高原山地坡式梯田生态系统服务权衡机制研究

Maximizing providing services in farmland ecosystem usually depletes other types of ecosystem services, leading to temporal-spatial trade-offs among different ecosystem services. Slope terrace is the most important water-soil-conservancy approach in the mountainous areas in southern China. However, current understandings about the formations and functioning of the trade-offs in farmland ecosystem services are not enough to support sound designs of water-soil-conservancy measures in this region. In this project, we will use the Plateau mountainous areas of Yunnan province as case study area, to study the trade-offs among ecosystem services in slope terrace. First, we will establish an environmental information database of slope terrace based on current data. Secondly, combining field monitoring, sampling survey and test analysis, we will estimate the comprehensive ecosystem services of existing slope terrace using Index method. Thirdly, we will use GIS and geo-statistic method to reveal the spatial coupling relationships and trade-offs among different services. Based on above analysis, we will analyze the affecting factors with mathematical statistics model, to reveal how such trade-offs were formed. Finally, we will identify the suitable spatial allocation of slope terrace that could maximize human well-beings under potential social-economic and climate scenarios. This study could provide scientific basis for water-soil conservation and eco-restoration in typical ecologically vulnerable areas.

农田生态系统产品供给服务价值的最大化通常会以其它生态系统服务价值的消耗为代价，形成不同生态系统服务价值间的时空权衡关系。坡式梯田是我国南方山区最主要的水土保持工程措施，而当前坡式梯田生态系统服务权衡关系的形成过程及其作用机制尚不明晰，制约着山区水土保持工程措施的合理布设。本项目将以云南高原山地为靶区，首先在已有工作基础上构建坡式梯田环境信息数据库；然后结合野外监测、样本采集及测试分析等，利用指标法估算当前坡式梯田的综合生态服务价值；进而结合GIS及地统计学方法，分析不同生态系统服务价值的空间耦合特征，判识权衡关系，并利用数理统计模型分析影响因素，揭示其形成机制；最后在考虑坡式梯田生态系统服务成本的前提下，利用情景假设法提出构建人类福祉最大化的高原山地坡式梯田空间优化方案，为典型生态脆弱区水土保育和生态恢复提供科学依据。

本项目以云南高原山地为靶区，首先在已有工作基础上构建以坡式梯田为主的水土保持措施数据库；然后结合野外监测、样本采集及测试分析等，估算当前坡式梯田的综合生态服务价值；进而分析不同生态系统服务价值的空间耦合特征，判识权衡关系，并利用数理统计模型分析影响因素，揭示其形成机制；最后利用情景假设法提出高原山地坡式梯田空间优化方案，为典型生态脆弱区水土保育和生态恢复提供科学依据。主要研究结论如下：.（1）云南省耕地水土保持措施主要有坡式梯田、水平梯田、隔坡梯田和反坡式梯田4类，其中坡式梯田分布最广，占耕地总面积的28.5%，随着坡度增加，工程措施呈现降低趋势。.（2）有水土保持工程措施的坡耕地生态系统服务量显著高于无措施耕地，其中有措施耕地的平均粮食供给服务是无措施耕地的1.81倍，且有措施耕地的生态系统服务量随着坡度的增加而逐渐减少，0-15°内生态系统服务较高。.（3）坡式梯田粮食供给和固碳释氧服务之间为协同关系，固碳和固碳释氧服务之间为权衡关系，且坡式梯田生态系统协同关系显著强于无措施耕地，而权衡关系弱于无措施耕地，表明水土保持工程措施有利于促进农田生态系统各服务间的协同发展。.（4）坡式梯田生态系统服务间权衡和协同关系在坡度上的分布范围存在明显差异，其中，固碳和粮食供给服务的权衡关系主要发生在0-9°有措施耕地上，以及0-15°无措施耕地上；粮食供给和生境支持服务的协同关系分别分布在0-34°有措施耕地以及0-29°无措施耕地。.（5）退耕坡度越陡，粮食供给服务损失越小，土壤保持服务增加越多；修筑水土保持措施的坡度越大，粮食供给服务和土壤保持服务的增幅越大；同等坡度下修筑水土保持措施比退耕的土壤保持效果更好，并且可以提高粮食供给。无论退耕还是修筑水土保持措施，对当前耕地的生态系统服务效益均有提高，当15°以上无措施耕地修筑水土保持措施后，研究区耕地的粮食供给及土壤保持服务均达到较大值。