地球关键带中水和土壤的生态服务功能维持机理研究--中英合作
生物地质与环境地质国家重点实验室
生物地质与环境地质国家重点实验室学术发展规划纲要（送审稿）一、实验室科学定位实验室将以地球系统科学的思想为指导，以探索和解决地球生物学的核心科学问题为目标，立足于地球科学与生命科学和环境科学的交叉融合，以地球表层系统中重大的生物地质与环境地质事件和过程为研究重点，在多时空尺度上探索地球环境与生命系统之间的相互关系、作用机理和演变规律。
在这一总体框架下，聚焦地球发展关键时期的生物事件与环境事件，认识其规律、探索其机理。
重塑地球发展历程，为研究当代全球变化和生物多样性演变，探索环境修复和生物危机的缓解，提供对比史实、理论依据和技术方法支撑。
鉴于地球历史演变过程中重大生物和环境事件及其过程所跨越的时间尺度不同，实验室的科学研究包括：在长时间尺度（106~104年）上，以地质历史时期的重大生物和环境事件为主要对象，研究“关键地质时期生命与环境的协同演化”；在中时间尺度（104~102年）上，以全球变化背景下区域事件为主要对象，研究“新生代以来气候环境事件的生态响应”；在短时间尺度（102~100年）上，以工业革命以来生物和环境事件为主要对象，研究“与人类活动相关的生物―环境地质过程”。
科学主攻重点是，在多时空尺度上围绕地球生物学的科学核心——生物与环境的相互作用，在生物对环境的作用方面重点突破微生物对环境的改造作用，在环境对生物的制约方面重点关注水环境对生物的影响，从而探索生物与环境协同演化的科学理论和研究方法。
为集中实验室优势力量，体现实验室科学研究和平台建设特色，实验室科学研究将设置“优先”、“重点”和“培育”三个层次的研究主题。
其中“优先”和“重点”研究主题是本实验室近期和中期建设和发展的主流，在实验室科学研究、人才队伍和平台建设等方面重点支持。
“优先研究主题”是指有好的科学积累、强的学术队伍和平台条件支撑的研究内容，并能够在2-3年内产出高层次的代表性科研成果；“重点研究主题”是指有较好科学积累、较强的学术队伍和平台条件支撑的研究内容，能够在3-5年内产出高层次的代表性科研成果；“培育研究主题”是指与实验室科学发展方向一致或密切相关，近期研究基础相对薄弱，但富有发展潜力的科学主题，有望在经历5-10年的研究之后，能够达到“重点研究主题”层次。
土壤保持服务：概念、评估与展望
第３９卷第２期２０１９年１月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３９，Ｎｏ．２Ｊａｎ．，２０１９基金项目：国家重点研发计划课题（２０１７ＹＦＡ０６０４７０４）；国家自然科学基金项目（４１７７１１９７）收稿日期：２０１７⁃０９⁃３０；㊀㊀网络出版日期：２０１８⁃１０⁃１８∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｏｗｗ＠ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１７０９３０１７７０刘月，赵文武，贾立志．土壤保持服务：概念㊁评估与展望．生态学报，２０１９，３９（２）：４３２⁃４４０．ＬｉｕＹ，ＺｈａｏＷＷ，ＪｉａＬＺ．Ｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ：ｃｏｎｃｅｐｔ，ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ａｎｄｏｕｔｌｏｏｋ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１９，３９（２）：４３２⁃４４０．土壤保持服务：概念㊁评估与展望刘㊀月１，２，赵文武１，２，∗，贾立志１，２１北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室，北京㊀１００８７５２北京师范大学地理科学学部陆地表层系统科学与可持续发展研究院，北京㊀１００８７５摘要：土壤保持服务作为一项重要的生态系统调节服务，是防止区域土地退化㊁降低洪涝灾害风险的重要保障㊂针对在全球范围内影响最大的土壤水蚀，基于土壤侵蚀㊁运移和输出过程，对土壤保持服务的概念㊁评估方法进行了梳理总结㊂土壤保持服务是指生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力及对泥沙的储积保持能力㊂土壤保持服务的评估往往是基于通用土壤流失方程ＲＵＳＬＥ（ＲｅｖｉｓｅｄＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｏｉｌＬｏｓｓＥｑｕａｔｉｏｎ），以潜在土壤侵蚀量（裸地时土壤侵蚀量）与实际土壤侵蚀量之差，作为指标衡量㊂由于生态过程具有尺度依赖性，对土壤保持服务的有效评估，需要采用多尺度方法㊂土壤保持服务与人类需求紧密相关，在未来土壤保持服务研究中应强调连接土壤保持服务与人类福祉，对土壤保持服务产生㊁流动㊁使用的全过程及土壤保持服务时空动态与人类福祉变化的关系进行探究㊂关键词：生态系统服务；水蚀过程；土壤保持服务；人类福祉Ｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ：ｃｏｎｃｅｐｔ，ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ａｎｄｏｕｔｌｏｏｋＬＩＵＹｕｅ１，２，ＺＨＡＯＷｅｎｗｕ１，２，∗，ＪＩＡＬｉｚｈｉ１，２１ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥａｒｔｈＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＥｃｏｌｏｇｙ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７５，Ｃｈｉｎａ２ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬａｎｄＳｕｒｆａｃｅＳｙｓｔｅｍａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＦａｃｕｌｔｙｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７５，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｅｒｖｉｃｅｔｈａｔｃａｎｐｒｅｖｅｎｔｒｅｇｉｏｎａｌｌａｎｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒｉｓｋｏｆｆｌｏｏｄｉｎｇ．Ｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅｍｏｓｔｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｔｙｐｅ，ｗａｔｅｒｅｒｏｓｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｃｌａｒｉｆｉｅｓｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｃｏｎｃｅｐｔｏｆｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ａｎｄｅｘｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅｉｓｄｅｆｉｎｅｄａｓｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍｔｏｐｒｅｖｅｎｔｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｒｅｔａｉｎｓｅｄｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎ，ａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅｗａｓｕｎｄｅｒｔａｋｅｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｖｉｓｅｄｕｎｉｖｅｒｓａｌｓｏｉｌｌｏｓｓｅｑｕａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｒｅｔｅｎｔｉｏｎ（ｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ（ｅｒｏｓｉｏｎｗｉｔｈｏｕｔｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒ）ｍｉｎｕｓａｃｔｕａｌｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ）ｗａｓａｐｐｌｉｅｄａｓａｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｏｆｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎａｔｔｈｅｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ⁃ｐｌａｎｔｓｃａｌｅｄｅｐｅｎｄｓｏｎｐｌａｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．Ａｓｔｈｅｓｃａｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｌａｎｄｕｓｅｇｒａｄｕａｌｌｙｐｌａｙｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒｏｌｅｉｎｃｕｒｂｉｎｇｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ，ａｎｄｌａｒｇｅｂａｓｉｎｓａｒｅｍｏｒｅｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｆｌｕｖｉａｌｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｓｔｏｒａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｓｃａｌｅ⁃ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙｏｆｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ａｍｕｌｔｉ⁃ｓｃａｌｅｍｅｔｈｏｄｉｓｎｅｅｄｅｄｔｏａｓｓｅｓｓｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｕｓｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅｍａｉｎｌｙａｄｄｒｅｓｓｓｏｉｌｄｅｔａｃｈｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｎｌｙ，ａｎｄｄｏｎｏｔｓｉｍｕｌａｔｅｓｏｉｌｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｂｙｉｇｎｏｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｓｕｃｈａｓｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔａｒｅｎｅｅｄｅｄ．Ｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅｃａｎｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｌｉｎｋｂｅｔｗｅｅｎｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌｒｅａｌｉｔｙ（ｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ）ａｎｄｈｕｍａｎｗｅｌｌ⁃ｂｅｉｎｇ（ｔｈｅｓｏｃｉｏ⁃ｅｃｏｎｏｍｉｃｓｙｓｔｅｍ）．Ｔｏｆｕｌｌｙｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｎｈｕｍａｎｗｅｌｌ⁃ｂｅｉｎｇ，ｔｈｅｓｕｐｐｌｙａｎｄｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅｓｂｏｔｈｎｅｅｄｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅ；ｗａｔｅｒｅｒｏｓｉｏｎ；ｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ；ｈｕｍａｎｗｅｌｌ⁃ｂｅｉｎｇ气候变化和人类活动改变了全球生态系统结构与功能，已经并将持续影响全球生态系统服务供给［１］㊂土壤保持服务是生态系统提供的一项重要调节服务，指生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力以及对泥沙的储积保持能力［２］㊂最近的相关研究表明在人类活动和气候变化的影响下，全球土壤侵蚀有加剧风险，土壤保持服务面临严峻挑战［３］㊂加剧的土壤侵蚀不仅会造成局地水土流失㊁土壤肥力降低㊁粮食产量下降进而影响粮食安全，同时由于河流输沙量的增加，会对下游地区的灌溉㊁污水处理㊁水库使用产生影响；此外，土壤侵蚀也能够造成土壤有机碳的横向移动，进而对全球碳循环产生影响［４］㊂由于土壤侵蚀对全球环境变化的敏感性以及与社会经济环境的相关性，如何制定适应性管理策略以提高生态系统土壤保持服务能力，降低土壤侵蚀危害，成为政策制定者关注的焦点㊂近年来，学者们开展了系列土壤保持服务研究，但现有研究对土壤保持服务概念理解不一㊁评价方法各异㊁涉及尺度单一㊁缺乏影响机制分析㊂针对土壤保持服务形成从概念㊁方法㊁机理到不同尺度间相互作用的系统性完整研究体系仍然尚未形成，相关研究亟待系统梳