农作物分布格局变化对农田生态系统服务功能的影响

以我国农作物空间格局变化显著的东北地区为研究区，以水稻、玉米、大豆等主要作物为研究对象，以探索农作物空间格局变化与农田生态系统服务功能演变关系为目标，首先综合运用RS、GIS、空间统计及景观格局分析软件等技术，利用多时相遥感信息与空间化属性数据融合的方法提取时间序列农作物空间格局分布信息及动态变化特征，然后从生态系统服务功能形成机制入手，用多种方法深入挖掘农田支持、调节和文化功能，研究农田生态系统服务功能定量化、价值化的方法，并用GIS技术将服务功能空间化表达，提出一套针对农田生态系统特点的服务功能计算的指标、体系与评测方法。最后利用数理统计及计算机模拟等技术对农作物格局变化幅度、速率等对农田服务功能产生怎样的定量影响进行相关分析，并建立多元回归模型，探讨农田服务功能随作物分布格局变化而变化的规律。研究对评价农作物格局演变对生态功能的作用及农田合理调控、可持续利用及粮食安全等具有重要意义。

以我国农作物空间分布格局变化显著的东北为研究区，以东北地区主要作物水稻、玉米、大豆为研究对象，综合运用RS、GIS、空间统计及景观格局分析软件等技术，提取、分析了三种作物2005及2010年整体空间格局分布信息、作物面积变化幅度、年动态度及动态变化特征等。5年间，黑龙江各种作物动态度变化均为最大，其中春玉米面积变化幅度达45%，而水稻和大豆则分别增加和减少了近30%及24%，吉林省的各种作物变化幅度相对较小。三个省中，黑龙江水稻的平均斑块面积增大，斑块密度减小，水田作物趋于连片、水田斑块向着更有规律分布的方向发展，景观破碎化指数和分离度指数的降低反映了水田的离散程度。春玉米作物与水田有着相似的变化规律，而大豆在空间上的分布变化特征正好相反，5年间，大豆平均斑块面积减少，斑块密度增加，大豆田块向着更离散的方向发展。然后从生态系统服务功能形成机制入手，研究了农田生态系统服务功能定量化、价值化的方法，分析了格局变化对农田服务功能变化的影响，并用GIS 技术将服务功能空间化表达。用市场价值法进行了农田生产功能的计算，结果表明5年来东北地区农产品生产功能增加了43.7%，从空间上来看，格局变化明显的西部和东北部县市的农产品生产功能增加亦较为明显，而格局变化较小的西南部各县市农产品生产供给功能变化不大；用农业劳动人口数、城市最低社会保障标准等进行了农田生态系统社会保障功能的计算，结果表明5年间东北地区的中部及西南部地区社会保障功能明显增强，总体增加了23.8%。整个东北地区的北部、西北部和东部的农田生态系统的社会保障功能比较弱，近几年变化不明显，这与作物格局变化动态度趋势一致。以中国生态系统生态服务价值当量因子为基础，计算了东北地区农田的气体调节功能、气候调节功能、土壤保护功能、水源涵养功能、环境净化功能及休闲娱乐功能等。结果表明，5年来这些功能均大幅增加，增加幅度都在40%以上，具体来说，黑龙江省的各种农田生态系统的气体调节、气候调节等功能增加幅度最大，吉林省增加幅度最低，体现了东北大豆平均斑块面积减少，离散度增加，而玉米平均斑块面积增大，破碎后指数降低对其的影响。研究结果表明，不同农作物格局的空间变化，对不同农田生态系统服务功能的影响并不相同。农作物格局的空间变化对农田生态系统的社会保障功能及休闲娱乐功能价值影响不是十分明显，而对其他几个功能价值空间变化影响较为明显。