基于要素—過程—功能的耕地質(zhì)量理論認識及其研究趨勢

孔祥斌，張蚌蚌，溫良友，胡瑩潔，雷 鳴，姚靜韜，辛蕓娜

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.國土資源部耕地質(zhì)量與監(jiān)控重點實驗室，北京100193；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

1 引言

耕地資源安全始終是中國人的頭等大事，為保障國家糧食安全，中國提出了耕地占補平衡、耕地保護、永久基本農(nóng)田劃定等一系列耕地資源數(shù)量質(zhì)量保護的政策[1-4]，2017年中發(fā)4號文件再次明確提出耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”耕地保護戰(zhàn)略[5]。而科學(xué)、準確、全面認識耕地資源質(zhì)量狀況是進行耕地資源管理的核心和關(guān)鍵[6-8]。從20世紀90年代起，原國土資源部持續(xù)開展了耕地質(zhì)量的評價研究與實踐工作，并于2009年發(fā)布了全國耕地質(zhì)量評價成果，制定了農(nóng)用地質(zhì)量分等、定級和估價規(guī)程[9-11]；農(nóng)業(yè)部于2016年發(fā)布了耕地質(zhì)量等級成果以及耕地質(zhì)量等級規(guī)程[12]；原環(huán)境保護部和原國土資源部地礦局發(fā)布了耕地污染成果[13]。這些成果都從管理的側(cè)面體現(xiàn)出了對耕地質(zhì)量不同維度的認識，因此，基于國家管理需求，迫切需要從“要素—過程—功能”角度認識耕地質(zhì)量的多維度特征。

耕地質(zhì)量是一個由氣候、土壤、母質(zhì)、地形地貌、水文、植被、人類活動等構(gòu)成的自然地理—社會經(jīng)濟綜合體[14]，學(xué)術(shù)界對耕地質(zhì)量內(nèi)涵也有不同的認識。倪紹祥認為耕地質(zhì)量是耕地的生產(chǎn)率水平[15]；張鳳榮認為耕地質(zhì)量是土壤狀況、環(huán)境狀況、田間工程狀況的反映[16]；孔祥斌認為耕地質(zhì)量是自然、社會、經(jīng)濟與技術(shù)進步綜合影響結(jié)果，具有多種屬性和功能表現(xiàn)形式[17]；陳印軍認為耕地質(zhì)量包括土壤質(zhì)量、空間地理質(zhì)量、管理質(zhì)量和經(jīng)濟質(zhì)量4個方面[18]。因此，耕地質(zhì)量是耕地要素及其作用過程所形成諸多功能的客觀存在，耕地的諸多功能隨著人類需求而逐漸顯化的過程正是耕地質(zhì)量內(nèi)涵不斷豐富的過程，但是學(xué)術(shù)界當前對耕地質(zhì)量尚未有統(tǒng)一的認識，而且缺乏對耕地質(zhì)量綜合體的要素及其作用過程的理論解釋。耕地具有生產(chǎn)功能、生態(tài)功能、景觀功能、文化功能等多功能特征已經(jīng)得到國內(nèi)外的學(xué)者的認同[19-21]。耕地質(zhì)量應(yīng)充分考慮耕地質(zhì)量的綜合性，應(yīng)將耕地質(zhì)量的客觀性與耕地質(zhì)量需求的主觀性有機統(tǒng)一[22]。耕地的多功能特征反映了耕地質(zhì)量的多維層次，但是，關(guān)于耕地綜合體要素、作用過程、耕地多功能質(zhì)量之間的邏輯關(guān)系和理論認識尚且不清楚。近5年來，耕地質(zhì)量、可持續(xù)土地質(zhì)量指標、土壤功能、土壤過程、土壤健康等方面的研究成為國際上關(guān)注和研究的熱點，一系列高水平的成果相繼出現(xiàn)[23-25]。