理㊂生态系统服务产生的基础是生态系统的结构与过程，就土壤保持服务而言，其供给能力大小主要由空间上的侵蚀产沙㊁运移沉积过程决定㊂以降雨为主要侵蚀力的水蚀是全球范围最主要的土壤侵蚀形式㊂本文针对水蚀过程，对土壤保持服务的概念内涵㊁评估方法和尺度效应进行了总结梳理，并对未来土壤保持服务研究方向进行展望，以期为全球变化背景下土壤保持服务研究和管理提供参考㊂１㊀土壤保持服务的概念内涵生态系统服务是指人类从生态系统中获得的各种惠益㊂生态系统服务作为连接生物物理过程和人类福祉的桥梁，其概念内涵包括两方面：既关注服务产生的生态系统服务供给（自然系统），同时重视人类从中获得的惠益，即生态系统服务需求（社会系统）㊂对土壤保持服务来说，也是如此，由于受到如植被覆盖㊁土壤㊁地形等生态系统结构和组分因素的影响，自然生态系统具有控制侵蚀和拦截泥沙的能力，这种能力可以理解为生态系统提供土壤保持服务的潜在能力，即土壤保持服务的潜在供给㊂当这种土壤保持服务供给被人类消费使用，以满足粮食生产需求和带来清洁水质等一系列惠益时，这种潜在的土壤保持服务供给即变为生态系统为人类提供的实际土壤保持服务（图１）㊂而由于现有的土壤保持服务文献大多是从自然系统出发，针对土壤保持服务潜在供给能力进行分析，因此，本文主要是从土壤保持服务供给角度出发，以土壤侵蚀㊁运移㊁沉积等过程为主线，并结合当前主要生态系统服务分类体系，对土壤保持服务概念进行界定，总体可以分为侵蚀调控和土壤保持两方面（图１）㊂图１㊀土壤保持服务内涵包括潜在供给和满足需求两方面㊀Ｆｉｇ．１㊀Ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｕｐｐｌｙａｎｄｂｅｎｅｆｉｃｉａｒｉｅｓｔｏｇｅｔｈｅｒｍａｋｅｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ（１）基于侵蚀调控角度的土壤保持服务，英文表述为ｅｒｏｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｅｒｖｉｃｅ，ｅｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ或ｅｒｏｓｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ㊂有些研究直接称其为生态系统的侵蚀调控服务，强调生态系统调节侵蚀，减少泥沙输出的能力［５］㊂自然界中的泥沙主要受侵蚀产沙㊁运移沉积等过程的影响㊂生态系统的侵蚀调控服务即可以理解为自然生态系统对泥沙的产生㊁运移㊁沉积等过程的影响，使得泥沙在时间㊁空间㊁数量上发生变化，主要变现表现为侵蚀产沙量和河流输沙量的减少，从而达到对侵蚀的调节控制作用㊂由于泥沙运移过程的复杂性，目前研究常忽略泥沙在地表的运移沉积过程，更多地关注于自然生态系统对侵蚀产沙和泥沙输出量的作用和影响㊂这一研究方法类似于黑箱研究，弱化侵蚀过３３４㊀２期㊀㊀㊀刘月㊀等：土壤保持服务：概念㊁评估与展望㊀程而聚焦泥沙的产生和输出情况㊂一方面，从泥沙产生角度，可以通过地块土壤侵蚀量的时空变化和分布来反应生态系统控制侵蚀的能力㊂另一方面，从泥沙输出角度，则可以以流域出口断面产沙量的变化或者河流某一断面输沙量的变化来衡量生态系统对泥沙的调控能力，同时也可以选择研究区任一位置作为感兴趣点，以通过该位置泥沙量的变化作为衡量指标［６］㊂有些研究直接将水库作为基准，分析上游生态系统同对其泥沙淤积的影响㊂在这些研究中，通常直接将土壤保持服务理解为生态系统提供的减轻水库泥沙淤积及改善水质的服务㊂（２）基于保持土壤角度的土壤保持服务，英文表述为ｓｏｉｌｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ，ｓｅｄｉｍｅｎｔｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ或ｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅ㊂相关研究侧重于生态系统对土壤的保持和泥沙储积能力，将土壤保持服务理解为在一定时间和空间范围内，生态系统保持土壤的过程和能力，往往采用相应时空尺度下的土壤保持量进行表征㊂由图２可知，泥沙从陆地产生到运移至海洋是一个复杂的动态过程，在这个过程中生态系统保持的土壤总量不仅包括在地块尺度上由于植被覆盖和管理措施减少的土壤侵蚀量，还应包括泥沙运动过程中被植被拦截的量，以及由于平原㊁湖泊㊁河道㊁水库大坝等地形和人类活动引起的泥沙沉积量㊂综上，本文将土壤保持服务界定为：生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力㊁对泥沙的拦截能力以及河流湖泊湿地库坝中的淤泥储积能力㊂针对土壤水蚀过程，在水平方向上侵蚀产沙㊁运移沉积和输沙过程进行可以概化为图２所示㊂要准确评估生态系统的土壤保持服务，需要刻画泥沙在水平方向上再分配的过程，并对各个分量做深入定量的分析㊂在图２中，其侵蚀量平衡方程为：土壤侵蚀量＝土壤保持量＋泥沙输出量㊂图２㊀泥沙在地表的运动过程及沙量平衡Ｆｉｇ．２㊀Ｔｈｅｏｖｅｒｌａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｏｉｌｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｂｕｄｇｅｔ２㊀土壤保持服务评估方法土壤保持服务评估应包括两部分，即针对自然系统的土壤保持服务供给评估，以及针对人类系统的人类受益评估㊂现有研究往往侧重于土壤保持服务供给的评估研究㊂２．１㊀评估指标与生态系统服务评估一致，土壤保持服务评估可以分为价值量和物质量评估两种类型㊂物质量评价方法，通过揭示生态系统服务物质量动态变化水平，能够反映生态系统过程的特点，从而有益于对生态系统服务可持续性的分析［７］㊂目前对土壤保持服务的评估也是主要基于土壤侵蚀视角，根据生态系统对侵蚀产沙过程的影响对其进行物质量评估㊂自然界中侵蚀产沙 运移沉积 泥沙输出过程中的各个分量，即土壤侵蚀量㊁土壤保持量㊁输沙量或产沙量均可以作为衡量土壤保持服务能力的指标㊂其中，土壤在径流作用下产生位移的物质量，称为土壤侵蚀量；由于地块上植被对降雨的拦截以及植物根系对土壤固定作用减少的土壤侵蚀量㊁侵蚀产生的泥沙在运移过程被植被拦截的量以及泥沙在河流湖泊㊁水库中沉积量的总和为土壤保持量；泥沙经过侵蚀和运移沉积过程后向流域外输出，即有了产沙量和输沙量概念，在特定时段内，通过小流域出口观测断面的泥沙总量，称为流域产沙量；而当泥沙进入河流中，把一定时段内通过河道某断面的泥沙数量称为该时段的河流输沙量㊂除以上与土壤侵蚀过程相关的指标外，植被覆盖度㊁土地利用和地形作为生态系统组分与结构的代表，是形成土壤保持服务的基础要素，也可以作为衡量土壤保持服务能力的替代指标（表１）㊂２．