基于土壤生態(tài)環(huán)境的縣域基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃*——以浙江省嘉善縣為例

王加恩，蔡子華*，胡艷華，沈曉春，來(lái) 紅，徐錫虎，康占軍

(1.浙江省地質(zhì)調(diào)查院，杭州 311203;2.浙江省嘉善縣國(guó)土資源局，嘉善 314100;3.浙江嘉善縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)局，嘉善 314100)

基本農(nóng)田是按照一定時(shí)期人口、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求，依據(jù)土地利用規(guī)劃確定的不得占用的耕地，主要用于糧油生產(chǎn)并實(shí)行特殊保護(hù)的耕地，其質(zhì)、量的變化將直接影響到糧食質(zhì)、量的波動(dòng)，從而影響到糧食供給安全及糧食衛(wèi)生安全。

基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃定以實(shí)現(xiàn)基本農(nóng)田的合理有效保護(hù)為根本目標(biāo)。為了解決長(zhǎng)期以來(lái)基本農(nóng)田劃分偏主觀(guān)、重?cái)?shù)量、缺乏空間定位的問(wèn)題，已有不少學(xué)者從基本農(nóng)田糧食生產(chǎn)數(shù)量安全角度進(jìn)行了研究［1-5］，而從基本農(nóng)田糧食生產(chǎn)衛(wèi)生安全和品質(zhì)角度，即構(gòu)成基本農(nóng)田質(zhì)量的土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量因素來(lái)劃定基本農(nóng)田的研究較少。

2008年浙江省嘉善縣開(kāi)展了1∶5萬(wàn)基本農(nóng)田質(zhì)量調(diào)查，進(jìn)行了全縣表層土壤環(huán)境、養(yǎng)分及灌溉水水質(zhì)等調(diào)查，依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)全縣土壤環(huán)境進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)并分析了影響因素，利用綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力、土壤重金屬污染及累積程度、土壤酸化等評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)土壤生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行了基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃。

1 材料與方法

嘉善縣基本農(nóng)田質(zhì)量調(diào)查以0.5km×0.5km網(wǎng)格為采樣單元，多點(diǎn)采集0～20cm表層 (耕作層)土壤組合成一件樣品進(jìn)行分析。全縣共采集分析表層土壤樣品1 967件，元素全量為1點(diǎn)/0.25km2，有效態(tài)為1點(diǎn)/km2，元素有效態(tài)樣品處理、分析方法及檢出限見(jiàn)表1。土壤元素全量部分測(cè)試方法為:Cd采用離子體質(zhì)譜法 (ICP-MS)，Cu、Ni、Pb、Cr、Zn采用等離子體光譜法 (ICP-OES)，As、Hg、Se采用原子熒光光譜法 (AFS)，pH采用電位法，分析精度大多優(yōu)于5%。同時(shí)進(jìn)行了分析質(zhì)量檢驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB 15618-1995)、農(nóng)業(yè)部綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NY/T391-2000)等。同時(shí)全縣共采集54件灌溉水樣品，分析指標(biāo)及評(píng)價(jià)要求按農(nóng)田灌溉水標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-2005)進(jìn)行。樣品委托國(guó)土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心測(cè)試。

2 評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)各介質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以土地利用現(xiàn)狀圖的圖斑為單位進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行了綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力評(píng)價(jià)、富硒土壤、灌溉水水質(zhì)等土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。

2.1 綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

按照農(nóng)業(yè)部綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (NY/T391-2000)，利用嘉善縣表層土壤樣品分析數(shù)據(jù)，選取該標(biāo)準(zhǔn)中涉及的六個(gè)重金屬指標(biāo) (包括As、Cd、Cu、Hg、Pb、Cr)的全量分析數(shù)據(jù)，首先對(duì)各單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后對(duì)六項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)采用一票否決法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出其綜合等別，并編制綜合評(píng)價(jià)圖。

