基于產(chǎn)能與健康綜合評價的北京大興區(qū)耕地整治分區(qū)

溫良友，張青璞，孔祥斌，張蚌蚌，鄖文聚，孫曉兵，劉風(fēng)建

基于產(chǎn)能與健康綜合評價的北京大興區(qū)耕地整治分區(qū)

溫良友1,2，張青璞1,2，孔祥斌1,2※，張蚌蚌3，鄖文聚2,4，孫曉兵1,2，劉風(fēng)建5

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2. 自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，楊凌 712100；4. 自然資源部國土整治中心，北京 100035；5. 滄州市土地整理中心，滄州 061000）

耕地整治是增加耕地數(shù)量、提升耕地質(zhì)量的重要措施，是國家實(shí)現(xiàn)“藏糧于地、藏糧于技”的重要途徑。目前，耕地整治主要關(guān)注耕地質(zhì)量與耕地產(chǎn)能提升，而對耕地健康關(guān)注不足。該文利用逐級修正法對耕地產(chǎn)能進(jìn)行評價，用K-means聚類方法將影響大興區(qū)耕地產(chǎn)能的限制因素進(jìn)行聚類；利用最小限制因子法進(jìn)行耕地健康診斷；將限制因素與健康診斷結(jié)果進(jìn)行綜合分析，劃分耕地整治類型區(qū)。結(jié)果表明：大興區(qū)耕地產(chǎn)能提升的影響因素類型組合共有15種；大興區(qū)輕度亞健康、中度亞健康和重度亞健康的耕地面積分別為17 924.31、6 629.28和16 260.97 hm2。從整治類型區(qū)劃分看，產(chǎn)能提升型重點(diǎn)整治區(qū)耕地面積共13 582.40 hm2，占耕地總面積的33.28%；產(chǎn)能提升型一般整治區(qū)面積為10 971.20 hm2，占耕地總面積的26.88%；生態(tài)涵養(yǎng)型休耕整治區(qū)面積為16 260.98 hm2，占耕地總面積的39.84%；根據(jù)不同的整治類型，提出了差異化的耕地整治策略?；谙拗埔蛩睾徒】翟\斷的耕地整治分區(qū)研究，為當(dāng)前國土空間綜合整治和耕地資源整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理提供科學(xué)借鑒。

土地利用；整治；等別；限制因素；耕地健康診斷；大興區(qū)

0 引 言

土地資源是人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)資源[1]，耕地資源作為土地資源中的精華部分，對國家糧食安全和食物安全至關(guān)重要，是國家土地資源管理工作的重點(diǎn)對象[2]。隨著城市化和工業(yè)化的發(fā)展，導(dǎo)致耕地數(shù)量減少，特別是優(yōu)質(zhì)耕地資源被侵占，耕地受重金屬污染等問題，造成耕地資源利用的不可持續(xù)[3-5]。土地整治是增加耕地數(shù)量、提升耕地質(zhì)量、提高耕地產(chǎn)能和保持耕地健康的重要手段[6-8]，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、國家“藏糧于地、藏糧于技”、建設(shè)生態(tài)文明的重要途徑[9-10]。但是，當(dāng)前土地整治工作注重耕地質(zhì)量與耕地產(chǎn)能提升，而對耕地健康關(guān)注不足，導(dǎo)致土地整治在促進(jìn)耕地健康發(fā)展方面的成效不顯著，從而降低了耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[11-12]。耕地健康，是指健康的耕作土壤、可持續(xù)的耕地利用以及穩(wěn)定的耕地資源利用生態(tài)系統(tǒng)，具有綜合性和系統(tǒng)性特征[13]，是維系國家糧食安全的關(guān)鍵[14]。耕地健康不僅包含耕地本體健康，即耕地土壤肥力以及耕地自凈能力；也包含耕地生態(tài)健康，即在利用過程中不使耕地被污染、被損傷以及不對耕地系統(tǒng)造成危害[13-14]。隨著土地整治目標(biāo)向國土空間整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)與綜合整治方向的發(fā)展[15]，在滿足傳統(tǒng)土地整治目標(biāo)，增強(qiáng)土地生態(tài)整治的基礎(chǔ)上[16]，如何通過土地整治實(shí)現(xiàn)耕地健康發(fā)展，已成為當(dāng)前學(xué)者研究的熱點(diǎn)[12]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對土地整治的研究主要集中在土地整治理論[17-18]、土地整治目標(biāo)[19-20]以及土地整治分區(qū)[21-22]等方面。在土地整治理論方面，張紹良等提出土地整治是一個系統(tǒng)工程，在整治低效或廢棄土地的同時，兼顧山水林田湖草等的綜合治理，并認(rèn)為恢復(fù)力理論是新時代土地整治的核心理論之一[23]。在土地整治目標(biāo)方面，國外關(guān)注如何通過土地整治實(shí)現(xiàn)景觀多樣性和生物多樣性等生態(tài)目標(biāo)[12,24-25]；對國內(nèi)而言，土地整治的主要目標(biāo)是通過提升耕地質(zhì)量，以提升耕地產(chǎn)能[26-29]，此外，對土地整治的生態(tài)目標(biāo)也有所關(guān)注[30-32]。在土地整治分區(qū)方面，Qu等根據(jù)土地整理的難易程度和生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，將土地整治劃分為優(yōu)先整治區(qū)、重點(diǎn)整治區(qū)、一般整治區(qū)和適度整治區(qū)四個類型[33]；Yan等按糧食主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)和城市化快速發(fā)展區(qū)劃分土地整治區(qū)域[34]；周建等從耕地規(guī)模效應(yīng)、生態(tài)安全和限制因素耦合方面將耕地整理劃分為重點(diǎn)整治型、謹(jǐn)慎整治型、選擇整治型和不宜整治型四類，并提出不同的整治策略[35]，張貴軍等基于農(nóng)用地分等因素，構(gòu)建了耕地資源安全評價指標(biāo)體系，并根據(jù)評價指標(biāo)特點(diǎn)劃分為工程整治區(qū)和肥力提升區(qū)[36]。當(dāng)前土地整治理念正在與時俱進(jìn)，但是土地整治主要以耕地產(chǎn)能提升或單一的耕地生態(tài)目標(biāo)，尚未涉及耕地健康整治，也未將耕地產(chǎn)能與耕地健康綜合考慮，未能根據(jù)耕地產(chǎn)能與耕地健康評價結(jié)果以及影響因素劃分不同類型的整治區(qū)。因此，在保障國家糧食安全以及在國家提出山水林田湖草綜合整治背景下，土地整治應(yīng)以耕地產(chǎn)能提升與耕地健康保護(hù)為目標(biāo)，通過劃分不同的整治類型區(qū)，提出差異化的耕地整治策略，以滿足時代發(fā)展的要求。