２㊀测算方法由于土壤保持服务包括控制侵蚀㊁减少泥沙输出的内涵，所以可以直接用一个地区土壤侵蚀量和输（产）沙量在时间上的变化来表征土壤保持能力，这时得到的结果并非具体土壤保持服务数值，而是通过一定时间范围内（通常为年际间变化）土壤侵蚀量或输（产）沙量变化幅度来说明该地区土壤保持服务能力强弱的变化㊂首先，土壤侵蚀量的计算，多采用通用土壤流失方程ＲＵＳＬＥ（ＴｈｅＲｅｖｉｓｅｄＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｏｉｌＬｏｓｓＥｑｕａｔｉｏｎ），其４３４㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀核心是计算模型中的降雨侵蚀力（Ｒ）㊁土壤可蚀性（Ｋ）㊁地形（ＬＳ）㊁植被覆盖与管理（Ｃ）㊁人工管理措施（Ｐ）等６个因子㊂由于参数简单，便于计算，在多种生态系统服务综合评价中，可以用其快速模拟土壤保持服务空间分布特征和时间动态变化，便于与其他类型服务比较［８⁃９］㊂在模型应用中，关键问题是参数率定，已有许多研究对此进行了探讨，主要包括结合研究区自然环境状况和观测资料，校正参数计算方法以实现参数本地化；分析不同数据源对计算结果影响，确定最优数据源以及如何在数据缺乏或精度有限的情况下，利用现有观测资料对参数进行计算［１０⁃１１］㊂ＲＵＳＬＥ模型主要局限性在于仅考虑坡面侵蚀，并没有考虑沟蚀㊁重力侵蚀㊁河道侵蚀等其他侵蚀来源㊂表１㊀土壤保持服务评估指标Ｔａｂｌｅ１㊀Ｔｈｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ指标分类Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｔｙｐｅ指标名称Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｎａｍｅ指标含义Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｍｅａｎｉｎｇ土壤侵蚀过程指标侵蚀产沙侵蚀量一定时空范围内，土壤在径流作用下发生位移的物质量Ｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ土壤侵蚀量变化当前植被覆盖和裸地相比减少的侵蚀量运移沉积土壤保持量一定时空范围内，生态系统保持拦截的泥沙量泥沙输出输（产）沙量流域出口断面产沙量或河流某一断面输沙量输（产）沙量变化当前植被覆盖和裸地相比减少的输（产）沙量生态系统结构指标Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｐａｔｔｅｒｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ植被盖度，土地利用㊁地形不同植被盖度和土地利用控制侵蚀或拦截泥沙能力不同与直接计算土壤侵蚀量相对应，土壤保持量是更为常用的指标㊂土壤保持量是指由于当前植被覆盖和管理措施减少的土壤侵蚀量，往往基于ＲＵＳＬＥ模型，以潜在土壤侵蚀量（裸地时土壤侵蚀量）与实际土壤侵蚀量之差来刻画土壤保持量㊂该方法已被应用于流域㊁区域㊁国家㊁大洲等不同尺度的土壤保持服务评估中，且由于模型参数对气候和土地利用变化敏感，常用其模拟或预测气候和土地利用变化下的土壤保持服务动态［１２⁃１３］及变化特征［１４］㊂假设研究区所有土地均为裸地，用此时的土壤侵蚀量作为基础值，优点是便于情景分析，可以直观比较不同土地利用和植被覆盖条件下土壤保持能力大小，但这种极端假设本身在现实中难以发生，仅以此来评价某一种土地利用情景下的土壤保持量，存在高估的问题㊂对于流域产沙量或河流输沙量这一指标，通常在利用ＲＵＳＬＥ求得土壤侵蚀量的基础上，根据泥沙输移比计算㊂泥沙输移比（ＳＤＲ）为流域出口断面输沙量与断面之上侵蚀量之比［１５］㊂ＳＤＲ的计算，一般通过与流域面积㊁降水产流㊁植被覆盖㊁地形地貌等影响因子建立关系式求解或直接参考研究地区已有文献赋予经验值㊂由于概念简单且容易计算，该方法被广泛使用㊂在最新的ＩｎＶＥＳＴ３．０中，土壤保持模块计算就采用了该方法，其中ＳＤＲ在考虑栅格间水文连通性的基础上通过构建与植被覆盖㊁坡度的关系式求解㊂Ｈａｍｅｌ等利用其对美国北卡罗拉洲ＣａｐｅＦｅａｒ流域土壤保持服务进行评估，并利用实测数据验证其具有较高的模拟精度［１６］㊂Ｓáｎｃｈｅｚｃａｎａｌｅｓ等在ＩｂｒｉａｎＰｅｎｉｎｓｕｌａ流域对模型进行的敏感性分析显示，Ｒ因子和Ｋ因子对模型结果影响最大㊂同时指出，这两个因子都易受气候变化驱动，Ｒ因子是直接受影响，Ｋ因子则是温度和水分变化引起土壤有机质含量变化后间接受到影响［１７］㊂由于ＲＵＳＬＥ只考虑了坡面侵蚀，有学者在利用泥沙输移比计算流域产沙量的基础上，结合泥沙平衡的思想，通过野外观测或查阅文献的方法获取河道侵蚀量或水库沉积量值完善模型结果，使结果更加精确也便于验证［１８］㊂直接在流域或区域尺度上建立的侵蚀产沙模型或河流输沙模型也可以对产沙输沙量进行相对准确的预测㊂该类模型根据是否刻画土壤侵蚀过程分为物理模型和经验模型；根据预报结果的差异，又可以分为空间集总式和空间分布式模型［１９］㊂需要注意的是，许多河流输沙量模型如ＡＲＴ（ＡｒｅａＲｅｌｉｅｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｌｉｖｅｒｙｍｏｄｅ）模型，与流域侵蚀产沙模型相比，多关注于泥沙在河道中的侵蚀运移过程，特点是可以对长时间序列的河流输沙量进行模拟，如百年或千年，而且往往适用于空间大尺度（＞１００００ｋｍ２），但模型参数通常对气候和土地利用变化不敏感，难以应用于未来气候和土地利用变化５３４㊀２期㊀㊀㊀刘月㊀等：土壤保持服务：概念㊁评估与展望㊀情景［２０⁃２１］㊂以上方法是从泥沙产生与输出角度来评估土壤保持服务能力，并未考虑泥沙在运移过程中的拦截和沉积㊂然而，植被不仅能够影响局地土壤侵蚀，而且能够拦截上游地块产生的泥沙㊂考虑泥沙沿水文路径运移过程中地块对上游泥沙的拦截能够更科学准确地评估土壤保持量㊂目前这一问题在ＩｎＶＥＳＴ２．５．６中得到了解决，其土壤保持模块考虑了地块本身拦截上游沉积物的能力［２２］㊂该模型的局限性主要表现在，同手动计算的ＲＵＳＬＥ一样，未考虑沟蚀㊁重力侵蚀㊁河道侵蚀等泥沙来源，同时流域面积不能太大（不超过４０００ˑ４０００个像元），且对用户率定模型参数的能力要求较高㊂为此，Ｎａｉｐａｌ等［２３］提出一种简单的沙量平衡方法，可以模拟水平方向上泥沙的侵蚀㊁运移㊁沉积等再分配过程，对空间大尺度和长时间序列下的泥沙沉积量进行计算㊂该方法基本思路是将研究区栅格化并假设每个栅格均包括山区和平原两部分，侵蚀产沙主要在山区发生，然后由山区运往平原，在平原地区发生运移和沉积，最终泥沙沉积量由平原和山区两部分组成，并在栅格尺度上输出㊂虽然上述模型在构建时已经对侵蚀运移过程进行了一定程度的简化，但模型的运行依然涉及众多参数，需要大量数据的支持，这不仅限制了评估结果的更新，而且不利于模型在数据相对匮乏地区的应用㊂以净初级生产力（ＮＰＰ）为核心设计出的定量指标模型，将初级生产力视作土壤保持服务分布的替代指标，模型涉及参数明显减少，数据可通过遥感手段及时获取，有助于大尺度动态评估工作的开展［２４］㊂除了利用模型定量评估土壤保持服务能力，还可以用土地利用类型或植被覆盖度等指标作定性评价，划分区域土壤保持服务供给的优先等级，确定水土保持重点区域㊂如，Ｅｇｏｈ等在综合考虑植被覆盖度和土壤侵蚀强度的基础上，采用专家评价的方法划分土壤保持服务供给的重点和热点区域［２５］㊂Ｊａｃｋｓｏｎ等则主要考虑地形对土壤侵蚀过程的控制，提出复合地形评价指数ＣＴＩ来识别易受土壤侵蚀的脆弱区［２６］㊂此外，Ｌｏｇｓｄｏｎ等构建了侵蚀调节指数ＥＲＩ，通过比较实际土壤侵蚀量与容许土壤流失量的关系来定性评价区域侵蚀调控能力［２７］（表２）㊂图３㊀地表侵蚀产沙 运移沉积 泥沙输出过程的尺度特征Ｆｉｇ３㊀Ｔｈｅｓｃａｌｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｏｖｅｒｌａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ２．