基于需求-功能-維度的耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與應(yīng)用

陳文廣 孔祥斌* 溫良友 朱紅梅 張蚌蚌

(1.中國(guó)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.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128； 4.西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

耕地作為重要的自然資源和生產(chǎn)要素，是糧食生產(chǎn)的根基[1]。我國(guó)用世界上9%的耕地養(yǎng)活了全球20%的人口[2]，耕地高強(qiáng)度集約化利用，實(shí)現(xiàn)了糧食產(chǎn)量的“十六連豐”[3]，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)全局發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)[4]。然而，由于頻繁的自然災(zāi)害、不當(dāng)?shù)睦梅绞?、快速的城?zhèn)化、不健全的耕作制度安排[5]，致使我國(guó)優(yōu)質(zhì)耕地不斷減少[6]，同時(shí)，區(qū)域性土壤重金屬污染、地下水超采、白色污染、石漠化、生物多樣性下降等問(wèn)題突出[7-8]，嚴(yán)重威脅著我國(guó)糧食安全。為加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、推進(jìn)生態(tài)修復(fù)治理、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)在2016年開(kāi)始進(jìn)行耕地輪作休耕試點(diǎn)，采取“養(yǎng)”、“退”、“休”、“輪”、“控”綜合措施，探索耕地保護(hù)與利用協(xié)調(diào)發(fā)展之路。在極端氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)、耕地資源本底性和結(jié)構(gòu)性問(wèn)題突出的背景下，耕地健康問(wèn)題得到普遍關(guān)注和重視[9]。

國(guó)外對(duì)耕地健康的相關(guān)研究多集中在土壤健康方面?！巴寥澜】怠边@一術(shù)語(yǔ)源于對(duì)土壤質(zhì)量通過(guò)影響作物質(zhì)量進(jìn)而影響動(dòng)物和人類健康的觀察[10]，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織指出健康的土壤是滿足對(duì)食物等產(chǎn)品的各種需求以及確保在世界所有區(qū)域提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基本先決條件[11]。土壤是一個(gè)支撐植物、動(dòng)物和人類生存的重要生態(tài)系統(tǒng)，土壤健康即為其持續(xù)發(fā)揮這種功能的能力[12]。土壤健康指數(shù)評(píng)估主要包括選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)、量化指標(biāo)和選擇評(píng)分方法、整合所選指標(biāo)3 個(gè)步驟[13]，選擇的指標(biāo)要求滿足可管理、能夠代表土壤性質(zhì)并反映土壤功能與管理目標(biāo)之間的聯(lián)系等條件[14]，通常選取水儲(chǔ)存、容重、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、總碳、pH、有效磷、速效鉀、總氮、土壤呼吸、微生物量等土壤的物理、化學(xué)和生物指標(biāo)[12]。目前，土壤健康常用的評(píng)估工具有康乃爾的土壤健康綜合評(píng)估、土壤健康管理評(píng)估框架和哈尼土壤實(shí)驗(yàn)[15]，現(xiàn)有研究涉及全球、國(guó)家、流域和斑塊等多個(gè)尺度[16-18]。

耕地健康是基于國(guó)際土壤科學(xué)研究前沿比較而凝練出的新概念，是傳統(tǒng)土壤質(zhì)量概念與可持續(xù)發(fā)展理念的中國(guó)式結(jié)合[19]。國(guó)內(nèi)對(duì)耕地健康的研究主要集中在耕地健康產(chǎn)能方面[20-21]。耕地健康產(chǎn)能是農(nóng)業(yè)土壤健康、土地健康和生態(tài)系統(tǒng)健康的有機(jī)集合[22]，包含耕地生產(chǎn)能力和耕地健康狀況2 個(gè)方面。鄖文聚[19]認(rèn)為耕地健康是健康的耕作土壤、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)；李強(qiáng)等[23]認(rèn)為健康的耕地具有支撐動(dòng)植物生產(chǎn)能力、保持或增強(qiáng)水和空氣質(zhì)量、促進(jìn)動(dòng)植物健康，可通過(guò)自我調(diào)節(jié)而具有對(duì)外界脅迫的恢復(fù)能力。耕地健康格局由多因素間復(fù)雜相互作用形成，并且這種復(fù)雜相互作用可能由于區(qū)域水熱條件與自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)格局差異而表現(xiàn)出不同的特征[21]。目前，耕地健康的概念內(nèi)涵在國(guó)內(nèi)還未形成較為統(tǒng)一的觀點(diǎn)，也未建立較為標(biāo)準(zhǔn)的耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其研究方法主要涉及因素法[22]、能值分析模型[24]、逐級(jí)修正法[25]等，研究尺度集中在市、縣2 級(jí)。

