劉春芳，烏亞汗，王 川

（1.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070； 2. 甘肅省土地利用與綜合整治工程研究中心，蘭州 730070）

0 引 言

隨著“藏糧于地”國家戰(zhàn)略的深入落實(shí)，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)已在全國范圍內(nèi)廣泛開展，對(duì)促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)村發(fā)展發(fā)揮了重要作用[1]。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)既是土地管理的重要手段，也是生態(tài)文明建設(shè)的主要抓手[2]。隨著生態(tài)文明理念的不斷落實(shí)和耕地多功能管理轉(zhuǎn)型需求，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)也迫切需要向生態(tài)型轉(zhuǎn)變，在增加耕地面積、提高耕地質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的“生產(chǎn)發(fā)展—生活富?！鷳B(tài)良好”三位一體功能提升。

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是利用土地平整、土壤改良、灌溉與排水、農(nóng)村道路等工程措施對(duì)土地資源及其利用方式的再組織和再優(yōu)化。近些年來，學(xué)界對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)方法、標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)行了廣泛而深入的探討。已有的分區(qū)研究多以“耕地質(zhì)量提升”為主導(dǎo)視角，即以糧食生產(chǎn)功能提高為切入點(diǎn)，基于區(qū)域耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)，采用空間自相關(guān)、K-means聚類、突變級(jí)數(shù)模型等方法劃分耕地質(zhì)量等級(jí)，依據(jù)等級(jí)及障礙因素確定高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)方向[3-5]。也有學(xué)者以耕地質(zhì)量均勻度為切入點(diǎn)，應(yīng)用耕地質(zhì)量均勻度評(píng)價(jià)模型劃分耕地等級(jí)，或以耦合協(xié)調(diào)度為切入點(diǎn)，依據(jù)耕地適宜性和空間穩(wěn)定性綜合價(jià)值確定高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)域[6-7]?？傮w來看，當(dāng)前的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)多以耕地質(zhì)量的空間差異性為基礎(chǔ)，依據(jù)區(qū)域耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)建設(shè)進(jìn)行分區(qū)，對(duì)土地的生產(chǎn)功能關(guān)注較多，而對(duì)耕地的生態(tài)功能關(guān)注不足。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類從生態(tài)系統(tǒng)中所獲得的各種惠益，是人類賴以生存和發(fā)展的資源與環(huán)境基礎(chǔ)[8-9]。土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有著密切的關(guān)系，它可顯著提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力[10-11]，耕地更是維持自然及半自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程完整性和區(qū)域生態(tài)安全格局不可或缺的組成部分[12-13]?？梢?，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)亟須通過生態(tài)理念注入實(shí)現(xiàn)耕地生態(tài)服務(wù)功能與生產(chǎn)功能增強(qiáng)同步提升。生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)是以區(qū)域已有農(nóng)田或位于整備區(qū)的農(nóng)田為對(duì)象，從環(huán)境改善與地力提升的角度出發(fā)，根據(jù)不同地域農(nóng)田服務(wù)功能提升需求的差異性和相似性，將其劃分為不同建設(shè)類型區(qū)。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)的目的，是為了加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田規(guī)劃建設(shè)的空間指導(dǎo)與約束，并進(jìn)行有效的工程措施配置。

隨著耕地生態(tài)服務(wù)功能提升與生產(chǎn)功能增強(qiáng)同步成為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)主要目標(biāo)，面向生態(tài)服務(wù)功能提升的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)及調(diào)控已成為生態(tài)型農(nóng)田建設(shè)有效實(shí)施的重要前提。因此，論文以典型縣域?yàn)槔?，試圖將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升納入到高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)的理論分析與實(shí)踐探索中，探討生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)方法，并提出生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的分區(qū)調(diào)控策略。理論上，這不僅能夠厘清高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的互動(dòng)關(guān)系，從而更準(zhǔn)確地理解生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的本質(zhì)，凸顯土地整治的“山水林田湖草生命共同體”綜合整治效應(yīng)；實(shí)踐上，分區(qū)調(diào)控策略的提出有利于完善高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)行機(jī)制，對(duì)維持土地利用系統(tǒng)的生態(tài)保育功能和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

1 關(guān)系框架與研究思路

1.1 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系框架

建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程措施間的有效連接，是實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)多功能提升的關(guān)鍵，同時(shí)也是該領(lǐng)域迫切需要解決的問題。由于建設(shè)后的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)、景觀格局、環(huán)境要素均發(fā)生了變化[14-15]，會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)過程產(chǎn)生影響，進(jìn)而引起生態(tài)系統(tǒng)功能及服務(wù)的變化。因此，需要基于生態(tài)學(xué)、地理學(xué)及耕地多功能管理等理論[8]，從高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)實(shí)施的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)入手，去厘清高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能間的作用關(guān)系。

