土壤保持服务:概念、评估与展望

土壤保持服务作为一项重要的生态系统调节服务,是防止区域土地退化、降低洪涝灾害风险的重要保障。针对在全球范围内影响最大的土壤水蚀,基于土壤侵蚀、运移和输出过程,对土壤保持服务的概念、评估方法进行了梳理总结。土壤保持服务是指生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力及对泥沙的储积保持能力。土壤保持服务的评估往往是基于通用土壤流失方程RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation),以潜在土壤侵蚀量(裸地时土壤侵蚀量)与实际土壤侵蚀量之差,作为指标衡量。由于生态过程具有尺度依赖性,对土壤保持服务的有效评估,需要采用多尺度方法。土壤保持服务与人类需求紧密相关,在未来土壤保持服务研究中应强调连接土壤保持服务与人类福祉,对土壤保持服务产生、流动、使用的全过程及土壤保持服务时空动态与人类福祉变化的关系进行探究。     

密云水库上游流域生态系统服务功能空间特征及其与居民福祉的关系

生态系统管理的一个重要挑战是在区域尺度上管理生态系统服务并提高当地居民福祉。以2009年土地利用数据和社会经济数据为基础,利用InVEST模型和空间制图在乡镇尺度上对密云水库上游流域水资源供给服务、土壤保持服务、水质净化服务、产品供给服务以及居民福祉进行了定量评估和空间特征刻画,并探讨了生态系统服务与居民福祉的不同关系模式。结果表明,流域内各乡镇土壤保持服务从上游到下游呈逐渐递增的趋势,水质净化服务从上游到下游整体上也呈逐渐递增的趋势,流域内水质净化服务功能与水资源供给服务、粮食供给服务、蔬菜供给服务以及畜牧产品供给服务在空间上呈显著负相关;基于生态系统服务与居民福祉在空间上的聚集特征,可将56个乡镇划分为低服务低福祉模式、供给服务依赖模式和高服务高福祉模式,针对这3种关系模式特点,可分别提出改善生态系统服务功能和居民福祉的管理措施。案例研究可为其他区域实施分区管理、协调生态系统服务功能保护与居民福祉的关系提供借鉴。     

四川省生态系统土壤保持功能空间特征及其影响因素

土壤保持是生态系统通过其结构与过程减少由于降水所导致的土壤侵蚀的作用,是生态系统重要调节服务之一。四川省位于长江上游,是我国重要的生态安全屏障区域,对其生态系统土壤保持功能的保护和土壤侵蚀的控制是维持长江中下游生态安全的重要保障。研究采用通用土壤流失方程(USLE)和统计学方法,对四川省生态系统土壤保持功能的空间特征以及影响因素展开分析,结果表明:(1) 2015年,四川省生态系统土壤保持总量为199.01亿t,平均土壤保持强度约409.43 t hm-2a-1,森林和灌丛生态系统是土壤保持功能的主体,农田生态系统仍发挥了相当数量的土壤保持作用,但农业活动中需注意采取水土保持措施;(2)空间上,土壤保持功能较强的区域主要位于地形起伏明显的盆周山地区(包括龙门山、邛崃山、大凉山和米仓山等),以巴中市、雅安市、达州市、广元市、攀枝花市、乐山市等地的平均土壤保持强度较高,以凉山州、阿坝州、甘孜州、雅安市、巴中市、达州市等地的土壤保持极重要区分布较广;(3)自然因素中,气候和地形是影响研究区生态系统土壤保持空间格局的主要因素,土壤因素在区域尺度上也表现出一定的影响,植被因素则可能在局域尺度上发挥作用。研究从土壤保持功能角度揭示了保障生态安全的重要区域,研究结果可为四川省的生态保护和侵蚀控制提供科学指导。     

澜沧江流域生态系统土壤保持功能及其空间分布

基于改进的通用土壤流失方程对澜沧江流域生态系统的土壤保持功能及其空间分布特征进行分析.结果表明:澜沧江流域是我国生态系统土壤保持能力最高的区域之一,其年均土壤保持量为2.36×1010 t·a-1,单位面积土壤保持量为1453.72 t·hm-2;土壤N、P、K元素保持量分别为5.74×107、3.07×107和3.75×108 t·a-1,从上游至下游呈递增趋势.各类生态系统中,森林生态系统土壤保持能力最高,草地和农田其次,荒漠生态系统最差.不同生态系统的土壤保持能力均随植被盖度的增加呈线性增长.澜沧江流域生态系统的植被盖度每增加10％,其土壤保持能力平均增加35.3％.在对该区域生态系统进行保护的基础上,因地制宜地合理增加植被盖度对防治土壤侵蚀、保持土壤养分可以起到良好效果.     

