扩大对人类活动对地中海葡萄种植区水文连通性影响的研究范围：从山坡层面到流域整体视角

《Ecohydrology & Hydrobiology》：Scaling up analysis of human impacts on hydrological connectivity in Mediterranean viticultural landscapes: From hillslope to a watershed perspective

该研究通过整合无人机遥感与高分辨率数字高程模型，在西班牙格拉纳达流域开展多尺度水文连通性及地貌过程分析，发现葡萄园局部水文连通性（85.4%）显著高于流域整体（18.1%），揭示地形坡度、植被分布与人类管理对泥沙输运的关键影响，为精准葡萄酒栽培中的可持续土壤管理提供跨尺度理论支撑。

　　这是一项关于精准葡萄种植（Precision Viticulture, PV）与土地管理中地理形态过程和水文连通性的研究。研究团队由Laura Cambronero、Yang Yu和Jesús Rodrigo-Comino组成，他们来自西班牙格拉纳达大学的地理区域分析与自然地理系。研究的核心在于探索如何通过多尺度的方法，评估水文与地理形态的连通性，从而提升葡萄园土壤管理和可持续性。

葡萄种植在欧洲占据重要地位，仅次于橄榄种植，总面积达320万公顷。大多数葡萄园位于南欧和中欧地区，覆盖了多种土壤类型和气候条件。然而，这些葡萄园正面临土壤退化问题，尤其是与土壤侵蚀相关的现象。传统上，葡萄园土壤管理方式往往缺乏植被覆盖，特别是在常规管理的地块中，使得土壤更容易受到地表径流的影响。土壤侵蚀是指地表物质被剥离并运输的过程，虽然它是自然现象，但近年来受到非可持续土地利用和管理方式的显著影响。

研究发现，葡萄园的土壤管理方式，如重型机械的使用和化学物质的施用，导致了土壤压实和侵蚀的加剧。这些因素不仅影响了葡萄园的微观层面，还波及到整个流域和区域尺度。在一些地区，即使修建了梯田，也无法有效缓解这种环境问题。因此，理解土壤侵蚀和地表径流的机制，对于改善土壤管理至关重要。

在水文连通性研究中，土壤连通性被定义为土壤颗粒在流域内被运输的潜力，以及这些颗粒如何被输送到不同的排水点。这种连通性不仅影响水的流动路径，还对沉积物的运输和储存产生重要影响。因此，水文和地理形态的连通性反映了不同景观元素之间的联系程度，有助于揭示各种地表过程在景观中的运行和相互作用。

研究采用了多尺度的方法，结合了国家开放获取的数字表面模型（Digital Surface Models, DSM）和无人机影像，对一个48平方公里的流域和一个1公里长的葡萄园进行了分析。研究结果显示，该流域具有较长的形状和陡峭的坡度，导致了较高的排水密度，从而影响了沉积物的沉积和流动方向。流域内的水流主要向北（占26.2%），而葡萄园层面的水流则更多地流向东（占20%）和西北（占16.5%），对道路和水流路径产生影响。

通过计算连通性指数（Index of Connectivity, IC），研究发现葡萄园层面的水文连通性较高，其中85.4%的区域被归类为高IC，而整个流域中只有18.1%的区域属于这一类别。这些发现强调了在精准葡萄种植和土地管理中，必须将地理形态过程纳入考虑，以避免对土地管理决策的误解。通过分析不同尺度下的水文连通性和沉积物运输，这项研究加深了对葡萄园景观形成过程的理解，并为未来研究提供了基础，旨在将这些知识整合到土壤保护和可持续管理策略中。

研究还探讨了不同空间分辨率对沉积物流动路径识别的影响。通过使用无人机获取的高分辨率数据和国家提供的DSM数据，研究团队试图比较不同尺度下的水文连通性特征。他们假设，通过使用沉积物评估工具和IC，可以在不同空间尺度和分辨率下评估葡萄园的沉积物和水文连通性。这一方法不仅有助于理解葡萄园的水文行为，还能够揭示地形特征与水文过程之间的相互作用。

在方法论上，研究团队采用了多种工具和技术，包括地理信息系统（GIS）和遥感技术，对水文和地理形态过程进行了详细分析。他们通过计算IC，评估了不同区域的连通性特征，并结合水文过程分析，探讨了水流路径和沉积物运输的机制。此外，他们还利用了图论方法，以研究复杂的系统结构，包括地形特征之间的相互作用。

研究结果表明，轻缓的坡度和种植方向在沉积物流动和IC值的形成中起到了重要作用。这一发现与Rodrigo-Comino等人在西班牙东南部葡萄园的研究结果相似，强调了地形和种植方式对水文和沉积物运输的影响。因此，将这些因素纳入精准葡萄种植和土地管理中，有助于制定更加科学和有效的土壤保护措施。

研究还强调了空间分辨率在识别沉积物流动路径中的重要性。高分辨率数据能够提供更详细的地形特征，从而更准确地评估水文连通性和沉积物运输的模式。然而，低分辨率数据在大尺度上的应用仍然具有一定的价值，尤其是在评估整个流域的连通性时。因此，研究团队建议在未来的土壤管理研究中，应结合不同空间分辨率的数据，以更全面地理解沉积物和水文过程的相互作用。

此外，研究还探讨了精准葡萄种植中常被忽视的关键因素，特别是在不同尺度下的应用。例如，从单个地块到整个流域的尺度变化，使得传统的管理方式难以适应。因此，研究团队提出，应采用多尺度的方法，结合无人机影像和国家DSM数据，以更准确地评估水文和地理形态的连通性。这一方法不仅能够提高葡萄园土壤管理的科学性，还能够为制定更有效的保护措施提供依据。

研究的最后部分强调了研究的实践意义。通过将水文和地理形态过程纳入精准葡萄种植和土地管理，研究团队希望为葡萄园的可持续发展提供新的视角。他们指出，这种多尺度的方法能够帮助制定更加全面的土壤保护和管理策略，从而减少土壤侵蚀和退化的影响。同时，他们也呼吁更多的研究关注这些关键因素，以推动精准葡萄种植的发展和应用。

总之，这项研究通过多尺度的方法，结合遥感技术和GIS，对葡萄园的水文和地理形态过程进行了深入分析。研究结果不仅揭示了地形特征和水文行为之间的相互作用，还强调了在精准葡萄种植和土地管理中，必须考虑这些因素，以制定更加科学和有效的保护措施。研究团队的贡献在于提出了一种新的方法，将水文和地理形态过程整合到葡萄园管理中，为未来的相关研究提供了重要的参考。