在推進(jìn)全域土地綜合整治工程，加強(qiáng)耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量與生態(tài)的“三位一體”保護(hù)和滿足人類多樣化需求的背景下，亟需進(jìn)一步明晰耕地健康的概念內(nèi)涵，科學(xué)評(píng)價(jià)耕地健康狀況。鑒于此，本研究擬在科學(xué)界定耕地健康內(nèi)涵、系統(tǒng)梳理新時(shí)代人類社會(huì)多樣化需求以及分析耕地系統(tǒng)內(nèi)部的要素-過(guò)程-功能的基礎(chǔ)上，建立需求-功能-維度的耕地健康評(píng)價(jià)理論框架，從耕地健康的4 個(gè)維度選取指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用最小因子法評(píng)定耕地健康級(jí)別，并以北京市大興區(qū)為例進(jìn)行驗(yàn)證，以期為新時(shí)期耕地保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 耕地健康內(nèi)涵界定

國(guó)內(nèi)對(duì)耕地健康內(nèi)涵的理解有2 種代表性觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)認(rèn)為耕地健康狀況是耕地質(zhì)量的1個(gè)重要方面，依據(jù)土壤有益元素、有毒有害元素和有機(jī)污染物含量水平等可以綜合評(píng)定耕地的健康狀況[26-28]。溫良友等[29]將耕地健康狀況列為北京市大興區(qū)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的1 個(gè)維度，并選擇灌溉水環(huán)境質(zhì)量和土壤重金屬評(píng)價(jià)了大興區(qū)耕地健康狀況；余慧敏等[25]選取土壤肥力指標(biāo)、耕地土壤環(huán)境污染性指標(biāo)及有益性指標(biāo)構(gòu)建了南方典型丘陵區(qū)耕地健康診斷體系；第二種觀點(diǎn)認(rèn)為耕地健康是耕地所具有的作物生產(chǎn)、生態(tài)服務(wù)、環(huán)境維持等功能的綜合體現(xiàn)，表現(xiàn)為好的環(huán)境、好的質(zhì)量、高的產(chǎn)能[23]。葉思菁等[21]選取了地形特征、土壤性狀、耕作條件、環(huán)境狀況和生物特性5 個(gè)維度評(píng)價(jià)了全國(guó)65 個(gè)縣的耕地健康狀況，李強(qiáng)等[24,30]從耕地質(zhì)量、耕地產(chǎn)能和耕地環(huán)境3 個(gè)維度選取指標(biāo)對(duì)我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)和大都市邊緣區(qū)進(jìn)行了耕地健康診斷。

上述研究極大地豐富了耕地健康的概念內(nèi)涵。隨著極端氣候?yàn)?zāi)害頻繁發(fā)生、優(yōu)質(zhì)耕地資源不斷減少、“鎘大米”事件爆發(fā)，人類社會(huì)開(kāi)始不斷注重耕地持續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)能力、作物生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品對(duì)人類健康的影響，并強(qiáng)調(diào)耕地系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5,31]。只有健康的土壤，才有健康的食物、健康的生活。因此，健康的耕地首先應(yīng)始終具備持續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)能力；其次，生產(chǎn)環(huán)境無(wú)污染；再次，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品不會(huì)對(duì)人類和動(dòng)植物的健康造成影響；最后，能夠?qū)ν饨绲母蓴_進(jìn)行自我調(diào)整、具備維持自身穩(wěn)定的能力。

