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【学术】全球变化下的土壤及其功能与生态系统服务

2016-05-25 08:38来源:中国农业科学作者:程琨 岳骞关键词:土壤污染土壤管理土壤退化收藏点赞

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氮足迹和水足迹可以反映农业生产过程对氮素和水分的利用情况。Leip 等和Pierer 等分别对欧盟和奥地利食物生产氮足迹进行了计量,均得出畜牧业生产的氮足迹远高于种植业。

Chapagain 和Hoekstra计算了全球不同国家水稻生产的水足迹,并探讨了蓝水、绿水和灰水足迹的比例。Xu 等[研究了北京市农作物生产水足迹的年际变化,指出近年来水足迹有所下降,而蓝水足迹所占比例最大。

由上可知,目前对农业生产氮、水足迹的研究主要集中于大尺度的计量,

小尺度特别是田块尺度的研究还非常有限,且适用于田块尺度研究的计量方法学还有待进一步的发展。

目前对农业活动生态环境效应的研究大多数关注于单一影响,将温室效应、氮素环境影响、水资源消耗综合考虑的研究还非常有限。

近来有研究发现农作物生产的碳足迹和水足迹、能源作物的碳足迹和氮足迹可能出现此消彼长的特征,而且可通过整合足迹的计算判别作物生产过程中温室气体排放和水资源消耗对生态环境的相对贡献。

在农业生产过程中,人们往往只追求某一种或某几种生态系统服务类型(例如粮食供给服务),而对其他生态系统服务的提供产生了影响,从而引起了生态系统服务的权衡与协同问题。

在气候变化背景下,均衡的生态系统服务是地球可持续发展的重要条件。近年来,在生态系统服务研究中日益采用多指标评价体系。

Macfadyen 等从病虫害控制的多个指标分析了有机农业与常规农业的生态系统服务差异,而Schipanski 等[56]采用与粮食供给、氧化亚氮减排、土壤固碳等有关的11 个生态系统服务指标,评价农田生态系统服务年际变化,并探讨不同生态系统服务间的协同或抵消情况。

而且,将生态指标与社会经济计量方法相结合进行生态系统服务综合评价也是当前研究的热点。

例如,Goldstein 等通过不同土地利用规划情景下各种生态系统服务和社会经济效益的抵消情况的比较分析,探讨了实现生态效益和经济效益双赢的可能途径。

Watanabe 和Ortega]则将生态系统服务对区域经济的贡献量化为宏观经济价值,采用数量、能值、货币3 种方式评价了巴西某流域土地利用变化对生态系统服务的影响,结果表明自然的热带草原和农林复合系统的生态与社会经济价值最高。

另外一些指标也可能帮助探讨人类活动对于土地利用及生态系统功能及服务的影响。

例如,生态系统人类干扰综合指数可以反映人类对当地生态系统的干预或干扰程度(ecosystem comprehensive anthropogenicdisturbance index,ECADI)。

景观分析也可以通过空间变异结构变化,讨论农业或人类干扰对土壤景观和生态交错带结构的影响。李阳兵等采用景观多样性指数空间变化讨论喀斯特生态系统恢复的效应。

意大利科学家Mancinelli 等发展了景观多样性分析用于探讨土地利用可持续性,结果表明,私有用地景观异质性较高,促进了生态交错带的存在和土地覆被的多样性,因此,一个有良好结构的私有用地有助于提高(景观)可持续性。

此外,还有的研究采用模糊认知图方法学(Fuzzy cognitive mapping)来分析直接或间接影响土地利用和生态系统服务功能的不同利益相关者对于生态系统服务功能及其保护的认知及其潜在的参与度和重要性。

联合国“千年生态系统评估”提出的DPSIR 框架(Drivers,Pressures,State,Impact and Response)和TEEB(The Economics of Ecosystems and Biodiversity),均致力于研究土地管理-生态系统服务-人类福祉的相互关联,可为建立生态系统服务方法学框架提供支持。

Dominati 等提出了一个分类、量化和模拟土壤及其生态系统服务的方法框架。该框架将土壤资源与其生态系统服务很好的联系起来,通过明确外部驱动力对土壤过程及其生态服务的影响,来评价土壤生态系统服务对人类福祉的贡献。

该框架包括五个有机联系的部分:土壤资源,土壤资源的形成、维持和退化,土壤过程的驱动因子,土壤的供给服务、调节服务和文化服务,与人类需求相关的生态系统服务。

原标题:土壤生态系统服务功能表征与计量
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