可剥离耕作层土壤与中低产田规模测算研究

李卓琳 罗士军

摘要：在新增建设用地占用耕地数量逐年增加的情况下，剥离被建设占用的优质耕作层土壤将之再利用于中低产田改良，以便提高中低产田质量，有效保护耕地资源。基于长沙市土地利用现状及总体规划数据、耕地地力等级等数据成果，采用GIS空间分析及文献调研法，以长沙市5个区县市作为研究范围，对范围内可剥离耕作层土壤及中低产田的数量和分布进行测算、评价和分析。结果表明，理论可剥离耕作层土壤方量为1 511.86万m3，改良中低产田需覆土方量为3 741.31万m3，耕作层土壤供给远小于需求。研究范围内可改造中低产田面积为60 195.11 hm2，主要分布于长沙县、宁乡市和浏阳市;可剥离耕作层土壤面积为8 835.26 hm2，主要分布于岳麓区，供需在空间上分布不均衡。

关键词：表土剥离;中低产田改造;GIS空间分析;长沙市

中图分类号：F323.211         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）06-0043-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.008           開放科学（资源服务）标识码（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

耕作层土壤是在土壤剖面中最靠近地表、养分含量和微生物含量最多、对地力快速恢复和植物生长最有利的表层土壤，它是一种稀缺的、具有重要生态价值的基础性资源[1]。城镇化快速发展的过程中，新增建设用地占用耕地数量逐年增加，2006—2018年，长沙市每年新增建设用地占用耕地数量约为1 373 hm2，大量优质耕作层土壤未实现剥离再利用，导致表土资源的极大浪费。与此同时，长沙市优质耕地后备资源贫乏，通过后备资源开发补充耕地，建设用地“占优补优”面临空前压力[2]。20世纪90年代以来，为加强耕地保护提出了耕地占补平衡制度，该制度的推行对于稳定中国的耕地面积具有重要意义[3]，但在落实工作过程中存在较为严重的占优补劣问题，发现大量基础设施良好、交通便利的优质耕地被新增建设项目占用，但绝大部分肥沃的耕作层土壤未实现剥离再利用[4]。与此相反则是补充的耕地大多基础设施落后、区位偏僻、土壤质量较差，占优补劣现象严重，优质耕作层土壤资源的巨大浪费与补充耕地难以找到优质后备资源形成鲜明对比[5]。目前，国家已经意识到此方面的问题，并多次颁发相关政策文件要求加强耕地质量保护，实施耕作层表土剥离再利用政策，提出建设占用耕地的耕作层应当予以充分剥离，并将其再利用于中低产田的质量建设。

在此背景下，部分省、市正在积极开展耕作层剥离再利用工作的探索，并通过落实试点项目取得了丰富的实践成果[4]。部分专家学者也展开了对耕作层表土剥离再利用的评价研究，主要集中在剥离耕作层工作的技术规范及工艺、中低产田改造技术研究、中低产田改造评价指标体系构建等研究领域，并取得了一定的理论成果[5-8]。但国内对耕作层表土剥离与中低产田改造的研究尚处于探索阶段，鲜见将两者结合的研究，且现有研究评价的尺度主要集中在全国、省域等中宏观尺度，县域、镇域等微观尺度研究较少。鉴于此，本研究借鉴相关研究理论与长沙市望城区试点成果，以长沙市5区县市为例，采取GIS空间分析方法，对可剥离耕作层土壤及中低产田的数量、质量、分布进行了综合评价分析，旨在为长沙市推进可剥离耕作层土壤再利用工作提供理论依据与决策参考，为中低产田提质改造提供数据支撑，同时为实现建设占用耕地“占优补优”“质量平衡”探索新路径[6]。

1  研究区域概况

根据长沙市2017年土地利用现状及规划数据库、《长沙市土地利用总体规划（2006—2020年）》（2016年修订版）和《长沙市土地利用总体规划（2006—2020年）中期实施评估报告》，长沙市2016—2020年规划新增建设用地占用耕地18 786.80 hm2，各区县市情况见表1。由表1可知，雨花区、天心区、芙蓉区、开福区4个区由于耕地面积较少（共计4 017.22 hm2，占长沙市总量的1.44%），规划2020年耕地保有量较少（共计1 558.00 hm2，占长沙市总量的0.57%），且现有耕地大多分布于中心城区周边，存在被中心城区发展占用的可能性。同时，根据各区县市农业部门《耕地质量等级成果补充完善报告》，4个区耕地质量等别均为3～6等，其中3等地比重最大，质量总体较好，中低产田规模小。因此，本研究范围确定为长沙市岳麓区、望城区、长沙县、浏阳市及宁乡市。

