并不是竹子，而是森林．竹子复合系统的破碎化或质量的退化，故保护大熊猫应从保护森林、恢复森林．竹子复合生态系统的质量入手。但是，具体实践中究竞采取什么模式来恢复退化的大熊猫栖息地？选取不同模式的科学依据是什么？如何评判不同恢复模式的成本和效益？这些方面的工作到目前缺少系统研究。本研究在分析了岷山地区自然、社会与经济条件的基础上，从荒山荒地造林、天然林保护与低效林地改造主要植被恢复措施着手，全面分析各类植被恢复措施所形成植被的生态效益（保持水土、涵养水源、保持肥力等）、经济收益（木材、果品和林副特产品）、社会效益（种植结构、劳动力再分配等），总结出植被恢复成本和效益的构成要素，计算主要植被恢复模式的成本和效益，为选择适宜的植被恢复措施、典型植被恢复模式和合理确定植被恢复技术提供科学依据，从而推动岷山植被快速健康地恢复，为大熊猫提供适宜的生存空间。 三峡大坝的建设使其固有水域的人为改造导致水位上升，使原本连续的山地生态系统被分割成大小不等的岛屿。水位变化导致的这种生境岛屿化为栖息地破碎化和岛屿生物地理学提供了十分难得的实证研究的机会。然而，同时，这种栖息地的片段化无疑对三峡库区生物多样性保护和生态系统的完整性造成威胁。到目前，为了监测库区建设对生态环境的影响，已经建立了22个定位观测站，但没有一个是生境破碎化方面的，为此建议尽快建立生境破碎化方面的定位研究站。三峡库区生物多样性丰富，但保护区面积仅仅占库区面积的6.9%，而同期我国已经建立了1 999个自然保护区，占国土面积的15%，因此，非常迫切建立更多的保护区（至少达到全国平均水平）。为了从宏观尺度上加强对库区的综合保护，建议从景观生态学的角度出发，将库区作为一个自然、社会和经济复合生态系绕对待。

冷蒿和糙隐子草的竞争策略对冷蒿退化草原恢复过程的影响

有很多因子调控植物群落中哪些物种存在或是哪些缺失，评价这些因子中某些因子的重要性因为因子间潜在的交互作用而变得十分复杂。已经有很多人对内蒙古典型草原生态系统的结构和功能进行了研究，这个系统的植物群落易受多种相互交互的因子影响，其中包括干旱、动物粪尿斑、放牧家畜的采食以及物理干扰等。一些研究认为在大气条件一致的区域内，牧压对群落施加的影响可以超越不同地段其它环境因子的影响，成为控制群落特征的主导因子。因而内蒙古典型草原群落的演替主要是由在一定放牧压力维持下不同植物种群的消长来实现的。但是对于在多个因子相互作用下的内蒙古草原的演替机制并没有得到很好的认识。采食伴随着土壤养分的变化交互到一起影响植物群落的结构动态和组成。本论文采用野外和室内可控试验相结合的方法，选取不同演替阶段的优势物种冷蒿（小半灌木、直根系、C3植物，在重度放牧区占统治地位）和糙隐子草（小丛生禾草、须根系、C4植物，中度放牧区的下层优势钟）为研究对象，对内蒙古草原放牧演替的机制进行了探讨。希望这些信息有助于我们理解内蒙古草原退化的机理，并对内蒙古草原潜在的恢复措施提供一些有意义的建议。 本文提出三个假设：第一，退化草原土壤养分亏缺，因此养分利用率高的物种将占优势，并成为优势物种;第二，在轻度刈割或是不刈割条件下，糙隐子草的竞争能力将加强，施肥也将有利于增加糙隐子草的竞争能力;第三，冷蒿高的竞争能力而不是放牧忍耐力决定冷蒿在过度放牧样地占统治地位。 我们得到的结论如下： 通过三年的恢复，在原过牧区并没有发现很低的氮素养分，恰恰相反，土壤的微生物态氮和土壤无机氮含量较高。冷蒿的养分利用效率较低（以每形成100g碳所需的养分量计算），但在退化草原却是优势物种。因此否定了第一个假设。恢复四年后，糙隐子草在群落中所占的比例仍然很低，恢复过程中糙隐子草并没有成为优势种。同样的，温室内模拟放牧试验的结果与野外数据结果相符。即：同冷蒿相比,糙隐子草在各氮水平和各刈割强度下始终是一个弱的竞争者。在分析竞争能力时，施氮和刈割之间有交互作用。刈割对两物种竞争能力的影响不显著，但随着氮肥水平的提高，在所有刈割强度下，冷蒿对糙隐子草的相对竞争力下降。因此部分支持第二个假设。冷蒿高的种间竞争能力（高的生物量、高的氮产量、高的氮素吸收速率以及高的氮素回收率）决定其在退化草原成为优势种。此外，冷蒿能够成为重牧地段的优势物种可能也归因于其很强的空间拓殖能力、避食机制、干旱的忍耐能力、根系的生态位分异、高的种子生产能力以及可能存在的它感作用。而糙隐子草能够较经济的利用养分和具有较好的放牧抗性是它能与冷蒿在一定的放牧压力下共存的原因。因此，我们的研究结果支持第三个假设。