嘉善縣達(dá)到綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量的耕地面積達(dá)210.62km2，占耕地總面積的75.71%，不適宜區(qū)面積為67.55km2，占耕地總面積的24.28%。不適宜區(qū)主要分布于城鎮(zhèn)周邊區(qū)域，如魏塘鎮(zhèn)、天凝鎮(zhèn)、西塘鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊，主要影響指標(biāo)為Cd、Hg。

2.2 土壤肥力評(píng)價(jià)

土壤養(yǎng)分的豐缺是土壤肥力的核心內(nèi)容，是影響土地質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。2002～2008年間嘉善縣表層土壤有機(jī)質(zhì)、氮呈現(xiàn)增加趨勢(shì)［7］，隨著農(nóng)業(yè)部門(mén)土壤有機(jī)質(zhì)提升工程的實(shí)施，土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量將增加。在土壤肥力評(píng)價(jià)方面，以往主要針對(duì)大量營(yíng)養(yǎng)元素，如有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等，對(duì)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)及品質(zhì)的重要中、微量元素關(guān)注不夠。本次評(píng)價(jià)綜合考慮土壤中大量、中量、微量元素的豐缺，揭示不同地區(qū)的土壤肥力質(zhì)量之間的差異。嘉善縣表層土壤肥力評(píng)價(jià)基于1點(diǎn)/km2的采樣網(wǎng)格中14種元素的有效態(tài)含量，即有機(jī)質(zhì) (有機(jī)碳×1.724換算)、速效鉀、有效磷、有效鈣、有效鎂、有效硫、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅、有效鉬、有效硼、有效硒、有效硅，依據(jù)養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮元素有效態(tài)的豐缺面積、空間變異、對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的重要程度，選擇層次分析法與專(zhuān)家打分法相結(jié)合，對(duì)參評(píng)指標(biāo)進(jìn)行分層和權(quán)重確定，通過(guò)加法模型計(jì)算綜合指數(shù)并分級(jí)，對(duì)全縣土壤肥力綜合評(píng)定，來(lái)表征全縣農(nóng)田的肥力水平［8］。

嘉善縣耕地優(yōu)質(zhì)農(nóng)田面積為2.42km2，主要分布在姚莊;優(yōu)良農(nóng)田面積為59.64km2，分布于姚莊鎮(zhèn)西南部、洪溪鎮(zhèn)、干窯鎮(zhèn)中部、西塘鎮(zhèn)西部、惠民鎮(zhèn)東南部及楊廟鎮(zhèn)西部等地;良好農(nóng)田面積為176.57km2，主要分布在洪溪、楊廟、姚莊、惠民等鄉(xiāng)鎮(zhèn);中等農(nóng)田面積為77.82 km2，分布于魏塘東部及西南部、西塘西北部、丁柵、大云、惠民等地;差等農(nóng)田面積為1.36km2，主要分布在丁柵北部及魏塘郭家浜附近。全縣以良好級(jí)土地為主，約占農(nóng)田土壤總面積的55.56%。

2.3 富硒土壤評(píng)價(jià)

全縣域農(nóng)田耕層土壤樣中硒元素最大值2.73 mg/kg、最小值0.06 mg/kg、平均值0.34 mg/kg。依據(jù)劃分生態(tài)景觀(guān)硒中的表土總硒標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)［9］，嘉善全硒含量＞0.4 mg/kg、面積大于10hm2的富硒土地面積達(dá)50.91km2，可耕地面積13.3hm2以上的區(qū)塊12塊，耕地總面積約2 823hm2。其中位于干窯至姚莊一線(xiàn)相連呈近東西向展布的區(qū)塊，總面積達(dá)36.35km2，實(shí)際擁有可耕地2 055hm2，該區(qū)采集的98件農(nóng)產(chǎn)品中，有35件達(dá)到標(biāo)注富硒農(nóng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

參照國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB 15618-1995)首先進(jìn)行單指標(biāo)評(píng)價(jià)，其中:

