基于理想畝的耕地資源價值評分模型的構(gòu)建①
——以上海崇明區(qū)建設(shè)鎮(zhèn)為例

李飛鵬，賈玉寶，顧竹珺，毛凌晨*，施 柳，陸志波

(1 上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093；2 同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

基于理想畝的耕地資源價值評分模型的構(gòu)建①
——以上海崇明區(qū)建設(shè)鎮(zhèn)為例

李飛鵬1，賈玉寶1，顧竹珺1，毛凌晨1*，施 柳1，陸志波2

(1 上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093；2 同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

綜合采用農(nóng)用地分等理論和內(nèi)梅羅指數(shù)法，將地力指數(shù)(基于基礎(chǔ)養(yǎng)分含量)和清潔指數(shù)(基于重金屬含量)作為2個限制性因素，提出了耕地資源價值評分模型，采用該模型對上海市崇明區(qū)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的典型耕地進行評分，結(jié)果表明6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)得分介于81.90 ～ 91.80，平均為86.05，均達到良好線標(biāo)準(zhǔn)(≥80)，差異是由清潔指標(biāo)和地力指標(biāo)共同均衡作用的結(jié)果，尤其是建設(shè)鎮(zhèn)，清潔指數(shù)得分較低。在此基礎(chǔ)上，以現(xiàn)狀理想畝為基準(zhǔn)，對耕地幾何面積進行修正。與僅采用地力指標(biāo)或清潔指標(biāo)的單一判定法相比，本模型能更真實地反映耕地的價值，可為相關(guān)行政部門提供便捷有效的管理手段，達到提升耕地質(zhì)量和保障農(nóng)產(chǎn)品健康的目標(biāo)。

理想畝；耕地資源；評分模型；土地價值

耕地資源價值不僅是利用耕地肥力產(chǎn)出糧食或經(jīng)濟作物而形成的價值，還應(yīng)包含社會價值和生態(tài)價值，這在耕地保護補償和征收補償中已逐步形成共識[1-3]。但我國現(xiàn)有的耕地資源價值評價中，或是由于缺少對耕地具體地塊投入產(chǎn)出情況的歷史記錄無法采用收益還原法[4-6]，或是由于生態(tài)環(huán)境資料不易獲取[7]而只能多關(guān)注生產(chǎn)力和質(zhì)量指標(biāo)[8-10]，或是采用的評價方法[11-13]較為繁瑣復(fù)雜而不便相關(guān)部門的應(yīng)用。近年來，對耕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的高度重視以及土壤污染物便攜式檢測設(shè)備的出現(xiàn)[14-17]，使得能夠綜合考慮耕地地力和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量兩個方面進行耕地資源價值評價。為此，本文嘗試以現(xiàn)狀理想耕地為基準(zhǔn)，將耕地地力指數(shù)和清潔指數(shù)作為限制性因素引入到農(nóng)用地評分體系中，構(gòu)建了便捷的耕地資源價值評分模型，并對便攜式方法取得的大量數(shù)據(jù)引入模型進行比對和驗證，保障結(jié)果的科學(xué)性，以期為耕地資源價值評估和管理提供更為便捷的工具和科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

地力指標(biāo)選擇對當(dāng)?shù)胤柿τ绊戄^大的有機質(zhì)、有效磷和速效鉀[18]，數(shù)據(jù)來自2015年崇明區(qū)農(nóng)業(yè)局進行的相關(guān)調(diào)查和檢測結(jié)果。同時，選取能夠代表崇明區(qū)耕地地力情況的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的34個典型農(nóng)田耕作層樣點進行重金屬含量測定，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)水田和旱田各選取2 ～ 3塊，共4 ～ 6個采樣點，采樣點分布如圖1所示。根據(jù)已有對崇明耕地污染的調(diào)查和研究[19-20]，相關(guān)的污染物數(shù)據(jù)以可檢測出的重金屬As、Cu、Cr、Pb和Zn為代表(便攜式X射線熒光光譜儀(XRF)進行檢測[21])，《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB1568-2008)中規(guī)定的Hg和Cd等其他重金屬元素檢出濃度很低或未檢出，故本文未作考慮。

1.2 地力指數(shù)

地力指數(shù)以有機質(zhì)、有效磷和速效鉀為例進行計算，權(quán)重(C)參照《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》(NY/T1634-2008)中的層次分析法[22]確定，有機質(zhì)為0.6，有效磷為0.2，速效鉀為0.2。值得指出的是為避免耕地評價實際操作時暫時的人為施肥等因素的干擾，判斷矩陣中有機質(zhì)的取值應(yīng)比氮、磷、鉀等指標(biāo)大一個等級。