生境質(zhì)量是指在一定的時(shí)間和空間中生態(tài)系統(tǒng)提供適宜個(gè)體與種群持續(xù)發(fā)展與生存條件的能力，是對(duì)人類生存繁衍、生產(chǎn)生活的適宜程度，是一切生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的前提和基礎(chǔ)，更是人類福祉提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[16-17]。高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中的土地平整、灌溉與排水、田間道路、農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)環(huán)境保持等一系列工程措施會(huì)改變區(qū)域生境的結(jié)構(gòu)與組成要素，隨之對(duì)生境斑塊之間的物質(zhì)流、能量流循環(huán)過程產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變了區(qū)域生境的生產(chǎn)能力和服務(wù)功能[18]。土壤保持服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)為人類提供侵蝕控制、減少水土流失的調(diào)節(jié)性能力和效益[19-20]。土地平整和土壤改良工程通過對(duì)土地的平整，可有效降低區(qū)域的坡度、起伏度等地形地貌條件，減少土地侵蝕[21]。灌溉與排水工程會(huì)使區(qū)域地表水系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變，也會(huì)影響滲透、深滲透或表面徑流等某些水文過程[22]，進(jìn)而影響水系相關(guān)的生態(tài)過程，調(diào)節(jié)區(qū)域土壤保持服務(wù)。農(nóng)田防護(hù)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程能有效提高建設(shè)區(qū)植被覆蓋度，降低風(fēng)速，減少水分蒸發(fā)，調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候[23-24]，改善土壤保持能力。

圖 1 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系框架Fig. 1 Relationship between well-facilitated farmland construction measures and ecosystem services

碳固持服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)通過將大氣中的 CO2轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)碳和土壤無機(jī)碳，參與調(diào)節(jié)大氣碳含量的能力和效益[19-20,25]。土地平整工程大型機(jī)械的使用可導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體破裂、分散, 從而破壞土壤有機(jī)質(zhì)的物理保護(hù),使其暴露于微生物分解之下，可能會(huì)造成土壤有機(jī)質(zhì)含量下降[26]。但在土壤改良措施中，有機(jī)肥施用能顯著提高土壤活躍有機(jī)碳含量，進(jìn)而增強(qiáng)土壤有機(jī)碳的氧化穩(wěn)定性。灌溉與排水工程可以通過刺激植被及其根部的活性可促進(jìn)旱地中碳酸鈣的形成[27]，從而促進(jìn)無機(jī)碳庫固持。農(nóng)田防護(hù)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程的建設(shè)，能有效提高建設(shè)區(qū)植被覆蓋度，進(jìn)而提高地上和地下碳固持能力。

食物供給服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)為人類提供食物產(chǎn)品的能力和效益[19-20]。土地平整和土壤改良工程通過對(duì)田塊修筑和地力提升，可以增加表層土壤的厚度，影響土壤養(yǎng)分循環(huán)等相關(guān)生態(tài)過程，從而改善土壤質(zhì)地和土壤水分狀況[28-29]，并且通過集約節(jié)約改造增加耕地?cái)?shù)量，提高糧食等供給服務(wù)能力。水庫、蓄水池、水渠等水源及輸水工程建設(shè)可以提高農(nóng)業(yè)灌溉水的利用系數(shù)，有效增加保證灌溉面積，從而提高糧食供給能力。農(nóng)村道路工程的實(shí)施，可有效改善農(nóng)田與市場(chǎng)通達(dá)狀況，提高產(chǎn)品供給效率。

1.2 研究思路

當(dāng)前高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)考慮的重點(diǎn)是通過工程技術(shù)等措施，實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量?jī)?yōu)良、農(nóng)田集中連片、基礎(chǔ)設(shè)施配套、生態(tài)景觀格局合理和空間布局穩(wěn)定等建設(shè)目標(biāo)。因此，本論文在已有目標(biāo)的基礎(chǔ)上，以縣域行政村為基本研究單元，進(jìn)一步從生境質(zhì)量、土壤侵蝕量、碳固持服務(wù)和食物供給服務(wù)這 4個(gè)方面去優(yōu)化建設(shè)分區(qū)，進(jìn)而提出針對(duì)性的調(diào)控策略。首先，運(yùn)用 InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型對(duì)各行政村生境質(zhì)量、土壤保持、碳固持和食物供給 4項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而借助聚類分析法分析各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分異；其次，通過比較低值和次低值區(qū)域的集聚，識(shí)別各行政村主要低值生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型，并基于該服務(wù)類型的障礙性主導(dǎo)因素，將其劃分為可調(diào)控與不可調(diào)控 2種類型；第三，利用高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系框架，依據(jù)可調(diào)控限制因素確定不同區(qū)域高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的主導(dǎo)方向，提出生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)方案及建設(shè)措施。

