基于生態位理論的富硒土壤資源開發利用適宜性評價及分區方法

蔡海生,陳 藝,張學玲,*

1 江西農業大學 江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室/江西農業大學富硒農業產業發展研究中心,南昌 330045 2 江西旅游商貿職業學院,南昌 330100

隨著社會的不斷進步和經濟的飛速發展,人們對健康問題越來越重視。硒是人體不可或缺的微量元素,是世界衛生組織確定為繼碘、鋅之后的第三大營養保健微量元素,具有抗氧化、提高人體免疫力、維持甲狀腺發揮正常作用、預防心血管疾病等諸多功能,缺硒會導致人體內硒蛋白含量下降引發多種病癥[1- 5]。人體無法自主合成硒,食物中的硒是主要來源,而食物中的硒是由土壤中的硒元素遷移而來[6]。據統計,世界上有40多個國家和地區土壤缺硒。我國約72%的國土為國際公認的缺硒地區(土壤硒含量≤0.1 mg/kg),其中約30%為嚴重缺硒(土壤硒含量≤0.02 mg/kg),涉及22個省(市、區),覆蓋約7億人口。2019年7月,國務院出臺《健康中國行動(2019—2030年)》等相關文件,提出了健康知識普及、合理膳食、發展健康產業等15個重大專項行動,將全民健康提到了前所未有的高度。這些舉措對進一步加快轉變農業發展方式、推動功能農業發展具有重要的指導意義。當前,各地都非?？春酶晃a業的發展潛力,重視和支持富硒產業發展,積極開展富硒土壤資源調查和利用規劃,出臺相關政策扶持富硒產業發展。實施鄉村振興戰略,產業興旺是關鍵,開發富硒土壤、發展富硒農業、生產富硒產品,彰顯了區域農業產業特色,順應了健康中國的需求,具有非常廣闊的發展空間和市場前景。

如何科學高效綠色的對富硒土壤資源進行開發利用,是富硒農業產業發展的關鍵前提。目前,土壤硒資源的相關研究主要包括硒的理化性質[7-8]、硒在農作物中的遷移轉運機制[9, 10]、硒資源的分布特征及影響因素[11- 14]、硒資源的調查與評價[15-19]等方面,對于土壤硒資源的綜合評價及開發利用的研究,相關學者運用層次分析法對土壤硒資源、富硒區耕地質量、富硒茶園、富硒康養旅游的開發潛力進行適宜性評價[20-24]。由此可見,目前學者多把關注點置于研究土壤硒資源的內部特性及其與作物之間的內在轉化,而對土壤硒資源定量評價的研究相對較少,研究方法略顯局限,土壤硒資源評價與富硒產業的聯動性尚未得到足夠的重視,且缺乏相關綜合評價方法。針對現有研究的不足,本研究立足富硒農業生產的主導因素和限制因素的基礎上,引入多維超體積生態位理論構建富硒土壤資源開發利用適宜性評價體系,為富硒土壤資源有效利用和富硒農業產業健康發展提供有效的決策支撐。

生態位是生態系統中每種生物生存所必需的生境最小閾值,生態位理論包括生態位寬度、生態位重疊、生態位分離、生態位擴充與壓縮等基本內容,是生態學中的重要理論之一。隨著該理論的深入研究,除了應用于生態領域,在土地整治、建設用地適宜性評價、高標準農田建設適宜性評價、農村居民點適宜度評價、國土空間綜合功能分區、土地開發適宜性評價等與土地資源相關的領域,亦有廣泛的應用[25-33]。本文主要討論將生態位理論引入富硒土壤資源開發利用適宜性評價研究,擬通過最適生態位解釋富硒土壤資源開發利用的適宜性,利用區域富硒土壤的現實生態位和最適生態位的差異程度,劃分開發利用的適宜性等級,確定富硒土壤資源開發利用的區域定位和重點方向,以期解決富硒土壤資源無序、盲目、粗放開發利用問題,為定量分析富硒土壤資源開發利用的適宜性評價探索一條新路子,促進富硒土壤資源科學合理的開發利用,為鄉村產業振興提供一條有效的新途徑。

