蔡海生,陳 藝,張學玲,*

1 江西農(nóng)業(yè)大學 江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室/江西農(nóng)業(yè)大學富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心,南昌 330045 2 江西旅游商貿(mào)職業(yè)學院,南昌 330100

隨著社會的不斷進步和經(jīng)濟的飛速發(fā)展,人們對健康問題越來越重視。硒是人體不可或缺的微量元素,是世界衛(wèi)生組織確定為繼碘、鋅之后的第三大營養(yǎng)保健微量元素,具有抗氧化、提高人體免疫力、維持甲狀腺發(fā)揮正常作用、預防心血管疾病等諸多功能,缺硒會導致人體內(nèi)硒蛋白含量下降引發(fā)多種病癥[1- 5]。人體無法自主合成硒,食物中的硒是主要來源,而食物中的硒是由土壤中的硒元素遷移而來[6]。據(jù)統(tǒng)計,世界上有40多個國家和地區(qū)土壤缺硒。我國約72%的國土為國際公認的缺硒地區(qū)(土壤硒含量≤0.1 mg/kg),其中約30%為嚴重缺硒(土壤硒含量≤0.02 mg/kg),涉及22個省(市、區(qū)),覆蓋約7億人口。2019年7月,國務院出臺《健康中國行動(2019—2030年)》等相關文件,提出了健康知識普及、合理膳食、發(fā)展健康產(chǎn)業(yè)等15個重大專項行動,將全民健康提到了前所未有的高度。這些舉措對進一步加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、推動功能農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的指導意義。當前,各地都非?？春酶晃a(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿?重視和支持富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展,積極開展富硒土壤資源調(diào)查和利用規(guī)劃,出臺相關政策扶持富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展。實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,產(chǎn)業(yè)興旺是關鍵,開發(fā)富硒土壤、發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)富硒產(chǎn)品,彰顯了區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)特色,順應了健康中國的需求,具有非常廣闊的發(fā)展空間和市場前景。

如何科學高效綠色的對富硒土壤資源進行開發(fā)利用,是富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵前提。目前,土壤硒資源的相關研究主要包括硒的理化性質(zhì)[7-8]、硒在農(nóng)作物中的遷移轉(zhuǎn)運機制[9, 10]、硒資源的分布特征及影響因素[11- 14]、硒資源的調(diào)查與評價[15-19]等方面,對于土壤硒資源的綜合評價及開發(fā)利用的研究,相關學者運用層次分析法對土壤硒資源、富硒區(qū)耕地質(zhì)量、富硒茶園、富硒康養(yǎng)旅游的開發(fā)潛力進行適宜性評價[20-24]。由此可見,目前學者多把關注點置于研究土壤硒資源的內(nèi)部特性及其與作物之間的內(nèi)在轉(zhuǎn)化,而對土壤硒資源定量評價的研究相對較少,研究方法略顯局限,土壤硒資源評價與富硒產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動性尚未得到足夠的重視,且缺乏相關綜合評價方法。針對現(xiàn)有研究的不足,本研究立足富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主導因素和限制因素的基礎上,引入多維超體積生態(tài)位理論構(gòu)建富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價體系,為富硒土壤資源有效利用和富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供有效的決策支撐。

生態(tài)位是生態(tài)系統(tǒng)中每種生物生存所必需的生境最小閾值,生態(tài)位理論包括生態(tài)位寬度、生態(tài)位重疊、生態(tài)位分離、生態(tài)位擴充與壓縮等基本內(nèi)容,是生態(tài)學中的重要理論之一。隨著該理論的深入研究,除了應用于生態(tài)領域,在土地整治、建設用地適宜性評價、高標準農(nóng)田建設適宜性評價、農(nóng)村居民點適宜度評價、國土空間綜合功能分區(qū)、土地開發(fā)適宜性評價等與土地資源相關的領域,亦有廣泛的應用[25-33]。本文主要討論將生態(tài)位理論引入富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價研究,擬通過最適生態(tài)位解釋富硒土壤資源開發(fā)利用的適宜性,利用區(qū)域富硒土壤的現(xiàn)實生態(tài)位和最適生態(tài)位的差異程度,劃分開發(fā)利用的適宜性等級,確定富硒土壤資源開發(fā)利用的區(qū)域定位和重點方向,以期解決富硒土壤資源無序、盲目、粗放開發(fā)利用問題,為定量分析富硒土壤資源開發(fā)利用的適宜性評價探索一條新路子,促進富硒土壤資源科學合理的開發(fā)利用,為鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興提供一條有效的新途徑。

