土壤保持服務：概念、評估與展望

劉 月,趙文武,*,賈立志

1 北京師范大學地理科學學部地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100875 2 北京師范大學地理科學學部陸地表層系統(tǒng)科學與可持續(xù)發(fā)展研究院, 北京 100875

氣候變化和人類活動改變了全球生態(tài)系統(tǒng)結構與功能,已經(jīng)并將持續(xù)影響全球生態(tài)系統(tǒng)服務供給[1]。土壤保持服務是生態(tài)系統(tǒng)提供的一項重要調節(jié)服務,指生態(tài)系統(tǒng)防止土壤流失的侵蝕調控能力以及對泥沙的儲積保持能力[2]。最近的相關研究表明在人類活動和氣候變化的影響下,全球土壤侵蝕有加劇風險,土壤保持服務面臨嚴峻挑戰(zhàn)[3]。加劇的土壤侵蝕不僅會造成局地水土流失、土壤肥力降低、糧食產(chǎn)量下降進而影響糧食安全,同時由于河流輸沙量的增加,會對下游地區(qū)的灌溉、污水處理、水庫使用產(chǎn)生影響；此外,土壤侵蝕也能夠造成土壤有機碳的橫向移動,進而對全球碳循環(huán)產(chǎn)生影響[4]。由于土壤侵蝕對全球環(huán)境變化的敏感性以及與社會經(jīng)濟環(huán)境的相關性,如何制定適應性管理策略以提高生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務能力,降低土壤侵蝕危害,成為政策制定者關注的焦點。近年來,學者們開展了系列土壤保持服務研究,但現(xiàn)有研究對土壤保持服務概念理解不一、評價方法各異、涉及尺度單一、缺乏影響機制分析。針對土壤保持服務形成從概念、方法、機理到不同尺度間相互作用的系統(tǒng)性完整研究體系仍然尚未形成,相關研究亟待系統(tǒng)梳理。

生態(tài)系統(tǒng)服務產(chǎn)生的基礎是生態(tài)系統(tǒng)的結構與過程,就土壤保持服務而言,其供給能力大小主要由空間上的侵蝕產(chǎn)沙、運移沉積過程決定。以降雨為主要侵蝕力的水蝕是全球范圍最主要的土壤侵蝕形式。本文針對水蝕過程,對土壤保持服務的概念內涵、評估方法和尺度效應進行了總結梳理,并對未來土壤保持服務研究方向進行展望,以期為全球變化背景下土壤保持服務研究和管理提供參考。

1 土壤保持服務的概念內涵

生態(tài)系統(tǒng)服務是指人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益。生態(tài)系統(tǒng)服務作為連接生物物理過程和人類福祉的橋梁,其概念內涵包括兩方面：既關注服務產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務供給(自然系統(tǒng)),同時重視人類從中獲得的惠益,即生態(tài)系統(tǒng)服務需求(社會系統(tǒng))。對土壤保持服務來說,也是如此,由于受到如植被覆蓋、土壤、地形等生態(tài)系統(tǒng)結構和組分因素的影響,自然生態(tài)系統(tǒng)具有控制侵蝕和攔截泥沙的能力,這種能力可以理解為生態(tài)系統(tǒng)提供土壤保持服務的潛在能力,即土壤保持服務的潛在供給。當這種土壤保持服務供給被人類消費使用,以滿足糧食生產(chǎn)需求和帶來清潔水質等一系列惠益時,這種潛在的土壤保持服務供給即變?yōu)樯鷳B(tài)系統(tǒng)為人類提供的實際土壤保持服務(圖1)。而由于現(xiàn)有的土壤保持服務文獻大多是從自然系統(tǒng)出發(fā),針對土壤保持服務潛在供給能力進行分析,因此,本文主要是從土壤保持服務供給角度出發(fā),以土壤侵蝕、運移、沉積等過程為主線,并結合當前主要生態(tài)系統(tǒng)服務分類體系,對土壤保持服務概念進行界定,總體可以分為侵蝕調控和土壤保持兩方面(圖1)。

