北京大都市邊緣區(qū)耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建
——以大興區(qū)為例

辛蕓娜，孔祥斌，鄖文聚

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193； 2.國(guó)土資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193；3.國(guó)土資源部土地整治中心，北京 100035）

土地評(píng)價(jià)

北京大都市邊緣區(qū)耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建
——以大興區(qū)為例

辛蕓娜1，2，孔祥斌1，2，鄖文聚2，3

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193； 2.國(guó)土資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193；3.國(guó)土資源部土地整治中心，北京 100035）

研究目的：構(gòu)建基于過(guò)程的耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，探究耕地各功能間相關(guān)關(guān)系，并以大興區(qū)為例加以應(yīng)用。研究方法：基于“指標(biāo)—過(guò)程—功能—需求”理論框架，構(gòu)建基于過(guò)程的耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用指數(shù)和法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法以及有機(jī)碳密度方程進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)。研究結(jié)果：（1）大興區(qū)耕地生產(chǎn)、緩沖過(guò)濾功能處于中等偏下水平；（2）健康功能有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)；（3）碳固持功能較弱，且空間分異較其他三種功能更為明顯；（4）碳固持和健康功能呈現(xiàn)拮抗關(guān)系，其他各對(duì)功能間均有一定的協(xié)同關(guān)系。研究結(jié)論：基于過(guò)程的耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的是可行的。

土地評(píng)價(jià)；指標(biāo)體系；內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法；指數(shù)和法；耕地多功能；空間變異；空間關(guān)聯(lián)

1 引言

中國(guó)人多地少，耕地資源特別是優(yōu)質(zhì)耕地資源極為緊缺，只有發(fā)揮耕地資源多功能，才能滿足國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全的需求。由于北京大都市區(qū)域人口不斷聚集和建設(shè)用地增加，區(qū)域生態(tài)惡化、空氣污染嚴(yán)重、生活空間擁擠，人們對(duì)耕地資源的功能需求已經(jīng)從生產(chǎn)功能向生態(tài)功能、健康功能和文化功能轉(zhuǎn)化。因此對(duì)北京大都市邊緣區(qū)耕地資源多功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，是提升耕地資源復(fù)合利用的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要強(qiáng)調(diào)耕地的生產(chǎn)功能，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，人類對(duì)耕地需求的差異性、階段性變化，耕地的功能日益表現(xiàn)出多樣性的特征。近年來(lái)，耕地的多功能性已經(jīng)得到普遍認(rèn)可和關(guān)注。Blum等認(rèn)為耕地系統(tǒng)提供了人類社會(huì)和環(huán)境所需要的功能，包括生產(chǎn)功能、生物棲息及基因庫(kù)、過(guò)濾緩沖功能等[1]；Coyle等認(rèn)為耕地具有生產(chǎn)、凈化水資源、碳固持以及生物棲息地等功能[2]。國(guó)內(nèi)學(xué)者則多關(guān)注耕地的生產(chǎn)、生態(tài)、文化、社會(huì)等功能[3-8]。在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建上，國(guó)外多以評(píng)價(jià)土地持續(xù)保護(hù)或降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為前提[9-10]；國(guó)內(nèi)主要側(cè)重于耕地的生產(chǎn)能力以及基礎(chǔ)地力。在實(shí)際應(yīng)用中，主要從耕地的總體屬性、人類需求等方面構(gòu)建指標(biāo)體系[3，11-13]。以協(xié)調(diào)耕地資源質(zhì)量與環(huán)境要素關(guān)系、減少資源耗費(fèi)為目標(biāo)，在構(gòu)建功能質(zhì)量與水土資源匹配的相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，孔祥斌等對(duì)中國(guó)耕地資源多功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了大中尺度上耕地資源多功能評(píng)價(jià)的突破[14]。在耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定與分級(jí)方法上，早期多采用專家經(jīng)驗(yàn)法（EO）[15-17]，目前多利用主成分分析方法（PCA）[18-21]。

耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立是進(jìn)行耕地多功能評(píng)價(jià)以及利用的重要基礎(chǔ)。目前對(duì)耕地多功能的認(rèn)識(shí)多從人類的需求出發(fā)，缺少?gòu)母叵到y(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞等對(duì)耕地多功能起決定作用的物理化學(xué)過(guò)程角度對(duì)耕地多功能指標(biāo)體系進(jìn)行構(gòu)建，缺乏對(duì)耕地健康功能指標(biāo)的選取及評(píng)價(jià)，鮮有耕地功能間相互關(guān)系的研究。明晰耕地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)程，分析各功能間相關(guān)關(guān)系，對(duì)區(qū)域耕地功能定位以及合理利用具有重要意義。基于此，本文借鑒國(guó)內(nèi)外耕地多功能評(píng)價(jià)的研究成果，以“指標(biāo)—過(guò)程—功能—需求”為理論框架，構(gòu)建基于過(guò)程的耕地生產(chǎn)、健康、碳固持以及緩沖過(guò)濾功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。同時(shí)，以北京市大興區(qū)為例對(duì)其加以運(yùn)用，并且對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程中采用的確定權(quán)重方法、評(píng)價(jià)的定量化方法以及耕地各功能間的空間差異及關(guān)聯(lián)特征進(jìn)行了探討，以期豐富和完善耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法。

2 基于過(guò)程的耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 耕地多功能評(píng)價(jià)的理論框架

耕地作為一個(gè)自然客體，既能夠生產(chǎn)出實(shí)物，具有供給功能，也能夠凈化水質(zhì)、分解相關(guān)污染物，具有緩沖過(guò)濾功能，還能夠固持大氣中的二氧化碳，具有固碳功能。另外，還具有文化功能和景觀功能等。從客觀角度來(lái)看，耕地功能是一個(gè)集合，即耕地的功能集合。在耕地功能集中，有顯化的功能還有未顯化的功能。顯化的功能就包括了生產(chǎn)功能、健康功能、緩沖過(guò)濾功能、固碳功能，未顯化的功能包括文化功能、區(qū)域氣候協(xié)調(diào)功能等。

本文根據(jù)耕地作為一種典型的人工—自然交互的生態(tài)系統(tǒng)具有“結(jié)構(gòu)—過(guò)程—功能—服務(wù)”的演化特點(diǎn)[22]，借鑒生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估指標(biāo)體系[23]，構(gòu)建基于“指標(biāo)—過(guò)程—功能—需求”的耕地多功能指標(biāo)體系理論框架（圖1）。耕地系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、生物演替和信息傳遞等過(guò)程是耕地產(chǎn)生各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)[24]。其中，水循環(huán)、氣熱運(yùn)動(dòng)等物理過(guò)程可以促進(jìn)作物對(duì)水分的吸收利用，為作物的生存和生長(zhǎng)提供保障；離子交換、酸堿反應(yīng)以及氧化還原反應(yīng)等化學(xué)過(guò)程既可以保證養(yǎng)分的有效性，又對(duì)物質(zhì)在土壤中的移動(dòng)以及污染物質(zhì)的緩沖性有著深刻的影響[25]；有機(jī)質(zhì)礦化，腐殖化以及碳、氮、磷循環(huán)等生物過(guò)程不僅可以增加作物生長(zhǎng)所需的礦質(zhì)元素，還可以固定二氧化碳釋放氧氣，對(duì)改善空氣，保證作物生長(zhǎng)具有重要影響[26]。以上三種過(guò)程構(gòu)成了耕地的生產(chǎn)功能、健康功能、緩沖過(guò)濾功能和碳固持功能的基礎(chǔ)。而耕地系統(tǒng)中各項(xiàng)過(guò)程的順利進(jìn)行主要依靠土壤中各物理、化學(xué)性質(zhì)間的協(xié)調(diào)作用。人類對(duì)耕地的需求由耕地多功能及其相互作用提供。因此，深入分析影響各功能發(fā)揮的土壤過(guò)程，選取影響該過(guò)程進(jìn)行的重要土壤物化特性是構(gòu)建耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的關(guān)鍵。

圖1 “指標(biāo)—過(guò)程—功能—需求”理論框架Fig.1 A theoretical framework for index-process-function-demand