1 富硒土壤生態位理論解釋及其開發利用評價概述

1.1 生態位視角下富硒土壤資源開發利用的內涵

生態位概念最早是由格林內爾(Grinnell)在1917年提出,其意義為一個物種能夠生存和繁衍后代的所有條件的總和,后來相關學者對生態位內涵進行了補充與拓展，,細分出空間生態位、功能生態位、多維超體積生態位、基礎生態位、現實生態位等,并提出生態位適宜度概念,用來表述生物對其生境條件的適宜性程度[25,31]。生態位理論不僅在動物生態學中得到應用,在資源評價、農業生產、城市規劃等領域也得到了越來越廣泛的應用。國內許多學者也開展了相關研究,進一步把生態位理論應用拓展到“自然-經濟-社會”復合生態系統中,將能夠在這個復合生態系統中進行物質轉化、能量轉換、信息處理等生態學過程的生物功能單元和其它功能單元稱作生態元,并把能夠被生態元利用和適應的生態因子稱為生態位[34]。類似多維超體積生態位理論,區域發展依賴于由“自然-經濟-社會”等多維現實資源構成的支撐空間,這種多維空間即區域發展資源支撐最適生態位,與現實資源條件提供的現實生態位的耦合分析,即可衡量資源條件對區域發展的適宜性程度[34-35]。

富硒土壤生態系統作為土地生態系統的一部分,時刻都在發生著物質循環、能量交換與信息傳遞,是一種動態開放的“自然-經濟-社會”復合生態系統?？梢?富硒土壤生態系統也是一種生態元,富硒土壤資源利用同樣具有其最適生態位。土地資源開發利用作為一種系統性的綜合工程,其開發利用效果與多維空間上的資源條件有著密切的聯系。若將富硒土壤資源開發利用比作一種生物行為,則富硒土壤資源開發利用適宜性評價分區的關鍵就是找到與利用行為相適宜的空間位置。因此,富硒土壤利用生態位的概念可表述為：在土壤硒資源豐富的區域范圍內,綜合考慮富硒土壤資源開發利用受到土壤資源稟賦、土地利用條件、土壤環境質量、人為外在干擾等多個維度要素制約的基礎上,該區域富硒土壤資源生態元在開發利用過程中所占有的地位、作用以及與其它土地利用類型生態元的關聯程度,即富硒土壤利用資源生態位。用函數表示：

F=f(xi)i=1,2,3,……,n

(1)

式中,F表示研究區富硒土壤利用生態位；xi表示影響富硒土壤資源利用生態位大小的各維度因素,即生態位因子；i表示生態位因子的總個數。

因此,從生態位視野考慮,富硒土壤資源開發利用適宜性評價及分區的關鍵,是要充分考慮富硒土壤資源稟賦以及土地利用條件、土壤環境質量、人為外在干擾等多維因素的作用與地位,對富硒土壤資源利用中相關農業生產主導因素和限制因素的平衡協調,通過確定各維因素對于富硒土壤資源開發利用的最適閾值,進而得出不同適宜程度的生態位空間,為富硒農業生產提供基礎支撐。

1.2 富硒土壤資源的開發利用適宜性評價概述

土壤資源是指具有農、林、牧業生產力的各種土壤類型的總稱,是人類賴以生存的最基本、最廣泛、最重要的生產資料和自然資源。土壤資源評價是指對土壤資源的質量、適宜性和限制性作出評定,是一個多目標的評價系統,包括土壤自然適宜性評價、土壤生產潛力評價、土壤經濟評價等層面[36]。針對土壤資源適宜性評價研究,早在二十世紀初期美國就制定關于土壤潛力分級評價標準,隨后土地合理利用開始引起全球重視,德國、日本、英國、蘇聯等國的專家學者相繼針對本國土地調查、土壤潛力等方面出臺相關標準。二十世紀七八十年代,隨著多學科的交叉滲透和計算機技術的發展,土地開發利用適宜性評價方法日趨多層次、多領域、定量化和可視化。在此時期,影響最大、使用最廣泛的是聯合國糧農組織在1976年頒布的《土地評價綱要》,明確將土地利用評價分為綱、類、亞類、單元四個適宜性評價等級。二十世紀五十年代,我國開啟的大范圍荒地調查,開創了土地適宜性研究的先河,隨后國內專家學者陸續開展了不同范圍、不同領域的土壤與土地適宜性評價研究,借助于地理信息技術和遙感技術的興起,評價方法的綜合性、系統性和精確性得到提高[36-37]。特別是近年來,土地利用規劃、國土主體功能區劃、國土空間規劃等都將土壤與土地利用適應性評價作為一項基礎工作。