圖1 土壤保持服務內涵包括潛在供給和滿足需求兩方面 Fig.1 The potential supply and beneficiaries together make the definition of soil conservation service

(1)基于侵蝕調控角度的土壤保持服務,英文表述為erosion control service, erosion protection service或erosion regulation service。有些研究直接稱其為生態(tài)系統(tǒng)的侵蝕調控服務,強調生態(tài)系統(tǒng)調節(jié)侵蝕,減少泥沙輸出的能力[5]。自然界中的泥沙主要受侵蝕產(chǎn)沙、運移沉積等過程的影響。生態(tài)系統(tǒng)的侵蝕調控服務即可以理解為自然生態(tài)系統(tǒng)對泥沙的產(chǎn)生、運移、沉積等過程的影響,使得泥沙在時間、空間、數(shù)量上發(fā)生變化,主要變現(xiàn)表現(xiàn)為侵蝕產(chǎn)沙量和河流輸沙量的減少,從而達到對侵蝕的調節(jié)控制作用。由于泥沙運移過程的復雜性,目前研究常忽略泥沙在地表的運移沉積過程,更多地關注于自然生態(tài)系統(tǒng)對侵蝕產(chǎn)沙和泥沙輸出量的作用和影響。這一研究方法類似于黑箱研究,弱化侵蝕過程而聚焦泥沙的產(chǎn)生和輸出情況。一方面,從泥沙產(chǎn)生角度,可以通過地塊土壤侵蝕量的時空變化和分布來反應生態(tài)系統(tǒng)控制侵蝕的能力。另一方面,從泥沙輸出角度,則可以以流域出口斷面產(chǎn)沙量的變化或者河流某一斷面輸沙量的變化來衡量生態(tài)系統(tǒng)對泥沙的調控能力,同時也可以選擇研究區(qū)任一位置作為感興趣點,以通過該位置泥沙量的變化作為衡量指標[6]。有些研究直接將水庫作為基準,分析上游生態(tài)系統(tǒng)同對其泥沙淤積的影響。在這些研究中,通常直接將土壤保持服務理解為生態(tài)系統(tǒng)提供的減輕水庫泥沙淤積及改善水質的服務。

(2)基于保持土壤角度的土壤保持服務,英文表述為soil retention service, sediment retention service或 soil conservation service。相關研究側重于生態(tài)系統(tǒng)對土壤的保持和泥沙儲積能力,將土壤保持服務理解為在一定時間和空間范圍內,生態(tài)系統(tǒng)保持土壤的過程和能力,往往采用相應時空尺度下的土壤保持量進行表征。由圖2可知,泥沙從陸地產(chǎn)生到運移至海洋是一個復雜的動態(tài)過程,在這個過程中生態(tài)系統(tǒng)保持的土壤總量不僅包括在地塊尺度上由于植被覆蓋和管理措施減少的土壤侵蝕量,還應包括泥沙運動過程中被植被攔截的量,以及由于平原、湖泊、河道、水庫大壩等地形和人類活動引起的泥沙沉積量。

綜上,本文將土壤保持服務界定為：生態(tài)系統(tǒng)防止土壤流失的侵蝕調控能力、對泥沙的攔截能力以及河流湖泊濕地庫壩中的淤泥儲積能力。針對土壤水蝕過程,在水平方向上侵蝕產(chǎn)沙、運移沉積和輸沙過程進行可以概化為圖2所示。要準確評估生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持服務,需要刻畫泥沙在水平方向上再分配的過程,并對各個分量做深入定量的分析。在圖2中,其侵蝕量平衡方程為：土壤侵蝕量=土壤保持量+泥沙輸出量。

圖2 泥沙在地表的運動過程及沙量平衡Fig.2 The overland process of soil movement and sediment budget

2 土壤保持服務評估方法

土壤保持服務評估應包括兩部分,即針對自然系統(tǒng)的土壤保持服務供給評估,以及針對人類系統(tǒng)的人類受益評估?，F(xiàn)有研究往往側重于土壤保持服務供給的評估研究。

