矿区废弃地复垦新增耕地质量综合评价

周 芳，周 兴

（广西师范学院，广西 南宁 530001）

矿区废弃地复垦新增耕地质量综合评价

周 芳，周 兴

（广西师范学院，广西 南宁 530001）

耕地质量关系着耕地的产品数量和质量，甚至与人类食品、用品的安全性相关联。从耕地质量的概念出发，提出了矿区复垦新增耕地质量评价的内涵，建立了矿区复垦新增耕地质量的评价指标体系，采用隶属函数法和系统分析方法对广西某矿区复垦新增耕地质量进行评价，并对该矿区复垦新增耕地的合理利用进行探讨。

矿区复垦；耕地质量；土壤环境因素；隶属函数法

过去数十年，矿产资源过度开发对土地造成的挖损、压占、塌陷、污染等现象日益引起社会的重视。矿区复垦是《中华人民共和国土地管理法》规定的，由用地单位和个人对已造成的土地破坏承担责任的途径。矿区复垦有不同的方向，国家颁布的《土地复垦质量控制标准》（TD/T1036-2013）对不同复垦方向的质量标准作出了规定。该控制标准从地形、土壤质量、生产力水平和配套设施四个方面探讨了耕地复垦质量控制标准，但评价体系不够完善、方法比较粗放，不能全面衡量复垦新增耕地质量的优劣。《农用地质量分等规程》（GBT28407-2012）也对耕地质量评价作出了规定，但对矿区复垦新增耕地质量的评价缺乏针对性。耕地是土地复垦的重要方向，如何评价其质量是土地质量研究的重要内容。由于矿区废弃地几乎已经完全失去土地原貌，复垦工程实施过程中对土地投入的工程量一般都比较大，复垦前后的土地情况变化比较大。矿区废弃地有重金属含量高的特点，如何在评价复垦新增耕地质量中考虑重金属对耕地质量的影响是耕地质量研究的新内容。目前国内对矿区复垦新增耕地质量评价的研究并不多，也存在一定的缺陷。我国耕地占补平衡任务比较重，探讨一套全面的指标体系和评价方法来衡量矿山复垦新增耕地的质量是土地质量研究的重要内容。因此该文在研究耕地质量内涵和指标体系的基础上，以广西某铁矿区废弃地复垦新增耕地为例，对矿区废弃地复垦新增耕地质量评价及合理利用进行探讨，以期为矿山复垦新增耕地质量评价、分等定级和管理提供参考。

1 矿区复垦新增耕地质量评价的内涵

耕地质量是一个多层次的概念，目前还没有统一的提法。我国《全国耕地地力调查与质量评价技术规程》指出耕地质量是耕地满足作物生长和清洁生产的程度，包括耕地地力和土壤环境质量两个方面。赵春雨等[1]认为耕地质量是指满足人们生态需求和生产需求的耕地状况和条件。石淑芹等[2]认为耕地质量是耕地各种性质的综合反映。自然因素和社会经济因素是构成耕地质量的两个重要方面，二者分别组成耕地自然质量和耕地利用质量。其中，自然因素主要包括立地条件、土壤条件、农田基础设施及培肥水平；社会经济因素主要取决于农户在耕地上的投入与管理水平。沈仁芳等[3]认为，耕地质量是指耕地的自然、环境和经济等因素的总和，相应的耕地质量内涵包括耕地的土壤质量、空间地理质量、管理质量和经济质量四个方面。张耿杰等[4-5]针对矿区土地质量进行了探讨，认为矿区土地质量包括肥力质量、环境质量、健康质量和安全质量四个方面内容。