2 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)獲取與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

甘肅省榆中縣地處黃土高原西部，屬于典型的溫帶干旱、半干旱大陸性氣候，年平均氣溫6.7℃，無霜期150d左右，降雨量小且蒸發(fā)量大，年均降雨量373 mm，蒸發(fā)量1350 mm左右。區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，地勢(shì)南高北低、中部平坦。南部為高寒石質(zhì)山區(qū)，北部為溝壑縱橫的黃土丘陵區(qū)，南北兩山之間是川塬丘陵溝壑區(qū)（圖2）。2015年底，榆中縣總?cè)丝?4.67萬人，土地總面積3308.64 km2。縣域經(jīng)濟(jì)水平較低，城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)明顯。耕地面積12.55萬hm2，但耕地質(zhì)量總體不高，其中質(zhì)量最差的14等耕地占到全縣耕地總面積的 76.99%。作為全國設(shè)立的 500個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)示范縣之一，截止2015年底，榆中縣累計(jì)實(shí)施土地整治總規(guī)模為 1.11萬hm2，土地規(guī)模經(jīng)營和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程促進(jìn)效果明顯[30]。盡管如此，還有近90%的低質(zhì)量耕地需要整治，同時(shí)，單純的“田、水、路、林”工程措施也需要引入生態(tài)服務(wù)理念。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

本文所需數(shù)據(jù)如下：①土地利用數(shù)據(jù)源于榆中縣土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)（2015年）；②數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率為30m，使用ArcGIS軟件中水文分析工具將下載的原始 DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行填洼處理以矯正誤差；③土壤數(shù)據(jù)來源于榆中縣第二次土壤普查報(bào)告（2008年）與榆中縣農(nóng)用地分等定級(jí)數(shù)據(jù)庫資料（2015年）；④氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)和榆中縣氣象局（2015年）；⑤NDVI數(shù)據(jù)基于Landsat TM遙感影像使用 ENVI5.1軟件的波段計(jì)算工具計(jì)算得到；⑥糧食單產(chǎn)數(shù)據(jù)來源于課題組2016年9月至12月對(duì)研究區(qū)進(jìn)行的分層隨機(jī)抽樣問卷[31]。所有空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一為Albers投影，WGS_1984坐標(biāo)系，30 m空間分辨率。

圖2 研究區(qū)位置及高程圖Fig.2 Location and elevation of study area

2.3 研究方法

2.3.1研究單元

考慮到研究區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的基本實(shí)施單位為行政村，以及內(nèi)部地形地貌、土壤、水文、氣候等自然特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征的相對(duì)一致性，本文生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)現(xiàn)狀的評(píng)估及建設(shè)分區(qū)均以行政村為研究單元。這也有利于研究成果的決策利用及管理依據(jù)。

2.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估

研究區(qū)自然環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重。針對(duì)該區(qū)域自然條件及發(fā)展水平，結(jié)合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的“集中連片、設(shè)施配套、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好”等基本要求，從生境質(zhì)量、土壤保持、碳固持和食物供給 4個(gè)方面對(duì)榆中縣生態(tài)服務(wù)及耕地質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估。利用ArcGIS分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，計(jì)算各行政村各類生態(tài)服務(wù)柵格（30m×30m）平均值，并用自然斷點(diǎn)法將其分類為高、次高、中、次低和低5個(gè)等級(jí)。

1）生境質(zhì)量

使用 InVEST模型中的生境質(zhì)量模塊（Habitat Quality）對(duì)榆中縣生境質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)估，該模型中的生境是指被物種占有并可為其提供資源和生存及繁育的空間[30]。模型需要自定義區(qū)域生境威脅源，考慮到建設(shè)用地是所有土地利用類型中人類活動(dòng)較為集中的地類，它會(huì)對(duì)區(qū)域生物多樣性造成威脅，本文將所有建設(shè)用地設(shè)為威脅源，其余不同的地類代表了不同的生境類型[32]。計(jì)算公式：

