基于生態(tài)服務功能提升的高標準農(nóng)田建設的分區(qū)方法

劉春芳，烏亞汗，王 川

（1.西北師范大學地理與環(huán)境科學學院，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，高標準農(nóng)田建設已在全國范圍內廣泛開展，對促進我國農(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]。高標準農(nóng)田建設既是土地管理的重要手段，也是生態(tài)文明建設的主要抓手[2]。隨著生態(tài)文明理念的不斷落實和耕地多功能管理轉型需求，高標準農(nóng)田建設也迫切需要向生態(tài)型轉變，在增加耕地面積、提高耕地質量的同時，實現(xiàn)高標準農(nóng)田建設的“生產(chǎn)發(fā)展—生活富?！鷳B(tài)良好”三位一體功能提升。

高標準農(nóng)田建設是利用土地平整、土壤改良、灌溉與排水、農(nóng)村道路等工程措施對土地資源及其利用方式的再組織和再優(yōu)化。近些年來，學界對高標準農(nóng)田建設分區(qū)方法、標準已進行了廣泛而深入的探討。已有的分區(qū)研究多以“耕地質量提升”為主導視角，即以糧食生產(chǎn)功能提高為切入點，基于區(qū)域耕地質量評價，采用空間自相關、K-means聚類、突變級數(shù)模型等方法劃分耕地質量等級，依據(jù)等級及障礙因素確定高標準農(nóng)田建設方向[3-5]。也有學者以耕地質量均勻度為切入點，應用耕地質量均勻度評價模型劃分耕地等級，或以耦合協(xié)調度為切入點，依據(jù)耕地適宜性和空間穩(wěn)定性綜合價值確定高標準農(nóng)田建設區(qū)域[6-7]?？傮w來看，當前的高標準農(nóng)田建設分區(qū)多以耕地質量的空間差異性為基礎，依據(jù)區(qū)域耕地質量評價對建設進行分區(qū)，對土地的生產(chǎn)功能關注較多，而對耕地的生態(tài)功能關注不足。

生態(tài)系統(tǒng)服務是指人類從生態(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[8-9]。土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務有著密切的關系，它可顯著提升生態(tài)系統(tǒng)服務能力[10-11]，耕地更是維持自然及半自然生態(tài)系統(tǒng)結構過程完整性和區(qū)域生態(tài)安全格局不可或缺的組成部分[12-13]。可見，高標準農(nóng)田建設亟須通過生態(tài)理念注入實現(xiàn)耕地生態(tài)服務功能與生產(chǎn)功能增強同步提升。生態(tài)型高標準農(nóng)田建設分區(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)田服務功能提升需求的差異性和相似性，將其劃分為不同建設類型區(qū)。高標準農(nóng)田建設分區(qū)的目的，是為了加強對農(nóng)田規(guī)劃建設的空間指導與約束，并進行有效的工程措施配置。

隨著耕地生態(tài)服務功能提升與生產(chǎn)功能增強同步成為高標準農(nóng)田建設主要目標，面向生態(tài)服務功能提升的高標準農(nóng)田建設分區(qū)及調控已成為生態(tài)型農(nóng)田建設有效實施的重要前提。因此，論文以典型縣域為例，試圖將生態(tài)系統(tǒng)服務功能提升納入到高標準農(nóng)田建設分區(qū)的理論分析與實踐探索中，探討生態(tài)型高標準農(nóng)田建設分區(qū)方法，并提出生態(tài)型高標準農(nóng)田建設的分區(qū)調控策略。理論上，這不僅能夠厘清高標準農(nóng)田建設與生態(tài)系統(tǒng)服務的互動關系，從而更準確地理解生態(tài)型高標準農(nóng)田建設的本質，凸顯土地整治的“山水林田湖草生命共同體”綜合整治效應；實踐上，分區(qū)調控策略的提出有利于完善高標準農(nóng)田建設項目運行機制，對維持土地利用系統(tǒng)的生態(tài)保育功能和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關重要。

