基于耕地綜合質(zhì)量的新增建設(shè)用地布局優(yōu)化

劉霈珈，吳克寧，高 碩

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083;2.國土資源部 土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035)

耕地是人類賴以生存的基本資源和條件，其生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)與數(shù)量管護(hù)是關(guān)乎我國糧食安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定的全局性戰(zhàn)略問題。開展土地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)，探討優(yōu)質(zhì)耕地利用方式，對實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用具有重要意義。目前，國內(nèi)關(guān)于土地質(zhì)量研究的重要成果有國土資源部土地整理中心組織開展的農(nóng)用地分等成果和中國地質(zhì)調(diào)查局組織開展的土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果［1－2］。農(nóng)用地分等是對農(nóng)用地質(zhì)量進(jìn)行全面掌握和科學(xué)量化的土地資源調(diào)查與評(píng)價(jià)的重要工作［3］;土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估是一項(xiàng)以多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查為基礎(chǔ)，以生態(tài)地球化學(xué)相關(guān)理論為指導(dǎo)，依據(jù)元素地球化學(xué)循環(huán)原理，對土壤有益、有害元素以及有機(jī)污染物含量水平等地球化學(xué)因素，及其對土地基本功能的影響程度進(jìn)行科學(xué)量化，以土地質(zhì)量評(píng)價(jià)為目的的一項(xiàng)綜合評(píng)價(jià)工程［4－5］。其中，農(nóng)用地分等是從宏觀角度評(píng)價(jià)了自然屬性、利用狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)投入對其質(zhì)量的重要影響，土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估從微觀角度評(píng)價(jià)了土壤元素對其質(zhì)量的重要影響。

目前，國內(nèi)學(xué)者關(guān)于農(nóng)用地分等成果在土地利用規(guī)劃［6］、基本農(nóng)田調(diào)整與劃定［7－8］等方面，土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果在土壤環(huán)境污染程度評(píng)定［9］、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［10］等方面的應(yīng)用進(jìn)行了諸多研究。楊忠芳［11］、余濤［12－13］等將全國多目標(biāo)地球化學(xué)實(shí)測數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)管理等宏觀人為措施相結(jié)合探討了土地質(zhì)量的影響因素及其影響程度。吳克寧［14］、趙穎麗［15］、高麗麗［16］等深入探討了農(nóng)用地分等與地化評(píng)估的整合方案。桑玲玲等［17］從地球化學(xué)評(píng)估角度進(jìn)行了土地綠色產(chǎn)能評(píng)價(jià)。本文以河南溫縣為例，選用GIS疊加分析法有效整合了農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估后對研究區(qū)耕地進(jìn)行了綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)孛貎?yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素含量及空間分布情況，探討了評(píng)價(jià)結(jié)果在新增建設(shè)用地布局優(yōu)化中的應(yīng)用，為土地資源的合理利用提供了科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

溫縣位于河南省西北部黃河北岸、焦作市之南。東鄰武陟縣，西鄰孟州，南濱黃河與滎陽市、鞏義市隔河相望，西北與沁陽市接壤，東北隔沁河與博愛縣交界。地處 112°51'～113°13'E，34°52'～35°02'N。溫縣轄7個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)鄉(xiāng)、共有262個(gè)行政村。縣境東西長32.5 km，南北寬24 km，面積473.89 km2，人口44.64萬，人口密度942人/km2，是一個(gè)人多地少、人口稠密的平原農(nóng)業(yè)旅游縣。根據(jù)《河南省農(nóng)用地分等研究:河南省耕地質(zhì)量報(bào)告》可知，溫縣“噸糧田”自然等主要為11～14等;利用等主要為9～13等;經(jīng)濟(jì)等主要為7～9等。根據(jù)《河南省典型市縣(溫縣)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估報(bào)告》可知，溫縣“噸糧田”肥力質(zhì)量中等，環(huán)境質(zhì)量中下等，地化綜合質(zhì)量中等，其中優(yōu)良(Ⅱ等)、良好(Ⅲ等)、中等(Ⅳ等)、差等(Ⅴ等)的土地面積分別占總面積的 63.37%、5.16%、16.71%、14.76%;差等土地集中分布在祥云鎮(zhèn)、岳村鄉(xiāng)、溫泉鎮(zhèn)的南部。