国内目前耕地质量研究中，耕地自然属性方面较多考虑立地条件、土壤肥力条件、社会管理条件等，忽略了土壤重金属污染方面的因素。在评价指标体系的研究中缺少对土壤环境条件的重视，这对评价结果的实用性和可靠性存在一定的影响，不符合当今人们绿色环保的理念。该文认为耕地质量是由影响耕地产出能力、产出效率、产品质量和产品安全的自然、环境和社会经济因素共同作用构成的综合体，它包括土壤肥力条件、土壤环境条件、空间地理条件、社会管理条件。土壤肥力条件包括土壤中能够保障农作物基本生长周期内所需要的水、有机物、无机物、空气和热量等，还包括影响土壤营养条件的动物、微生物等；土壤环境条件是指土壤中影响农作物产品安全的要素，如重金属、有机污染物等；空间地理条件包括耕地所处位置的地形、区位等；社会管理条件是指人类活动对耕地质量的影响，如施肥、水利条件、交通条件等因素。

矿区复垦新增耕地是人为地对已损毁的矿区土地采取工程整治措施，使其达到可供耕种利用状态的土地，具有复垦工程量大、重金属污染可能性高等特点。矿区复垦新增耕地质量综合评价是根据矿区废弃地复垦特点，构建评价指标体系，并采用一定的定量方法对复垦新增耕地质量的情况进行综合评判，统一划分等别顺序，表示耕地生产力的高低和潜在生产力。新增耕地质量综合评价目的是为了更有针对性、更合理地利用复垦新增耕地。

2 评价指标与方法

2.1 评价指标体系的建立

矿山复垦新增耕地质量受土壤因素、空间地理因素、社会因素的影响，是各方面因素作用的综合反映。评价指标体系构建的思路如下：以区域分异性、综合性、普适性及资料可获性为原则，全面考虑影响耕地生产能力和生产潜力的各因素，对比整合筛选出具有主导性、代表性的评价因子。在参考《农用地质量分等规程》（GBT28407-2012）的基础上，结合矿区实际情况，考虑土壤肥力条件、土壤环境因素（重金属元素）、空间地理因素及社会管理因素等构建指标体系。参照耕地质量等级评价工作中采用的指标体系，选取各种重金属元素含量、有效土层厚度、土壤表层质地、pH值、有机质、全氮、有效磷、速效钾、地形坡度、路网密度、灌溉保证率等因素组成评价指标集。以矿山复垦新增耕地质量为目标层，对以上评价指标集进行比较、筛选、调整、分类，构成评价指标体系（表1）。

表1 矿区复垦新增耕地质量评价指标体系

2.2 评价指标说明与标准化

由于不同的指标对耕地质量的影响是不一样的，如有效土层厚度与耕地质量之间呈正相关，即有效土层厚度越大耕地质量越好；而pH值与耕地质量之间呈抛物线关系，即pH值在一定范围内越大耕地质量越优，超过了一定范围，pH值越大耕地质量越劣。根据各指标与耕地质量之间的相关性，将指标分为三类：正效指标、正—负效指标、负效指标，各指标分类情况如表2所示。为使量纲不统一的参评指标数据具有可比性，该文采用隶属函数法[6-7]对指标数据进行标准化处理，将它们转化为闭区间[0，100]上无量纲指标属性值。

2.2.1各重金属元素含量各种金属元素是指《国家土壤环境质量标准》（GB15618-2008）中规定的重金属元素，包括砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、铁（Fe）。各重金属元素指标下限值取值为该区域各类耕地土壤样本均值，上限值参照《国家土壤环境质量标准》（GB15618-2008）土壤无机污染物的环境质量第二级标准值（农业用地按pH＞6.5～7.5），借鉴林丽钦[8]推导计算的重金属元素毒性系数确定上限值，具体模型为：

Ut2为重金属元素上限值，Ugb为国家土壤环境质量标准值，Tc1为某重金属元素毒性系数，∑Tci为各重金属毒性系数之和。

2.2.2有效土层厚度有效土层厚度是指能够提供作物生长所需养分和水分的有效土层的厚度。其上、下限值参照县级耕地质量等别评定工作中采用的标准。

2.2.3土壤表层质地土壤表层质地是指评价单元内耕作层土壤质地，即表层土壤中不同直径的矿物颗粒的组合状况。根据县级耕地质量等别评价工作中采用的赋分标准，各类土壤赋分情况为：壤土=100，黏壤土=70，沙壤土=50，沙土=30，砾质土=10。