基于GIS重庆土壤侵蚀及土壤保持分析

土壤侵蚀作为一个重大的全球环境问题,严重地威胁着区域生态环境质量和社会经济。在考虑植被覆盖度与土壤侵蚀关系的前提下,通过查表法,构建不同土地覆盖类型和不同植被覆盖度下的C值图层,并基于地理信息技术(GIS)和通用土壤侵蚀方程(USLE)估算了重庆地区土壤侵蚀量,土壤保持量和土壤保持价值。结果表明:重庆地区2010年土壤侵蚀量约为2.23亿t/a;土壤保持量约为14.69亿t/a。利用市场价值法,机会成本法和影子工程法评价了各类生态系统土壤保持的生态价值。研究区2010年土壤保持价值相对于2006年有所提升,2010年生态系统因防止土壤侵蚀而产生的土壤保持总价值约为6.18×105万元,其中保持土壤养分的价值为5.44×105万元;减少废弃地的价值为2.65×104万元;减轻泥沙淤积灾害的价值为4.78×104万元。各生态系统类型中,森林生态系统土壤保持价值量最大,单位面积价值最高。     

耦合过程和景观格局的土壤侵蚀水环境影响评价

将景观格局的作用纳入到土壤侵蚀的生态环境影响评估中,具有方法上的实用意义,可为水体泥沙源区识别、评价立地侵蚀对目标水体的泥沙输出风险和流域景观格局对土壤流失抑制潜力提供一种途径.本文将RUSLE模型作为模拟立地土壤侵蚀强度的工具,考虑植被覆盖和地形对泥沙输送的阻滞作用,从点(栅格)和子流域两个尺度,采用景观格局表征方法定量评估南水北调中线水源区土壤侵蚀对河流、水库的影响.在点(栅格)尺度提出土壤侵蚀影响强度(I)指标表征土壤侵蚀对水体的泥沙输出风险;在流域尺度利用反映流域景观格局留滞泥沙能力的渗透指数(LI)指示泥沙进入水体的风险.结果表明： 耦合景观格局信息和侵蚀过程的指标能空间分布式地有效反映立地土壤侵蚀对水体泥沙输入的影响强度;LI与流域平均景观阻滞、平均植被覆盖度呈显著的指数关系, 子流域输沙模数与LI呈显著的指数回归关系.说明基于土壤侵蚀过程表征景观格局、将景观格局信息与景观土壤保持功能结合起来的评价方法,可为土壤侵蚀风险评价提供新途径.     

秦岭生态系统服务协同与权衡的时空异质性

秦岭是我国重要的生态功能区,探究秦岭生态系统服务权衡与协同关系对区域的生态保护和高质量发展意义重大。本研究基于遥感、气象、土壤质地等数据,在分析2000、2010和2020年土地利用时空变化的基础上,采用CASA、InVEST和RUSLE模型计算秦岭地区植被固碳量、产水量、生境质量和土壤保持量,并探讨空间异质性特征及生态系统服务关系。结果表明: 2000—2020年,研究区耕地、草地面积持续减少,林地和建设用地面积增长,水域和未利用地变化不明显。研究区固碳量东高西低,呈增长趋势;产水量持续减少,呈现南坡高、北坡低的格局;生境质量稳定增长;土壤保持量先增后减。不同地类的生态系统服务各有差异,同一地类的各个生态系统服务也各不相同。全域尺度下固碳与土壤保持、生境质量与土壤保持、固碳与生境质量皆呈协同关系,固碳与产水、土壤保持与产水、生境质量与产水为权衡关系,但不同条件下服务量间的关系存在明显差异。研究结果有助于降低权衡风险,使总体效益最大化,可为促进生态高质量发展、实现自然资源管理与人类福祉的双赢提供参考依据。     

生态系统服务供给、消费与人类福祉的关系

生态系统服务的持续供给是区域可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足和提高自身福祉.科学认识生态系统服务供给、消费与人类福祉之间的关系,对于协调生态系统服务保育与人类福祉提高的关系具有重要意义.本文对生态系统服务供给的多样性、复杂性、区域性特点和生态系统服务消费的差异性、不可或缺性特征,以及人类福祉的多维性、地域性、评价指标多样性分别进行了综述,分析了生态系统服务供给与消费之间的不确定性关系和多尺度关联特征,阐述了生态系统服务与人类福祉之间相互反馈和非同步性关系.最后,围绕生态系统服务供给、消费与人类福祉的关系,提出了有待进一步研究的问题.     