2.2 基于過(guò)程的耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

綜合考慮北京大都市邊緣區(qū)人們對(duì)耕地在生產(chǎn)、生態(tài)以及糧食綠色無(wú)公害等方面的需求，本文重點(diǎn)對(duì)耕地的生產(chǎn)功能、健康功能、緩沖過(guò)濾功能、碳固持功能4項(xiàng)功能的指標(biāo)體系進(jìn)行構(gòu)建。在指標(biāo)選取過(guò)程中以主導(dǎo)性、保護(hù)性、區(qū)域性、社會(huì)認(rèn)可性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性為原則[27-28]，綜合運(yùn)用頻度分析法和專家咨詢法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選。首先利用頻度分析法，選取國(guó)內(nèi)外耕地多功能評(píng)價(jià)體系研究成果中廣泛使用的指標(biāo)。同時(shí)，深入分析影響功能發(fā)揮起關(guān)鍵作用的物理過(guò)程如徑流、入滲、沉降、揮發(fā)等；化學(xué)過(guò)程如離子交換、土壤酸堿反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)；生物過(guò)程如有機(jī)質(zhì)礦化、腐殖化以及養(yǎng)分循環(huán)等。從土壤學(xué)角度深入剖析影響一系列過(guò)程反應(yīng)的關(guān)鍵因素，進(jìn)而對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行初步篩選。在此基礎(chǔ)上，征詢有關(guān)專家意見，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，得到基于過(guò)程的耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中，生產(chǎn)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)包括地貌類型、有效土層厚度、剖面構(gòu)型、土壤質(zhì)地、pH值、土壤容重、陽(yáng)離子交換量、有機(jī)質(zhì)含量、速效磷、速效鉀、地下水埋深11項(xiàng)指標(biāo)；健康功能包括Cr、Ni、Zn、Hg、Cu、As、Cd、Pb8項(xiàng)指標(biāo)；緩沖過(guò)濾功能包括土壤質(zhì)地、pH值、有機(jī)質(zhì)含量、土壤容重、陽(yáng)離子交換量5項(xiàng)指標(biāo)；碳固持功能包括土壤質(zhì)地、容重、土層厚度、有機(jī)質(zhì)含量4項(xiàng)指標(biāo)（表1）。

表1 北京大都市邊緣區(qū)耕地功能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Index system for multi-functional quality evaluation for cultivated land in metropolitan fringe of Beijing

3 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)收集

3.1 研究區(qū)概況

大興區(qū)地處東經(jīng) 116°12′—116°43′、北緯39°26′—39°50′之間，位于北京灣小平原，屬于華北大平原的一部分。整個(gè)平原均屬永定河沖積物，總的地勢(shì)自西北向東南傾斜，海拔在15—45 m之間，坡度在0.8‰—1.0‰左右。全區(qū)轄16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積1039 km2，區(qū)位優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚。大興區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫 11.5℃，年平均降雨量 568.9 mm。土壤發(fā)育于現(xiàn)代河流（主要是永定河）的沖積洪積母質(zhì)，地勢(shì)低平，地下水位較高（一般在1.5—2.5 m之間）。絕大部分土壤是在地下水直接參與下形成的自然土壤，多屬于淺色草甸土。長(zhǎng)期的耕作促進(jìn)了土壤的熟化過(guò)程，已演變?yōu)楦鞒蓖?。在地下水位較低的地區(qū)，土壤經(jīng)歷粘化過(guò)程，發(fā)育為褐土；在靠近永定河河堤的地區(qū)，由于成土?xí)r間較短，仍然分布有少量的風(fēng)沙土和固定沙丘。大興區(qū)是北京市唯一的國(guó)家基本農(nóng)田保護(hù)示范區(qū)，是北京市都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)區(qū)域土地利用、城鄉(xiāng)發(fā)展的任務(wù)艱巨[29]。因此，本文以北京市大興區(qū)為例進(jìn)行耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的應(yīng)用具有一定的代表性。

3.2 數(shù)據(jù)收集與獲取

本文所需的行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)來(lái)自大興區(qū)2014年土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)；有效土層厚度、剖面構(gòu)型、土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)來(lái)自北京市第二次土壤普查數(shù)據(jù)（1∶50000）；pH值、土壤容重、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀來(lái)自2010年北京市測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)；陽(yáng)離子交代換量來(lái)自2010年土壤實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。重金屬含量數(shù)據(jù)源于《土壤重金屬和養(yǎng)分的空間變異分析及其評(píng)價(jià)研究——以北京市大興區(qū)為例》[30]中2008年的91個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本研究主要依據(jù)樣點(diǎn)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布情況，取均值得到不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)各重金屬元素含量。