1 富硒土壤生態(tài)位理論解釋及其開發(fā)利用評價概述

1.1 生態(tài)位視角下富硒土壤資源開發(fā)利用的內(nèi)涵

生態(tài)位概念最早是由格林內(nèi)爾(Grinnell)在1917年提出,其意義為一個物種能夠生存和繁衍后代的所有條件的總和,后來相關學者對生態(tài)位內(nèi)涵進行了補充與拓展，,細分出空間生態(tài)位、功能生態(tài)位、多維超體積生態(tài)位、基礎生態(tài)位、現(xiàn)實生態(tài)位等,并提出生態(tài)位適宜度概念,用來表述生物對其生境條件的適宜性程度[25,31]。生態(tài)位理論不僅在動物生態(tài)學中得到應用,在資源評價、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市規(guī)劃等領域也得到了越來越廣泛的應用。國內(nèi)許多學者也開展了相關研究,進一步把生態(tài)位理論應用拓展到“自然-經(jīng)濟-社會”復合生態(tài)系統(tǒng)中,將能夠在這個復合生態(tài)系統(tǒng)中進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量轉(zhuǎn)換、信息處理等生態(tài)學過程的生物功能單元和其它功能單元稱作生態(tài)元,并把能夠被生態(tài)元利用和適應的生態(tài)因子稱為生態(tài)位[34]。類似多維超體積生態(tài)位理論,區(qū)域發(fā)展依賴于由“自然-經(jīng)濟-社會”等多維現(xiàn)實資源構(gòu)成的支撐空間,這種多維空間即區(qū)域發(fā)展資源支撐最適生態(tài)位,與現(xiàn)實資源條件提供的現(xiàn)實生態(tài)位的耦合分析,即可衡量資源條件對區(qū)域發(fā)展的適宜性程度[34-35]。

富硒土壤生態(tài)系統(tǒng)作為土地生態(tài)系統(tǒng)的一部分,時刻都在發(fā)生著物質(zhì)循環(huán)、能量交換與信息傳遞,是一種動態(tài)開放的“自然-經(jīng)濟-社會”復合生態(tài)系統(tǒng)。可見,富硒土壤生態(tài)系統(tǒng)也是一種生態(tài)元,富硒土壤資源利用同樣具有其最適生態(tài)位。土地資源開發(fā)利用作為一種系統(tǒng)性的綜合工程,其開發(fā)利用效果與多維空間上的資源條件有著密切的聯(lián)系。若將富硒土壤資源開發(fā)利用比作一種生物行為,則富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價分區(qū)的關鍵就是找到與利用行為相適宜的空間位置。因此,富硒土壤利用生態(tài)位的概念可表述為：在土壤硒資源豐富的區(qū)域范圍內(nèi),綜合考慮富硒土壤資源開發(fā)利用受到土壤資源稟賦、土地利用條件、土壤環(huán)境質(zhì)量、人為外在干擾等多個維度要素制約的基礎上,該區(qū)域富硒土壤資源生態(tài)元在開發(fā)利用過程中所占有的地位、作用以及與其它土地利用類型生態(tài)元的關聯(lián)程度,即富硒土壤利用資源生態(tài)位。用函數(shù)表示：

F=f(xi)i=1,2,3,……,n

(1)

式中,F表示研究區(qū)富硒土壤利用生態(tài)位；xi表示影響富硒土壤資源利用生態(tài)位大小的各維度因素,即生態(tài)位因子；i表示生態(tài)位因子的總個數(shù)。

因此,從生態(tài)位視野考慮,富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價及分區(qū)的關鍵,是要充分考慮富硒土壤資源稟賦以及土地利用條件、土壤環(huán)境質(zhì)量、人為外在干擾等多維因素的作用與地位,對富硒土壤資源利用中相關農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主導因素和限制因素的平衡協(xié)調(diào),通過確定各維因素對于富硒土壤資源開發(fā)利用的最適閾值,進而得出不同適宜程度的生態(tài)位空間,為富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供基礎支撐。

1.2 富硒土壤資源的開發(fā)利用適宜性評價概述

土壤資源是指具有農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)力的各種土壤類型的總稱,是人類賴以生存的最基本、最廣泛、最重要的生產(chǎn)資料和自然資源。土壤資源評價是指對土壤資源的質(zhì)量、適宜性和限制性作出評定,是一個多目標的評價系統(tǒng),包括土壤自然適宜性評價、土壤生產(chǎn)潛力評價、土壤經(jīng)濟評價等層面[36]。針對土壤資源適宜性評價研究,早在二十世紀初期美國就制定關于土壤潛力分級評價標準,隨后土地合理利用開始引起全球重視,德國、日本、英國、蘇聯(lián)等國的專家學者相繼針對本國土地調(diào)查、土壤潛力等方面出臺相關標準。二十世紀七八十年代,隨著多學科的交叉滲透和計算機技術的發(fā)展,土地開發(fā)利用適宜性評價方法日趨多層次、多領域、定量化和可視化。在此時期,影響最大、使用最廣泛的是聯(lián)合國糧農(nóng)組織在1976年頒布的《土地評價綱要》,明確將土地利用評價分為綱、類、亞類、單元四個適宜性評價等級。二十世紀五十年代,我國開啟的大范圍荒地調(diào)查,開創(chuàng)了土地適宜性研究的先河,隨后國內(nèi)專家學者陸續(xù)開展了不同范圍、不同領域的土壤與土地適宜性評價研究,借助于地理信息技術和遙感技術的興起,評價方法的綜合性、系統(tǒng)性和精確性得到提高[36-37]。特別是近年來,土地利用規(guī)劃、國土主體功能區(qū)劃、國土空間規(guī)劃等都將土壤與土地利用適應性評價作為一項基礎工作。

