基于产能核算和土地质量地球化学评估的县域基本农田布局研究

侯现慧，王占岐，杨 俊，刘 妍（中国地质大学（武汉）公共管理学院，湖北 武汉 430074）

基于产能核算和土地质量地球化学评估的县域基本农田布局研究

侯现慧，王占岐，杨 俊，刘 妍
（中国地质大学（武汉）公共管理学院，湖北 武汉 430074）

研究目的：补充完善县域基本农田布局方法。研究方法：从耕地产能、利用条件、土壤有益元素质量和土壤环境质量等4个层面分别构建指标体系，利用叠图法将4种评价结果进行整合，同时以优先保护产能高和土壤有益元素丰富的耕地，禁止重金属污染的耕地划入基本农田为原则，综合确定基本农田布局类型。研究结果：（1）云霄县耕地划分为优先划定型、基础保护型、重点整治型和不宜划入型4种类型。（2）优先划定型、基础保护型和重点整治型耕地是云霄县粮食生产的主力军，同时其土壤环境质量较好，并包含土壤有益元素丰富和适中的耕地638.04 hm2和8663.28 hm2，是基本农田布局的主要区域。研究结论：整合方法补充完善了县域基本农田布局方法，为指导耕地保护从“数量”保护向“数量与质量”并重保护转变提供了参考。

土地管理；基本农田布局；叠图法；产能核算；土地质量地球化学评估；云霄县

1　引言

科学合理布局基本农田是解决中国粮食安全问题的重要命题，更是贯彻落实“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”基本国策的重要举措。近年来，国内学者针对基本农田空间布局研究进行了诸多探索，从数据来源方面，主要有农用地分等数据［1-2］、产能核算数据［3-4］、第二次土地利用调查现状数据［5］和地球化学调查数据［6-7］等；在模型方法方面，主要有借鉴LESA模型［8］、四象限法［9］、K均值空间聚类法［3］和叠图法［6］等。可见中国基本农田布局研究已经形成了较为科学合理的理论框架与方法体系［9-15］。然而，随着中国工业化、城镇化的持续加速推进，环境问题成为近年来研究和关注的热点。国内众多学者相继在土壤重金属污染［16-19］和绿色产能评价［20］等方面进行了积极有益探索，得出耕地土壤重金属超标会增加农产品重金属超标风险等［21，-22］，而在现有基本农田布局研究中仍缺乏对土壤重金属污染的考量，容易形成大量“无效产能”，同时对土壤有益元素也存在考虑不足问题，因此充分利用现有调查成果，完善基本农田布局方法势在必行。

基本农田保护制度的主要内容是保护耕地数量和保证耕地质量，其核心目标是保护耕地的生产能力，而基本农田科学合理布局的核心内容是保证耕地的质量要求［23］。鉴于此，为进一步突出基本农田保护的核心内容，探索基本农田空间科学合理布局的方法，强化土壤重金属元素和有益元素对指导基本农田空间布局的重要性，本文以福建省云霄县为例，以土地适宜性评价理论为基础，从耕地产能、利用条件、土壤有益元素和土壤环境质量等4个角度进行考量，并以此为基础确定基本农田空间布局，以期为云霄县基本农田科学合理布局提供依据，为贯彻落实“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”的基本国策提供参考。

2　研究思路与方法

2.1研究思路

根据基本农田保护政策具体要求，基本农田必须是“优质”耕地，应具有产量高、质量好等特点。同时现代农业要求耕地具有较高的规模化经营潜力，故入选耕地也应具有良好的“集中”特性。土地适宜性评价是判断土地对于某种用途是否适宜以及适宜程度的重要手段，而基本农田对耕地“优质”和“集中”的客观要求也正是耕地适宜性的本质内涵。为实现基本农田“优质”和“集中”的目标，本文将以土地适宜性评价理论为基础，分别采用耕地产能评价反映耕地生产能力的高低，土壤有益元素评价和土壤环境质量评价反映耕地质量的好坏，耕地利用条件评价反映耕地的“集中”程度。4种评价结果均表现为正向性，即评价结果越好其耕地适宜性越好，同时也符合基本农田“优质”和“集中”的客观要求，所以在保证评价成果的独立性的基础上，采用叠图法将4种评价成果进行叠加分析，最终根据基本农田布局方案确定基本农田布局。

