The Use of Remote Sensing and GIS in the Sustainable Management of Tropical Coastal Ecosystems

The sustainable use and management of important tropical coastal ecosystems (mangrove forests, seagrass beds and coral reefs) cannot be done without understanding the direct and indirect impacts of man. The ecosystem's resilience and recovery capacity following such impacts must be determined. The efficacy of mitigation measures must also be considered. Remote sensing and geographic information systems (GIS) are excellent tools to use in such studies. This paper reviews the state of the art and application of these tools in tropical coastal zones, and illustrates their relevance in sustainable development. It highlights a selected number of remote sensing case-studies on land cover patterns, population structure and dynamics, and stand characteristics from South-East Asia, Africa and South-America, with a particular emphasis on mangroves. It further shows how remote sensing technology and other scientific tools can be integrated in long-term studies, both retrospective and predictive, in order to anticipate degradation and to take mitigating measures at an early stage. The paper also highlights the guidelines for sustainable management that can result from remote sensing and GIS studies, and identifies existent gaps and research priorities.There is a need for more comprehensive approaches that deal with new remote sensing technologies and analysis in a GIS-environment, and that integrate findings collected over longer periods with the aim of prediction. It is also imperative to collect and integrate data from different disciplines. These are essential in the spirit of sustainable development and management, particularly in developing countries, which are often more vulnerable to environmental degradation.     

大江大河从“公共资源”到“公地悲剧”演变的内在机理分析

江河提供了非常丰富的“非排它性”资源服务,因此容易陷入“公地悲剧”。历史上对长江、黄河等江河所提供的多维度要素资源价值理论认识上的滞后及误区,是引发此类江河向“公地悲剧”演变的基础性原因。现行的江河管理体制不能有效地协调中央与地方、地方与地方、部门与部门之间的资源行为及利益关系,从而诱发了地方等主体对江河资源的不相容使用和过度进入,而成为加速推进这一演变进程的制度性根源。在这一体制下,地方在与中央的博弈中,谋求当期地方收益的最大化;地方之间的财政逆向转移与升职竞争博弈,加剧了地方的行为扭曲;部门之间的边界模糊与势力竞争博弈,诱发了部门的行为扭曲。只有创立新的江河管理体制,才能规范地方等主体的行为,避免江河的“公地悲剧”命运。     

自然生境中厌氧氨氧化功能微生物生态学研究进展

自然生境中发生的厌氧氨氧化过程是继反硝化和好氧氨氧化后的又一条氮损失途径,对全球生态系统氮循环具有重要意义,但不同自然生态系统中存在不同种类的厌氧氨氧化微生物.通过阐述厌氧氨氧化反应发生的生理机制,并对不同自然环境中发现的厌氧氨氧化功能微生物进行梳理,分析了厌氧氨氧化菌分布的空间异质性成因.结果表明,适量的无机氮可以促进厌氧氨氧化的发生,有机碳含量低和低氧条件更有利于厌氧氨氧化菌的生存且厌氧氨氧化的活性较高,这与厌氧氨氧化菌的化能自养代谢途径有着紧密的联系,低养分条件下反硝化菌的活性受到短暂抑制,促进了厌氧氨氧化的发生.同时,适当的高盐环境会提高厌氧氨氧化活性并促进厌氧氨氧化菌群落结构转变,高盐度环境下Scalindua属占优势,低盐度环境下Brocadia属更占优势.厌氧氨氧化菌对温度变化有很好的适应性,大部分厌氧氨氧化菌（如Scalindua属、Kuenenia属和Brocadia属）对于极端环境均有较强的环境适应性;此外,悬浮颗粒物浓度、含水量等因素也会影响厌氧氨氧化菌的分布及其代谢活性.建议今后从基因组学、蛋白组学和转录组学相结合的角度对自然环境中的厌氧氨氧化菌开展生理生态机理的研究,并探明厌氧条件下Fe3+、Mn4+、SO₄2-等电子受体与厌氧氨氧化过程的生物化学联系,以更好地应用于工程技术研究,并为生态环境修复提供理论依据.      

长江流域2000—2015年生态系统质量及服务变化特征

分析生态系统质量与服务现状及变化特征,有助于准确了解流域生态系统状况与趋势,为流域生态保护与修复的高效管理提供参考依据.采用相对生物量密度与相对植被覆盖度指数以及生态系统服务（土壤保持、防风固沙、洪水调蓄、粮食生产）评估模型,评估2000—2015年长江流域生态系统质量及服务变化特征.结果表明:①2000—2015年,长江流域森林、灌丛以及草地生态系统质量提升显著,56.56%的森林、45.65%的灌丛以及19.26%的草地生态系统质量得到不同程度的提高.②研究期间,长江流域粮食生产、洪水调蓄、土壤保持、防风固沙均呈显著上升趋势,其中粮食生产能力增加13.7%,洪水调蓄功能提升10.1%,土壤保持服务提高19.5%,防风固沙总量增加30.0%.③长江流域生态系统质量不高,处于低与差质量等级的生态系统面积比例在25%~35%之间;受不同类型的自然和人类活动影响,长江流域生态系统质量与服务均存在局部退化现象.研究显示,在生态质量与服务评估的基础上,分区域、分类型实施不同的生态系统保护与恢复途径,是今后长江流域加强生态系统管理的重要途径.      

