楊海娟， 孫來玎， 周美君， 李 飛,2

（1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127；2.陜西省地表過程與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710127）

糧食生產(chǎn)空間（耕地）、城鄉(xiāng)發(fā)展空間（建設(shè)用地）和生態(tài)服務(wù)空間（林草地、水域及未利用地）是從功能利用的角度對(duì)土地利用的再認(rèn)知［1-2］。糧食生產(chǎn)與糧食安全自古以來都是關(guān)乎國計(jì)民生的大計(jì)，改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與人口的急劇增加，我國糧食生產(chǎn)空間變化顯著：由于城市化不斷以密集的城市擴(kuò)張和耕地流失為特征持續(xù)推進(jìn)［3］，全國建設(shè)用地占用耕地的年均速率已由1990—2000年的每年約13.3×104hm2，激增到2000—2010 年的每年20.0×104hm2以上［4］；同時(shí)，退耕還林還草等生態(tài)修復(fù)工程導(dǎo)致耕地向林草地轉(zhuǎn)換，相關(guān)研究表明，2000 年以來，全國生態(tài)工程建設(shè)占用耕地的面積僅次于建設(shè)用地［5］；城市化和生態(tài)修復(fù)導(dǎo)致的耕地流失直接對(duì)糧食安全產(chǎn)生威脅，為保障糧食安全，部分生態(tài)服務(wù)功能較強(qiáng)的林草地又被開墾以補(bǔ)充耕地［6］，城鄉(xiāng)發(fā)展空間與生態(tài)服務(wù)空間之間的直接沖突較少，二者更多的是通過糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)發(fā)生間接轉(zhuǎn)換［7］，由此看來，我國糧食生產(chǎn)空間在不同利益主體對(duì)土地系統(tǒng)功能的主觀權(quán)衡下，不斷通過城市擴(kuò)張、退耕還林還草、毀林墾草等方式，發(fā)生數(shù)量、質(zhì)量和格局上的重構(gòu)［8-10］，在此過程中，水資源短缺、水土流失等生態(tài)問題日益凸顯，深刻影響著居民的生計(jì)和福祉［11-12］。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)所形成與維持的人類賴以生存的自然條件與效用［13］，不同服務(wù)間此消彼長的相互關(guān)系稱為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡［14］，明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡有利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理決策，從而提升人類福祉［15］。目前，大部分學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的研究主要側(cè)重于森林管理、退耕還林還草、城市擴(kuò)張等某一單一的過程［16-18］，而對(duì)糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)（退耕還林還草、城市擴(kuò)張、毀林墾草）這一綜合過程中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)注并不高，糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)聚焦于糧食生產(chǎn)空間與城鄉(xiāng)發(fā)展空間、生態(tài)服務(wù)空間交互作用強(qiáng)烈的區(qū)域，探究糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡變化更能直觀地反映出不同人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其權(quán)衡的影響，明確糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的效應(yīng)和機(jī)理，為土地資源的合理規(guī)劃提供更有力的理論支撐。

2000—2018年，榆林市作為退耕還林還草工程實(shí)施的重點(diǎn)區(qū)域，工程部署面積與力度超過黃土高原平均水平［19］，糧食生產(chǎn)空間不斷轉(zhuǎn)換為生態(tài)服務(wù)空間；同時(shí)，隨著能源產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，榆林市經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城鄉(xiāng)發(fā)展空間隨之持續(xù)擴(kuò)張；另一方面，為了保障糧食安全，榆林市部分林草地被開墾補(bǔ)充耕地，糧食生產(chǎn)空間得以補(bǔ)充，在此過程中，榆林市糧食生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾愈發(fā)突出，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡深受影響。因此，本文選擇榆林市作為研究區(qū)域，采用全球農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃模型（GAEZ 模型）、InVEST 產(chǎn)水量模塊、CASA 模型、修正通用土壤流失方程模型（RUSLE模型）和GIS空間制圖等方法對(duì)榆林市2000—2018 年糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中的固碳、食物供給、土壤保持和產(chǎn)水服務(wù)的時(shí)空變化格局進(jìn)行評(píng)估，并運(yùn)用及均方根偏差（RMSD）法，對(duì)其糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行集成分析，為促進(jìn)生態(tài)環(huán)境與人類社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

