Potential long-term impacts of livestock introduction on carbon and nitrogen cycling in grasslands of Southern South America

Empirical evidence based on grazing exclusion at the scale of years to decades shows that grazing modifies carbon (C) and nitrogen (N) cycling. However, long‐term effects at the scale of centuries are less known, yet highly relevant to understand local and global impacts of grazing. Additionally, most studies have focused on the isolated response of C and N, with little understanding of their interactions. Using CENTURY, a process‐based biogeochemical model, we analyzed the impacts of 370 years of livestock grazing (i.e. long term, from early European colonization to present) in 11 sites across the Río de la Plata grasslands and compared them with those resulting from two decades of grazing (i.e. mid‐term, typical exclosure experiment). In the long term, livestock grazing primarily altered the N cycle through faster N returns to the soil via urine and dung, which were offset by uninterrupted N outputs by volatilization and leaching. As a result, soil organic N decreased by ?880 kg ha^?1 or ?19%. Higher N outputs (mainly as NH₃) opened the N cycle, potentially decreasing N₂O and NO_x emissions and increasing N depositions over the region. These greater outputs of N constrained C accumulation in soils, reducing soil organic C by ?21 200 kg ha^?1 (?22%, a reduction of ?1.5 Pg of C for the whole region) and net primary production by ?2192 kg ha^?1 yr^?1 (?24%). Mid‐term simulations showed that the effects of livestock introduction in a decadal time scale were substantially different both in magnitude and direction from long‐term responses. Long‐term results were not substantially affected when atmospheric CO₂ content, species composition and fire regime were changed within plausible ranges, but highlighted fire‐grazing interactions as a major constraint of long‐term C and N dynamics in these grasslands.     

USLE/RUSLE中植被覆盖与管理因子研究进展

通用土壤流失方程(USLE)及修正通用土壤流失方程(RUSLE)是世界范围内应用最广泛的土壤侵蚀预报模型,模型中C因子表示植被覆盖和管理措施对土壤侵蚀的作用,是人为控制土壤侵蚀的重要因子。回溯了C因子发展演变历程,依据国内外最新研究成果,系统阐述了不同尺度C因子估算方法。在小区、坡面、小流域尺度上,C因子确定主要依赖于野外实验观测,研究条件的一致性尤其是标准小区的统一是C因子值可比性的前提。流域、区域尺度C因子确定通常需要利用遥感影像,遥感技术的发展促进了流域、区域尺度C因子估算方法的进步,使提取的C因子图更加精细、准确,但是使用遥感数据全面刻画C因子含义仍然是一大挑战,因此仍需加强C因子相关研究。共归纳了10种确定C因子的方法,介绍了不同方法的优缺点及适用条件,提出了我国C因子研究应加强的工作,希望为相关领域研究者提供参考。     

丹江口水源区生态系统服务时空变化及权衡协同关系

研究区域多种生态系统服务之间的权衡协同关系特征,对不同生态系统服务、不同区域之间的协调发展,实现利益相关方效益最大化,达到区域发展与生态保护"双赢"具有重要意义。针对目前权衡协同定性分析、长时间动态变化研究不足的现状,以丹江口水源区为例,在采用"当量因子法"求得研究区生态系统服务价值的基础上,使用长时间整体分析占优的相关性分析方法和短时期动态变化分析占优的生态系统服务权衡协同度(ESTD)模型对研究区1990—2015年10种生态系统服务的权衡协同关系展开研究。结果表明:1990—1995年,丹江口水源区生态系统服务价值呈负增长,之后则呈不断上涨的时序变化趋势,增幅最大的生态系统服务为水资源供给。生态服务价值最高的用地类型为林地,其次为草地和水域。空间上,生态系统服务价值呈东南高西北低特征。在丹江口水源区生态系统服务之间相互关系中,协同关系占64%,是丹江口水源区生态系统服务之间的主导关系,权衡关系较少,且大多存在于供给服务与调节服务、文化服务、支持服务之间。丹江口大坝加高后,即2005年之后,水源区内生态系统服务之间的权衡协同方向有所改变,改变明显的生态服务有净化环境、水文调节和水资源供给。这3种生态系统服务与生态系统服务之间的权衡关系增多,除这3种生态系统服务外,其余几种单项生态系统服务与生态系统服务之间的权衡关系减少。     

