南京大学学报(自然科学), 2021, 57(3): 345-356 doi: 10.13232/j.cnki.jnju.2021.03.001

基于地球关键带科学的土壤生态系统服务评价方法研究

张丽1, 夏炎1,2,4, 陈琪1, 马禧帅1, 王晓丹1, 杜文超3, 尹颖1, 郭红岩,1,2

1.污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京大学环境学院,南京,210023

2.南京大学地球关键带科学与技术国际研究中心,南京大学,南京,210023

3.南京师范大学环境学院,南京,210023

4.宁夏回族自治区煤炭地质勘查院,银川,750004

Research on soil ecosystem service assessment method based on Earth's Critical Zone science

Zhang Li1, Xia Yan1,2,4, Chen Qi1, Ma Xishuai1, Wang Xiaodan1, Du Wenchao3, Yin Ying1, Guo Hongyan,1,2

1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, School of Environment, Nanjing University, Nanjing, 210023, China

2.Joint International Research Centre for Critical Zone Science by University of Leeds and Nanjing University, Nanjing University, Nanjing, 210023, China

3.School of Environment, Nanjing Normal University, Nanjing, 210023, China

4.Coal Geological Exploration Institute of Ningxia Hui Autonomous Region, Yinchuan, 750004, China

通讯作者: E⁃mail:hyguo@nju.edu.cn

收稿日期: 2021-04-24   网络出版日期: 2021-06-08

基金资助: 国家重点研发计划.  2018YFD0800201
国家自然科学基金委国际(地区)合作与交流项目.  41571130061

Received: 2021-04-24   Online: 2021-06-08

摘要

土壤是地球关键带的核心,为人类提供着重要的生态系统服务.在集成已有土壤生态系统服务评价方法的基础上,充分考虑土壤与地球关键带各介质的关联作用,提出了基于地球关键带科学的土壤生态系统服务评价方法.采用文献整理法、单因素评价模型以及GIS空间分析等方法,构建了基于地球关键带科学的土壤生态系统服务的评价指数系统,包括土壤质量指数(SQI)、植物指数(PI)、大气调节指数(ARI)、径流指数(RI)、地下水补给指数(GSI)以及文化美学指数(CAI),建立地球关键带系统中土壤支持、供给、调节和文化服务等多重服务功能的集成评估模型与方法.研究结果对于识别土壤功能失衡、系统提升土壤以及地球关键带生态服务功能具有一定的参考价值.

关键词: 地球关键带 ; 土壤生态系统服务 ; 多指数系统 ; 评价方法

Abstract

Soil is the core layer of the Earth's critical zone,which provides important ecosystem services for human beings. Based on the integration of existing soil ecosystem services evaluation methods,considering the relationship between soil and the media of Earth's Critical Zone,the soil ecosystem services based on the science of Earth's Critical Zone was proposed. By using the methods of literature review,single factor evaluation model and GIS spatial analysis,the evaluation index system of soil ecosystem services based on Earth Critical Zone was constructed,including soil quality index (SQI),plant index (PI),atmospheric regulation index (ARI),runoff index (RI),groundwater supply index (GSI) and cultural aesthetics index (CAI). The integrated evaluation model and methods of soil supporting,provisioning,regulating and cultural services in Earth's Critical Zone were established. The results can be used for identifying the imbalance of soil function,improving soil and the ecosystem service function of the Earth's critical zone.

Keywords: Earth's Critical Zone ; soil ecosystem service ; multi index system ; evaluation method

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本文引用格式

张丽, 夏炎, 陈琪, 马禧帅, 王晓丹, 杜文超, 尹颖, 郭红岩. 基于地球关键带科学的土壤生态系统服务评价方法研究. 南京大学学报(自然科学)[J], 2021, 57(3): 345-356 doi:10.13232/j.cnki.jnju.2021.03.001

Zhang Li, Xia Yan, Chen Qi, Ma Xishuai, Wang Xiaodan, Du Wenchao, Yin Ying, Guo Hongyan. Research on soil ecosystem service assessment method based on Earth's Critical Zone science. Journal of nanjing University[J], 2021, 57(3): 345-356 doi:10.13232/j.cnki.jnju.2021.03.001

土壤特殊自然资产为人类提供的福祉称为土壤生态系统服务,包括支持服务、供给服务、调节服务和文化服务等多重功能1.由于对土壤生态系统服务缺乏全面了解,土壤受到人类长期无节制的索取和破坏,出现了生态系统服务功能退化现象2.土壤生态服务功能评价是提升其功能的基础3-6,常用方法为价值量评估法7-9和物质量评估法10-11.价值评价法使用简便,但容易忽略土壤生态系统服务的多样性和不均衡性.物质量评估方法发展较为成熟,对供给服务、调节服务和支持服务的评价指标探究较多,但评价指标往往不一致,同时忽略了文化服务这一重要内容.因此,当前亟待研究建立全面评价土壤生态系统服务的方法,以便更好地服务于土壤环境治理和土壤环境保护.