西部山区流域生态系统服务权衡与协同关系——以甘肃白龙江流域为例

甘肃白龙江流域是长江上游重要水源涵养和生态屏障区,生态系统服务研究对该流域生态保护与经济发展的双赢具有重要意义。本研究基于InVEST模型进行4种典型生态系统服务(如土壤保持、水源涵养、食物供给、生境质量)评估,并通过相关性和均方根偏差(RMSD)开展服务间多尺度权衡及其成因分析。结果表明: 土壤保持、水源涵养和生境质量两两之间为显著协同关系,食物供给分别与生境质量、土壤保持和水源涵养间为显著权衡关系。3对协同服务和食物供给与生境质量的权衡强度高值主要集中于文县、迭部和舟曲的中高山阴陡坡林区;食物供给与土壤保持、食物供给与水源涵养间的权衡强度高值主要集中于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区。人类活动驱使下的土地利用/覆被格局空间差异是影响服务权衡程度及其尺度效应的重要因素。     

自然保护区居民福祉的历时性——以陕西佛坪国家级自然保护区为例

生态系统管理的一个重要挑战是在区域尺度上管理生态系统服务并提高当地居民福祉。选择陕西佛坪国家级自然保护区居民福祉进行历时性研究。构建了不同于较大范围和行政区域尺度的福祉指标测量体系,包括了主、客观福祉和千年生态系统评估下的人类福祉,然后对保护区居民从1995经2005至2015年的主、客观福祉和人类福祉指标进行了定量评估和特征刻画。历时数据结果表明:总体上看,保护区居民福祉有明显提升,2005—2015年阶段比1995—2005年阶段的增幅更多;居民主、客观福祉在各方面有了明显提升;人类福祉在基本生活与服务、安全、选择和行动的自由等方面有显著提高,健康方面有显著下滑。通过回归分析的结果表明:受访者居住地与保护区的距离等部分人口特征对提升居民主、客观福祉和人类福祉有着显著的积极影响。结合陕西省佛坪县实际情况,针对如何提升保护区居民福祉,提出了巩固生态系统服务成果、经济发展共建共享、社区共管助力旅游开发、提升教育水平促进旅游就业等建议。     

湖泊湿地生态服务监测指标与监测方法

湖泊湿地生态系统为人类提供了维持生存发展的多种生态系统服务,是社会经济可持续发展的重要基础。然而,全国范围内的湖泊湿地资源被大量开发利用,极大地削弱了湖泊湿地提供生态系统服务的能力,人类自身福祉也受到严重威胁。开展湖泊湿地生态系统服务动态监测能减少生态系统服务重复计算、推动生态系统服务管理实践。本文在分析湖泊湿地生态系统服务监测必要性的基础上,探讨了湖泊湿地生态系统服务监测指标选取的原则和思路,并初步构建了适宜于我国湖泊湿地生态系统服务动态评估、权衡分析和生态生产函数构建的最终服务和生态特征监测指标体系。最终服务是与人类效益有直接关联的生态功能量,生态特征指标是产生生态系统最终服务的关键指标,主要包括生态结构、生态过程和生态功能指标。供给服务和文化服务一般是最终服务,而调节服务既可以是中间服务(生态功能)又可以是最终服务,支持服务是中间服务(生态过程)。针对调节服务和文化服务评估的困难性及调节服务的重复计算问题,本研究提出通过宏观监测(3S技术监测)和典型湖泊湿地定位监测相结合的多尺度湖泊湿地生态系统服务监测方法,构建湿地监测项目开展生态系统最终服务和生态特征指标数据监测。本研究对构建生态生产函数、开展湖泊湿地生态系统服务动态评估和权衡分析具有重要意义,是生态系统服务从认知走向管理实践的重要基础。     

