台湾高屏溪流域水相关生态系统服务与气候韧性平衡研究：基于SWAT模型的时空评估与调控策略

本研究针对气候变率和人类活动双重压力下水相关生态系统服务(WES)退化问题，采用SWAT模型模拟RCP4.5/RCP8.5情景下台湾高屏溪流域水文过程与非点源污染动态。结果显示农业密集区R4的WES指数70%低于0.5，暴雨季地表径流增加83%加剧了土壤侵蚀(NO3 -N输出达22.66 kg/ha)，为热带山地流域的适应性管理提供了空间优化依据。

　　

在全球人口增长与气候变化双重挑战下，水相关生态系统服务(WES)的供需矛盾日益尖锐。热带山地流域因其特殊的地形和气候特征，成为生态脆弱性与资源冲突的典型区域。台湾高屏溪流域作为重要的农业与生态交错带，正面临极端降雨增加(台风季降水或提升134%)与土地过度开发的双重威胁，导致流域服务功能持续退化——近70%子流域WES指数已低于0.5，这直接威胁着200万居民的饮用水安全与农业可持续性。

为破解这一难题，研究人员采用土壤与水评估工具(SWAT)构建了高精度流域模型，通过整合6个全球气候模式(GCM)的RCP4.5L/RCP8.5L情景数据，首次实现了该流域水服务功能的时空量化评估。研究特别关注水文过程(如地表径流CN值校准显示本地森林渗透率比美国标准高50%)与营养盐循环(NO₃
-N通过侧向流输出占比达29%)的耦合机制，论文成果发表在环境监测领域权威期刊《Environmental and Sustainability Indicators》上。

关键技术方法包括：基于SUFI-2算法的多站点水文参数校准(2011-2017年5个流量站数据)；MUSLE方程量化土壤侵蚀；Penman-Monteith公式计算蒸散发；以及整合TCCIP平台降尺度的气候预测数据。研究特别采用几何平均法构建复合WES指数，涵盖气候调节(ET)、水流调控(径流)、水源供给(水产量)、土壤保持(沉积量)和水质净化(NO₃
-N/TP)五大维度。

【SWAT模型性能】
模型验证显示日尺度径流模拟Nash效率系数(NSE)达0.70-0.85，沉积物负荷模拟R²
为0.61-0.72。校准发现果园区USLE_P值(0.03-0.08)显著高于林地，而基流衰退常数(ALPHA_BF)的空间异质性(0.15-0.67)揭示了上下游水文响应差异。

【WES时空格局】
气候调节服务方面，RCP8.5情景下蒸散发(ET)增幅达16%，加剧了旱季水资源压力。水流调控服务显示R4区暴雨季径流激增83%，对应USLE_C因子显示农田侵蚀风险比林地高9倍。令人担忧的是，水质净化服务在农业主导的R4区严重退化，TP输出量(8.41 kg P/ha)超过森林区30倍，这与PSP参数校准显示的磷吸附效率降低直接相关。

【土地利用差异】
耕地与裸地成为生态服务"洼地"：大豆田地表径流量是森林的9倍，而崩塌地沉积量(3.9吨/公顷)比基准期增长145%。空间分析表明，34%农业用地与16%城市用地集中分布的R4区，将成为未来气候适应策略的关键靶区。

讨论部分揭示了三个突破性发现：首先，气候变率对WES的影响强度远超土地利用变化，RCP8.5情景下极端降雨使NO₃
-N淋失风险提升29%；其次，地形-气候-人为活动的三重交互作用创造了新型脆弱区，如中游陡坡农区(坡度>25°)的沉积物产量占全流域67%；最后，几何平均算法构建的WES指数有效识别出10%的"高危子流域"(指数<0.3)，为精准治理提供靶点。

该研究创新性地将SWAT-CUP参数本地化与多模型气候预测相结合，提出的"自然-工程协同"调控策略——包括有机肥替代(降低SOL_NO₃
初始值)、等高耕作(优化USLE_P)和关键带修复——已被台湾水利部门纳入《流域韧性提升行动计划》。成果不仅为热带山地流域的SDGs指标实现提供了方法论范式，其构建的"气候-土地-WES"响应模型更可推广至东南亚类似地貌区，对全球山地生态安全具有启示意义。