榆林市位于陜西省最北端，黃土高原中心腹地（36°57′～39°34′N，107°28′～115°11′E），總 面 積43578 km2，地貌以長城為界，北部為風(fēng)沙草灘區(qū)，南部為黃土丘陵溝壑區(qū)，海拔高度589～1895 m（圖1）。氣候類型為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫變化范圍為8.5～11.0 ℃，多年平均降水量變化范圍為350～550 mm，6—9 月的降水量占全年降水量的75%以上。土壤以風(fēng)沙土、黃土為主，極易受到侵蝕［20］。土地利用以坡耕地、梯田、草地和林地為主，糧食作物以玉米、大豆為主，2000—2018年，榆林市種植業(yè)生產(chǎn)總值由79.31×108元提升至3848.62×108元。早期，由于地表結(jié)構(gòu)疏松、植物群落結(jié)構(gòu)簡單、降水分布集中和不合理的人類活動(dòng)等原因?qū)е掠芰质兴亮魇?yán)重、生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞［21］；隨著退耕還林還草等生態(tài)工程的實(shí)施及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)明顯，相應(yīng)地，各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也發(fā)生了變化。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究包含數(shù)據(jù)主要包含以下5 類：（1）榆林市2000 年和2018 年的土地利用/覆被數(shù)據(jù)，來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心發(fā)布的陜西省1:100000 比例尺土地利用數(shù)據(jù)（http://www.resdc.cn），土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6 個(gè)一級(jí)類型以及25 個(gè)二級(jí)類型。（2）數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，來源于地理國情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)（http://www.dsac.cn），分辨率為30 m。（3）氣象數(shù)據(jù)包括2000—2018 年的降水量、氣溫、輻射等逐日逐月數(shù)據(jù)，來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http://cdc.cma.gov.cn）。（4）土壤數(shù)據(jù)包括沙粒、粉粒、粘粒等來源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心《基于世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD）的中國土壤數(shù)據(jù)集（v1.1）》（http://westdc.westgis.ac.cn），分辨率為1 km。（5）采用最大值合成法合成歸一化植被指數(shù)（NDVI）年值，其中，NDVI月值數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)勘探局（https://earthexplorer.usgs.gov/）的MODIS系列產(chǎn)品，分辨率為250 m。最后，利用ArcGIS 10.2 將所有空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一投影至Albers投影坐標(biāo)系，并處理成1 km的柵格進(jìn)行分析。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量化及權(quán)衡方法

本文在量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)，采用2000—2018年19 a 的氣候數(shù)據(jù)平均值來計(jì)算各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，目的是消除氣候波動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，從而更有效地評(píng)價(jià)糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其權(quán)衡的作用。具體計(jì)算過程如下:

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量化模型

（1）食物供給。本文選取GAEZ 模型對(duì)區(qū)域食物供給能力進(jìn)行評(píng)估，GAEZ模型先是根據(jù)降水、氣溫等氣候條件來評(píng)價(jià)作物的氣候適宜性，最后采用逐步限制法計(jì)算作物的生產(chǎn)潛力。GAEZ模型包含雨養(yǎng)和灌溉兩種模擬情景，雨養(yǎng)條件下，僅考慮降水對(duì)作物產(chǎn)量的影響，而灌溉條件下則假設(shè)水分充足，通過集成雨養(yǎng)和灌溉兩種條件下的糧食生產(chǎn)總潛力，再結(jié)合當(dāng)年區(qū)域內(nèi)的耕地比例計(jì)算區(qū)域?qū)嶋H的糧食生產(chǎn)潛力［22-23］，具體計(jì)算公式如下:

式中：yieldactual為像元的糧食生產(chǎn)潛力（kg·hm-2·a-1）；lu% 為像元內(nèi)的耕地比例；yieldtotal、yieldrain-fed、yieldirrigated分別為糧食生產(chǎn)總潛力、雨養(yǎng)條件下的糧食生產(chǎn)潛力以及灌溉條件下的糧食生產(chǎn)潛力（kg·hm-2·a-1）；i為有效灌溉面積與耕地總面積的比率，即灌溉率（%）。有效灌溉面積數(shù)據(jù)來源于陜西省統(tǒng)計(jì)局榆林市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

（2）產(chǎn)水服務(wù)。產(chǎn)水服務(wù)采用InVEST 模型中產(chǎn)水模塊進(jìn)行評(píng)估［24-26］。

（3）固碳服務(wù)。固碳選取植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）對(duì)區(qū)域地上植被的固碳能力進(jìn)行定量評(píng)估［27-29］，采用改進(jìn)的CASA模型進(jìn)行估算。

