黄河上游流域生态系统服务变化及其权衡协同关系

黄河上游是我国重要的生态屏障和生态功能区,研究其生态系统服务的时空演化及其权衡协同关系对实现黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。基于土地利用、土壤、气象等数据,借助InVEST模型、相关性分析以及空间自相关分析等方法,定量分析了2000-2020年黄河上游生态系统服务的时空演化特征及其权衡与协同关系。结果表明:(1)黄河上游各项生态系统服务整体表现为"西南高,东北低"的分布格局,高值区主要分布于流域西南部,低值区主要分布于流域东北部;(2)研究期内,黄河上游各项生态系统服务均呈现波动变化的趋势,产水量和土壤保持呈现整体减少趋势,生境质量与碳储量呈现增加的趋势;(3)各项生态系统服务两两之间均存在不同程度的相关关系,产水量与生境质量、碳储量呈现此消彼长的权衡关系,产水量-土壤保持、生境质量-碳储量与土壤保持-碳储量之间呈现协同关系;(4)在空间分布格局上,各项生态系统服务间的权衡与协同关系表现出显著的空间异质性与尺度效应,不同分区之间差异较大。本文可为科学管理区域生态系统,促进流域可持续发展提供参考。     

南四湖流域关键生态系统服务的时空权衡关系

从多尺度科学地研究流域各生态系统服务间的权衡与协同关系,对流域实现经济发展与生态保护双重目标具有重要研究意义。运用InVEST模型模拟评估产水量、水质净化、土壤保持、碳存储、生物多样性维持和授粉等6类区域关键生态系统服务,并通过热点分析、相关分析和主成分分析,定量分析自改革开放以来（1980-2018年）这些生态系统服务的时空变化及其在不同尺度上的权衡关系。结果表明：（1）南四湖流域产水服务呈上升趋势,而水质净化、土壤保持、碳储存、生境质量、授粉等服务则总体呈下降趋势。（2）研究区东部林地和草地广布,是碳存储、生境质量和授粉服务的高值区,而建设用地分布的地区是产水量和土壤保持服务的高值区。（3）产水量与水质净化服务之间呈权衡关系,水质净化与生境质量、碳存储与授粉之间则存在较强的协同关系。（4）在子流域尺度上主要是存在着供给服务（产水量）与调节服务（水质净化和土壤保持）、供给服务（产水量）与支持服务（生境质量）之间的空间权衡关系;在县域尺度上,供给服务、调节服务与支持服务（产水量、水质净化、碳存储、生境质量和授粉）之间主要是空间协同关系,两个尺度之间具有较大差异。研究结果可为管理者在合适的空间尺度上制定相应的政策提供科学支撑,促进南四湖流域生态环境和社会经济协同发展。     

黄土高原典型退耕区生态系统服务权衡与协同关系研究——以延安市为例

在退耕还林的背景下,从多尺度分析黄土高原生态系统服务的时空变化及权衡协同关系对促进该区经济发展和生态效益多赢具有重要意义。以黄土高原退耕还林典型区延安市为例,运用InVEST模型评估1988-2018年农作物生产、碳储量、生境质量、土壤保持、产水量5种关键生态系统服务物质量,采用偏相关分析法探讨生态系统服务间的权衡与协同关系及其时空变化特征。研究结果表明：（1）受土地利用变化影响,延安市农作物生产水平、土壤保持年际变化趋势波动较大,农作物生产水平呈波动增加的趋势,土壤保持退耕还林前呈减少,退耕还林后呈波动增加的趋势,碳储量和生境质量呈逐渐增加的趋势,产水量呈逐渐减弱的趋势。（2）生态系统服务与土地利用格局联系紧密。碳储量、生境质量的高值区域以及产水量的低值区域随林地分布格局变化而变化。（3）协同关系是延安市生态系统服务间相关关系的主体,主要发生在碳储量、生境质量、土壤保持、农作物生产之间,权衡关系主要存在于产水量和其他生态系统服务之间。（4）市、县域生态系统服务间关系的差异主要发生在生境质量和土壤保持之间。     