式中，Qxj為生境類型j中x柵格的生境質(zhì)量指數(shù)；Dxj為生境類型j中x柵格的生境退化度；Hj為生境類型j的生境適宜度，值域?yàn)閇0,1]；k為半飽和常數(shù)，取最大生境退化度（由模型運(yùn)算一次得到）的一半；z為歸一化常量，通常設(shè)為2.5[33]。

2）土壤保持

由于地處黃土高原區(qū)，榆中縣長(zhǎng)期以來遭受著較為嚴(yán)重的水土流失。因此，識(shí)別土壤侵蝕量的空間分布對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)具有重要意義。使用InVEST模型中泥沙輸出（Sediment Delivery Rate）模塊評(píng)估該縣2015年的土壤保持情況，模型基于修正土壤流失通用方程（RUSLE）對(duì)區(qū)域土壤侵蝕量進(jìn)行估算。計(jì)算公式為：

式中，A是年均土壤侵蝕量，t /(hm2·a)；R為降雨侵蝕因子 ， MJ·mm/(hm2·h·a)； K 為 土 壤 可 侵 蝕 因 子 ，t·hm2·h·/(hm2·MJ·mm)；LS 為坡長(zhǎng)坡度因子；P 為工程措施因子；C為植被覆蓋因子。各因子計(jì)算方法如下：

① 降雨侵蝕因子由 Wischmeier經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[34]，Pi和P分別代表月平均降雨量（mm/月）、和年平均降雨量（mm/a）：

② 土壤可侵蝕因子由Sharpley等[35]人提出的 EPIC方程求得，該方程通過土壤有機(jī)碳含量和土壤顆粒組成（砂粒、粉粒和粘粒百分含量）來計(jì)算土壤可侵蝕程度。

③ 坡度坡長(zhǎng)因子運(yùn)用經(jīng)過填洼處理的DEM數(shù)據(jù)由模型自動(dòng)計(jì)算得到（坡度閾值設(shè)置為25°）。

④ 工程措施因子是反映植被管理措施差異引起的土壤流失的差別，取值范圍是[0,1]，0表示防侵蝕措施較好，1表示無防侵蝕措施，參考已有研究[36]，建設(shè)用地取0，耕地取0.4，其余地類為1。

⑤ 植被覆蓋因子通過以下公式計(jì)算[37]：

式中，f為植被覆蓋度，通過歸一化植被指數(shù)（NDVI）計(jì)算：

3）碳固持

碳固持服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)中重要的一種調(diào)節(jié)服務(wù)，陸地生態(tài)系統(tǒng)通過將碳元素固持在土壤和植被中來調(diào)節(jié)大氣中碳的含量。采用InVEST模型中碳（Carbon）模塊來評(píng)估榆中縣生態(tài)系統(tǒng)碳固持空間分布。計(jì)算公式：

式中，Ctot為碳固持總量，t /hm2，Cabove為地上生物碳，Cbelow地下生物碳，Csoil為土壤有機(jī)碳，Cdead為死亡有機(jī)物碳。計(jì)算過程中所需的碳密度參數(shù)見參考文獻(xiàn)[38-40]。

4）食物供給

食物供給是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中較為重要的一項(xiàng)服務(wù)，也是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的主要提升服務(wù)類型，對(duì)人類的生存和發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。作為蘭州市主要的糧食生產(chǎn)區(qū)，評(píng)估榆中縣食物供給情況顯得尤為重要。結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，食物供給的類型有糧食、油料、蔬菜和瓜果，對(duì)應(yīng)的土地類型是耕地。本文通過結(jié)合榆中縣土地利用數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)評(píng)估全縣的食物供給情況，計(jì)算公式為：

式中，Gi為行政村 i的食物供給量，t/hm2；Gsumi為行政村i村糧食單產(chǎn)，t；Si為行政村i耕地面積，hm2。

2.4 障礙性主導(dǎo)因素識(shí)別及分區(qū)劃定

2.4.1 障礙性主導(dǎo)因素識(shí)別

在各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的基礎(chǔ)上，確定低值生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)揮的障礙性主導(dǎo)因素。進(jìn)一步對(duì)這些因素進(jìn)行診斷和分析，將其是否具備可調(diào)控性作為建設(shè)分區(qū)的基礎(chǔ)。根據(jù)研究評(píng)估的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型及價(jià)值構(gòu)成，將影響因素中的水土保持工程措施因子、植被覆蓋因子、土壤質(zhì)量及灌溉保證率等指標(biāo)，作為影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的“后天”因素。這意味著可以通過政策調(diào)整、工程和生物措施補(bǔ)給等途徑，使人為影響發(fā)生方向性改變。土壤可侵蝕因子、坡長(zhǎng)坡度因子、碳密度可以通過工程措施進(jìn)行改善，也屬于可調(diào)控因素。而降雨量、生境適宜度、威脅源及其脅迫水平等自然環(huán)境因素，是人力不可改變或在短期內(nèi)無法大規(guī)模改變的，是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的不可調(diào)控因素。