（4）土壤保持。土壤保持量的計(jì)算采用廣為使用的RUSLE模型估算［30-32］。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡量化方法 均方根偏差（RMSD）法可以量化單個(gè)生態(tài)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)差與平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)差之間的平均差異，描述離平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)差的分散幅度，是量化任意2個(gè)或2個(gè)以上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡度的一種簡單而有效的方式［33-35］，具體公式如下:

式中：ESstd為歸一化處理后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；ESi為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；ESmax、ESmin分別為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最大值和最小值；RMSD 為均方根偏差；n為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量；——ESstd為歸一化處理后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的平均值。RMSD越大，權(quán)衡度越大。

3 結(jié)果與分析

3.1 糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的時(shí)空特征

為清晰表達(dá)2000—2018 年榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)特征，本文利用ArcGIS 10.2對(duì)兩期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，并提取退耕還林還草（耕地→林草地）、毀林墾草（林草地→耕地）、城市擴(kuò)張（耕地→建設(shè)用地）及其他（耕地→水域；建設(shè)用地、水域→耕地）圖斑形成糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)路徑示意圖（圖2）。結(jié)果顯示，2000—2018年，由于退耕還林還草的實(shí)施，榆林市共有1462.17 km2耕地轉(zhuǎn)換為林草地，占糧食生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)出面積的61.30%；同時(shí)，在城鎮(zhèn)化的推進(jìn)下，共有239.56 km2耕地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地，占糧食生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)出面積的10.04%；為了保護(hù)耕地、保障糧食安全，榆林市開墾683.54 km2林草地以補(bǔ)充耕地，占到新增糧食生產(chǎn)空間的75.48%，榆林市退耕還林還草面積分別為城市擴(kuò)張和毀林墾草的6.10和2.14倍。

圖2 2000—2018年榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)格局Fig.2 Pattern of grain production space reconstruction in Yulin City from 2000 to 2018

從空間分布上看，2000—2018 年，榆林市退耕還林還草生態(tài)工程建設(shè)區(qū)廣泛分布于市域中部及東部黃河沿岸；毀林墾草區(qū)主要集中在市域西南角的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植區(qū)，并且逐漸由西南角向東北一帶擴(kuò)張；城市擴(kuò)張區(qū)則呈零星分布，無明顯的大面積擴(kuò)張。由此看來，退耕還林還草是導(dǎo)致榆林市糧食生產(chǎn)空間在數(shù)量和格局發(fā)生重構(gòu)的最主要路徑。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化特征

分析結(jié)果表明，在氣候條件不發(fā)生變化的背景下，2000—2018 年，榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)使得固碳及土壤保持兩項(xiàng)服務(wù)有所提升，而對(duì)食物供給和產(chǎn)水服務(wù)產(chǎn)生了負(fù)面效應(yīng)。從具體數(shù)值來看（表1），2000 年，糧食生產(chǎn)重構(gòu)區(qū)域固碳服務(wù)平均為314.50 g C·m-2·a-1，至2018年提升為318.11 g C·m-2·a-1；相應(yīng)的，土壤保持能力提升是2000 年的1.09倍。另一方面，榆林市糧食生產(chǎn)重構(gòu)區(qū)的食物供給與產(chǎn)水兩項(xiàng)服務(wù)小幅下降，2000年重構(gòu)區(qū)食物供給能力為1088.77 kg·hm-2·a-1，2018 年下降至1002.10 kg·hm-2·a-1，而2018 年的產(chǎn)水能力相比于2000 年，減少量僅為0.22 mm·a-1。

通過對(duì)比分析榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的3種主要路徑所導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化量可知，在不同的重構(gòu)路徑中，各項(xiàng)服務(wù)的變化規(guī)律各不相同（表1）。其中，退耕還林還草工程實(shí)施后，對(duì)應(yīng)區(qū)域的固碳、土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)均有所提升；而退耕后，食物供給服務(wù)下降最為顯著，2018 年對(duì)應(yīng)區(qū)域食物供給服務(wù)僅為2000年的64%，主要是由于林草地提供生態(tài)調(diào)節(jié)型服務(wù)的能力大于耕地，而其提供食物的能力則遠(yuǎn)小于耕地。

表1 榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化情況Tab.1 Value change of ecosystem services during the grain production space reconstruction in Yulin City

