本研究以粮食大省的黑龙江省为研究区域,通过“耕地土壤功能评价—土壤功能限制性评价—耕地利用分区与优化”的研究框架,融合土壤、气候、地形、土地利用、社会经济、遥感等数据,以1km×1km格网为评价单元对黑龙江省2018年耕地土壤初级生产力、养分循环与供给、生物多样性供给、水净化与调节、碳封存与调节等5种功能开展精细化评价,利用多因素综合评价、地理探测器、供需判别矩阵等分析方法,结合数理统计方法、空间分析技术等,提出耕地利用功能分区方案与优化建议,主要结论如下:(1)阐述了耕地土壤功能的内涵和特征,理论解析了耕地土壤功能评价与分区的研究框架,遵循“耕地土壤功能评价—土壤功能限制性评价—耕地利用分区与优化”的逻辑脉络,构建了耕地土壤功能评价与分区的总体研究框架,建立土壤功能评价方法体系,以及耕地主导功能下的土地利用功能分区与优化途径。(2)从土壤功能单功能评价结果来看,水田与旱地的初级生产力功能、养分循环与供给功能、生物多样性供给功能与碳封存与调节功能空间分布大致相同,主要呈现从东北向西南逐渐递减的空间分布规律,以二级区为主;水净化与调节功能以一级区为主。水田与旱地的初级生产力功能、养分循环与供给功能功能性高低大致相同;而水田的生物多样性供给功能、水净化与调节功能以及碳封存与调节功能要优于旱地,主要是受土壤含水量和土壤有机碳两个指标因素的影响,相较于旱地,水田土壤含水量更为稳定,有机碳含量高,综合作用之下水田土壤的功能性稍高。从土壤功能综合评价空间分布结果来看,研究区呈现东北部等级高,西南部等级低的分布规律,以二级区面积为主,占研究区耕地总面积的46.59%。形成该空间分布格局的主要原因是由于地形、土壤属性等指标因素的综合作用影响。(3)基于土壤功能评价结果构建土壤功能供需矩阵,计算土壤功能供需比,并将其空间显示化。从空间分布上来看,研究区西南部土壤各功能供给能力弱,不能满足人类社会对于土壤功能的需求,与之相反,研究区东北部区域土壤功能的供给能力均较强,均处于盈余状态。造成这种空间分异的主要原因是由于研究区东北部水热均匀,地势平坦,分布着大面积黑土、草甸土等土层深厚、养分充足的土壤类型,土壤蓄水保肥能力强,有利于动植物生长。西南部区域全年风力强、降水少,土壤沙化问题突出,土壤类型以风沙土和盐碱土为主,土壤碱性强,保水保肥性差。(4)根据地理探测器因子探测的结果,耕地土壤功能的主导影响因子为坡度、侵蚀、盐渍化敏感度,自然环境和生态安全对耕地土壤功能的发挥影响较大。在地理探测器检验结果的基础上,构建多因素综合评价模型评价黑龙江省耕地土壤功能限制性,从单因素限制性评价结果来看,自然环境与生态安全以二级区为主,其次为一级区,自然环境三级区主要受水热条件、坡度的影响,生态环境三级区主要限制性因素为盐渍化敏感度。社会经济限制性总体较强,以三级区面积为主,占全省耕地的39.40%,主要限制性因素为耕作距离与连片度。从土壤功能综合限制性评价结果可知,黑龙江省耕地土壤功能的限制性水平大多以中等偏下限制性为主。面积分布上,二级区分布面积最大,其次为一级区,三级区最小,主要分布在研究区北部、西南部及东北部小部分区域。(5)以土壤主导功能为基础,叠加功能供需分区,结合黑龙江省实际情况,全省耕地共划分为粮食供给区、生态农业区、均衡发展区和功能弱势区4个区域,并根据各个的土壤功能限制性评价结果提出相应的耕地管理模式。粮食供给区应注重提高农业的生产效率,保证粮食继续高产稳产;均衡发展区应凸显区域功能优势,促进耕地空间的综合利用;生态农业区应注重建设绿色农业生产基地,可以根据地形特点发展观光农业;功能弱势区应围绕土壤沙化、盐渍化改良,以改善耕地土壤条件为重点,保障耕地的可持续性利用。研究可为省域尺度耕地土壤功能评价、耕地格局优化及耕地利用管理模式改善提供理论基础,对耕地资源可持续利用和综合效益提高有重要意义。