針對土壤適宜性評價,通常采用多層次多目標的評價方法。其特點是：地域范圍從大到??；評價效應從宏觀到微觀；指標選擇從單一到綜合。一般采用三級評價系統[37-38]：第一層次,主要依據地理分布構成的水熱條件,及生物氣候條件或農業耕作制度上的差異進行劃分；第二層次,主要按土壤對農、林、牧的適宜性進行劃分；第三層次,主要以土壤對某種具體用途的適宜性程度、限制因素的作用大小等為依據來劃分。土壤適宜性分區方面,主要依據地貌、氣候、土壤、植被等自然條件,其次是土壤利用的現狀及其特點,再次是土壤利用的經濟社會條件狀況,進行綜合分析。評價的重點是與土壤資源有效利用結合起來,分析土壤資源的構成要素及其組合屬性、土壤利用的狀況和特點、土壤利用方向的遠景規劃等方面的區域間顯著差異性和區域內的相對一致性。

顯然,富硒土壤資源開發利用的適宜性評價是針對富硒土壤對富硒農業具體用途而進行的適宜性評價,重點在探究富硒土壤資源稟賦與利用方向的適配性,探究富硒土壤資源現實條件(生態位)與富硒農業生產資源理想需求(生態位)的適配性,需要綜合考慮自然、經濟、社會等多種因素,融合生態學、地理學、農學、經濟學及相關學科的方法技術,核心是尋找土壤用途與土壤質量的最佳匹配,是尋求土地利用最優結構及模式的先決條件,也是土地資源可持續利用和管理的前提與基礎。近年來,富硒土壤資源利用適宜性評價理論和方法得到不斷的發展和完善,特別是圍繞土壤適宜性評價的針對性、比較性、區域性、綜合性、系統性、主導性、生產性等方面,開展了大量的研究。因為對富硒土壤適宜性評價測度分析的角度和因素選取各有側重,選取的測度方法和評價指標各有不同[21- 24,39- 40]。表1中列舉出部分學者研究所用的測度方法及評價指標。

表1 富硒土壤資源開發利用適宜性評價測度方法及指標選取比較分析

綜上所述,針對富硒土壤資源開發利用適宜性評價的目標導向多種多樣,包括耕地質量、農業生產、康養旅游等方面,評價區域分布較廣,評價范圍大小不一。測度方法方面從早期的定性研究轉向選取指標定量評價,再由定量指標評價發展為指標評價與計算機技術和數學模型相結合,評價結果的科學性和精確性逐步提高；測度指標的選取依據評價目的,考慮到土壤自身條件、地形地貌、交通區位、人文條件等自然、經濟、社會方面的因素,能夠較為客觀、合理、科學地評價富硒土壤資源特征及其利用潛力。但仍有以下不足之處：

(1)研究內容方面：現有研究多關注于富硒土壤的理化性質、資源調查、分布特征及影響因素、富硒農業生產、開發利用可行性分析等方面,針對富硒土壤開發利用深入研究的并不多,對于土壤硒資源的綜合開發利用適宜性評價和利用分區研究相對比較薄弱,特別是研究過程中定性定量相結合的研究比較少。

(2)測度方法方面：現有關于富硒土壤適宜性評價的研究方法,多采用德爾菲法和層次分析法與GIS技術相結合的測度方法,理論方法的創新性和客觀性稍有欠缺,適宜性評價的綜合性不足,應進一步考慮與產業布局規劃相關的生態保護、土地利用條件等相關因素,以便提高評價成果的有效性和實用性。

(3)指標選取方面：現有評價指標體系構建,主要涉及到區位條件、地形要素、土壤含硒情況、土壤養分、環境質量等方面,強調富硒土壤分布特征和理化性狀的比較多,結合富硒土壤資源開發利用的農業生產主導因素和限制因素討論的比較少,指標選取存在一定的局限性,難以科學、全面地評價開發利用的適宜性。

2 富硒土壤利用生態位適宜性評價研究思路與技術框架

2.1 基本思路

實施鄉村振興戰略,產業興旺是重點。立足區域富硒土壤的資源稟賦優勢,把富硒資源優勢轉化為資本優勢和產業優勢,大力發展富硒農業產業,打造現代農業產業新特色、新優勢、新名片,是實施鄉村振興戰略和健康中國戰略、全面建成小康社會的新要求、新任務、新機遇。開展富硒土壤資源開發利用適宜性評價與分區研究,實現富硒土壤資源綠色高效生態利用,是發展富硒特色農業產業的基礎支撐和重要保障。以生態位理論為基礎,將富硒土壤開發利用看作自然環境中的一種生物行為,討論富硒土壤開發利用的需求生態位與現實生態位的匹配問題,結合富硒農業生產的主要區位因素、主導因素和限制性因素,尋找到發展富硒農業所需要的空間位置,并根據適宜程度進行分級分區,是富硒農業產業發展的一項基礎性研究工作。