土壤鎘環(huán)境質(zhì)量:一類(lèi)土壤占66.86%，二類(lèi)土壤占27.42%，三類(lèi)土壤占5.36%，分布在干窯和洪溪，超三類(lèi)土壤占0.26%，分布在西塘。

土壤汞環(huán)境質(zhì)量:一類(lèi)土壤占7.98%，二類(lèi)土壤占68.22%，三類(lèi)土壤占23.74%，主要分布在魏塘西南、西塘、干窯，超三類(lèi)土壤占0.05%，主要分布在西塘和魏塘西南。

根據(jù)對(duì)比研究，近二十年來(lái)嘉善縣土壤中重金屬累積和土壤酸化現(xiàn)象明顯［10］，對(duì)比2002年①浙江省地質(zhì)調(diào)查院，浙江省農(nóng)業(yè)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查項(xiàng)目，2005與2008年調(diào)查數(shù)據(jù)，嘉善縣土壤重金屬元素Hg、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn呈現(xiàn)增加。其中Cd增長(zhǎng)最快，每年累積率為5.36%，6年中累積率達(dá)到32.2%;對(duì)本區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量影響較大。

土壤pH值在1990①浙江省物化勘查院、地質(zhì)礦產(chǎn)部地球物理地球化學(xué)勘查研究所，浙江省杭嘉湖平原區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查和研究 (研究報(bào)告)，1993～2008年總體下降了0.74，但不同時(shí)間段下降的速率是不一樣的，在1990～2002年間，下降量為 0.11，年變化率為 -0.03%，而在 2002～2008年間，下降量為 0.63，年變化率為 -0.13%。

利用2002年、2008年兩次對(duì)應(yīng)點(diǎn)的土壤重金屬和pH分析數(shù)據(jù)，求取每個(gè)點(diǎn)的年變化率，依據(jù)變化率預(yù)測(cè)了全縣若干年后的土壤環(huán)境質(zhì)量。

形態(tài)分析表明:嘉善縣土壤鎘形態(tài)含量為離子交換態(tài)＞強(qiáng)有機(jī)態(tài)＞腐殖酸態(tài)＞殘?jiān)鼞B(tài)＞碳酸鹽態(tài)＞鐵錳氧化態(tài)＞水溶態(tài)，以離子交換態(tài)為主，占全量的39.27%。說(shuō)明土壤中鎘具有較強(qiáng)的生物有效性。汞各形態(tài)含量為殘?jiān)鼞B(tài)＞腐殖酸態(tài)＞強(qiáng)有機(jī)態(tài)＞碳酸鹽態(tài)＞水溶態(tài)＞鐵錳氧化態(tài)＞離子交換態(tài)，殘?jiān)鼞B(tài)占全量的60.5%。殘?jiān)鼞B(tài)主要為礦物晶格態(tài)方式，一般認(rèn)為殘?jiān)鼞B(tài)重金屬元素很難進(jìn)入生物系統(tǒng)。據(jù)馬生明等研究，土壤的Hg通過(guò)與S反應(yīng)，多以辰砂礦物的形式存在［11］。易進(jìn)入作物的離子交換態(tài)和水溶態(tài)的比例較小，在一定程度上能說(shuō)明，雖然嘉善表層的汞全量較高，但不易在作物中累積的現(xiàn)象。

2.5 灌溉水水質(zhì)評(píng)價(jià)

灌溉水水質(zhì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、作物生長(zhǎng)、農(nóng)產(chǎn)品的安全具有影響，嘉善縣位于水網(wǎng)平原區(qū)，地勢(shì)低平，水域面積大。將嘉善縣54件水樣按照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002綜合評(píng)價(jià)其水質(zhì)，結(jié)果見(jiàn)表2。總體為北部水質(zhì)優(yōu)于南部水質(zhì)。按照農(nóng)田灌溉水質(zhì)GB5084-2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行農(nóng)田灌溉水質(zhì)評(píng)價(jià)，除5個(gè)點(diǎn)Hg超標(biāo)外，其余樣點(diǎn)符合灌溉水質(zhì)要求。