浑善达克沙地植被恢复中几个问题的研究

浑善达克沙地位于内蒙古自治区锡林郭勒高原中部，是我国温带草原区最主要的沙地之一。由于沙质土壤特性和大陆性季风气候等自然条件的限制，长期过度放牧导致了沙地植被退化、固定沙丘活化等一系列环境问题，进而威胁到区域生态安全和可持续发展。恢复和重建退化了的沙地植被，防止沙漠化的进一步扩大已经刻不容缓。 本论文的目的是揭示沙地植被类型与环境的生态关系、沙地植物群落结构特点以及播种时期对沙地人工草地青贮玉米产量的影响，为在沙漠化防治中选择合适的治沙物种、制定合理的植被恢复方案、确定符合当地气候特点的人工草地最佳播种时间等提供理论依据。论文包括三方面的内容：1浑善达克沙地中部丘间低地植物群落分布与土壤环境因子关系;2浑善达克沙地中部植物群落物种多样性与土壤环境因子关系;3播期对浑善达克沙地青贮玉米产量的影响。 对在浑善达克沙地中部丘间低地上获取的102个植物群落样方进行了分析，按照样方中建群种和优势种的重要值把它们归属于28个植物群落类型。对102个群落样方进行去趋势典范对应分析（DCCA），结果表明DCCA排序轴第一轴主要代表地下水位的变化梯度;第二轴主要代表土壤的全氮含量和有机质含量的变化梯度;第三轴则代表土壤溶液的酸碱度值，即地下水位、土壤有机质、全氮含量和土壤溶液酸碱度影响沙地丘间低地植物群落的分布格局。 对流动－半流动沙丘、固定沙丘、丘间低地和淖尔边缘湖沼等四种生境的物种多样性研究结果表明，分布在流动沙丘－半流动沙丘的植物群落的物种丰富度指数和物种多样性指数最低，生态优势度指数较高，均匀度指数相对较高;固定沙丘的物种丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数较高，优势度指数较低;丘间低地和淖尔边缘湖沼的植物群落的物种丰富度指数，多样性指数低于固定沙丘的，但是高于流动－半流动沙丘的，优势度指数高于固定沙丘的，均匀度指数低于流动－半流动沙丘的。各个指数和土壤环境因子的相关分析表明，土壤溶液的酸碱度、土壤全氮和有机质含量与物种多样性有着较强的相关关系。 人工草地青贮玉米分期播种的实验结果显示:随着播期的推迟,英红玉米的地上生物量由2453±161kg/hm2降至1055±68kg/hm2;巴贮玉米的地上生物量由2159±65kg/hm2降至1016±70kg/hm2。两个品种的叶面积和株高都随着播期的推迟逐渐下降。5月27日和6月4日播种的青贮玉米的株高、叶面积和地上生物量显著高于6月11日和6月18日播种的青贮玉米的株高、叶面积和地上生物量（p＜0.05）。实验结果表明将当前生产实践中播种时间由6月中旬提前至5月底和6月初可以显著提高种植青贮玉米的产量。

浑善达克沙地稀树疏林草地生态系统研究：生物量、生产力与生态恢复途径

荒漠化是困扰我国干旱和半干旱地区的重要环境问题，我国的四大沙地也是荒漠化最为严重的地区，从生态学角度提高对沙地的认识，探明其生物量和生产力对于了解沙地生态系统的结构和功能是非常有意义的。本研究以浑善达克沙地为例，对沙地的植被特点、生物量和生产力以及退化沙地的恢复策略进行了探讨。 通过对浑善达克沙地进行的植被调查发现，浑善达克沙地的稀树疏林草地景观由草本层、灌丛和榆树疏林构成，彼此呈相间排列、交替出现的格局。在丘间低地以地带性的草本层植物占优势，灌丛主要出现在沙丘和丘间低地的过渡地段，地下水位较高的地方。榆树（Ulmus pumila）是沙地的优势树种，占沙地乔木的95％，榆树疏林主要在固定沙地稀疏分布，占沙地榆树总量的84％。胸径10-25 cm的榆树占60％，幼树少见，这和放牧干扰有关。沙地的稀树疏林草地是不同于周围草原地带的隐域植被，带有明显的超地带性，同时因受地带性气候的影响，兼有地带性特征。 在碳循环方面，为了估测沙地植被的碳存储潜力，我们对浑善达克沙地的生物量进行了估测。整个沙地被分为六种生境，分别求算生物量，然后汇总。对于其中的榆树生物量建立了异速生长关系进行估算。结果表明，浑善达克沙地植被的平均生物量为21.30 Mg ha-1，其中丘间低地的贡献为65％。从生活型上看，草本层的贡献占优势，而榆树的贡献很小，仅为10％。平均地下/地上生物量的分配比例为2.9。与草地生态系统相比，浑善达克沙地的生物量要高出90％，表明沙地植被是草原地带内的隐域植被，特殊的土壤水热条件使它具有更高的碳存储潜力。沙地的大范围恢复将使该碳库通过碳获取得以实现。 净初级生产力（NPP）是生态系统功能的重要体现，它可以反映植被碳固定的能力。为了了解稀树疏林草地NPP的特点，我们对浑善达克沙地六种生境的NPP分别进行了求算，然后汇总。浑善达克沙地植被的平均NPP为11.06 Mg ha-1 yr-1，各生境的贡献不同，以丘间低地的贡献最大，达65％。生活型上看，草本层植物占优势，乔木的贡献仅为1.3％。地下/地上NPP为1.7，降水利用效率达10.9。浑善达克沙地稀树疏林草地的NPP比草地生态系统的平均值高59％。NPP的研究结果表明，沙地植被是和周围地带性草原植被存在显著差别的，这种高生产力将伴随沙地的恢复而实现，并有可能对沙地地区的碳循环产生影响。 为了探索荒漠化防治的新途径，在浑善达克沙地巴音胡舒嘎查开展了为期5年的退化草地恢复试验。结果表明，通过“以地养地”的模式可以使退化草地充分利用潜在恢复力进行自然恢复，并取得了明显效果。开辟高效地，种植高产玉米，在草地得到恢复的同时，牲畜仍然有充足的草料供应，牧民生活水平也有所提高。这种适合半干旱地区环境条件的恢复模式比在同样地区造林要有效和经济。据此，文章最后探讨了当前荒漠化防治中存在的误区和今后荒漠化防治应采取的策略。