2.1 評估指標

與生態(tài)系統(tǒng)服務評估一致,土壤保持服務評估可以分為價值量和物質量評估兩種類型。物質量評價方法,通過揭示生態(tài)系統(tǒng)服務物質量動態(tài)變化水平,能夠反映生態(tài)系統(tǒng)過程的特點,從而有益于對生態(tài)系統(tǒng)服務可持續(xù)性的分析[7]。目前對土壤保持服務的評估也是主要基于土壤侵蝕視角,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)對侵蝕產(chǎn)沙過程的影響對其進行物質量評估。

自然界中侵蝕產(chǎn)沙—運移沉積—泥沙輸出過程中的各個分量,即土壤侵蝕量、土壤保持量、輸沙量或產(chǎn)沙量均可以作為衡量土壤保持服務能力的指標。其中,土壤在徑流作用下產(chǎn)生位移的物質量,稱為土壤侵蝕量；由于地塊上植被對降雨的攔截以及植物根系對土壤固定作用減少的土壤侵蝕量、侵蝕產(chǎn)生的泥沙在運移過程被植被攔截的量以及泥沙在河流湖泊、水庫中沉積量的總和為土壤保持量；泥沙經(jīng)過侵蝕和運移沉積過程后向流域外輸出,即有了產(chǎn)沙量和輸沙量概念,在特定時段內,通過小流域出口觀測斷面的泥沙總量,稱為流域產(chǎn)沙量；而當泥沙進入河流中,把一定時段內通過河道某斷面的泥沙數(shù)量稱為該時段的河流輸沙量。除以上與土壤侵蝕過程相關的指標外,植被覆蓋度、土地利用和地形作為生態(tài)系統(tǒng)組分與結構的代表,是形成土壤保持服務的基礎要素,也可以作為衡量土壤保持服務能力的替代指標(表1)。

2.2 測算方法

由于土壤保持服務包括控制侵蝕、減少泥沙輸出的內涵,所以可以直接用一個地區(qū)土壤侵蝕量和輸(產(chǎn))沙量在時間上的變化來表征土壤保持能力,這時得到的結果并非具體土壤保持服務數(shù)值,而是通過一定時間范圍內(通常為年際間變化)土壤侵蝕量或輸(產(chǎn))沙量變化幅度來說明該地區(qū)土壤保持服務能力強弱的變化。首先,土壤侵蝕量的計算,多采用通用土壤流失方程RUSLE(The Revised Universal Soil Loss Equation),其核心是計算模型中的降雨侵蝕力(R)、土壤可蝕性(K)、地形(LS)、植被覆蓋與管理(C)、人工管理措施(P)等6個因子。由于參數(shù)簡單,便于計算,在多種生態(tài)系統(tǒng)服務綜合評價中,可以用其快速模擬土壤保持服務空間分布特征和時間動態(tài)變化,便于與其他類型服務比較[8- 9]。在模型應用中,關鍵問題是參數(shù)率定,已有許多研究對此進行了探討,主要包括結合研究區(qū)自然環(huán)境狀況和觀測資料,校正參數(shù)計算方法以實現(xiàn)參數(shù)本地化；分析不同數(shù)據(jù)源對計算結果影響,確定最優(yōu)數(shù)據(jù)源以及如何在數(shù)據(jù)缺乏或精度有限的情況下,利用現(xiàn)有觀測資料對參數(shù)進行計算[10- 11]。RUSLE模型主要局限性在于僅考慮坡面侵蝕,并沒有考慮溝蝕、重力侵蝕、河道侵蝕等其他侵蝕來源。

表1 土壤保持服務評估指標

與直接計算土壤侵蝕量相對應,土壤保持量是更為常用的指標。土壤保持量是指由于當前植被覆蓋和管理措施減少的土壤侵蝕量,往往基于RUSLE模型,以潛在土壤侵蝕量(裸地時土壤侵蝕量)與實際土壤侵蝕量之差來刻畫土壤保持量。該方法已被應用于流域、區(qū)域、國家、大洲等不同尺度的土壤保持服務評估中,且由于模型參數(shù)對氣候和土地利用變化敏感,常用其模擬或預測氣候和土地利用變化下的土壤保持服務動態(tài)[12- 13]及變化特征[14]。假設研究區(qū)所有土地均為裸地,用此時的土壤侵蝕量作為基礎值,優(yōu)點是便于情景分析,可以直觀比較不同土地利用和植被覆蓋條件下土壤保持能力大小,但這種極端假設本身在現(xiàn)實中難以發(fā)生,僅以此來評價某一種土地利用情景下的土壤保持量,存在高估的問題。

