• Energy Research
• 15. Life on land close
• GB close
• CN close
• FR close
• University of North Texas close

AbstractA natural laboratory is a place supporting the conditions for hypothesis testing under non-anthropogenic settings. Located at the southern end of the Magellanic sub-Antarctic ecoregion in southwestern South America, the Cape Horn Biosphere Reserve (CHBR) has one of the most extreme rainfall gradients in the world. Subject to oceanic climate conditions, it is also characterized by moderate thermal fluctuations throughout the year. This makes it a unique natural laboratory for studying the effects of extreme rainfall variations on forest bird communities. Here, we monitor the bird species richness in the different forest types present in the CHBR. We found that species richness decreased with increasing precipitation, in which an increase of 100 mm in average annual precipitation showed about 1% decrease in species richness. Similar patterns were found among different forest types within the CHBR. These results provide a baseline to investigate the interactions between physical and biotic factors in a subpolar region that climatically contrasts with boreal forests, which is subject to continental climatic conditions. This research highlights the importance of ecological and ornithological long-term studies in the CHBR, which can contribute both to a higher resolution of the heterogeneity of climate changes in different regions of the world, and to orient conservation policies in the Magellanic sub-Antarctic ecoregion in the face of growing development pressures.

Quantification of the trade-offs among greenhouse gas (GHG) emissions, yield, and farmers’ incomes is essential for proposing economic and environmental nitrogen (N) management strategies for optimizing agricultural production. A four-year (2017–2020) field experiment (including four treatments: basic N fertilizer treatment (BF), suitable utilization of fertilization (SU), emission reduction treatment (ER), and high fertilization (HF)) was conducted on maize (Zea mays L.) in the North China Plain. The Life Cycle Assessment (LCA) method was used in this study to quantify the GHG emissions and farmers’ incomes during the whole maize production process. The total GHG emissions of BF, SU, ER, and HF treatments in the process of maize production are 10,755.2, 12,908.7, 11,950.1, and 14,274.5 kg CO2-eq ha−1, respectively, of which the direct emissions account for 84.8%, 76.8%, 74.9%, and 71.0%, respectively. Adding inhibitors significantly reduced direct GHG emissions, and the N2O and CO2 emissions from the maize fields in the ER treatment decreased by 30.0% and 7.9% compared to those in the SU treatment. Insignificant differences in yield were found between the SU and ER treatments, indicating that adding fertilizer inhibitors did not affect farmers’ incomes while reducing GHG emissions. The yield for SU, ER, and HF treatments all significantly increased by 12.9–24.0%, 10.0–20.7%, and 2.1–17.4% compared to BF, respectively. In comparison with BF, both SU and ER significantly promoted agricultural net profit (ANP) by 16.6% and 12.2%, with mean ANP values of 3101.0 USD ha−1 and 2980.0 USD ha−1, respectively. Due to the high agricultural inputs, the ANP values in the HF treatment were 11.2%, 16.6%, and 12.4% lower than those in the SU treatment in 2018–2020. In conclusion, the combination of N fertilizer and inhibitors proved to be an environmentally friendly, high-profit, and low-emissions production technology while sustaining or even increasing maize yields in the North China Plain, which was conducive to achieving agricultural sustainability.

The recent widespread mountain pine beetle (MPB) outbreak in the Southern Rocky Mountains presents an opportunity to investigate the relative influence of anthropogenic, biologic, and physical drivers that have shaped the spatiotemporal patterns of the outbreak. The aim of this study was to quantify the landscape-level drivers that explained the dynamic patterns of MPB mortality, and simulate areas with future potential MPB mortality under projected climate-change scenarios in Grand County, Colorado, USA. The outbreak patterns of MPB were characterized by analysis of a decade-long Landsat time-series stack, aided by automatic attribution of change detected by the Landsat-based Detection of Trends in Disturbance and Recovery algorithm (LandTrendr). The annual area of new MPB mortality was then related to a suite of anthropogenic, biologic, and physical predictor variables under a general linear model (GLM) framework. Data from years 2001–2005 were used to train the model and data from years 2006–2011 were retained for validation. After stepwise removal of non-significant predictors, the remaining predictors in the GLM indicated that neighborhood mortality, winter mean temperature anomaly, and residential housing density were positively associated with MPB mortality, whereas summer precipitation was negatively related. The final model had an average area under the curve (AUC) of a receiver operating characteristic plot value of 0.72 in predicting the annual area of new mortality for the independent validation years, and the mean deviation from the base maps in the MPB mortality areal estimates was around 5%. The extent of MPB mortality will likely expand under two climate-change scenarios (RCP 4.5 and 8.5) in Grand County, which implies that the impacts of MPB outbreaks on vegetation composition and structure, and ecosystem functioning are likely to increase in the future.

