全球水稻梯田生态系统服务研究进展

水稻梯田生态系统具有多重服务价值,全球尺度上相关研究的系统梳理和总结可促进该领域的理解和认识。本文依据千年生态系统服务分类系统,采用系统文献分析法对全球水稻梯田生态系统服务研究进行整理并综述其进展。已发表的全球水稻梯田生态系统服务研究文献主要分布在中国、越南、菲律宾。从评价方法看,中国偏重于价值量评价,而国外偏重于物质量评价;国内4个梯田的价值量评价显示,梯田的调节和支持服务高于其他服务,但由于计算单元和方法不同难以相互相比;物质量评价方面,调节服务研究开展了较为深入的水土流失、灾害和虫害调节研究,支持服务对水稻生长有益的硅元素的循环转化进行了研究,供给服务以影响水稻生长的因素及其情景预测为主;景观尺度上,增加其他作物种植斑块可提高各类服务;基于生态系统服务矩阵与制图的分析框架具有良好应用前景。未来还应加强水稻梯田生态系统服务多尺度评估体系,从服务形成机理出发研究权衡协同关系,并加强景观尺度上的格局-过程-服务-人类福祉间的系统研究。     

稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响

稳定氢氧同位素可有效示踪区域降水水汽来源,旱季降水补给对大规模哈尼梯田的持续存在具有重大影响。以哈尼梯田世界遗产核心区的全福庄河流域为研究对象,在2015年11月—2016年4月间的旱季期间逐月采集处于不同海拔的7个样点的降水样品42个,分析其稳定氢氧同位素组成的变化及其影响因子,并利用后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪其水汽来源。结果表明:1)该区局地大气降水线方程为δD=7.31δ~(18)O+19.8 (R~2=0.94,P0.01,n=42),斜率较全球降水线小而截距偏大,说明研究区有多个水汽来源地。2)旱季降水δ~(18)O和d-excess在前期快速富集,后期δ~(18)O富集的速度减缓,d-excess则快速降低,体现出水汽来源具有时间差异,但两者在空间变化上不明显。3)旱季降水δ~(18)O与降水量、温度和相对湿度的多元线性回归方程为:δ~(18)O=-0.002P-0.86T-0.39H+38.22 (R~2=0.96,P=0.05),表明其变化是多因素综合影响的结果。4)结合δ~(18)O、d-excess和HYSPLIT模型分析,该区旱季主要有3条水汽来源路径,其中西风南支和局地水汽补给较少,占优势的西南季风除2月份外其余各月占70%左右。5)研究区旱季降水量总体较少,但西南季风在11月带来的降水为"灌水养田"提供了水源,在4月的降水为"冲水肥田"和"栽插准备"活动提供了必要水源,从而保障了梯田旱季的用水需求。     

基于氢氧稳定同位素的哈尼水稻梯田湿地水源补给分析

湿地生态系统的发育和维持受水文过程尤其是补给水源稳定性的影响和控制。为探明哈尼水稻梯田湿地水源的时空稳定性及其补给关系,在2015年5—10月的水稻生长期(雨季),对不同海拔田水、降水和地下水进行采样并测定其氢氧稳定同位素。结果表明:在水稻生长期内,降水同位素δ~(18)O雨量效应明显,相关系数为-0.94;地下水同位素δ~(18)O海拔效应梯度为-0.1‰/100 m;田水同位素δ~(18)O值的同位素效应不显著;梯田田水的主要补给水源是降水和地下水,其中水稻生长初期(5—6月)田水的补给为雨季到来之前的田水和降水,水稻生长中期(7—8月)为降水补给,水稻生长末期(9—10月)为地下水补给;在整个水稻生长期内,绝大部分区内梯田以降水补给为主,少部分梯田则一直以地下水补给为主,这两种不同补给水源的梯田在空间上呈镶嵌分布格局并形成水源相互补给关系。正是由于田水补给水源在时间上形成的3个补给时期和在空间上呈现的2个补给类型的镶嵌格局,才使得梯田区形成了稳定的水源补给时空格局,这是哈尼水稻梯田湿地持续千年的关键原因。     

哈尼梯田区优势景观类型对泉水氢氧同位素效应的影响

氢氧稳定同位素是示踪流域水循环过程的有效手段,流域景观类型及其格局对泉水同位素效应的影响是景观生态学与同位素水文学的全新交叉领域.本文以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为研究对象,在2015年3月—2016年3月间,逐月在海拔1500 m的梯田、1700 m的梯田和1900 m的森林景观类型下分别采集78个泉水样和39个大气降水样进行氢氧稳定同位素分析.结果表明:小流域的优势景观类型是森林和梯田,两者面积分别占总面积的66.6％和22.1％,并具有森林在上、梯田在下的垂直格局.相关分析表明,泉水除受降水补给外,还受到景观内其他同位素值偏正的水源补给,景观位置较高的森林区泉水主要由降水补给,位于森林之下的梯田泉水受大气降水、河水、梯田水、地下水等多种水源补给,其同位素混合作用强烈;泉水δ¹⁸O和δD值整体海拔效应明显,其海拔梯度分别为-0.125‰·(100 m)^-1和-0.688‰·(100 m)^-1;研究区氘盈余值随海拔升高而增大与景观格局和同位素循环过程有关.总之,优势景观类型对泉水氢氧同位素效应具有显著影响,泉水氢氧同位素可作为景观水文过程对景观格局的响应指标.     

哈尼梯田景观格局对地表水δ18O海拔效应的影响

本研究以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为对象,对在2015年5月—2016年4月间逐月采集的森林景观类型和梯田景观类型下12个样点的地表水样品进行氢氧稳定同位素组成和效应分析。结果表明: 1)在地表水氢氧稳定同位素组成上,森林斑块δ¹⁸O平均值小于梯田斑块,森林斑块δ¹⁸O随时间的变化幅度也小于梯田斑块;2)研究区地表水δ¹⁸O除8月和3月外,均具有显著的海拔效应,其一元线性回归方程为:δ¹⁸O=-0.012H+13.84(r=-0.83, n=12);3)地表水δ¹⁸O海拔梯度为-1.2‰·(100 m)^-1,但并不是受降水影响的“真”海拔梯度,而是森林斑块和梯田斑块间地表水δ¹⁸O景观梯度影响下的海拔梯度;4)在森林-梯田的景观格局组合下,森林斑块与梯田斑块间的地表水δ¹⁸O值差异增强了海拔效应。因此,当流域景观格局异质性强时,地表水稳定同位素效应会被强化或者出现完全相反的同位素效应。