1.2 研究方法

本文選用物理疊加整合法，依托ArcGIS空間分析平臺(tái)，在農(nóng)用地分等評(píng)價(jià)單元上選擇最能反映其實(shí)際利用狀況的利用等別為基礎(chǔ)，疊加上土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果中的肥力、環(huán)境和地化綜合質(zhì)量相關(guān)信息進(jìn)行耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)，分為肥力綜合質(zhì)量、環(huán)境綜合質(zhì)量、地化綜合質(zhì)量3個(gè)方面(表1)。方法的根本目的是要在掌握農(nóng)用地的實(shí)際生產(chǎn)能力和農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)的同時(shí)突出對其土壤肥力、生態(tài)環(huán)境污染狀況的特別關(guān)注。

建設(shè)占用對土地造成的是不可或不易逆轉(zhuǎn)的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致土壤生產(chǎn)功能的喪失。因此在建設(shè)用地布局優(yōu)化時(shí)不僅強(qiáng)調(diào)考慮建設(shè)用地對水文、地質(zhì)等的特殊要求，還強(qiáng)調(diào)考慮占用耕地的綜合質(zhì)量和區(qū)域名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素的富集分布程度，避免造成優(yōu)質(zhì)土地資源的浪費(fèi)。具體調(diào)出步驟為首先根據(jù)耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)成果，挑選出建設(shè)占用耕地中利用等別高、肥力質(zhì)量好、環(huán)境質(zhì)量優(yōu)、地化綜合質(zhì)量優(yōu)的耕地。按照級(jí)別高低，從中確定調(diào)出當(dāng)?shù)孛貎?yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素含量高的耕地。具體調(diào)入步驟為從一般農(nóng)地中挑選出土地環(huán)境質(zhì)量差即不適宜農(nóng)耕的(如受污染)、名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品喜嗜典型元素污染或相對缺乏的農(nóng)用地優(yōu)先轉(zhuǎn)為建設(shè)用地(圖1)。

圖1 新增建設(shè)用地布局優(yōu)化程序圖Fig.1 Procedure of allocation optimization of incremental construction land

表1 耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)Tab.1 Evaluation of cultivated land comprehensive quality

1.3 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)源包括:1)2010年1∶5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果，各項(xiàng)指標(biāo)值和權(quán)重，主要用于評(píng)估土地生態(tài)地球化學(xué)狀況和質(zhì)量水平;2)2005年完成的國家等轉(zhuǎn)換之前的省級(jí)農(nóng)用地分等成果，主要用于確定各項(xiàng)指標(biāo)值和權(quán)重;3)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)資料，用于確定各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村的發(fā)展定位，確定新增建設(shè)用地規(guī)模;4)地方志、土壤志、第二次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)，主要用于與農(nóng)用地分等成果的銜接與修正、研究底圖的更新;5)調(diào)研數(shù)據(jù)，通過調(diào)查得到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)村農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)，農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施條件、外部水源保證率等資料，用于調(diào)整新增建設(shè)用地規(guī)模。