1 關系框架與研究思路

1.1 高標準農(nóng)田建設與生態(tài)系統(tǒng)服務的關系框架

建立生態(tài)系統(tǒng)服務與高標準農(nóng)田建設工程措施間的有效連接，是實現(xiàn)高標準農(nóng)田建設多功能提升的關鍵，同時也是該領域迫切需要解決的問題。由于建設后的區(qū)域土地利用結構、景觀格局、環(huán)境要素均發(fā)生了變化[14-15]，會對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)過程產(chǎn)生影響，進而引起生態(tài)系統(tǒng)功能及服務的變化。因此，需要基于生態(tài)學、地理學及耕地多功能管理等理論[8]，從高標準農(nóng)田建設實施的生態(tài)環(huán)境效應入手，去厘清高標準農(nóng)田建設工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務功能間的作用關系。

生境質量是指在一定的時間和空間中生態(tài)系統(tǒng)提供適宜個體與種群持續(xù)發(fā)展與生存條件的能力，是對人類生存繁衍、生產(chǎn)生活的適宜程度，是一切生態(tài)系統(tǒng)功能和服務的前提和基礎，更是人類福祉提升的關鍵環(huán)節(jié)[16-17]。高標準農(nóng)田建設中的土地平整、灌溉與排水、田間道路、農(nóng)田防護與生態(tài)環(huán)境保持等一系列工程措施會改變區(qū)域生境的結構與組成要素，隨之對生境斑塊之間的物質流、能量流循環(huán)過程產(chǎn)生影響，進而改變了區(qū)域生境的生產(chǎn)能力和服務功能[18]。土壤保持服務是指生態(tài)系統(tǒng)為人類提供侵蝕控制、減少水土流失的調節(jié)性能力和效益[19-20]。土地平整和土壤改良工程通過對土地的平整，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]。灌溉與排水工程會使區(qū)域地表水系的網(wǎng)絡結構改變，也會影響滲透、深滲透或表面徑流等某些水文過程[22]，進而影響水系相關的生態(tài)過程，調節(jié)區(qū)域土壤保持服務。農(nóng)田防護及生態(tài)環(huán)境保護工程能有效提高建設區(qū)植被覆蓋度，降低風速，減少水分蒸發(fā)，調節(jié)農(nóng)田小氣候[23-24]，改善土壤保持能力。

圖 1 高標準農(nóng)田建設工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務間的關系框架Fig. 1 Relationship between well-facilitated farmland construction measures and ecosystem services

碳固持服務是指生態(tài)系統(tǒng)通過將大氣中的 CO2轉化為土壤有機碳和土壤無機碳，參與調節(jié)大氣碳含量的能力和效益[19-20,25]。土地平整工程大型機械的使用可導致土壤團聚體破裂、分散, 從而破壞土壤有機質的物理保護,使其暴露于微生物分解之下，可能會造成土壤有機質含量下降[26]。但在土壤改良措施中，有機肥施用能顯著提高土壤活躍有機碳含量，進而增強土壤有機碳的氧化穩(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旱地中碳酸鈣的形成[27]，從而促進無機碳庫固持。農(nóng)田防護及生態(tài)環(huán)境保護工程的建設，能有效提高建設區(qū)植被覆蓋度，進而提高地上和地下碳固持能力。

食物供給服務是指生態(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)等相關生態(tài)過程，從而改善土壤質地和土壤水分狀況[28-29]，并且通過集約節(jié)約改造增加耕地數(shù)量，提高糧食等供給服務能力。水庫、蓄水池、水渠等水源及輸水工程建設可以提高農(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)村道路工程的實施，可有效改善農(nóng)田與市場通達狀況，提高產(chǎn)品供給效率。