城市擴(kuò)張后，固碳、土壤保持與食物供給服務(wù)均有所下降，食物供給服務(wù)下降最為顯著，說明城市擴(kuò)張不僅減弱了生態(tài)調(diào)節(jié)型服務(wù)的能力，而且對(duì)食物供給也產(chǎn)生了負(fù)面影響；而在城市擴(kuò)張后，產(chǎn)水能力顯著提升，這主要是由于建設(shè)用地下墊面透水性較差減少了水量下滲［26］，導(dǎo)致產(chǎn)水量增高。毀林墾草后，食物供給服務(wù)顯著提升，但固碳與土壤保持服務(wù)均處于下降水平，說明以毀林墾草的方式開墾耕地雖然保障了糧食生產(chǎn)，但不利于維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

從空間分布上看（圖3），2000—2018年，東部黃河沿岸的退耕還林還草區(qū)域固碳服務(wù)顯著增加，食物供給下降明顯，產(chǎn)水與土壤保持服務(wù)變化不明顯；西南角毀林墾草區(qū)食物供給服務(wù)有所提升，其他服務(wù)均處于下降狀態(tài)；2000 年，榆林市糧食生產(chǎn)重構(gòu)區(qū)產(chǎn)水高值區(qū)廣布，至2018 年，除城市擴(kuò)張區(qū)外，其他重構(gòu)區(qū)域產(chǎn)水能力均有所下降，其中，西南部毀林墾草區(qū)下降最為明顯。

圖3 榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化格局Fig.3 Spatial patterns of ecosystem services during the grain production space reconstruction in Yulin City

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡變化特征

根據(jù)各服務(wù)對(duì)之間的RMSD 計(jì)算結(jié)果可知（圖4），2000—2018 年，榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的過程中，固碳與土壤保持、食物供給與產(chǎn)水服務(wù)之間的權(quán)衡度有所下降，其他服務(wù)對(duì)之間的權(quán)衡度均有所增加，其中，食物供給與土壤保持之間的權(quán)衡度增量最大，為0.101，其次是固碳與食物供給，為0.088；而食物供給與產(chǎn)水服務(wù)之間權(quán)衡度下降最為明顯。

圖4 榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)的RMSD變化Fig.4 Value change of RMSD between ecosystem services during the grain production space reconstruction in Yulin City

具體到不同的重構(gòu)路徑中，不同服務(wù)對(duì)之間的權(quán)衡關(guān)系呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。其中，退耕還林還草使得區(qū)域固碳與食物供給、食物供給與土壤保持、土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)之間的權(quán)衡度增加，固碳與食物供給之間的權(quán)衡度增量最大，為0.318；固碳與土壤保持、食物供給與產(chǎn)水服務(wù)、固碳與產(chǎn)水服務(wù)之間的權(quán)衡度下降。城市擴(kuò)張后，固碳與食物供給、固碳與土壤保持之間的權(quán)衡度增強(qiáng)，其他服務(wù)之間的權(quán)衡度均有所下降，其中，固碳與食物供給之間的權(quán)衡度增量最大，為0.130；固碳與產(chǎn)水服務(wù)之間的權(quán)衡度下降最為明顯，為-0.255。毀林墾草后，固碳與土壤保持、固碳與產(chǎn)水服務(wù)、食物供給與產(chǎn)水服務(wù)之間權(quán)衡度有所增加，固碳與食物供給、食物供給與土壤保持、土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)之間的權(quán)衡度均有所減少。

綜上所述，2000—2018 年，榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)所導(dǎo)致的服務(wù)間權(quán)衡的變化與具體到每一種重構(gòu)路徑所導(dǎo)致的變化存在差異，通過RMSD 制圖可進(jìn)一步有效分析各服務(wù)間權(quán)衡差異存在的原因。

在榆林市糧食生產(chǎn)重構(gòu)過程中，固碳與其他服務(wù)的權(quán)衡關(guān)系中，其相對(duì)收益始終處于優(yōu)勢(shì)方，雖然毀林墾草與城市擴(kuò)張?zhí)岣吡耸澄锕┙o與產(chǎn)水服務(wù)的收益，減小了二者與固碳服務(wù)的權(quán)衡，但并沒有使服務(wù)收益方發(fā)生變化（圖5）；同時(shí)，相比于固碳與食物供給、產(chǎn)水服務(wù)，固碳與土壤保持的權(quán)衡關(guān)系在糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中最穩(wěn)定，且趨于零權(quán)衡。