内蒙古草原中生物土壤结皮生态学研究

1. 生物土壤结皮是干旱半干旱生态系统中的重要组成部分，它可通过增加土壤肥力和稳定性、影响水分再分配和植物萌发、成活、生长和繁殖而对生态系统结构和功能产生重要影响。为阐明生物结皮在内蒙古草地中的作用，本报告对两个草地生态系统进行了为期三年的调查，对生物结皮的氮素输入、对放牧的响应及其与植物的关系进行了综合研究。 2. 利用乙炔还原法，本研究对内蒙古退化草地中的生物土壤结皮中的蓝藻、地衣和地耳的氮素输入进行了为期30个月的连续测定。研究发现：1) 生物结皮固氮活性主要集中于5-10月，呈单峰型曲线，表明生物土壤结皮的固氮作用主要受温度和降雨影响;2) 生物结皮年固氮量为12.99-129.9 kg N•ha-1，98%的氮素固定于6-9月份;3) 按固氮量排序，蓝藻 (61%) > 地衣 (33%) > 地耳 (6%)，表明物种组成和丰度对生物结皮的氮素输入具重要影响。生物结皮的固氮量和季节变化表明生物结皮可以是影响退化草地中植物生长和促进退化草地恢复的重要影响因子。 3. 本研究选择三个放牧处理（长期放牧、短期围封和近期放牧）对生物结皮固氮活性进行了为期3年的研究。结果表明，与短期围封相比，长期放牧造成生物土壤结皮固氮活性下降了99.5%。固氮活性在放牧时间不足11个月时即可下降至最低水平，因此，放牧持续时间短于4个月的轮牧可能有利于生物土壤结皮的固氮。 4. 本研究选择6个放牧梯度（对照：0.00 羊/公顷, 极轻度放牧：1.33羊/公顷，轻度放牧：2.67羊/公顷，中度放牧：4.00羊/公顷，重度放牧：5.33羊/公顷，极重度放牧：6.67羊/公顷)，研究放牧强度对于生物结皮丰度、物种组成和固氮输入的影响。不同放牧强度对生物结皮丰度、物种组成和固氮输入具有重要影响，表明长期放牧可抑制生物土壤结皮在氮素输入和土壤固定方面的作用。极轻度放牧对生物土壤结皮影响不大;轻度放牧造成氮素输入降低了50%;重度和极重度放牧造成氮素输入降低了90%，并可使移动性较强的物种成为生物土壤结皮的优势组分，从而可抑制其土壤固定作用。因此，极轻度和轻度放牧是有利于生物土壤结皮固氮和固定土壤的草地利用方式。 5. 在处于恢复早期的一个退化草地中，我们对生物结皮和植物之间的关系进行了为期2年的研究。结果表明，生物结皮的丰度和物种组成与植物地上生物量和盖度高度相关。生物结皮丰度和氮素输入随植物生物量和盖度下降。结果还表明生物结皮是退化草地的主要氮素输入来源，尤其是在草地恢复初期。植物组织δ15N 低于土壤，这种差异随植物生产力增高而减小，表明生物结皮所固定氮素首先被植物利用，而后返回土壤。生物结皮的固氮输入变化可能是这种变化模式的主要原因，在分解作用和氮素损失中的同位素分馏，以及菌根真菌对于氮素的转运可能也是这种变化模式的原因。结果还显示生物土壤结皮与植物之间可能存在负反馈关系。这种自我调节的反馈过程可能是影响退化草地生态系统生产力和氮素循环的重要调节机制。