2.4.2 建設(shè)的分區(qū)劃定

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)主要是解決“缺什么、如何補(bǔ)”的問題，需要從整治工程措施可改造和消除的各種主導(dǎo)型障礙因素入手。首先，通過各行政村生境質(zhì)量、土壤保持、碳固持和食物供給 4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低值和次低值的集聚分析，明確各研究單元主要低值生態(tài)服務(wù)類型。然后，對(duì)各類服務(wù)類型的限制性主導(dǎo)因素的可調(diào)控性識(shí)別，根據(jù)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)措施與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能間的關(guān)系框架，對(duì)可調(diào)控障礙因素與建設(shè)措施相匹配，確定高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的分區(qū)主導(dǎo)方向。在構(gòu)建過程中也可能出現(xiàn)同一區(qū)域存在2種或2種以上服務(wù)功能值較低的情況，說明該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)揮受 2種或以上功能類型限制，同時(shí)由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在著彼此競(jìng)爭(zhēng)、權(quán)衡以及消長(zhǎng)的關(guān)系，所以按照協(xié)同因素優(yōu)先處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)服務(wù)功能空間格局與分異

對(duì)榆中縣域生態(tài)服務(wù)的生境質(zhì)量、土壤保持、碳固持和食物供給四大功能進(jìn)行評(píng)估，得到各個(gè)功能的空間分布格局，可以發(fā)現(xiàn)存在著明顯的空間分異（圖3）。

生境質(zhì)量在空間上呈現(xiàn)出“由西南向西北不斷減小”的分布態(tài)勢(shì)。高值區(qū)域主要位于南部石質(zhì)山地區(qū)，包括馬坡、新營和小康營等鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），這一區(qū)域雨水充沛，植被覆蓋度高，且興隆山保護(hù)區(qū)位于該區(qū)域，因此生境質(zhì)量普遍較高（平均生境質(zhì)量0.80以上）；低值區(qū)主要分布于北部黃土丘陵溝壑區(qū)及中部洪積平原區(qū)，以園子岔鄉(xiāng)、上花岔鄉(xiāng)、城關(guān)鎮(zhèn)、定遠(yuǎn)鎮(zhèn)等鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）為主，北部常年干旱少雨，植被稀疏，地形破碎，主要土地類型為荒草地和旱地，因而生境質(zhì)量普遍較低（平均生境質(zhì)量 0.23左右），中部由于是全縣城鎮(zhèn)及工農(nóng)業(yè)發(fā)展的集中區(qū)，分布有較大面積的建設(shè)用地，生境適宜度低，生境質(zhì)量較差。

圖 3 榆中縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異圖（2015年）Fig.3 Spatial differentiation of ecosystem services in Yuzhong county(2015)

土壤侵蝕量空間差異較大。高值區(qū)主要分布于西北部黃土丘陵山區(qū)，以園子岔、上花岔等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主，這一區(qū)域植被稀疏，地勢(shì)起伏較大，土壤以灰鈣土為主，土壤可蝕性較高，水土保持能力普遍較低（平均土壤侵蝕量20.56 t/(hm2·a)左右）；低值區(qū)域主要位于南部馬啣山和興隆山自然保護(hù)區(qū)及中部河谷盆地區(qū)，主要包括馬坡、新營、城關(guān)、定遠(yuǎn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這一區(qū)域植被覆蓋度高，地形較為平坦，土壤以高山和亞高山草甸土為主，徑流侵蝕力較弱（平均土壤侵蝕量0.80 t/(hm2·a)左右）。