該文利用逐級修正法，對耕地產(chǎn)能進(jìn)行評價，分析影響耕地產(chǎn)能的限制因素，同時對耕地健康狀況進(jìn)行診斷；基于耕地產(chǎn)能提升的限制因素和耕地健康診斷綜合分析，劃分面向產(chǎn)能提升和耕地健康雙重目標(biāo)的耕地整治類型分區(qū)，實(shí)現(xiàn)對耕地的有效整治，為當(dāng)前國土空間綜合整治和耕地資源整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理提供科學(xué)借鑒。

1 研究區(qū)域概況

大興區(qū)位于北京市南郊，是北京市的南大門，東臨北京行政副中心通州區(qū)，南臨河北省固安縣、霸州市等。地處39°26′-39°50′N，116°12′-116°43′E之間，位于北京灣小平原上。地勢自西北向東南傾斜，海拔15～45 m，坡度0.8‰～1.0‰。屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫11.5 ℃，年平均降雨量568.9 mm。土壤發(fā)育在現(xiàn)代河流（主要是永定河）的沖積洪積母質(zhì)上，在地下水位較低的地區(qū)，土壤經(jīng)歷黏化過程，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，仍有少量風(fēng)沙土和固定沙丘分布。全區(qū)轄16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是首都重要的農(nóng)副食品生產(chǎn)供應(yīng)基地、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地。根據(jù)2014年耕地等別更新成果，大興區(qū)耕地總面積為40 814.57 hm2，農(nóng)用地省級自然等別在10～14等之間，自然等別相對較低；省級利用等在15～21等，其中較優(yōu)的20、21等地面積共6 154.21 hm2，占耕地總面積的25.05%。同時，大興區(qū)位于大都市邊緣區(qū)，快速城鎮(zhèn)化過程中導(dǎo)致土壤重金屬污染，農(nóng)田灌溉導(dǎo)致地下水快速下降的生態(tài)問題。

圖1 大興區(qū)位置圖

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)來自大興區(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、土體構(gòu)型、耕層質(zhì)地數(shù)據(jù)來自北京市第二次土壤普查數(shù)據(jù)（1∶50 000）。田面坡度、灌溉保證率、排水條件等數(shù)據(jù)來自大興區(qū)2014年耕地等別更新數(shù)據(jù)。田間道路數(shù)據(jù)利用大興區(qū)2014年土地利用變更數(shù)據(jù)通過ARCGIS計算獲得。田塊破碎度和田塊形狀指數(shù)利用耕地等別更新中耕地圖斑計算得出。農(nóng)田防洪標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)藝管理、災(zāi)害防治水平、農(nóng)機(jī)化水平根據(jù)2017年大興區(qū)實(shí)地農(nóng)戶和農(nóng)業(yè)部門調(diào)研獲得。有機(jī)質(zhì)含量、土壤重金屬、土壤pH值等來自2017年105個土壤實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用ArcGIS中反距離權(quán)重插值方法獲得。灌溉水環(huán)境通過2018年大興區(qū)18個樣點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)以及北京市地調(diào)局2016年地下水化驗(yàn)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，最后通過插值獲得。地下水位數(shù)據(jù)來源于2014年《大興區(qū)水資源規(guī)劃》。

