基于耕地綜合質(zhì)量的基本農(nóng)田布局優(yōu)化
——以河南省溫縣為例

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083； 2.國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035）

基于耕地綜合質(zhì)量的基本農(nóng)田布局優(yōu)化
——以河南省溫縣為例

劉霈珈1,2，吳克寧1,2，趙華甫1,2，高 碩1,2

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083； 2.國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035）

研究目的：有效整合農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估兩項(xiàng)成果，補(bǔ)充完善區(qū)域基本農(nóng)田布局優(yōu)化方法。研究方法：運(yùn)用GIS空間分析法整合農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估兩項(xiàng)成果，對(duì)研究區(qū)基本農(nóng)田進(jìn)行耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。運(yùn)用名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素分析法，確定基本農(nóng)田布局優(yōu)化方案。研究結(jié)果：溫縣基本農(nóng)田布局優(yōu)化后不僅面積增加了37 hm2，調(diào)入的基本農(nóng)田利用等、肥力、環(huán)境健康、地化綜合質(zhì)量都大幅提高，有益元素N、P富集區(qū)面積大幅增加59.30 hm2和185.61 hm2，有害重金屬元素Pb的2—3級(jí)富集區(qū)面積大幅減少195.45 hm2。研究結(jié)論：基本農(nóng)田布局優(yōu)化是貫徹落實(shí)“十分珍惜、合理利用土地和切實(shí)保護(hù)耕地”基本國(guó)策的重要工作；整合成果豐富了耕地綜合質(zhì)量的內(nèi)涵，為區(qū)域土地資源的合理、高效、可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

土地管理；基本農(nóng)田；農(nóng)用地分等；土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估；耕地綜合質(zhì)量；布局優(yōu)化

基本農(nóng)田保護(hù)是耕地保護(hù)的重中之重，其布局優(yōu)化是貫徹落實(shí)“十分珍惜、合理利用土地和切實(shí)保護(hù)耕地”基本國(guó)策的重要工作，而基本農(nóng)田布局優(yōu)化的重要依據(jù)是耕地質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于土地質(zhì)量研究的重要成果有由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織開展的土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果和由國(guó)土資源部土地整理中心組織開展的農(nóng)用地分等成果[1-2]。土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估與農(nóng)用地分等都是以土地質(zhì)量為研究對(duì)象，從不同角度得出的側(cè)重點(diǎn)不同的土地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，前者從微觀角度側(cè)重于土壤元素[3]，后者從宏觀角度側(cè)重于農(nóng)用地的自然屬性、利用狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)投入。促進(jìn)整合成果的協(xié)調(diào)應(yīng)用，不僅能深化基礎(chǔ)土地質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，還能取得更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于農(nóng)用地分等成果在土地利用規(guī)劃[4]、基本農(nóng)田調(diào)整與劃定[5-6]、耕地產(chǎn)能核算[7]等方面，土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果在土壤環(huán)境污染程度評(píng)定[8]、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[9]、礦床地質(zhì)學(xué)研究[10]等方面開展了諸多研究。關(guān)于將農(nóng)用地分等成果和土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果整合的研究主要集中在整合方案的探討[11-13]和整合成果在綠色產(chǎn)能評(píng)價(jià)[3]等方面的實(shí)證研究。而在基本農(nóng)田調(diào)整與劃定研究中，討論大多局限于耕地質(zhì)量、區(qū)位因素、行政政策等方面，雖運(yùn)用定性與定量的方式討論了基本農(nóng)田確定的方法和步驟，但卻忽視了對(duì)耕地環(huán)境健康質(zhì)量的討論。在整合方案及整合成果應(yīng)用研究中，雖重點(diǎn)討論了耕地中的肥力因素對(duì)耕地保護(hù)區(qū)布局的影響，但卻未結(jié)合區(qū)域特色農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)基本農(nóng)田肥力與環(huán)境健康質(zhì)量的內(nèi)在需求展開討論，因此未對(duì)區(qū)域特色農(nóng)業(yè)發(fā)展起到實(shí)際的指導(dǎo)意義。如何利用現(xiàn)有耕地質(zhì)量研究成果，結(jié)合區(qū)域特色農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)耕地質(zhì)量的內(nèi)在需求，因地制宜地提出基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)優(yōu)化方法，這對(duì)指導(dǎo)基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的布局與質(zhì)量建設(shè)具有重要的實(shí)踐意義[6]。鑒于此，本文以河南省溫縣為例，通過(guò)將農(nóng)用地分等成果與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果的有效整合，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)，并首次引入名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素，補(bǔ)充完善區(qū)域基本農(nóng)田布局優(yōu)化方法，以利于區(qū)域形成規(guī)?；貎?yōu)農(nóng)產(chǎn)品基地，為基本農(nóng)田保護(hù)和耕地可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)區(qū)域土地資源管理向數(shù)量與質(zhì)量并重、協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境統(tǒng)一管理方式的轉(zhuǎn)變。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