碳固持服務(wù)空間分布呈現(xiàn)出“由南向北不斷遞減”的格局。高值區(qū)與生境質(zhì)量高值區(qū)基本重合，包括馬坡、新營和小康營等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這一區(qū)域雨水較多，植被覆蓋度高，土壤以高山和亞高山草甸土為主，土壤持水、保水能力較強(qiáng)，微生物數(shù)量和活性較高，碳固持服務(wù)普遍較高（平均碳儲(chǔ)量103.77t/hm2以上）；低值區(qū)分布面積較大，主要分布于北部、中東部黃土丘陵山區(qū)，以園子岔、上花岔等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主，這一區(qū)域常年干旱少雨，植被稀疏，土壤以灰鈣土為主，土壤持水、保水能力較差，微生物數(shù)量和活性較低，因而碳固持服務(wù)普遍較低（平均碳儲(chǔ)量14.44t/hm2左右）。

食物供給服務(wù)空間分布呈現(xiàn)出“南北山地低，中部盆地高”的分布態(tài)勢(shì)。高值區(qū)域主要位于中部河谷盆地區(qū)，包括城關(guān)、定遠(yuǎn)和三角城 3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這一區(qū)域地勢(shì)平坦，土壤肥沃，灌溉保證率高，食物供給服務(wù)能力較高（平均糧食產(chǎn)量4.21 t/(hm2·a)以上）北部青城鎮(zhèn)由于臨近黃河灌區(qū)，耕地類型以水田和水澆地為主食物供給服務(wù)最高，平均達(dá)10.41 t/(hm2·a)；低值區(qū)主要分布于北部黃土丘陵山區(qū)（興隆山自然保護(hù)區(qū)無耕地分布，糧食產(chǎn)出為零），以園子岔、上花岔等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主，這一區(qū)域地形破碎，降雨量小，無灌溉水源，以山旱地為主，食物供給服務(wù)能力較低（平均糧食產(chǎn)量1.98 t/(hm2·a)左右）。

3.2 主導(dǎo)障礙性因素識(shí)別

榆中縣域生境質(zhì)量低值及次低值集聚總規(guī)模168 931 hm2，占研究區(qū)總面積的51.06%，集中分布在青城鎮(zhèn)三合村、紅峴村，來紫堡鄉(xiāng)馮家灣村、方家泉村，園子岔鄉(xiāng)萬羊村、青碾村等11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的90個(gè)村。地貌類型包括北部黃土丘陵梁峁和中部洪積平原。北部黃土丘陵梁峁區(qū)地形破碎，耕地均為旱地，利用等別為13-14等；土種主要為灰鈣土、黃綿土、黑壚土，耕層質(zhì)地構(gòu)型以均質(zhì)中壤和均質(zhì)輕壤為主，有效土層厚度100～120 cm，土層厚，土壤理化性狀較差，耕層有機(jī)質(zhì)含量平均為11.8 g/kg；由于田塊規(guī)模較小，機(jī)械化耕作水平較低，田塊內(nèi)部路網(wǎng)還未形成，該區(qū)域生境質(zhì)量可調(diào)控障礙因素主要為土壤質(zhì)量、植被覆蓋因子。中部洪積平原區(qū)地勢(shì)平坦，耕地均為水澆地，利用等別為9-10等；土種主要為灌淤土、黑壚土，耕層質(zhì)地構(gòu)型以均質(zhì)中壤和均質(zhì)重壤為主，有效土層厚度100～180 cm，土層厚，土壤理化性狀良好，耕層有機(jī)質(zhì)含量平均為14.4 g/kg，可耕性強(qiáng)；交通便捷，該區(qū)域生境質(zhì)量可調(diào)控障礙因素為灌溉保證率、植被覆蓋因子。

土壤保持低值及次低值集聚規(guī)模124 591 hm2，占研究區(qū)總面積的20.61%，集中分布在青城鎮(zhèn)三合村、紅峴村，園子岔鄉(xiāng)萬羊村、青碾村等20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的161個(gè)村。由于該區(qū)地處黃土丘陵山地向黃河谷地過渡區(qū)域，地形陡峻，起伏度較大。耕地類型均為陡坡旱地，利用等別以14等為主，土種主要為灰鈣土，耕層質(zhì)地構(gòu)型以均質(zhì)輕壤為主，有效土層厚度100 cm，土壤理化性狀差，耕層有機(jī)質(zhì)含量平均為 11.3 g/kg，土壤貧瘠，可耕性差。該區(qū)域土壤保持可調(diào)控障礙因素主要為坡度因子、土壤養(yǎng)分因子、土壤可侵蝕因子、水土保持工程措施因子和植被覆蓋因子。