4 耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的應(yīng)用

4.1 評(píng)價(jià)單元的確定

依據(jù)大興區(qū)2014年土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)，提取其中的耕地地類圖斑作為大興區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)單元，全區(qū)評(píng)價(jià)單元共計(jì)13754個(gè)，總面積40816.57 hm2，評(píng)價(jià)比例尺為1∶10000。

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

根據(jù)耕地功能內(nèi)涵、評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取原則以及大興區(qū)實(shí)際情況對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行選?。▓D2）。在生產(chǎn)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，大興區(qū)地貌類型、有效土層厚度以及地下水埋深3個(gè)指標(biāo)在空間分布上沒(méi)有明顯差異，因此，在大興區(qū)生產(chǎn)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中僅涉及質(zhì)地、剖面構(gòu)型、pH值、有機(jī)質(zhì)、容重、速效磷、速效鉀以及陽(yáng)離子交換量（CEC）8項(xiàng)指標(biāo)。

圖2 大興區(qū)耕地多功能指標(biāo)體系Fig.2 Index system for multi-functional evaluation for cultivated land in Daxing District

4.3 評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)指數(shù)的確定

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及專家意見，制定生產(chǎn)功能和緩沖過(guò)濾功能相關(guān)指標(biāo)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)（表2）。將評(píng)價(jià)因子值與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，根據(jù)各因素權(quán)重，最終得出生產(chǎn)功能和緩沖過(guò)濾功能綜合等指數(shù)。

健康功能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)——中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》（NY/T391-2000），在此基礎(chǔ)上對(duì)重金屬污染指數(shù)進(jìn)行分級(jí)（表3）。

4.4 評(píng)價(jià)方法的選取

本文綜合利用定性和定量的方法對(duì)大興區(qū)耕地不同功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，運(yùn)用層次分析法以及專家咨詢法對(duì)生產(chǎn)功能和緩沖過(guò)濾功能相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的設(shè)定，并利用指數(shù)和法確定兩種功能的綜合等指數(shù)；利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法得到的耕地綜合指數(shù)來(lái)反映各個(gè)重金屬元素對(duì)土壤不同作用，進(jìn)而對(duì)耕地健康功能進(jìn)行表

征；運(yùn)用土壤有機(jī)碳密度（SOCD）公式對(duì)耕地碳固持功能進(jìn)行估算。

表2 耕地生產(chǎn)功能單因子指標(biāo)分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The referenced grade standards of single index for product function and buffering and fi ltration function

（表2續(xù)）

表3 土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Claddi fi cation of soil pollution indexes

4.4.1 層次分析法和指數(shù)和法 耕地生產(chǎn)功能、緩沖過(guò)濾功能綜合運(yùn)用層次分析法（AHP）建立不同功能評(píng)價(jià)因子判斷矩陣，參考相關(guān)文獻(xiàn)以及專家意見最終得出各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值（表4）。然后利用指數(shù)和法，即對(duì)評(píng)價(jià)指數(shù)和權(quán)重進(jìn)行指數(shù)綜合，來(lái)確定不同耕地功能綜合等指數(shù)，采用函數(shù)如下：

表4 耕地功能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Tab.4 Index weights of cultivated land function evaluation

式（1）中，C表示每一個(gè)評(píng)價(jià)單元的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，Ai表示評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值，Bi表示評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)，即權(quán)重，n為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

4.4.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法 利用實(shí)地采樣化驗(yàn)得到的土壤重金屬含量，一般采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。內(nèi)梅羅（Nemerow）污染指數(shù)法特點(diǎn)是反映各個(gè)重金屬元素對(duì)土壤的不同作用，突出高濃度重金屬對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。

式（2）—式（3）中，P為土壤污染綜合指數(shù)；Pi為土壤中重金屬元素i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為重金屬元素i的實(shí)測(cè)濃度（mg·kg-1）；Si為重金屬元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg·kg-1）；為土壤中各污染指數(shù)平均值；ma（xPi）為土壤中各污染指數(shù)最大值。