Contexte : La surveillance basée sur des placettes a fourni de nombreuses informations sur la diversité taxonomique et le stockage du carbone (C) dans les forêts tropicales de plaine du bassin amazonien. Cela a permis de mieux comprendre la relation entre la dynamique de la biomasse forestière des plaines et les facteurs du changement mondial, tels que le changement climatique et la concentration atmosphérique de CO 2. Beaucoup moins d'attention a été accordée aux écosystèmes montagneux d'Amérique du Sud qui comprennent les forêts montagnardes et la végétation alpine (páramo, puna, prairies des hautes Andes, zones humides et bruyère alpine).Ce complexe de végétation fournit une variété de services écosystémiques et forme un laboratoire naturel le long de divers gradients d'histoire/biogéographie physiographique, géologique et évolutive, et d'histoire de l'utilisation des terres.Images : Ici, nous passons en revue la compréhension empirique existante et les approches basées sur des modèles pour quantifier la contribution des écosystèmes de montagne à la fourniture de services écosystémiques dans le contexte socio-écologique en évolution rapide des montagnes sud-américaines.L' objectif de cet article est de définir une feuille de route générale pour la mise en œuvre de la végétation de montagne dans des modèles dynamiques de végétation mondiale (DGVM) à utiliser dans les modèles du système terrestre (ESM), sur la base de notre compréhension actuelle de leur structure et de leur fonction et de leur réactivité aux facteurs du changement global.Nous identifions également les processus de la limite des arbres, critiques dans les écosystèmes de montagne, comme des éléments manquants clés dans les DGVM/mes, et explorons ainsi en outre un modèle de limite des arbres.Méthodes : Un bilan de la disponibilité des données empiriques a été entrepris à partir de huit sites de recherche le long des Andes et dans le sud-est du Brésil.Parmi huit sites, deux (un au Venezuela et un au Brésil) avaient potentiellement des données climatiques, écologiques et écophysiologiques convenant au paramétrage d'une DGVM.Les données sur la biomasse des arbres étaient disponibles pour six sites.Une évaluation préliminaire de la DGVM du Joint UK Land Environment Simulator (JULES) a été réalisée pour identifier les lacunes dans les données disponibles et leurs impacts sur le paramétrage et l'étalonnage du modèle.En outre, l'élévation potentielle de la limite des arbres déterminée par le climat a été modélisée pour vérifier la DGVM quant à sa capacité à identifier la transition entre la forêt montagnarde et la végétation alpine.Résultats : Les résultats de l'évaluation du modèle de surface terrestre JULES ont identifié les processus clés suivants dans les forêts montagnardes : diminution liée à la température de la production primaire nette, respiration et allocation à la biomasse aérienne et augmentation des stocks de C dans le sol avec l'altitude.Il y avait un accord variable entre la biomasse simulée et celles dérivées des mesures sur le terrain via des équations allométriques.Conclusions : Nous avons identifié des écarts majeurs entre la disponibilité des données et les besoins de modélisation basée sur les processus de la végétation de montagne sud-américaine et de sa dynamique dans les DGVM.Pour combler cet écart, nous proposons un réseau transdisciplinaire, composé de membres des communautés théoriques/de modélisation et scientifiques empiriques, pour étudier la dynamique naturelle des écosystèmes de montagne et leurs réponses aux facteurs de changement mondiaux au niveau local, régional et continental, dans un cadre de système socio-écologique.Les travaux présentés ici constituent la base de la conception de la collecte de données à partir des mesures sur le terrain et des stations de surveillance instrumentales pour paramétrer et vérifier les DGVM.Le réseau est conçu pour collaborer et compléter les recherches à long terme existantes Antecedentes: El monitoreo basado en parcelas ha arrojado mucha información sobre la diversidad taxonómica y el almacenamiento de carbono (C) en los bosques tropicales de tierras bajas de la cuenca amazónica. Esto ha resultado en una mejor comprensión de la relación entre la dinámica de la biomasa forestal de las tierras bajas y los impulsores del cambio global, como el cambio climático y la concentración atmosférica de CO 2. Se ha prestado mucha menos atención a los ecosistemas de montaña de América del Sur que comprenden bosques montanos y vegetación alpina (páramo, puna, pastizales altoandinos, humedales y brezales alpinos).Este complejo de vegetación proporciona una variedad de servicios ecosistémicos y forma un laboratorio natural a lo largo de varios gradientes fisiográficos, geológicos y evolutivos de historia/biogeografía e historia del uso de la tierra. Objetivos: Aquí, revisamos la comprensión empírica existente y los enfoques basados en modelos para cuantificar la contribución de los ecosistemas de montaña a la prestación de servicios ecosistémicos en el entorno socioecológico rápidamente cambiante de las montañas sudamericanas. El objetivo de este documento es esbozar una amplia hoja de ruta para la implementación de la vegetación de montaña en modelos dinámicos de vegetación global (DGVM) para su uso en Modelos del Sistema Terrestre (ESM), basados en nuestra comprensión actual de su estructura y función y de su capacidad de respuesta a los impulsores del cambio global. También identificamos los procesos arbóreos, críticos en los ecosistemas de montaña, como elementos clave que faltan en las DGVM/ESM, y por lo tanto exploramos además un modelo arbóreo. Métodos: Se realizó un inventario de la disponibilidad de datos empíricos de ocho sitios de investigación a lo largo de los Andes y en el sureste de Brasil. De los ocho sitios, dos (uno en Venezuela y otro en Brasil) tenían algunos datos climáticos, ecológicos y ecofisiológicos potencialmente adecuado para parametrizar una DGVM. Se disponía de datos de biomasa de árboles para seis sitios. Se realizó una evaluación preliminar de la DGVM del Simulador Conjunto de Medio Ambiente Terrestre del Reino Unido (JULES) para identificar lagunas en los datos disponibles y sus impactos en la parametrización y calibración del modelo. Además, se modeló la posible elevación determinada por el clima de la línea de árboles para verificar la DGVM en cuanto a su capacidad para identificar la transición entre el bosque montano y la vegetación alpina. Resultados: Los resultados de la evaluación del modelo de superficie terrestre de JULES identificaron los siguientes procesos clave en los bosques montanos: disminución relacionada con la temperatura en la producción primaria neta, la respiración y la asignación a la biomasa sobre el suelo y aumento de las poblaciones de suelo C con elevación. Hubo un acuerdo variable entre la biomasa simulada y las derivadas de las mediciones de campo a través de ecuaciones alométricas. Conclusiones: Identificamos grandes brechas entre la disponibilidad de datos y las necesidades de modelado basado en procesos de la vegetación de montaña sudamericana y su dinámica en las DGVM. Para cerrar esta brecha, proponemos una red transdisciplinaria, compuesta por miembros de las comunidades científicas teóricas/de modelado y empíricas, para estudiar la dinámica natural de los ecosistemas de montaña y sus respuestas a los impulsores del cambio global a nivel local, regional y continental, dentro de un marco de sistema socioecológico. El trabajo presentado aquí forma la base para el diseño de la recopilación de datos a partir de mediciones de campo y estaciones de monitoreo instrumental para parametrizar y verificar las DGVM. La red está diseñada para colaborar y complementar la investigación existente a largo plazo. Background: Plot-based monitoring has yielded much information on the taxonomic diversity and carbon (C) storage in tropical lowland forests of the Amazon basin.This has resulted in an improved understanding of the relationship between lowland forest biomass dynamics and global change drivers, such as climate change and atmospheric CO 2 concentration.Much less attention has been paid to the mountain ecosystems of South America that comprise montane forests and alpine vegetation (páramo, puna, high Andean grasslands, wetlands, and alpine heath).This vegetation complex provides a variety of ecosystem services and forms a natural laboratory along various physiographic, geological and evolutionary history/biogeography, and land use history gradients.Aims: Here, we review existing empirical understanding and model-based approaches to quantify the contribution of mountain ecosystems to ecosystem service provision in the rapidly changing socioecological setting of the South American mountains.The objective of this paper is to outline a broad road map for the implementation of mountain vegetation into dynamic global vegetation models (DGVM) for use in Earth System Models (ESM), based on our current understanding of their structure and function and of