對于流域產(chǎn)沙量或河流輸沙量這一指標,通常在利用RUSLE求得土壤侵蝕量的基礎上,根據(jù)泥沙輸移比計算。泥沙輸移比(SDR)為流域出口斷面輸沙量與斷面之上侵蝕量之比[15]。SDR的計算,一般通過與流域面積、降水產(chǎn)流、植被覆蓋、地形地貌等影響因子建立關系式求解或直接參考研究地區(qū)已有文獻賦予經(jīng)驗值。由于概念簡單且容易計算,該方法被廣泛使用。在最新的InVEST 3.0中,土壤保持模塊計算就采用了該方法,其中SDR在考慮柵格間水文連通性的基礎上通過構建與植被覆蓋、坡度的關系式求解。Hamel等利用其對美國北卡羅拉洲Cape Fear流域土壤保持服務進行評估,并利用實測數(shù)據(jù)驗證其具有較高的模擬精度[16]。Sánchezcanales等在 Ibrian Peninsula流域對模型進行的敏感性分析顯示,R因子和K因子對模型結果影響最大。同時指出,這兩個因子都易受氣候變化驅動,R因子是直接受影響,K因子則是溫度和水分變化引起土壤有機質含量變化后間接受到影響[17]。由于RUSLE只考慮了坡面侵蝕,有學者在利用泥沙輸移比計算流域產(chǎn)沙量的基礎上,結合泥沙平衡的思想,通過野外觀測或查閱文獻的方法獲取河道侵蝕量或水庫沉積量值完善模型結果,使結果更加精確也便于驗證[18]。直接在流域或區(qū)域尺度上建立的侵蝕產(chǎn)沙模型或河流輸沙模型也可以對產(chǎn)沙輸沙量進行相對準確的預測。該類模型根據(jù)是否刻畫土壤侵蝕過程分為物理模型和經(jīng)驗模型；根據(jù)預報結果的差異,又可以分為空間集總式和空間分布式模型[19]。需要注意的是,許多河流輸沙量模型如ART(Area Relief Temperature sediment delivery mode)模型,與流域侵蝕產(chǎn)沙模型相比,多關注于泥沙在河道中的侵蝕運移過程,特點是可以對長時間序列的河流輸沙量進行模擬,如百年或千年,而且往往適用于空間大尺度(>10000 km2),但模型參數(shù)通常對氣候和土地利用變化不敏感,難以應用于未來氣候和土地利用變化情景[20- 21]。

以上方法是從泥沙產(chǎn)生與輸出角度來評估土壤保持服務能力,并未考慮泥沙在運移過程中的攔截和沉積。然而,植被不僅能夠影響局地土壤侵蝕,而且能夠攔截上游地塊產(chǎn)生的泥沙。考慮泥沙沿水文路徑運移過程中地塊對上游泥沙的攔截能夠更科學準確地評估土壤保持量。目前這一問題在InVEST2.5.6中得到了解決,其土壤保持模塊考慮了地塊本身攔截上游沉積物的能力[22]。該模型的局限性主要表現(xiàn)在,同手動計算的RUSLE一樣,未考慮溝蝕、重力侵蝕、河道侵蝕等泥沙來源,同時流域面積不能太大(不超過4000×4000個像元),且對用戶率定模型參數(shù)的能力要求較高。為此,Naipal等[23]提出一種簡單的沙量平衡方法,可以模擬水平方向上泥沙的侵蝕、運移、沉積等再分配過程,對空間大尺度和長時間序列下的泥沙沉積量進行計算。該方法基本思路是將研究區(qū)柵格化并假設每個柵格均包括山區(qū)和平原兩部分,侵蝕產(chǎn)沙主要在山區(qū)發(fā)生,然后由山區(qū)運往平原,在平原地區(qū)發(fā)生運移和沉積,最終泥沙沉積量由平原和山區(qū)兩部分組成,并在柵格尺度上輸出。