基于此，本文將耕地資源作為一個自然社會綜合體系統(tǒng)，認識耕地資源質(zhì)量組成要素及其特征，分析人類對耕地不同的功能需求及其特征。通過匹配耕地資源客體和人類功能需求主體之間的關(guān)系，構(gòu)建基于“要素—過程—功能”的耕地資源質(zhì)量認識框架，闡述基于“要素—過程—功能”的耕地質(zhì)量內(nèi)涵，分析耕地質(zhì)量特征，提出未來研究趨勢和重點關(guān)注方向，以期為進行耕地資源利用、評價與保護提供科學(xué)依據(jù)。

2 基于要素—過程—功能的耕地質(zhì)量理論認識

2.1 耕地資源綜合體要素認識

耕地資源是由氣候、土壤、母質(zhì)、地形地貌、水文、植被、利用、基礎(chǔ)設(shè)施與權(quán)籍9個維度組成的自然地理—社會經(jīng)濟綜合體，前6個維度體現(xiàn)耕地的自然地理綜合體特征，后3個維度體現(xiàn)人類活動對耕地的改造和利用（圖1）。這些要素在不同時空尺度上對耕地資源綜合利用產(chǎn)生影響。氣候要素在宏觀上對作物的生長起控制作用，控制了耕地生產(chǎn)能力的上限。土壤是耕地中的核心部分，表現(xiàn)為耕地的基礎(chǔ)地力條件差異。母質(zhì)決定了土壤的肥沃程度及其形成的耕地自然質(zhì)量高低。地形地貌，對耕地利用過程中的物質(zhì)和能量再分配產(chǎn)生作用。水文包括與耕地利用相關(guān)的地表水資源和地下水水文地質(zhì)，以及通過灌溉方式滿足作物需水。植被，是耕地支撐的作物、雜草、防護林等組成的植物群落的總稱，既體現(xiàn)人類耕地利用的目標，又是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性的重要體現(xiàn)。耕地的利用方式、利用強度等直接影響耕地資源的可持續(xù)性，對耕地的生產(chǎn)能力和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。基礎(chǔ)設(shè)施，即田間道路工程、農(nóng)田水利工程、防護林網(wǎng)工程等基礎(chǔ)設(shè)施。權(quán)籍是耕地一經(jīng)開發(fā)就具備了權(quán)利特征[26]。因此，對于耕地資源的認識，既要從傳統(tǒng)的自然地理綜合體角度認識，又要從權(quán)籍關(guān)系的層面進行認識[26]，這是從土地科學(xué)角度認識與分析耕地資源質(zhì)量的重要特征。

2.2 耕地資源綜合體要素過程的認識

耕地要素過程是指耕地資源綜合體要素耦合作用下的生產(chǎn)力形成過程、光合作用過程、物質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)過程等，是耕地生產(chǎn)、生態(tài)、景觀、文化等多功能的客觀自然規(guī)律體現(xiàn)。從耕地滿足農(nóng)作物生長的角度上看，耕地質(zhì)量要素可以分解為兩個方向的過程：一個是垂直方向上，提供滿足作物生長以及物質(zhì)能量循環(huán)的過程；另外一個是水平方向上的過程。

圖1 耕地資源綜合體組成要素Fig.1 Key elements of cultivated land resource

2.2.1 基于水平方向的耕地過程認識

從水平方向看，耕地與居民點、水系、林地、園地、草地、坑塘以及湖泊組成了一個區(qū)域整體的土地利用系統(tǒng)。耕地系統(tǒng)不僅包括為作物生產(chǎn)提供的物理空間，還包括為實施管理所修建的灌排設(shè)施、生產(chǎn)道路、防護林網(wǎng)以及農(nóng)舍等。

從景觀生態(tài)學(xué)的角度，在耕地系統(tǒng)的水平方向上存在物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的“源”和“匯”關(guān)系，水平方向是水、動物、植物花粉等運行的空間[27-28]。耕地不僅提供了作物生產(chǎn)過程的空間，還要為其他生態(tài)過程提供空間，而這些生態(tài)過程空間可以與作物生產(chǎn)過程空間共存。其中包括了島狀、廊道和一定面積的未利用地，形成了一個“斑塊—廊道—基質(zhì)”的表現(xiàn)模式，具體可以理解為河流、道路、林地、草地等公共空間。水平空間會影響耕地質(zhì)量，包括可耕性、可進入性、連通性等質(zhì)量特征，水平空間的耕地質(zhì)量決定了動物的多樣性、可進入性、土壤抗侵蝕性等質(zhì)量特征。