溫縣位于河南省焦作市南部，地處112°51′—113°13′E，34°52′—35°02′N。東鄰武陟縣，西鄰孟州，南濱黃河與滎陽(yáng)市、鞏義市隔河相望，西北與沁陽(yáng)市接壤，東北隔沁河與博愛(ài)縣交界。溫縣轄7個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)鄉(xiāng)，共有262個(gè)行政村?？h域東西長(zhǎng)32.5 km，南北寬24 km，面積473.89 km2，人口44.64萬(wàn)，人口密度942人/km2，是一個(gè)人多地少、人口稠密的平原農(nóng)業(yè)旅游縣。溫縣不僅是黃河以北第一個(gè)噸糧縣，還盛產(chǎn)山藥、地黃、菊花、牛膝等“四大懷藥”，品質(zhì)道地、功效獨(dú)特。

根據(jù)《河南省典型市縣（溫縣）土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估報(bào)告》（2010年），溫縣肥力質(zhì)量中等，環(huán)境質(zhì)量中下等，地化綜合質(zhì)量中等，其中優(yōu)良（Ⅱ等）、良好（Ⅲ等）、中等（Ⅳ等）、差等（Ⅴ等）的土地面積分別占總面積的63.37%、5.16%、16.71%、14.76%；差等土地集中分布在祥云鎮(zhèn)、岳村鄉(xiāng)、溫泉鎮(zhèn)的南部。根據(jù)《河南省農(nóng)用地分等研究：河南省耕地質(zhì)量報(bào)告》[14]，溫縣自然等主要為11—14等，利用等主要為9—13等，經(jīng)濟(jì)等主要為7—9等。

1.2 研究方法

疊加整合分析法是一種基本的土地評(píng)價(jià)方法。本文試圖運(yùn)用GIS空間分析法，在農(nóng)用地分等評(píng)價(jià)單元上有效疊加土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估中肥力、環(huán)境和綜合質(zhì)量的相關(guān)信息進(jìn)行耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)，分為肥力綜合質(zhì)量、環(huán)境綜合質(zhì)量、地化綜合質(zhì)量三個(gè)方面（表1），采用“農(nóng)用地利用類別——土地質(zhì)量地球化學(xué)等別”的方式表達(dá)。該方法的實(shí)質(zhì)是在掌握農(nóng)用地的實(shí)際生產(chǎn)能力和農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)的同時(shí)突出對(duì)其土壤肥力、生態(tài)環(huán)境污染狀況的特別關(guān)注。

基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)布局優(yōu)化方案不僅要確保研究區(qū)基本農(nóng)田面積不減少，還要提高其整體質(zhì)量水平。具體調(diào)出步驟為首先應(yīng)用耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)成果，剔除研究區(qū)內(nèi)耕地綜合質(zhì)量中利用等別低、環(huán)境污染的農(nóng)用地。按照級(jí)別高低，剔除名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素污染富集程度高的農(nóng)用地。然后進(jìn)一步剔除耕地綜合質(zhì)量中利用等別低、肥力缺乏的農(nóng)用地。具體調(diào)入步驟為首先從一般農(nóng)田中擇優(yōu)調(diào)入利于人體健康或名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素優(yōu)質(zhì)富集程度高的農(nóng)用地；然后結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，按照利用等別由高到低、綜合質(zhì)量由優(yōu)到劣的順序依次調(diào)入基本農(nóng)田。

