基于水文连接的景观格局变化及其土壤保持和碳储存效应评价

Landscape pattern strongly regulated soil conservation and carbon storage function across watershed. Altering the catchmetal hydrological processes is one of the avenues adjusting the soil conservation and carbon storage for landscape pattern shift. This proposal aims to incorporate the hydrological connectivity into assessment of soil conservation and carbon storage，based on the interaction between landscape pattern and hydrological processes. Based on the quantification hydrological connectivity, the coupling relationship between hydrological connectivity and soil conservation and carbon storage will be explored. Following this approach, the catchmental landscape pattern dynamic will be linked with soil conservation and carbon storage capacity, which provide a framework for assessing the soil conservation and carbon storage capacity with the context of landscape pattern evolution. This research project will benefit the evaluation of the effect on soil conservation and carbon storage as a consequence of landscape pattern alternation by outputting a hydrological-process-based quantification approach. Eventually, it will promote the understanding the integrity of catchmental soil conservation and carbon storage.

景观格局是流域土壤保持和碳储存功能重要影响因素。对流域水文过程的改变是景观格局变化调节流域土壤保持和碳储存能力的途径之一。本项目基于景观格局-水文过程相互作用机理，将水文连接概念应用到流域土壤保持和碳储存评价中；通过定量化水文连接，探讨水文连接与流域土壤保持和碳储存功能之间的耦合关系。以此将流域景观格局变化与土壤保持和碳储存功能联系起来，研究评价流域景观格局变化及其土壤保持和碳储存效应的方法。本研究将为流域景观格局变化及其土壤保持和碳储存效应监测、评价提供基于水文过程的定量化方法，增强对流域系统土壤保持和碳储存过程整体性的认识。

景观格局变化是土壤侵蚀、碳储存等地表过程的直接影响因素之一。建立景观格局变化与这些地表过程的关系，发展具有过程机制的景观格局变化定量工具成为近年来地理学、生态学、水文学等学科关于景观格局-过程相互作用研究的热点和难点。斑块-廊道-基地模式下发展的景观指数长期以来是试图耦合景观格局变化及其地理-生态效应的主要格局特征描述工具。其有效性在理论上和实践中不断受到质疑，缺乏过程针对性进而导致过程机制基础缺失是主要的原因。本项目针对景观格局对降雨驱动的流域土壤侵蚀及碳储存过程的影响开展监测实验和定量模拟研究。以监测实验为基础，揭示了土壤侵蚀过程的尺度效应和植被覆盖对土壤碳储存的影响，阐释了侵蚀产沙过程中的碳富集效应；提出了以流域水文连接概念为核心的流域景观格局定量途径，从以基于水文连接的景观连接指数法和分布式侵蚀模型法两个方面，提出了耦合过程的景观格局的定量方法，并在流域尺度上开展应用，评估了流域景观泥沙连接格局及其强度；基于景观单元间的水文路径连接，评估了流域土壤流失风险、土壤保持服务在景观类型单元间的传输。本项目研究显示，基于水文连接的景观格局定量方法有效耦合了景观格局特征与土壤侵蚀、泥沙输移过程，是行之有效的方法；水文连接是流域土壤保持及碳储存效应评估的重要和有效概念。通过本项目的研究工作，建立了耦合景观格局和土壤保持及碳储存效应评估、具有地理-生态过程意义的方法框架，为景观动态与地表过程耦合研究提供了新的视野。