作为与人类联系最密切的地球表层,地球关键带在维持和支撑经济社会发展方面具有重要作用12.土壤是关键带的核心,在地球关键带各介质间起到纽带作用,土壤生态系统服务功能的发挥直接影响到地球关键带功能的可持续性13,充分考虑土壤与关键带相关介质的耦合作用,本文尝试构建基于地球关键带科学的土壤生态系统服务评价指标体系,建立综合土壤生态系统服务各项功能的评价方法,为评价和指导“山水林田湖草”生命共同体建设和土壤生态修复与功能提升提供科学支撑.

1 指标体系的构建

1.1 指标的选取原则

评估方法中的指标体系是指由能够表征指标特征及互为联系的其他指标所构成的具有协调性的有机整体14,土壤生态系统服务评估则需要确定服务背后的土壤过程,用于量化土壤过程和特性与土壤提供的服务之间的联系.为保证指标体系的合理完整性,评估指标的选择遵循以下原则15.系统性原则:评估指标之间逻辑关系强、联系紧密,协同反映评价系统的完整性;科学性原则:评估指标的选择以科学理论为基础,每个指标应含义明确、能客观真实地反映评估对象意义;可操作性原则:评估指标有统一的计算量度和方法,数据易获取并便于定量处理.

1.2 指标的选取方法

利用权威的中英文文献数据库,系统检索对土壤生态系统服务评价有关理论、指标体系、评价方法以及地球关键带科学相关理论研究文献,进行查询、整理、筛选、分析,建立区域土壤生态系统服务评价的指标体系框架.

1.3 指标选取

Nie et al16将地球关键带中大气、植被、土壤、地表水、地下水五大组成部分进行生态系统服务的分类,依次为空气、食物供给、气候调节、氧气供给、水调节、侵蚀控制、生物控制、固碳、过滤营养物质和污染物、储水及供水、水净化和废物处理、娱乐及旅游服务.Adhikari and Hartemink3将土壤属性连接到生态系统服务,土壤属性包括土壤有机碳、土壤质地、土壤pH、岩基深度、容重、阳离子交换量、土壤孔隙等.Guo et al17利用地理信息系统(geography information system,GIS),建立了农业面源污染潜力指数(agricultural non⁃point potential index,APPI)方法,对在基础数据能完全获得的情况下确定面源污染的优先控制区有一定的参考价值.本研究在其基础上扩充内涵,依托GIS平台,从食物供给、水质净化及储存、土壤保持、生物多样性维持、气候调节及文化美学多个土壤生态系统服务功能出发,将基于地球关键带科学的土壤生态系统服务评价分为不同指数,即植物指数(plant index,PI)、空气调节指数(air regulation index,ARI)、土壤质量指数(soil quality index,SQI)、径流指数(runoff index,RI)、地下水补给指数(groundwater supply index,GSI)以及文化美学指数(cltural and aesthetic index,CAI),组成土壤生态系统服务评估的框架体系,依据与土壤服务功能发生耦合作用的植物相关指标、地表水相关指标、地下水相关指标以及土壤属性指标之间的模糊关系,建立隶属函数,即单因素评价模型.将指标无量纲转换,用于计算获得各个指数值,同时结合研究区域的生态系统服务的功能分区,赋予权重,从而建立基于地球关键带土壤生态系统服务评价综合指数系统(integrated index of soil ecosystem service assessment based on Critical Zone Science,IISESA⁃CZ),继而将土壤自然资本与土壤生态系统服务建立联系,对区域的土壤生态系统服务空间分布进行评估.在构建的评价模型中,分为三级图层,一级图层为基于地球关键带科学的土壤生态系统综合评估层,二级图层为多重服务评价指数层,三级图层为土壤生态系统服务相关的指标空间层.三级图层指标个数较多,为便于理解,将其归类,详细内容见表1.