2  中低产田数量及需求方量分析

2.1  可改造中低产田的界定

中低产田是指由于存在各种制约农业生产的土壤障碍因素导致产量相对低而不稳的耕地[7]。采用GIS空间叠加方法，首先对研究范围内耕地的障碍因素及地力等级进行分析，得出研究范围内存在渍涝排水型、瘠薄培肥型、灌溉改良型、障碍层次型和坡地梯改型5种障碍类型，耕地地力等级涉及1～8级。其次叠加分析农用地分等成果，得出耕地的国家土地利用等别涉及1～10等。在此基础上，依据《全国中低产田类型划分与改良技术规范》（NY/T310-1996）《耕地地力调查与质量评价报告》和《中国耕地质量等级调查与评定》中的划分标准，将上述存在障碍类型、耕地地力等级劣于3级且国家土地利用等别劣于4等的耕地列为可改造中低产田，并分析5个区县市中低产田的数量、质量及分布。

2.2  中低产田面积及需覆土方量测算

2.2.1  低产田的面积测算  通过叠加分析5个区县市土地利用现状数据及土地利用总体规划数据，得到规划与现状均为耕地的面积共计258 517.70 hm2。在此基础上，将规划与现状均为耕地的数据与耕地地力等级数据进行叠加分析，并结合最临近值法，利用ArcGIS软件对无属性的图斑进行赋值，得出有障碍因素的耕地共计96 708.51 hm2（表2）。

结合2017年长沙市望城区试点项目及相关课题成果，综合分析有障碍因素耕地发现，障碍层次型耕地由于其主导障碍因素是土壤结构不良，障碍层次部位高，更适合通过机械深耕、深松等措施进行改良;坡地梯改型耕地由于坡度在15°以上，径流冲刷力大，土壤侵蚀作用强，更适合通过修筑梯田梯埂等田间水保工程进行改良治理。这两种耕地通过覆盖耕作层土壤进行改造的提质潜力较小，与可剥离耕作层土壤再利用的关联度较低[8-11]。因此，本研究选取灌溉改良型、瘠薄培肥型、渍涝排水型3类中低产田进行重点探讨。

在3类中低产田数据基础上，叠加农用地质量分等图层进行分析，并提取耕地地力等级劣于3级且土地利用等别劣于4等的耕地，得到可改造中低产田面积共计60 195.11 hm2。从布局上来看，浏阳市中低产田面积最大，为26 468.32 hm2，占5个区县市中低产田面积的43.97%;岳麓区中低产田面积最小，为19.79 hm2，占总量的0.03%（表3、图1、图2）。

2.2.2  中低产田需覆土方量的测算  依据《中低产田技术规范》规定的耕作层标准，将灌溉改良型、瘠薄培肥型、渍涝排水型的耕作层改良覆土标准分别确定为16、20、25 cm。利用ArcGIS软件提取中低产田空间数据中的耕作层厚度、图斑面积等属性，对耕作层厚度低于标准值的图斑进行分析，计算其耕作层厚度与改良标准值之间的差值与面积的乘积，汇总得到5个区县市可改造中低产田的需覆土面积为50 194.80 hm2（表4），需覆土方量为3 741.31万m3（表5）。

3  可剥离耕作层土壤数量分析

3.1  可剝离耕作层土壤的界定

可剥离耕作层土壤是指在2016—2020年规划建设拟占用耕地指标中，将耕作层土壤质量好、耕层较厚的土壤进行剥离，并用于中低产田改造可明显提高其质量的土壤[12]。采用GIS空间叠加方法，以土地利用现状数据和土地利用总体规划数据为基础，首先得到2016—2020年规划新增建设用地占用耕地空间数据，将其与耕地地力等级空间数据进行判别分析，得出规划建设拟占用耕地中存在灌溉改良、瘠薄培肥、坡地梯改、无明显障碍、障碍层次、渍涝排水6种障碍类型，耕地地力等级涉及1～7级。其次叠加分析农用地分等成果，得出耕地的国家土地利用等别涉及1～10等。在此基础上，根据《中国耕地质量等级调查与评定》和《耕地地力评价技术报告》成果，将不存在障碍类型、耕地地力等级优于3级且国家土地利用等别优于4等的耕地列为可剥离耕地，并分析可剥离耕作层土壤的数量、质量及其分布。