1.2 研究思路

當前高標準農(nóng)田建設考慮的重點是通過工程技術等措施，實現(xiàn)耕地質量優(yōu)良、農(nóng)田集中連片、基礎設施配套、生態(tài)景觀格局合理和空間布局穩(wěn)定等建設目標。因此，本論文在已有目標的基礎上，以縣域行政村為基本研究單元，進一步從生境質量、土壤侵蝕量、碳固持服務和食物供給服務這 4個方面去優(yōu)化建設分區(qū)，進而提出針對性的調控策略。首先，運用 InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型對各行政村生境質量、土壤保持、碳固持和食物供給 4項生態(tài)系統(tǒng)服務進行評估，進而借助聚類分析法分析各類生態(tài)系統(tǒng)服務的空間分異；其次，通過比較低值和次低值區(qū)域的集聚，識別各行政村主要低值生態(tài)系統(tǒng)服務類型，并基于該服務類型的障礙性主導因素，將其劃分為可調控與不可調控 2種類型；第三，利用高標準農(nóng)田建設工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務間的關系框架，依據(jù)可調控限制因素確定不同區(qū)域高標準農(nóng)田建設的主導方向，提出生態(tài)型高標準農(nóng)田建設分區(qū)方案及建設措施。

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)內地形復雜，地勢南高北低、中部平坦。南部為高寒石質山區(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，榆中縣總人口44.67萬人，土地總面積3308.64 km2?？h域經(jīng)濟水平較低，城鄉(xiāng)二元結構明顯。耕地面積12.55萬hm2，但耕地質量總體不高，其中質量最差的14等耕地占到全縣耕地總面積的 76.99%。作為全國設立的 500個高標準農(nóng)田建設示范縣之一，截止2015年底，榆中縣累計實施土地整治總規(guī)模為 1.11萬hm2，土地規(guī)模經(jīng)營和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程促進效果明顯[30]。盡管如此，還有近90%的低質量耕地需要整治，同時，單純的“田、水、路、林”工程措施也需要引入生態(tài)服務理念。

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告（2008年）與榆中縣農(nóng)用地分等定級數(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軟件的波段計算工具計算得到；⑥糧食單產(chǎn)數(shù)據(jù)來源于課題組2016年9月至12月對研究區(qū)進行的分層隨機抽樣問卷[31]。所有空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一為Albers投影，WGS_1984坐標系，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)高標準農(nóng)田建設的基本實施單位為行政村，以及內部地形地貌、土壤、水文、氣候等自然特征和社會經(jīng)濟特征的相對一致性，本文生態(tài)系統(tǒng)服務現(xiàn)狀的評估及建設分區(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)服務評估

研究區(qū)自然環(huán)境脆弱，水土流失嚴重。針對該區(qū)域自然條件及發(fā)展水平，結合高標準農(nóng)田建設的“集中連片、設施配套、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好”等基本要求，從生境質量、土壤保持、碳固持和食物供給 4個方面對榆中縣生態(tài)服務及耕地質量現(xiàn)狀進行評估。利用ArcGIS分區(qū)統(tǒng)計功能，計算各行政村各類生態(tài)服務柵格（30m×30m）平均值，并用自然斷點法將其分類為高、次高、中、次低和低5個等級。

1）生境質量

使用 InVEST模型中的生境質量模塊（Habitat Quality）對榆中縣生境質量狀況進行評估，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，考慮到建設用地是所有土地利用類型中人類活動較為集中的地類，它會對區(qū)域生物多樣性造成威脅，本文將所有建設用地設為威脅源，其余不同的地類代表了不同的生境類型[32]。計算公式：

式中，Qxj為生境類型j中x柵格的生境質量指數(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，值域為[0,1]；k為半飽和常數(shù)，取最大生境退化度（由模型運算一次得到）的一半；z為歸一化常量，通常設為2.5[33]。

2）土壤保持

由于地處黃土高原區(qū)，榆中縣長期以來遭受著較為嚴重的水土流失。因此，識別土壤侵蝕量的空間分布對于高標準農(nóng)田建設具有重要意義。使用InVEST模型中泥沙輸出（Sediment Delivery Rate）模塊評估該縣2015年的土壤保持情況，模型基于修正土壤流失通用方程（RUSLE）對區(qū)域土壤侵蝕量進行估算。計算公式為：

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 為坡長坡度因子；P 為工程措施因子；C為植被覆蓋因子。各因子計算方法如下：

① 降雨侵蝕因子由 Wischmeier經(jīng)驗公式計算[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碳含量和土壤顆粒組成（砂粒、粉粒和粘粒百分含量）來計算土壤可侵蝕程度。