their responsiveness to global change drivers.We also identify treeline processes, critical in mountain ecosystems, as key missing elements in DGVMs/ESMs, and thus explore in addition a treeline model.Methods: Stocktaking of the availability of empirical data was undertaken from eight research sites along the Andes and in south-eastern Brazil.Out of eight sites, two (one each in Venezuela and Brazil) had some climate, ecological and ecophysiological data potentially suitable to parametrise a DGVM.Tree biomass data were available for six sites.A preliminary assessment of the Joint UK Land Environment Simulator (JULES) DGVM was made to identify gaps in available data and their impacts on model parametrisation and calibration.Additionally, the potential climate-determined elevation of the treeline was modelled to check the DGVM for its ability to identify the transition between the montane forest and alpine vegetation.Results: Outcomes of the evaluation of the JULES land surface model identified the following key processes in montane forests: temperature-related decrease in net primary production, respiration, and allocation to above-ground biomass and increase in soil C stocks with elevation.There was a variable agreement between simulated biomass and those derived from field measurements via allometric equations.Conclusions: We identified major gaps between data availability and the needs for process-based modelling of South American mountain vegetation and its dynamics in DGVMs.To bridge this gap, we propose a transdisciplinary network, composed of members of the theoretical/modelling and empirical scientific communities, to study the natural dynamics of mountain ecosystems and their responses to global change drivers locally, regionally and at the continental scale, within a social-ecological system framework.The work presented here forms the basis for the design of data collection from field measurements and instrumental monitoring stations to parametrise and verify DGVMs.The network is designed to collaborate with and complement existing long-term research معلومات أساسية: أسفر الرصد القائم على قطعة الأرض عن الكثير من المعلومات حول التنوع التصنيفي وتخزين الكربون (C) في غابات الأراضي المنخفضة الاستوائية في حوض الأمازون. وقد أدى ذلك إلى فهم أفضل للعلاقة بين ديناميات الكتلة الحيوية للغابات المنخفضة ومحركات التغير العالمي، مثل تغير المناخ وتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. وقد تم إيلاء اهتمام أقل بكثير للنظم الإيكولوجية الجبلية في أمريكا الجنوبية التي تشمل الغابات الجبلية والغطاء النباتي في جبال الألب (بارامو، بونا، الأراضي العشبية في أعالي الأنديز، الأراضي الرطبة، وصحة جبال الألب). يوفر مجمع الغطاء النباتي هذا مجموعة متنوعة من خدمات النظام الإيكولوجي ويشكل مختبرًا طبيعيًا على طول مختلف التاريخ الفيزيائي والجيولوجي والتطوري/الجغرافيا الحيوية، وتدرجات تاريخ استخدام الأراضي. الأهداف: نستعرض هنا الفهم التجريبي الحالي والنهج القائمة على النماذج لقياس مساهمة النظم الإيكولوجية الجبلية في توفير خدمات النظام الإيكولوجي في البيئة الاجتماعية والبيئية المتغيرة بسرعة لجبال أمريكا الجنوبية. الهدف من هذه الورقة هو تحديد خريطة طريق واسعة لتنفيذ الغطاء النباتي الجبلي في نماذج نباتية عالمية ديناميكية (DGVM) لاستخدامها في نماذج نظام الأرض (ESM)، بناءً على فهمنا الحالي من هيكلها ووظيفتها واستجابتها لمحركات التغير العالمي. كما نحدد عمليات خطوط الأشجار، الحرجة في النظم الإيكولوجية الجبلية، كعناصر رئيسية مفقودة في DGVMs/ESMs، وبالتالي نستكشف بالإضافة إلى ذلك نموذج خط الأشجار. الأساليب: تم إجراء جرد لتوافر البيانات التجريبية من ثمانية مواقع بحثية على طول جبال الأنديز وفي جنوب شرق البرازيل. من بين ثمانية مواقع، كان لدى موقعين (واحد في كل من فنزويلا والبرازيل) بعض البيانات المناخية والبيئية والفسيولوجية البيئية المحتملة مناسبة لتحديد معالم DGVM. كانت بيانات الكتلة الحيوية الثلاثية متاحة لستة مواقع. تم إجراء تقييم أولي لمحاكي بيئة الأراضي المشترك في المملكة المتحدة (JULES) DGVM لتحديد الثغرات في البيانات المتاحة وتأثيراتها على تحديد معالم النموذج ومعايرته. بالإضافة إلى ذلك، تم نمذجة الارتفاع المحتمل المحدد بالمناخ لخط الأشجار للتحقق من DGVM لقدرته على تحديد الانتقال بين الغابة الجبلية والغطاء النباتي في جبال الألب. النتائج: حددت نتائج تقييم نموذج سطح الأرض JULES العمليات الرئيسية التالية في الغابات الجبلية: الانخفاض المرتبط بدرجة الحرارة في صافي الإنتاج الأولي، والتنفس، والتخصيص للكتلة الحيوية فوق الأرض و زيادة مخزونات التربة C مع الارتفاع. كان هناك اتفاق متغير بين الكتلة الحيوية المحاكية وتلك المستمدة من القياسات الميدانية عبر المعادلات المتجانسة. الاستنتاجات: حددنا الفجوات الرئيسية بين توافر البيانات والاحتياجات إلى النمذجة القائمة على العمليات للغطاء النباتي الجبلي في أمريكا الجنوبية وديناميكياته في DGVM. لسد هذه الفجوة، نقترح شبكة متعددة التخصصات، تتألف من أعضاء المجتمعات العلمية النظرية/النمذجة والتجريبية، لدراسة الديناميكيات الطبيعية للنظم الإيكولوجية الجبلية واستجاباتها لمحركات التغيير العالمي محليًا وإقليميًا وعلى المستوى القاري، ضمن إطار النظام الاجتماعي الإيكولوجي. يشكل العمل المقدم هنا الأساس لتصميم جمع البيانات من القياسات الميدانية ومحطات المراقبة الآلية إلى بارامتير والتحقق من DGVM. تم تصميم الشبكة للتعاون مع البحوث القائمة طويلة الأجل واستكمالها