生物多样性与生态系统服务情景模拟研究进展

生物多样性和生态系统服务情景模拟是指对未来生物多样性和生态系统服务变化轨迹的定量估计,二者相互关联并为长期、稳定的保护和恢复生态系统提供了重要科学依据。梳理生物多样性以及生态系统服务预测情景的核心观点,讨论基于生物多样性和生态系统服务情景模拟的保护决策支持途径,以期服务于我国生物多样性与生态系统服务预测研究的发展和深化。研究凝练结果如下:物种分布模型需要进行更规范的评价以明晰其对具体对象的适用性,生态系统预测模型亟待在关系结构的基础上嵌入更多的生态系统过程和社会经济过程,生态系统服务评估模型有必要强化对生物多样性、生态系统服务、人类福祉级联特征的刻画;全球气候变化驱动了未来区域生物多样性的大幅改变;土地利用则是陆地生态系统服务预测中的核心驱动变量。生态区划与区域尺度情景模拟、景观尺度下的生态安全格局构建、基于社会生态网络的社区适应三点重要展望方向将对基于情景模拟的我国生态系统保护决策提供重要的理论和实践支持。     

陇中黄土丘陵区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉时空关系研究——以安定区为例

基于土地利用和社会统计数据,构建了“土地利用强度-生态系统服务-人类福祉”多尺度分析框架,从县区和乡镇尺度探讨了定西市安定区1990—2015年土地利用强度-生态系统服务-人类福祉的时空权衡/协同关系。结果表明:1990—2015年安定区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉关系变化存在区域整体相似性和乡镇局部差异性;土地利用强度的增加,提高了供给服务和生产资料供给福祉,但弱化了调节和支持服务;供给与支持服务权衡主要集中于安定区北部和西南部。该区生态系统服务间的权衡程度较高,不利于生态系统服务保育和居民福祉的持续提升。区域的脱贫致富因立足于提高居民福祉,退耕还林还草、发展特色高效产业、劳务输出等是实现该区社会生态系统的经济收益与生态效益共赢的有效途径。     

陇中黄土丘陵区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉时空关系研究——以安定区为例

基于土地利用和社会统计数据,构建了"土地利用强度-生态系统服务-人类福祉"多尺度分析框架,从县区和乡镇尺度探讨了定西市安定区1990—2015年土地利用强度-生态系统服务-人类福祉的时空权衡/协同关系。结果表明:1990—2015年安定区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉关系变化存在区域整体相似性和乡镇局部差异性;土地利用强度的增加,提高了供给服务和生产资料供给福祉,但弱化了调节和支持服务;供给与支持服务权衡主要集中于安定区北部和西南部。该区生态系统服务间的权衡程度较高,不利于生态系统服务保育和居民福祉的持续提升。区域的脱贫致富因立足于提高居民福祉,退耕还林还草、发展特色高效产业、劳务输出等是实现该区社会生态系统的经济收益与生态效益共赢的有效途径。     

土地利用变化对生态系统服务的影响——以张家口-承德地区为例

生态系统服务与人类福祉密切相关,人类活动引起的土地利用变化是生态系统服务变化的主要驱动力之一。运用InVEST模型估算张家口-承德地区产水量和土壤保持量,并分析不同海拔和坡度条件下,2011—2015年土地利用以及产水和土壤保持服务的变化,研究结果表明:建设用地和乔木林地分别为面积增加量和减少量最多的用地类型,陡坡地段建设用地增加的同时水体减少;灌木林地是产水和土壤保持能力均最高的生态用地类型;5年间产水量和土壤保持量分别增加了32.16×10~6 m~3和17.69×10~6 t;产水量在海拔900 m地段,海拔越高增加量越少,土壤保持量在较低海拔有所增加;坡度越陡产水增加量越少,土壤保持量在各坡度均有增加。基于此研究结果,有助于选择优先建设的用地类型,使当地在保护源头水系和维持生态功能的同时发展冰雪运动。     