雖然上述模型在構建時已經(jīng)對侵蝕運移過程進行了一定程度的簡化,但模型的運行依然涉及眾多參數(shù),需要大量數(shù)據(jù)的支持,這不僅限制了評估結果的更新,而且不利于模型在數(shù)據(jù)相對匱乏地區(qū)的應用。以凈初級生產(chǎn)力(NPP)為核心設計出的定量指標模型,將初級生產(chǎn)力視作土壤保持服務分布的替代指標,模型涉及參數(shù)明顯減少,數(shù)據(jù)可通過遙感手段及時獲取,有助于大尺度動態(tài)評估工作的開展[24]。

除了利用模型定量評估土壤保持服務能力,還可以用土地利用類型或植被覆蓋度等指標作定性評價,劃分區(qū)域土壤保持服務供給的優(yōu)先等級,確定水土保持重點區(qū)域。如,Egoh等在綜合考慮植被覆蓋度和土壤侵蝕強度的基礎上,采用專家評價的方法劃分土壤保持服務供給的重點和熱點區(qū)域[25]。Jackson等則主要考慮地形對土壤侵蝕過程的控制,提出復合地形評價指數(shù)CTI來識別易受土壤侵蝕的脆弱區(qū)[26]。此外,Logsdon等構建了侵蝕調節(jié)指數(shù)ERI,通過比較實際土壤侵蝕量與容許土壤流失量的關系來定性評價區(qū)域侵蝕調控能力[27](表2)。

2.3 多尺度評估及尺度效應

圖3 地表侵蝕產(chǎn)沙—運移沉積—泥沙輸出過程的尺度特征Fig 3 The scale characteristic of the overland process of sediment

土壤保持服務是一種“定向流動服務”, 上游地區(qū)的侵蝕變化,不僅會對局地造成影響,而且會沿著水系或者泥沙運移路徑對中下游等其他區(qū)域造成影響。從局地尺度上關注土壤侵蝕對作物生長的影響到全球尺度研究土壤侵蝕對碳循環(huán)影響,不同尺度上,人們對土壤保持服務流的側重不同。所以,對土壤保持服務的有效評估,需要沿著土壤侵蝕—運移—沉積的路徑,從坡面-流域-區(qū)域-全球等不同空間尺度上開展,在評估中選取相對應的評估指標和評估方法,以反映不同尺度上主導過程和影響因素(圖3)。

坡面尺度評估主要依賴于對土壤侵蝕控制機理及過程的理解。許多研究從土地利用方式和土地管理措施角度出發(fā),探討了其對坡面土壤侵蝕的影響,取得許多實質性進展,如Fu等使用137Cs核素示蹤方法,定量評估了不同土地利用組合對土壤侵蝕的影響。結果表明,從山腳到山頂,草地(6年生)+成熟林(25年生)+草地(25年生)配置可以減少42%土壤侵蝕[28]；Chen等針對中國區(qū)域Meta分析表明梯田措施可以減53.0%的產(chǎn)沙量[29]。在此基礎上,發(fā)展出了RUSLE和WEEP等坡面尺度的經(jīng)驗或過程模型,以及基于植被覆蓋,地形條件的簡單評價指數(shù)對可能發(fā)生侵蝕的區(qū)域及侵蝕量進行定量或定性評估。坡面尺度是研究土壤侵蝕控制機理,探索土壤保持服務形成過程的理想尺度,在土地利用基礎上深入探討土壤保持服務供給與植被功能性狀之間的關系,是進一步理解生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務供給機制及提高評估精度的關鍵。