1.2 耕地健康評(píng)價(jià)理論框架

我國(guó)社會(huì)主要矛盾已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，人類社會(huì)對(duì)耕地的需求也從最初的高產(chǎn)高效向生產(chǎn)能力穩(wěn)定、生產(chǎn)環(huán)境清潔、綠色產(chǎn)品以及耕地系統(tǒng)可持續(xù)利用等綜合需求轉(zhuǎn)變[22,27]，從關(guān)注耕地質(zhì)量轉(zhuǎn)變到關(guān)注耕地健康。耕地系統(tǒng)是以耕地資源為主體的自然生態(tài)系統(tǒng)和以人類活動(dòng)為主體的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在特定區(qū)域內(nèi)通過(guò)協(xié)同和拮抗作用而形成的復(fù)合系統(tǒng)[32-33]。耕地自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的水、土、氣、生等要素在水平和垂直方向上進(jìn)行著水循環(huán)、酸堿反應(yīng)、腐殖化等物理、化學(xué)和生物反應(yīng)過(guò)程[34-36]。同時(shí)，耕地社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體投入勞動(dòng)、資本、技術(shù)等要素進(jìn)行著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、設(shè)施建設(shè)和權(quán)屬調(diào)整等過(guò)程[32]。耕地自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行的這些過(guò)程產(chǎn)生了糧食生產(chǎn)、緩沖過(guò)濾、水土保持、污染凈化、抑制疾病等耕地功能[35-36]。耕地功能的顯化和表達(dá)是相對(duì)于人類需求而言的[34]。而“健康”是功能的體現(xiàn)，耕地健康診斷就是評(píng)價(jià)耕地多功能實(shí)現(xiàn)程度[23]。因此，在全球可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)背景下，基于人類社會(huì)對(duì)耕地的多樣化需求、耕地系統(tǒng)的多功能性以及耕地健康的內(nèi)涵，建立“需求-功能-維度”的耕地健康評(píng)價(jià)理論框架(圖1)。

圖1 耕地健康評(píng)價(jià)理論框架Fig.1 Theoretical framework of cultivated land health evaluation

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

基于耕地健康評(píng)價(jià)理論框架，從生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)4 個(gè)維度建立耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以區(qū)域差異性、因地制宜性、敏感性和可操作性為原則對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選。耕地生產(chǎn)能力是氣候條件、耕地地力、利用狀況等綜合作用的結(jié)果。氣候條件宏觀上對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)起到控制性作用，主要考慮農(nóng)用地分等中的光溫(氣候)生產(chǎn)潛力和作物產(chǎn)量比系數(shù)2 個(gè)指標(biāo)；耕地地力反映耕地內(nèi)在的、基本素質(zhì)的地力要素所構(gòu)成的基礎(chǔ)地力[37]，選取了耕層質(zhì)地、土體構(gòu)型、有效土層厚度、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分元素、土壤pH值6 個(gè)指標(biāo)；利用狀況指人類為提高耕地利用效率而進(jìn)行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，影響著耕地生產(chǎn)潛力的實(shí)現(xiàn)程度[38]，選取了灌溉保證程度、排水條件、災(zāi)害防治水平、農(nóng)機(jī)化水平、地塊破碎度和田間道路通達(dá)度6 個(gè)指標(biāo)。耕地彈性是指受到外界干擾時(shí)仍具有維持耕地系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡和可持續(xù)利用的能力，參考溫良友等[29]、趙瑞等[22]的研究成果，選取了耕層質(zhì)地、土壤容重、陽(yáng)離子交換量(CEC)、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤蚯蚓5個(gè)指標(biāo)。耕地生產(chǎn)環(huán)境主要受到人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的影響，參考葉思菁等[21]、劉黎明等[39]的研究成果，選取了土壤重金屬、灌溉水環(huán)境質(zhì)量、大氣干濕沉降物年沉降通量、農(nóng)藥施用量、化肥施用量5個(gè)指標(biāo)。產(chǎn)品品質(zhì)是耕地健康狀況的決定性因素，選取了農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量、農(nóng)產(chǎn)品重金屬殘留量2個(gè)指標(biāo)。耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)、權(quán)重及賦分規(guī)則分別見(jiàn)表1、表2和表3。

2 耕地健康評(píng)價(jià)方法

2.1 計(jì)算生產(chǎn)能力指數(shù)