表1 嘉善縣地表水水質(zhì)類(lèi)別分布表

3 基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃定

基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的劃定是基本農(nóng)田保護(hù)的重要基礎(chǔ)，以耕地生態(tài)質(zhì)量為基礎(chǔ)，從保障糧食安全、保護(hù)土地生態(tài)環(huán)境角度，將優(yōu)質(zhì)農(nóng)用地劃入基本農(nóng)田，根據(jù)《關(guān)于下達(dá)全省各市、縣 (市、區(qū))新一輪土地利用總體規(guī)劃主要控制指標(biāo)的通知》(浙政審 ［2009］12號(hào))文件，嘉善縣規(guī)劃目標(biāo)年2020年的基本農(nóng)田約束性指標(biāo)為25 860hm2)。綜合考慮各種因素，力求全面合理劃定基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，確?；巨r(nóng)田的數(shù)量和質(zhì)量。

以嘉善縣基本農(nóng)田約束性指標(biāo)數(shù)量為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)嘉善縣綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力、富硒資源、土壤質(zhì)量退化程度、農(nóng)用地利用等別、灌溉水質(zhì)量等因素進(jìn)行綜合分析，對(duì)基本農(nóng)田進(jìn)行空間布局和定位。

嘉善的綠色食品適宜耕地面積達(dá)21 062hm2，占總耕地的75.71%，為基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)25 860hm2的81.45%，從農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量上來(lái)說(shuō)，縣域內(nèi)基本農(nóng)田符合綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比例偏低，基本農(nóng)田的土壤環(huán)境修復(fù)和保護(hù)壓力較大。

通過(guò)對(duì)土地肥力的評(píng)價(jià)，可以評(píng)價(jià)全縣內(nèi)各個(gè)單元地塊肥力優(yōu)劣，基本農(nóng)田應(yīng)優(yōu)先選擇肥力等級(jí)高的田塊。

富硒土地作為一種特色的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源，需要優(yōu)先保護(hù)。

土壤質(zhì)量退化主要表現(xiàn)在表層土壤酸化及重金屬累積上，受人為因素影響，具有較強(qiáng)的區(qū)域性，土壤退化因素可作為劃定基本農(nóng)田的參考因素，在其他條件類(lèi)似時(shí)應(yīng)選擇退化較輕的地區(qū)。

灌溉水水質(zhì)受季節(jié)影響較大，全縣水質(zhì)基本符合要求，在基本農(nóng)田劃定中作為參考因素考慮。水質(zhì)較好的區(qū)域優(yōu)先保護(hù)。

農(nóng)用地利用等別高低反映了基本農(nóng)田的糧食有效供給安全程度，區(qū)塊內(nèi)具較好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，生產(chǎn)效率較高，畝產(chǎn)較高的田塊應(yīng)優(yōu)先保護(hù)。

綜上所述，基本農(nóng)田空間布局時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮以下地區(qū):

1)符合綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)區(qū);

2)非綠色產(chǎn)地區(qū)選擇重金屬污染較輕區(qū)，依據(jù)嘉善縣土壤污染元素的形態(tài)活性和農(nóng)作物的影響程度可分為:⑴鎘 (Cd)污染較輕區(qū);⑵汞 (Hg)污染較輕區(qū)。

3)肥力較高區(qū);

4)土地富硒區(qū);

5)農(nóng)用地利用等別高的農(nóng)田區(qū)。

根據(jù)以上原則，利用評(píng)價(jià)分級(jí)資料，運(yùn)用GIS屬性庫(kù)工具，在土地利用現(xiàn)狀圖的圖斑添加以上參數(shù)屬性，利用基本農(nóng)田指標(biāo)參數(shù)分級(jí)表 (表3)確定圖斑中農(nóng)田的分級(jí)，綜合灌溉水水質(zhì)、土壤酸化及重金屬累積、土地利用總體規(guī)劃、農(nóng)用地空間布局、土壤物理性狀等因素，進(jìn)行修整，最終確定出基本農(nóng)田區(qū)和一般農(nóng)田區(qū)，并對(duì)其數(shù)量、分布等情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到嘉善縣的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)空間布局圖 (圖1)。