從有利于耕地利用的角度來講，耕地必須具有完整的與作物生產(chǎn)相適宜的支撐系統(tǒng)。同時，耕地系統(tǒng)要發(fā)生作用，必須與周邊的土地利用系統(tǒng)發(fā)生物質(zhì)和能量的交換，其他的土地利用系統(tǒng)為耕地利用系統(tǒng)提供物質(zhì)和能量交換的空間，從而維持整個系統(tǒng)的運行，乃至整個系統(tǒng)的穩(wěn)定和功能的提升。傳統(tǒng)的耕地系統(tǒng)即由山、水、林、田、湖、村等組成的一個復(fù)合的空間系統(tǒng)，耕地質(zhì)量系統(tǒng)在空間上與其他土地利用之間發(fā)生了物質(zhì)和能量上的交換與轉(zhuǎn)化。

2.2.2 基于垂直方向的耕地過程認識

（1）耕地質(zhì)量要素在垂直上的差異。從農(nóng)田的土層保障來看，垂直空間上必須要保障30～150 cm的土層，作為核心的根系生長支撐空間和滿足光、溫、水進行作物光合生長的土地上層空間。土層能否滿足耕地生產(chǎn)需求，可以表現(xiàn)為耕地質(zhì)量的適宜性，該層面主要是由于地學(xué)條件和土壤條件決定。

在垂直空間上層，作物接受光照、溫度以及降水，該界面決定了耕地生產(chǎn)能力的上限，可以稱為耕地的氣候生產(chǎn)能力。支撐作物空間的耕作表層則是一個受作物生產(chǎn)管理擾動的層次，耕作表層厚度約30 cm，分布在農(nóng)田的上部，土壤表層的質(zhì)量表現(xiàn)為空氣質(zhì)量及支撐作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)地力的一部分。在土壤下層，作物生長需要的水分、養(yǎng)分等與水文地質(zhì)循環(huán)密不可分，并對地下水循環(huán)產(chǎn)生影響，因此，土壤深層的質(zhì)量可理解為基礎(chǔ)地力和區(qū)域水循環(huán)質(zhì)量。

（2）物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化特征。耕地系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)、能量流動、生物演替和信息傳遞等過程是耕地產(chǎn)生各項功能的基礎(chǔ)[29]。其中，水循環(huán)、氣熱運動等物理過程可以促進作物對水分的吸收利用，為作物的生存和生長提供保障功能；離子交換、酸堿反應(yīng)以及氧化還原反應(yīng)等化學(xué)過程既可以保證養(yǎng)分的有效性，又對物質(zhì)在土壤中的移動以及污染物質(zhì)的緩沖有著深刻的影響[30]；有機質(zhì)礦化、腐殖化以及碳、氮、磷循環(huán)等生物過程不僅可以增加作物生長所需的礦質(zhì)元素，還可以固定二氧化碳釋放氧氣，對改善空氣、保證作物生長具有重要影響[31]。以上三種過程構(gòu)成了耕地的生產(chǎn)、健康、緩沖過濾和碳固持功能的基礎(chǔ)。