2 實(shí)證分析

2.1 耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

利用ArcGIS空間分析平臺(tái)，將土地肥力質(zhì)量、環(huán)境健康質(zhì)量、地球化學(xué)綜合質(zhì)量與利用等進(jìn)行物理疊加分析:土地肥力綜合質(zhì)量較高，從北向南由利用等13等肥力Ⅰ等到利用等9等肥力Ⅲ等逐漸降低。土地肥力綜合質(zhì)量較好的農(nóng)用地主要分布在番田鎮(zhèn)、黃莊鎮(zhèn)、北冷鎮(zhèn)，土地肥力綜合質(zhì)量較差的農(nóng)用地主要分布在北部的武德鎮(zhèn)和南部各鎮(zhèn)(圖2a，表2)。土地環(huán)境健康綜合質(zhì)量不高，從北向南由利用等13等環(huán)境Ⅱ等到利用等9等環(huán)境Ⅲ等逐漸降低。中部地區(qū)的農(nóng)用地環(huán)境綜合質(zhì)量較差，南部地區(qū)的農(nóng)用地環(huán)境綜合質(zhì)量最差(圖2b，表3)。土地地化綜合質(zhì)量中等，且等別分布均勻。從北向南由利用等13等地化綜合質(zhì)量Ⅱ等到利用等9等地化綜合質(zhì)量Ⅴ等逐漸降低。地化綜合質(zhì)量Ⅲ等和Ⅳ等的耕地主要分布在中北部地區(qū)，Ⅴ等的耕地零星分布在南部地區(qū)(圖2c，表4)。

表2 溫縣土地肥力綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表Tab.2 Land fertility comprehensive quality assessment of Wen County

表3 溫縣土地環(huán)境綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)Tab.3 Land environmental comprehensive quality assessment of Wen County

表4 溫縣土地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表Tab.4 Land comprehensive quality assessment of Wen County

圖2 土地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)圖Fig.2 The map of land comprehensive quality assessment

2.2 布局優(yōu)化分析

本文具體以溫縣新一輪土地利用總體規(guī)劃中產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)周邊91.84 hm2新增建設(shè)用地為例。通過對該片建設(shè)占用耕地的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表明:利用等較高，其中74.76%為11等地，25.24%為12等地;肥力綜合質(zhì)量良好，其中21.55%為2等地，70.29%為3等地;環(huán)境質(zhì)量正常，其中23.46%為2等地，76.54為3等地;地化綜合質(zhì)量大部分比較差，其中14.95%為2等地，8.52%為4等地，76.54%的5等地。

單就利用等別來看，較高的12等耕地應(yīng)避免規(guī)劃占用;單就肥力綜合質(zhì)量來看，肥力適量(Ⅱ等)的耕地應(yīng)避免規(guī)劃占用;單就環(huán)境綜合質(zhì)量來看，環(huán)境正常(Ⅱ等)的耕地應(yīng)避免規(guī)劃占用;單就地化綜合質(zhì)量來看，地化綜合優(yōu)良(Ⅱ等)的耕地應(yīng)避免規(guī)劃占用。然而該區(qū)耕地中所含大量必需元素N、P，重金屬元素Pb的富集程度與利用等、肥力、環(huán)境、地化綜合質(zhì)量對當(dāng)?shù)靥厣拇髴阉庌r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和品質(zhì)同等重要［18－20］，并且在進(jìn)行布局調(diào)整時(shí)還應(yīng)充分考慮新增建設(shè)用地對水文、地質(zhì)等的特殊要求，例如該區(qū)生產(chǎn)堤以南至黃河北岸的土地為純沙地，質(zhì)地較差，因常年汛期洪水泛濫，不宜布局新增建設(shè)用地。

因此綜合考慮用地周圍的耕地質(zhì)量狀況，本著“占劣不占優(yōu)”、“小調(diào)不大動(dòng)”、“保持原規(guī)劃的空間連續(xù)性”等的原則，最終確定用地布局優(yōu)化方案為:調(diào)整占用利用等11、12等的耕地布局，調(diào)入13.73 hm2的利用等11等、肥力缺乏(Ⅲ等)、環(huán)境污染(Ⅲ等)、地化綜合質(zhì)量差等(Ⅴ等)、N富集程度5級(jí)、P富集程度4級(jí)、Pb富集程度1級(jí)的耕地(見圖3a、3b、3c)。