為此,可依托多維超體積生態位理論,綜合考慮富硒土壤利用的主要區位因素、主導因素和限制因素,將滿足富硒農業發展的富硒土壤開發利用對資源需求所構成的空間謂之需求生態位,將該區域富硒土壤開發利用的現實資源水平謂之現實生態位,分析富硒土壤資源現實條件對富硒農業生產利用方式的適宜性程度。在“自然-經濟-社會”復合生態系統中,富硒土壤開發利用受到主要區位因子、農業主導因子、農業限制因子等生態元的影響,每個因子對富硒土壤利用和富硒農業生產都有一定的適合度閾值,只有在這些閾值所限定的區域內,富硒土壤開發利用才能科學合理適宜、富硒農業發展才能綠色生態高效。一般情況下,富硒土壤開發利用的生態元類型及相關生態因子如表2：

表2 富硒土壤資源利用適宜性評價相關生態元及生態因子

以多維超體積生態位理論為指導,實施富硒土壤開發利用適宜性評價與分區研究,基本步驟如下：①明確評價目的,確定評價區域；②確定區域富硒土壤開發利用相關生態元維度和生態因子,構建適應性評價指標體系；③明確評價單元,收集評價相關指標數據并處理分析；④單因子評價：確定各評價指標因子等級或權重,形成單因子評價圖層；⑤綜合評價：選擇多維度生態位適應性評價模型,計算各評價單元生態位適宜性綜合指數；⑥評價結果分析：運用GIS空間分析技術,根據自然斷點法將評價結果劃分成四個等級：高適宜、中適宜、低適宜和不適宜,形成適宜性評價結果空間分布圖；⑦利用功能分區：采用聚類分析法進行富硒土壤利用功能適應性分區,根據“宜林則林、宜農則農”等原則確定主體功能區,明確富硒水稻、富硒蔬菜、富硒中藥材、富硒林果等生產功能區,分析主導障礙因素,確定富硒農業空間發展布局,并生成適宜性評價分區圖。最終研究結果,將為研究區富硒土壤資源開發利用和富硒農業產業發展布局提供可行性建議和科學決策依據。

2.2 技術框架

基于多維超體積生態位理論,運用GIS相關技術,進行富硒土壤資源開發利用適宜性評價與分區研究技術路線圖如圖1,實施步驟如下：①資料收集分析：收集富硒農業生產區位因素、主導因素、限制因素等生態位評價因子相關資料和數據；②數據庫構建：包括地貌類型、數字高程、土壤類型、水文氣候、土地利用類型、土壤環境質量等空間數據和屬性數據,形成各生態位適宜性評價指標因子圖層；③數據處理分析：根據適宜性評價因子生態位適宜性測算模型,進行單因子評價；通過空間疊加分析以及生態位適宜性綜合指數模型,進行生態位適宜性綜合評價；④評價結果應用：基于GIS空間疊加分析,根據自然斷點法劃分四個適宜性等級,并繪制生態位適宜性評價結果圖；分析各區主導障礙因素,結合評價結果以及產業發展現狀,確定研究區富硒土壤資源開發利用功能分區。

圖1 基于生態位理論的富硒土壤資源開發利用適宜性評價技術路線圖Fig.1 Technology roadmap for the development and utilization of selenium-rich soil resources based on niche theory

3 富硒土壤利用生態位適宜性評價及分區方法

3.1 生態位適宜性評價模型構建

富硒土壤資源開發利用受到資源稟賦、生態保護、環境質量等多維生態因子的綜合制約,當評價單元內土壤資源現實條件與富硒土壤資源開發利用需求達到高度匹配時,設定該評價單元的生態位適宜度為1；當評價單元內土壤資源現實條件完全不滿足富硒土壤資源開發利用需求時,設定該評價單元的生態位適宜度為0。從富硒土壤開發利用生態位角度考慮,主要有主導因素、區位因素、限制因素三種生態元,利用GIS技術,以最小圖斑或劃定網格確定最小單元,通過對評價因子的理想生態位和現實生態位比較分析,可以計算單因子生態位適宜性指數、生態位適宜性綜合指數,指數為區間值[0,1],來定量分析富硒土壤資源的開發利用適宜性[32-33,41]。