碳固持服務(wù)低值及次低值區(qū)域分布較廣，集聚規(guī)模225 979 hm2，占研究區(qū)總面積的68.3%，集中分布在青城鎮(zhèn)三合村、紅峴村，來紫堡鄉(xiāng)馮家灣村、方家泉村，園子岔鄉(xiāng)萬羊村、青碾村等20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的158個(gè)村。主要位于北部和東部的黃土丘陵梁峁，耕地以旱地為主，利用等別為11～14等。土種主要為灰鈣土、灰褐土、黑壚土，耕層質(zhì)地構(gòu)型以夾粘中壤、均質(zhì)中壤和砂底中壤為主，有效土層厚度40～120 cm，土壤理化性狀良，耕層有機(jī)質(zhì)含量平均為12.6g/kg。機(jī)械化耕作水平較低，田塊內(nèi)部路網(wǎng)還未形成。該區(qū)域碳固持服務(wù)可調(diào)控障礙因素主要為土壤有機(jī)質(zhì)含量、植被覆蓋因子。

食物供給服務(wù)低值及次低值集聚面積212 585 hm2，占64.25%，集中分布在青城鎮(zhèn)三合村、葦茨灣村，來紫堡鄉(xiāng)東坪村、方家泉村，園子鄉(xiāng)金營村、大峴村等17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的 125個(gè)村。主要位于北部和東部的黃土丘陵梁峁及南部石質(zhì)山地，耕地以旱地為主，利用等別為 12-14等。土種主要為灰鈣土、黑壚土，耕層質(zhì)地構(gòu)型以均質(zhì)中壤和均質(zhì)輕壤為主，有效土層厚度100～120 cm，土壤理化性狀較差，耕層有機(jī)質(zhì)含量平均為 12.1 g/kg。機(jī)械化耕作水平較低，田塊內(nèi)部路網(wǎng)還未形成。該區(qū)域食物供給服務(wù)障礙因素主要為灌溉保證率因子、土壤養(yǎng)分因子、土壤質(zhì)地因子。

3.3 建設(shè)分區(qū)及調(diào)控

綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)低值類型和障礙性因素特征，將榆中縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分成四種分區(qū)類型: 生境質(zhì)量提升主導(dǎo)型、食物供給-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型、土壤保持-生境質(zhì)量服務(wù)提升主導(dǎo)型、食物供給-生境質(zhì)量-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型（圖4）。

生境質(zhì)量提升主導(dǎo)型：該類型區(qū)分布在榆中縣中部洪積平原區(qū)。區(qū)內(nèi)耕地面積達(dá)50023.04 hm2，占區(qū)域總耕地面積的39.63%。區(qū)內(nèi)耕地質(zhì)量好、耕地等別較高，基礎(chǔ)設(shè)施條件基本完善，且多圍繞縣域中心分布，交通區(qū)位條件較好。但由于是城鎮(zhèn)發(fā)展集中區(qū)，區(qū)域生境質(zhì)量較低。這一區(qū)域高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)重點(diǎn)以生境營造為主。通過生態(tài)型建設(shè)措施實(shí)施，改變土壤水分、日照時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)環(huán)境等小氣候因子，為生物群落營造適宜的生存條件，通過冷島效應(yīng)改善區(qū)域生境質(zhì)量。

圖4 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)圖Fig.4 Zoning of well-facilitated farmland construction

食物供給-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型：該類型區(qū)分布在榆中縣東部黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)耕地面積達(dá)49 523.19 hm2，占區(qū)域總耕地面積的39.23%。該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量相對(duì)較低，耕地等別不高，但耕地集中連片性較好，基礎(chǔ)設(shè)施提升空間較大。針對(duì)區(qū)域耕地質(zhì)量偏低的現(xiàn)狀，這一區(qū)域高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)重點(diǎn)以肥力提升為主。通過土壤改良、增施有機(jī)肥、秸稈還田、秸稈切碎及對(duì)腐還田等措施提高土壤肥力及碳固持能力。

土壤保持-生境質(zhì)量服務(wù)提升主導(dǎo)型：該類型區(qū)分布在榆中縣西北部黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)耕地面積10 548.59 hm2，占區(qū)域總耕地面積的8.36%。該區(qū)域耕地分布較少，土壤貧瘠，以 15～25度陡坡地為主。針對(duì)區(qū)域耕地質(zhì)量普遍偏低、生境質(zhì)量較差的現(xiàn)狀，這一區(qū)域高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)重點(diǎn)實(shí)施坡改梯，增大田塊連片程度，并在坡改梯的基礎(chǔ)上，大力推廣橫坡種植，綠肥免耕等保持水土的耕作方式，減緩地面徑流，保持水土。