表1   地球关键带科学的土壤生态服务评价综合指数系统框架

Table 1  Framework of the integrated index system for the evaluation of soil ecosystem services in Earth's Critical Zone

一级图层二级图层三级图层指标类别三级图层

地球关键带

科学土壤

生态系统

服务综合评估

(IISESA⁃CZ)

空气调节指数(ARI土壤有机碳库土壤有机碳库(soil organic carbon pool,SOCP)
植被植被覆盖度(vegetation coverage,VC)
植物指数(PI植物生物量植物初级净生产力(net primary productivity,NPP)
植物品质植物品质(农产品品质)(plant quality,PQ)
土壤质量指数(SQI微生物总量

微生物量氮(microbial biomass nitrogen,MBN)、

微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)

微生物多样性shannon指数
土壤质地土壤砂砾(sand)、黏粒(clay)、粉粒(silt)
营养水平全氮(TNsoil)、全磷(TPsoil)、全钾(TK)、碱解氮(HNsoil)、有效磷(AP)
土壤化学指标

pH、阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC)、

土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)

土壤物理指标

容重(bulk density,BD)、田间含水量(field capacity,FC)、

土壤孔隙(porosity)、水稳定性团聚体(water⁃stable aggregates,AGG)

土壤污染物含量土壤污染物含量(HMsoil)
径流指数(RI地表径流径流系数(αsur
径流水质径流水质(WQsur
地下水补给指数(GSI地下水补给量地下水补给量(Rgw
地下水水质地下水水质(WQg
文化美学指数(CAI景观多样性

人口密度(population density,PD)、

人文景观密度(cultural attractions density,CAD)

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1.4 指标处理方法

土壤生态系统服务指标体系的评价因素是基于前人对于土壤性质与土壤功能之间的模糊关系,建立隶属函数进行评估18-19,并加以扩展.参考林耀奔等20将微生物群落相关指标与土壤性质经隶属函数转换,获得指标标准化数值,从而对土壤生态质量进行综合评估的方法,本研究将与土壤服务功能相关的植物相关指标、地表水相关指标以及地下水相关指标与土壤性质共同使用,建立隶属函数,对土壤服务功能进行映射,对指标进行评价,建立单因素评价模型.单因素评价模型中各个指标设置阈值,阈值的依据是结合研究区域特征和前人研究结果,同时结合数据分析和国家环境质量标准,将指标体系无量纲化,建立其评价模型,用于后续指数的计算.

隶属函数分为S型函数、反S型函数以及抛物线函数.S型函数表示土壤属性与土壤功能正相关,表示“越多越好”;反S型函数则与土壤功能负相关,表示“越少越好”18;抛物线函数是指土壤属性对土壤功能有最佳范围,也称为目标最优函数,土壤属性在此范围最优.S型函数包括土壤总氮、总磷、有机碳含量、阳离子交换量、水稳定团聚体、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、shannon指数、chao1指数等,pH、土壤容重、土壤质地属于抛物线函数,碳酸钙含量则属于反S型函数19-22.S型函数公式如下21

Sx=1                   xbx-ab-a        b<x<a0                   xa

函数公式中x为实测指标值,ab分别是下阈值和上阈值.

反S型函数公式中,x为实测指标值,ab分别表示指标阈值的上限和下限:

ISx=1                   xbx-ab-a        b<x<a0                   x>a

抛物线型函数公式中,x为实测指标值,a1a2分别表示指标临界值的下限和上限;b1b2为最优值的上下界点:

PFx=1                      b2xb1x-a1b1-a1        a1<x<b10                      xa1xa2

2 评估加权模型的建立

2.1 评估加权模型

本文以地球关键带科学为框架,建立综合加权评价模型,选取土壤质量指数(SQI)、空气调节指数(ARI)、植物指数(PI)、径流指数(RI)、地下水补给指数(GSI)、文化美学指数(CAI)作为二级指数,如图1所示23.