針對土壤適宜性評價,通常采用多層次多目標的評價方法。其特點是：地域范圍從大到?。辉u價效應從宏觀到微觀；指標選擇從單一到綜合。一般采用三級評價系統(tǒng)[37-38]：第一層次,主要依據(jù)地理分布構(gòu)成的水熱條件,及生物氣候條件或農(nóng)業(yè)耕作制度上的差異進行劃分；第二層次,主要按土壤對農(nóng)、林、牧的適宜性進行劃分；第三層次,主要以土壤對某種具體用途的適宜性程度、限制因素的作用大小等為依據(jù)來劃分。土壤適宜性分區(qū)方面,主要依據(jù)地貌、氣候、土壤、植被等自然條件,其次是土壤利用的現(xiàn)狀及其特點,再次是土壤利用的經(jīng)濟社會條件狀況,進行綜合分析。評價的重點是與土壤資源有效利用結(jié)合起來,分析土壤資源的構(gòu)成要素及其組合屬性、土壤利用的狀況和特點、土壤利用方向的遠景規(guī)劃等方面的區(qū)域間顯著差異性和區(qū)域內(nèi)的相對一致性。

顯然,富硒土壤資源開發(fā)利用的適宜性評價是針對富硒土壤對富硒農(nóng)業(yè)具體用途而進行的適宜性評價,重點在探究富硒土壤資源稟賦與利用方向的適配性,探究富硒土壤資源現(xiàn)實條件(生態(tài)位)與富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源理想需求(生態(tài)位)的適配性,需要綜合考慮自然、經(jīng)濟、社會等多種因素,融合生態(tài)學、地理學、農(nóng)學、經(jīng)濟學及相關學科的方法技術,核心是尋找土壤用途與土壤質(zhì)量的最佳匹配,是尋求土地利用最優(yōu)結(jié)構(gòu)及模式的先決條件,也是土地資源可持續(xù)利用和管理的前提與基礎。近年來,富硒土壤資源利用適宜性評價理論和方法得到不斷的發(fā)展和完善,特別是圍繞土壤適宜性評價的針對性、比較性、區(qū)域性、綜合性、系統(tǒng)性、主導性、生產(chǎn)性等方面,開展了大量的研究。因為對富硒土壤適宜性評價測度分析的角度和因素選取各有側(cè)重,選取的測度方法和評價指標各有不同[21- 24,39- 40]。表1中列舉出部分學者研究所用的測度方法及評價指標。

表1 富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價測度方法及指標選取比較分析

綜上所述,針對富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價的目標導向多種多樣,包括耕地質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、康養(yǎng)旅游等方面,評價區(qū)域分布較廣,評價范圍大小不一。測度方法方面從早期的定性研究轉(zhuǎn)向選取指標定量評價,再由定量指標評價發(fā)展為指標評價與計算機技術和數(shù)學模型相結(jié)合,評價結(jié)果的科學性和精確性逐步提高；測度指標的選取依據(jù)評價目的,考慮到土壤自身條件、地形地貌、交通區(qū)位、人文條件等自然、經(jīng)濟、社會方面的因素,能夠較為客觀、合理、科學地評價富硒土壤資源特征及其利用潛力。但仍有以下不足之處：

(1)研究內(nèi)容方面：現(xiàn)有研究多關注于富硒土壤的理化性質(zhì)、資源調(diào)查、分布特征及影響因素、富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、開發(fā)利用可行性分析等方面,針對富硒土壤開發(fā)利用深入研究的并不多,對于土壤硒資源的綜合開發(fā)利用適宜性評價和利用分區(qū)研究相對比較薄弱,特別是研究過程中定性定量相結(jié)合的研究比較少。

(2)測度方法方面：現(xiàn)有關于富硒土壤適宜性評價的研究方法,多采用德爾菲法和層次分析法與GIS技術相結(jié)合的測度方法,理論方法的創(chuàng)新性和客觀性稍有欠缺,適宜性評價的綜合性不足,應進一步考慮與產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃相關的生態(tài)保護、土地利用條件等相關因素,以便提高評價成果的有效性和實用性。

(3)指標選取方面：現(xiàn)有評價指標體系構(gòu)建,主要涉及到區(qū)位條件、地形要素、土壤含硒情況、土壤養(yǎng)分、環(huán)境質(zhì)量等方面,強調(diào)富硒土壤分布特征和理化性狀的比較多,結(jié)合富硒土壤資源開發(fā)利用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主導因素和限制因素討論的比較少,指標選取存在一定的局限性,難以科學、全面地評價開發(fā)利用的適宜性。

2 富硒土壤利用生態(tài)位適宜性評價研究思路與技術框架

2.1 基本思路

實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,產(chǎn)業(yè)興旺是重點。立足區(qū)域富硒土壤的資源稟賦優(yōu)勢,把富硒資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為資本優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,大力發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè),打造現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)新特色、新優(yōu)勢、新名片,是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和健康中國戰(zhàn)略、全面建成小康社會的新要求、新任務、新機遇。開展富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價與分區(qū)研究,實現(xiàn)富硒土壤資源綠色高效生態(tài)利用,是發(fā)展富硒特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的基礎支撐和重要保障。以生態(tài)位理論為基礎,將富硒土壤開發(fā)利用看作自然環(huán)境中的一種生物行為,討論富硒土壤開發(fā)利用的需求生態(tài)位與現(xiàn)實生態(tài)位的匹配問題,結(jié)合富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要區(qū)位因素、主導因素和限制性因素,尋找到發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)所需要的空間位置,并根據(jù)適宜程度進行分級分區(qū),是富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項基礎性研究工作。