2.2 數(shù)據(jù)處理

以耕地地類圖斑作為耕地整治評價單元。耕地產(chǎn)能評價首先通過層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，然后選用逐級修正法對耕地產(chǎn)能進(jìn)行評價，按等間距的方法進(jìn)行耕地產(chǎn)能指數(shù)的劃分，從而得到耕地產(chǎn)能情況，利用雷達(dá)圖和K-mean聚類分析的方法，確定耕地產(chǎn)能提升的限制因素。耕地健康診斷則首先通過計算內(nèi)梅羅指數(shù)得出土壤污染情況，利用指數(shù)和法確定耕地彈性狀況，通過最小限制因子法確定耕地健康狀況。最后將影響耕地產(chǎn)能的限制因素與耕地健康狀況進(jìn)行綜合分析，從而劃分不同的耕地整治類型區(qū)。

3 耕地產(chǎn)能提升限制因素與健康診斷分析

3.1 耕地產(chǎn)能評價體系構(gòu)建與方法

3.1.1 指標(biāo)體系、評價規(guī)則與權(quán)重確定

耕地產(chǎn)能是耕地生產(chǎn)能力的體現(xiàn)，是作物通過光合作用，與作物生長環(huán)境相適應(yīng)，受養(yǎng)分、水資源、病蟲害等限制的產(chǎn)量[37-38]。因此，對耕地產(chǎn)能評價，既要考慮氣候條件，也要考慮影響產(chǎn)能的土壤因素、技術(shù)因素和田塊狀況等。根據(jù)大興區(qū)的地形地貌條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和利用狀況，通過構(gòu)建耕地產(chǎn)能評價指標(biāo)體系，對大興區(qū)耕地產(chǎn)能情況進(jìn)行評價。大興區(qū)耕地產(chǎn)能評價指標(biāo)體系分為氣候條件、土壤特性、田塊狀況和技術(shù)水平4個方面。其中，氣候條件利用農(nóng)用地分等中的光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)、作物產(chǎn)量比系數(shù)共同表征，用耕層質(zhì)地、有效土層厚度、土體構(gòu)型和有機(jī)質(zhì)含量4個指標(biāo)表征土壤狀況，用田面坡度、田塊形狀破碎度、田塊形狀指數(shù)和田間道路通達(dá)度表征田塊的整體狀況，用灌溉保證率、排水條件、農(nóng)藝管理、災(zāi)害防治水平、農(nóng)機(jī)化水平表征技術(shù)水平對產(chǎn)能的影響，具體指標(biāo)體系見表1。

表1 耕地產(chǎn)能評價指標(biāo)體系

各指標(biāo)的分級及賦分規(guī)則分別依據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》、《農(nóng)用地質(zhì)量定級規(guī)程》、《耕地質(zhì)量等級》、《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》及相關(guān)研究成果確定。采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重。各維度指標(biāo)分級、賦分規(guī)則及權(quán)重分別見表2。

表2 大興區(qū)耕地產(chǎn)能評價指標(biāo)、賦分及權(quán)重

3.1.2 評價方法選擇

大興區(qū)耕地產(chǎn)能評價方法，主要采用逐級修正法。用光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)和作物產(chǎn)量比系數(shù)反映氣候條件，作為耕地產(chǎn)能評價的基礎(chǔ)，再用耕地土壤特性系數(shù)、田塊狀況系數(shù)和技術(shù)水平系數(shù)進(jìn)行逐級修正，計算耕地產(chǎn)能指數(shù)。具體算法如下：

1）光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)和作物產(chǎn)量比系數(shù)計算

按照《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》中的查找所在縣的光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)和作物產(chǎn)量比系數(shù)。

2）土壤特性系數(shù)、田塊狀況系數(shù)、技術(shù)水平系數(shù)計算

式中1表示土壤特性系數(shù)；2表示田塊狀況系數(shù)；3表示技術(shù)水平系數(shù)；w表示第個要素下第個指標(biāo)權(quán)重；f表示第個要素下第個指標(biāo)分值。

3）耕地產(chǎn)能指數(shù)計算

式中表示耕地產(chǎn)能指數(shù)；表示光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)；表示產(chǎn)量比系數(shù)。