３㊀多尺度评估及尺度效应土壤保持服务是一种 定向流动服务 ，上游地区的侵蚀变化，不仅会对局地造成影响，而且会沿着水系或者泥沙运移路径对中下游等其他区域造成影响㊂从局地尺度上关注土壤侵蚀对作物生长的影响到全球尺度研究土壤侵蚀对碳循环影响，不同尺度上，人们对土壤保持服务流的侧重不同㊂所以，对土壤保持服务的有效评估，需要沿着土壤侵蚀 运移 沉积的路径，从坡面⁃流域⁃区域⁃全球等不同空间尺度上开展，在评估中选取相对应的评估指标和评估方法，以反映不同尺度上主导过程和影响因素（图３）㊂坡面尺度评估主要依赖于对土壤侵蚀控制机理及过程的理解㊂许多研究从土地利用方式和土地管理措施角度出发，探讨了其对坡面土壤侵蚀的影响，取得许多实质性进展，如Ｆｕ等使用１３７Ｃｓ核素示踪方法，定量评估了不同土地利用组合对土壤侵蚀的影响㊂结果表明，从山脚到山顶，草地（６年生）＋成熟林（２５年生）＋草地（２５年生）配置可以减少４２％土壤侵蚀［２８］；Ｃｈｅｎ等针对中国区域Ｍｅｔａ分析表明梯田措施可以减５３．０％的产沙量［２９］㊂在此基础上，发展出了ＲＵＳＬＥ和ＷＥＥＰ等坡面尺度的经验或过程模型，以及基于植被覆盖，地形条件的简单评价指数对可能发生侵蚀的区域及侵蚀量进行定量或定性评估㊂坡面尺度是研究土壤侵蚀控制机理，探索土壤保持服务形成过程的理想尺度，在土地利用基础上深入探讨土壤保持服务供给与植被功能性状之间的关系，是进一步理解生态系统土壤保持服务供给机制及提高评估精度的关键㊂流域是江河水系的基本集水单元，也是一个独立的产沙㊁输沙系统［３０］㊂在流域尺度上，土壤流失的类型不仅包括坡面尺度上的溅蚀㊁片蚀㊁细沟侵蚀㊁浅沟侵蚀，也包括沟道侵蚀㊁重力侵蚀等［３１］㊂除了侵蚀类型更加复杂，由于流域不同土地利用格局配置的影响，地块边界对泥沙拦截的作用也变得复杂㊂目前流域尺度上，主要应用ＩｎＶＥＳＴ模型对土壤保持服务供给特征进行空间模拟和绘图，同时分析其随土地利用格局变化的改６３４㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀表２㊀土壤保持服务测算方法对比Ｔａｂｌｅ２㊀Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｅｒｖｉｃｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ指标名称Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｎａｍｅ测算方法Ｅｑｕａｔｉｏｎ优点Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ缺点Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ适用尺度Ａｐｐｌｉｃａｂｌｅｓｃａｌｅ文献来源Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ土壤侵蚀量ＳｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎＲＵＳＬＥ模型：Ｅ＝ＲˑＫˑＬˑＳˑＣˑＰ参数简单，易进行不同情景的对比分析仅考虑坡面侵蚀过程坡面模型，目前流域到全球尺度都有应用Ｂｒａｍｂｉｌｌａ，２０１７８］土壤侵蚀量变化ＳｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｃｈａｎｇｅＲＵＳＬＥ模型：Ｅ＝ＲˑＫˑＬˑＳˑ（１－ＣˑＰ）参数简单，可输出多组结果仅考虑坡面侵蚀过程坡面模型，目前流域到全球尺度都有应用Ｆｕ，２０１１１１］土壤保持量ＳｏｉｌｒｅｔｅｎｔｉｏｎＮＰＰ指标模型：Ｅｒ＝ＮＰＰˑ（１－ＶＣＮＰＰ）ˑ（１－Ｓｃｆ）ˑ１．５参数简单，易应用于数据匮乏区精度有限流域及更大尺度Ｍａｒｉａ，２０１２２４］ＩｎＶＥＳＴ模型２．５．６版本：Ｅｒ＝ＲＫＬＳˑ（１－ＣＰ）＋ＵＰＳ＿ｒｅｔａｉｎ运行简便，易操作考虑坡面拦截流域面积不能太大中小流域尺度Ｔａｌｌｉｓ，２０１０２２］沙量平衡模型：Ｅｒ＝Ｄａ＋ＤＣ考虑泥沙在水平方向运移沉积仅适用于较长时间序列流域及以上尺度Ｎａｉｐａｌ，２０１６２３］输（产）沙量Ｓｅｄｉｍｅｎｔｙｉｅｌｄ泥沙输移比：Ｑ＝ＲˑＫˑＬˑＳˑＣˑＰˑＳＤＲ㊁ＡＲＴ模型等数据量小，运行简便输移比概念及计算有争议大尺度（＞１００００ｋｍ２）Ｖｅｎｔｅ，２０１３１９］输（产）沙量变化ＳｅｄｉｍｅｎｔｙｉｅｌｄｃｈａｎｇｅＩｎＶＥＳＴ模型３．０版本：Ｑ＝ＲˑＫˑＬˑＳˑ（１－ＣˑＰ）ˑＳＤＲ运行简便，结果详尽结果易产生误差中小流域尺度Ｈａｍｅｌ，２０１５１６］植被盖度㊁土地利用Ｌａｎｄｃｏｖｅｒ，ｌａｎｄｕｓｅ定性评价不同土地利用类型不同植被覆盖度的土壤保持能力对数据要求低不利于推广比较流域及更大尺度Ｅｇｏｈ，２００８２５］其他定性指标Ｏｔｈｅｒｓ复合地形指数：ＣＴＩ＝ＡˑＳˑＰＬＡＮＣ结果比较可靠数据不易获取仅适用于坡面尺度Ｊａｃｋｓｏｎ，２０１３２６］侵蚀调节指数：ＥＲＩ＝ｅｘｐ（１－Ｅａｎｎ／Ｅｍａｘ）可以识别侵蚀危害区结果不确定性大流域及更大尺度Ｌｏｇｓｄｏｎ，２０１３２７］㊀㊀Ｅ：土壤侵蚀量，Ｅｒ：土壤保持量，Ｑ输沙量，单位均为ｔｋｍ－２ａ－１；Ｒ：降雨侵蚀力因子（ＭＪｍｍｈｍ－２ｈ－１ａ－１））；Ｋ是土壤可蚀性因子（ＭＪ－１ｍｍ－１ｔｈ）；ＬＳ为坡度坡长因子；Ｃ为覆盖和管理因子；Ｐ为土壤保持措施因子，Ｌ，Ｓ，Ｃ，Ｐ均为无量纲常量；ＵＰＳ＿ｒｅｔａｉｎ：地块拦截上游地块的泥沙量；ＮＰＰ为净初级生产力，ＶＣＮＰＰ为ＮＰＰ变异性，Ｓｃｆ为平均坡度修正；Ｄａ：山区土壤保持量，ＤＣ：平原土壤保持量，单位均为ｔｋｍ－２ａ－１；ＡＲＴ：ＡｒｅａＲｅｌｉｅｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｌｉｖｅｒｙｍｏｄｅ；ＣＴＩ：ｃｏｍｐｏｕｎｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｄｅｘ复合地形评价指数；Ａ：上坡汇水面积（ｍ２）Ｓ：局地坡度（ｍ／ｍ）；ＰＬＡＮＣ：坡面曲率（１／１００ｍ）；ＥＲＩ（ｅｒｏｓｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ）：侵蚀调节指数；Ｅａｎｎ：年平均土壤侵蚀量，单位ｔｈｍ－２ａ－１；Ｅｍａｘ：容许土壤流失量，单位：ｔｈｍ－２ａ－１７３