农田系统生态综合评价及功能权衡分析研究

发布时间：2019-01-02 07:27

【摘要】：随着生态文明建设的推进,国土安全、生态安全和粮食安全已经成为我国可持续发展面临的突出问题;长期以来,我国土地资源开发利用存在"重视数量、轻视质量和忽视生态"的问题。当前,耕地资源的管理和保护以及研究工作主要侧重于数量和质量,忽视了耕地的外部性和多功能特征以及农田生态系统的整体性、开放性和动态性。然而,目前关于农田系统的概念、生态评价和生态管护等研究未达成一致的共识,更缺乏完善的科学研究体系。因此,面向国土资源管理和耕地保护的需求,本文从理论框架、指标体系、综合评价、权衡分析和生态管护开展研究,并选取了吉林省大安市为研究区进行了实证研究。本文的理论研究、方法体系和结果应用可以为土地生态评价提供科学参考,可以为耕地资源数量、质量和生态"三位一体"的保护和农田系统生态管护提供决策支持,该研究对于实现区域可持续发展具有重要的理论和现实意义。主要研究内容及结论如下:(1)提出了多层次的农田系统生态评价理论框架。对"农田系统"的概念、内涵以及特征等做了系统地解释;明确了农田生态评价包含的内容、遵循的原则以及一般评价程序。从农田系统"三位一体"的定位出发,构架了农田系统生态功能、生产功能和生活功能(以下统称为"三生功能")分析的理论框架,提出了农田系统功能冲突和协调的理论和模式。分别从生态安全、生态健康和生态服务提出了农田系统的生态综合评价体系框架。(2)建立了多尺度的农田系统生态评价指标体系。针对安全性,分别从地质安全、水文安全和生物安全建立了生态安全评价的指标体系;针对胁迫性、稳定性和结构性分别从环境质量、农田格局和空间结构建立了生态健康评价的指标体系;针对生态、生产和生活特性,分别从生态功能、生产功能和生活功能建立了生态服务评价的指标体系。进而分析了各指标的空间归属和指标体系的相互关系,并详细说明了各指标的确定和计算方法。(3)开展了多方面的农田系统生态综合评价研究。从农田生态系统的角度,兼顾农业生产系统和社会经济系统,提出了农田系统划分的流程和方法。采用排序法、熵权法和层次分析法等主观和客观相结合的方法,确定了生态安全和生态健康各个指标的权重,采用综合指数法和TOPSIS模型计算了生态安全指数和生态健康指数,采用物质量和价值量相结合的方法估算了研究区和农田系统各功能的生态服务价值。实证研究结果表明:农田系统的生态安全处于"较安全"等级,地质安全状况良好,水文安全基本稳定,生物安全水平相对较低;生态健康水平处于"较健康"等级,农田系统的环境质量状况相对较好,空间结构具有一定的组织性,但是农田格局的稳定性较弱;农田系统的生态服务水平总体处于中等偏上水平。主导功能判别结果显示:研究区的农田系统总体上是生产功能为主导,生态功能次之,生活功能为辅。(4)进行了多维度的"三生功能"权衡分析。提出了农田系统"三生功能"权衡的方法体系;对研究区的耕地质量和耕地产能进行分析,对农田系统的生态评价指标与平均粮食产量进行了对比分析;针对生态综合评价的结果,对"三生功能"进行了权衡与协同分析。实证研究结果表明:影响研究区耕地产能的主要限制因素为降水量,地下水资源和灌溉是保障粮食安全的主要因素;干旱程度明显影响着研究区的农业生产;良好的生境质量对提高生产能力具有积极作用。农田系统受到盐碱地和建设用地扩张造成的胁迫;化肥和农药的施用虽然有助于提高粮食产量,但是其对农田造成的污染负荷明显。食物供给依然是农田系统最重要的功能,农作物授粉情况和土壤保持状况影响粮食生产,生物质能源的提供与农作物的生长关系密切;研究区水资源消耗主要是农业生产,淡水供给与粮食生产之间需要协调。通过异常值和权衡指数分析,大约10%的农田系统生态状况异常,"三生功能"之间需要权衡。并通过与区域平均水平的对比,提升生态功能,稳定生活功能和控制生产功能的发挥是农田系统功能优化的主要方向。最后,综合考虑提出了研究区的农田系统生态功能区划方案。(5)构建了多途径的"三位一体"农田系统生态管护体系。在阐述了农田系统生态管护的定义和内涵的基础上,明确了生态管护的核心目标是实现耕地资源"三位一体"的保护,终极目标是农田系统的可持续利用。从法律、经济、政治和技术等多种途径,构建了农田系统的生态综合管护体系;最后从生态安全格局构建、生态农田工程建设和生态系统服务管理三个方面提出了农田系统生态管护的实施策略。
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【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S181

【参考文献】