元阳梯田景观格局-水生态系统服务在垂直梯度上的变化特征及机理研究

Ecosystem services is important for human survival and development. The impact of landscape pattern on ecosystem services is the concerns focus of ecology and environmental science at present. Taking Yuanyang Terraces as a case, this project was carried out on the characteristics and mechanism between landscape pattern and ecosystem services of Yuanyang Terraces on the vertical gradient, using the technique of GIS and RS. First, high-resolution remote sensing images are used to characterize the spatial distribution pattern of forest - water - terrace - village landscape pattern in Quanfuzhuang Watershed of Yuanyang Terraces. Second, community structure forest landscape was analyzed based on remote sensing images and surveys. Water ecosystem services of forest different community structure was analyzed on the different altitudes. And, aquatic ecosystem services value of forest landscape was evaluated. The formation mechanism of water ecosystem services in rice paddy fields was investigated, such as water conservation, pollutant degradation, landscape aesthetics and recreation. The value of ecosystem services was assessed. At last, the response of ecosystem services value to landscape pattern is clarified. The study can play a key role in the explaining clearly the impact of landscape pattern on the ecosystem services, protecting the world cultural landscape heritage of Hani Terraces, maintaining ecosystem services.

生态系统服务对人类的生存与发展具有重要意义。研究景观格局变化对生态系统服务的影响机理，是当前生态学与环境科学研究关注的焦点。本项目以元阳梯田为研究对象,应用GIS和RS技术研究景观格局和生态系统服务在垂直梯度上的变化特征及影响机理。通过高分辨率遥感影像研究元阳梯田全福庄小流域的景观格局，分析森林-村落-梯田-水系的空间结构；其次根据遥感影像和实地调查，对森林景观的群落结构进行分析，研究不同海拔高度、不同群落结构森林的水生态系统服务功能，评价森林景观的水生态系统服务价值；研究元阳梯田稻田生态系统的水源涵养、净化污染物、景观美学、娱乐休闲等水生态系统服务功能的形成机理，进行价值评价；最后研究在垂直梯度上生态系统服务价值对景观格局的响应。本项目对阐明景观格局变化对生态系统服务的影响机理、建立生态系统服务维护机制，具有重要科学意义。研究结果对保护世界遗产"红河哈尼梯田文化景观"也具有重要实践意义。

世界文化遗产元阳梯田具有很重要的生态系统服务功能，本项目首先利用高分辨遥感影像，对元阳梯田全福庄小流域土地利用\土地覆盖的空间分布进行分析，选用landsatTM影像和landsat-8OLI影像研究景观格局演变，结果表明：元阳梯田系统垂直景观从山顶到山脚，依次为森林、旱地和茶园人工园地，村寨、水稻梯田、河流等。景观类型时空变化不大，部分水田由于缺水，转为旱地，森林面积有所减少，景观连续性受到影响，破碎化增加。森林群落优势种主要有：五眼果、旱冬瓜、云南松、杉木、红油果树、茶树、桤木、草地等。对坝达、小水井两个区域的森林系统为研究对象，分析森林系统固碳服务功能，分析不同植被类型下土壤各养分的分布特征及空间变异性。旱冬瓜、水冬瓜和红油果树为优势种的阔叶林群落土壤的养分含量较高，有机碳含量平均为52.2 g·kg-1，云南松、杉木为优势种的针叶林群落土壤的养分含量较低，有机碳含量平均为38.73 g·kg-1；土壤有机碳和全氮的含量较高，分别为32.34～66.44 g·kg-1和2.38～4.34 g·kg-1，处于含量丰富水平。箐口村景区森林面积为1673hm2，评估区森林生态系统在2016年产生的森林生态系统服务总价值是32590.6万元，直接经济价值和间接经济价值价值分别为12263.5万元和20327.1万元，间接经济价值远高于直接经济价值的。不同海拔高度的稻田样品在不同生长阶段，幼苗期、抽穗期和成熟期，NH3-N、TN、TP的变化趋势为：幼苗期的浓度最高，抽穗期的浓度居中，成熟期的浓度最低，不同海拔高度之间的稻田样品，没有显著的差异性，具有净化水体的生态系统服务功能。评价区域内稻田生态系统在2015年产生的稻田生态系统服务价值为21232.79万元。稻田生态系统产生的经济、生态、社会价值分别为2796.80、17875.98和560.00万元, 生态价值要大于经济价值和社会价值。整体生态系统服务价值在垂直梯度上，呈现多样化趋势。土壤有机碳、易氧化有机碳含量随海拔升高逐渐增加；水溶性有机碳含量随海拔升高有增加趋势，呈现双峰特征，峰值在960m和1973m；碳颗粒碳有机碳含量随海拔升高有增加趋势，但变化规律不大。该研究成果具有一定的理论和现实意义，可以为世界文化遗产元阳梯田的保护提供重要基础数据，指导当地的旅游可持续发展。