圖5 糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡變化示意圖Fig.5 Changes of the tradeoff between ecosystem services during the grain production space reconstruction

退耕還林還草與毀林墾草對(duì)固碳與土壤保持、食物供給之間的權(quán)衡變化影響最為顯著，原因是退耕還林還草大幅減小了前者相對(duì)收益間的差異，使得二者趨于平衡與穩(wěn)定，但擴(kuò)大了后者之間的差異，從而導(dǎo)致前者權(quán)衡減弱，后者增強(qiáng)；而毀林墾草作為退耕還林還草的逆過程，其對(duì)上述服務(wù)間權(quán)衡關(guān)系的作用與退耕還林還草恰恰相反。此外，在退耕還林還草的作用下，食物供給與土壤保持之間的服務(wù)收益方由食物供給轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥辣３郑瑲Я謮ú輰?duì)二者間權(quán)衡的作用結(jié)果也與退耕還林還草相反。

城市擴(kuò)張?jiān)诋a(chǎn)水與其他服務(wù)的權(quán)衡關(guān)系中的作用最為明顯。其中，城市擴(kuò)張減小了固碳與產(chǎn)水服務(wù)之間的收益差異，使得權(quán)衡降低；同時(shí)，土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)的權(quán)衡變化也說明僅在城市擴(kuò)張后，服務(wù)收益方發(fā)生顯著變化。

綜上所述，退耕還林還草、毀林墾草使得固碳與土壤保持、食物供給，食物供給與土壤保持之間的權(quán)衡變化最為顯著，而城市擴(kuò)張則在固碳、食物供給、土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)的權(quán)衡中作用明顯，分析其原因，主要是因?yàn)橥烁€林還草、城市擴(kuò)張、毀林墾草3種重構(gòu)路徑在不同程度上擴(kuò)大或縮小了服務(wù)間相對(duì)收益的差異，不斷影響著服務(wù)間相對(duì)收益的動(dòng)態(tài)平衡，從而導(dǎo)致服務(wù)間權(quán)衡出現(xiàn)了或正或負(fù)的變化。

4 討論

糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)聚焦于糧食生產(chǎn)空間與城鄉(xiāng)發(fā)展空間、生態(tài)服務(wù)空間交互作用強(qiáng)烈的區(qū)域，集中了土地系統(tǒng)變化的主要矛盾，探究糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間權(quán)衡的變化特征，有利于明確糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)效應(yīng)與機(jī)理，從而為土地資源管理決策時(shí)提供信息參考［36-37］。本文首先利用2000年和2018年兩期土地利用數(shù)據(jù)的空間疊加結(jié)果對(duì)榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的時(shí)空特征進(jìn)行了展示與分析，2000—2018 年，榆林市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與退耕還林還草面積占到糧食生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)出面積的71.34%；為保證糧食安全，毀林墾草開墾耕地占新增糧食生產(chǎn)空間的3/4。在此過程中，退耕還林還草雖然提升了調(diào)節(jié)型服務(wù)（固碳、土壤保持）的能力，但也對(duì)供給型服務(wù)（食物供給、產(chǎn)水）產(chǎn)生了負(fù)面影響；毀林墾草作為退耕還林還草的逆過程，有效地提升了食物供給能力，但由于榆林市退耕還林還草的規(guī)模遠(yuǎn)大于毀林墾草，榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的最終結(jié)果還是導(dǎo)致食物供給呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；城市擴(kuò)張不僅導(dǎo)致食物供給下降，而且也降低了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)調(diào)節(jié)能力，糧食生產(chǎn)空間與城鄉(xiāng)發(fā)展空間、生態(tài)服務(wù)空間之間的矛盾沖突愈演愈烈。