本文将根据主导性、差异性和稳定性等原则构建评价指标体系，具体如下：

（1）耕地产能评价。耕地产能是指在一定地域、一定时期和一定的经济、社会、技术条件下所形成的耕地生产能力，分为耕地理论产能、可实现产能和实际产能三个层次，其分别从耕地的最高生产能力、可实现生产能力和实际生产能力反映耕地的产能状况，是耕地生产能力的综合反映。

（2）土壤有益元素评价。微量元素在人体中的含量尽管极其微少，但却对机体的健康起着非常重要的作用［24］，如近年来研究发现硒具有提高人体免疫力等作用，而植物中的微量元素主要来源于土壤［25-26］，因此参照《人体健康与微量元素》选择B、Co、Cu、F、Mo、Se、Fe、Zn 8种微量元素作为土壤有益元素评价指标来衡量耕地土壤有益元素丰缺情况。

（3）土壤环境质量评价。重金属作为一种持久有毒的特殊污染物，且在现有技术条件下，土壤重金属污染具有不可逆性［27］，同样重金属也会通过植物吸收，转移到人体内进行富集，并危害人体健［17，-18］，参照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995），选择As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 8种重金属作为土壤环境质量评价指标。

（4）耕地利用条件评价。良好的耕地利用条件是实现耕地规模化经营的基础，因此选择道路通达度、地形坡度、海拔高度、田块规整度和集中连片度5个指标反映耕地利用条件状况。

2.2研究方法

（1）耕地产能评价。本文的耕地产能评价仅针对耕地单产，具体分为理论单产、可实现单产和实际单产。根据农用地产能核算成果，选用极值法将三种产能进行标准化（式（1））。指标权重采用专家打分法进行确定，经两次打分，综合确定理论单产、可实现单产和实际单产的权重分别为0.3、0.3和0.4，并利用式（2）求得每个耕地图斑的产能评价综合分值。

式（1）、式（2）中，Y为耕地产能评价综合分值，yi标为第i种耕地产能标准化后的指标值，yi为第i种耕地产能指标的实测值，yimin为第i种耕地产能指标的最小值，yimax为第i种耕地产能指标的最大值，ki为第i种耕地产能指标权重值，n为指标因子个数。依据最大相似原理，采用自然断裂点法将耕地产能分为高产能（C1）、中产能（C2）和低产能（C3）。

（2）土壤有益元素评价。土壤有益元素评价将利用土地质量地球化学评估成果，参照《土地质量地球化学评估技术要求（试行）》（DD2008-06）标准，首先对数据进行正态性检验，对不服从正态分布或对数正态分布的数据，进行平均值±3倍离差剔除异常数据，直至服从正态分布或对数正态分布，并采用峰值型和戒上型隶属度函数模型分别计算F、Se和B、Mo、Co、Cu、Fe、Zn隶属度函数值；其次采用专家打分法确定指标权重，经两次打分，综合确定各指标权重值；最后计算土壤有益元素评价综合分值。各元素的L值、U值、O1值和O2值及权重值见表1。

式（3）中，YS为土壤有益元素评价综合分值，fi为第i个元素指标隶属函数值，Si为第i个元素指标权重值，n为指标因子个数。参照《土地质量地球化学评估技术要求（试行）》（DD2008-06）标准将土壤有益元素评价结果分为：丰富（Y1），即0.7≤YS，适量（Y2），即0.3≤YS＜0.7和缺乏（Y3），即YS＜0.3。