為此,可依托多維超體積生態(tài)位理論,綜合考慮富硒土壤利用的主要區(qū)位因素、主導因素和限制因素,將滿足富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展的富硒土壤開發(fā)利用對資源需求所構(gòu)成的空間謂之需求生態(tài)位,將該區(qū)域富硒土壤開發(fā)利用的現(xiàn)實資源水平謂之現(xiàn)實生態(tài)位,分析富硒土壤資源現(xiàn)實條件對富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用方式的適宜性程度。在“自然-經(jīng)濟-社會”復合生態(tài)系統(tǒng)中,富硒土壤開發(fā)利用受到主要區(qū)位因子、農(nóng)業(yè)主導因子、農(nóng)業(yè)限制因子等生態(tài)元的影響,每個因子對富硒土壤利用和富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有一定的適合度閾值,只有在這些閾值所限定的區(qū)域內(nèi),富硒土壤開發(fā)利用才能科學合理適宜、富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展才能綠色生態(tài)高效。一般情況下,富硒土壤開發(fā)利用的生態(tài)元類型及相關生態(tài)因子如表2：

表2 富硒土壤資源利用適宜性評價相關生態(tài)元及生態(tài)因子

以多維超體積生態(tài)位理論為指導,實施富硒土壤開發(fā)利用適宜性評價與分區(qū)研究,基本步驟如下：①明確評價目的,確定評價區(qū)域；②確定區(qū)域富硒土壤開發(fā)利用相關生態(tài)元維度和生態(tài)因子,構(gòu)建適應性評價指標體系；③明確評價單元,收集評價相關指標數(shù)據(jù)并處理分析；④單因子評價：確定各評價指標因子等級或權(quán)重,形成單因子評價圖層；⑤綜合評價：選擇多維度生態(tài)位適應性評價模型,計算各評價單元生態(tài)位適宜性綜合指數(shù)；⑥評價結(jié)果分析：運用GIS空間分析技術,根據(jù)自然斷點法將評價結(jié)果劃分成四個等級：高適宜、中適宜、低適宜和不適宜,形成適宜性評價結(jié)果空間分布圖；⑦利用功能分區(qū)：采用聚類分析法進行富硒土壤利用功能適應性分區(qū),根據(jù)“宜林則林、宜農(nóng)則農(nóng)”等原則確定主體功能區(qū),明確富硒水稻、富硒蔬菜、富硒中藥材、富硒林果等生產(chǎn)功能區(qū),分析主導障礙因素,確定富硒農(nóng)業(yè)空間發(fā)展布局,并生成適宜性評價分區(qū)圖。最終研究結(jié)果,將為研究區(qū)富硒土壤資源開發(fā)利用和富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局提供可行性建議和科學決策依據(jù)。

2.2 技術框架

基于多維超體積生態(tài)位理論,運用GIS相關技術,進行富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價與分區(qū)研究技術路線圖如圖1,實施步驟如下：①資料收集分析：收集富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)位因素、主導因素、限制因素等生態(tài)位評價因子相關資料和數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)庫構(gòu)建：包括地貌類型、數(shù)字高程、土壤類型、水文氣候、土地利用類型、土壤環(huán)境質(zhì)量等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),形成各生態(tài)位適宜性評價指標因子圖層；③數(shù)據(jù)處理分析：根據(jù)適宜性評價因子生態(tài)位適宜性測算模型,進行單因子評價；通過空間疊加分析以及生態(tài)位適宜性綜合指數(shù)模型,進行生態(tài)位適宜性綜合評價；④評價結(jié)果應用：基于GIS空間疊加分析,根據(jù)自然斷點法劃分四個適宜性等級,并繪制生態(tài)位適宜性評價結(jié)果圖；分析各區(qū)主導障礙因素,結(jié)合評價結(jié)果以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,確定研究區(qū)富硒土壤資源開發(fā)利用功能分區(qū)。

圖1 基于生態(tài)位理論的富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價技術路線圖Fig.1 Technology roadmap for the development and utilization of selenium-rich soil resources based on niche theory

3 富硒土壤利用生態(tài)位適宜性評價及分區(qū)方法

3.1 生態(tài)位適宜性評價模型構(gòu)建

富硒土壤資源開發(fā)利用受到資源稟賦、生態(tài)保護、環(huán)境質(zhì)量等多維生態(tài)因子的綜合制約,當評價單元內(nèi)土壤資源現(xiàn)實條件與富硒土壤資源開發(fā)利用需求達到高度匹配時,設定該評價單元的生態(tài)位適宜度為1；當評價單元內(nèi)土壤資源現(xiàn)實條件完全不滿足富硒土壤資源開發(fā)利用需求時,設定該評價單元的生態(tài)位適宜度為0。從富硒土壤開發(fā)利用生態(tài)位角度考慮,主要有主導因素、區(qū)位因素、限制因素三種生態(tài)元,利用GIS技術,以最小圖斑或劃定網(wǎng)格確定最小單元,通過對評價因子的理想生態(tài)位和現(xiàn)實生態(tài)位比較分析,可以計算單因子生態(tài)位適宜性指數(shù)、生態(tài)位適宜性綜合指數(shù),指數(shù)為區(qū)間值[0,1],來定量分析富硒土壤資源的開發(fā)利用適宜性[32-33,41]。