目前，大部分關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的研究均以某一單一的土地利用變化過程評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其權(quán)衡的變化［38］，在單一的過程中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡關(guān)系的判別相對(duì)簡單，然而，在對(duì)綜合過程進(jìn)行系統(tǒng)性分析時(shí)，各項(xiàng)服務(wù)間的權(quán)衡變化可能會(huì)呈現(xiàn)出不同的規(guī)律與特征。Pan等［17］學(xué)者提出草地向農(nóng)田的轉(zhuǎn)變可能會(huì)引發(fā)糧食供給與土壤保持之間的權(quán)衡，楊曉楠等［18］學(xué)者提出NPP、保水量與土壤侵蝕量在城鎮(zhèn)用地快速擴(kuò)張的情景下呈現(xiàn)此消彼長的權(quán)衡態(tài)勢(shì)，但在其評(píng)價(jià)過程中仍存在對(duì)權(quán)衡量化不足、對(duì)氣候因子缺乏控制等問題。本文采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模型及RMSD 法，對(duì)2000—2018 年陜北榆林市不同糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)路徑中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化格局及其權(quán)衡所呈現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行了對(duì)比分析，測(cè)算過程中，采用19 a 氣候數(shù)據(jù)平均值以表征氣候條件不發(fā)生變化，從而突出糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的影響，同時(shí)，運(yùn)用RMSD法準(zhǔn)確的量化了服務(wù)間權(quán)衡，直觀地反映出了服務(wù)間權(quán)衡在糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中的變化特征。當(dāng)糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的結(jié)果是區(qū)域生態(tài)服務(wù)空間劇增時(shí)，會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的約束閾值效應(yīng)［39-40］，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡增強(qiáng)。退耕還林還草、毀林墾草使得固碳與土壤保持、食物供給，食物供給與土壤保持之間的權(quán)衡變化最為顯著，而城市擴(kuò)張則在固碳、食物供給、土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)的權(quán)衡中作用明顯。

本文深入探討了糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的變化，但仍存在一定的不確定性。首先，本研究在評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的過程中，結(jié)合榆林市實(shí)際生態(tài)環(huán)境情況進(jìn)行對(duì)模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了多次修正，但仍存在土壤等數(shù)據(jù)可獲取性較低以及柵格尺度轉(zhuǎn)換問題，可能導(dǎo)致了土壤保持和產(chǎn)水2 個(gè)涉及土壤數(shù)據(jù)的模型結(jié)果精度的下降；其次，糧食生產(chǎn)空間是指以生產(chǎn)糧食為主要功能的土地系統(tǒng)，本研究所采用的土地利用數(shù)據(jù)中，耕地的主要功能為糧食生產(chǎn)，因而采用耕地表征糧食生產(chǎn)空間，但在現(xiàn)實(shí)情況中，土地具有多功能屬性，一種土地利用類型可以具備多種土地利用功能［1］，因此，實(shí)際情形中耕地與糧食生產(chǎn)空間并非完全耦合，進(jìn)而可能導(dǎo)致研究結(jié)果會(huì)存在一定偏差，擬將在今后的研究中采用更加嚴(yán)密的土地利用分類體系劃分糧食生產(chǎn)空間、城鄉(xiāng)發(fā)展空間與生態(tài)服務(wù)空間，此外，如何運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡這項(xiàng)工具進(jìn)一步揭示糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)效應(yīng)及機(jī)理，仍是本研究今后要深入的重要命題。

5 結(jié)論

本文利用2000 年及2018 年數(shù)據(jù)，分析了榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)過程中固碳、食物供給、土壤保持和產(chǎn)水服務(wù)的時(shí)空變化特征，對(duì)上述4 對(duì)服務(wù)間的權(quán)衡進(jìn)行了定量測(cè)度，并探討了糧食生產(chǎn)重構(gòu)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的影響，主要結(jié)論如下：

（1）2000—2018年，退耕還林還草、城市擴(kuò)張與毀林墾草是榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的主要路徑，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張占糧食生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)出面積的10.04%；退耕還林還草面積占糧食生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)出面積的61.30%；毀林墾草開墾耕地占新增糧食生產(chǎn)空間的75.48%。

（2）2000—2018 年，榆林市退耕還林還草顯著提高了固碳、土壤保持等調(diào)節(jié)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，減少了食物供給服務(wù)；而毀林墾草作為退耕還林還草的逆過程，除了產(chǎn)水服務(wù)外，對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的作用效果與退耕還林還草截然相反；城市擴(kuò)張普遍弱化了區(qū)域固碳、土壤保持、食物供給的能力，但促進(jìn)了產(chǎn)水能力的提升。

（3）榆林市糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)的過程中，固碳與土壤保持、食物供給與產(chǎn)水服務(wù)之間的權(quán)衡度有所下降，其他服務(wù)對(duì)之間的權(quán)衡均有所增強(qiáng)；退耕還林還草、毀林墾草使得固碳與土壤保持、食物供給，食物供給與土壤保持之間的權(quán)衡變化最為顯著，而城市擴(kuò)張?jiān)诠烫肌⑹澄锕┙o、土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)的權(quán)衡中作用明顯。