生态过程-服务-需求框架下土壤保持服务的形成机制和尺度效应研究

To date, revealing the ecological mechanism by coupling ecological processes, supply and demand, and exploring the quantification and modelling framework for ecosystem service supplies and flows are focused. Integrating ES concept in landscape pattern optimization is an effective approach to coordinate the conflict between environment and development. This proposal suggests Nianzhuang watershed in the Hilly and Gully Area of the Loess Plateau as study site. The soil erosion control services (SECS) are selected as the project focus. Plot-scale and hillslope soil erosion experiment, and watershed level soil erosion-deposition investigation and exploration of SECS demand are designed to collect data and information. This project will start from the mechanism interpretation of soil control services from the prospect the soil erosion processes. Then the soil control services supply and flow will be modelled based on soil erosion and sediment transport modelling .Furtherly the spatial coupling between SECS supply capacity and demands, and the tradeoff and synergy between SECS supply capacity and SECS flow will be revealed, as well as their scale effect will be delineated. This project may expand the field of view of process-based ecosystem services research, and serve land use pattern optimization and management with a geo-ecologically meaningful framework on ecosystem services tradeoff analysis.

在生态过程-服务供给-人类需求框架下阐释生态服务形成机制、发展耦合生态服务供给和需求的定量和模拟方法成为生态系统服务研究的热点。本项目拟以黄土丘陵沟壑区典型流域为研究区，以与众多生态效应紧密联系的土壤保持服务为研究对象开展研究。项目拟以径流小区控制实验、坡面监测实验、流域尺度的侵蚀-沉积调查为基本技术手段。基于这些手段获取的数据和信息，从阐释土壤保持服务形成的土壤侵蚀过程机制入手，采用侵蚀产沙和泥沙传输模型，模拟土壤保持服务的供给和空间流动，揭示土壤保持服务供给和需求的耦合关系、供给能力和服务流的协同和权衡关系，并阐释其尺度效应。最终在过程-服务-需求框架下阐明土壤保持服务的形成机制及其尺度效应。本项目将从土壤保持服务的角度为生态系统服务研究拓展基于过程耦合供给和需求的研究思路，可为土地利用格局优化和管理提供具有地理-生态过程意义的生态系统服务权衡方法。

耦合生态服务供给和需求、过程机理清晰的生态服务定量和空间流动的模拟、尺度效应是生态服务研究的前沿。从供给侧评估土壤保持服务是当前土壤保持服务评估的主流，没能耦合服务供给和人类需求来阐释土壤保持服务。在过程-服务-需求框架下开展土壤保持服务的形成机制研究，阐释土壤保持服务供给和需求之间具有过程意义的联系，是耦合生态服务供给和需求的有益探索。项目以黄土丘陵沟壑区典型流域为研究区，以与众多生态效应紧密联系的土壤保持服务为研究对象开展研究。在土壤保持服务形成机制方面，进一步充实了植被和景观格局对坡面到流域调控土壤侵蚀的机理：（1）揭示了灌草植被格局对景观连通性的影响及其侵蚀效应；（2）通过实验和模拟相结合阐释了径流冲刷侵蚀的植被覆盖阈值效应；（3）针对表达景观破碎化对土壤侵蚀的影响刻画的不足，发展出了耦合景观破碎化和土壤侵蚀的“源”“汇”边界指数；（4）改进了流域景观水文连通度的表达方法，发展了流域土壤侵蚀和泥沙连通度空间格局的评估方法。提出了流域土壤保持服务形成的过程—效应—功能—服务级联机制，阐释了流域以景观泥沙连通为基础的土壤保持服务的形成过程机制；以土地利用单元为土壤保持服务向人类社会传输的载体，基于WATEM/SEDEM模型框架，发展了土壤保持服务量及其价值量评估的方法，开展了流域尺度土壤保持服务制图和评估。项目从土壤保持服务的角度为生态系统服务研究拓展基于过程耦合供给和需求的研究思路，可为土地利用格局优化和管理提供具有地理-生态过程意义的生态系统服务权衡方法。