③ 坡度坡長因子運用經(jīng)過填洼處理的DEM數(shù)據(jù)由模型自動計算得到（坡度閾值設置為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算[37]：

式中，f為植被覆蓋度，通過歸一化植被指數(shù)（NDVI）計算：

3）碳固持

碳固持服務是生態(tài)系統(tǒng)中重要的一種調節(jié)服務，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節(jié)大氣中碳的含量。采用InVEST模型中碳（Carbon）模塊來評估榆中縣生態(tài)系統(tǒng)碳固持空間分布。計算公式：

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為土壤有機碳，Cdead為死亡有機物碳。計算過程中所需的碳密度參數(shù)見參考文獻[38-40]。

4）食物供給

食物供給是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中較為重要的一項服務，也是高標準農(nóng)田建設的主要提升服務類型，對人類的生存和發(fā)展起到至關重要的作用。作為蘭州市主要的糧食生產(chǎn)區(qū)，評估榆中縣食物供給情況顯得尤為重要。結合研究區(qū)實際情況，食物供給的類型有糧食、油料、蔬菜和瓜果，對應的土地類型是耕地。本文通過結合榆中縣土地利用數(shù)據(jù)和實地調查數(shù)據(jù)評估全縣的食物供給情況，計算公式為：

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 障礙性主導因素識別及分區(qū)劃定

2.4.1 障礙性主導因素識別

在各類生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的基礎上，確定低值生態(tài)系統(tǒng)服務發(fā)揮的障礙性主導因素。進一步對這些因素進行診斷和分析，將其是否具備可調控性作為建設分區(qū)的基礎。根據(jù)研究評估的生態(tài)系統(tǒng)服務類型及價值構成，將影響因素中的水土保持工程措施因子、植被覆蓋因子、土壤質量及灌溉保證率等指標，作為影響生態(tài)系統(tǒng)服務的“后天”因素。這意味著可以通過政策調整、工程和生物措施補給等途徑，使人為影響發(fā)生方向性改變。土壤可侵蝕因子、坡長坡度因子、碳密度可以通過工程措施進行改善，也屬于可調控因素。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無法大規(guī)模改變的，是影響生態(tài)系統(tǒng)服務的不可調控因素。

2.4.2 建設的分區(qū)劃定

高標準農(nóng)田建設分區(qū)主要是解決“缺什么、如何補”的問題，需要從整治工程措施可改造和消除的各種主導型障礙因素入手。首先，通過各行政村生境質量、土壤保持、碳固持和食物供給 4類生態(tài)系統(tǒng)服務價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)服務類型。然后，對各類服務類型的限制性主導因素的可調控性識別，根據(jù)高標準農(nóng)田建設措施與生態(tài)系統(tǒng)服務功能間的關系框架，對可調控障礙因素與建設措施相匹配，確定高標準農(nóng)田建設的分區(qū)主導方向。在構建過程中也可能出現(xiàn)同一區(qū)域存在2種或2種以上服務功能值較低的情況，說明該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務功能發(fā)揮受 2種或以上功能類型限制，同時由于生態(tài)系統(tǒng)服務之間存在著彼此競爭、權衡以及消長的關系，所以按照協(xié)同因素優(yōu)先處理。

3 結果與分析

3.1 生態(tài)服務功能空間格局與分異

對榆中縣域生態(tài)服務的生境質量、土壤保持、碳固持和食物供給四大功能進行評估，得到各個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。高值區(qū)域主要位于南部石質山地區(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，且興隆山保護區(qū)位于該區(qū)域，因此生境質量普遍較高（平均生境質量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)、城關鎮(zhèn)、定遠鎮(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，因而生境質量普遍較低（平均生境質量 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用地，生境適宜度低，生境質量較差。

圖 3 榆中縣生態(tài)系統(tǒng)服務空間分異圖（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區(qū)及中部河谷盆地區(qū)，主要包括馬坡、新營、城關、定遠等鄉(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，微生物數(shù)量和活性較高，碳固持服務普遍較高（平均碳儲量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，因而碳固持服務普遍較低（平均碳儲量14.44t/hm2左右）。