The Dynamics of a Fish Stock Exploited in Two Fishing Zones

This work presents a specific stock-effort dynamical model. The stocks correspond to two populations of fish moving and growing between two fishery zones. They are harvested by two different fleets. The effort represents the number of fishing boats of the two fleets that operate in the two fishing zones. The bioeconomical model is a set of four ODE's governing the fishing efforts and the stocks in the two fishing areas. Furthermore, the migration of the fish between the two patches is assumed to be faster than the growth of the harvested stock. The displacement of the fleets is also faster than the variation in the number of fishing boats resulting from the investment of the fishing income. So, there are two time scales: a fast one corresponding to the migration between the two patches, and a slow time scale corresponding to growth. We use aggregation methods that allow us to reduce the dimension of the model and to obtain an aggregated model for the total fishing effort and fish stock of the two fishing zones. The mathematical analysis of the model is shown. Under some conditions, we obtain a stable equilibrium, which is a desired situation, as it leads to a sustainable harvesting equilibrium, keeping the stock at exploitable densities.     

人类活动对生态系统服务流的影响

生态系统服务流对生态系统服务地形成、输送、转化和维持具有重要作用,搭建起了生态系统服务供给与人类需求之间的桥梁,成为近期学者关注的焦点之一。随着人口数量的急剧增加和经济社会的快速发展,人类的物质需求呈非线性方式增长。人类在利用生态系统服务流带来惠益的同时,也给生态系统服务流带来压力。综述了生态系统服务流的内涵和属性特征,包括生态系统服务流的定义、分类、时空尺度、载体特征和量化属性等。分析了人类活动对生态系统服务流的影响机制,即积极的与消极的人类活动通过对生态系统服务流的空间单元、传递载体和量化属性等方面的影响进而影响到具体的生态系统服务流并最终影响人类福祉。探讨了通过生态系统服务流价值和风险评估、生态系统服务流保护规划、生态系统服务流恢复与重建等积极的人类活动,来实现生态系统服务流传输功能的可持续。未来可以通过对生态系统服务流路径载体衰减效应研究、多尺度分析处理系统的使用和生态系统服务流传输网络动态耦合模型的构建等来制定合理的生态系统服务流集成管理。通过对人类活动与生态系统服务流相互关系的研究,有利于对退化的生态系统服务流进行保护和恢复,也可为生态系统服务流相关研究奠定基础。     

基于时空尺度及利益关系的生态服务功能

在生态服务功能传统评价方法的基础上,拓展了生态服务功能的评价流程,即增添了生态服务的时空尺度与利益关系分析。研究了山东省长岛县生态服务价值的变化趋势、生态服务价值的空间表现、生态价值的社会群体利益关系。结果表明:1994年～2003年,长岛县生态服务价值总体呈现出增—减—增的趋势,1999年生态服务价值降到最低值74523万元,2003年上升到最大值101886万元;分析并计算长岛县生态系统的生物生产性服务、娱乐功能、自然保护价值,这些服务功能表现出明显的空间差异性,即生物生产服务功能仅对长岛区域至关重要,娱乐功能不仅体现在长岛区域,更多体现在全国范围,自然保护价值体现于全国乃至全球范围;分析了不同参与者在获取生态服务方面的差异及参与者之间的生态利益关系,不同的参与者在其空间范围中取得不同的生态服务;生态服务功能的时空分析、利益关系分析是生态管理部门制定科学决策的基础。     

武夷山风景名胜区景观生态安全度时空分异规律

以世界文化和自然遗产地武夷山中受自然和人类生态过程作用最为强烈和频繁的风景名胜区为研究对象,通过景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建景观生态安全度指数, 并借助空间统计学方法对武夷山风景名胜区景观生态安全度的空间分布特征和变异规律进行探讨。结果表明:①1986-2009年武夷山风景名胜区景观生态安全度总体上呈递增趋势;②1986-2009年风景区景观生态安全度Morans's I表现为一定程度的正相关,1986-1997年间正相关关系明显增强,且景观生态安全度全局自相关存在尺度响应;③1997年和2009年风景区景观生态安全度局域自相关格局较一致,而景观生态安全度的集群结构及显著水平在1986-1997年间发生明显改变;④风景区各时期景观生态安全度所表现出较强的空间相关性是结构性因素和非结构性因素综合作用的结果,地形地貌、土壤类型等结构因素对风景区景观生态安全度的空间分布起决定性作用,而非结构因素(旅游开发建设、毁林种茶、弃农种茶等人类活动)对景观生态安全度的演变有重要影响。     