3.1.1單因子生態位適宜性分析

主要結合富硒土壤資源開發利用的主導因素、區位因素、限制因素3種類型的評價因子進行,包含正向因子和負向因子。通過比較分析每個因子的理想生態位和現實生態位,以確定該評價因子的生態位適宜性。

(1)主導因子：也是關鍵因子、決定因素,必須滿足其最低要求,而且越豐富越有利于富硒土壤資源開發利用,屬于正向因子。針對富硒土壤資源開發利用,主導因子就是土壤中的硒含量,這是發展富硒農業的根本前提。一般情況,含量越高,越有利于富硒土壤資源開發利用,發展天然富硒農業。評價單元的生態位適宜性可以用公式表示如下：

(2)

式中,Ni為評價因子i的生態位適宜度(i∈[1,n]),Xi為評價因子i的現實生態位,Diopt為富硒土壤資源評價因子i的最適生態位,Dimin為評價因子i的生態位的最小值?？紤]到土壤含硒情況一般分為：高富硒土壤(Se≥3.0 mg/kg)、富硒土壤(Se≥0.4 mg/kg)、潛在富硒土壤(0.4 mg/kg>Se≥0.3 mg/kg)、足硒土壤(0.3 mg/kg>Se≥0.175 mg/kg)、潛在硒不足土壤(0.175 mg/kg>Se≥0.125 mg/kg)、缺硒土壤(Se<0.125 mg/kg)?？梢钥紤]確定,Dimin為土壤含硒0.125 mg/kg,Diopt為土壤含硒0.4 mg/kg。

(2)區位因子：主要指區域富硒農業發展涉及到的自然、經濟和社會因素條件,是富硒土壤開發利用的基礎支撐。這些支撐條件可以是一個適宜的區間,支撐條件過高或過低都不利于富硒土壤資源開發利用。如：區域降水條件、地形坡度、地表高程、土壤肥力、人口密度、科技水平等,可以選擇區域最典型區位因子評價。評價單元的生態位適宜性可以用公式表示如下：

(3)

式中,Ni為評價因子i的生態位適宜度(i∈[1,n]),Xi為評價因子i的現實生態位,Diopt為富硒土壤資源評價因子i的最適生態位,Dimin為評價因子i的生態位的最小值,Dimax為評價因子i的生態位的最大值。

(3)限制因子：指區域富硒農業生產需要滿足的主要條件或關鍵指標,包括自然限制因子和人為限制因子,否則就不可能實現科學合理適宜地開發利用富硒土壤。限制因子為負向因子,其現實生態位值越小越有利于富硒土壤資源開發利用。如：環境污染狀況、災害發生頻率、人為干擾活動等,可以選擇區域主導限制因子評價。評價單元的生態位適宜性可以用公式表示如下：

(4)

式中,Ni為評價因子i的生態位適宜度(i∈[1,n]),Xi為評價因子i的現實生態位,Diopt為富硒土壤資源評價因子i的最適生態位,Dimin為評價因子i的生態位的最小值,Dimax為評價因子i的生態位的最大值。

通過確定主導因素、區位因素、限制因素3種類型的評價因子各自的理想生態位和最適生態位區間,結合以上公式,與各評價單元現實生態位進行比較分析,進行適宜性等級劃分(高適宜、中適宜、低適宜、不適宜),在GIS支持下最終確定各評價因子生態位適宜性空間分布特性。

3.1.2生態位適宜性綜合分析

富硒土壤開發利用生態位是自然因素和人為因素確定的多維超體積生態位空間,評價單元的適宜度是主導因素、區位因素、限制因素等3個維度生態位適宜性綜合作用的結果。根據評價單元劃分的不同、評價目標需求的不同,以及評價因子生態位適宜性對評價單元整體生態位適宜性的影響程度,可通過Shefold限制性定律、因子生態位適宜性加權求和綜合分析法相結合,計算分析評價區域各單元生態位適宜性綜合指數,在GIS支持下最終確定評價區域生態位綜合適宜性空間分布特性。

(1)基于Shefold限制性定律綜合指數分析：Shefold限制性定律規定任何一個生態因子在數量上或質量上的不足,就會導致該生物的衰退或不能生存[41]。因此,富硒土壤資源開發利用生態位適宜性是多維多元因素共同作用的結果,多維或多元因子生態位適宜性綜合指數模型為：

