Ecosystem network analysis indicators are generally robust to parameter uncertainty in a phosphorus model of Lake Sidney Lanier, USA

Understanding how data uncertainty influences ecosystem analysis is critical as we move toward ecosystem-based management. Here, we investigate how 18 Ecological Network Analysis (ENA) indicators that characterize ecosystem growth, development, and condition are affected by uncertainty in an ecosystem model of Lake Sidney Lanier (USA). We applied ENA to 122 plausible parameterizations of the ecosystem developed by Borrett and Osidele (2007, Ecological Modelling 200, 371-387), and then used the coefficient of variation (CV) to compare system indicator variability. We considered Total System Throughput (TST) as a measure of the underlying model uncertainty and tested three hypotheses. First, we hypothesized that non-ratio indicators whose calculation includes the TST would be at least as variable as TST if not more variable. Second, we postulated that indicators calculated as ratios, with TST in the numerator and denominator would tend to be less variable than TST because its influence will cancel. Last, we expected the Average Mutual Information (AMI) to be less variable than TST because it is a bounded function. Our work shows that the 18 indicators grouped into four categories. The first group has significantly larger CVs than the CV for TST. In this group, model uncertainty is amplified rendering these three indicators less useful. The second group of four indicators shows no significant difference in variability with respect to TST. Finally, there are two groups whose CV values are significantly lower than that for TST. The least variable group includes the ratio-based indicators and Average Mutual Information. Due to their low variability, we conclude that these indicators are the most robust to the parameter uncertainty and most useful for ecosystem assessment and comparative ecosystem analysis. In summary, this work suggests that we can be as certain, or more certain, in most of the selected ENA indicators as we are in the parameters of the model analyzed.     

Tradeoffs between forestry resource and conservation values under alternate policy regimes: A spatial analysis of the western Canadian boreal plains

An important element of resource management and conservation is an understanding of the tradeoffs between marketed products, such as timber, and measures of environmental quality, such as biodiversity. In this paper, we develop an integrated economic-ecological spatial optimization model that we then apply to evaluate alternate forest policies on a 560,000 km² study region of managed boreal forest in Alberta and British Columbia, Canada. The integrated model incorporates dynamic forest sector harvesting, current levels of oil and gas sector development, coarse-filter or habitat-based old forest indicators, a set of empirical forest bird abundance models, and statistical models of the natural and current fire regimes. Using our integrated model, economic tradeoff curves, or production possibility frontiers, are developed to illustrate the cost of achieving coarse-filter targets by a set time (50 years) within a 100-year time horizon. We found levels of ecological indicators and economic returns from the timber industry could both be increased if spatial constraints imposed by the current policy environment were relaxed; other factors being equal, this implies current policy should be revised. We explore the production possibility frontier's relationship to the range of natural variation of old forest habitat, and show how this range can be used to guide choices of preferred locations along the frontier. We also show that coarse-filter constraints on the abundance of certain habitat elements are sufficient to satisfy some fine-filter objectives, expressed as the predicted abundances of various species of songbirds.     

湿地水环境可持续性概念辨析

20世纪60年代以来,随着全球性的生态与资源危机的不断出现,使得人们不得不开始检讨传统的经济发展观,寻求探索新的发展模式。20世纪80年代初期,由联合国环境与发展委员会提出的可持续发展理论,得到了世界各国的普遍认同。然而,从1992年的巴西里约热内卢到2002年的南非约翰内斯堡,可持续发展在这十年间遭遇到理论与实验的双重＂困境＂。2001年,23名世界著名学者在美国《科学》上发表了《可持续性科学》的论文,想用这样一个严格的科学定义来替代意义分歧的可持续发展,避免可持续发展走入歧途。从此,人们越来越频繁地使用＂可持续性＂一词,但怎么实现可持续性则众说不一。学术界对＂可持续性＂和＂可持续发展＂概念的讨论也非常活跃且一直没有间断过。在此,从＂可持续性＂的历史成因出发,分析其在生物学、生态学及环境学等方面的含义,探讨＂可持续性＂一词在湿地水环境这一具体领域的应用,提出＂湿地水环境可持续性＂这一概念,并深入分析其内涵和主要特征,为后续湿地水环境可持续性度量作理论铺垫。     

冬季降雪过程对城市大气气态汞污染的影响

2009年降雪和非降雪期间对北京西北城区的气态总汞浓度进行了连续采样,比较了降雪期间、非降雪期间的气态总汞浓度日变化过程;降雪期间气态总汞浓度的降低和恢复过程。结果表明,降雪和非降雪期间大气气态总汞浓度的日均值有显著差异,降雪期间气态总汞的平均浓度为5．64ng·m^-3,非降雪期间的平均浓度为7．43ng·m^-3,前者约为后者的70％。降雪后约7h气态总汞浓度恢复到降雪前水平。研究中分析了气象因素（气压、风速、阵风速度、气温和相对湿度）对于气态总汞浓度的影响,结果表明：降雪期间主要受到风速（r=-0．527）和阵风速度（r=-0．574）的影响;非降雪期间主要受到风速（r=-0．691）,阵风速度（r=-0．726）和相对湿度（r=0．692）的影响,并且相对湿度的影响与风速的影响相近。降雪和非降雪期间气态总汞的日变化有所差异：非降雪期间气态总汞浓度在午夜和清晨较高,日变化趋势与相对湿度一致;降雪期间气态总汞的日变化没有明显规律。     