2.3 權(quán)籍對耕地利用過程的影響

耕地不僅是自然因素和人類活動的綜合體，耕地的開發(fā)利用還是人類產(chǎn)權(quán)形成的過程[31-32]，權(quán)籍是耕地社會經(jīng)濟特性的直接體現(xiàn)，是綜合體的一個方面，直接或間接影響耕地利用或耕地質(zhì)量。目前，土地所有權(quán)分為國家所有和集體所有兩種形式。對于耕地而言，在明確所有權(quán)為國家或集體所有的基礎(chǔ)上，實行土地承包經(jīng)營，土地承包經(jīng)營權(quán)為30年不變。承包經(jīng)營權(quán)的相對穩(wěn)定性，在一定程度上保障了農(nóng)村社會的穩(wěn)定，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)積極性[32]，有利于農(nóng)戶進行多元化種植，使農(nóng)戶或從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟組織能夠?qū)ν恋亻L期有效投資，改良土壤條件，提高耕地質(zhì)量。但是，耕地產(chǎn)權(quán)平均，導(dǎo)致耕地過細切割，田塊出現(xiàn)破碎化，難以形成規(guī)模，加上人為因素的作用，田塊形狀不一，平整度降低，對農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、生物工程的建設(shè)、病蟲害的防治都形成阻力，農(nóng)業(yè)技術(shù)管理水平難以提高[33]。因此，耕地的長期承包經(jīng)營，權(quán)屬分散在各個農(nóng)戶手中，雖然在一定程度上有利于耕地保護和農(nóng)戶的長期投資，但是，從長時間來看，過度的權(quán)屬分散化以及耕地的破碎化、條塊化，增大土地整治難度，導(dǎo)致道路通達不便，農(nóng)業(yè)機械化水平低下等影響耕地質(zhì)量提高的一系列問題。

圖2 基于要素—過程—功能的耕地質(zhì)量認識Fig.2 The cognition of cultivated land quality based on elements-process-function

2.4 基于要素與過程的耕地功能認識

耕地質(zhì)量是耕地綜合體要素在其相應(yīng)的生產(chǎn)過程、光合過程、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程等所體現(xiàn)的功能反映，耕地質(zhì)量具有生產(chǎn)、生態(tài)、景觀、文化等多維功能表現(xiàn)（圖2）。耕地“要素—過程—功能—特性—質(zhì)量”是認識和研究耕地質(zhì)量的邏輯路線，人類對于耕地有一種需求，就有一種對應(yīng)的功能，與功能相對應(yīng)的則是支撐功能的相應(yīng)要素及其作用過程。從這個意義上講，功能是耕地質(zhì)量的體現(xiàn)，是耕地質(zhì)量的載體，耕地質(zhì)量的內(nèi)涵隨著功能顯化（人類需求增加）而逐漸豐富；耕地的功能多種多樣，耕地質(zhì)量也多種多樣。

耕地的功能既包括學(xué)術(shù)界已認識的一些功能，還存在目前無法認識到的功能。比如耕地土壤子系統(tǒng)是一些特殊物種資源的棲息地，對于這種功能的重要認識，可能會超越目前的認識能力。從客觀的角度來看，耕地功能存在一個集合，即耕地的功能集合。

耕地功能的顯化和表達是相對于人類需求而言，當社會發(fā)展到一定階段，就需要耕地提供相應(yīng)的功能，人類也通過現(xiàn)代的工程和技術(shù)手段，滿足其自身對功能的需求，且耕地不同功能質(zhì)量既相互區(qū)別，又相互作用，體現(xiàn)出耕地的整體功能[21-22]。同時，由于人類需求的差異性、階段性和多樣性，耕地的功能就表現(xiàn)為多樣性特征。例如，1978年以來，對耕地功能的需求，從生產(chǎn)功能（解決溫飽），到支撐功能（建設(shè)發(fā)展），到景觀功能（都市周邊的休閑），到生態(tài)功能（發(fā)揮耕地的調(diào)節(jié)功能），乃至教育功能（農(nóng)耕文化）等，就是讓耕地功能滿足人類的一定需求（圖2）。

3 基于要素—過程—功能的耕地質(zhì)量特征

耕地的承載力、生產(chǎn)性、固定性等基本特征已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界的公認，本文主要根據(jù)筆者長期對耕地質(zhì)量的研究與思考，基于國內(nèi)外對土地質(zhì)量、耕地質(zhì)量、土壤質(zhì)量、土壤健康[19-25]等方面的前沿觀點，從“要素—過程—功能”的角度，重點探討耕地質(zhì)量在形成過程中的遺傳性和變異性，在演化過程中的動態(tài)性，在生態(tài)過程中的抵抗力與恢復(fù)力。

