可剝離耕作層土壤與中低產(chǎn)田規(guī)模測(cè)算研究

李卓琳 羅士軍

摘要：在新增建設(shè)用地占用耕地?cái)?shù)量逐年增加的情況下，剝離被建設(shè)占用的優(yōu)質(zhì)耕作層土壤將之再利用于中低產(chǎn)田改良，以便提高中低產(chǎn)田質(zhì)量，有效保護(hù)耕地資源?；陂L(zhǎng)沙市土地利用現(xiàn)狀及總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、耕地地力等級(jí)等數(shù)據(jù)成果，采用GIS空間分析及文獻(xiàn)調(diào)研法，以長(zhǎng)沙市5個(gè)區(qū)縣市作為研究范圍，對(duì)范圍內(nèi)可剝離耕作層土壤及中低產(chǎn)田的數(shù)量和分布進(jìn)行測(cè)算、評(píng)價(jià)和分析。結(jié)果表明，理論可剝離耕作層土壤方量為1 511.86萬m3，改良中低產(chǎn)田需覆土方量為3 741.31萬m3，耕作層土壤供給遠(yuǎn)小于需求。研究范圍內(nèi)可改造中低產(chǎn)田面積為60 195.11 hm2，主要分布于長(zhǎng)沙縣、寧鄉(xiāng)市和瀏陽市;可剝離耕作層土壤面積為8 835.26 hm2，主要分布于岳麓區(qū)，供需在空間上分布不均衡。

關(guān)鍵詞：表土剝離;中低產(chǎn)田改造;GIS空間分析;長(zhǎng)沙市

中圖分類號(hào)：F323.211 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）06-0043-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.008 ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on scale measurement of the stripping topsoil and medium-low-yield fields：

Taking Changsha city for example

LI Zhuo-lin，LUO Shi-jun

（College of Resources and Environmental Sciences，Hunan Normal University，Changsha 410081，China）

Abstract： Under the circumstance that the cultivated land occupied by new construction land increases year by year， the method of stripping the soil occupied by construction of high-quality tillage layer is adopted to improve the middle and low yield fields， so as to improve the quality of middle and low yield fields and effectively protect cultivated land resources. With five districts and counties of Changsha city as the scope of research， based on the results of Changsha citys land use status and overall planning data， cultivated land fertility data and others， the GIS spatial analysis and literature research are adopted to measure， evaluate and analyze the quantity and distribution of the medium-low-yield fields and the topsoil that can be stripped. The results showed that the theoretical volume of strippable topsoi is 15 118 600 m3， the volume of soil required to improve the low-yield fields is 37 413 100 m3， the supply of topsoil is far less than the demand. The potential of medium-low-yield fields is 60 195.11 hm2， mainly distributed in Changsha county， Ningxiang city and Liuyang city; While the area of the strippable topsoil is 8 835.26 hm2， mainly distributed in Yuelu district， so the supply and demand are unevenly distributed in space.

Key words： topsoil stripping; reform of medium-low-yield fields; GIS spatial analysis; Changsha city

耕作層土壤是在土壤剖面中最靠近地表、養(yǎng)分含量和微生物含量最多、對(duì)地力快速恢復(fù)和植物生長(zhǎng)最有利的表層土壤，它是一種稀缺的、具有重要生態(tài)價(jià)值的基礎(chǔ)性資源[1]。城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的過程中，新增建設(shè)用地占用耕地?cái)?shù)量逐年增加，2006—2018年，長(zhǎng)沙市每年新增建設(shè)用地占用耕地?cái)?shù)量約為1 373 hm2，大量?jī)?yōu)質(zhì)耕作層土壤未實(shí)現(xiàn)剝離再利用，導(dǎo)致表土資源的極大浪費(fèi)。與此同時(shí)，長(zhǎng)沙市優(yōu)質(zhì)耕地后備資源貧乏，通過后備資源開發(fā)補(bǔ)充耕地，建設(shè)用地“占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)”面臨空前壓力[2]。20世紀(jì)90年代以來，為加強(qiáng)耕地保護(hù)提出了耕地占補(bǔ)平衡制度，該制度的推行對(duì)于穩(wěn)定中國(guó)的耕地面積具有重要意義[3]，但在落實(shí)工作過程中存在較為嚴(yán)重的占優(yōu)補(bǔ)劣問題，發(fā)現(xiàn)大量基礎(chǔ)設(shè)施良好、交通便利的優(yōu)質(zhì)耕地被新增建設(shè)項(xiàng)目占用，但絕大部分肥沃的耕作層土壤未實(shí)現(xiàn)剝離再利用[4]。與此相反則是補(bǔ)充的耕地大多基礎(chǔ)設(shè)施落后、區(qū)位偏僻、土壤質(zhì)量較差，占優(yōu)補(bǔ)劣現(xiàn)象嚴(yán)重，優(yōu)質(zhì)耕作層土壤資源的巨大浪費(fèi)與補(bǔ)充耕地難以找到優(yōu)質(zhì)后備資源形成鮮明對(duì)比[5]。目前，國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到此方面的問題，并多次頒發(fā)相關(guān)政策文件要求加強(qiáng)耕地質(zhì)量保護(hù)，實(shí)施耕作層表土剝離再利用政策，提出建設(shè)占用耕地的耕作層應(yīng)當(dāng)予以充分剝離，并將其再利用于中低產(chǎn)田的質(zhì)量建設(shè)。