3.1.1單因子生態(tài)位適宜性分析

主要結(jié)合富硒土壤資源開發(fā)利用的主導因素、區(qū)位因素、限制因素3種類型的評價因子進行,包含正向因子和負向因子。通過比較分析每個因子的理想生態(tài)位和現(xiàn)實生態(tài)位,以確定該評價因子的生態(tài)位適宜性。

(1)主導因子：也是關鍵因子、決定因素,必須滿足其最低要求,而且越豐富越有利于富硒土壤資源開發(fā)利用,屬于正向因子。針對富硒土壤資源開發(fā)利用,主導因子就是土壤中的硒含量,這是發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)的根本前提。一般情況,含量越高,越有利于富硒土壤資源開發(fā)利用,發(fā)展天然富硒農(nóng)業(yè)。評價單元的生態(tài)位適宜性可以用公式表示如下：

(2)

式中,Ni為評價因子i的生態(tài)位適宜度(i∈[1,n]),Xi為評價因子i的現(xiàn)實生態(tài)位,Diopt為富硒土壤資源評價因子i的最適生態(tài)位,Dimin為評價因子i的生態(tài)位的最小值?？紤]到土壤含硒情況一般分為：高富硒土壤(Se≥3.0 mg/kg)、富硒土壤(Se≥0.4 mg/kg)、潛在富硒土壤(0.4 mg/kg>Se≥0.3 mg/kg)、足硒土壤(0.3 mg/kg>Se≥0.175 mg/kg)、潛在硒不足土壤(0.175 mg/kg>Se≥0.125 mg/kg)、缺硒土壤(Se<0.125 mg/kg)?？梢钥紤]確定,Dimin為土壤含硒0.125 mg/kg,Diopt為土壤含硒0.4 mg/kg。

(2)區(qū)位因子：主要指區(qū)域富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展涉及到的自然、經(jīng)濟和社會因素條件,是富硒土壤開發(fā)利用的基礎支撐。這些支撐條件可以是一個適宜的區(qū)間,支撐條件過高或過低都不利于富硒土壤資源開發(fā)利用。如：區(qū)域降水條件、地形坡度、地表高程、土壤肥力、人口密度、科技水平等,可以選擇區(qū)域最典型區(qū)位因子評價。評價單元的生態(tài)位適宜性可以用公式表示如下：

(3)

式中,Ni為評價因子i的生態(tài)位適宜度(i∈[1,n]),Xi為評價因子i的現(xiàn)實生態(tài)位,Diopt為富硒土壤資源評價因子i的最適生態(tài)位,Dimin為評價因子i的生態(tài)位的最小值,Dimax為評價因子i的生態(tài)位的最大值。

(3)限制因子：指區(qū)域富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要滿足的主要條件或關鍵指標,包括自然限制因子和人為限制因子,否則就不可能實現(xiàn)科學合理適宜地開發(fā)利用富硒土壤。限制因子為負向因子,其現(xiàn)實生態(tài)位值越小越有利于富硒土壤資源開發(fā)利用。如：環(huán)境污染狀況、災害發(fā)生頻率、人為干擾活動等,可以選擇區(qū)域主導限制因子評價。評價單元的生態(tài)位適宜性可以用公式表示如下：

(4)

式中,Ni為評價因子i的生態(tài)位適宜度(i∈[1,n]),Xi為評價因子i的現(xiàn)實生態(tài)位,Diopt為富硒土壤資源評價因子i的最適生態(tài)位,Dimin為評價因子i的生態(tài)位的最小值,Dimax為評價因子i的生態(tài)位的最大值。

通過確定主導因素、區(qū)位因素、限制因素3種類型的評價因子各自的理想生態(tài)位和最適生態(tài)位區(qū)間,結(jié)合以上公式,與各評價單元現(xiàn)實生態(tài)位進行比較分析,進行適宜性等級劃分(高適宜、中適宜、低適宜、不適宜),在GIS支持下最終確定各評價因子生態(tài)位適宜性空間分布特性。

3.1.2生態(tài)位適宜性綜合分析

富硒土壤開發(fā)利用生態(tài)位是自然因素和人為因素確定的多維超體積生態(tài)位空間,評價單元的適宜度是主導因素、區(qū)位因素、限制因素等3個維度生態(tài)位適宜性綜合作用的結(jié)果。根據(jù)評價單元劃分的不同、評價目標需求的不同,以及評價因子生態(tài)位適宜性對評價單元整體生態(tài)位適宜性的影響程度,可通過Shefold限制性定律、因子生態(tài)位適宜性加權(quán)求和綜合分析法相結(jié)合,計算分析評價區(qū)域各單元生態(tài)位適宜性綜合指數(shù),在GIS支持下最終確定評價區(qū)域生態(tài)位綜合適宜性空間分布特性。

(1)基于Shefold限制性定律綜合指數(shù)分析：Shefold限制性定律規(guī)定任何一個生態(tài)因子在數(shù)量上或質(zhì)量上的不足,就會導致該生物的衰退或不能生存[41]。因此,富硒土壤資源開發(fā)利用生態(tài)位適宜性是多維多元因素共同作用的結(jié)果,多維或多元因子生態(tài)位適宜性綜合指數(shù)模型為：