3.1 耕地質(zhì)量的遺傳性和變異性

耕地的物質(zhì)組成來源于土壤，耕地的質(zhì)量特征具有一定空間遺傳性[34-36]。對于在一定立地條件下耕作的農(nóng)田來講，其繼承了耕作土壤的土體構(gòu)型、質(zhì)地、土壤有機質(zhì)含量、pH、黏土礦物類型、障礙層次、地形、坡度、海拔等特征以及立地空間對應(yīng)的光照、溫度和降水條件。耕地質(zhì)量的高低不僅是耕地本身的特征，更是在一定的地理環(huán)境下的產(chǎn)物。耕地質(zhì)量既有對原生環(huán)境下土壤質(zhì)量的繼承，也有按人類需求而進行改造的特征，從這個角度來講，耕地質(zhì)量具有變異性[34-36]。

3.2 耕地質(zhì)量的動態(tài)變化性

耕地的質(zhì)量存在一個本底的基礎(chǔ)值，這個基礎(chǔ)值就是耕地利用系統(tǒng)的本底值。該值受兩方面影響：一是在將其他用地類型轉(zhuǎn)為耕地的過程中，由于采取了一定的土地整治措施，從而形成一個農(nóng)田系統(tǒng)，這是突變的改造過程；另外一種改變，則由于長時期的灌溉、排水、施肥等對土壤質(zhì)量產(chǎn)生的累積性的影響，主要表現(xiàn)為土地利用狀態(tài)，是粗放、集約還是可持續(xù)，都會對耕地質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，而區(qū)域氣候變化也會對耕地質(zhì)量要素產(chǎn)生一定的影響。對于一個區(qū)域而言，常常是不同的過程疊加起來對耕地質(zhì)量在時間上產(chǎn)生影響。

這種累積性的影響將產(chǎn)生三種可能：第一種是使原來的耕地質(zhì)量得到提升；第二種是維持原來的耕地質(zhì)量水平；第三種是導(dǎo)致耕地質(zhì)量水平下降。

3.3 耕地質(zhì)量的抵抗力與恢復(fù)力

作為一種人工調(diào)控的系統(tǒng)，好的耕地質(zhì)量具有抵抗外界壓力的條件，并具備自我恢復(fù)的能力，這種恢復(fù)能力有一個時間上的變化特征。

對耕地質(zhì)量抵抗力的影響是在水平方向和垂直方向上起作用。一種是通過耕地利用，累積產(chǎn)生影響。對于任何質(zhì)量要素來講，可以承受一定強度的土地利用，并且具有恢復(fù)的能力，只不過這種恢復(fù)能力所用的時間長短發(fā)生了變化。比如，對于土壤中有機質(zhì)含量變化，一般是在幾年內(nèi)發(fā)生變化，而對于土壤中養(yǎng)分來講，則是一年之中發(fā)生變化。耕地質(zhì)量的發(fā)揮需要特定的微生物種群，土地利用強度導(dǎo)致微生物種群發(fā)生了變化，要恢復(fù)微生物的種群，顯然是困難的。因此，耕地的利用不僅是對耕地系統(tǒng)產(chǎn)生了重要影響，還對耕地所依存的環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，這種影響的累積性，是決定耕地質(zhì)量是否具有抵抗力和恢復(fù)力[36-37]。

在水平方向上，土地利用轉(zhuǎn)型、土地的切割以及其他用地類型的嵌入，都會對耕地質(zhì)量產(chǎn)生影響。比如在一個完整的耕地系統(tǒng)中，防護林網(wǎng)的破壞，可能會導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生，而對耕地的生產(chǎn)功能產(chǎn)生負面影響，一旦林網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)，耕地質(zhì)量很快就會得到改進。如果是一個獨立工礦用地，鑲嵌在農(nóng)田系統(tǒng)中，獨立工礦用地的排放物會對農(nóng)田的環(huán)境產(chǎn)生影響，也會對耕地地塊水平下土壤的凈化能力和循環(huán)能力產(chǎn)生影響，還可能使一些外源物質(zhì)進入，和土壤中的某些元素快速增加。這種情況的發(fā)生，會影響整個農(nóng)田系統(tǒng)，甚至摧毀耕地質(zhì)量的抵抗力。