秦岭生态系统服务协同与权衡的时空异质性

秦岭是我国重要的生态功能区,探究秦岭生态系统服务权衡与协同关系对区域的生态保护和高质量发展意义重大。本研究基于遥感、气象、土壤质地等数据,在分析2000、2010和2020年土地利用时空变化的基础上,采用CASA、InVEST和RUSLE模型计算秦岭地区植被固碳量、产水量、生境质量和土壤保持量,并探讨空间异质性特征及生态系统服务关系。结果表明: 2000—2020年,研究区耕地、草地面积持续减少,林地和建设用地面积增长,水域和未利用地变化不明显。研究区固碳量东高西低,呈增长趋势;产水量持续减少,呈现南坡高、北坡低的格局;生境质量稳定增长;土壤保持量先增后减。不同地类的生态系统服务各有差异,同一地类的各个生态系统服务也各不相同。全域尺度下固碳与土壤保持、生境质量与土壤保持、固碳与生境质量皆呈协同关系,固碳与产水、土壤保持与产水、生境质量与产水为权衡关系,但不同条件下服务量间的关系存在明显差异。研究结果有助于降低权衡风险,使总体效益最大化,可为促进生态高质量发展、实现自然资源管理与人类福祉的双赢提供参考依据。     

青藏高原典型区生态系统服务空间异质性及其影响因素——以那曲市为例

那曲市位于青藏高原生态屏障区的中心,其提供的多项生态系统服务对维持高原乃至周边地区的生态安全与可持续发展具有重要意义。借助InVEST模型与CASA模型模拟那曲市2000、2010、2018年的产水、土壤保持、固碳以及生境质量四项生态系统服务,分析它们的时空格局及相互关系,在此基础上用地理探测器揭示那曲市生态系统服务空间异质性的主要影响因子。结果表明：1）2000-2018年间,那曲市产水服务与土壤保持服务分别下降了35.1%和4.8%,生境质量趋于稳定,固碳服务增长了5.6%。2）2000-2018年间,那曲市产水、土壤保持、固碳的空间分布均呈现东南高西北低的趋势,生境质量高值区分布在湖泊河流以及植被覆盖率高的地区。那曲市生态系统服务极重要与高度重要区域占比保持在5.3%-5.4%和12.3%-13.8%之间,主要分布在那曲中部与东部水热与植被条件好的区域。3）2000-2018年间那曲市各生态系统服务之间主要为协同关系,其中土壤保持服务和产水服务间的协同性最强。4）因子探测结果表明,降水量、土壤类型、归一化植被指数因子（NDVI）对产水服务和固碳服务的空间异质性有最强的解释力,土壤保持服务的空间异质性主要受坡度因子影响,生境质量受土地利用类型因子的影响最大。交互探测结果凸显了土地利用因子的重要性,土地利用类型与NDVI以及土地利用类型与降水交互后分别对固碳服务、生境质量以及产水服务的解释力最强。研究结果可为那曲市生态保护与生态文明建设提供理论依据。     

石羊河流域自然植被对生态系统服务的约束效应

石羊河流域生态环境退化,生态屏障功能减弱,提高该地区生态系统的服务功能具有重要意义。植被的生长状况是影响生态系统服务供给的重要因素,定量的探讨分析植被与生态系统服务之间的关系十分必要。以石羊河流域为研究区,采用约束线法,分析了植被对产水量、土壤保持及固碳3个生态系统服务的约束效应;同时,计算了2015年这3个生态系统服务潜力的空间分布及石羊河流域综合潜力分布格局。结果表明:(1)植被覆盖度与产水量、土壤保持之间的约束线呈开口向下抛物线型,即随着植被覆盖度的增加,约束效应逐渐减小,后逐渐增大;与固碳服务呈正凸型,即:植被覆盖度能有效的约束固碳,且成比例增加约束效应;(2)植被覆盖度对产水量、土壤保持及固碳服务的约束效应存在时空异质性;(3)石羊河流域三种服务的提升潜力均呈西南高东北低、高服务值与高潜力值并存的分布特征,其中东大河、西大河、西营河及古浪河是流域生态服务的主要供给者和服务潜力提升的主要贡献者。     

基于生态系统服务权衡的优先保护区选取研究——以南方丘陵山地带为例

南方丘陵山地带作为"两屏三带"国家生态屏障区之一,发挥着保障华南和西南地区生态安全的作用,优先保护区的选取对区域的生态系统服务提升、生态安全和可持续发展具有重要的意义。以南方丘陵山地带为研究对象,采用InVEST模型和森林游憩模型评估产水量、土壤保持、碳储存、生境质量和生态休闲的空间分布,基于有序加权平均算子（OWA）建立了11种情景,通过对比各情景的保护效率筛选出了优先保护区。结果表明：（1）南方丘陵山地带产水量和土壤保持分布不均,平均产水量1108mm,高值区均集中在中部地区,而东部区域和西部区域的生态休闲较高;（2）研究区固碳能力强,平均碳储量为45.58t/hm²,生境质量良好,平均生境质量为0.75,碳储存和生境质量与土地利用/覆被类型关系密切;（3）情景2的保护效率最优,对产水量、土壤保持、碳储存、生境质量和生态休闲的保护效率分别为1.17,1.89,1.32,1.48,1.18。研究结果可为研究区生态系统服务的提升提供决策支持。     