４㊀２期㊀㊀㊀刘月㊀等：土壤保持服务：概念㊁评估与展望㊀８３４㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３９卷㊀变，尽管许多研究均已表明土地利用变化对流域侵蚀产沙量有较大影响［３２⁃３３］，研究者们也试图通过这种变化来描述其对人类福祉的影响，将研究结果应用于管理决策中，但并没有什么进展㊂一方面是由于缺乏操作简便可以模拟流域尺度上土壤侵蚀和再分配过程的模型，另一方面，则是评估中常常忽略人的需求㊂生态系统过程和服务常常具有一个特征尺度，即典型的空间范围和持续时段，生态系统服务只有在特征尺度上才能表现其显著的主导作用和效果，并且容易于观测，从而被充分地表达出来㊂对土壤保持服务来说，流域作为一个完整的水文和管理单元，是研究土壤保持服务产生㊁流动与使用的一个理想尺度，亟待于在准确刻画流域内土壤侵蚀运移过程的基础上，探讨土壤侵蚀变化的局地远程影响，以更好地服务于流域管理㊂在更大空间尺度（如大洲㊁全球尺度）上，土壤侵蚀造成的土壤碳在空间上的横向流动，对碳循环过程具有重要影响［３４］㊂定量评估全球土壤侵蚀对理解全球碳循环过程有重要意义，尽管已有研究者们利用ＲＵＳＬＥ模型模拟了全球土壤侵蚀空间分布特征，识别了土壤保持服务关键区域，但评估结果有很大不确定性［３５⁃３６］㊂随着尺度上升，造成评估困难的根本原因是不同尺度间分辨率不匹配㊂就土壤保持服务而言，从景观角度上看，斑块位置与景观格局不同，侵蚀过程对环境的响应不同㊂因此，在大尺度评估中，关键是准确刻画景观的异质性，但大区域的评估一般使用分辨率较小的数据，即使使用较高分辨率详细地进行数据采集，但是，仍会出现由于空间数据融合与使某些局部格局特征或特异现象消失，因此不能辨识只有在高分辨率下才能被观察到的生态过程㊂而模型通常是在小尺度建立，且是在高分辨率下进行的参数率定，而在大尺度应用时，输入的是低分辨率数据，正是由于这种分辨率的不匹配性造成了大尺度评估结果存在很大不确定性，如何降低这种不确定性成为学者们普遍关心的问题㊂Ｓｅｂａｓｔｉａｎ等利用美国４万多条农田实测数据对ＲＵＳＬＥ模型进行校正，建立了一个可由低精度全球数据库数据驱动的简化土壤侵蚀模型，评估了全球农田的侵蚀速率及其导致的土壤碳流失量［３７］㊂Ｎａｉｐａｌ等利用气候分带和分形方法改进了ＲＵＳＬＥ中Ｒ因子和Ｓ因子计算方法，进一步提高了模型在全球尺度上受低分辨率数据驱动时评估精度［３８］㊂另外，随着尺度增加，河道中侵蚀和沉积过程逐渐发挥着主导作用，河流输沙量作为一个重要指标，可以反映大尺度地区土壤保持能力，到全球尺度上，陆海输沙量作为一个重要指标不仅可以刻画全球土壤侵蚀状况，同时对了解陆地生态系统与海洋生态系统碳通量有着重要意义㊂在全球变化大背景下，需要在不同尺度上探讨气候变化和人类活动双重驱动力下生态系统过程和土壤保持服务供给的变化，明确局地㊁区域㊁全球不同空间尺度上土壤保持服务的影响因素㊂３ 结论与展望目前土壤保持服务评估主要依靠以ＲＵＳＬＥ为基础发展的一系列评价方法，存在两个问题：一方面，基于土壤侵蚀视角进行土壤保持服务评估，难以揭示在水平方向上由泥沙运移导致的土壤再分配过程；另一方面，也会受到数据缺乏等因素限制，难以在大尺度应用㊂从土壤属性㊁土地利用㊁植被覆盖㊁地形等自然系统组分及泥沙运移沉积等自然过程出发，探索土壤保持服务形成的过程及机制，深入理解其变化过程和驱动机制，是对土壤保持服务进行科学评估的基础㊂但是，必须注意到，生态系统的结构和过程决定着生态系统的功能表现，其关系客观存在而不以人的意志为转移，只有关注到人的需求，将这些功能与人类福祉相联系，最终才能形成生态系统服务［３９］㊂因此，未来土壤保持服务研究有待于在以下几个方面进行加强和突破（图４）：（１）土壤再分配过程研究：目前土壤保持服务评估主要依赖于小尺度对土壤侵蚀机制研究取得的基本认识，而随着尺度增加，侵蚀机制发生改变，由于水平方向上泥沙运移导致的土壤再分配过程逐渐成为主导因素，因此未来需要加强对沉积过程的研究，更好地揭示流域区域尺度上土壤侵蚀过程的特点与规律，以服务大尺度评估的需求㊂（２）发展大尺度评估模型：全球变化背景下，大尺度土壤侵蚀对碳循环影响逐渐成为关注重点，而如何借助遥感㊁ＧＩＳ平台的发展以及利用植被指数㊁ＮＰＰ㊁地形等多源数据发展大尺度土壤保持服务评估模型将会起到关键的支撑作用㊂（３）土壤保持服务实际供给研究：在明确土壤保持服务潜在供给区域和供给量的基础上，进一步确定受。
筑梦长安十四载 一片丹心献科研——记长安大学环境科学与工程学院教授李培月
筑梦长安十四载一片丹心献科研——记长安大学环境科学与工程学院教授李培月作者：卫婷婷来源：《科学中国人》 2018年第12期“水，对于我们人类和整个自然界来说，都是必不可缺的，一个人不吃饭可以活20天以上，但是没有水喝只能活7天。
然而水在维持我们生命的同时，也可能给我们带来灾害，这就是‘水能载舟亦能覆舟’。
”这是李培月获得第17届“陕西青年五四奖章”时的发言。
不忘初心，求索不辍。
作为一名水科学研究者，李培月深感自己身上的责任所在。
多年来，他孜孜不倦投身于水科学的研究工作中，用自己的行动践行着对水科学研究的深情与壮志。
李培月，长安大学环境科学与工程学院教授，博士生导师。
多年来，他以西北干旱半干旱地区地下水文生态为着眼点，瞄准国家“一带一路”和生态文明建设重大发展战略和国家建设重大需求，长期从事环境水文地质方面的研究工作。
近5年，主持和作为骨干成员承担了国家自然科学基金、国家科技支撑项目等科研项目20余项。
他重视理论研究与工程实践的结合，取得了一系列创新性研究成果，多项成果已在宁夏、贵州、陕西等多个省区的研究和实际工程中得到广泛应用。
合作出版教材和学术专著2部。
以第一作者/通讯作者在国内外期刊发表论文60余篇。
发表在Nature 杂志上的文章被评为2014年度Nature 杂志十大亮点文章，得到美国华盛顿邮报、英国B B C等国内外媒体采访。
先后入选陕西省青年科技新星（2015）和长安大学卓越青年人才支持计划（2016），荣获陕西省先进工作者（劳模）荣誉称号（2017），并获得陕西省优秀博士学位论文（2017）、陕西省优秀自然科学论文奖（2017）、宁夏科技进步奖（2013）、李四光地质科技奖博士生奖（2014）、张伯声地学科技奖一等奖（2016）、陕西省职工优秀科技创新成果奖（2015和2017）等10项省部级以上奖励。
2018年，入选第三批国家“万人计划”青年拔尖人才、教育部青年长江学者，并获得第17届“陕西青年五四奖章”。
从粮食安全到环境健康-土壤环境化学智慧树知到答案章节测试2023年南京大学
第一章测试1.地球关键带是指地球表层自树冠（含冠层大气）开始一直延伸至地下水的基岩的区域。
调控关键带各介质间关系的核心圈层是什么（）。
A:土壤B:生物C:大气D:水答案:D2.我国首部土壤污染防治的专门法律是（）。
A:土壤B:《土壤污染防治法》C:《土壤污染防治行动计划》D:《全国土壤污染状况调查公报》答案:B3.按容积计，在较理想的土壤中矿物质约占3845%，有机质约占512%，孔隙约占50%。
（）A:错B:对答案:B4.为满足全国人口的粮食需求，除了农业技术的进步之外，很重要的耕地面积和耕地质量是根本。