图1

图1   地球关键带科学的土壤生态服务评价综合指数系统示意图[23]

Fig.1   Schematic diagram of the integrated index system assessment of soil ecosystem services in Earth's Critical Zone[23]


指数层综合建模公式如下:

IISESACZ=SQI×WF1+PI×WF2+ARI×WF3+GSI×WF4+RI×WF5+CAI×WF6

WF1WF2WF3WF4WF5WF6分别为六个指数的权重.权重的确定是对该指标体系中的指标进行贡献率的评估.权重确定一般方法为层次分析法,如庄惠钧24选用了供给服务、调节服务、支持服务和文化服务内的九项评价指标,利用层次分析法和生态系统服务价值的计算方法,建立了生态系统服务价值评估模型;董金茂和崔一民25构建森林健康的三大类15个指标,建立上、下层两两判断矩阵,通过熵值法和层次分析法对评价指标体系进行权重计算;马行天和曹涵26根据城市生态系统健康的内涵,选取活力、组织力、恢复力、生态系统服务功能和人类健康状况,采用层次分析法确定指标权重,构建了健康评价指标体系.专家打分法也是常用的权重确定方法27,如柯新利等28采用专家打分法确定武汉市耕地景观的游憩服务权重.生态系统服务评价重点关注的是对人的服务,物质方面可以依据客观数据进行评价,但非物质方面则带有主观色彩.因此,对于权重的确定可以结合客观和主观的方面进行综合考虑.本研究中,指标体系的权重确定分两步:第一步,三级图层中的指标权重采用均值的方式获得二级图层中的六个分指数;第二步,六个分指数经专家打分法确定各自权重.权重确定后,可以进行土壤生态系统综合服务评价指数计算,范围为0~1.值越接近1说明土壤生态系统的综合服务越高,土壤生态系统功能发挥越好,越有利于可持续性发展.越接近0则说明土壤生态系统的综合服务越低,据此可识别出区域内土壤生态系统服务功能脆弱地区.地球关键带以土壤圈为核心,与大气圈、生物圈、水圈以及人类活动的交互作用密切,本指数系统综合考虑上述要素,对区域土壤生态系统服务进行综合量化评估,有利于全面了解该区域生态系统服务的现状.

2.2 分项指数

2.2.1 SQI

SQI包含生物和非生物两类.微生物指标、土壤质地、营养水平、土壤化学指标、土壤物理指标、土壤污染指标(如重金属、农药等污染物)构成SQI,也是关键带土壤生态系统服务功能的核心成分.土壤是微生物重要的栖息地29,土壤生态系统服务也依赖微生物发挥作用30.如Cameron et al31和Delgado⁃Baquerizo et al32研究发现微生物多样性影响土壤功能发挥.微生物评价指标中多采用微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)和shannon指数2033.基于土壤污染的普遍性34-35,本研究将土壤污染纳入评价体系,建立土壤污染物含量综合加权指标HMsoil.关于常规的土壤质量的评估已有许多文献报道19-21,基于前人研究基础,选取土壤全氮(TNsoil)、全磷(TPsoil)、有机碳含量(SOC)、阳离子交换量(CEC)、碱解氮(HN)、有效磷(AP)、田间持水量(FC)、总孔隙(porosity)、水稳定团聚体(AGG)、pH、土壤容重(BD)、砂砾(sand)、黏粒(clay)和粉粒(silt)为SQI建立的重要指标.

常规土壤质量指标可以通过数据共享平台获取,如中国土壤数据库、Soilgrids、世界土壤数据库(HWSD)、土壤和地形数字数据库(SOTER)以及土壤资源信息系统(ASRIS)等,土壤污染指标和微生物指标要通过布点采样分析获得相关数据.SQI采用均值的方法进行计算,公式如下:

SQI=119PFclay+PFsilt+PFTPsoil+STPsoil+SAP+SHN+PFpH+SCEC+SSOC+PFBD+SFC+STK+SMBC+SMBN+Sshannon+Sporosity+SAGG+ISHMsoil

其中,SQI是土壤质量指数,为便于理解,将公式注释以表2展示.

表2   土壤质量指数公式注释

Table 2  Annotation of soil quality index formula

指标实测值数据集指标数据集对应名称单因素转换类型单因素转换类型注解
TNsoil全氮STNsoil指标实测值数据集经S型函数转换后的无量纲数据集
TPsoil全磷STPsoil
AP有效磷SAP
HN碱解氮SHN
SOC土壤有机质SSOC
CEC阳离子交换量SCEC
FC田间持水量SFC
Porosity总孔隙度Sporosity
AGG水稳定性团聚体SAGG
pHpHPFpH指标实测值数据集经抛物线函数转换后的无量纲数据集
BD容重PFBD
Sand砂砾PFsand
Clay粉粒PFclay
Silt黏粒PFsilt
MBC微生物量碳SMBC指标实测值数据集经S型函数后的无量纲数据集
MBN微生物量氮SMBN
Shannon微生物shannon指数Sshannon
TK总钾STK总钾是S型函数
HMsoil土壤污染物含量综合加权值ISHMsoil指标实测值经反S型函数转换的无量纲数据集