2.3 布局方案對比

優(yōu)化規(guī)劃布局后新增建設(shè)用地雖面積不變，但調(diào)入與調(diào)出部分占地耕地質(zhì)量及其面積變化明顯:利用等12等耕地減少12.13 hm2、利用等11等耕地減少1.6 hm2，肥力中等(Ⅱ等)、環(huán)境正常(Ⅱ等)、地化綜合質(zhì)量優(yōu)良(Ⅱ等)耕地減少13.73 hm2。N元素2－4級(jí)高富集區(qū)、P元素1－3級(jí)高富集區(qū)面積減少13.73 hm2、重金屬Pb元素1級(jí)高富集區(qū)面積增加13.73 hm2(見表5、6)。布局優(yōu)化后不僅有效保護(hù)了高利用等、肥力、環(huán)境、地化綜合質(zhì)量相對良好、當(dāng)?shù)孛貎?yōu)喜嗜典型元素N與P富集程度相對高的耕地資源，提高了用地效率和保證了耕地生產(chǎn)能力，還有利于當(dāng)?shù)匕l(fā)展特色農(nóng)業(yè)、效益農(nóng)業(yè)。

表5 優(yōu)化前后占用耕地綜合質(zhì)量對比Tab.5 Comparison on comprehensive quality of cultivated land before and after optimizing of allocation in Wen County

表6 優(yōu)化前后占用耕地典型元素富集區(qū)面積對比Tab.6 Comparison on typical elements enrichment areas of cultivated land before and after optimizing of allocation in Wen County

圖3 優(yōu)化前后新增建設(shè)占用耕地綜合質(zhì)量對比圖Fig.3 Comparison on comprehensive quality of cultivated land before and after optimizing of allocation

3 結(jié)論與討論

基于農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果的新增建設(shè)用地布局優(yōu)化方案，不僅能反映出建設(shè)占用耕地的宏觀利用狀況，還從微觀角度突出了對其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注。在新一輪土地利用總體規(guī)劃修編過程中具有一定的借鑒意義。(1)一個(gè)單元雙重屬性。物理疊加整合成果中一個(gè)分等單元既在宏觀上獨(dú)立反映出農(nóng)用地整體質(zhì)量的高低，又從微觀元素層面突顯土壤肥力、環(huán)境質(zhì)量狀況。既能凸顯融合2項(xiàng)成果后單元綜合質(zhì)量的限制性因素，又促進(jìn)了土地利用空間布局，給耕地保護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)，對今后改良、整治提高耕地質(zhì)量都有一定的指導(dǎo)意義。(2)布局優(yōu)化方案的科學(xué)合理性。以溫縣為實(shí)例，在耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上選取有益于懷藥生長發(fā)育的大量必需典型N、P元素，降低懷藥品質(zhì)的有害重金屬Pb元素的富集程度作為討論新增建設(shè)用地優(yōu)化布局的重大因素來保證調(diào)整過程有理有據(jù)，調(diào)整結(jié)果有提高。布局優(yōu)化后建設(shè)占用耕地利用等12等耕地減少12.13 hm2、肥力中等(Ⅱ等)、環(huán)境正常(Ⅱ等)、地化綜合質(zhì)量優(yōu)良(Ⅱ等)耕地減少13.73 hm2。N元素2－4級(jí)高富集區(qū)、P元素1－3級(jí)高富集區(qū)面積減少13.73 hm2、重金屬Pb元素1級(jí)高富集區(qū)面積增加13.73 hm2。