（3）土壤环境质量评价。土壤环境质量评价中先利用单因子指数计算土壤单元素环境质量评价指数，再通过内梅罗指数法计算土壤环境质量评价综合指数。《基本农田划定技术规程》（TD/T 1032-2011）要求受重金属污染物或者其他有毒有害物质污染的耕地，或治理后仍达不到国家有关标准的耕地禁止划入基本农田，因此利用土地质量地球化学评估成果，参照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）的Ⅱ级土壤重金属限制值作为单元素土壤环境质量评价标准，将土壤环境质量综合评价结果分为清洁（H1）和污染（H2）两类，其中清洁土壤P综≤1，污染土壤P综＞1。

表1　隶属函数界限值及权重表 　　单位：mg/kgTab.1 The limit value of membership function and index weight 　unit: mg/kg

式（4）、式（5）中，P综为土壤环境质量评价综合指数，Pi为单元素土壤环境质量评价指数，Pave为8种元素土壤环境质量评价指数的平均值，Pmax为8种元素土壤环境质量评价指数最大值，Xi为第i种元素实测值，Ci为第i种元素土壤环境质量标准Ⅱ级界限值［28］。

（4）耕地利用条件评价。耕地利用条件评价中田块规整度和耕地连片度分别按照式（6）和式（7）进行计算并参照相关研究成果赋分［10］，道路通达度、灌溉保证率、地形坡度和海拔高度等根据相关要求①由于本文以福建省云霄县为例，故采用《福建省国土资源厅关于开展全省农用地分等成果更新和产能核算工作的通知》（闽国土资综［2009］241号）文件要求。和《农用地质量分等规程（GB/T 28407-2012）》标准确定指标分值，并采用专家打分法，经过两次打分综合确定6个指标的权重。

表2　耕地利用条件评价指标分级标准及权重赋值表Tab.2 The index classification standard of cultivated land condition evaluation and weight assignment

式（6）、式（7）、式（8）中，FRAC为田块规整度，Q是耕地连片度，p为耕地图斑周长（m），X为耕地图斑面积（m2）。LYTJ为耕地利用条件评价综合分值，Wi和Ti为耕地利用条件中不同指标的分值及权重，n指标因子个数。同样依据最大相似原理，采用自然断裂点法将耕地利用条件分为好（L1）、中（L2）和差（L3）三种类型。

（5）基本农田布局方案。叠图整合分析法是一种基本的土地评价方法，其不但保证了评价结果的独立性，同时可以将不同评价结果进行整合，对指导土地利用具有重要意义［6，20，29］。本文根据《基本农田保护条例》和《基本农田划定技术规程》（TD/T 1032-2011）的要求和规定，采用叠图法将耕地产能评价结果、利用条件评价结果、土壤有益元素评价结果和土壤环境质量评价结果进行整合，并采用“耕地产能级别—利用条件级别—环境质量级别—有益元素级别”的命名规则进行命名，同时以优先保护产能高和土壤有益元素丰富的耕地，禁止重金属污染的耕地划入基本农田为原则，结合区域耕地特点，综合确定优先划定型、基础保护型、重点整治型和不宜划入型4种基本农田布局类型。

3　实证研究

3.1研究区概况

云霄县地处福建省南部沿海，地跨东经117°07′—117°33′，北纬23°45′—24°14′，东北与漳浦县交界，东南与东山县相连，西南与诏安县毗邻，西北与平和县接壤，地势从西北向东南倾斜，东北、西部以及西南部边沿均为山地，中部至东南部为沿海平原。云霄县属于典型的南亚热带海洋性季风气候，光照、热量、水分丰富且季节性强，气候利用有效性高，农业生态环境极佳，可大规模开发种植热带作物。云霄县土地总面积951.12 km2，其中耕地面积118.99 km2，占土地总面积12.51%，是福建省重要的商品粮生产基地。

3.2数据来源

本文数据包括：云霄县农用地产能核算成果（矢量数据，2012年）、云霄县耕地质量补充完善成果（矢量数据，2012年）、云霄县1∶25万多目标区域地球化学调查成果（428件表层土壤样品的测试数据，2012年）、云霄县土地变更调查数据库（矢量数据，2012年）、云霄县地形图和云霄县统计年鉴（2013年）。根据《基本农田划定技术规程》（TD-T1032-2011）要求，新划定的基本农田土地利用现状应当是耕地，同时为方便成果应用，所以将耕地图斑作为本研究的评价单元。