在此背景下，部分省、市正在積極開展耕作層剝離再利用工作的探索，并通過落實(shí)試點(diǎn)項(xiàng)目取得了豐富的實(shí)踐成果[4]。部分專家學(xué)者也展開了對(duì)耕作層表土剝離再利用的評(píng)價(jià)研究，主要集中在剝離耕作層工作的技術(shù)規(guī)范及工藝、中低產(chǎn)田改造技術(shù)研究、中低產(chǎn)田改造評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建等研究領(lǐng)域，并取得了一定的理論成果[5-8]。但國(guó)內(nèi)對(duì)耕作層表土剝離與中低產(chǎn)田改造的研究尚處于探索階段，鮮見將兩者結(jié)合的研究，且現(xiàn)有研究評(píng)價(jià)的尺度主要集中在全國(guó)、省域等中宏觀尺度，縣域、鎮(zhèn)域等微觀尺度研究較少。鑒于此，本研究借鑒相關(guān)研究理論與長(zhǎng)沙市望城區(qū)試點(diǎn)成果，以長(zhǎng)沙市5區(qū)縣市為例，采取GIS空間分析方法，對(duì)可剝離耕作層土壤及中低產(chǎn)田的數(shù)量、質(zhì)量、分布進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)分析，旨在為長(zhǎng)沙市推進(jìn)可剝離耕作層土壤再利用工作提供理論依據(jù)與決策參考，為中低產(chǎn)田提質(zhì)改造提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)建設(shè)占用耕地“占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)”“質(zhì)量平衡”探索新路徑[6]。

1 ?研究區(qū)域概況

根據(jù)長(zhǎng)沙市2017年土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)、《長(zhǎng)沙市土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》（2016年修訂版）和《長(zhǎng)沙市土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）中期實(shí)施評(píng)估報(bào)告》，長(zhǎng)沙市2016—2020年規(guī)劃新增建設(shè)用地占用耕地18 786.80 hm2，各區(qū)縣市情況見表1。由表1可知，雨花區(qū)、天心區(qū)、芙蓉區(qū)、開福區(qū)4個(gè)區(qū)由于耕地面積較少（共計(jì)4 017.22 hm2，占長(zhǎng)沙市總量的1.44%），規(guī)劃2020年耕地保有量較少（共計(jì)1 558.00 hm2，占長(zhǎng)沙市總量的0.57%），且現(xiàn)有耕地大多分布于中心城區(qū)周邊，存在被中心城區(qū)發(fā)展占用的可能性。同時(shí)，根據(jù)各區(qū)縣市農(nóng)業(yè)部門《耕地質(zhì)量等級(jí)成果補(bǔ)充完善報(bào)告》，4個(gè)區(qū)耕地質(zhì)量等別均為3～6等，其中3等地比重最大，質(zhì)量總體較好，中低產(chǎn)田規(guī)模小。因此，本研究范圍確定為長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)、望城區(qū)、長(zhǎng)沙縣、瀏陽市及寧鄉(xiāng)市。

2 ?中低產(chǎn)田數(shù)量及需求方量分析

2.1 ?可改造中低產(chǎn)田的界定

中低產(chǎn)田是指由于存在各種制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤障礙因素導(dǎo)致產(chǎn)量相對(duì)低而不穩(wěn)的耕地[7]。采用GIS空間疊加方法，首先對(duì)研究范圍內(nèi)耕地的障礙因素及地力等級(jí)進(jìn)行分析，得出研究范圍內(nèi)存在漬澇排水型、瘠薄培肥型、灌溉改良型、障礙層次型和坡地梯改型5種障礙類型，耕地地力等級(jí)涉及1～8級(jí)。其次疊加分析農(nóng)用地分等成果，得出耕地的國(guó)家土地利用等別涉及1～10等。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)《全國(guó)中低產(chǎn)田類型劃分與改良技術(shù)規(guī)范》（NY/T310-1996）《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)報(bào)告》和《中國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查與評(píng)定》中的劃分標(biāo)準(zhǔn)，將上述存在障礙類型、耕地地力等級(jí)劣于3級(jí)且國(guó)家土地利用等別劣于4等的耕地列為可改造中低產(chǎn)田，并分析5個(gè)區(qū)縣市中低產(chǎn)田的數(shù)量、質(zhì)量及分布。