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2.2.2 ARI

土壤生态系统中植被扮演很重要的角色36,通常用植被覆盖度来表征植被状况.植被覆盖度(vegetation coverage,VC)指单位面积内植被冠层垂直投影的百分比37.有研究表明提高植被覆盖度与土壤抗蚀效应具有正面作用38,提高植被覆盖度还可以抑尘从而净化空气39-41,因此将植被覆盖度作为ARI指标之一.植被覆盖度越大,说明植被生长状况越好,覆盖面积越广,对大气调节功能越好.土壤作为全球陆地生态系统最大的碳汇,土壤碳库的变化对气候变化具有重要的调节作用1342.土壤中有机碳含量越高,对减缓气候变化越有利,土壤有机碳储存(soil organic carbon pool,SOCP)与土壤气候调节功能呈正相关关系.

植被覆盖度指标可以采取地面调查法和遥感监测法43.土壤有机碳储存可以从数据共享平台,如soilgrids(https:∥soilgrids.org/)获得.ARI可通过植被覆盖度与土壤有机碳储存来计算.由于两者具有不同作用,所以将其权重设为相等.

ARI=12SVC+SSOCP

其中,ARI为空气调节指数,VC为植被覆盖度实测值的空间数据集,SOCP为土壤有机碳库实测值的空间数据集,SVCSSOCP分别为植被覆盖度、土壤有机碳库经S型函数转换后的无量纲数据集.

2.2.3 PI

植物初级净生产力(net primary productivity,NPP)及品质(plant quality,PQ)指标构成植物指数(PI),植物初级净生产力属于土壤生态系统服务的供给服务和支持服务,即土壤为人和动物所需植物的生长提供水分、养分和物理支持.植物初级净生产力可以采用遥感法获得44,植物品质则可以采用布点采样分析法、遥感技术进行测定45-46.植物初级净生产力与土壤服务功能呈正相关关系,适用S型函数进行指标转换,植物品质若以重金属等有害物质作为指标,则与土壤服务功能呈负相关,则采用反S型函数,若采用蛋白质、氮等营养元素,则采用S型函数进行转换,根据研究区不同的服务功能进行指标的选定,如农田系统,作物品质可以选择较为关注的粮食中重金属含量.土壤生态系统为人类提供服务,如产量为供给服务,依据土壤属性具有的多重功能,各自发挥作用,用以表达土壤不同服务功能的作用,所以将各个指标的权重设为一致,PI的公式如下所示:

PI=12SNPP+ISPQ

其中,PI为植物指数,NPP为植物初级净生产力的空间数据集,PQ为植物品质实测值的空间分布数据集.SNPP是植物初级净生产力实测值经S型函数转化后的无量纲化数据集,ISPQ为植物品质实测值经反S型函数转换后无量纲化数据集.

2.2.4 RI

土壤可通过地表径流对地表水水质产生影响47,本系统中用RI来表征.RI包含径流系数(αsur)(径流深度与降雨量的比值)、径流水质(WQsur).径流深度可以从水文站获取,或根据模型进行计算,如SWAT48等水文模型,或实地监测获得,降雨量可以从中国气象数据网(https:∥data.cma.cn)获取;径流水质可以通过实地采样获得,也可以通过模型计算,如SWAT49、输出系数模型50等.在农田生态系统,地表径流是产生农业面源污染的重要因素51,土壤调节功能越大,径流量少、径流水质越好—元素流失越少,故将这两项指标作为反S型函数考虑.经过与土壤功能的相关性确定后,则进行指标转换,取均值获得RI,计算公式如下:

RI=1nISWQ1+ISWQ2++ISWQn-1+ISasur

其中,RI是径流指数,WQ1WQ2,…,WQn-1αsur分别为地表水质指标以及径流系数实测值的指标空间数据集.ISWQISasur分别为地表水质指标以及径流系数实测值经反S型函数转换后的无量纲数据集.

2.2.5 GSI

地下水对生态系统服务具有实际支持作用52GSI包括地下水补给量(Rgw)、地下水水质(WQg).地下水补给量指标,可以通过模型计算,如Hydrus模拟53,也可以用实验方法,如放射性同位素法54,地下水补给是对淡水资源的存储,所以将地下水补给量归为S型函数,地下水水质与土壤调节功能发挥大小呈反比,所以将其作为反S型函数考虑.将指标转换计算获得GSI,计算公式如下:

GSI=1nISWQg1+ISWQg2++ISWQgn-1+SRgw

其中,GSI是地下水补给指数,WQgRgw分别为地下水水质、补给量指标实测值的空间数据集.ISWQg为地下水水质经反S型函数转换后的无量纲数据集.SRgw为地下水补给量实测值经S型函数转换后的无量纲数据集.