(5)

式中,N為富硒土壤資源開發(fā)利用多維或多元因子生態(tài)位適宜性綜合指數(shù),Ni為評價維度i或評價因子i的生態(tài)位適宜度(i∈[1,n]),n為富硒土壤資源利用所考慮的生態(tài)位維數(shù)或評價因子個數(shù)。

(2)生態(tài)位適宜性加權(quán)求和綜合分析法：基于富硒土壤資源開發(fā)利用受到多種因素影響,其生態(tài)位適宜性是多維或多元因子共同作用的結(jié)果,則不同生態(tài)維度、不同生態(tài)因子對生態(tài)位適宜性的作用各有不同,通過確定不同維度的生態(tài)位適宜性及其對整個評價單元的生態(tài)位適宜性的影響程度,進行生態(tài)位適宜度加權(quán)求和便可計算出評價單元的生態(tài)位適宜性綜合指數(shù),進一步確定評價單元的生態(tài)位適宜性等級,及其評價區(qū)域生態(tài)適宜性等級分布狀況。計算公式如下：

(6)

式中,S為評價單元生態(tài)位適宜性加權(quán)求和綜合指數(shù),Ni為第i個維度的生態(tài)位適宜性綜合指數(shù),Wi為第i個維度的生態(tài)位適宜性對整個單元生態(tài)位適宜性的影響權(quán)重,n為富硒土壤資源利用所考慮的生態(tài)位維數(shù)。根據(jù)前文分析,此處n為3,即包含主導因素、區(qū)位因素、限制因素3個生態(tài)維度。

通過以上綜合分析,可以確定評價單元生態(tài)位適宜性綜合等級(高適宜、中適宜、低適宜、不適宜),在GIS支持下,根據(jù)自然斷點法、聚類分析法進一步將適宜性評價結(jié)果分為四個等級：高適宜區(qū)、中適宜區(qū)、低適宜區(qū)和不適宜區(qū)。

3.2 生態(tài)位適宜性評價指標體系構(gòu)建

一般情況下,適宜性評價指標選取遵循科學性、主導性、差異性、綜合性、可操作性和數(shù)據(jù)可獲取性等原則[26],根據(jù)不同的評價目標與不同的空間尺度,評價指標的選取和評價指標體系的構(gòu)建的側(cè)重有所不同。要避免評價指標選取越多越好、評價指標體系越復雜越好的誤區(qū),應該以選用最少的評價因子,科學客觀區(qū)分出評價區(qū)域內(nèi)各評價單元生態(tài)適宜性等級為上。針對富硒土壤資源開發(fā)利用生態(tài)位適宜性評價,關鍵就是為富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展提供基礎條件支撐,相關因子的選取及其因子最適生態(tài)位的確定,皆以能夠滿足富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求為根本前提。

3.2.1評價指標選取與體系構(gòu)建

從富硒土壤資源開發(fā)利用以發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度來看,最關鍵的是明確土壤利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主導因素、區(qū)位因素、限制因素,以及相關因子生態(tài)位適宜度。簡單講：主導因素就是有沒有富硒土壤,其資源稟賦情況如何；區(qū)位因素就是針對富硒土壤開發(fā)利用有什么樣的自然與人文支撐條件,能否滿足富硒農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求；限制因素就是針對富硒土壤開發(fā)利用有什么制約因素,制約程度、剛性如何。基于以上分析,根據(jù)多維超體積生態(tài)理論,富硒土壤資源開發(fā)利用生態(tài)位適宜性評價可從主導因素、區(qū)位因素、限制因素3個維度考慮評價因子的選擇：

(1)主導因子：土壤硒含量?？山Y(jié)合富硒、潛在富硒、足硒、潛在硒不足、缺硒等5個等級,分析富硒土壤資源利用的基礎條件,比較分析土壤資源的現(xiàn)實生態(tài)位和最適生態(tài)位。

(2)區(qū)位因子：包括自然、經(jīng)濟、社會等條件因素。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度考慮,最關鍵的是光熱條件、土壤肥力、灌溉條件、地形坡度、人均耕地等。由于研究區(qū)域空間尺度的不同,選取的因子可以進一步聚焦,突出關鍵區(qū)位因素。從大尺度講,光照條件、水文條件、人均耕地等是關鍵因子；從小尺度講,土壤肥力、灌溉條件、地形坡度等是關鍵因子。

(3)限制因子：包括自然和人為干擾因子,對富硒土壤資源利用形成約束效應。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度考慮,土地利用類型、農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)保護建設、農(nóng)業(yè)災害隱患等,都對富硒土壤資源利用形成制約。土地利用類型首先要保證是農(nóng)業(yè)用地,最好是耕地,其它類型的土地難以開發(fā)利用；農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量考慮的是土壤利用不能受到有機污染或無機污染,特別是重金屬、農(nóng)藥、污水等有害有毒物質(zhì)污染；生態(tài)保護建設主要考慮土壤資源開發(fā)利用不要破壞生態(tài)保護地,特別是不能破壞生態(tài)紅線；農(nóng)業(yè)災害隱患包括旱澇災害、農(nóng)業(yè)病蟲害,及土地流失、土壤退化等生態(tài)災害等,直接影響到土壤利用效率。限制因子選擇同樣受到研究尺度的影響,要充分考慮選取因子與研究尺度的匹配性。