表1 耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表Tab.1 Evaluation indicators of cultivated land comprehensive quality

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于《溫縣農(nóng)用地分等報(bào)告》（2005年）、《河南省典型市縣（溫縣）土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估報(bào)告》（2010年）、《溫縣土地利用總體規(guī)劃》（2006—2020年）。

2 實(shí)證分析

2.1 耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

利用ArcGIS空間分析平臺(tái)，將土地肥力質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量、地球化學(xué)綜合質(zhì)量與利用等進(jìn)行物理疊加分析：耕地肥力綜合質(zhì)量較高，從北向南由利用等13等、肥力Ⅰ等到利用等9等、肥力Ⅲ等逐漸降低。肥力綜合質(zhì)量較好的農(nóng)用地主要分布在番田鎮(zhèn)、黃莊鎮(zhèn)、北冷鎮(zhèn)，肥力綜合質(zhì)量較差的農(nóng)用地主要分布在北部的武德鎮(zhèn)和南部各鎮(zhèn)（圖1a，封二，表2）。耕地環(huán)境綜合質(zhì)量不高，從北向南由利用等13等、環(huán)境Ⅱ等到利用等9等、環(huán)境Ⅲ等逐漸降低。中部地區(qū)的農(nóng)用地環(huán)境綜合質(zhì)量較差，南部地區(qū)的農(nóng)用地環(huán)境綜合質(zhì)量最差（圖1b，封二，表3）。耕地地化綜合質(zhì)量中等，且等別分布均勻。從北向南由利用等13等地化綜合質(zhì)量Ⅱ等到利用等9等地化綜合質(zhì)量Ⅴ等逐漸降低。地化綜合質(zhì)量Ⅲ等和Ⅳ等的耕地主要分布在中北部地區(qū)，Ⅴ等的耕地零星分布在南部地區(qū)（圖1c，封二，表4）。

表2 溫縣耕地肥力綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表Tab.2 Cultivated land fertility comprehensive quality assessment of Wen County

表3 溫縣耕地環(huán)境綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表Tab.3 Cultivated land environmental comprehensive quality assessment of Wen County

表4 溫縣耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表Tab.4 Cultivated land comprehensive quality assessment of Wen County

2.2 布局優(yōu)化分析

（1）優(yōu)化方案。首先，依據(jù)耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)成果確定需要調(diào)出的基本農(nóng)田。若把環(huán)境污染的6479.69 hm2耕地全部調(diào)出基本農(nóng)田，則調(diào)出面積占基本農(nóng)田總面積比例高達(dá)24%，在整體調(diào)整過(guò)程中不現(xiàn)實(shí)，且研究表明對(duì)特色四大懷藥品質(zhì)有重要影響有害重金屬元素Pb雖在土壤中含量較低，但在4大懷藥中卻出現(xiàn)了超標(biāo)現(xiàn)象[15-21]。故在此范圍內(nèi)抽選利用等低、肥力缺乏和元素Pb富集程度高的地區(qū)，從而確定調(diào)出的基本農(nóng)田為利用9等、肥力Ⅲ等、環(huán)境Ⅲ等、地化綜合質(zhì)量Ⅴ等、Pb富集程度為2—4級(jí)的耕地230.12 hm2。

然后從一般農(nóng)田中確定耕地綜合質(zhì)量好且集中連片的耕地調(diào)入基本農(nóng)田。通過(guò)比較分析確定調(diào)入267.12 hm2環(huán)境Ⅱ等、肥力Ⅰ等、地化綜合質(zhì)量Ⅱ等的耕地，其中87.93 hm2為利用等別13等，19.11 hm2為利用等別12等，14.83 hm2為利用等別11等，145.24 hm2為利用等別9等（圖2b，封二）。