3.3基本农田布局结果

在ArcGIS空间分析平台上，将耕地产能评价成果、利用条件评价成果、土壤有益元素评价成果和土壤环境质量评价成果进行叠加分析，总计得到44种类型耕地，根据布局方案，划定基本农田布局类型（表3、图1—图2，封三）。

（1）优先划定型。优先划定型耕地在耕地产能、利用条件、土壤有益元素和土壤环境质量等方面综合最优，故最适宜划定为基本农田，也可作为高标准基本农田建设和永久基本农田建设的重点区域。该类耕地面积为3551.68 hm2，占全县耕地总面积和总地块数的29.85%和14.47%。耕地面积比例与地块比例存在较大的分异性，反映出优先划定型耕地的田块面积普遍较大，集中连片度高。同时其理论产能、可实现产能和实际产能分别占全县对应总产能的26.37%、29.02%和25.05%。优先划定型耕地主要分布于云霄县中部至东南部的沿海平原以及山间盆地，其中以东厦镇、火田镇和陈岱镇居多，三镇的此类耕地分别占优先划定型耕地总面积的37.87%、19.06%和11.89%。

表3 云霄县基本农田布局类型划分结果Tab.3 The basic farmland layout classification results of Yunxiao County

（2）基础保护型。尽管基础保护型耕地较优先划定型耕地存在差距，但耕地中却不存在明显的限制性障碍因素，同时土壤环境清洁，产能和利用条件也均达到基本农田的基本要求，故该类型耕地较适宜划定为基本农田。该类型耕地面积为4216.76 hm2，占全县耕地总面积和总地块数的35.44%和36.63%。耕地面积比例和地块比例不存在明显分异性，反映出基础保护型耕地的田块面积适中，集中连片度一般。其理论产能、可实现产能和实际产能分别占全县对应总产能的41.19%、50.36%和40.02%。基础保护型耕地在云霄县各乡镇均有分布，主要集中于山间盆地和河谷周围。

（3）重点整治型。重点整治型耕地是在耕地生产能力和利用条件上存在一种或多种限制性障碍因素，需根据实际情况开展土地整治活动，提高耕地生产能力，改善耕地利用条件，进而根据整治情况选择性划入基本农田的耕地。由于中国耕地资源稀缺，后备耕地资源不足，重点整治型耕地仍是中国基本农田建设的主要区域。该类型耕地面积为2215.85 hm2，占全县耕地总面积和总地块数的18.62%和31.28%。耕地面积比例明显小于地块比例，反映出重点整治型耕地的田块面积较小，集中连片度较差。其理论产能、可实现产能和实际产能分别占全县对应总产能的18.11%、12.55%和20.21%。重点整治型耕地主要分布于云霄县西北侧的下河乡和马铺乡，该地区以山地为主，地形条件较差，田块比较零散且不规整。

（4）不宜划入型。根据《基本农田划定技术规程》（TD/T 1032-2011）规定，受重金属污染物或者其他有毒有害物质污染的耕地，或治理后仍达不到国家有关标准的耕地禁止划入基本农田，因此将土壤环境质量评价结果为污染区内的耕地全部确定为不宜划入型耕地。同时为防止水土流失、生态环境恶化，将产能低、利用条件差和有益元素缺乏的耕地也划入该类型耕地。该类型耕地面积为1914.55 hm2，占全县耕地总面积和总地块数的16.09%和17.62%。耕地面积比例与地块比例不存在明显分异性，是因为该类型耕地主要是由土壤环境质量为污染区内的耕地组成，且土壤环境污染与地块面积和大小没有直接相关关系。其理论产能、可实现产能和实际产能分别占全县对应总产能的14.33%、8.07%和14.72%。不宜划入型耕地主要分布于东厦镇、和平乡和火田镇的土壤污染区。