流域是江河水系的基本集水單元,也是一個獨立的產(chǎn)沙、輸沙系統(tǒng)[30]。在流域尺度上,土壤流失的類型不僅包括坡面尺度上的濺蝕、片蝕、細溝侵蝕、淺溝侵蝕,也包括溝道侵蝕、重力侵蝕等[31]。除了侵蝕類型更加復雜,由于流域不同土地利用格局配置的影響,地塊邊界對泥沙攔截的作用也變得復雜。目前流域尺度上,主要應用InVEST模型對土壤保持服務供給特征進行空間模擬和繪圖,同時分析其隨土地利用格局變化的改變,盡管許多研究均已表明土地利用變化對流域侵蝕產(chǎn)沙量有較大影響[32- 33],研究者們也試圖通過這種變化來描述其對人類福祉的影響,將研究結果應用于管理決策中,但并沒有什么進展。一方面是由于缺乏操作簡便可以模擬流域尺度上土壤侵蝕和再分配過程的模型,另一方面,則是評估中常常忽略人的需求。生態(tài)系統(tǒng)過程和服務常常具有一個特征尺度,即典型的空間范圍和持續(xù)時段,生態(tài)系統(tǒng)服務只有在特征尺度上才能表現(xiàn)其顯著的主導作用和效果,并且容易于觀測,從而被充分地表達出來。對土壤保持服務來說,流域作為一個完整的水文和管理單元,是研究土壤保持服務產(chǎn)生、流動與使用的一個理想尺度,亟待于在準確刻畫流域內土壤侵蝕運移過程的基礎上,探討土壤侵蝕變化的局地遠程影響,以更好地服務于流域管理。

表2 土壤保持服務測算方法對比

E：土壤侵蝕量,Er：土壤保持量,Q輸沙量,單位均為t km-2a-1；R：降雨侵蝕力因子(MJ mm hm-2h-1a-1))；K是土壤可蝕性因子(MJ-1mm-1t h)；LS為坡度坡長因子；C為覆蓋和管理因子；P為土壤保持措施因子,L,S,C,P均為無量綱常量;UPS_retain：地塊攔截上游地塊的泥沙量；NPP為凈初級生產(chǎn)力,VCNPP為NPP變異性,Scf為平均坡度修正；Da：山區(qū)土壤保持量,DC：平原土壤保持量,單位均為t km-2a-1；ART：AreaReliefTemperaturesedimentdeliverymode；CTI：compound topographic index 復合地形評價指數(shù)；A：上坡匯水面積(m2)S：局地坡度 (m/m)；PLANC：坡面曲率(1/100 m)；ERI(erosion regulation index):侵蝕調節(jié)指數(shù)；Eann：年平均土壤侵蝕量,單位t hm-2a-1;Emax:容許土壤流失量,單位：t hm-2a-1

在更大空間尺度(如大洲、全球尺度)上,土壤侵蝕造成的土壤碳在空間上的橫向流動,對碳循環(huán)過程具有重要影響[34]。定量評估全球土壤侵蝕對理解全球碳循環(huán)過程有重要意義,盡管已有研究者們利用RUSLE模型模擬了全球土壤侵蝕空間分布特征,識別了土壤保持服務關鍵區(qū)域,但評估結果有很大不確定性[35- 36]。隨著尺度上升,造成評估困難的根本原因是不同尺度間分辨率不匹配。就土壤保持服務而言,從景觀角度上看,斑塊位置與景觀格局不同,侵蝕過程對環(huán)境的響應不同。因此,在大尺度評估中,關鍵是準確刻畫景觀的異質性,但大區(qū)域的評估一般使用分辨率較小的數(shù)據(jù),即使使用較高分辨率詳細地進行數(shù)據(jù)采集,但是,仍會出現(xiàn)由于空間數(shù)據(jù)融合與使某些局部格局特征或特異現(xiàn)象消失,因此不能辨識只有在高分辨率下才能被觀察到的生態(tài)過程。而模型通常是在小尺度建立,且是在高分辨率下進行的參數(shù)率定,而在大尺度應用時,輸入的是低分辨率數(shù)據(jù),正是由于這種分辨率的不匹配性造成了大尺度評估結果存在很大不確定性,如何降低這種不確定性成為學者們普遍關心的問題。Sebastian等利用美國4萬多條農(nóng)田實測數(shù)據(jù)對RUSLE模型進行校正,建立了一個可由低精度全球數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)驅動的簡化土壤侵蝕模型,評估了全球農(nóng)田的侵蝕速率及其導致的土壤碳流失量[37]。Naipal等利用氣候分帶和分形方法改進了RUSLE中R因子和S因子計算方法,進一步提高了模型在全球尺度上受低分辨率數(shù)據(jù)驅動時評估精度[38]。另外,隨著尺度增加,河道中侵蝕和沉積過程逐漸發(fā)揮著主導作用,河流輸沙量作為一個重要指標,可以反映大尺度地區(qū)土壤保持能力,到全球尺度上,陸海輸沙量作為一個重要指標不僅可以刻畫全球土壤侵蝕狀況,同時對了解陸地生態(tài)系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)碳通量有著重要意義。在全球變化大背景下,需要在不同尺度上探討氣候變化和人類活動雙重驅動力下生態(tài)系統(tǒng)過程和土壤保持服務供給的變化,明確局地、區(qū)域、全球不同空間尺度上土壤保持服務的影響因素。