2.2.4 pH值pH值即土壤的酸碱度，其上、下限值参照县级耕地质量等别评定工作中采用的标准。

2.2.5有机质含量有机质含量是指单位质量土壤中含有的各种动植物残体与微生物及其分解合成的有机物质的数量。其上、下限值取值参照全国第二次土壤普查养分分级标准。

2.2.6全 氮全氮是指土壤中氮元素的总和，即有机氮和无机氮的总和。全氮的上、下限值取值参照全国第二次土壤普查养分分级标准。

2.2.7有效磷有效磷是指土壤中可被植物吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷。有效磷的上、下限值取值参照全国第二次土壤普查养分分级标准。

2.2.8速效钾速效钾是指吸附于土壤胶体表面代换性钾和土壤溶液钾离子。速效钾的上、下限值取值参照全国第二次土壤普查养分分级标准。

2.2.9地形坡度地形坡度指评价单元内地表陡缓的程度。其上、下限值参照县级耕地质量等别评定工作中采用的标准。

2.2.10路网密度评价单元所在行政村内，依道路中心线计算的道路长度与行政村面积的比例。该文路网密度计算方法借鉴刘斌涛[9]等效国道交通线密度的计算方法，计算评价单元所在行政村的交通线及紧临评价单元的田间道路密度。其上、下限值以该县域内最高值、最低值为参照。

2.2.11灌溉保证率灌溉保证率是指评价单元所在区位水利排灌设施能够保证农作物用水的程度，赋分标准继承耕地等别评价工作的标准：无灌溉设施=0，一般满足=50，基本满足=70，充分满足=100。各指标标准化模型及限值如表2所示。

表2 矿区复垦新增耕地质量评价指标标准化模型

2.3 权重的确定和评价方法

评价指标权重的确定方法主要有熵值法、层次分析法、主成分分析法、德尔菲法、因子分析法等。其中层次分析法是一种利用较少的定量信息，使决策的思维数学化的方法，对问题所涉及的因素及其内在关系分析得比较透彻、清楚[10]。其计算得到的权重具有稳定性，且评价结果较符合客观实际水平、具有合理性[11]，是一种简便、灵活、实用的权重确定方法。该文采用层次分析法（AHP）确定各指标的权重值。对所列指标进行两两比较其重要程度，构造判断矩阵，进而逐层判断计算各指标和因素权重，结果详见表1。

评价方法采用系统分析方法，准则层和目标层指数由所属各单项指数的加权计算而得，其评价模型如下：

Y=∑w·x

Y为评价指数；w为各单项权重；x为各项指数值或标准化值。

评价指数分布在0～100之间，评价指数越大说明耕地质量就越好，越趋近于0说明耕地质量就越差。耕地质量等别划分的等间距采用10分值进行质量等别划分，90～100分为十等，80～90分为九等，以此类推，10～20分为二等，0～10分为一等。等别越大耕地质量越高，等别越小耕地质量越差，即十等地最优，一等地最差。八等以上耕地质量为优质耕地，土壤肥力、土壤环境（重金属）、空间地理、社会管理质量条件比较好；六、七等耕地质量为中等水平，可根据具体情况对耕地进行质量建设从而提高耕地质量；五等以下耕地质量差，需加强对该部分耕地的质量建设。

3 案例研究

3.1 研究区域概况

研究区地处桂北，是云贵高原与湘桂低山丘陵平原之间的过渡地带，由露天的矿区废弃地复垦而来。该矿区废弃地原来以开采铁矿为主，总面积7.275 4 hm2。历经数十年的开采，矿区植被和地貌景观遭到极大破坏，地表裸露，水土流失严重，表土中混杂着大量的矿渣等废弃物，不利于耕种，一直撂荒至复垦前。复垦前矿区总体坡度在6°～10°，主要土壤质地类型为厚层砂页岩红壤，土体较厚，质地壤土。