海南岛生态系统土壤保持空间分布特征及生态经济价值评估

在地理信息系统的支持下 ,采用通用土壤流失方程 ( USLE)及其修改式估算了海南岛现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量 ,得到了海南岛生态系统土壤保持的空间分布特征 ,研究表明 :中部山区的生态系统的土壤保持能力较其它地区大 ,全岛年土壤保持总量为 1 .58× 1 0 7t,并利用市场价值法 ,机会成本法和影子工程法评价了各类型生态系统的土壤保持价值。海南岛年土壤保持总价值为 74 92 .4 1万元 ,其中减少土地废弃价值为 4 9.37万元 ,保护土壤肥力价值为 72 74 .2 2万元 ,减轻泥沙淤积价值为 1 68.82万元     

生态环境保护与福祉

结合能力框架探讨了福祉的内涵,界定了生态系统服务及其功能对人类福祉的内涵,指人类在生态系统生产和利用中的自由选择和能力,而贫穷指能力和发展的受限即福祉的下降.生态系统的退化和破坏将严重威胁人类福祉(尤其是穷人的福祉),生物多样性作为生态系统的核心,生物多样性的保护将促进生态系统服务的保护,进而提高人类福祉.关注强烈依赖于生态系统服务的贫困人群的福祉,并科学有效地实施生态补偿将可能实现生态保护和人类福祉改善的双赢.     

沿海防护林体系建设工程区生态系统服务权衡/协同及驱动力

探究沿海地区的生态系统服务、权衡协同关系及其驱动机制是区域自然资源科学管理及生态合理规划的基础,对有效提升地区生态、经济、社会效益和人类福祉具有重要理论意义。以海防林工程区为研究区,多角度探究区域内固碳、土壤保持、产水量的生态系统服务、关系特征、驱动机制,从而为沿海地区制定合理生态建设规划提供参考。研究结果表明:(1)沿海防护林体系建设工程区在2000-2020年期间生态系统服务水平整体提升,生态建设效果第二期最佳。(2)2000-2020年区域内各生态系统服务间以协同关系为主,土壤保持和产水量协同显著。(3)建设分区、建设分亚区生态系统服务间关系尺度效应主要存在于土壤保持和产水量。(4)权衡协同关系北方主要受气象因子影响,南方受植被、地形地貌因子影响,人类活动对权衡协同关系的影响以负效应为主,驱动因子存在空间异质性。     

中国快速城市化干燥地区的生态系统服务权衡关系多尺度分析——以呼包鄂榆地区为例

理解生态系统服务间的权衡关系对提高干燥地区人类福祉和实现区域可持续性具有重要的意义。但是,目前人们仍然缺乏对快速城市化干燥地区中生态系统服务权衡关系的多尺度理解。以呼包鄂榆地区这一正在经历快速城市化的干燥地区为例,在城市群、区域和城市3个尺度上来探索生态系统服务间的权衡关系。对呼包鄂榆地区2010年的粮食生产、肉类生产、产水量、土壤保持和碳固持5种关键生态系统服务进行测量。利用相关分析法在3个尺度上对5种服务间的权衡关系进行分析。2010年呼包鄂榆地区产水量和土壤保持以及产水量和碳固持服务表现出显著的权衡关系。其中,产水量和碳固持服务在城市群、农业区和鄂尔多斯市呈现明显的权衡关系,产水量和土壤保持服务在城市群和农业区呈现明显的权衡关系。快速城市化干燥地区中的生态系统服务权衡关系具有明显的尺度效应,同一对生态系统服务在不同尺度上的权衡关系存在较大差异。这种差异主要是由区域人类活动和自然条件的空间异质性所致。研究结果有助于对呼包鄂榆地区生态系统服务权衡关系的认识,为该地区土地系统设计和可持续发展提供了必要的科学依据。     

基于生态系统服务视角的人类福祉评估技术方法体系

不管是联合国2030可持续发展目标,还是我国的生态文明建设,最终的目标都是协调好人与自然的关系,保证生态系统服务的可持续供给以提高人类福祉。过去二十年来,随着生态系统服务成为国际生态学研究的前沿和热点,生态系统服务与人类福祉之间的关系也得到越来越多的重视。而定量刻画二者之间关系的前提是在一个统一的概念框架下建立各自的量化评估指标体系。不过,目前大部分的研究集中在生态系统服务的评估,而对人类福祉评估的研究相对匮乏,因此急需一套对人类福祉进行评估的技术方法。笔者结合多年的理论和实践,对人类福祉评估的理论基础与技术方法进行了系统地归纳与整理,以期为生态系统服务与人类福祉之间量化关系的研究提供参考。