沿海防护林体系建设工程区生态系统服务权衡/协同及驱动力

探究沿海地区的生态系统服务、权衡协同关系及其驱动机制是区域自然资源科学管理及生态合理规划的基础,对有效提升地区生态、经济、社会效益和人类福祉具有重要理论意义。以海防林工程区为研究区,多角度探究区域内固碳、土壤保持、产水量的生态系统服务、关系特征、驱动机制,从而为沿海地区制定合理生态建设规划提供参考。研究结果表明:(1)沿海防护林体系建设工程区在2000-2020年期间生态系统服务水平整体提升,生态建设效果第二期最佳。(2)2000-2020年区域内各生态系统服务间以协同关系为主,土壤保持和产水量协同显著。(3)建设分区、建设分亚区生态系统服务间关系尺度效应主要存在于土壤保持和产水量。(4)权衡协同关系北方主要受气象因子影响,南方受植被、地形地貌因子影响,人类活动对权衡协同关系的影响以负效应为主,驱动因子存在空间异质性。     

大宁河流域生态系统服务权衡关系梯度效应

深入理解生态系统服务权衡关系是推动生态系统有效管理和实现区域高质量发展的基础。然而,目前涉及生态系统服务权衡关系梯度效应的研究仍相对较少。选取三峡库区大宁河流域为研究区域,对典型平水年份2018年粮食生产、碳固持、土壤保持和产水量4种生态系统服务进行了量化评估和空间制图,探讨了海拔、降雨量、植被覆盖度3种环境因子梯度下生态系统服务的空间分异规律,采用均方根偏差进一步分析了生态系统服务权衡关系梯度效应。研究结果表明：粮食生产在空间上呈现中部、南部高,北部低的趋势,碳固持由西北向东南递减,土壤保持和产水量高值区均分布在西部。海拔、降雨量和植被覆盖度显著影响了生态系统服务,碳固持、土壤保持总体上随着环境梯度的增加而增加,而粮食生产随着3种环境因子梯度的增加呈下降的趋势。从生态系统服务权衡方面来看,碳固持与产水量为弱权衡关系,土壤保持与粮食生产为中度权衡,生态系统服务之间多为强权衡关系。由于多种环境梯度的相互作用,生态系统服务权衡关系随海拔梯度变化无明显规律,植被覆盖度增加显著加强了生态系统服务权衡关系,而降雨量增加显著减弱了生态系统服务权衡关系。因此,今后以流域生态系统服务协调和功能整体提升为目标的生态修复工程中,应更加注重统筹不同环境梯度区域内生态系统服务权衡关系。     

“一带一路”地区生态系统服务关系的时空分异与区域响应

“一带一路”沿线多数发展中国家地处生态脆弱区,土地资源空间配置亟待优化。研究生态系统服务间的相互关系可以为土地利用决策提供定量化支持,但该关系在不同地域的表现形式有较大的差异性。基于InVEST模型,评估“一带一路”区域2000、2005、2010和2015年土壤保持、产水量、碳固定和生境质量4种生态系统服务时空变化,通过相关性分析和局部空间自相关分析等方法识别生态系统服务相互关系,以及其对不同地域特征变量的响应。就区域整体而言,土壤保持、产水量、碳固定和生境质量呈现中亚和西亚为一致低值区,而高值区分布不一致的空间格局;生态系统服务之间均呈显著协同关系,但冷热点格局的区域异质性显著。在生态区单元中,泰加林、温带草原和灌木的多种生态系统服务间为权衡关系;在国家单元中,生态系统服务间协同与权衡关系并存。产水量与碳固定间的协同关系对人口分布有良好的响应,而土壤保持与碳固定对人口分布的响应不明显。定量化评估生态系统服务及权衡关系,为区域土地资源优化配置提供依据,研究结果也为“一带一路”地区沿线国家间生态保护合作提供空间指引。     

Heating of a Local Region of a Branching Streamer as a Starting Point of a Space Leader and a Negative-Leader Step

Plasma Physics Reports - Localized plasma formations called space leaders are observed in streamer coronas of negative leaders of long laboratory sparks. The main leader completes a step when the...     