3 結論與展望

目前土壤保持服務評估主要依靠以RUSLE為基礎發(fā)展的一系列評價方法,存在兩個問題：一方面,基于土壤侵蝕視角進行土壤保持服務評估,難以揭示在水平方向上由泥沙運移導致的土壤再分配過程；另一方面,也會受到數(shù)據(jù)缺乏等因素限制,難以在大尺度應用。從土壤屬性、土地利用、植被覆蓋、地形等自然系統(tǒng)組分及泥沙運移沉積等自然過程出發(fā),探索土壤保持服務形成的過程及機制,深入理解其變化過程和驅動機制,是對土壤保持服務進行科學評估的基礎。但是,必須注意到,生態(tài)系統(tǒng)的結構和過程決定著生態(tài)系統(tǒng)的功能表現(xiàn),其關系客觀存在而不以人的意志為轉移,只有關注到人的需求,將這些功能與人類福祉相聯(lián)系,最終才能形成生態(tài)系統(tǒng)服務[39]。因此,未來土壤保持服務研究有待于在以下幾個方面進行加強和突破(圖4)：

圖4 土壤保持服務研究重點方向Fig.4 The key direction for soil conservation service assessment

(1)土壤再分配過程研究：目前土壤保持服務評估主要依賴于小尺度對土壤侵蝕機制研究取得的基本認識,而隨著尺度增加,侵蝕機制發(fā)生改變,由于水平方向上泥沙運移導致的土壤再分配過程逐漸成為主導因素,因此未來需要加強對沉積過程的研究,更好地揭示流域區(qū)域尺度上土壤侵蝕過程的特點與規(guī)律,以服務大尺度評估的需求。

(2)發(fā)展大尺度評估模型：全球變化背景下,大尺度土壤侵蝕對碳循環(huán)影響逐漸成為關注重點,而如何借助遙感、GIS平臺的發(fā)展以及利用植被指數(shù)、NPP、地形等多源數(shù)據(jù)發(fā)展大尺度土壤保持服務評估模型將會起到關鍵的支撐作用。

(3)土壤保持服務實際供給研究：在明確土壤保持服務潛在供給區(qū)域和供給量的基礎上,進一步確定受益區(qū)和受益人群的空間位置,刻畫服務供給隨傳輸媒介流向人類的過程,從而建立生態(tài)系統(tǒng)服務供給和人類福祉之間的動態(tài)互饋機制,進而服務于生態(tài)系統(tǒng)的科學管理。

(4)土壤保持服務需求的空間制圖：有待于將土壤保持服務研究與可持續(xù)發(fā)展目標相結合,從人類需求角度出發(fā),分析不同可持續(xù)目標實現(xiàn)與土壤保持服務供給間的關系,明確實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標所需的土壤保持服務供給,在此基礎上,完成土壤保持服務需求空間制圖,以反映不同區(qū)域需求的差異。