食物供給服務空間分布呈現(xiàn)出“南北山地低，中部盆地高”的分布態(tài)勢。高值區(qū)域主要位于中部河谷盆地區(qū)，包括城關、定遠和三角城 3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這一區(qū)域地勢平坦，土壤肥沃，灌溉保證率高，食物供給服務能力較高（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最高，平均達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，食物供給服務能力較低（平均糧食產(chǎn)量1.98 t/(hm2·a)左右）。

3.2 主導障礙性因素識別

榆中縣域生境質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個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的90個村。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，耕層質地構型以均質中壤和均質輕壤為主，有效土層厚度100～120 cm，土層厚，土壤理化性狀較差，耕層有機質含量平均為11.8 g/kg；由于田塊規(guī)模較小，機械化耕作水平較低，田塊內部路網(wǎng)還未形成，該區(qū)域生境質量可調控障礙因素主要為土壤質量、植被覆蓋因子。中部洪積平原區(qū)地勢平坦，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，耕層質地構型以均質中壤和均質重壤為主，有效土層厚度100～180 cm，土層厚，土壤理化性狀良好，耕層有機質含量平均為14.4 g/kg，可耕性強；交通便捷，該區(qū)域生境質量可調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個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的161個村。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，耕層質地構型以均質輕壤為主，有效土層厚度100 cm，土壤理化性狀差，耕層有機質含量平均為 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個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的158個村。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，耕層質地構型以夾粘中壤、均質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，耕層有機質含量平均為12.6g/kg。機械化耕作水平較低，田塊內部路網(wǎng)還未形成。該區(qū)域碳固持服務可調控障礙因素主要為土壤有機質含量、植被覆蓋因子。

食物供給服務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個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的 125個村。主要位于北部和東部的黃土丘陵梁峁及南部石質山地，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，耕層質地構型以均質中壤和均質輕壤為主，有效土層厚度100～120 cm，土壤理化性狀較差，耕層有機質含量平均為 12.1 g/kg。機械化耕作水平較低，田塊內部路網(wǎng)還未形成。該區(qū)域食物供給服務障礙因素主要為灌溉保證率因子、土壤養(yǎng)分因子、土壤質地因子。

3.3 建設分區(qū)及調控

綜合生態(tài)系統(tǒng)服務低值類型和障礙性因素特征，將榆中縣高標準農(nóng)田建設分成四種分區(qū)類型: 生境質量提升主導型、食物供給-碳固持服務提升主導型、土壤保持-生境質量服務提升主導型、食物供給-生境質量-碳固持服務提升主導型（圖4）。

生境質量提升主導型：該類型區(qū)分布在榆中縣中部洪積平原區(qū)。區(qū)內耕地面積達50023.04 hm2，占區(qū)域總耕地面積的39.63%。區(qū)內耕地質量好、耕地等別較高，基礎設施條件基本完善，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)域生境質量較低。這一區(qū)域高標準農(nóng)田建設重點以生境營造為主。通過生態(tài)型建設措施實施，改變土壤水分、日照時長、風環(huán)境等小氣候因子，為生物群落營造適宜的生存條件，通過冷島效應改善區(qū)域生境質量。

圖4 高標準農(nóng)田建設分區(qū)圖Fig.4 Zoning of well-facilitated farmland construction

食物供給-碳固持服務提升主導型：該類型區(qū)分布在榆中縣東部黃土丘陵區(qū)，區(qū)內耕地面積達49 523.19 hm2，占區(qū)域總耕地面積的39.23%。該區(qū)域土壤有機質和養(yǎng)分含量相對較低，耕地等別不高，但耕地集中連片性較好，基礎設施提升空間較大。針對區(qū)域耕地質量偏低的現(xiàn)狀，這一區(qū)域高標準農(nóng)田建設重點以肥力提升為主。通過土壤改良、增施有機肥、秸稈還田、秸稈切碎及對腐還田等措施提高土壤肥力及碳固持能力。

