糧食主產(chǎn)區(qū)耕地健康產(chǎn)能評價(jià)
——以河南省溫縣為例

趙 瑞，吳克寧，2，張小丹，馮 喆

（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.自然資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035）

1 引言

糧食安全問題始終是黨和國家最直接、最現(xiàn)實(shí)、最根本的挑戰(zhàn)，耕地是確保國家糧食安全的戰(zhàn)略性資源[1]。然而，長期的不合理利用造成耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量下降及環(huán)境破壞等問題，使得耕地產(chǎn)能及健康受到影響，直接威脅到國家糧食安全[2]。2018年中央一號(hào)文件提出制定和實(shí)施國家質(zhì)量興農(nóng)戰(zhàn)略規(guī)劃，深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色化、優(yōu)質(zhì)化、特色化、品牌化，調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力布局，推動(dòng)農(nóng)業(yè)由增產(chǎn)導(dǎo)向轉(zhuǎn)向提質(zhì)導(dǎo)向，在國家層面凸顯了“耕地健康產(chǎn)能”的重要性。在國外，關(guān)于耕地產(chǎn)能的相關(guān)研究有作物生產(chǎn)潛力[3]、土地生產(chǎn)潛力[4]和糧食安全問題[5]等，主要側(cè)重于研究作物產(chǎn)量與各環(huán)境因子之間的相互作用機(jī)制。在國內(nèi)，從1958年錢學(xué)森展望“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有碰頂”開始[6]，中國學(xué)者便紛紛投入糧食安全[7]、土地健康[8]、土壤健康[9]、耕地質(zhì)量[10]、耕地產(chǎn)能[11]、耕地健康[12]等問題的研究。另外，中國還開展了“全國農(nóng)用地分等定級(jí)與估價(jià)”“全國土地質(zhì)量地球化學(xué)評估”“全國土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染預(yù)防”等工程項(xiàng)目，積累了大量數(shù)據(jù)，在一定程度上能夠反映出中國目前耕地的質(zhì)量與生產(chǎn)情況，并在耕地質(zhì)量評價(jià)[13]、基本農(nóng)田建設(shè)[14]、耕地產(chǎn)能核算與預(yù)測[15]、耕地生產(chǎn)能力動(dòng)態(tài)變化[16]、土地利用規(guī)劃[17]等方面得到廣泛應(yīng)用，取得豐碩成果。

目前學(xué)術(shù)界關(guān)于耕地產(chǎn)能評價(jià)的研究主要集中于氣候條件和基礎(chǔ)地力上，高麗麗[18]、桑玲玲[19]、王立勝[20]等豐富了耕地產(chǎn)能的內(nèi)涵，創(chuàng)建了耕地產(chǎn)能評價(jià)的新方法，但在當(dāng)前中國新階段耕地保護(hù)數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”的要求下，迫切需要完善耕地健康產(chǎn)能的科學(xué)內(nèi)涵、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用技術(shù)。鑒于此，本文在科學(xué)界定耕地健康產(chǎn)能內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，基于“需求—功能—維度—要素—指標(biāo)”理論框架，構(gòu)建了耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系，并以河南省溫縣為例，進(jìn)行了耕地健康產(chǎn)能的應(yīng)用評價(jià)，以期為適應(yīng)中國耕地保護(hù)對耕地產(chǎn)能評價(jià)的新要求，開展全國耕地健康產(chǎn)能評價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

2 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系

2.1 內(nèi)涵界定

國內(nèi)眾多學(xué)者認(rèn)為耕地產(chǎn)能即耕地糧食生產(chǎn)能力[21]、耕地綜合生產(chǎn)能力[22]、耕地綜合產(chǎn)能[23]等，雖然表述方式各異，但其內(nèi)涵基本一致，即在一定地域、一定時(shí)期和一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)條件下所形成的耕地綜合生產(chǎn)能力[24]，并基于農(nóng)用地分等中的自然等指數(shù)、利用等指數(shù)以及農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料等研究了不同尺度耕地的理論產(chǎn)能、可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和實(shí)際產(chǎn)能[25-27]。國內(nèi)關(guān)于耕地健康產(chǎn)能的研究較少，2011年高麗麗和吳克寧將“農(nóng)用地健康產(chǎn)能” 定義為在滿足健康標(biāo)準(zhǔn)要求的區(qū)域，一定時(shí)期和一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)條件下所形成的土地生產(chǎn)健康食品的能力[18]。2012年楊邦杰等認(rèn)為只有健康的耕地才能確保農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基礎(chǔ)的健康，只有農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基礎(chǔ)健康和農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工環(huán)節(jié)健康，才能確保從地頭到餐桌的安全[28]。耕地健康狀況是耕地質(zhì)量的一個(gè)重要方面，依據(jù)土地有益元素、有毒有害元素和有機(jī)污染物含量水平等可以綜合評定土地的健康狀況。2015年鄖文聚等提出“耕地健康產(chǎn)能”是基于對耕地生產(chǎn)能力、生產(chǎn)環(huán)境、自我恢復(fù)能力及其生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等要素管理而提出的“評價(jià)式”概念[29]。