3.2 耕地健康診斷體系與方法

3.2.1 指標(biāo)體系、評價規(guī)則與權(quán)重確定

耕地健康是指健康的耕作土壤、可持續(xù)的耕地利用以及穩(wěn)定的耕地資源利用生態(tài)系統(tǒng)[15-16]，具有在生態(tài)系統(tǒng)和土地利用范圍內(nèi)能夠發(fā)揮作用以維持生物生產(chǎn)能力、維持環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)植物和動物健康的能力[39-40]。該文主要從耕地彈性和耕地環(huán)境狀況兩個方面去衡量耕地健康程度（表3）；耕地彈性不僅包括耕地肥力狀況，也包含耕地的抵抗力和恢復(fù)性，具有相對穩(wěn)定的性質(zhì)；耕地環(huán)境狀況主要是指由于不當(dāng)?shù)母乩脤?dǎo)致耕地污染或者耕地生態(tài)問題。選取土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤容重、陽離子交換量、pH值表征耕地彈性狀況；選取灌溉水環(huán)境質(zhì)量、土壤重金屬和地下水位狀況等指標(biāo)表征耕地環(huán)境狀況。具體指標(biāo)、賦分標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重見表3、表4、表5。

表3 耕地健康診斷指標(biāo)體系

表4 耕地環(huán)境狀況評價規(guī)則

表5 耕地彈性狀況評價規(guī)則

3.2.2 評價方法選擇

耕地健康診斷采用最小限制因子法，即在同一地塊中通過比較耕地彈性狀況和耕地環(huán)境狀況兩者的優(yōu)劣程度，將該地塊限制程度最大的分值作為該地塊耕地健康診斷的結(jié)果。

1）耕地環(huán)境狀況計算

土壤重金屬和灌溉水環(huán)境評價采用土壤單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法。單項(xiàng)污染指數(shù)法主要評價土壤中某種重金屬元素的污染程度。內(nèi)梅羅（Nemerow）污染指數(shù)法是反映各個重金屬元素對土壤的不同作用，突出高濃度重金屬對環(huán)境質(zhì)量的影響[41]。

耕地環(huán)境狀況采用最小限制因子法，即在同一地塊中通過比較土壤重金屬、灌溉水環(huán)境和地下水超采的優(yōu)劣程度，將相對較差的分值作為耕地環(huán)境狀況的結(jié)果。

2）耕地彈性狀況計算

該文利用指數(shù)和法，計算耕地彈性狀況。計算公式為：

式中表示耕地彈性狀況w表示第個維度下第個指標(biāo)權(quán)重；f表示第個維度下第個指標(biāo)分值。

3.2.3 耕地健康診斷結(jié)果分級

首先將耕地環(huán)境狀況按照最小限制因子法劃分為優(yōu)、良、中、低、差5級，再將耕地彈性狀況按照等間距20分的方式將其劃分為高彈性、較高彈性、中等彈性、較低彈性和低彈性5級，參考《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》中土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級劃分方法，將耕地環(huán)境狀況和耕地彈性狀況2個圖層進(jìn)行疊加，獲得耕地健康診斷等級。具體劃分見表6。

表6 耕地健康診斷結(jié)果分級

3.3 耕地產(chǎn)能限制因素分析

3.3.1 耕地產(chǎn)能情況

大興區(qū)耕地產(chǎn)能指數(shù)范圍為1 005～2 655之間，采用400分的等間距劃分為5個區(qū)間，對研究區(qū)的耕地產(chǎn)能指數(shù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。從空間分布看（圖2），大興區(qū)耕地產(chǎn)能指數(shù)總體表現(xiàn)為從東北到西南遞減。從耕地產(chǎn)能指數(shù)各區(qū)間面積占比情況看，耕地產(chǎn)能指數(shù)為[2 200,2 600）面積最大，占耕地總面積的52.78%；其次是耕地產(chǎn)能指數(shù)為[1 800,2 200）和[1 400,1 800），分別占耕地總面積的39.46%和7.20%；耕地產(chǎn)能指數(shù)為[2 600,3 000]和[1 000,1 400）的面積相對較小，分別占耕地總面積的0.24%和0.32%。

3.3.2 耕地產(chǎn)能提升限制因素組合類型分析

限制因素反映對農(nóng)作物生長最適環(huán)境的滿足程度，是影響耕地產(chǎn)能高低的主要原因[42]。通過對影響耕地產(chǎn)能狀況的土壤特性系數(shù)、田塊狀況系數(shù)和技術(shù)水平系數(shù)進(jìn)行對比分析，探究耕地產(chǎn)能不同指數(shù)區(qū)間的主要影響因素。由圖3的雷達(dá)圖可知，耕地產(chǎn)能指數(shù)的主要影響因素是田塊狀況系數(shù)和土壤特性系數(shù)，而技術(shù)水平系數(shù)相對比較均一，對區(qū)域產(chǎn)能指數(shù)的影響相對較小。因此，影響耕地產(chǎn)能提升的主要因素是土壤特性和田塊狀況。