典型电子垃圾拆解区大气中多溴联苯醚（PBDEs）的季节变化特征

电子垃圾污染问题已经引起了人们的广泛关注。研究了一典型电子垃圾拆解区及其上下风向大气中PBDEs的季节变化特征。结果表明,夏季电子垃圾拆解区大气中∑17BDEs总浓度为9930pg·m-3,冬季∑20BDEs的总浓度高达41476pg·m-3;和夏季相比,冬季五溴-联苯醚的百分比降低了16.7%,而十溴-联苯醚升高了10.2%,但是,其组成仍然是五溴-联苯醚为主,十溴-联苯醚次之,八溴-联苯醚最少。上下风向地区大气中PBDEs浓度及其组成成分由于受到电子垃圾拆解、本地生产方式和季节变化的影响也表现出相应的变化形式。     

贵州喀斯特地区不同土地利用方式土壤CO_2体积分数变化及影响因素

为了解不同土地利用方式对土壤剖面CO2体积分数的影响,采用气相色谱法对贵州喀斯特地区土壤不同深度空气CO2体积分数进行观测。结果表明：不同土地利用对土壤平均CO2体积分数影响较大,其次序为：次生林（0.35%±0.06%）〉草地（0.34%±0.05%）〉人工林（0.27%±0.03%）〉农田（0.16%±0.03%）。次生林、草地与农田之间土壤CO2体积分数差异性显著,而人工林与农田之间无显著性差异。不同土地利用方式土壤剖面CO2体积分数的时空变化特征比较一致：从春季到夏季逐渐增加而从秋季到冬季又逐渐降低,与该区域的温度和降雨量变化趋势一致。同时随着土壤剖面深度增加CO2体积分数逐渐增大,但在土层12 cm处有突然降低现象（农田除外）。不同土地利用方式土壤空气CO2体积分数变化与大气、土壤温度密切相关（r=0.602~0.886,P〈0.05）,土壤温度升高会导致土壤CO2体积分数上升。土壤湿度虽然也在一定程度上影响了剖面CO2体积分数,但相关性分析表明二者之间并不显著（r=0.105~0.393,P〉0.05）,说明在贵州喀斯特地区,土壤温度对土壤空气CO2体积分数的影响大于土壤湿度。     

黄土高原半干旱区覆膜玉米土壤温度的变异特征

黄土高原半干旱丘陵山区受特殊的地理、地形以及水文气象条件的影响,造成农业生产播种难、出苗率低等问题,严重制约着农业的发展,但通过覆膜坐水技术能够起到抗旱保墒、提高地温、改善土壤肥效等作用。以哲单7号玉米ZeamaysL为供试品种,在设置对比试验小区（覆膜与不覆膜）的基础上,通过分析覆膜玉米土壤温度变异特征,描述了覆膜后增温、提墒、增产的过程,研究结果表明：覆膜处理与不覆膜处理相比,增温最明显的时期出现在出苗到拔节阶段,且10cm．和20cm处的温差表现为最大,可增温2．5℃左右,而后期增温减慢,播种后覆膜增温为玉米发芽生长提供了良好的生长环境,大大提高了出苗率,为作物节水增产提供了必要条件。     

丹江口水库生态系统健康综合评价

2007年7月～2008年5月按季度对丹江口水库4个库区(丹江库区、汉江库区、取水口和五青入库区)的水环境和浮游生物进行了调查,采用生态系统健康指数(EHI)法和营养状态指数(TSI)法对该水库的生态系统健康状态进行定量的综合评价.结果表明:2007年7月～2008年5月,丹江口水库整体处于中营养状态,健康状态中等,健康状态总趋势是丹江库区>取水口>汉江库区>五青入库区;各库区生态系统健康状态存在季节性差异,丹江库区、取水口两库区全年为中等,汉江库区在夏季为较差,其它季节中等,五青入库区在冬季最差,其它季节较差.此外,对两种评价方法进行了比较,表明丹江口水库属于响应型生态系统,生态系统健康指数(EHI)适用于丹江口水库生态系统健康的评价.     

陕北黄土区陡坡土壤水分变异规律研究

土壤水分是制约陕北黄土区陡坡林草植被建设主要限制因素,深入系统的研究陡坡土壤水分变异规律是科学开展林草植被建设的重要前提。目前,陡坡不同季节、不同坡向、不同坡度的土壤水分变异规律尚未见系统的研究。为此,本研究通过观测陕北黄土区坡面尺度的自然恢复流域陡坡土壤含水量,研究分析了陡坡土壤水分季节变化规律、陡坡土壤水分垂直变化规律,结果表明：（1）陕北黄土区陡坡的土壤水分消耗期、土壤水分积累期、土壤水分消退期和土壤水分稳定期分别对应3-6、7-9、10-11和12月-次年2月;（2）0~120 cm土层中0~60 cm土层土壤含水量变化活跃。土壤水分随着土层深度的增加而增加,且各层间的差异也越来越显著;（3）基于土壤水分的垂直变化规律,陡坡的土壤水分弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层分别为0~40、40~60和60~100 cm。（4）在垂直于陡坡坡面方向上,深度大于40~50 cm的土壤层能为植被生长提供良好的土壤水分环境,有利于人工植被建设在陡坡开展。     

广东省土壤硒空间分布及潜在环境风险分析

利用广东省260个土壤剖面数据,开展区域尺度下的土壤总硒（Se）质量分数的空间分布研究。结果表明,研究区内土壤硒含量变异性较强,符合对数正态分布特征,其几何质量分数为0.23 mg·kg-1,高于全国平均水平。表层土壤硒基线质量分数范围为0.13到0.41 mg·kg-1,处于硒缺乏与中等含量水平之间。土壤硒的空间分布格局与区域成土母质密切相关,表现为：高硒质量分数的土壤主要位于石灰岩和砂页岩区域,而低硒质量分数的土壤主要位于紫色页岩和花岗岩地区。土壤硒缺乏可能是影响研究区人体健康的重要问题。此外,研究区由土壤退化和土壤侵蚀引发的流入周边水体的土壤硒每年可高达23 t。