广东省国家级自然保护区2000─2010年生态系统服务价值演变

运用GIS和RS技术,分析了2000年、2010年广东省11个国家级自然保护区的土地利用变化特征,并采用修正的生态系统服务价值系数结合土地利用面积,对不同时期保护区的生态系统服务价值进行了计算. 结果表明:2000─2010年,广东省自然保护区草地、农田、湿地、水域和建设用地面积均有所增加,分别为18.58、81.24、1.91、86.47、70.79 hm2,而林地、未利用地面积则分别减少了166.25、92.75 hm2. 不同土地利用类型的生态系统服务价值量均发生变化,除未利用地外,其余生态系统服务价值均有所增加. 其中,水域和林地2类生态系统服务价值分别增加了728.07×107和463.90×107元,增加最显著. 自然保护区内各项生态系统服务价值均有所增加,其中,维护生物多样性价值、水文调节价值和废物处理价值增加最为显著,食物生产价值增加最少. 2000─2010年广东省11个自然保护区生态系统服务价值增加了1 199.70×107元,增长率为28.02%,表明自然保护区保护和管理成效较好.      

模拟海平面上升和氮负荷增加对河口感潮沼泽湿地CO2垂直交换的影响

海平面上升和氮负荷增加是入海河流河口面临的两个主要全球性环境问题.揭示河口潮滩沼泽湿地CO₂垂直通量对二者及交互作用的响应,对于科学评估全球变化背景下的河口潮滩沼泽湿地生态系统蓝碳功能具有重要的科学意义.本研究以闽江河口鳝鱼滩中潮滩短叶茳芏湿地为研究对象,在野外原位实施模拟海平面上升、氮负荷增加及二者交互作用的实验处理近1年后,在2019年冬季各月的大潮日白天涨潮前、平潮期及落潮后3个阶段,运用透明静态箱（或遮光布遮光）+Li-6800光合作用仪对短叶茳芏湿地生态系统净CO₂交换（NEE）和生态系统呼吸（ER）进行测定.结果发现,与对照处理相比,冬季尺度3种处理下短叶茳芏湿地生态系统NEE均显著增加;模拟海平面上升影响下短叶茳芏湿地生态系统ER无显著变化;氮负荷增加及二者交互作用下,短叶茳芏湿地ER均显著增加.模拟海平面上升、氮负荷增加及二者交互作用情景下,短叶茳芏湿地生态系统总初级生产力（GPP）均明显增加.研究表明,在未考虑甲烷排放的情景下,即使在冬季,海平面上升、氮负荷增加及二者交互作用将可能增加亚热带河口潮滩半咸水沼泽湿地的碳汇功能.     

秦皇岛市森林生态系统现状分析

通过分析秦皇岛市当前森林生态系统的现状、效益,发现秦皇岛市森林生态系统存在着分布不均、林龄结构不合理等问题;提出了退耕还林、封山育林、加大宣传力度等措施,以期秦皇岛森林生态系统走上可持续发展的道路,更好地造福于人民。     

城市生态系统承载能力初步研究——以江苏省吴江市为例

城市作为一个复合生态系统,其承载能力的涵义与资源、环境承载力相比有很大差别。论文在探讨城市生态系统承载力内涵及各子系统相互关系的基础上,从承载力与压力指数的角度构建城市生态系统承载能力评价模型。以江苏省吴江市为例,建立承载力与压力指数评价的层次结构指标体系,应用评价模型对吴江市1990-2004年的城市生态系统承载水平进行评价。结果表明:吴江市在研究时段内生态系统承载能力与社会经济发展经历了由不协调到相对协调的过程。在选取的各分量指标中,环境容纳指数的平均贡献率高达38.68%,是提高城市生态系统承载力及抑制生态系统压力增长的重要因素;资源消耗的平均贡献率为54.45%,说明社会经济发展导致的资源消耗仍然是生态系统压力的主要来源。     

喀斯特山区土地利用变化对生态系统服务价值的影响

研究土地利用变化与生态系统服务价值（ESV）的演变对优化喀斯特脆弱山区的土地资源配置和推进生态恢复具有重要意义。以贵州省瓮安县为例,利用2001年、2011年、2019年3期遥感影像数据,通过CA-Markov模型预测2027年土地利用格局,定量分析研究区2001—2027年土地利用和ESV的时空演变趋势。结果表明：瓮安县土地利用类型以林地和耕地为主,耕地向林地的转移较为剧烈,林地和建设用地面积持续增加,建设用地和水域的动态度最大;ESV总体呈上升趋势,耕地向林地转移是ESV增加的主要贡献项,ESV增加区域主要发生在瓮安县西部和东北部地区,未来ESV低值区仍分布在中部城镇地区;服务类型产生的ESV主要以土壤形成与保护服务为主,其次为水源涵养服务和生物多样性保护;林地和耕地是引起研究区ESV变化的敏感因子,研究区ESV对改进的价值系数缺乏弹性。研究期内瓮安县土地利用结构变化显著,生态系统服务价值明显提升。