圖2 耕地產(chǎn)能指數(shù)空間分布圖

圖3 耕地產(chǎn)能各系數(shù)比較

根據(jù)大興區(qū)耕地產(chǎn)能指標(biāo)賦分情況以及相關(guān)研究成果[22,42]，將指標(biāo)分值低于60分作為影響產(chǎn)能提升的限制因素，大興區(qū)耕地產(chǎn)能的主要限制因素有6個，分別是耕層質(zhì)地、有效土層厚度、土體構(gòu)型、有機(jī)質(zhì)含量、田塊形狀破碎度、田塊形狀指數(shù)。將6個指標(biāo)利用SPSS進(jìn)行K-means聚類，每個指標(biāo)中限制因素屬性分值小于或等于60的統(tǒng)一賦值為0，將因素屬性分值大于60的統(tǒng)一賦值為1，進(jìn)行聚類處理，大興區(qū)共存在15種限制因素類型組合（表7）。將其限制因素組合，進(jìn)行空間化，分析其空間分布狀況（圖4）。

表7 耕地產(chǎn)能提升限制因素聚類結(jié)果

注：構(gòu)型-土體構(gòu)型，破碎-田塊破碎度，形狀-田塊形狀指數(shù)，有機(jī)質(zhì)-土壤有機(jī)質(zhì)含量。

Note:Profile-soil profile pattern, fragmentation-arable land fragmentation, shape-arable land shape, organic matter-soil organic matter.

圖4 耕地產(chǎn)能提升限制因素分布圖

3.4 耕地健康診斷

大興區(qū)耕地健康診斷結(jié)果為輕度亞健康、中度亞健康和重度亞健康3種類型（表8），輕度亞健康和重度亞健康的面積分別為17 924.31 hm2和16 260.97 hm2，中度亞健康耕地面積為6 629.28 hm2；由圖5知，從空間上看，輕度亞健康耕地主要分布在大興區(qū)的東部地區(qū)，以瀛海鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)、長子營鎮(zhèn)為主；中度亞健康耕地主要分布在大興區(qū)的西部地區(qū)，以龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)為主；而重度亞健康耕地主要分布在大興區(qū)的南部，以禮賢鎮(zhèn)、安定鎮(zhèn)和魏善莊鎮(zhèn)為主。

表8 耕地健康診斷結(jié)果

圖5 耕地健康診斷空間分布圖

4 產(chǎn)能提升與健康診斷綜合分析的耕地整治分區(qū)

4.1 耕地整治類型標(biāo)準(zhǔn)判定

耕地整治是一個系統(tǒng)性工程，整治過程對原有系統(tǒng)會產(chǎn)生擾動和影響[40,43]。根據(jù)耕地整治對產(chǎn)能提升和耕地健康恢復(fù)的難易程度，將其劃分為不同的整治類型區(qū)。一般來講，耕地健康如土壤重金屬、地下水下降等因素發(fā)生變化以及要提高耕地彈性，相對較難，需要花費(fèi)大量時間和費(fèi)用進(jìn)行修復(fù)；而對于耕地產(chǎn)能的限制因素則需要進(jìn)行系統(tǒng)分析，田塊性狀、田塊破碎度等因素，相對較易整治，土壤質(zhì)地、剖面構(gòu)型等是土壤形成過程中產(chǎn)生的，改造起來相對較難，需要花費(fèi)大量的財力和時間才能進(jìn)行改造。因此該文基于前人對耕地整治分區(qū)的研究[22,35-36]，結(jié)合國家當(dāng)前生態(tài)修復(fù)和生態(tài)保護(hù)的要求[12,15,23]，對耕地健康和耕地產(chǎn)能的限制因素，劃分耕地整治類型區(qū)。耕地整理首先需要考慮的是耕地健康狀況；其次需要考慮耕地本身的限制因素以及限制因素本身的性質(zhì)。因此，該文確定耕地整治類型分區(qū)的原則如下：

1）優(yōu)先考慮耕地健康狀況的優(yōu)劣程度對耕地整治難易程度的影響。對于前文分析的耕地健康狀況，耕地健康程度越差，受技術(shù)、成本和時間的制約，耕地整治改造的難度也相應(yīng)越大。

2）考慮耕地限制因素性質(zhì)對耕地整理類型分區(qū)的影響。根據(jù)耕地限制因素狀況，以及限制因素改造難易程度，將相對較易整治的限制因素劃分為相同類型區(qū)。從土壤性質(zhì)的特性響應(yīng)時間分析，土體構(gòu)型的改造一般需要102～103a，而土壤有機(jī)質(zhì)的改變需要10～102a，可見要改造這兩個限制因素，需要一定時間的土壤改良，難度相對較大。而田塊破碎度和田塊形狀指數(shù)相對而言較易改造，時間和成本相對較低。