（2）優(yōu)化結(jié)果。布局優(yōu)化后基本農(nóng)田面積增加了37 hm2，其集中連片性和耕地質(zhì)量也大幅提高。具體表現(xiàn)在：調(diào)入的利用等別11—13等農(nóng)用地占調(diào)入總面積的45%，調(diào)入的肥力Ⅰ、Ⅱ等農(nóng)用地占調(diào)入總面積的72.85%，調(diào)入了267.12 hm2環(huán)境Ⅱ等農(nóng)用地，調(diào)入的地化綜合質(zhì)量Ⅱ等農(nóng)用地占調(diào)入總面積的72.85%。有益元素N的2級(jí)富集區(qū)面積增加59.30 hm2、P的2—3級(jí)富集區(qū)面積增加185.61 hm2，有害重金屬元素Pb的2—3級(jí)富集區(qū)面積減少195.45hm2（表5，表6）。

表5 優(yōu)化前后基本農(nóng)田典型元素富集區(qū)面積對(duì)比Tab.5 Comparison on typical elements enrichment areas of prime farmland before and after optimizing the spatial allocation in Wen County

表6 優(yōu)化前后基本農(nóng)田綜合質(zhì)量對(duì)比Tab.6 Comparison on comprehensive quality of prime farmland before and after optimizing of spatial allocation in Wen County

3 結(jié)論

本文以農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果為基礎(chǔ)，運(yùn)用GIS空間分析法將兩者有效整合，依據(jù)整合成果對(duì)研究區(qū)進(jìn)行耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。通過(guò)引入名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素、有益或有害元素，因地制宜地補(bǔ)充完善了區(qū)域基本農(nóng)田布局優(yōu)化方法。該優(yōu)化方法分肥力、環(huán)境、地化綜合三個(gè)層次，結(jié)合名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素、有益或有害元素，循序漸進(jìn)展開討論保證了其合理性，不僅滿足了“確保數(shù)量、提升質(zhì)量；穩(wěn)定布局、明確條件”的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃定原則，還從微觀土壤肥力、土壤環(huán)境健康等角度豐富了耕地質(zhì)量?jī)?nèi)涵，對(duì)區(qū)域基本農(nóng)田布局優(yōu)化和特色農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要的意義，但布局優(yōu)化方案調(diào)整的靈活性和條件還需深入討論。

（

）:

［1］ 奚小環(huán).生態(tài)地球化學(xué)與生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)［J］ .物探與化探，2004，28（1）：10 - 15.

［2］ 楊忠芳，奚小環(huán)，成杭新，等.區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)核心與對(duì)策［J］ .第四紀(jì)研究，2005，25（3）：275 - 284.

［3］ 桑玲玲，張曉沛，楊建宇，等.農(nóng)用地綠色產(chǎn)能評(píng)價(jià)體系構(gòu)建及實(shí)證分析［J］ .農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（7）：235 - 239.

［4］ 彭茹燕，張蕾娜，程鋒，等.農(nóng)用地分等成果在土地利用總體規(guī)劃中的應(yīng)用探討［J］ .資源與產(chǎn)業(yè)，2006，8（5）：20 - 23.

［5］ 孔祥斌，靳京，劉怡，等.基于農(nóng)用地利用等別的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃定［J］ .農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（10）：46 - 51.

［6］ 李燦，張鳳榮，朱泰峰，等.基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)規(guī)劃調(diào)控下的土地利用空間重構(gòu)分析［J］ .農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（16）：217 - 223.［7］ 鄖文聚，王洪波，王國(guó)強(qiáng)，等.基于農(nóng)用地分等與農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)能核算研究［J］ .中國(guó)土地科學(xué)，2007，21（4）：32 - 37.

［8］ 高宇，楊忠芳，張玲燕，等.運(yùn)用地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)研究銀川盆地土壤環(huán)境污染程度［J］ .現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26（5）：972 - 974.

［9］ 魏敏，馮海艷，楊忠芳.北京市大氣顆粒物中Cd的地球化學(xué)分布特征及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］ .現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26 （5）：983 - 988.

［10］ 高軍波，楊瑞東，陶平，等.貴州鎮(zhèn)寧泥盆系大型重晶石礦床地球化學(xué)特征及其成因研究［J］ .現(xiàn)代地質(zhì)，2013，27（1）：46 - 55.