矿区复垦结合周围地势将基石和地表堆积物清除，与田、沟、渠、路、林等工程密切结合，采用先实土推平压实、后客土回填方式进行土地平整，复垦后耕地面积为6.947 4 hm2。

3.2 评价单元的确定

根据国家《农用地质量分等规程》（GBT28407-2012）对评价单元划分的要求，单元内部的土地特征相似，边界不跨越地类边界，采用控制区域格局的地貌走向线和分界线，河流、沟渠、道路、堤坝等线状地物和有明显标志的权属界线。经过对比研究，研究区以复垦范围线为边界，将因素属性有明显差异的地块区分为不同的评价单元，共有4个，土壤质地、坡度、土层厚度有明显的差异，大多数以生产路为界。

3.3 数据的获取及评价结果

研究所需数据是通过实地调研、样品检测的方式获得。经过实地现场调查、测量，在各评价单元内耕地随机布点、采取土壤样品、挖掘土壤剖面，获取最原始的数据材料。为了与区域现有耕地土壤环境进行对比，同样在矿区外耕地布点采样。后将土壤样品送往广西壮族自治区地质矿产测试研究中心，对土壤相关成分进行检测，获得土壤各组分含量原始数据。经过对检测数据处理，得出复垦前后各地块及矿区外土壤组分含量均值，与国家标准值对比情况见表3。

表3 矿区复垦前后土壤各组分含量与区域均值和国家标准值对比

采用前文所述评价方法，广西某矿区复垦新增耕地质量评价结果如图1所示。由图1可以看出：（1）研究区各评价单元土壤肥力因素得分较低，分布在40～60分之间，评价单元4土壤肥力指数甚至低至27，说明矿山复垦新增耕地客土回填的土壤肥力不足；（2）土壤环境因素指数分布不齐，评价单元3土壤环境因素指数为85，土壤环境条件相对较好，其他评价单元土壤环境指数分布在60左右，土壤环境条件不太理想；（3）各评价单元空间地理因素指数和社会管理因素指数分布整齐，分别为82和60，说明该矿区复垦新增耕地区位环境比较优越，社会管理力度还有待提高；（4）综合各因素评价，耕地质量综合指数为54～68，为六等、七等耕地，质量水平中等，可通过提高土壤肥力条件及土壤环境条件达到提高耕地质量综合水平的目的。

图1 广西某矿区复垦新增耕地质量评价结果

4 矿区复垦新增耕地利用探讨

4.1 矿区复垦新增耕地特征

由废弃矿区复垦而来的耕地存在以下特征：（1）矿区岩土本身重金属含量相对较高，受其影响，复垦而来的耕地土壤重金属污染可能会相对较高；（2）矿区废弃地复垦回填的土壤大多是非耕地剥离而来的自然土，缺乏耕作过程中进行的反复翻扰，理化性质比较差；（3）从复垦前后土壤各组分含量对比来看，回填的客土土壤肥力可能存在没有保障的问题，甚至比复垦前矿区原本的土壤肥力还要低；（4）经过工程修建，复垦区交通、灌排设施都比较完善。

4.2 矿区复垦新增耕地利用建议

4.2.1治理土地重金属污染，提高土壤环境质量通过研究区土壤样品的检测结果分析可见，项目地块土壤环境质量不太理想，特别是镉元素和锌元素含量超标较严重，对耕地质量和农产品安全存在很大威胁。建议加强提高土壤环境质量，特别是重金属污染的净化工作。可以通过植物修复措施或者微生物修复措施等去除土壤中的重金属，降低重金属在土壤中的比重，达到净化污染的效果。根据研究区自然社会经济情况，结合土壤理化性质以及土壤肥力等多种因素考虑，可通过大量种植蜈蚣草、商陆等植物进行土壤改良。蜈蚣草根状茎直立，短而粗壮；商陆根系发达，枝叶茂盛，都是治理土壤重金属污染的理想植物。还可采用生物修复措施，在土壤中放养蚯蚓，待其富集金属离子后采用电击或灌水的方法驱逐蚯蚓。