4.4.3 土壤有機(jī)碳密度計(jì)算 利用土壤有機(jī)碳密度來(lái)表征單位面積耕地碳固持能力，耕地表層土壤有機(jī)碳密度（ kg·m-2） 的計(jì)算方法采用以下公式：

式（4）中，θi是土壤大于2 mm的較粗顆粒體積分?jǐn)?shù)，SOCD是有機(jī)碳的密度（kg·m-2），ρi是土壤的容重（g·cm-3），Ci是土壤中有機(jī)碳的含量（g·kg-1） ，Ti是土層厚度（cm）。

4.5 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

利用上述評(píng)價(jià)方法，使用ArcGIS 10.2圖件分析功能，采用自然斷點(diǎn)法將耕地生產(chǎn)功能、緩沖過(guò)濾功能以及碳固持功能得出的分值結(jié)果劃分為三等；依據(jù)污染等級(jí)高低將耕地健康功能分為三等，其中，安全為一等地；警戒線和輕污染為二等地，中污染和重污染為三等地。利用ArcMap將評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果圖示化，得到耕地功能評(píng)價(jià)的等級(jí)分布圖（圖3）。

4.5.1 耕地生產(chǎn)功能的評(píng)價(jià) 大興區(qū)生產(chǎn)功能綜合等指數(shù)在62.1—93.1之間，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間差異較大（圖3）。結(jié)果顯示，大興區(qū)耕地生產(chǎn)功能等級(jí)總體呈現(xiàn)從東北部到西南部斜向條帶狀分布。其中，一等地大多分布在該區(qū)的東部和北部，南部局部地區(qū)也有分布，分布面積較大鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要包括西紅門、舊宮、亦莊、瀛海、青云店、長(zhǎng)子營(yíng)、安定、采育、禮賢等鎮(zhèn)。這些區(qū)域土壤質(zhì)地多為壤質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量較高，蓄水保肥能力強(qiáng)，且有些土壤土體為蒙金土構(gòu)型。雖然有些土壤存在障礙層次，但出現(xiàn)位置較深，基本上對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響不大。因此，這些地區(qū)的土壤較有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此耕地生產(chǎn)功能較高；三等地大多數(shù)分布在該區(qū)的西部、中部和西南部地區(qū)，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要包括黃村、北臧村、魏善莊、龐各莊、榆垡等鎮(zhèn)。這些區(qū)域土壤質(zhì)地多為砂質(zhì)或砂壤質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量偏低，蓄水保肥能力差，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此耕地生產(chǎn)功能較低。

4.5.2 耕地健康功能評(píng)價(jià) 大興區(qū)土壤綜合污染指數(shù)在0.48—0.91之間，鄉(xiāng)鎮(zhèn)間差異較?。▓D4）。大興區(qū)大部分區(qū)域?qū)僖坏鹊?，即這些區(qū)域土壤屬于安全級(jí)別，適宜發(fā)展綠色產(chǎn)品；采育鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)以及西紅門鎮(zhèn)的耕地為二等地，屬于警戒水平，這與這些區(qū)域有過(guò)境污水河以及長(zhǎng)期的施肥和灌溉有關(guān)，從糧食安全角度來(lái)看這些區(qū)域不太適宜發(fā)展綠色產(chǎn)品；大興區(qū)沒(méi)有三等地。以上結(jié)果表明，大興區(qū)大部分耕地可以提供綠色健康的糧食，但是隨著大興區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展以及人類活動(dòng)的增加，耕地健康功能有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)。少數(shù)處于警戒狀態(tài)的耕地應(yīng)減少化肥農(nóng)藥的使用，并側(cè)重向其他耕地功能的轉(zhuǎn)移。