采用逐級(jí)修正法計(jì)算耕地生產(chǎn)能力。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，作為耕地生產(chǎn)能力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，再用耕地地力系數(shù)和利用狀況系數(shù)進(jìn)行逐級(jí)修正，計(jì)算耕地生產(chǎn)能力指數(shù)。計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中：G為生產(chǎn)能力指數(shù)；αi為第i種作物的光溫(氣候)生產(chǎn)潛力指數(shù)；βi為第i種作物的產(chǎn)量比系數(shù)；q為耕地地力系數(shù)；t為利用狀況系數(shù)。式(1)為一年一熟、兩熟和三熟時(shí)，式(2)為兩年三熟時(shí)。

2.2 計(jì)算耕地彈性指數(shù)

運(yùn)用綜合指數(shù)法計(jì)算耕地彈性指數(shù)[29]。計(jì)算公式如下：

(3)

式中：R為耕地彈性指數(shù)；Wk為第k個(gè)指標(biāo)權(quán)重，F(xiàn)k為第k個(gè)指標(biāo)的分值。

2.3 計(jì)算生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)

采用“1+X”累加模型計(jì)算耕地生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)[22]。耕地生產(chǎn)環(huán)境的惡化，會(huì)影響到農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、耕地資源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，因此，以沒(méi)有污染的耕地作為基準(zhǔn)“1”，依據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)累加得到生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)(E)。

2.4 計(jì)算產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)

運(yùn)用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法確定農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量、重金屬殘留量[40]。由于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)直接影響人體健康，采用最小因子法確定產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)。一旦產(chǎn)品品質(zhì)維度中任一指標(biāo)超過(guò)無(wú)殘留的標(biāo)準(zhǔn)，則認(rèn)為農(nóng)產(chǎn)品受污染，產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為0，耕地不健康；反之農(nóng)產(chǎn)品無(wú)污染，產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為100。計(jì)算公式如下：

(4)

(5)

(6)

2.5 確定耕地健康等別

運(yùn)用最小因子法確定耕地健康等別。將耕地圖斑的生產(chǎn)能力指數(shù)(G)、耕地彈性指數(shù)(R)和生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)(E)按照自然斷點(diǎn)法分為優(yōu)、中、差3個(gè)等級(jí)，采用如下分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定耕地健康等級(jí)(表4)。

3 耕地健康評(píng)價(jià)方法應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

大興區(qū)地處39°26′～39°50′ N，116°12′～116°43′ E，全區(qū)轄14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土地面積為103 633.7 hm2，其中耕地總面積為40 814.57 hm2。屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候，四季分明，年均溫度11.6 ℃，年均降雨量556.4 mm。土壤類型以砂質(zhì)潮土、壤質(zhì)潮土為主，且由西南向東北，土壤質(zhì)地由砂到黏。標(biāo)準(zhǔn)耕作制度為冬小麥和夏玉米輪作的一年兩熟制。此外，大興區(qū)是首都重要的農(nóng)副食品生產(chǎn)供應(yīng)基地和綠甜旅游基地。

表1 耕地生產(chǎn)能力、耕地彈性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及賦分規(guī)則Table 1 Weights and sore standard of indicators of cultivated land potential productivity and resilience

表2 耕地生產(chǎn)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)Table 2 Classification of indicators of cultivated land production environment

表3 產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)Table 3 Classification of indicators of product quality

表4 耕地健康分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Classification standards for cultivated land health