綜上分析,考慮到富硒土壤資源開發(fā)利用和富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展主要在縣域以內(nèi)的中小尺度上進行,從富硒土壤開發(fā)利用的自身條件、土地利用和生態(tài)保護3方面綜合考慮,結(jié)合主導因素、區(qū)位因素、限制因素可以選擇土壤硒含量、土壤肥力、地形坡度、土地利用類型(基本農(nóng)田保護)、農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)保護建設(生態(tài)紅線)等6個關鍵因子,構(gòu)建富硒土壤資源開發(fā)利用生態(tài)位適宜性評價指標體系。

3.2.2評價因子最適生態(tài)位確定與適宜性等級劃分

根據(jù)前文分析,富硒土壤資源開發(fā)利用生態(tài)位綜合適宜性取決于每個評價因子的現(xiàn)實生態(tài)位。每個評價因子都有最適生態(tài)位值,設定生態(tài)位適宜性指數(shù)是[0,1]之間。當評價因子為正向因子時,其指標值越大則生態(tài)位值越大,相對而言富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性越強；當評價因子為負向因子時,其指標值越小則生態(tài)位值越大,相對而言富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性越強。一般情況下,針對中小尺度的研究區(qū)域,參考前文構(gòu)建的指標體系,可選擇土壤硒含量、土壤有機質(zhì)含量、地形坡度、土地利用類型、土地綜合污染指數(shù)、生態(tài)保護建設等6個關鍵因子,各因子生態(tài)位最適生態(tài)位與現(xiàn)實生態(tài)位適宜性等級劃分見表3。

3.3 生態(tài)位適宜性利用分區(qū)

富硒土壤資源利用分區(qū)以地域分異規(guī)律為理論基礎,以利用功能適宜性為根本要求,以堅持土壤利用改良措施相對一致性、利用方向和途徑相對一致性、社會經(jīng)濟條件相對一致性為基本原則,以實現(xiàn)土地利用安全、生態(tài)適宜、產(chǎn)出高效為目標,是調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局、促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的關鍵手段。結(jié)合生態(tài)位適應性評價結(jié)果,可以從“土壤利用改良”“土地利用功能”“富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)”討論富硒土壤資源開發(fā)利用分區(qū)問題。

3.3.1土壤利用改良分區(qū)

開展富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價,目的是能夠?qū)崿F(xiàn)富硒土壤的科學合理適宜高效的開發(fā)利用。明確各單元評價因子現(xiàn)實生態(tài)位和最適生態(tài)位的差異,特別是針對其中關鍵性障礙因素提出改良對策,是提高生態(tài)位適宜性評價現(xiàn)實意義,促進富硒土壤資源合理高效利用的關鍵舉措?？梢酝ㄟ^引入障礙度診斷模型,來識別并定量分析區(qū)域富硒土壤資源的主導障礙因子[29,42-43],為土壤利用改良明確方向和目標。診斷模型為：

C=min{Ni,Ni,…,N6}

(7)

式中,C為評價單元的障礙因子,為第i個評價因子的生態(tài)位適宜性指數(shù)值,Ni最小的作為該評價單元的障礙因子。

表3 富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價指標體系及最適生態(tài)位值

通過結(jié)合土地利用功能分區(qū)、富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)分區(qū)或研究區(qū)域下轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)村界線,對以上相關區(qū)域內(nèi)各評價單元的障礙因子進行排序,取最小的3個作為該分區(qū)的主導障礙因子,得出影響該分區(qū)富硒土壤資源開發(fā)利用的主要障礙因素。在制定相關富硒土壤利用方案時,注意采取措施減輕或消除這些障礙因素,提高富硒土壤利用的安全性和有效性。

3.3.2土壤利用功能分區(qū)

土地利用分區(qū)以地域分異規(guī)律理論為指導,根據(jù)土地利用條件、利用方式、利用方向、開發(fā)潛力和管理措施的相似性和差異性,將研究區(qū)內(nèi)土地劃分為不同的利用區(qū)域,為優(yōu)化利用結(jié)構(gòu)、集約高效利用、實現(xiàn)有效管控、促進區(qū)域協(xié)調(diào)等提供科學依據(jù)。富硒土壤資源開發(fā)利用要服從土地利用規(guī)劃、土地用途管理和土地利用功能分區(qū),同時,土地利用功能分區(qū)要立足于土地利用現(xiàn)狀、土壤資源稟賦,實現(xiàn)土壤資源的科學合理、適宜高效的開發(fā)利用。

區(qū)域尺度土壤利用功能分區(qū),就是在GIS支持下,結(jié)合區(qū)域富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價結(jié)果、不同區(qū)位富硒土壤資源利用生態(tài)位特征,以及區(qū)域內(nèi)富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局,明確不同區(qū)位的利用現(xiàn)狀、功能定位、發(fā)展方位、發(fā)展?jié)摿Φ?堅持“宜農(nóng)則農(nóng)”“宜林則林”“宜牧則牧”的原則,將富硒土壤區(qū)劃分為若干個功能區(qū),如：城鎮(zhèn)建設區(qū)、農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)、林業(yè)主產(chǎn)區(qū)、牧業(yè)主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)屏障區(qū)等,以便有針對性地制定利用與管理對策,實行差別化、適應性管理,提高富硒土壤的現(xiàn)實使用價值。