4.5.3 耕地緩沖過(guò)濾功能評(píng)價(jià) 大興區(qū)緩沖過(guò)濾功能綜合等指數(shù)在63.3—96.6之間，鄉(xiāng)鎮(zhèn)間差異同樣較大。由圖5看出，一等地主要位于大興區(qū)的東部和西南部，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要為瀛海、青云店、長(zhǎng)子營(yíng)、安定、采育以及禮賢等鎮(zhèn)，這些區(qū)域土壤質(zhì)地多為壤質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量較高，陽(yáng)離子交換量較大，緩沖過(guò)濾功能較強(qiáng)；三等地主要分布在大興區(qū)的西部和南部，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要有榆垡、龐各莊、魏善莊以及黃村等鎮(zhèn)，這些區(qū)域土壤質(zhì)地多為砂質(zhì)，容重過(guò)大，陽(yáng)離子交換量小，對(duì)養(yǎng)分、污染物的緩沖與過(guò)濾能力都較差，緩沖過(guò)濾功能較弱。

圖3 耕地生產(chǎn)功能等級(jí)分布圖Fig.3 Evaluation grade of product function

圖4 耕地健康功能等級(jí)分布圖Fig.4 Evaluation grade of health function

4.5.4 耕地碳固持功能的評(píng)價(jià) 大興區(qū)耕地有機(jī)碳密度在2.15 kg·m-2—13.77 kg·m-2之間。圖6結(jié)果顯示一等地主要分布在大興區(qū)的北部地區(qū)，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要包括西紅門、瀛海以及舊宮地區(qū)，這些區(qū)域土壤容重以及有機(jī)質(zhì)含量均較高；二等地主要分布在大興區(qū)的西南部和中部地區(qū)，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要包括榆垡、龐各莊、魏善莊、青云店等鎮(zhèn)，長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)也有零星分布。雖然這些區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低，但土壤容重較其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)而言偏高；三等地在各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，這些區(qū)域不僅有機(jī)質(zhì)含量偏低，而且土壤容重含量較低。從結(jié)果來(lái)看，大興區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)碳密度的差異即耕地碳固持功能的差異主要受土壤容重和土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響。

4.5.5 大興區(qū)耕地多功能空間差異與關(guān)聯(lián)特征分析 為分析耕地功能的空間差異，利用z-score標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)各結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并分別對(duì)研究區(qū)耕地功能變異系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示耕地生產(chǎn)功能、健康功能、緩沖過(guò)濾功能以及碳固持功能的變異系數(shù)分別為0.06、0.18、0.09以及0.27，可見耕地碳固持功能相較其他三種功能而言，空間分異特征更明顯。

通過(guò)計(jì)算各功能相關(guān)系數(shù)，分析大興區(qū)耕地功能的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)果顯示僅有碳固持功能和健康功能呈現(xiàn)拮抗關(guān)系，其他各對(duì)功能間均有一定的協(xié)同關(guān)系。整體而言，耕地功能空間關(guān)聯(lián)結(jié)果揭示了以下兩點(diǎn)：（1）由生產(chǎn)功能與代表生態(tài)功能的緩沖過(guò)濾和碳固持呈協(xié)同關(guān)系可知，耕地的生態(tài)功能與生產(chǎn)功能的發(fā)揮并不一定產(chǎn)生矛盾；（2）由代表糧食安全的健康功能和碳固持功能呈拮抗關(guān)系可知，雖有研究表明化肥投入增加與合理養(yǎng)肥配比可以提高耕地生產(chǎn)能力，進(jìn)而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[31]，增加土壤固碳能力，但是農(nóng)藥化肥的過(guò)量使用顯然對(duì)于耕地的質(zhì)量安全有一定的影響。

5 結(jié)論與討論

（1）本文根據(jù)耕地生態(tài)系統(tǒng)的演化特點(diǎn)，構(gòu)建了基于“指標(biāo)—過(guò)程—功能—服務(wù)”的北京大都市邊緣區(qū)耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)目前耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了豐富和完善。

圖6 耕地碳固持功能等級(jí)分布圖Fig.6 Evaluation grade of carbon sequestration function

（2）根據(jù)所建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用定性和定量相結(jié)合的方法，對(duì)北京市大興區(qū)耕地生產(chǎn)功能、健康功能、緩沖過(guò)濾功能以及碳固持功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，大興區(qū)耕地生產(chǎn)、緩沖過(guò)濾功能處于中等偏下水平；健康功能有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)；碳固持功能較弱，且空間分異較其他三種功能更為明顯。另外，對(duì)大興區(qū)耕地各功能的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了分析，得出的結(jié)果符合實(shí)際情況。