3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

數(shù)據(jù)來(lái)源：1)大興區(qū)2014年耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)，獲取耕地地類圖斑、耕層質(zhì)地、土體構(gòu)型、有效土層厚度、灌溉保證程度、排水條件、地塊破碎度、田間道路通達(dá)度等數(shù)據(jù)，田間道路通達(dá)度數(shù)據(jù)利用2014年耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的道路線狀數(shù)據(jù)和耕地圖斑數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析獲??；2)實(shí)地采樣和實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)，2017年100 個(gè)土壤樣點(diǎn)獲取土壤有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分元素、土壤重金屬、土壤容重、CEC、土壤pH、土壤蚯蚓等數(shù)據(jù)，2017年18 個(gè)灌溉水水樣獲取灌溉水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，18 個(gè)作物樣本獲取農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留、重金屬殘留數(shù)據(jù)；3)實(shí)地調(diào)查與部門(mén)走訪數(shù)據(jù)，獲取各鄉(xiāng)鎮(zhèn)災(zāi)害防治水平、大氣干濕沉降物年沉降通量數(shù)據(jù)并賦值到耕地圖斑；4)統(tǒng)計(jì)資料與規(guī)程，《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[41]獲取光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)和作物產(chǎn)量比系數(shù)，《2018年大興統(tǒng)計(jì)年鑒》獲取2017年大興區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)化水平數(shù)據(jù)并賦值到耕地圖斑，《北京市大興區(qū)第三次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查資料匯編》獲取各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)藥、化肥施用量數(shù)據(jù)并賦值到耕地圖斑。

地塊破碎化指數(shù)(FS)計(jì)算公式如下：

(7)

(8)

式中：MSI是地塊平均形狀指數(shù)；Pi表示第i個(gè)耕地地塊的周長(zhǎng)，Ai表示第i個(gè)耕地地塊的面積；N表示耕地地塊數(shù)量。

3.3 單維度評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)確定的指標(biāo)體系和計(jì)算方法，測(cè)算了大興區(qū)耕地圖斑的生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)，運(yùn)用ArcGIS 10.5軟件中的自然斷點(diǎn)法對(duì)生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)進(jìn)行分級(jí)(圖2)。

圖2 生產(chǎn)能力(a)、耕地彈性(b)、生產(chǎn)環(huán)境(c)和產(chǎn)品品質(zhì)(d)空間分布圖Fig.2 Spatial distribution map of potential productivity (a), cultivated landresilience (b), production environment (c) and product quality (d)

由圖2可知，耕地生產(chǎn)能力和耕地彈性整體上呈東高西低空間分布，耕地生產(chǎn)環(huán)境呈中部高、東西兩側(cè)低的空間分布，產(chǎn)品品質(zhì)區(qū)域內(nèi)無(wú)差異，均為無(wú)污染。依據(jù)1.3耕地生產(chǎn)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和2.1耕地生產(chǎn)能力計(jì)算方法，測(cè)算出大興區(qū)耕地生產(chǎn)能力指數(shù)為1 135.81～2 807.23，面積加權(quán)平均值為1 960.52。由圖2(a)可知，生產(chǎn)能力優(yōu)的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)和長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)，耕地有效土層厚，土體構(gòu)型以通體壤、壤/砂/壤為主，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分元素含量較高，土壤肥沃；灌溉排水設(shè)施完善，災(zāi)害防治水平、農(nóng)機(jī)化水平、田間道路通達(dá)度高，耕地生產(chǎn)條件好。生產(chǎn)能力一般的耕地主要分布在禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，耕地耕層質(zhì)地為砂土、土體構(gòu)型以通體砂為主，有機(jī)質(zhì)含量低，田間道路通達(dá)度較低，但灌排條件好，農(nóng)機(jī)化水平較高；生產(chǎn)能力差的耕地主要分布在北臧村鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)等區(qū)域，耕地耕層質(zhì)地為砂土、土體構(gòu)型以通體砂為主，漏水漏肥，有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分元素含量較少且田間道路不完善，不便于機(jī)械作業(yè)。

依據(jù)1.3耕地彈性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和2.2耕地彈性計(jì)算方法，測(cè)算出大興區(qū)耕地彈性指數(shù)為63.95～94.67，面積加權(quán)平均值為80.54，區(qū)域內(nèi)耕地彈性狀況較好。由圖2(b)可知，耕地彈性能力優(yōu)的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)和長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)，土壤質(zhì)地為壤土，土壤呈弱堿性且結(jié)構(gòu)性和通透性好，陽(yáng)離子交換量大、土壤蚯蚓較多，能夠較好的抵抗外界干擾。耕地彈性能力中等的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，耕地耕層質(zhì)地較差、陽(yáng)離子交換量適中、有機(jī)質(zhì)含量一般，但土壤蚯蚓數(shù)量較大，耕地抵抗外界干擾能力適中。黃村地區(qū)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)部分耕地圖斑陽(yáng)離子交換量小、有機(jī)質(zhì)含量低、土壤質(zhì)地差，彈性能力差。