3.3.3富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)分區(qū)

實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)興旺,關鍵是找準和培養(yǎng)自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展特色和優(yōu)勢,才能走上一條興農(nóng)富民的發(fā)展道路。在“健康中國”背景下,普及健康生活、建設健康環(huán)境、發(fā)展健康產(chǎn)業(yè),加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式,拓展農(nóng)業(yè)多種功能,實施食品安全戰(zhàn)略,具有廣闊的發(fā)展空間。目前,湖北恩施、江西豐城、陜西安康、青海平安等地已經(jīng)走在了富硒土壤資源開發(fā)利用的前列,全國大有星火燎原之勢。大力開發(fā)富硒土壤資源,推動“富硒+生態(tài)+大健康”產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,是助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、健康中國戰(zhàn)略的有效途徑。

鑒于當前大部分地區(qū)富硒土壤資源開發(fā)不足,各地有必要加強富硒土壤資源、富硒農(nóng)產(chǎn)品的調(diào)查,使富硒土壤資源開發(fā)利用與富硒農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)布局密切匹配。重點是立足富硒資源稟賦和區(qū)位優(yōu)勢,結(jié)合富硒土壤資源開發(fā)利用生態(tài)位適宜性評價,加快明晰富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向、重點和空間布局,合理定位富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展功能分區(qū),明確核心區(qū)、示范區(qū)、拓展區(qū)、輻射區(qū),加快富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃工作；結(jié)合區(qū)域富硒農(nóng)產(chǎn)品特色,明確“富硒水稻、富硒油茶、富硒茶葉、富硒中藥材、富硒水果、富硒蔬菜、富硒畜禽養(yǎng)殖”等各類富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),加快農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級。堅持天然、有機的富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展理念,走“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)+富硒產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展道路,促進“富硒+”功能農(nóng)業(yè)、精深加工、休閑旅游、健康養(yǎng)生、現(xiàn)代物流等綜合發(fā)展,實現(xiàn)“一業(yè)為主,多元發(fā)展”、“一主多輔,三產(chǎn)融合”,走上一條“天然安全、綠色生態(tài)、功能多樣、優(yōu)質(zhì)高效、富民持久”的富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路。

4 結(jié)論與討論

本研究將生態(tài)位理論及相關評價模型方法引入富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價研究中：(1)通過定性分析與定量分析相結(jié)合、富硒土壤資源利用與富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合,豐富了富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價的研究方法,促進了富硒土壤資源開發(fā)利用理論與現(xiàn)代生態(tài)學理論的交叉融合,增強了富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價的綜合性和科學性,提高了區(qū)域富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向性和目標性,為因地制宜地進行富硒土壤資源開發(fā)利用提供了系統(tǒng)性理論依據(jù)與研究思路,對于加快把富硒資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為資本優(yōu)勢具有重要的指導意義。(2)在多維超體積生態(tài)位理論的基礎上,從土壤自身條件、土地利用和生態(tài)保護3個方面明確富硒土壤資源開發(fā)利用的主導因素、區(qū)位因素、限制因素,選擇土壤硒含量、土壤有機質(zhì)含量、地形坡度、土地利用類型、土地綜合污染指數(shù)、生態(tài)保護建設等6個關鍵因子,構(gòu)建富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性評價體系；以最適生態(tài)位作為富硒土壤資源開發(fā)利用的適宜性評價標準,確定評價因子各級生態(tài)位分值,根據(jù)評價單元生態(tài)位適宜性綜合指數(shù)采取自然斷點法劃定生態(tài)位適宜性等級,并通過聚類分析法進行生態(tài)位利用分區(qū)；結(jié)合土壤利用改良分區(qū)、土壤利用功能分區(qū)、富硒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分區(qū),探討了區(qū)域富硒土壤資源開發(fā)利用適宜性分區(qū)目標與方向問題,對于促進區(qū)域富硒土壤資源科學合理利用具有重要的現(xiàn)實意義。

隨著科學技術的不斷進步及學科交叉研究的不斷深入,生態(tài)位理論及模型方法得到了越來越廣泛的利用。將富硒土壤資源開發(fā)利用比作一種生物行為,通過定性定量相結(jié)合討論富硒土壤資源利用生態(tài)位適宜性問題,是對適宜性評價方法的新嘗試,具有非常積極的一面,但也存在一些需要進一步探討的問題：(1)生態(tài)位理論和模型方法本來就非常靈活,受到自然、經(jīng)濟、社會等多種因素的綜合影響,如何構(gòu)建科學有效的生態(tài)位適宜性評價指標體系,合理確定各評價因子最適生態(tài)位,完成生態(tài)位適宜性指數(shù)計算分析,需要做進一步的深入探索。(2)因研究區(qū)域大小尺度的不同,評價因子的選擇及其生態(tài)位適宜性等級劃分、各評價因子生態(tài)位理想值和最適生態(tài)位、各評價因子生態(tài)位對整個評價單元生態(tài)位適宜性的貢獻率權(quán)重等也有所不同,如何把握好研究尺度與評價因子生態(tài)位適宜性的匹配問題,需要做進一步的深入研究。