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农田生态系统是我国陆地生态系统重要的组成部分之一,承担着我国重要的农产品生产功能,提供人类生存和发展所必需的基础物质和原料,其存在对保障我国粮食安全具有重要的支撑作用。同时农田生态系统提供了丰富的生态系统调节服务功能,系统评估农田生态系统产品生产、调节服务功能,分析不同服务功能的关系,对协调农业生产与生态环境保护,提高农田生态系统的综合效益具有十分重要的意义。基于全国生态环境变化遥感调查评估的数据,本文以2000年为起始年,2010年为终止年,分析我国农田生态系统(不含港澳台)格局及其变化,评估农田生态系统服务功能,核算农田生态系统产品与服务价值,结合农田变化与农田生态系统产品和服务价值的变化,进一步揭示农田生态系统服务变化的原因和驱动力,以期为提高农田生态系统的综合效益提供科学依据。主要研究结果如下: (1)2010年,全国农田面积为173.11万km2,水田占比22.64%,旱地占比77.36%。空间上,主要分布在我国东北平原、华北平原、长江中下游平原及四川盆地等地区。以淮河为界,以南多为水田,以北多为旱地。从省域和农业区划来讲,黑龙江省和东北农业区农田面积位居首位。 (2)2000-2010年,我国农田面积增加3.77万km2,减少9.68万km2,净减少5.89万km2,减幅为3.29%,水田(-3.46%)和旱地(-3.24%)均呈不同程度的减少。从农田变化空间分布格局来看,农田面积增长区域主要位于西北地区,如新疆绿洲地区,少许位于东北三江平原;而农田面积减少区域集中分布在我国中部、东部和南部地区,如京津冀地区、长江三角洲和沿海经济发达城市等。 (3)十年来,城市化建设(农田转城镇面积占比43.71%)和生态保护政策(农田转林地、草地、湿地面积占比46.60%)是农田减少的主要原因。农田转为城市主要集中在长江中下游农业区(64.81%)、黄淮海农业区(67.58%)等,农田转为森林主要集中在西南农业区(45.17%),农田转为草地主要分布在黄土高原农业区(65.73%)。而农田增加区域则位于我国西北地区甘新区。从耕地质心与粮食质心的移动轨迹得出,新增耕地质量低下,不足以弥补农田减少带来的损失。 (4)农田变化对区域生态系统服务功能产生重要的影响,因农田变化导致区域水源涵养量增加4.71亿m3;防风固沙量增加1066.47万t;同时导致土壤保持量减少0.72亿t;固碳量减少18.71万t。农田转变为城镇是导致区域生态系统服务削弱的主要原因。 (5)2010年,农田生态系统产品与服务价值为138471.64亿元,单位面积农田GEP为787.33万元/km2,其中产品提供价值为36941.06亿元,调节服务价值为101530.58亿元。安徽省、湖南省、江苏省三省农田生态系统生产价值较高,三者总农田GEP占全国农田GEP的四分之一。单位面积农田GEP排名前三位的是海南省、福建省和广东省。气候调节价值、产品提供价值、洪水调蓄价值占GEP比例较大。 (6)十年来,农田生态系统产品与服务价值增加18582.89亿元,增幅为13.42%,单位面积农田GEP也相应增加了19.44个百分点,其中,产品提供价值增加了166.37%,调节服务价值略微减少了0.97%。从单项服务价值来看,产品提供价值、固碳价值、防风固沙价值呈增长趋势,其余服务价值呈减少趋势。较为突出的是产品提供价值,增幅高达166.27%。从省域分析,增加的省份主要集中在新疆自治区、黑龙江省、河南省、河北省和山东省。 (7)农田生态系统产品与服务价值的提高,起主要贡献作用的是农田产品提供能力的大幅增长。而十年来农田面积不断缩小,化肥、农药、农业机械等人力和物力成本的不断投入,极大的提高了农田的农产品产出,增加了农田的产品提供价值。同时,因化肥施用量不断增加,增加了农田生态系统固碳功能。城镇人口不断增多,城市化的发展导致优质农田大面积减少,转换为城镇用地,削弱了农田生态服务功能的供给能力。 我国农田正在经历逐渐减少的情形,且未来这种减少趋势无法避免。因此,加强对农田生态系统格局、服务功能及其价值的核算的研究,有助于增强公众对农田生态系统的认识,为保护农田资源,保障我国食物安全,实现自然和社会的可持续发展具有重要的指导意义。