根據(jù)上述確定的耕地整治類型分區(qū)原則以及對大興區(qū)耕地產(chǎn)能和健康診斷的結(jié)果，確定和劃分了大興區(qū)耕地整治類型標(biāo)準(zhǔn)，具體見表9。

表9 大興區(qū)耕地整治類型區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

4.2 耕地整治類型分區(qū)結(jié)果

產(chǎn)能提升型重點(diǎn)整治區(qū)指耕地健康診斷為輕度亞健康，耕地產(chǎn)能提升的主要限制因素是田塊形狀指數(shù)和田塊破碎度（限制因素為破碎，形狀-破碎，形狀）或者無限制因素，并且受地下水一般超采的影響；這類耕地面積共13 582.40 hm2，占耕地總面積的33.28%，主要分布在大興區(qū)的青云店鎮(zhèn)、長子營鎮(zhèn)、瀛海地區(qū)、黃村地區(qū)、采育鎮(zhèn)等東部和東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及榆垡鎮(zhèn)和禮賢鎮(zhèn)的部分區(qū)域。這類整治區(qū)，具體措施可包括：1）適當(dāng)降低耕地利用強(qiáng)度，減少地下水使用，提高農(nóng)業(yè)用水利用效率，同時配套一定滴灌噴灌工程，節(jié)約用水，以保證地下水位不再下降，恢復(fù)地下水位；2）對于田塊細(xì)碎化和不規(guī)則化，進(jìn)行田間平整工程，平整土地，合理布置田間路網(wǎng)，以達(dá)到整治后耕地利用效率的提升。通過整治，使該類型的耕地成為高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田。

產(chǎn)能提升型一般整治區(qū)面積為10 971.20 hm2，占耕地總面積的26.88%。該類型的耕地主要集中在龐各莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)南部以及北臧村鎮(zhèn)等地區(qū)。該類型區(qū)主要有3種情況：土壤受到輕微污染以及地下水一般超采的影響，耕地診斷狀況為中度亞健康，無其他限制因素；土壤受到輕微污染以及地下水一般超采的影響，耕地診斷狀況為中度亞健康，其他限制因素為耕地田塊狀況相對不規(guī)則、較破碎（限制因素為破碎，形狀-破碎，形狀）；耕地健康為輕度亞健康或者中度亞健康，且含有機(jī)質(zhì)和土地構(gòu)型限制因素。該類型區(qū)的整治措施可包括：1）對輕微污染耕地進(jìn)行修復(fù)，并查找與阻斷污染源，防止污染加重；2）提高農(nóng)業(yè)用水利用效率，配套一定滴灌噴灌工程，同時加大對田間路網(wǎng)的整治，平整田塊，實(shí)現(xiàn)田塊規(guī)整化和適度規(guī)模；3）增施有機(jī)肥，培肥土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。

生態(tài)涵養(yǎng)型休耕整治區(qū)面積為16 260.98 hm2，面積最大，占耕地總面積的39.84%。該類型的耕地主要集中在安定鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)以及榆垡鎮(zhèn)和龐各莊鎮(zhèn)的部分地區(qū)。該類型區(qū)主要以重度亞健康的耕地為主，且不含或含任意限制因素。該類型區(qū)耕地整治措施可包括：1）嚴(yán)格控制地下水的使用，限制地下水的開采，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，大規(guī)模采用滴灌噴灌措施，進(jìn)行輪作休耕，節(jié)約用水，恢復(fù)地下水位；2）對土壤進(jìn)行改良，減少土壤污染，阻斷污染源；3）大型土壤改良工程與綜合整治工程相結(jié)合，改善土壤結(jié)構(gòu)，深耕翻土，增施有機(jī)肥，同時平整土地，構(gòu)建合理的田水路林渠體系。該類型區(qū)主要以恢復(fù)生態(tài)條件為主，因此需要時間較長。

圖6 耕地整治類型區(qū)

5 討 論

土地整治在國外經(jīng)歷長時期的發(fā)展，在實(shí)踐中具備較為科學(xué)的認(rèn)知、理念和方法。國外發(fā)達(dá)國家土地整治通過農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和權(quán)屬調(diào)整提高耕地生產(chǎn)能力[44]，且在土地整治過程十分注重對生態(tài)環(huán)境改善和保護(hù)[12]。對于國內(nèi)而言，當(dāng)前耕地整治的目標(biāo)，主要集中在耕地數(shù)量的增加和生產(chǎn)能力提升兩個方面，而對耕地健康關(guān)注不足，導(dǎo)致耕地整治對環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至出現(xiàn)新的問題。因此，該文結(jié)合新時代國家建設(shè)生態(tài)文明的要求，在傳統(tǒng)耕地整治注重產(chǎn)能提升的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮了耕地健康的診斷因素，并在綜合考慮兩者的基礎(chǔ)上，提出了耕地整治分區(qū)策略，具有一定的實(shí)踐探索意義。