依據(jù)1.3耕地生產(chǎn)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和2.3耕地生產(chǎn)環(huán)境計(jì)算方法，測(cè)算出大興區(qū)耕地生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)為0.40～1.00，面積加權(quán)平均值為0.65，區(qū)域內(nèi)耕地生產(chǎn)環(huán)境一般。由圖2(c)可知，生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)的耕地主要分布在街道地區(qū)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和瀛海地區(qū)，未發(fā)現(xiàn)土壤重金屬污染、灌溉水環(huán)境清潔、農(nóng)藥化肥施用量少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境較優(yōu)。生產(chǎn)環(huán)境一般的耕地主要分布在采育鎮(zhèn)、長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)和北臧村鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)土壤重金屬污染、灌溉水環(huán)境清潔，農(nóng)藥、化肥施用量適中。生產(chǎn)環(huán)境差的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)藥、化肥施用量大，嚴(yán)重影響到耕地資源可持續(xù)利用，此外，北臧村鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)由于過(guò)去采用電鍍廠產(chǎn)生的含有Cu、Cr、Co污水灌溉，重金屬積累量大，導(dǎo)致耕地土壤重金屬污染較嚴(yán)重。

依據(jù)1.3產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和2.4產(chǎn)品品質(zhì)計(jì)算方法，測(cè)算出大興區(qū)產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為100，農(nóng)產(chǎn)品未受到污染(圖2(d))，符合大興區(qū)作為首都重要的農(nóng)副食品生產(chǎn)供應(yīng)基地的功能定位，能夠滿足人類社會(huì)對(duì)綠色、健康食品的需求。

3.4 耕地健康等級(jí)劃分

按照上述確定的耕地健康分級(jí)方法，得到大興區(qū)耕地健康分級(jí)狀況(圖3，表5)。

圖3 耕地健康等級(jí)空間分布圖Fig.3 Spatial distribution map of cultivatedland health level

表5 耕地健康等級(jí)統(tǒng)計(jì)Table 5 Classification statistics of cultivated land health

由圖3和表5可知：大興區(qū)耕地健康狀況包括健康、亞健康、病態(tài)3 種等級(jí)，無(wú)不健康耕地。健康的耕地面積為4 726.51 hm2，占耕地總面積的11.58%，集中分布在舊宮地區(qū)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、西紅門(mén)地區(qū)和瀛海地區(qū)。耕地圖斑土壤質(zhì)地為壤土，土體構(gòu)型以通體壤為主，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，地塊集中連片，田間道路通達(dá)度高，耕地生產(chǎn)能力高；土壤pH適中，陽(yáng)離子交換量大，土壤生物活性強(qiáng)，耕地彈性強(qiáng)；此外，區(qū)域內(nèi)無(wú)土壤重金屬、灌溉水、大氣污染，且農(nóng)藥化肥施用量少，耕地生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)。亞健康的耕地面積為19 333.12 hm2，占耕地總面積的47.37%，主要分布在采育鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)和長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)。亞健康耕地圖斑土體構(gòu)型以砂/粘/砂為主，田間道路通達(dá)度較差，耕地生產(chǎn)能力一般；土壤容重較大，陽(yáng)離子交換量適中，耕地彈性較好；區(qū)域內(nèi)過(guò)度施用農(nóng)藥、化肥，耕地生產(chǎn)環(huán)境一般。病態(tài)的耕地面積為16 754.94 hm2，占耕地總面積的41.05%，主要分布在北臧村鎮(zhèn)、黃村地區(qū)、禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)。病態(tài)耕地圖斑耕層質(zhì)地以砂土為主，土體構(gòu)型為通體砂，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，地塊較為破碎，田間道路通達(dá)度差，耕地生產(chǎn)能力低；土壤容重較大，陽(yáng)離子交換量低，耕地彈性較弱；土壤存在輕微重金屬污染，農(nóng)藥、化肥施用量較多，耕地生產(chǎn)環(huán)境差。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