(5)

式中,N為富硒土壤資源開發利用多維或多元因子生態位適宜性綜合指數,Ni為評價維度i或評價因子i的生態位適宜度(i∈[1,n]),n為富硒土壤資源利用所考慮的生態位維數或評價因子個數。

(2)生態位適宜性加權求和綜合分析法：基于富硒土壤資源開發利用受到多種因素影響,其生態位適宜性是多維或多元因子共同作用的結果,則不同生態維度、不同生態因子對生態位適宜性的作用各有不同,通過確定不同維度的生態位適宜性及其對整個評價單元的生態位適宜性的影響程度,進行生態位適宜度加權求和便可計算出評價單元的生態位適宜性綜合指數,進一步確定評價單元的生態位適宜性等級,及其評價區域生態適宜性等級分布狀況。計算公式如下：

(6)

式中,S為評價單元生態位適宜性加權求和綜合指數,Ni為第i個維度的生態位適宜性綜合指數,Wi為第i個維度的生態位適宜性對整個單元生態位適宜性的影響權重,n為富硒土壤資源利用所考慮的生態位維數。根據前文分析,此處n為3,即包含主導因素、區位因素、限制因素3個生態維度。

通過以上綜合分析,可以確定評價單元生態位適宜性綜合等級(高適宜、中適宜、低適宜、不適宜),在GIS支持下,根據自然斷點法、聚類分析法進一步將適宜性評價結果分為四個等級：高適宜區、中適宜區、低適宜區和不適宜區。

3.2 生態位適宜性評價指標體系構建

一般情況下,適宜性評價指標選取遵循科學性、主導性、差異性、綜合性、可操作性和數據可獲取性等原則[26],根據不同的評價目標與不同的空間尺度,評價指標的選取和評價指標體系的構建的側重有所不同。要避免評價指標選取越多越好、評價指標體系越復雜越好的誤區,應該以選用最少的評價因子,科學客觀區分出評價區域內各評價單元生態適宜性等級為上。針對富硒土壤資源開發利用生態位適宜性評價,關鍵就是為富硒農業發展提供基礎條件支撐,相關因子的選取及其因子最適生態位的確定,皆以能夠滿足富硒農業生產要求為根本前提。

3.2.1評價指標選取與體系構建

從富硒土壤資源開發利用以發展富硒農業生產角度來看,最關鍵的是明確土壤利用和農業生產的主導因素、區位因素、限制因素,以及相關因子生態位適宜度。簡單講：主導因素就是有沒有富硒土壤,其資源稟賦情況如何；區位因素就是針對富硒土壤開發利用有什么樣的自然與人文支撐條件,能否滿足富硒農業的發展需求；限制因素就是針對富硒土壤開發利用有什么制約因素,制約程度、剛性如何?；谝陨戏治?根據多維超體積生態理論,富硒土壤資源開發利用生態位適宜性評價可從主導因素、區位因素、限制因素3個維度考慮評價因子的選擇：

(1)主導因子：土壤硒含量?？山Y合富硒、潛在富硒、足硒、潛在硒不足、缺硒等5個等級,分析富硒土壤資源利用的基礎條件,比較分析土壤資源的現實生態位和最適生態位。

(2)區位因子：包括自然、經濟、社會等條件因素。從農業生產角度考慮,最關鍵的是光熱條件、土壤肥力、灌溉條件、地形坡度、人均耕地等。由于研究區域空間尺度的不同,選取的因子可以進一步聚焦,突出關鍵區位因素。從大尺度講,光照條件、水文條件、人均耕地等是關鍵因子；從小尺度講,土壤肥力、灌溉條件、地形坡度等是關鍵因子。

(3)限制因子：包括自然和人為干擾因子,對富硒土壤資源利用形成約束效應。從農業生產角度考慮,土地利用類型、農業環境質量、生態保護建設、農業災害隱患等,都對富硒土壤資源利用形成制約。土地利用類型首先要保證是農業用地,最好是耕地,其它類型的土地難以開發利用；農業環境質量考慮的是土壤利用不能受到有機污染或無機污染,特別是重金屬、農藥、污水等有害有毒物質污染；生態保護建設主要考慮土壤資源開發利用不要破壞生態保護地,特別是不能破壞生態紅線；農業災害隱患包括旱澇災害、農業病蟲害,及土地流失、土壤退化等生態災害等,直接影響到土壤利用效率。限制因子選擇同樣受到研究尺度的影響,要充分考慮選取因子與研究尺度的匹配性。