［11］ 吳克寧，高碩，湯懷志，等.農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估評(píng)估整合方案的探討［A］ .中國(guó)土地學(xué)會(huì)，2008年中國(guó)土地學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集［C］ .北京：中國(guó)大地出版社，2008：1547 - 1551.

［12］ 趙穎麗.區(qū)域地化評(píng)估及其與農(nóng)用地分等整合研究：以山西祁縣為例［D］ .北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2008：41 - 42.

［13］ 高麗麗.土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估與農(nóng)用地分等整合方法及成果應(yīng)用研究［D］ .北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2011.

［14］ 王國(guó)強(qiáng)，張榮軍.河南省農(nóng)用地分等研究：河南省耕地質(zhì)量報(bào)告［M］ .北京：中國(guó)財(cái)政經(jīng)濟(jì)出版社，2005.

［15］ 吳克寧，周小果，劉超良，等.土壤對(duì)道地懷山藥品質(zhì)的影響［J］ .土壤通報(bào)，2006，37（6）：1098 - 1101.

［16］ 馬瑩.溫縣懷山藥種植區(qū)土壤理化特征及根際土壤微生態(tài)環(huán)境特征分析［D］ .河南：河南理工大學(xué)，2011.

［17］ 胡斌，黃鳳云，成芬等.道地懷山藥產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查［J］ .河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（5）：599 - 603.

［18］ 聶俊華，劉秀梅，王慶仁，等.營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K對(duì)Pb超富集植物吸收能力的影響［J］ .農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20（5）：262 - 265.

［19］ 陳慧，郝慧榮，熊君，等.地黃連作對(duì)根際微生物區(qū)系及土壤酶活性的影響［J］ .應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（12）：2755 - 2759.

［20］ 袁書林.山藥的化學(xué)成分和生物活性作用研究進(jìn)展［J］ .食品研究與開發(fā)，2008，29（3）：176 - 179.

［21］ 邱金東，劉廣河，吳宏欣.懷山藥與淮南山藥、鐵桿山藥的生藥學(xué)鑒別［J］ .河南大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版，2006，25（4）：64 - 66.

（本文責(zé)編：仲濟(jì)香）

Spatial Allocation Optimization of Prime Farmland Based on Cultivated Land Comprehensive Quality: A Case Study of Wen County, Henan Province

LIU Pei-jia1,2, WU Ke-ning1,2, ZHAO Hua-fu1,2, GAO Shuo1,2
（1. School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabitation, Ministry of Land and Resources, Beijing 100035, China）

The purpose of the study is to explore a new method for spatial allocation optimization of prime farmland, which is supported by the integration of agricultural land classification and land quality geochemical assessment. Firstly, the integration is used to evaluate the cultivated land comprehensive quality in GIS spatial analysis, taking Wen County, Henan Province as an example. Then allocation optimization program of prime farmland is presented with the typical elements. The study showed that prime farmland increased 37 hectares after adjusting the allocation. The gradation of the utilization, environment, soil fertility and the comprehensive quality of the selected cultivated land obviously increased.The enrichment areas of beneficial element N, P both increased 59.30 hectares and 185.61 hectares. The enrichment areas of harmful heavy metal element Pb reduced 195.45 hectares sharply. Spatial allocation optimization of prime farmland is an important measure based on the fundamental national policy of “Making use of the each land reasonably, cherish it carefully and protecting land practically”. The integration results enriched the meaning of comprehensive quality of cultivated land, and directed the sensible efficient sustainable utilization of regional land resources.

land management; prime farmland; agricultural land classification; land quality geochemical assessment; cultivated land comprehensive quality; allocation optimization

F301.21

A

1001-8158（2015）02-0054-07

10.13708/j.cnki.cn11-2640.2015.02.007

2014-10-01

2014-11-24

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)課題（201011006-2）。

劉霈珈（1989-），女，甘肅慶陽(yáng)人，博士研究生。主要研究方向?yàn)橥恋卦u(píng)價(jià)與土地規(guī)劃。E-mail: cugbliupj@163.com

吳克寧（1963-），男，北京人，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橥恋卦u(píng)價(jià)與土地規(guī)劃。E-mail: knwu@sohu.com