Geminiviruses: a tale of a plasmid becoming a virus

Background  

Geminiviruses (family Geminiviridae) are small single-stranded (ss) DNA viruses infecting plants. Their virion morphology is unique in the known viral world – two incomplete T = 1 icosahedra are joined together to form twinned particles. Geminiviruses utilize a rolling-circle mode to replicate their genomes. A limited sequence similarity between the three conserved motifs of the rolling-circle replication initiation proteins (RCR Reps) of geminiviruses and plasmids of Gram-positive bacteria allowed Koonin and Ilyina to propose that geminiviruses descend from bacterial replicons.     

Effects of a disease affecting a predator on the dynamics of a predator-prey system

We study the effects of a disease affecting a predator on the dynamics of a predator-prey system. We couple an SIRS model applied to the predator population, to a Lotka-Volterra model. The SIRS model describes the spread of the disease in a predator population subdivided into susceptible, infected and removed individuals. The Lotka-Volterra model describes the predator-prey interactions. We consider two time scales, a fast one for the disease and a comparatively slow one for predator-prey interactions and for predator mortality. We use the classical “aggregation method” in order to obtain a reduced equivalent model. We show that there are two possible asymptotic behaviors: either the predator population dies out and the prey tends to its carrying capacity, or the predator and prey coexist. In this latter case, the predator population tends either to a “disease-free” or to a “disease-endemic” state. Moreover, the total predator density in the disease-endemic state is greater than the predator density in the “disease-free” equilibrium (DFE).     

Facile synthesis of a D-galactono-1,6-lactone derivative, a precursor of a copolyester

2,3,4,6-Tetra-O-methyl-d-galactonic acid (5) was readily prepared from d-galactono-1,4-lactone (1) in 47% yield. The sequence involves tritylation of HO-6 of 1, followed by O-permethylation and deprotection. Lactonization of 5 led to the per-O-methyl-d-galactono-1,6-lactone, which was copolymerized with epsilon-caprolactone by ring-opening polymerization catalyzed by scandium triflate. The incorporation of the sugar comonomer into the polyester chain was about 10%.     

Mechanisms of coexistence of a bacteria and a bacteriophage in a spatially homogeneous environment

When bacteriophage are added to laboratory bacteria populations, bacteria mutants that are resistant to the phage quickly dominate the population. The phage will only persist in the long‐term if there are sufficient bacteria in the population that show susceptibility to the phage. We investigated the mechanisms allowing for coexistence by adding the virulent bacteriophage φ6 to cultures of the bacterium Pseudomonas syringae pv. phaseolicola in a spatially homogeneous environment. We saw large differences between replicate cultures, in particular when one or both of the species persisted. These differences can be explained by variation in the timing of the appearance of various resistant phenotypes in the bacteria populations before the phage were added, which determines their relative frequencies within the populations. Although these resistant phenotypes have similar fitnesses in the presence and in the absence of the phage, they have a profound effect on the persistence of the phage. Our results give a clearer understanding of the ecological mechanisms that lead to the coexistence of bacteria and virulent phage in environments where there are no spatial refuges available to the bacteria population.     

Glycan expression as a tool for a deeper understanding of a reproductive gland in a skate of economic importance

Atlantoraja platana is an oviparous skate endemic to the south-west Atlantic Ocean, and is one of the skate species most exploited by local industrial bottom trawl fisheries. Oviparous elasmobranchs encapsulate their eggs in complex egg cases produced by the oviductal gland (OG). This organ is exclusively present in these fishes and comprises four distinct zones: club, baffle, papillary and terminal. The relative size and structural complexity of these zones correlate with mode of reproduction. Glycans are known to play major roles in reproduction so their distribution in each zone of the OG could explain the functional multiplicity of the gland in skates, but this topic has not been previously investigated. In this study, morphological, histochemical and lectin-histochemical analysis revealed various novel aspects of A. platana's OG. The club, papillary and terminal zones positively stained for periodic acid Schiff's reagent (PAS) and Alcian Blue (AB), indicating the presence of neutral and acid mucopolysaccharides. However, the buffle zone was negative for PAS and AB stains, but was positive for all the lectins used. Each zone of the OG had a characteristic pattern of glycan expression. Finally, we confirmed the presence of sperm but not sperm storage. This is the first lectin-histochemical study of the OG in chondrichtyan fish and it has proven to be an important tool to understand some of the mechanisms of fertility and reproductive success in economic important species such as A. platana.