土壤保持-生境質量服務提升主導型：該類型區(qū)分布在榆中縣西北部黃土丘陵區(qū)，區(qū)內耕地面積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。針對區(qū)域耕地質量普遍偏低、生境質量較差的現(xiàn)狀，這一區(qū)域高標準農(nóng)田建設重點實施坡改梯，增大田塊連片程度，并在坡改梯的基礎上，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-生境質量-碳固持服務提升主導型：該類型區(qū)分布在榆中縣北部丘陵區(qū)，區(qū)內耕地面積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，坡度相對較大，耕地質量等別低。這一區(qū)域高標準農(nóng)田建設主要以肥力提升、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肥，增加有效土層厚度，改良土壤結構，提升各項生態(tài)服務能力。

4 結論與討論

1）論文提出了一套基于生態(tài)系統(tǒng)服務評估的生態(tài)型高標準農(nóng)田建設分區(qū)劃定的思路與方法。即：以高標準農(nóng)田建設的基本單位——行政村為研究單元，采集多源數(shù)據(jù)，運用InVEST模型評估了各行政村生境質量、土壤保持、碳固持和食物供給 4項生態(tài)系統(tǒng)服務值。在分析其空間差異的基礎上，找到各行政村主要低值生態(tài)系統(tǒng)服務類型，進而通過識別影響從高標準農(nóng)田建設生態(tài)環(huán)境效應的可調控障礙性因子，確定不同類型的建設分區(qū)。

2）榆中縣域生態(tài)服務存在著明顯的空間分異。其中：生境質量在空間上呈現(xiàn)出“由西南向西北不斷減小”的分布態(tài)勢。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區(qū)及中部河谷盆地區(qū)。與生境質量相似，碳固持服務空間分布也呈現(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，食物供給服務空間分布呈現(xiàn)出“南北山地低，中部盆地高”的分布態(tài)勢。

3）在生態(tài)系統(tǒng)服務空間差異及可調控障礙性因子識別的基礎上，得到 4種榆中縣生態(tài)型高標準農(nóng)田建設的分區(qū)類型: 生境質量提升主導型、食物供給-碳固持服務提升主導型、生境質量-碳固持服務提升主導型、生境質量-食物供給-碳固持服務提升主導型。

4）針對不同類型的高標準農(nóng)田建設分區(qū)，提出了相應的調控措施。生境質量提升主導型分區(qū)，重點通過節(jié)水灌溉技術的應用推廣去提升該區(qū)域的生境質量；生境質量-水土保持服務提升主導型分區(qū)，重點通過實施坡改梯工程，推廣橫坡種植，綠肥免耕等保持水土的耕作方式，從而達到減緩地面徑流、提升生境質量的目的；糧食供給-碳固持服務提升主導型分區(qū)，此類區(qū)域耕地集中連片性較好，基礎設施提升空間較大，重點在于通過工程措施增強土壤肥力及碳固持能力；生境質量-糧食供給-碳固持服務提升主導型分區(qū)，該區(qū)域廣泛分布于北部丘陵區(qū)，重點通過客土培肥、坡改梯、增施有機肥等提升土壤肥力，從而達到提高生境質量，增加糧食供給和增強碳固持能力。

生態(tài)型高標準農(nóng)田的建設是在特定制度框架和經(jīng)濟技術條件下一個不斷完善的過程。當前的高標準農(nóng)田建設強調了耕地質量與規(guī)模、農(nóng)田水利設施配套及景觀格局與空間組織，在此基礎上，論文梳理并構建了高標準農(nóng)田建設工程措施與生態(tài)系統(tǒng)服務間的關系框架。但在關系構建過程中主要考慮了高標準農(nóng)田建設實施后長期的生態(tài)環(huán)境效應，并且假定工程的實施是在表土層剝離等規(guī)范施工前提下進行，對于建設期間由于不合適施工而造成短期的土壤面蝕、風蝕等影響并未納入考量范疇。對土地平整、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，生態(tài)系統(tǒng)服務之間存在著此消彼長的權衡關系或彼此增益的協(xié)同關系，科學理解和權衡這些作用關系也都需要在后續(xù)的研究中加以深化。