綜上，耕地健康產(chǎn)能內(nèi)涵可以概括為兩個(gè)方面：一是耕地生產(chǎn)能力，即耕地地力好，技術(shù)設(shè)施完善，作物產(chǎn)量高；二是耕地健康狀況，即耕地生產(chǎn)環(huán)境無污染，生產(chǎn)的作物不會(huì)影響人類和動(dòng)植物的健康并對不良環(huán)境和侵害有一定的抵抗能力，在遭受到自然災(zāi)害、污染等情況下具有自我恢復(fù)能力和自凈能力。由此可見，耕地健康產(chǎn)能是農(nóng)業(yè)土壤健康、土地健康與生態(tài)系統(tǒng)健康的有機(jī)結(jié)合，是一個(gè)綜合性概念，“健康”是功能的體現(xiàn)，“健康產(chǎn)能”是耕地的生產(chǎn)功能、健康功能、調(diào)節(jié)功能等多種功能的復(fù)合，產(chǎn)能健康的耕地具有持續(xù)穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自我調(diào)節(jié)、恢復(fù)的能力，生產(chǎn)環(huán)境清潔無污染，生產(chǎn)的農(nóng)作物品質(zhì)優(yōu)良。因此，本文將“耕地健康產(chǎn)能”定義為基于耕地生產(chǎn)能力、生產(chǎn)環(huán)境、自我恢復(fù)能力而形成的土地生產(chǎn)健康食品的綜合能力。

2.2 理論框架構(gòu)建

圖1 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建理論框架Fig.1 Theoretical framework for constructing evaluation index system of farmland health productivity

耕地健康產(chǎn)能評價(jià)是評定各種耕地屬性或條件的綜合狀況，參考德國Muencheberg土壤質(zhì)量定級(jí)方案[30]中從基礎(chǔ)項(xiàng)和風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)兩個(gè)維度評價(jià)土壤質(zhì)量以及加拿大農(nóng)業(yè)環(huán)境評價(jià)系統(tǒng)[31]圍繞土壤質(zhì)量、農(nóng)田管理、水質(zhì)量、空氣質(zhì)量4大要素評價(jià)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，本文在借鑒耕地多功能評價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上[32]，構(gòu)建了基于“需求—功能—維度—要素—指標(biāo)”的耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系理論框架（圖1）。耕地是農(nóng)業(yè)最主要的生產(chǎn)資料，對人類生產(chǎn)生活具有重要的保障作用，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對耕地的需求，從最初的高產(chǎn)不斷向穩(wěn)產(chǎn)、高效、健康以及可持續(xù)等綜合需求轉(zhuǎn)變。人類需求與耕地的基本功能（生產(chǎn)能力和可持續(xù)發(fā)展能力）相聯(lián)系，耕地自然條件、耕地生產(chǎn)效率和可持續(xù)發(fā)展能力決定著耕地健康產(chǎn)能高低。因此，設(shè)計(jì)耕地產(chǎn)能評價(jià)和耕地健康診斷兩個(gè)維度，前者主要影響耕地的作物生產(chǎn)能力，后者主要影響耕地的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境以及耕地生產(chǎn)能力的可持續(xù)性。耕地產(chǎn)能是氣候條件、土壤特性、農(nóng)業(yè)技術(shù)設(shè)施、生物活性等多重要素綜合作用的結(jié)果，而耕地生產(chǎn)的作物品質(zhì)、生產(chǎn)環(huán)境和耕地系統(tǒng)彈性等要素決定耕地的健康狀態(tài)，是國家糧食安全的重要保障。在此基礎(chǔ)上，選取與之相匹配的影響要素與可以量化的評價(jià)指標(biāo)。

2.3 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系

本著協(xié)同包容原則，吸收借鑒現(xiàn)有研究成果，遵循針對性、區(qū)域性、敏感性、可行性以及生產(chǎn)性原則，運(yùn)用文獻(xiàn)總結(jié)法和專家咨詢法確定耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