有機質(zhì)(mg/kg)、有效磷(mg/kg)、速效鉀(mg/kg)隸屬度為戒上型函數(shù)[23]，隸屬度計算公式如下：

圖1 采樣點分布圖Fig. 1 Distribution of sampling sites

式中：Fi為第i個因素隸屬度；ui為樣品觀測值；ci為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)；ai為常數(shù)；ut為指標(biāo)下限值。根據(jù)專家評估和SPSS分析，分別得出其a, c和ut值。其中有機質(zhì)的隸屬函數(shù)中a = 0.04，c = 14.37，ut= 2；有效磷的隸屬函數(shù)中a = 0.019，c = 20.32，ut= 3；速效鉀的隸屬函數(shù)中a = 0.000 7，c = 137.56，ut= 20。

地力指數(shù)IFI采用加權(quán)模型計算：

1.3 清潔指數(shù)

參考《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》(NY/T1634-2008)，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法[24]計算單項污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)。

單項污染指數(shù)Pi計算公式為：

式中：Pi為單項污染指數(shù)；Ci為污染物實測值；Si為污染物指標(biāo)限值，一般采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618－1995)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。Pi≤1，表示單項污染指數(shù)未超標(biāo)；Pi＞1，表示單項污染指數(shù)超標(biāo)。

綜合污染指數(shù)P綜計算公式為：

式中：P綜為土壤綜合污染指數(shù)；P平均為各單項污染指數(shù)平均值；Pmax為各單項污染指數(shù)中最大值。污染程度判斷標(biāo)準(zhǔn)：P綜≤0.7，清潔；0.7＜P綜≤1，尚清潔；1＜P綜≤2，輕污染；2＜P綜≤3，中污染；P綜＞ 3，重污染。

清潔指數(shù)K參考路婕等[25]提出的土壤環(huán)境質(zhì)量評價系數(shù)計算公式的構(gòu)造方法，并按污染程度判斷標(biāo)準(zhǔn)加以優(yōu)化，計算公式為：

式中：Ki為i單元清潔指數(shù)；P綜i為i單元土壤綜合污染指數(shù)；某區(qū)域的清潔指數(shù)采用區(qū)域內(nèi)各采樣點清潔指數(shù)的平均值進行計算。

1.4 土壤綜合評價指數(shù)

耕地資源價值評價采用土壤綜合評價指數(shù)SCEI進行，計算公式為：

SCEI及格線為60分、良好線為80分、優(yōu)秀線為90分。

1.5 現(xiàn)狀理想畝

耕地理想土壤是指有機質(zhì)、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量豐富，且重金屬等污染物含量低、不會制約作物的生長發(fā)育和對品質(zhì)產(chǎn)生不良影響?！艾F(xiàn)狀理想畝”定義為：土壤綜合評價指數(shù)為100分的一畝耕地。

基于“現(xiàn)狀理想畝”概念，提出耕地面積修正公式如下：

式中：S真為基于“現(xiàn)狀理想畝”的修正后面積值，S為某耕地測量的幾何面積值。

2 結(jié)果與討論

以建設(shè)鎮(zhèn)包含的采樣點為例，基于“現(xiàn)狀理想畝”概念應(yīng)用耕地資源價值評分模型打分，并對耕地面積進行修正。

2.1 地力指數(shù)和清潔指數(shù)計算結(jié)果

建設(shè)鎮(zhèn)各取樣點地力數(shù)據(jù)值如表1所示。6個點的各點有機質(zhì)因素隸屬度平均值F1= 1；各點有效磷因素隸屬度平均值F2= 0.668；各點速效鉀因素隸屬度平均值F3= 0.355；因此，地力指數(shù)IFI = 80.46分。

建設(shè)鎮(zhèn)各取樣點重金屬數(shù)據(jù)值如表2所示。計算得，單項污染指數(shù)中P1max=0.85，P2max=0.203，P3max=0.85，P4max=4.25，P5max=0.80，P6max=0.80；綜合污染指數(shù)中P綜1=0.662；P綜2=0.171；P綜3=0.643；P綜4=3.084；P綜5=0.636；P綜6=0.610；K1= K2=K3= K5=K6=100，K4=0；因此，清潔指數(shù)K = 83.33。由此可知，建設(shè)鎮(zhèn)的耕地土壤重金屬污染情況較輕，達到良好的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 建設(shè)鎮(zhèn)各取樣點地力數(shù)據(jù)值Table1 Contents of SOM, available P and rapid available K of sampling sites in Jianshe town

表2 建設(shè)鎮(zhèn)各取樣點重金屬數(shù)據(jù)值Table 2 Concentrations of heavy metals of sampling sites in Jianshe town

依據(jù)公式計算得出，建設(shè)鎮(zhèn)土壤綜合評價指數(shù)SCEI = 81.90分。類似地，可以得到其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤綜合評價指數(shù)SCEI，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)得分對比如圖2所示。