食物供給-生境質(zhì)量-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型：該類型區(qū)分布在榆中縣北部丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)耕地面積16 145.47 hm2，占區(qū)域總耕地面積的12.79%。該區(qū)域土壤肥力較低，有效土層厚度較薄，坡度相對(duì)較大，耕地質(zhì)量等別低。這一區(qū)域高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)主要以肥力提升、水保防治為主。通過降坡平整，提高耕地蓄水、保肥能力，并通過客土培肥及增施有機(jī)肥，增加有效土層厚度，改良土壤結(jié)構(gòu)，提升各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)能力。

4 結(jié)論與討論

1）論文提出了一套基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)劃定的思路與方法。即：以高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的基本單位——行政村為研究單元，采集多源數(shù)據(jù)，運(yùn)用InVEST模型評(píng)估了各行政村生境質(zhì)量、土壤保持、碳固持和食物供給 4項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值。在分析其空間差異的基礎(chǔ)上，找到各行政村主要低值生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型，進(jìn)而通過識(shí)別影響從高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的可調(diào)控障礙性因子，確定不同類型的建設(shè)分區(qū)。

2）榆中縣域生態(tài)服務(wù)存在著明顯的空間分異。其中：生境質(zhì)量在空間上呈現(xiàn)出“由西南向西北不斷減小”的分布態(tài)勢(shì)。土壤侵蝕量空間差異較大，受制于地形地貌及植被覆蓋等因素，高值區(qū)主要分布在西北部黃土丘陵山區(qū)，低值區(qū)域主要位于南部自然保護(hù)區(qū)及中部河谷盆地區(qū)。與生境質(zhì)量相似，碳固持服務(wù)空間分布也呈現(xiàn)出“由南向北不斷遞減”的格局。由于中部河谷盆地區(qū)水土條件較好，食物供給服務(wù)空間分布呈現(xiàn)出“南北山地低，中部盆地高”的分布態(tài)勢(shì)。

3）在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異及可調(diào)控障礙性因子識(shí)別的基礎(chǔ)上，得到 4種榆中縣生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的分區(qū)類型: 生境質(zhì)量提升主導(dǎo)型、食物供給-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型、生境質(zhì)量-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型、生境質(zhì)量-食物供給-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型。

4）針對(duì)不同類型的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)，提出了相應(yīng)的調(diào)控措施。生境質(zhì)量提升主導(dǎo)型分區(qū)，重點(diǎn)通過節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用推廣去提升該區(qū)域的生境質(zhì)量；生境質(zhì)量-水土保持服務(wù)提升主導(dǎo)型分區(qū)，重點(diǎn)通過實(shí)施坡改梯工程，推廣橫坡種植，綠肥免耕等保持水土的耕作方式，從而達(dá)到減緩地面徑流、提升生境質(zhì)量的目的；糧食供給-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型分區(qū)，此類區(qū)域耕地集中連片性較好，基礎(chǔ)設(shè)施提升空間較大，重點(diǎn)在于通過工程措施增強(qiáng)土壤肥力及碳固持能力；生境質(zhì)量-糧食供給-碳固持服務(wù)提升主導(dǎo)型分區(qū)，該區(qū)域廣泛分布于北部丘陵區(qū)，重點(diǎn)通過客土培肥、坡改梯、增施有機(jī)肥等提升土壤肥力，從而達(dá)到提高生境質(zhì)量，增加糧食供給和增強(qiáng)碳固持能力。

生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)是在特定制度框架和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下一個(gè)不斷完善的過程。當(dāng)前的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)強(qiáng)調(diào)了耕地質(zhì)量與規(guī)模、農(nóng)田水利設(shè)施配套及景觀格局與空間組織，在此基礎(chǔ)上，論文梳理并構(gòu)建了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系框架。但在關(guān)系構(gòu)建過程中主要考慮了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)實(shí)施后長(zhǎng)期的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，并且假定工程的實(shí)施是在表土層剝離等規(guī)范施工前提下進(jìn)行，對(duì)于建設(shè)期間由于不合適施工而造成短期的土壤面蝕、風(fēng)蝕等影響并未納入考量范疇。對(duì)土地平整、道路和排灌工程初期整理區(qū)原生、次生自然植被和人工植被面積減少和退化等現(xiàn)象和問題也未能充分考慮。同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在著此消彼長(zhǎng)的權(quán)衡關(guān)系或彼此增益的協(xié)同關(guān)系，科學(xué)理解和權(quán)衡這些作用關(guān)系也都需要在后續(xù)的研究中加以深化。