（）A:对B:错答案:A5.土壤剖面的分层包括（）。
A:C层母质层B:B层淀积层C:O层残落物层D:A层淋溶层答案:ABCD第二章测试1.土壤有机质的主体是（）。
A:蛋白质B:腐殖质C:木质素D:腐殖酸答案:B2.人类活动导致的土地利用变化是影响土壤碳库的关键因素，如将自然植被变为耕地，温室气体排放（）。
A:无影响B:增加C:不变D:减少答案:B3.胡敏酸溶于酸而不溶于碱，富里酸溶于碱而不溶于酸。
（）A:对B:错答案:B4.土壤有机质对有机物的吸附作用机制包括范德华力、氢键、极性/极化作用、p-p电子交互作用等直接作用，也有疏水分配作用，主要受有机质分配系数影响。
（）A:错B:对答案:B5.以下属于土壤有机质的作用和功能的是（）。
A:对重金属和有机污染物吸附作用，可以很大程度上降低污染物的生物有效性，提高土壤的净化能力B:和土壤无机组分的结合，可以形成土壤团聚体C:具有不同的氢离子释放和离子交换能力，是土壤缓冲性能也是土壤阳离子交换量的重要贡献者D:可发生配合作用，与高价金属离子如铜、锰、锌等配合，提高微量元素的生物吸收和利用答案:ABCD第三章测试1.下列不同层状硅酸盐类矿物中，胀缩性和内外比表面积最高，且吸附能力最强的是（）。
A:2:1型蒙脱石B:2:1型伊利石C:1:1型高岭石D:2:1:1型绿泥石答案:A2.阳离子交换作用对土壤重金属污染的控制和修复有重要意义，如土壤胶体对溶液中Cd、Cr等重金属离子的吸附也是一个钝化和降低其毒性的过程，而解吸过程则起到活化和释放重金属的作用。
不同岩性背景区关键带土壤地球化学特征及生态风险
不同岩性背景区关键带土壤地球化学特征及生态风险摘要：地球关键带（Earth’sCriticalZone）是陆地生态系统中土壤圈与岩石圈、水圈、生物圈和大气圈进行物质迁移和能量交换的核心区域，对维系地球生态系统功能和人类生存起着决定性作用。
土壤是地表生物体所需元素的主要来源，是连接生物圈、岩石圈、大气圈和水圈的关键环节。
土壤系统中重金属和稀土元素的分布受控于发育土壤的成土母质，除了母岩的因素，影响其分布的因素有两方面：一方面是土壤内因，即土壤理化性质，如土壤有机质、pH值和土壤质地等；另一方面是人类活动引起的外源重金属的输入，或者土地利用方式改变引起土壤重金属再分布。
关键词：地球关键带；土壤特征；生态风险；引言我国的建设必须要建立在土壤环境安全的基础上，因此必须要重视土壤污染的防治工作，通过使用有效的土壤修复技术，实现对土壤的生态保护，并且根据当前土壤污染中存在的问题进行针对性分析，找到切实可行的解决策略，实现对土壤环境的净化处理，提升土地资源的使用效率，这对于我国的建设和发展也具有重要的意义。
1土壤生态修复原则（1）生态性原则。
在利用生态修复方式对污染土壤进行修复时，需要保障生物与环境保持良好的共存关系，发挥生态系统的自净功能，选择合适的修复方法，构建良性循环的生态系统。
（2）可行性原则。
包括对技术可行性以及经济可行性进行综合性考虑，既要保障修复技术方案的先进性、便利性等特点，而且包括对修复成本、运行成本等进行合理性控制，争取以最低的成本获得最佳的修复效益。
（3）整体优化原则。
在具体生态修复中，要注重对生态系统的资金能力、修复方法、影响因素等进行综合性考量，同时还需要对污染土壤生态系统的自净能力与外源净化功能进行融合应用，全面提升修复效果，从而构建协调性、高效性、稳定性的生态系统。
（4）因地制宜原则。
在对污染土壤进行生态修复时，要对当地的具体自然环境、污染特征等进行全面性调查分析，才能结合实际情况，选择合适的修复技术工艺、组合方法等，保障修复效果的全面性提升。
地球关键带分类方法与中国案例研究
地球关键带分类方法与中国案例研究近几十年，随着环境问题的日益加剧，全球气候变化等环境研究也开始受到越来越多的关注。
为了更好地研究地球上发生的各种生态和环境变化，研究人员发展了“关键带”分类方法，以分析全球环境变化和地表覆盖物的变化。
目前，地球关键带分类方法与中国案例研究已成为当今环境科学领域的研究热点。
地球关键带分类方法具体可以分为三步：第一步是地球上的关键地带的定义，这种定义是基于地理位置的；第二步是地球上的关键带的分类，这种分类基于地表覆盖物的变化；第三步是人为干预和管理关键带的变化，以改善全球环境。
在定义关键带的时候，研究者需要考虑地理形态、地形、地表覆盖物及其变化特点等因素。
分类后的关键带主要由南北极地及其周围的海洋，温带、亚热带、热带、湿润带、半湿润带、高原地带组成。
特别重要的是，这些关键带已经成为人类活动的重要资源，如生态旅游及自然保护生态系统等。
中国是世界第二大经济体，也是最大的发展中国家，在国内外的环境研究中占据着重要地位。
在对中国关键带的研究中，有许多研究者都在探索与中国关键带有关的新兴概念，如中国关键带气候变化及其对水资源和生物多样性的影响，以及关键带环境变化速度方面的研究。
通过对中国关键带的研究，可以更好地了解中国的环境变化，并以之为基础，更好地改善全球环境。
今后，地球关键带分类方法与中国案例的研究将继续在环境科学领域发挥重要作用。
在处理今后环境问题时，不仅要关注全球环境变化，也要关注中国的关键带情况，以便更好地管理和管理中国的环境。
这种技术也可以应用到其他国家，以维持地球上可持续发展的发展动力。
综上所述，地球关键带分类方法和中国案例研究取得了重要进展，在环境科学研究中发挥了重要作用。
同时，通过对中国关键带的研究和管理，也为处理全球环境问题提供了重要的经验。
未来，研究者们将继续努力开发和改进关键带分类方法，以进一步研究地球资源的变化，有助于更好地管理和保护全球的环境。
结论以《地球关键带分类方法与中国案例研究》为标题，本文从定义地球关键带的方法，以及中国关键带环境变化研究的现状，分析了地球关键带分类方法与中国案例研究在当今环境科学领域的重要意义。
地球关键带十大研究方向
地球关键带十大研究方向
1.气候变化和全球暖化对生态系统的影响：研究气候变化和全球暖化对生态系统的影响，及其对物种丰富性、生态系统服务和人类社会的影响。
2. 地球内部结构和地震活动：研究地球内部的结构、地震活动和地球板块的运动，以了解地球的物理特性和演化过程。
3. 地球表面过程和地貌演化：研究地球表面过程和地貌演化，包括风化、侵蚀、沉积等，以及它们对环境和生态系统的影响。
4. 水文循环和水资源管理：研究水文循环、水资源的分布和利用，以及水资源管理和保护，以应对全球变化和人类活动的影响。
5. 生物地球化学循环和环境污染：研究生物地球化学循环和环境污染，包括大气、水体、土壤等方面的污染，以及它们对生态系统和人类健康的影响。
6. 地球化学和地球材料科学：研究地球的化学特性和材料科学，包括地球内部的物质组成和演化过程，以及矿物学、岩石学、地球化学等方面的研究。
7. 能源和资源利用：研究能源和资源的利用和管理，包括化石能源、可再生能源、矿产资源等，以应对全球能源和资源的需求和变化。
8. 大气科学和大气环境：研究大气科学和大气环境，包括天气、气候、气象灾害等方面的研究，以及空气污染和大气环境的保护。
9. 海洋科学和海洋环境：研究海洋科学和海洋环境，包括海洋
生态、海洋资源、海洋气候等方面的研究，以及海洋环境的保护和管理。