4.2.2种植非食用农作物，合理利用耕地为食品安全和人体健康考虑，本着合理利用耕地，不浪费可耕土地的原则，建议重金属污染治理完成后，近年种植的作物以非食用农作物为主，如棉花、黄麻等纤维作物。在符合纺织品重金属含量的限量范围内，种植收获的棉花等纤维作物可以作为纺织品、编织袋等产品的原材料。这样既可充分利用耕地，又增加农用地的经济收益。

4.2.3加大投入，逐步提高新增耕地质量水平研究区灌排设施一般满足耕地用排水需求，但还有完善的空间。建议加大土地整治业务的投入，加强农田基础设施建设，加大灌排设施密度，以完善田间基础设施和提高基础地力。在土地复垦、重金属污染治理工作完成后，通过添加肥料或利用豆科植物的固氮能力来改善土壤物理性质、提高土壤肥力、加速土壤熟化。此外，研究区部分区域土壤存在一定程度的酸化问题，土壤酸度过高不利于农作物的生长，因此需要改善其酸性条件，可以施加石灰中和土壤的pH值，或者施加有机肥料，如动物粪便、污泥等。全面推进新增耕地质量建设和测土配方施肥工作，积极开展种植绿肥、有机肥料积造和施用，全面提升耕地质量等级。

[1] 赵春雨，朱永恒. 耕地质量指标体系的构建[J]. 资源开发与市场，2006，（3）：224-227.

[2] 石淑芹，陈佑启，姚艳敏，等. 东北地区耕地自然质量和利用质量评价[J]. 资源科学，2008，（3）：378-384.

[3] 沈仁芳，陈美军，孔祥斌，等. 耕地质量的概念和评价与管理对策[J].土壤学报，2012，（6）：1210-1217.

[4] 张耿杰. 矿区复垦土地质量监测与评价研究[D]. 北京：中国地质大学，2013.

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[6] 田有国. 基于GIS的全国耕地质量评价方法及应用[D]. 武汉：华中农业大学，2004.

[7] 宫志锋. 安徽省不同区域耕地地力评价的因子选取及隶属函数参数调整研究[D]. 合肥：安徽农业大学，2012.

[8] 林丽钦. 应用毒理学安全评价数据推算重金属毒性系数的探讨[A].中华环保联合会能源环境专业委员会. 2009重金属污染监测、风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C]. 北京：北京晟勋炎国际会议服务中心，2009.

[9] 刘斌涛，陶和平，刘邵权，等. 山区交通通达度测度模型与实证研究[J]. 地理科学进展，2011，（6）：733-738.

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（责任编辑：朱琼琼）

Comprehensive Evaluation of the New Cultivated Land Quality in the Abandoned Land Reclamation Area

ZHOU Fang，ZHOU Xing
（Guangxi Normal College, Nanning 530001, PRC）

The quality of cultivated land is related to the quantity and quality of cultivated land, and even the safety of human food and supplies. This paper summarized the concept of cultivated land quality, and put forward the connotation of the new cultivated land quality evaluation, and established the evaluation index system of the new cultivated land quality in mining area. Using the membership function method and system analysis method to evaluate the quality of cultivated land reclamation in a mining area in Guangxi Province, and to explore the reasonable utilization of new cultivated land in this area.

mining area reclamation; quality of cultivated land; soil environmental factors; membership function method

TD88

：A

：1006-060X（2015）11-0064-05

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.11.020

2015-09-25

周 芳（1989-），女，广西南宁市人，硕士研究生，研究方向为土地利用与规划。

周 兴