大興區(qū)無(wú)不健康耕地，但健康的耕地較少、亞健康耕地和病態(tài)耕地多，嚴(yán)重威脅到區(qū)域耕地資源可持續(xù)利用。亞健康耕地主要是受到耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境、耕地彈性-生產(chǎn)環(huán)境3 種類型的限制，占亞健康耕地面積的88.40%。其中:耕地彈性限制型主要分布在禮賢鎮(zhèn)和魏善莊鎮(zhèn)，耕地土壤質(zhì)地較差、土壤容重較大、陽(yáng)離子交換量小、有機(jī)質(zhì)含量低；生產(chǎn)環(huán)境限制型主要分布在采育鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)和長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)藥、化肥施用量較大。病態(tài)耕地主要是受到生產(chǎn)能力、生產(chǎn)環(huán)境2 種類型的限制，占病態(tài)耕地面積的72.94%。其中:生產(chǎn)能力限制型主要分布在禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，耕地的耕層質(zhì)地為砂土、土體構(gòu)型以通體砂為主，漏水漏肥，有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分元素含量較少且田間道路不完善；生產(chǎn)環(huán)境限制型主要分布在安定鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)藥、化肥施用量大且龐各莊鎮(zhèn)存在土壤重金屬輕度污染，嚴(yán)重威脅到糧食品質(zhì)安全、人類健康和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。未來(lái)，應(yīng)該結(jié)合各區(qū)域耕地健康限制因素進(jìn)行差異化土地整治，進(jìn)一步提升耕地健康狀況。

構(gòu)建的耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠較好的反應(yīng)區(qū)域耕地健康狀況。但研究中涉及耕地健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)較多，未來(lái)研究應(yīng)該對(duì)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立耕地健康評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集；其次，應(yīng)加強(qiáng)研究區(qū)甚至全國(guó)范圍內(nèi)耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的耕地健康評(píng)價(jià)并確定耕地健康狀況的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化，建立耕地健康負(fù)面清單及預(yù)警機(jī)制，對(duì)耕地健康的風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行分區(qū)分級(jí)修復(fù)；最后，灌溉水環(huán)境質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量、農(nóng)產(chǎn)品重金屬殘留量指標(biāo)實(shí)際樣本數(shù)量較少，選取的指標(biāo)存在數(shù)據(jù)年份不一的情況，在后續(xù)的評(píng)價(jià)過(guò)程中，要增加樣本數(shù)量并爭(zhēng)取獲取同一年度的最新數(shù)據(jù)，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確、客觀。

4.2 結(jié)論

1)明晰了耕地健康的內(nèi)涵，健康的耕地應(yīng)始終具備持續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)環(huán)境無(wú)污染，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品不會(huì)對(duì)人類和動(dòng)植物的健康造成影響，并且能夠?qū)ν饨绲母蓴_進(jìn)行自我調(diào)整、維持自身的穩(wěn)定性。從生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)4個(gè)維度選取指標(biāo)構(gòu)建的耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，較以往耕地健康評(píng)價(jià)的質(zhì)量、產(chǎn)能和環(huán)境維度更能突出新時(shí)代背景下人類社會(huì)對(duì)健康生活和可持續(xù)發(fā)展的需求。采用最小因子法測(cè)算了大興區(qū)耕地健康狀況，相比因素法能夠更好地識(shí)別耕地健康狀況的限制因子，為區(qū)域高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)、全域土地綜合整治提供基礎(chǔ)研究。

2)大興區(qū)耕地圖斑的生產(chǎn)能力、耕地彈性和生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)分別為1 135.81～2 807.23、63.95～94.67、0.40～1.00。耕地生產(chǎn)能力和耕地彈性空間上呈東高西低分布，耕地生產(chǎn)環(huán)境整體上呈現(xiàn)中部高、東西兩側(cè)低的分布；產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為100，符合大興區(qū)作為北京市農(nóng)副食品生產(chǎn)供應(yīng)基地的功能定位。大興區(qū)耕地健康級(jí)別包括健康、亞健康和病態(tài)3 級(jí)，無(wú)不健康耕地。健康、亞健康和病態(tài)的耕地面積分別為4 726.51、19 333.12、16 754.94 hm2，占耕地總面積的比例分別為11.58%、47.37%、41.05%。