表2 嘉善縣基本農(nóng)田空間布局指標(biāo)分類(lèi)表

布局結(jié)果是嘉善縣的25 860hm2基本農(nóng)田，主要分布在土壤肥力較高、富硒、環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)、畝產(chǎn)高的優(yōu)質(zhì)農(nóng)用土地。而一般農(nóng)田區(qū)主要分布在城鎮(zhèn)周邊受一定污染或肥力較差的地塊。

一級(jí)基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)主要分布該縣中部地區(qū)，面積約10 015hm2，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)為姚莊、干窯、楊廟、洪溪、天凝、丁柵。保護(hù)區(qū)內(nèi)主要特點(diǎn)是:農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施良好，土壤環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)良，農(nóng)田灌溉水水質(zhì)良好，土壤中有機(jī)質(zhì)豐富、富硒、富鋅，畝產(chǎn)量高。二級(jí)基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)主要分布縣域北部和南部，面積約15 880hm2，涉及陶莊、西塘、丁柵、魏塘、大云、惠民等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。保護(hù)區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施較好，土壤環(huán)境質(zhì)量較好，農(nóng)田灌溉水水質(zhì)較好，畝產(chǎn)較高。

一般農(nóng)田區(qū)主要分布在村鎮(zhèn)周?chē)娣e約1 920hm2，田塊表層土壤中重金屬Cd、Hg等含量較高，農(nóng)田灌溉水水質(zhì)一般，且部分田塊分布較分散、零星，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施差，畝產(chǎn)量一般，局部田塊不宜種植糧油類(lèi)作物。

圖1 嘉善縣基本農(nóng)田空間布局圖

1 楊樹(shù)佳，鄭新奇，杜軍，等.基于土地適宜性評(píng)價(jià)的基本農(nóng)田布局方法研究，山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，22(1):99～102

2 孔祥斌，靳京，劉怡，等.基于農(nóng)用地利用等別的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃定，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(10):46～51

3 鄭新奇，楊樹(shù)佳，象偉寧，等.基于農(nóng)用地分等的基本農(nóng)田保護(hù)空間規(guī)劃方法研究，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(1):66～72

4 劉燕.基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)劃定若干問(wèn)題初探，經(jīng)濟(jì)地理，1994，14(4):81～84

5 鄧紅蒂.有關(guān)基本農(nóng)田保護(hù)的幾點(diǎn)思考，中國(guó)土地科學(xué)，1997，11(2):12～14

6 孫朝陽(yáng)，賀穎婷，王雯妮.端視電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定土壤中有效鉬，巖礦測(cè)試，2010，29(3):267～270

7 王加恩，鄭潔，康占軍，等.浙北典型稻作區(qū)近三十年表層土壤碳氮含量變化，生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，15(5):1191～1196

8 康占軍，王加恩.浙北稻作區(qū)縣域農(nóng)田肥力綜合評(píng)價(jià)，廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，10:185～188

9 譚見(jiàn)安.中華人民共和國(guó)地方病與環(huán)境圖集，北京，科學(xué)出版社，1989

10 王加恩，康占軍，潘衛(wèi)豐，等.浙北嘉善縣1990～2008年土壤重金屬元素及酸堿度變化和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，地質(zhì)科技情報(bào)，2010，29(1):92～96

11 馬生明，朱立新，王之峰.城鎮(zhèn)區(qū)土壤中Hg環(huán)境地球化學(xué)異常查證及評(píng)價(jià)新思路，地質(zhì)與勘探，2004，40(3):82～85