1）耕地整治應(yīng)加強(qiáng)對耕地的生態(tài)修復(fù)，重視耕地生態(tài)對糧食產(chǎn)量的持續(xù)影響，在整治過程中，不僅要考慮影響產(chǎn)能提升的限制因素，還應(yīng)重點(diǎn)考慮耕地健康因素，將耕地整治作為一個系統(tǒng)工程，通過耕地整治，達(dá)到產(chǎn)能提升和生態(tài)修復(fù)的雙重目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)耕地資源健康和持續(xù)利用，以滿足不斷增長的糧食需求。

2）耕地整治應(yīng)形成系統(tǒng)的理論與方法，應(yīng)將景觀生態(tài)學(xué)理論加入到耕地整治實(shí)踐中，根據(jù)不同地區(qū)出現(xiàn)的不同問題，應(yīng)按照難易程度、時間成本、經(jīng)費(fèi)支出、整治效果等多方面，進(jìn)行綜合考量，將耕地整治劃分不同類型區(qū)，進(jìn)行分門別類，因題施策，達(dá)到生態(tài)化耕地整治的效果。

3）本研究是從地塊尺度對耕地產(chǎn)能和健康狀況進(jìn)行評價，并進(jìn)行整治分區(qū)。對于中國而言，導(dǎo)致耕地不健康的因素很多，各地應(yīng)在具體分析耕地不健康因素的基礎(chǔ)上，找出不健康的原因，通過采用工程措施、生物措施和生態(tài)保護(hù)措施等綜合工程改造耕地不健康因素，實(shí)現(xiàn)耕地健康，落實(shí)國家耕地數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)“三位一體”保護(hù)和“藏糧于地、藏糧于技”的戰(zhàn)略需求。

6 結(jié) 論

該文利用逐級修正法對大興區(qū)耕地產(chǎn)能進(jìn)行評價，利用內(nèi)梅羅指數(shù)和最小限制因子法對耕地健康進(jìn)行了評價，并對評價結(jié)果進(jìn)行分析，得出影響耕地產(chǎn)能提升的限制因素以及耕地健康的程度。通過綜合考慮兩者的評價結(jié)果，劃分不同的耕地整治類型區(qū)，以實(shí)現(xiàn)耕地產(chǎn)能提升和耕地健康的雙重目標(biāo)。主要結(jié)論如下：

1）通過逐級修正法對大興區(qū)耕地產(chǎn)能進(jìn)行評價，利用K-means聚類方法進(jìn)行限制因素分析，大興區(qū)共存在15種限制因素類型組合，主要以“構(gòu)型”、“破碎”、“有機(jī)質(zhì)”、“構(gòu)型-破碎”4種類型面積為主，且土體構(gòu)型、有機(jī)質(zhì)含量和田塊破碎度的限制較為普遍。

2）利用最小限制因子法，對耕地健康狀況進(jìn)行評價，分析耕地健康程度。大興區(qū)主要以輕度亞健康、重度亞健康和重度亞健康三種類型，輕度亞健康和重度亞健康的面積分別為17 924.31 hm2和16 260.97 hm2，中度亞健康耕地面積為6 629.28 hm2；從空間上看，輕度亞健康耕地主要分布在大興區(qū)的東部地區(qū)，中度亞健康耕地主要分布在大興區(qū)的西部地區(qū)，而重度亞健康耕地主要分布在大興區(qū)的南部。

3）綜合考慮耕地產(chǎn)能提升的限制因素和耕地健康診斷因素劃分耕地整治類型區(qū)，將耕地整治劃分為三種類型：產(chǎn)能提升型重點(diǎn)整治區(qū)、產(chǎn)能提升型一般整治區(qū)、生態(tài)涵養(yǎng)型休耕整治區(qū)。產(chǎn)能提升型重點(diǎn)整治區(qū)耕地面積共13 582.40 hm2，占耕地總面積的33.28%，以青云店鎮(zhèn)、長子營鎮(zhèn)、瀛海地區(qū)、黃村地區(qū)、采育鎮(zhèn)等東部和東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及榆垡鎮(zhèn)和禮賢鎮(zhèn)的部分區(qū)域?yàn)橹?；產(chǎn)能提升型一般整治區(qū)面積為10 971.20 hm2，占耕地總面積的26.88%，集中在龐各莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)南部以及北臧村鎮(zhèn)等地區(qū)；生態(tài)涵養(yǎng)型休耕整治區(qū)面積為16 260.98 hm2，面積最大，占耕地總面積的39.84%，在安定鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)以及榆垡鎮(zhèn)和龐各莊鎮(zhèn)的部分地區(qū)分布較多。