4　结论与讨论

4.1结论

（1）本文以土地适宜性评价理论为基础，利用耕地产能核算成果和土地质量地球化学评估成果，从耕地产能、利用条件、土壤有益元素和土壤环境质量4个层面构建评价指标体系，并采用叠图法综合确定4种基本农田布局类型，补充完善了区域基本农田布局研究方法。该方法不仅从宏观层面考虑了耕地的生产能力和利用条件，保证了基本农田“优质”和“集中”的基本要求，同时增加了对土壤微观层面的考量。优先保护土壤有益元素丰富的耕地，禁止保护土壤重金属污染的耕地，体现了基本农田对耕地“优质”的更高要求，提高了基本农田布局的科学性和合理性，对指导耕地保护从“数量”保护向“数量与质量”并重保护转变提供了参考。

（2）本文以福建云霄县为例开展实证研究，研究表明：优先划定型、基础保护型和重点整治型耕地是划定基本农田的主要区域，也是全县粮食生产的主力军，其理论产能、可实现产能和实际产能分别占全县对应总产能的85.67%、91.92%和85.28%。同时这三种类型耕地中存在土壤有益元素丰富和适中的耕地638.04 hm2和8663.28 hm2。

4.2讨论

本文的研究结果可以满足云霄县基本农田保护率达到80%的要求，但对于土壤环境质量污染面积较大的地区，此种基本农田布局方法可能无法满足《基本农田保护条例》或上级下达指标的要求，同时本文在划分不同基本农田布局类型时存在部分主观因素，如将C3L3Y3H1型耕地归为不宜划入型耕地，虽然对地区推行退耕还林和防止生态环境恶化具有促进作用，但是对于基本农田保护形势严峻的地区，可能存在一定影响。针对以上两个问题有待进一步研究。

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（本文责编：陈美景）

Research on the Layout of County Prime Farmland based on Productivity and Land Quality Geochemical Assessment

HOU Xian-hui，WANG Zhan-qi，YANG Jun，LIU Yan
（School of Public Administration，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

The purpose of this study is to complement basic farmland layout method of the county.Research methods：Firstly，we build an index system based on four aspects i.e.capacity of arable land，use conditions，the soil quality of beneficial elements and soil environmental quality.And then we apply the method of folding figure to integrate four evaluation results.Meanwhile，we give priority to protection of high capacity and beneficial soil element of arable land as well as obey the principal of banning on heavy metal pollution of farmland designated as basic farmland.At last，we classify the layout types of basic farmland comprehensively.Results：1）The division of Yunxiao County cultivated land is classified as four types i.e.priority type，basic protection type，designated type and type which should not be included.2）Priority type，basic protection type and designated type are the main force of grain production in Yunxiao County，at the same time these regions where soil environmental quality is better and contain 638.04 hm2beneficial elements rich soil and 8663.28 hm2moderate farmlands.They are also the major areas of the layout of basic farmland.Researchconclusions：Our comprehensive research methods improves the basic farmland layout methods，and guides the protection of arable land from the “quantity” to “quantity and quality” as well as provides a reference for the protection of this change.

land administration； layout of prime farmland； graphic overlay means； production capacity； land quality geochemical assessment； Yunxiao County

F301.21

A

1001-8158（2016）01-0089-08

10.11994/zgtdkx.2016.01.011

2015-05-10；

2015-10-23

国家科技支撑计划项目“国土空间综合分区智能化与规划实施综合评估关键技术”（2012BAB11B04）；福建省典型富硒区1∶5土地质量地球化学评估项目（云霄县）。

侯现慧（1986-），男，黑龙江牡丹江人，博士研究生。主要研究方向为土地利用与评价。E-mail：houxh1019@126.com

王占岐（1965-），男，陕西岐山人，教授，博士生导师。主要研究方向为土地经济与土地规划。E-mail：zhqwang@cug.edu.cn