（3）通過(guò)大興區(qū)的應(yīng)用研究，證明本文建立的基于過(guò)程的耕地功能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的是可行的。本文著重對(duì)顯化的生產(chǎn)功能、健康功能、緩沖過(guò)濾功能以及碳固持功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，但是隱化的功能如景觀功能、文化功能也逐漸呈現(xiàn)顯化態(tài)勢(shì)，后期應(yīng)針對(duì)這些功能加強(qiáng)基于過(guò)程的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建和評(píng)價(jià)研究。

（4）本文的重點(diǎn)在于對(duì)耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建方法方面的探究。在以大興區(qū)為例對(duì)所構(gòu)建耕地多功能評(píng)價(jià)體系應(yīng)用的過(guò)程中，存在部分指標(biāo)獲取難、樣本量多少不一以及年份不同等問(wèn)題，因此得出的結(jié)果與實(shí)際情況不免存在一定的偏差。后期還應(yīng)加強(qiáng)采用先進(jìn)技術(shù)手段如遙感方法，科學(xué)、快速獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)以提高耕地多功能評(píng)價(jià)的時(shí)效性和科學(xué)性。

本文對(duì)北京大都市邊緣區(qū)的耕地不同功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并對(duì)不同功能間的相關(guān)性進(jìn)行了探索，可以為大都市邊緣區(qū)耕地功能分區(qū)以及耕地質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)提供一定的借鑒。在今后的大都市邊緣區(qū)耕地多功能評(píng)價(jià)研究中，可以結(jié)合區(qū)域的實(shí)際情況，因地制宜地對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)充和選取。另外，隨著大都市邊緣區(qū)耕地不斷減少，環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，必須根據(jù)區(qū)域耕地功能空間分布以及空間關(guān)聯(lián)關(guān)系有針對(duì)性的進(jìn)行耕地保護(hù)、耕地功能分區(qū)，在實(shí)現(xiàn)耕地的可持續(xù)利用的前提下，充分滿足人們對(duì)耕地日益增加的需求。

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Design and Application of Multi-functional Evaluation Index System for Cultivated Land in Metropolitan Fringe of Beijing: A Case Study in Daxing District

XIN Yun-na1，2, KONG Xiang-bin1，2, YUN Wen-ju2，3
（1. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China;2. Key Laboratory of Agricultural Land Quality and Monitoring of Land and Resource, Beijing 100193, China;3. Land Consolidation and Rehabilitation Center, Ministry of Land and Resources, Beijing 100035, China）

The purpose of this paper is to construct a multi-functional evaluation index system for cultivated land based on the process, to explore the relationship among the cultivated land functions, and to apply it to Daxing District as an example. The methods including Nemerow index method, exponential sum method and soil organic carbon density equation are used based on the theoretical framework of “index-process-function-demand” to construct the multifunctional evaluation index system. The results are as follows: 1）the production function and buffering and filtration function of cultivated land in Daxing District were below the medium level. 2）The health function had a trend of furtherdeterioration. 3）The carbon sequestration function was weak, and its spatial differentiation was more obvious than the other three functions. 4）The carbon sequestration function and the health function showed an antagonistic relationship,while the other pairs of functions had a certain degree of synergies. The conclusion is that the multi-functional evaluation index system of cultivated land constructed in this study is feasible.

land assessment; index system; Nemerow index method; exponential sum method; cultivated land functions;spatial variation; spatial association

F301.21

A

1001-8158（2017）08-0077-11

10.11994/zgtdkx.20170831.151622

2017-03-29；

2017-06-30

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41771561）；北京市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（8151001）；北京市大興區(qū)耕地質(zhì)量和耕地產(chǎn)能評(píng)價(jià)研究與試點(diǎn)項(xiàng)目。

辛蕓娜（1990-），女，河北石家莊人，碩士生。主要研究方向?yàn)楦刭|(zhì)量監(jiān)測(cè)。E-mail: 962937356@qq.com

孔祥斌（1969-），男，河北承德市人，教授，博士。主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源評(píng)價(jià)、利用與保護(hù)。E-mail: kxb@cau.edu.cn

（本文責(zé)編：王慶日）