10. 地球系统模拟和预测：研究地球系统模拟和预测，包括气候预测、地震预测、海洋预测等方面的研究，以预测和应对全球变化和自然灾害的影响。
国土空间生态修复规划：内涵体系、编制逻辑与实施路径
第37卷 第3期2023年3月Vol.37 No.3Mar.,2023中国土地科学China Land Science 生态修复理念缘起于20世纪初，旨在运用自然恢复和人工干预等手段修复因气候变化和人类活动干扰而导致受损或退化的生态系统，使生态系统功能恢复至健康、稳定和可持续状态[1-3]。
20世纪80年代以来，我国城镇化、工业化进程持续加快，不合理的资源开发和土地利用方式导致植被破坏、水土流失、水体污染、湿地萎缩等生态退化和受损现象不时涌现，生态系统结构完整性和功能稳定性受到破坏，一些地方陆续开展了包括矿山生态修复、水土流失治理、土壤污染防治等生态环境治理工程，但多针对小范围、单一或特定生态功能的恢复与重建。
2013年以来，随着“山水林田湖（草沙）是一个生命共同体”理论内涵的不断完善，生态保护与修复工作逐渐由单一要素治理向多要素统筹保护与系统修复转变，更加强调地理单元完整性、生态功能综合性和跨区保护协调性，突出自然地理单元内人与自然和谐共生。
特别是2018年，国务院机构改革中新组建自然资源部并且赋予其统一行使所有国土空间生态保护修复职责，有望从体制上破解之前客观存在的“种树的只管种树、治水的只管治水、护田的单纯护田”的现象和难题。
基于履职尽责的考虑和健全国土空间规划体系、统筹协调生态修复工作、引领生态修复资金投入的需要，自然资源部成立后着手组织编制国土空间生态修复规划，该规划自此成为我国（国土空间）规划体系中的一种规划类型，并因不同层级规划编制工作的深入开展而为社会各界所关注。
梳理现有相关研究成果发现，目前针对国土空间生态修复规划的研究多聚焦于规划编制的理论基础、总体思路和技术方法等[1-4]，如戴忱等建立了“分要素问题分析—生态风险—生态修复区域与修复要素识别—修复对策”的生态修复规划编制技术路线[4]，邹长新等从生态系统完整性、生态系统健康和稳定性等出发梳理了系统观理念下生态保护与修复的内涵与理论基础[5]，还有一些学者基于生态安全格局对国土空间生态修复规划编制中如何科学识别关键区域、如何合理划分生态修复区域等进行了探讨[6-11]。
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学
Edinburgh
zone, Guizhou
Modelling and managing critical zone
中科院地理
relationships between soil, water and
4
邵明安 科学与资源 Lianhai Wu
ecosystem processes across the Loess
所
Hallett
AberdeenZone源自Hillslope Travel Times and Water
南京水利科
Lancaster
8
张建云
Keith Beven
Quality in the Critical Zone
学研究院
University
The Qiantang-Hangzhou 9
(coastal-megacity) Critical Zone
序号
项目名称
中方申请 依托单位 英方申请人
人
依托单位
The transmissive critical zone under
land use and environmental pressures:
1
understanding the karst
hydrology-biogeochemical interface
陈喜
河海大学
Susan University of
Waldron
Glasgow
for sustainable management
Soil processes and ecological services
2
in the karst critical zone of
郭大立
SouthwestChina
中科院地理 科学与资源
研究所
Timothy Quine
University of Exeter
nderstanding, scaling and predicting
the resilience of soils to
南京农业大
University of
3
潘根兴
M Williams
perturbations in the karst critical
研究所
Plateau
Rothamsted Research
Understanding critical zone processes
and ecosystem services in the delivery
5
杨永辉
of water and food security across the
Haihe catchment
2015 年度国家自然科学基金委员会与英国自然环境研究理事会中英重大国际合作研究计划 预申请评审结果的通知
根据国家自然科学基金委员会（NSFC）与英国自然环境研究理事会（NERC）双边合作协 议，2015 年双方共同征集和资助“地球关键带中水和土壤的生态服务功能维持机理研究 （Using Critical Zone Science to understand sustaining the ecosystem service of soil and water）” 中英重大国际合作研究计划项目。截至 2015 年 3 月 6 日，双方共收到有效预申请表 36 份， 经专家评审和双方协商，最终有 10 项联合申请通过预评审：
学
Crawford
the North China Plain.
Rothamsted Research
From natural to anthropogenic
evolution of Red Soil and its impact on
中科院土壤 Paul University of
7
张甘霖
ecosystem function in the Critical
朱晨
浙江大学 M Ellis
British Geological
Observatory: Science to underpin the
Zhejiang “Five Waters” program
Soil Process Mechanisms for Enhanced
Carbon and Nutrient Management and
中科院遗传 所农业资源
研究中心
Keith Richards
University of Cambridge
Critical zone metabolism: a nutrition
based approach to securing food and
中国农业大 John
6
张福锁
resilience of the agro-ecosystem in
10
朱永官
Ecosystem Resilience in Earth’s
Critical Zone
中科院城市 环境研究所
Steve Banwart
Survey
University of Sheffield
联系人：邱春红