2.2.6 CAI

土壤生态系统文化服务是满足人们在自然环境中的精神享受.随着社会进步,文化服务越来越受重视.有学者采用专家打分法和指标评价法、空间分布评价体系28、 旅行成本法55-56、调查问卷偏好及支付意愿57等方法基于景观的旅游价值进行文化服务评价指标体系的建立.本研究在其基础上提出CAI指标体系,以人口密度(population density,PD)和人文景观密度(cultural attractions density,CAD16作为指标,人口密度的大小反映土壤生态系统文化服务发挥作用的潜力大小,人口密度越大,游憩价值发挥越大,即空间上的可达性越大,其发挥的作用越大.人文景观密度代表了能够提供生态系统文化服务的基础,其内涵是土壤生态系统的供应潜力,包含风景区、湖泊、公园、自然保护区、文化遗址、学校单位.人口密度可以从数据平台获得,如地理国情监测云平台.通过对网络地图的地图信息点(point of interest,POI)数据进行爬虫与模糊搜索得到人文景观空间点位信息,利用核密度分析方法进行统计人文景观数点要素的空间密度分布,计算得到人文景观密度数据.人口密度和人文景观密度与文化服务呈正相关,因此两者皆适用于S型函数.

CAI=12SPD+SCAD

其中,CAI是文化美学指数,PDCAD分别为CAI中人口密度和人文景观密度指标实测值的空间数据集.SPDSCAD为人口密度和人文景观密度实测值经S型函数转换后的无量纲数据集.

2.2.7 小 结

将上述各个指标经单因素评价模型进行归一化、均值化获得各分项指数,各项分指数值的范围为0~1,指数值的大小表示该区域中土壤生态系统中各因素(大气、植物、地下水、地表水以及文化美学)的服务状态,数值越大,说明该指数类型土壤服务功能越好,反之则越差.在地球关键带系统中,强调关键带系统为人类提供的各类服务,生态系统服务功能的评价也是以人为核心,可采用问卷调查、专家打分法确定各分项指数的权重,然后计算获得综合指数,可视化获得区域土壤生态系统服务分布图,整体展示区域土壤生态系统服务状态.

3 讨 论

对于土壤的评价,之前多以土壤质地、pH、营养元素等土壤固有属性进行土壤质量评价58-61.近几年,土壤生态系统服务研究发展很快,但基本以传统的地理学为基础,大多考虑生态系统服务的平面流动;另一方面,土壤生态系统服务的空间差异性缺乏研究62,这易导致“一刀切”管理模式,不能对土壤健康进行精准监管,因此,评价指标体系仍需在时空上扩展探索63.选择评价的指标体系以服务类别为直接评价对象,忽略了土壤自身,未权衡社会和自然属性64-65.本研究利用文献整理法、单因素评价模型以及GIS空间分析等方法,尝试将土壤自然资本、土壤功能和土壤提供的服务等概念联系起来,立体量化土壤生态系统服务,突破传统土壤生态系统服务评价边界,系统评价土壤生态系统服务及其空间变异性.基于土壤属性的土壤功能表现,量化评估土壤的六种生态系统服务,包括食物供给、水质净化及水储存、土壤保持、生物多样性、气候调节及文化美学,并以数字化地图的形式展示区域生态系统服务综合指数值,为管理决策者传达土壤生态服务功能的空间变异性,促进土壤生态系统的健康管理.本研究只是提出了评价的框架模型和思路,对于各指数中指标的选取及其量化计算还有待进一步的细化.

4 结 论

随着社会经济快速发展,资源、环境和生态问题叠加耦合,急需多学科交叉、多领域融合的新系统研究来提高生态系统服务的可持续性.地球关键带将与人类密切相关的近地表作为独立的开放系统,为解决这种需求提供了一个完整的系统框架66.本研究尝试建立了从地球关键带角度评估土壤生态系统的食物供给、水质净化及水储存、土壤保持、生物多样性、气候调节及文化美学多重服务的指标体系,以及土壤生态系统服务功能的评价方法.研究结果及其应用对于评价和指导“山水林田湖草”生命共同体建设和土壤生态修复与功能提升具有一定的参考价值.

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