4 基于要素—過程—功能的耕地質(zhì)量研究趨勢

4.1 耕地質(zhì)量的關(guān)鍵功能要素識別

隨著土地利用多功能研究不斷推進，耕地質(zhì)量多重屬性也得到了越來越多的關(guān)注。未來耕地質(zhì)量研究應(yīng)從耕地多功能角度出發(fā)，從垂直—水平兩個不同方向研究耕地的多功能維度質(zhì)量，研究基于多功能形成過程的耕地質(zhì)量維度特征、內(nèi)涵及要素，進而形成基于耕地多功能的多層次耕地質(zhì)量內(nèi)涵體系“耕地質(zhì)量系統(tǒng)—耕地質(zhì)量子系統(tǒng)—耕地質(zhì)量要素”。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合各功能質(zhì)量的形成過程以及區(qū)域?qū)嶋H特點，借鑒已有的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)過程理論，如土壤養(yǎng)分循環(huán)、碳循環(huán)、水文地質(zhì)循環(huán)以及景觀格局形成過程等，識別耕地多功能質(zhì)量關(guān)鍵要素；依據(jù)要素—過程—功能關(guān)系，從地學(xué)特性、土壤特征、生物特性等全維度、多視角建立與功能質(zhì)量相匹配的具體表征要素。

4.2 耕地質(zhì)量演化過程、階段特征和多功能質(zhì)量轉(zhuǎn)型

從耕地質(zhì)量各功能維度的耦合協(xié)調(diào)過程來分析耕地質(zhì)量的演化過程，從耕地質(zhì)量各要素的耦合系統(tǒng)過程來分析耕地質(zhì)量各功能維度的演化過程；基于耕地質(zhì)量表征屬性數(shù)據(jù)庫的分析、耕地質(zhì)量要素確定的評價模型，評價耕地質(zhì)量不同時點的耕地質(zhì)量演化方向，識別耕地質(zhì)量時空分異的關(guān)鍵轉(zhuǎn)化節(jié)點。

利用典型相關(guān)分析、偏相關(guān)分析、脫鉤分析等方法，剖析耕地自然質(zhì)量演化（地下水位、區(qū)域水資源可用量）、利用程度（農(nóng)田水利、田間道路、機械化程度）、效率（生產(chǎn)能力投入和產(chǎn)出特征）、環(huán)境容量（區(qū)域水資源、地下水位）等要素間的相互作用關(guān)系；采用Markov-CA模型、CLUE-S模型等方法，刻畫耕地質(zhì)量空間演變特征，劃分耕地質(zhì)量演化階段，并歸納階段特征。

利用耕地質(zhì)量評價模型，計算關(guān)鍵時點的耕地綜合質(zhì)量及耕地功能維度質(zhì)量大小，如生產(chǎn)功能質(zhì)量、調(diào)節(jié)功能質(zhì)量和景觀功能質(zhì)量，剖析耕地不同功能質(zhì)量在時間上的轉(zhuǎn)型特征；基于空間分異特征，分析耕地多功能質(zhì)量在區(qū)域上的轉(zhuǎn)型與權(quán)衡關(guān)系，揭示耕地質(zhì)量空間的分異規(guī)律。

4.3 耕地質(zhì)量遺傳性與變異性、抵抗性與恢復(fù)性

基于土壤剖面縱斷面數(shù)據(jù)以及長時間序列關(guān)鍵時點耕地質(zhì)量要素數(shù)據(jù)，從自然遺傳性和高強度土地利用導(dǎo)致的變異性出發(fā)，定量分析耕地質(zhì)量遺傳性和變異性特征以及耦合關(guān)系，揭示耕地質(zhì)量要素對耕地質(zhì)量遺傳性與變異性的影響；依據(jù)地理學(xué)空間分異規(guī)律，設(shè)定滿足既定精度要求的土壤剖面樣點并進行取樣測定，基于土壤剖面的縱斷面分層數(shù)據(jù)，刻畫耕地質(zhì)量關(guān)鍵要素在垂直方向的變異性；利用土壤剖面數(shù)據(jù)定量分析耕地質(zhì)量遺傳性和變異性特征以及二者之間的耦合關(guān)系；揭示刻畫影響耕地質(zhì)量關(guān)鍵要素對耕地質(zhì)量遺傳性與變異性的貢獻程度及其變化特征。