基于MODIS-EVI的重庆植被覆盖时空分异特征研究

利用MODIS-EVI数据,采用像元二分模型结合距平百分率、变异系数和分布指数对2000—2015年重庆植被覆盖度变化时空分异特征进行了分析,结果表明:(1)重庆植被年际、夏、秋季和2008—2015年春季以中覆盖度为主,冬季以及2000—2007年春季以低覆盖度为主。(2)植被覆盖年际变化不明显;劣覆盖度在2000、2002、2003年春季,2001、2006年秋季以及2011年冬季异常偏多;低覆盖度在2000、2001年秋季异常偏多;高覆盖度在2000、2008年秋季和2014年春季异常偏少。(3)植被的波动变化除了冬季以中度为主外,年际、春、夏、秋季均以轻度为主;稳定比例最高为夏季,轻度比例最高为秋季,中度和重度比例最高为冬季。(4)稳定和轻度波动类型主要分布在山地森林和草地区,中度和重度波动类型主要是城镇、水域及其周边区域。在400m以下,植被变化为重度波动;在400—800m,植被年际和夏季趋于稳定分布,而春、秋、冬季为轻度波动;在800—1300m,植被年际和夏季为中度波动,春、秋、冬季为稳定分布;在1300m以上,植被年际和夏季呈现轻度波动,春季为中度波动,秋、冬季为稳定分布。     

深圳湾福田红树林湿地溪沙蚕（Namalycastis abiuma）的生态分布及气候响应

根据2004年1月至2007年12月在深圳湾福田红树林湿地3条断面10个取样站进行大型底栖动物14个季度监测获得的溪沙蚕[Namalycastis abiuma (Müller)]密度和生物量数据,阐述了溪沙蚕数量的年际变化、季节变化和空间分布,分析了溪沙蚕栖息密度、生物量与部分环境因子的关系.结果表明,深圳湾福田红树林湿地溪沙蚕密度和生物量的年均值大小顺序均是:2005年＞2006年＞2007年＞2004年.溪沙蚕密度的季节均值大小顺序是:夏季＞春季＞冬季＞秋季;而溪沙蚕生物量的季节均值大小顺序是:春季＞夏季＞冬季＞秋季.深圳湾福田红树林湿地溪沙蚕的空间分布很不均匀,不同断面或取样站之间数量差别很大,有红树林的取样站溪沙蚕密度高,没有红树林的取样站溪沙蚕密度很低.相关分析表明,溪沙蚕密度和生物量与沉积物中的总有机质、中值粒径、硫化物等参数没有显著相关关系.溪沙蚕2004年的年平均密度和生物量为最低值, 2005年到2007年逐年下降,与降雨量的减少趋势是一致的,但溪沙蚕的密度、生物量与降雨量、气温、光照时数、相对湿度均没有显著相关.可见,红树林湿地是溪沙蚕喜好栖息的生境,溪沙蚕对降雨量等气候因子的响应不显著.     

Mass coral bleaching causes biotic homogenization of reef fish assemblages

Global climate change is altering community composition across many ecosystems due to nonrandom species turnover, typically characterized by the loss of specialist species and increasing similarity of biological communities across spatial scales. As anthropogenic disturbances continue to alter species composition globally, there is a growing need to identify how species responses influence the establishment of distinct assemblages, such that management actions may be appropriately assigned. Here, we use trait‐based analyses to compare temporal changes in five complementary indices of reef fish assemblage structure among six taxonomically distinct coral reef habitats exposed to a system‐wide thermal stress event. Our results revealed increased taxonomic and functional similarity of previously distinct reef fish assemblages following mass coral bleaching, with changes characterized by subtle, but significant, shifts toward predominance of small‐bodied, algal‐farming habitat generalists. Furthermore, while the taxonomic or functional richness of fish assemblages did not change across all habitats, an increase in functional originality indicated an overall loss of functional redundancy. We also found that prebleaching coral composition better predicted changes in fish assemblage structure than the magnitude of coral loss. These results emphasize how measures of alpha diversity can mask important changes in the structure and functioning of ecosystems as assemblages reorganize. Our findings also highlight the role of coral species composition in structuring communities and influencing the diversity of responses of reef fishes to disturbance. As new coral species configurations emerge, their desirability will hinge upon the composition of associated species and their capacity to maintain key ecological processes in spite of ongoing disturbances.