耕地资源具有多功能性,它不仅为人类的健康生活和发展提供必要的物质基础,还具有改善气候、净化空气以及涵养水源等多种生态系统服务。由于我国城市化进程的加快以及工业的飞速发展,耕地数量的减少趋势在所难免,对于耕地资源进行保护变得更加迫切。为解决我国的粮食安全和日益短缺的耕地资源问题,国家实行了严格的耕地占补平衡制度。该政策实施之初,并没有考虑到耕地的生态因素,但随着时代的发展,党和国家对于耕地质量及生态的保护越发重视。在当前耕地占补满足数量、质量双平衡的前提下,生态效益情况不可得知,且考虑到如今生态量化方法纷繁复杂,没有形成统一的标准,现从耕地质量角度入手探索一种化繁为简的生态平衡衡量方法。本文以河北省卢龙县的耕地为研究对象,搜集气象、土壤、植被、遥感等数据运用地理信息技术进行处理,在对前人研究成果进行修正的基础上构建一套符合耕地地块的生态量化方法,估算各地块生态系统服务的物质量,并结合区域耕地质量等级状况进行分析。借助数学模型探讨耕地国家利用等指数、标准粮产量、生态系统服务的物质量三者间的关系,以便从耕地质量获取生态物质量,用此关系测算并分析耕地占补过程中典型项目区生态系统服务的物质量损益状况。主要研究内容和结论如下:(1)厘清了耕地地块质量利用等与种植作物类型对耕地生态系统服务物质量的影响以耕地地块为核算单元,结合实地调查和室内化验获取的数据量化耕地生态系统的食物生产、气体调节、土壤养分循环、土壤保持以及水源涵养五大生态系统服务的物质量,分析不同国家利用等、不同种植作物类型下的耕地各生态系统服务物质量的变化情况。结果表明:在同一国家利用等级质量条件的耕地下种植不同类型的作物所提供的生态服务量则不同。同一利用等级下农作物的气体调节的物质量:玉米>水稻>甘薯,而且玉米和水稻的气体调节服务明显高出甘薯许多,同等级下面积相等的耕地种植玉米的气体调节服务物质量是种植甘薯物质量的2倍左右。然而土壤养分循环、土壤保持以及水源涵养服务三者的物质量大小受较多因素影响,即使同一利用等级下也不能依据作物种类判断其服务量的大小。同种作物随着耕地的国家利用等级增加,耕地质量下降,其食物生产、气体调节、养分循环以及水源涵养能力均有所下降,而土壤保持能力却有所提升。(2)搭建了耕地国家利用等指数与各生态系统服务物质量间的关系模型运用SPSS软件对耕地地块食物生产服务的单位面积物质量与气体调节、养分循环、土壤保持及水源涵养各服务的单位面积物质量进行了两两间的相关性分析。结果表明:气体调节服务与食物生产服务两者间相关性最强,相关系数为0.861;土壤养分循环服务次之;而水源涵养服务与食物生产服务间的相关性相对来说最弱,相关系数为0.595。从相关系数的大小上可以看出,气体调节>养分循环>土壤保持>水源涵养。耕地地块气体调节、土壤养分循环以及水源涵养服务单位面积的物质量均与食物生产服务单位面积的物质量呈现正相关,而土壤保持服务单位面积的物质量则与食物生产服务单位面积的物质量呈现负相关。并在相关性大小分析的基础上,拟合了食物生产与气体调节、养分循环、土壤保持及水源涵养各服务间的函数关系,通过粮食产量搭建桥梁,最终构建了一套“利用等指数—标准粮产量—生态服务物质量”函数关系模型。(3)衡量了耕地占补前后的生态损益状况以河北省卢龙县耕地占补的典型项目为例进行实证研究,借助耕地国家利用等指数和各生态服务物质量的数学模型,测算出了耕地占补项目中补充的新增耕地与建设用地占用的耕地之间生态系统服务的物质量损益状况。在耕地占补满足数量不减少和质量不下降的条件下,项目一除土壤保持服务有所增益外其余各项生态系统服务均有所损失;项目二食物生产、气体调节以及水源涵养服务有所增益,土壤养分循环和土壤保持服务造成了损失,其中土壤保持服务生态服务的物质量变化指数为-0.37,损失最为严重;项目三气体调节和水源涵养服务造成了损失,而养分循环与土壤保持服务则有所增益,食物生产服务的物质量变化指数为0,既没有增益又没有损失。为提高耕地的生态效益及保障占补过程中生态的平衡,在今后占补工作中应考虑到耕地利用等指数和种植作物类型的不同对耕地生态平衡的影响,并对已造成生态损失的地区采取针对性的工程修复措施。综上,本研究从探讨耕地利用等指数与各生态系统服务间关系的基础上,简化了耕地生态系统服务的量化过程,加深了对耕地生态系统的认识,同时为维持区域耕地系统生态平衡提供科学的理论指导。