哪些因素在驱动我国农田生态系统服务变化？

农田不仅为人类提供粮食、饲料等基础物资，还具有水源涵养、碳储存、土壤保持等重要生态功能，这些功能被统称为“农田生态系统服务”，对实现联合国可持续发展目标至关重要。我国以全球8%的耕地和6%的水资源养活了20%的人口，农田生态系统承受着巨大压力。尽管我国自2000年起实施了退耕还林、天然林保护等大型生态工程，但农田生态系统服务的动态变化规律及其背后的驱动机制仍不明确，这制约了可持续农业管理策略的制定。如何科学解析农田生态系统服务的变化趋势，识别关键驱动因素及其相互作用，成为保障粮食安全与生态保护协同发展的关键问题。

近日，四川农业大学潘恒宇和四川轻化工大学郑祥宇等通过整合InVEST模型、地理加权回归和偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM），在全国尺度上系统揭示了2000–2020年我国农田生态系统服务的动态变化与驱动机制。本研究突破了传统单一方法的局限，将空间分析与多变量统计模型结合，不仅量化了气候、地形、植被、土壤和人类活动对生态系统服务的直接影响，还揭示了这些因素之间的复杂间接交互作用，为理解农田生态系统服务的“驱动网络”提供了全新视角。相关文章已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）（DOI: 10.15302/J-FASE-2025614）。

研究发现，2000–2020年间，我国农田生态系统服务呈现显著分化：水质净化能力提升，但粮食生产、土壤保持、碳储存和水源涵养能力均下降，其中华南地区的退化最为突出。空间分析显示，生态系统服务的高值区分布具有强烈异质性，例如粮食生产高值区集中在黄淮海平原和长江中下游平原，并逐渐向东北平原扩展；而水源涵养功能则呈现“南强北弱”格局，华南、长江中下游平原为主要高值区。值得注意的是，碳储存与水源涵养、水源涵养与水质净化之间存在持续的“权衡关系”，即一种功能的提升可能导致另一种功能下降，这对农业管理中的功能协同提出了挑战。

驱动机制分析进一步表明，气候对水源涵养和水质净化的直接影响最大，其路径系数超过0.6，这与降水和蒸发等气候要素直接决定水资源平衡有关；植被是粮食生产的最强驱动力，而地形对土壤保持的作用最显著；人类活动虽对粮食生产和水源涵养有积极直接影响，但这种影响会被地形通过间接途径削弱——例如地形通过改变植被覆盖和人类活动强度，间接降低农田生态系统的服务功能。此外，气候对粮食生产的影响在2010年后由正转负，反映出近年来气候变化可能对农业生产产生不利影响。

本研究为我国农田生态系统的可持续管理提供了科学依据。针对华南地区生态系统服务退化问题，研究建议优先采取针对性保护措施；对于碳储存与水源涵养的权衡关系，需制定差异化管理策略，避免单一功能优化导致的生态失衡。同时，研究强调需考虑驱动因素的交互作用，例如在粮食主产区，应通过改良植被覆盖、优化种植结构等方式增强植被对粮食生产的促进作用，同时通过水土保持工程缓解地形对生态功能的限制。