2.2 ?中低產(chǎn)田面積及需覆土方量測(cè)算

2.2.1 ?低產(chǎn)田的面積測(cè)算 ?通過疊加分析5個(gè)區(qū)縣市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)及土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)，得到規(guī)劃與現(xiàn)狀均為耕地的面積共計(jì)258 517.70 hm2。在此基礎(chǔ)上，將規(guī)劃與現(xiàn)狀均為耕地的數(shù)據(jù)與耕地地力等級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，并結(jié)合最臨近值法，利用ArcGIS軟件對(duì)無屬性的圖斑進(jìn)行賦值，得出有障礙因素的耕地共計(jì)96 708.51 hm2（表2）。

結(jié)合2017年長(zhǎng)沙市望城區(qū)試點(diǎn)項(xiàng)目及相關(guān)課題成果，綜合分析有障礙因素耕地發(fā)現(xiàn)，障礙層次型耕地由于其主導(dǎo)障礙因素是土壤結(jié)構(gòu)不良，障礙層次部位高，更適合通過機(jī)械深耕、深松等措施進(jìn)行改良;坡地梯改型耕地由于坡度在15°以上，徑流沖刷力大，土壤侵蝕作用強(qiáng)，更適合通過修筑梯田梯埂等田間水保工程進(jìn)行改良治理。這兩種耕地通過覆蓋耕作層土壤進(jìn)行改造的提質(zhì)潛力較小，與可剝離耕作層土壤再利用的關(guān)聯(lián)度較低[8-11]。因此，本研究選取灌溉改良型、瘠薄培肥型、漬澇排水型3類中低產(chǎn)田進(jìn)行重點(diǎn)探討。

在3類中低產(chǎn)田數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，疊加農(nóng)用地質(zhì)量分等圖層進(jìn)行分析，并提取耕地地力等級(jí)劣于3級(jí)且土地利用等別劣于4等的耕地，得到可改造中低產(chǎn)田面積共計(jì)60 195.11 hm2。從布局上來看，瀏陽市中低產(chǎn)田面積最大，為26 468.32 hm2，占5個(gè)區(qū)縣市中低產(chǎn)田面積的43.97%;岳麓區(qū)中低產(chǎn)田面積最小，為19.79 hm2，占總量的0.03%（表3、圖1、圖2）。

2.2.2 ?中低產(chǎn)田需覆土方量的測(cè)算 ?依據(jù)《中低產(chǎn)田技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的耕作層標(biāo)準(zhǔn)，將灌溉改良型、瘠薄培肥型、漬澇排水型的耕作層改良覆土標(biāo)準(zhǔn)分別確定為16、20、25 cm。利用ArcGIS軟件提取中低產(chǎn)田空間數(shù)據(jù)中的耕作層厚度、圖斑面積等屬性，對(duì)耕作層厚度低于標(biāo)準(zhǔn)值的圖斑進(jìn)行分析，計(jì)算其耕作層厚度與改良標(biāo)準(zhǔn)值之間的差值與面積的乘積，匯總得到5個(gè)區(qū)縣市可改造中低產(chǎn)田的需覆土面積為50 194.80 hm2（表4），需覆土方量為3 741.31萬m3（表5）。

3 ?可剝離耕作層土壤數(shù)量分析

3.1 ?可剝離耕作層土壤的界定

可剝離耕作層土壤是指在2016—2020年規(guī)劃建設(shè)擬占用耕地指標(biāo)中，將耕作層土壤質(zhì)量好、耕層較厚的土壤進(jìn)行剝離，并用于中低產(chǎn)田改造可明顯提高其質(zhì)量的土壤[12]。采用GIS空間疊加方法，以土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先得到2016—2020年規(guī)劃新增建設(shè)用地占用耕地空間數(shù)據(jù)，將其與耕地地力等級(jí)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分析，得出規(guī)劃建設(shè)擬占用耕地中存在灌溉改良、瘠薄培肥、坡地梯改、無明顯障礙、障礙層次、漬澇排水6種障礙類型，耕地地力等級(jí)涉及1～7級(jí)。其次疊加分析農(nóng)用地分等成果，得出耕地的國(guó)家土地利用等別涉及1～10等。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)《中國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查與評(píng)定》和《耕地地力評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告》成果，將不存在障礙類型、耕地地力等級(jí)優(yōu)于3級(jí)且國(guó)家土地利用等別優(yōu)于4等的耕地列為可剝離耕地，并分析可剝離耕作層土壤的數(shù)量、質(zhì)量及其分布。