綜上分析,考慮到富硒土壤資源開發利用和富硒農業發展主要在縣域以內的中小尺度上進行,從富硒土壤開發利用的自身條件、土地利用和生態保護3方面綜合考慮,結合主導因素、區位因素、限制因素可以選擇土壤硒含量、土壤肥力、地形坡度、土地利用類型(基本農田保護)、農業環境質量、生態保護建設(生態紅線)等6個關鍵因子,構建富硒土壤資源開發利用生態位適宜性評價指標體系。

3.2.2評價因子最適生態位確定與適宜性等級劃分

根據前文分析,富硒土壤資源開發利用生態位綜合適宜性取決于每個評價因子的現實生態位。每個評價因子都有最適生態位值,設定生態位適宜性指數是[0,1]之間。當評價因子為正向因子時,其指標值越大則生態位值越大,相對而言富硒土壤資源開發利用適宜性越強；當評價因子為負向因子時,其指標值越小則生態位值越大,相對而言富硒土壤資源開發利用適宜性越強。一般情況下,針對中小尺度的研究區域,參考前文構建的指標體系,可選擇土壤硒含量、土壤有機質含量、地形坡度、土地利用類型、土地綜合污染指數、生態保護建設等6個關鍵因子,各因子生態位最適生態位與現實生態位適宜性等級劃分見表3。

3.3 生態位適宜性利用分區

富硒土壤資源利用分區以地域分異規律為理論基礎,以利用功能適宜性為根本要求,以堅持土壤利用改良措施相對一致性、利用方向和途徑相對一致性、社會經濟條件相對一致性為基本原則,以實現土地利用安全、生態適宜、產出高效為目標,是調整土地利用結構、優化農業產業布局、促進區域協調發展的關鍵手段。結合生態位適應性評價結果,可以從“土壤利用改良”“土地利用功能”“富硒農業生產”討論富硒土壤資源開發利用分區問題。

3.3.1土壤利用改良分區

開展富硒土壤資源開發利用適宜性評價,目的是能夠實現富硒土壤的科學合理適宜高效的開發利用。明確各單元評價因子現實生態位和最適生態位的差異,特別是針對其中關鍵性障礙因素提出改良對策,是提高生態位適宜性評價現實意義,促進富硒土壤資源合理高效利用的關鍵舉措?？梢酝ㄟ^引入障礙度診斷模型,來識別并定量分析區域富硒土壤資源的主導障礙因子[29,42-43],為土壤利用改良明確方向和目標。診斷模型為：

C=min{Ni,Ni,…,N6}

(7)

式中,C為評價單元的障礙因子,為第i個評價因子的生態位適宜性指數值,Ni最小的作為該評價單元的障礙因子。

表3 富硒土壤資源開發利用適宜性評價指標體系及最適生態位值

通過結合土地利用功能分區、富硒農業產業分區或研究區域下轄鄉鎮村界線,對以上相關區域內各評價單元的障礙因子進行排序,取最小的3個作為該分區的主導障礙因子,得出影響該分區富硒土壤資源開發利用的主要障礙因素。在制定相關富硒土壤利用方案時,注意采取措施減輕或消除這些障礙因素,提高富硒土壤利用的安全性和有效性。

3.3.2土壤利用功能分區

土地利用分區以地域分異規律理論為指導,根據土地利用條件、利用方式、利用方向、開發潛力和管理措施的相似性和差異性,將研究區內土地劃分為不同的利用區域,為優化利用結構、集約高效利用、實現有效管控、促進區域協調等提供科學依據。富硒土壤資源開發利用要服從土地利用規劃、土地用途管理和土地利用功能分區,同時,土地利用功能分區要立足于土地利用現狀、土壤資源稟賦,實現土壤資源的科學合理、適宜高效的開發利用。

區域尺度土壤利用功能分區,就是在GIS支持下,結合區域富硒土壤資源開發利用適宜性評價結果、不同區位富硒土壤資源利用生態位特征,以及區域內富硒農業產業發展布局,明確不同區位的利用現狀、功能定位、發展方位、發展潛力等,堅持“宜農則農”“宜林則林”“宜牧則牧”的原則,將富硒土壤區劃分為若干個功能區,如：城鎮建設區、農業主產區、林業主產區、牧業主產區、生態屏障區等,以便有針對性地制定利用與管理對策,實行差別化、適應性管理,提高富硒土壤的現實使用價值。