由于農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估是采用不同的評(píng)價(jià)尺度與角度進(jìn)行的，在成果整合更新某些評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)可能會(huì)使評(píng)價(jià)單元因分割而丟失部分屬性，如何使得整合結(jié)果打破不同評(píng)價(jià)尺度界限，保持兩項(xiàng)成果完整性、準(zhǔn)確性將成為今后研究的重點(diǎn)。本文所提土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估成果中的肥力缺乏、環(huán)境污染、地化綜合質(zhì)量差等指的是在一定研究區(qū)域內(nèi)的相對質(zhì)量，而非絕對質(zhì)量。即在該區(qū)域范圍內(nèi)相對較差的土地質(zhì)量(如環(huán)境污染)在全國范圍內(nèi)并不一定是絕對污染的。因此，今后還應(yīng)深入探討在全國范圍內(nèi)應(yīng)用整合成果時(shí)的統(tǒng)一可比的描述方法。

［1］奚小環(huán).生態(tài)地球化學(xué)與生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)［J］.物探與化探，2004，28(1):10－15.

［2］楊忠芳，奚小環(huán)，成杭新，等.區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)核心與對策［J］.第四紀(jì)研究，2005，25(3):275－284.

［3］TD/T 1004－2003.中華人民共和國國土資源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).農(nóng)用地分等規(guī)程［S］.中華人民共和國國土資源部發(fā)布，2003.

［4］DD 2008－06.中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估技術(shù)要求(試行)［S］.中國地質(zhì)調(diào)查局，2008年.

［5］DD 2005－01.中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1:250000)［S］.中國地質(zhì)調(diào)查局，2005年.

［6］彭茹燕，張蕾娜，程鋒，等.農(nóng)用地分等成果在土地利用總體規(guī)劃中的應(yīng)用探討［J］.資源與產(chǎn)業(yè)，2006，8(5):20－23.

［7］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［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(10):46－51.

［8］李燦，張鳳榮，朱泰峰，等.基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)規(guī)劃調(diào)控下的土地利用空間重構(gòu)分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(16):217－223.

［9］高宇，楊忠芳，張玲燕，等.運(yùn)用地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)研究銀川盆地土壤環(huán)境污染程度［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2012，26(5):972－974.

［10］魏敏，馮海艷，楊忠芳.北京市大氣顆粒物中Cd的地球化學(xué)分布特征及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2012.26(5):983－988.

［11］楊忠芳，余濤，唐金榮，等.湖南洞庭湖地區(qū)土壤酸化特征及機(jī)理研究［J］.地學(xué)前緣，2006，13(1):105－112.

［12］余濤，楊忠芳，唐金榮，等.湖南洞庭湖區(qū)土壤酸化及其對土壤質(zhì)量的影響［J］.地學(xué)前緣，2006，13(1):98－104.

［13］余濤，楊忠芳，侯青葉，等.我國主要農(nóng)耕區(qū)水稻土有機(jī)碳含量分布及影響因素研究［J］.地學(xué)前緣，2011，18(6):11－19.

［14］吳克寧，高碩，湯懷志，等.農(nóng)用地分等與土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估評(píng)估整合方案的探討［C］∥2008年中國土地學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.北京:中國大地出版社，2008:1547－1551.

［15］趙穎麗.區(qū)域地化評(píng)估及其與農(nóng)用地分等整合研究:以山西祁縣為例［D］.北京:中國地質(zhì)大學(xué)，2008:41－42.

［16］高麗麗.土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估與農(nóng)用地分等整合方法及成果應(yīng)用研究［D］.北京:中國地質(zhì)大學(xué)，2011.

［17］桑玲玲，張曉沛，楊建宇，等.農(nóng)用地綠色產(chǎn)能評(píng)價(jià)體系構(gòu)建及實(shí)證分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(7):235－239.

［18］吳克寧，周小果，劉超良，等.土壤對道地懷山藥品質(zhì)的影響［J］.土壤通報(bào)，2006，37(6):1098－1101.

［19］馬瑩.溫縣懷山藥種植區(qū)土壤理化特征及根際土壤微生態(tài)環(huán)境特征分析［D］.鄭州:河南理工大學(xué)，2011.

［20］胡斌，黃鳳云，成芬，等.道地懷山藥產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，27(5):599－603.