4）從各整治類型分區(qū)結(jié)果看，大興區(qū)近期耕地整治潛力應(yīng)以難度最小的產(chǎn)能提升型重點(diǎn)整治區(qū)為主；而產(chǎn)能提升型一般整治區(qū)可以作為中期整治目標(biāo)；而對于地下水過度超采、耕地輕微污染等耕地健康條件較差區(qū)域，可以實(shí)施休耕措施，恢復(fù)該區(qū)域的生態(tài)條件，以促進(jìn)耕地資源可持續(xù)利用

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Arable land consolidation zoning based on comprehensive evaluation of capacity and health

Wen Liangyou1,2, Zhang Qingpu1,2, Kong Xiangbin1,2※, Zhang Bangbang3, Yun Wenju2,4, Sun Xiaobing1,2, Liu Fengjian5

(1.,,100193,; 2.,,,100193,; 3.,,712100,; 4.,,100035,; 5.,061000,)

Rehabilitation of arable land is an important measure to increase the quantity of arable land and improve the quality of arable land. It is an important way for the country to realize the "food crop production strategy based on farmland management and technological application". At present, the improvement of arable land mainly focuses on the improvement of arable land quality and productivity, but insufficient attention to the health of arable land. In this paper, we used the stepwise correction method to evaluate the arable land productivity, analyzed the limiting factors affecting the arable land productivity, used K-means clustering method to cluster the limiting factors in Daxing District; and used the Nemero index method and the minimum limiting factor method for arable land health diagnosis, analysis of the health of arable land; comprehensive analysis of limiting factors and health diagnosis results, and division of land remediation areas. The results showed that there were 15 types of restriction factors in Daxing District, mainly in the four types of “soil profile pattern”, “arable land fragmentation”, “soil organic matter” and “soil profile pattern-arable land fragmentation”, The limitation of soil profile pattern ，arable land fragmentation and soil organic matter was relatively common; the area of arable land with mild sub-health, moderate sub-health and severe sub-health in Daxing District was 17 924.31, 6 629.28 and 16 260.97 hm2, respectively. From a spatial perspective, the light sub-health cultivated land was mainly distributed in the eastern part of Daxing District, moderately healthy arable land was mainly distributed in the western part of Daxing District, while severe sub-health arable land was mainly distributed in the southern part of Daxing District. The area of cultivated land in the capacity-rehabilitation key remediation area was 13 582.40 hm2, accounting for 33.28% of the total area of cultivated land, mainly in the eastern and northeastern townships such as Qingyundian Town, Changziying Town, Bohai Area, Huangcun District, and Caiyu Town, as well as some areas of Qizhen and Lixian Towns. The area of capacity improvement general rectification area was 10 971.20 hm2, accounting for 26.88% of the total area of arable land, and was concentrated in areas such as Pang Gezhuang Town, Yuzhen Town, South of Caiyu Town and Beijiao Village Town. The ecological conservation type fallow treatment area was 16 260.98 hm2, the largest, accounting for 39.84% of the total area of arable land, and was settled in the towns including some areas of Lixian Town, Wei shanzhuang Town and Yufa Town and more in Panggezhuang town. According to different types of remediation, different measures for consolidation of arable land were proposed. The research on arable land consolidation based on limiting factors and health diagnosis provided some reference for the current comprehensive improvement of land space and overall protection, systematic restoration and comprehensive management of arable land resources.

land use; consolidation; grade; limiting factors; health diagnosis of arable land; Daxing district

溫良友，張青璞，孔祥斌，張蚌蚌，鄖文聚，孫曉兵，劉風(fēng)建. 基于產(chǎn)能與健康綜合評價的北京大興區(qū)耕地整治分區(qū)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(22)：79－89. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.009 http://www.tcsae.org

Wen Liangyou, Zhang Qingpu, Kong Xiangbin, Zhang Bangbang, Yun Wenju, Sun Xiaobing, Liu Fengjian. Arable land consolidation zoning based on comprehensive evaluation of capacity and health[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(22): 79－89. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.009 http://www.tcsae.org

2019-06-17

2019-09-16

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41771561）；教育部人文社科基金（17YJA630040）；全國耕地健康產(chǎn)能試點(diǎn)與技術(shù)體系完善（20170502）；國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（41801210）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2019TC096）

溫良友，博士生，研究方向?yàn)楦刭Y源利用與評價。Email：wenly@cau.edu.cn

孔祥斌，教授，博士，主要從事土地資源評價、利用與保護(hù)研究。Email：kxb@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.009

F323.21

A

1002-6819(2019)-22-0079-11