3.3.3富硒農業產業分區

實施鄉村振興戰略,實現產業興旺,關鍵是找準和培養自身產業發展特色和優勢,才能走上一條興農富民的發展道路。在“健康中國”背景下,普及健康生活、建設健康環境、發展健康產業,加快轉變農業發展方式,拓展農業多種功能,實施食品安全戰略,具有廣闊的發展空間。目前,湖北恩施、江西豐城、陜西安康、青海平安等地已經走在了富硒土壤資源開發利用的前列,全國大有星火燎原之勢。大力開發富硒土壤資源,推動“富硒+生態+大健康”產業健康發展,是助力鄉村振興戰略、健康中國戰略的有效途徑。

鑒于當前大部分地區富硒土壤資源開發不足,各地有必要加強富硒土壤資源、富硒農產品的調查,使富硒土壤資源開發利用與富硒農產品生產布局密切匹配。重點是立足富硒資源稟賦和區位優勢,結合富硒土壤資源開發利用生態位適宜性評價,加快明晰富硒農業發展的方向、重點和空間布局,合理定位富硒農業產業發展功能分區,明確核心區、示范區、拓展區、輻射區,加快富硒農業發展規劃工作；結合區域富硒農產品特色,明確“富硒水稻、富硒油茶、富硒茶葉、富硒中藥材、富硒水果、富硒蔬菜、富硒畜禽養殖”等各類富硒農業生產區,加快農業結構調整和產業升級。堅持天然、有機的富硒產業發展理念,走“現代農業+富硒產業”的發展道路,促進“富硒+”功能農業、精深加工、休閑旅游、健康養生、現代物流等綜合發展,實現“一業為主,多元發展”、“一主多輔,三產融合”,走上一條“天然安全、綠色生態、功能多樣、優質高效、富民持久”的富硒產業發展道路。

4 結論與討論

本研究將生態位理論及相關評價模型方法引入富硒土壤資源開發利用適宜性評價研究中：(1)通過定性分析與定量分析相結合、富硒土壤資源利用與富硒農業生產相結合,豐富了富硒土壤資源開發利用適宜性評價的研究方法,促進了富硒土壤資源開發利用理論與現代生態學理論的交叉融合,增強了富硒土壤資源開發利用適宜性評價的綜合性和科學性,提高了區域富硒農業發展的方向性和目標性,為因地制宜地進行富硒土壤資源開發利用提供了系統性理論依據與研究思路,對于加快把富硒資源優勢轉化為資本優勢具有重要的指導意義。(2)在多維超體積生態位理論的基礎上,從土壤自身條件、土地利用和生態保護3個方面明確富硒土壤資源開發利用的主導因素、區位因素、限制因素,選擇土壤硒含量、土壤有機質含量、地形坡度、土地利用類型、土地綜合污染指數、生態保護建設等6個關鍵因子,構建富硒土壤資源開發利用適宜性評價體系；以最適生態位作為富硒土壤資源開發利用的適宜性評價標準,確定評價因子各級生態位分值,根據評價單元生態位適宜性綜合指數采取自然斷點法劃定生態位適宜性等級,并通過聚類分析法進行生態位利用分區；結合土壤利用改良分區、土壤利用功能分區、富硒農業生產分區,探討了區域富硒土壤資源開發利用適宜性分區目標與方向問題,對于促進區域富硒土壤資源科學合理利用具有重要的現實意義。

隨著科學技術的不斷進步及學科交叉研究的不斷深入,生態位理論及模型方法得到了越來越廣泛的利用。將富硒土壤資源開發利用比作一種生物行為,通過定性定量相結合討論富硒土壤資源利用生態位適宜性問題,是對適宜性評價方法的新嘗試,具有非常積極的一面,但也存在一些需要進一步探討的問題：(1)生態位理論和模型方法本來就非常靈活,受到自然、經濟、社會等多種因素的綜合影響,如何構建科學有效的生態位適宜性評價指標體系,合理確定各評價因子最適生態位,完成生態位適宜性指數計算分析,需要做進一步的深入探索。(2)因研究區域大小尺度的不同,評價因子的選擇及其生態位適宜性等級劃分、各評價因子生態位理想值和最適生態位、各評價因子生態位對整個評價單元生態位適宜性的貢獻率權重等也有所不同,如何把握好研究尺度與評價因子生態位適宜性的匹配問題,需要做進一步的深入研究。