The Syr Darya is one of two major rivers in Central Asia supplying critical fresh water to the Aral Sea. In spite of the river's importance and agriculturally-intensive history, few studies have provided a modern evaluation of and the occurrence of pesticide residues potential effects to aquatic life. The primary goal of this investigation was to determine seasonal variations in ambient concentrations of modern and legacy pesticides in bottom sediment and water of the Syr Darya in Kazakhstan (KZ) downstream from an agriculturally-intensive watershed in Uzbekistan. Grab samples and passive samplers were used at five remote sampling stations during June 2015 to provide a baseline for ecotoxicological evaluation. Results were compared with samples collected during and after the agricultural growing season. Polar organic chemical integrative samplers (POCIS) were used in June and calibrated for time-weighted average concentrations of current use pesticides. Among legacy chlorinated pesticides measured in grab samples from the river, lindane (γ-HCH) was detected most frequently with the highest concentrations occurring during June. For all the sampling events, residues of lindane (γ-HCH) ranged from 0.014 to 0.24 μg/L detected in water samples, are among the highest concentrations reported for rivers globally. Concentrations of γ-HCH, p,p'-DDE and dieldrin were highest in October when dieldrin concentrations approached 0.4 μg/L. Sources of legacy pesticides may be either illicit upstream use or evidence of previous atmospheric contamination of glacial meltwater. Chronic exposure to these residues may lead to ecological risk to lower order organisms in both the sediment and water column.

We characterized the gas‐ and speciated aerosol‐phase emissions from the open combustion of 33 different plant species during a series of 255 controlled laboratory burns during the Fire Laboratory at Missoula Experiments (FLAME). The plant species we tested were chosen to improve the existing database for U.S. domestic fuels: laboratory‐based emission factors have not previously been reported for many commonly burned species that are frequently consumed by fires near populated regions and protected scenic areas. The plants we tested included the chaparral species chamise, manzanita, and ceanothus, and species common to the southeastern United States (common reed, hickory, kudzu, needlegrass rush, rhododendron, cord grass, sawgrass, titi, and wax myrtle). Fire‐integrated emission factors for gas‐phase CO2, CO, CH4, C2–4hydrocarbons, NH3, SO2, NO, NO2, HNO3, and particle‐phase organic carbon (OC), elemental carbon (EC), SO42−, NO3−, Cl−, Na+, K+, and NH4+generally varied with both fuel type and with the fire‐integrated modified combustion efficiency (MCE), a measure of the relative importance of flaming‐ and smoldering‐phase combustion to the total emissions during the burn. Chaparral fuels tended to emit less particulate OC per unit mass of dry fuel than did other fuel types, whereas southeastern species had some of the largest observed emission factors for total fine particulate matter. Our measurements spanned a larger range of MCE than prior studies, and thus help to improve estimates of the variation of emissions with combustion conditions for individual fuels.

Preliminary environmental data, including current land use, substrate lithology, soils, natural hazards, water resources, biological assemblages, meteorological data, and regulatory considerations have been collected and analyzed for approximately 150 km/sup 2/ of land: (1) near Chocolate Bayou, Brazoria County, Texas, where a geopressured-geothermal test well was drilled in 1978, and (2) near the rural community of Armstrong, Kenedy County, Texas, where future geopressured-geothermal test well development may occur. The study was designed to establish an environmental data base and to determine, within spatial constraints set by subsurface reservoir conditions, environmentally suitable sites for geopressured-geothermal wells.