圖2 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)SCEI、IFI和K分值圖Fig. 2 SCEI, IFI and K scores of different towns

由圖2可知，IFI由高到低依次為城橋鎮(zhèn)、建設(shè)鎮(zhèn)、廟鎮(zhèn)、港西鎮(zhèn)、三星鎮(zhèn)和新村鄉(xiāng)，K依次為城橋鎮(zhèn)、三星鎮(zhèn)、廟鎮(zhèn)、港西鎮(zhèn)、新村鄉(xiāng)和建設(shè)鎮(zhèn)，SCEI依次為城橋鎮(zhèn)、廟鎮(zhèn)、三星鎮(zhèn)、港西鎮(zhèn)、新村鄉(xiāng)和建設(shè)鎮(zhèn)。首先，在僅考慮地力指標(biāo)或清潔指標(biāo)的情況下進行耕地價值評價，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的得分排序?qū)⒋蟛幌嗤?；其次，以SCEI = 80分為良好線，6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均達到良好線標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)鎮(zhèn)SCEI最低是由于清潔指數(shù)K較低。

2.2 基于現(xiàn)狀理想畝的耕地面積修正

建設(shè)鎮(zhèn)2015年年末耕地幾何面積為2 203 hm2，按SCEI修正得到的S真為1 987.8 hm2，相當(dāng)于原面積的90.23%。在耕地征收補償?shù)葘嶋H操作中，各地區(qū)只需確定“現(xiàn)狀理想畝”的貨幣價格，然后依據(jù)面積的修正結(jié)果即可得到相應(yīng)耕地的補償金額，或進行等量的“現(xiàn)狀理想畝”耕地補償，這更能反映耕地資源的實際價值，可為相關(guān)行政部門提供便捷有效的管理手段，達到提升耕地質(zhì)量和保障農(nóng)產(chǎn)品健康的目標(biāo)。

3 結(jié)論與展望

1) 崇明區(qū)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)代表性耕地綜合評價指數(shù)SCEI介于81.90 ～ 91.8。平均值為86.01，均達到良好線標(biāo)準(zhǔn)(≥80)。

2) 構(gòu)建的耕地資源價值評分模型通過地力指數(shù)和清潔指數(shù)的均衡作用對耕地質(zhì)量進行評價，能夠更加真實地反映出耕地土壤的地力和污染綜合狀況，另外評分模型同樣適用于具有更多地力指標(biāo)和清潔指標(biāo)的耕地價值評價，地力指數(shù)只需依據(jù)層次分析法構(gòu)建出新的層次結(jié)構(gòu)和矩陣，清潔指數(shù)只需增加計算項，這為耕地價值評價和土地可持續(xù)利用提供了新的思路和方法。

3) 通過“現(xiàn)狀理想畝”概念，只需通過對“現(xiàn)狀理想畝”的貨幣價格進行確定，依據(jù)面積修正結(jié)果即可得到相應(yīng)耕地的補償金額或補償?shù)攘俊艾F(xiàn)狀理想畝”的耕地，這有助于引導(dǎo)管理者和農(nóng)戶更加注意耕地保護與質(zhì)量管控，也有助于指導(dǎo)合理的耕地征收補償。

致謝：感謝北京綠色未來環(huán)境基金會對本研究給予的肯定和獎學(xué)金支持。

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A New Resource Assessment Model for Arable Land Based on Idea of ‘Ideal Mu’—— A Case Study of Jianshe Town in Chongming District of Shanghai

LI Feipeng1, JIA Yubao1, GU Zhujun1, MAO Lingchen1*, SHI Liu1, LU Zhibo2
(1 School of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2 College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)

In this study, a new resource assessment model was developed based on the theory of arable land classification and Nemerow index method. The model was parameterized using the values of soil fertility and clean indexes which were calculated from the concentrations of major nutrients and heavy metals respectively. The model was tested on the arable lands in six towns in Chongming of Shanghai. The output showed that all lands reached the standard line (≥80), with an average score of 86.01 in the range of 81.90-91.80. The lowest value, from Jianshe Town, was the result of relatively high heavy metal contamination. Based on this theory, a unit of ‘ideal mu’ was introduced into the model as a correction factor to the values of geometric area. This resource assessment model gives decision makers comprehensive information for better management of the arable lands with regard to food security and quality.

Ideal mu; Arable land; Assessment model; Value of land

F301

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.05.019

上海市科委科研計劃項目(15dz1208103)資助。

* 通訊作者(mao.lingchen@usst.edu.cn)

李飛鵬(1983—)，男，河南偃師人，副教授，主要從事重金屬污染防治技術(shù)和評價研究。E-mail： leefp@126.com