4.4 多功能協(xié)調(diào)下的耕地質(zhì)量調(diào)控

以“要素—過程—功能”相互作用機理為基礎(chǔ)，研究耕地各功能質(zhì)量之間的協(xié)同/拮抗關(guān)系；結(jié)合耕地質(zhì)量的演化過程、階段特征、空間分異及驅(qū)動機制的研究，識別當前耕地多功能失調(diào)的關(guān)鍵功能質(zhì)量以及對應(yīng)的限制性關(guān)鍵要素，提出改進措施和手段，針對性地尋求克服限制的解決途徑，形成多功能協(xié)調(diào)導(dǎo)向的差別化耕地質(zhì)量調(diào)控對策。

5 結(jié)論與討論

（1）耕地資源是由氣候、土壤、母質(zhì)、地形地貌、水文、植被、利用、基礎(chǔ)設(shè)施與權(quán)籍等9個維度組成的自然地理—社會經(jīng)濟綜合體；這些組成要素從不同時空尺度上對耕地資源的綜合利用產(chǎn)生影響。從大尺度上看，氣候?qū)Ω厣a(chǎn)功能產(chǎn)能的影響比較大，而從地塊尺度，土壤是影響耕地生產(chǎn)功能的主要因素。

（2）耕地在水平方向和垂直方向的過程存在一定差異，垂直方向上耕地功能是由水循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)、大氣循環(huán)等不同過程決定的包括生產(chǎn)功能在內(nèi)的緩沖過濾功能、碳固持功能等關(guān)鍵功能。在水平方向上，在耕地系統(tǒng)的水平方向上存在物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的“源”和“匯”關(guān)系，耕地的功能則包括景觀功能、生態(tài)功能等。

（3）耕地“要素—過程—功能”是認識和研究耕地質(zhì)量的邏輯路線，耕地質(zhì)量是耕地綜合體要素在其相應(yīng)的生產(chǎn)過程、光合過程、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程等所體現(xiàn)的功能反映，耕地質(zhì)量具有生產(chǎn)、生態(tài)、景觀、文化等多維功能表現(xiàn)。人類對于耕地有一種需求，就有一種對應(yīng)的功能，因而形成耕地質(zhì)量的一個維度，人類對于耕地的功能需求是多方面的，因此，耕地的質(zhì)量也是多功能維度。

（4）耕地質(zhì)量具有顯著的遺傳性和變異性特征。遺傳特征強烈受到土壤母質(zhì)的影響，而變異性特征則顯著受到區(qū)域土地利用和人類活動的影響。耕地質(zhì)量具有抵抗力和可恢復(fù)力，在一定范圍內(nèi)耕地質(zhì)量能夠抵御外界干擾并自然恢復(fù)。但是，耕地利用過度則導(dǎo)致系統(tǒng)的抵抗力和恢復(fù)力顯著降低，超過一定閾值后，導(dǎo)致耕地退化。

（5）耕地質(zhì)量的未來研究趨勢和重點是：基于耕地質(zhì)量的“要素—過程—功能”之間的內(nèi)在關(guān)系，識別耕地質(zhì)量的關(guān)鍵功能要素；利用多學(xué)科知識綜合，定量揭示耕地質(zhì)量演化過程、階段特征，采用作物模型等方法分析耕地質(zhì)量要素之間的耦合作用關(guān)系；構(gòu)建耕地質(zhì)量遺傳性與變異性、抵抗性與恢復(fù)性定量測度方法；揭示耕地質(zhì)量要素之間的相互作用機制，分析耕地功能轉(zhuǎn)型與權(quán)衡關(guān)系。