华北集约化农区耕地多功能质量演化过程机理与调控——以河北曲周为例

The North China Plain is one of the regions with the highest land use intensification in the world. The long-term over-pursuit of production leads to the degradation of arable land quality such as the depletion of groundwater and the decline of soil pH, which affect the sustainable use of arable land. It is an important prerequisite for arable land utilization, protection and reclaim that understand the element composition, evolution process and driving mechanism of multi-functional quality of regional arable land under high land use intensity. This research project seeks to enhance the multi-functional quality of arable land under various environmental stresses and anthropogenic perturbations especially highly intensive use through the systematic investigation of the North China Plain across disciplines and scales. We take Quzhou, Hebei Province as a research sample of intensive agricultural area. Based on the arable land data based on experiments from 1980, 2000, and 2006 and the new data in 2018, We will systematically investigate (1) the connotation and boundary of the multi-functional quality of arable land, (2) the evaluation index system of multi-functional quality of arable land, (3) the temporal evolution process and spatial heterogeneity of the arable land quality in the intensive agricultural area in North China, (4) the characteristics and coupling relationship between the natural inheritance and land use variability, the resistible and the restoring resilience of the arable land as well as the mechanism of arable quality evolution, (5) the arable land quality regulation under the multi-functional coordination. Results from this project will not only enrich the relevant theories of land resource and land use evaluation, but also provide theoretical bases and scientific reference for the arable land quality regulation and sustainable use in the intensive agricultural area in North China.

华北平原是世界范围内耕地利用程度最大、投入强度最高的区域之一，长期过度追求产量导致区域地下水下降、土壤pH降低等耕地质量退化问题，影响了耕地的可持续利用。理解高强度背景下区域耕地多功能质量要素构成、演化过程及驱动机理，是制定区域耕地质量治理措施的重要前提。本研究以河北曲周为集约化农区研究样本，通过梳理耕地多功能质量内涵及边界，构建多功能质量评价指标体系，依据长期积累（1980,2000,2006）和新获得（2018）的耕地质量要素数据，运用多技术手段研究华北平原集约化农区耕地多功能质量的时间演化过程和空间分异规律，剖析耕地多功能质量自然遗传性与人为利用变异性、抵抗性与恢复性的变化规律及耦合关系，揭示耕地质量演化驱动机理。该研究可以丰富土地资源学和土地利用评价等相关理论，为系统评估高强度利用下耕地质量抵抗力和可恢复力提供理论依据，为华北集约农区耕地质量调控管理及可持续利用提供科学参考。

耕地质量作为保障国家粮食安全的基础，面对高强度耕地资源利用而导致的土地退化等现象，开展多功能视角下的耕地资源质量研究是破解国家粮食安全与生态失衡的重要途经。基于项目制定的研究目标，根据获取的华北集约化农区典型县域与省域的土壤采样、问卷调查、遥感影像、社会经济等多源数据，开展多功能视角的耕地质量评价研究，经过项目四年的执行期，圆满完成项目拟定的研究内容，实现了项目制定的研究目标。本研究系统梳理并界定了耕地多功能质量内涵及边界，基于“要素-过程-功能”的基本逻辑搭建了耕地多功能质量评价技术体系，揭示多功能视角耕地质量的时空演变特征以及遗传性和变异性、抵抗力和恢复力，并构建多功能视角的耕地质量调控框架与调控模式。研究发现：华北集约化农区耕地多功能质量具有显著的空间分异性，其影响因素也有所差异；耕地质量遗传性略微高于耕地质量动态性，不同质量类型的主要影响因素有所不同；根据耕地多功能质量要素指标以及各利用主体的特征，因地制宜地构建了差异化的多功能视角的耕地质量调控模式。本项目构建了耕地多功能质量评价理论体系，深化与完善了耕地质量评价理论，对开展耕地质量评价研究与耕地资源利用保护起到了重要作用。本项目严格按照计划执行，超额完成研究任务。项目计划发表12篇论文，培养6名学生，建立长期耕地质量要素数据库。实际依托本项目出版专著1本；发表论文30篇，获得重大奖励3项；培养博士研究生2人、硕士研究生4人，并形成了520个河北省耕地质量控制点位。相关研究结果转化为耕地质量分类、高标准农田建设、黑土保护立法等国家管理实践。产生了较强的社会影响力，超额完成既定的研究目标，其多功能视角的耕地质量理论与实践对华北集约化农区耕地质量调控管理以及耕地资源可持续利用具有重要的理论和实际指导意义。