氣候條件要素是區(qū)域光、溫、水等影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣候資源狀況，決定耕地產(chǎn)能，是耕地健康產(chǎn)能的核心。參考《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》，主要考慮光溫生產(chǎn)潛力和產(chǎn)量比系數(shù)2個(gè)指標(biāo)。其中，光溫生產(chǎn)潛力是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到充分保證，水分、CO2供應(yīng)充足，其他環(huán)境條件適宜情況下，理想作物群體在當(dāng)?shù)毓?、熱資源條件下所能達(dá)到的最高產(chǎn)量，可宏觀上體現(xiàn)區(qū)域產(chǎn)量差異。產(chǎn)量比系數(shù)是各指定作物的標(biāo)準(zhǔn)糧折算比率，便于指定作物換算成基準(zhǔn)作物的最高理論產(chǎn)量；土壤特性是決定耕地質(zhì)量狀況的重要因素，土壤的物理和化學(xué)特性對作物生長和產(chǎn)量形成具有直接或間接的影響，參考《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)程》《耕地質(zhì)量等級(jí)》選取剖面構(gòu)型、有機(jī)質(zhì)含量等11個(gè)評價(jià)指標(biāo)；技術(shù)設(shè)施是農(nóng)業(yè)發(fā)展的第一推動(dòng)力，包含農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施和灌溉排水等工程建設(shè)水平以及農(nóng)機(jī)裝備等技術(shù)水平[33]，選取灌溉保證率、農(nóng)機(jī)裝備等6個(gè)指標(biāo)；田塊狀況是建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田實(shí)現(xiàn)耕地高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)保障，參考《高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》選取田塊規(guī)模、田面坡度等7個(gè)指標(biāo)；土壤中的很多生物可以改善耕地質(zhì)量狀況，參考美國Cornell土壤健康評估培訓(xùn)手冊以及美國農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局土壤質(zhì)量評價(jià)[34]選取土壤蚯蚓和土壤微生物碳2個(gè)指標(biāo)來表征生物活性。耕地健康診斷中作物品質(zhì)是耕地糧食安全的重要檢驗(yàn)，參考農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色食品小麥粉》《無公害食品麥類及面粉》選取作物食用安全性1個(gè)指標(biāo)；生產(chǎn)環(huán)境是耕地健康的重要指標(biāo)，中國耕地土壤中的有害重金屬外源輸入途徑主要為大氣干濕沉降，其次為灌溉水和施肥，此外土壤重金屬污染、有機(jī)污染物和農(nóng)膜殘留的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也嚴(yán)重威脅耕地健康[35]，故選取灌溉水環(huán)境質(zhì)量、土壤重金屬污染等5個(gè)指標(biāo)；耕地系統(tǒng)彈性是耕地系統(tǒng)在自然災(zāi)害、建設(shè)占用等干擾下自我調(diào)節(jié)、自我抵抗的能力以及耕地總量動(dòng)態(tài)平衡的政策實(shí)施下，仍然能夠恢復(fù)其原來的生產(chǎn)、生態(tài)、服務(wù)、社會(huì)保障等功能的能力[36]。參考奧地利生態(tài)研究所農(nóng)業(yè)可持續(xù)集約化評價(jià)體系[37]，選取有機(jī)質(zhì)含量、土壤陽離子交換量等7個(gè)指標(biāo)。

表1 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 The evaluation index system of farmland health productivity

3 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)方法

3.1 耕地產(chǎn)能評價(jià)

借鑒農(nóng)用地質(zhì)量分等思路，耕地產(chǎn)能采用了綜合算法。雖然耕地受氣候條件、土壤特性、技術(shù)設(shè)施、生物活性和田塊狀況共同影響，但不等于各影響要素的簡單加和，處于極限的要素對耕地產(chǎn)能有著關(guān)鍵性的制約作用。由于氣候條件的穩(wěn)定性特征，本文以氣候條件為基礎(chǔ)，將土壤特性、生物活性、技術(shù)設(shè)施和田塊狀況作為影響耕地地力和利用水平的要素。從耕地可持續(xù)利用角度來看，本文認(rèn)為耕地地力和利用水平為限制性因素，利用連乘積法對氣候條件進(jìn)行修正，具體算法如下：

（1）土壤特性/技術(shù)設(shè)施/田塊狀況指數(shù)。

式（1）中：S/T/F表示土壤特性、技術(shù)設(shè)施和田塊狀況指數(shù)；Mi表示各要素第i個(gè)二級(jí)指標(biāo)對應(yīng)分值；Ni表示第i個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

（2）生物活性指數(shù)。生物數(shù)量的增加或減少并不能直接影響耕地產(chǎn)能，但通過改變土壤物理、化學(xué)性質(zhì)間接影響地力水平。此外，由于土壤微生物和土壤蚯蚓受外界因素的較大影響，因此把區(qū)域調(diào)查樣點(diǎn)的土壤微生物量碳和土壤蚯蚓數(shù)量均值設(shè)置為基準(zhǔn)“1”，采用“1 +X”的累加模型依據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)累加計(jì)算生物活性指數(shù)（B）。

（3）耕地產(chǎn)能指數(shù)。通過綜合算法，把區(qū)域光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)作為耕地產(chǎn)能的理論值，用各個(gè)特性指數(shù)以及產(chǎn)量比系數(shù)分別修正得到耕地產(chǎn)能指數(shù)（P）。

式（2）中：α為光溫（氣候）生產(chǎn)潛力指數(shù)；β為作物產(chǎn)量比系數(shù)。

3.2 耕地健康診斷

參考耕地產(chǎn)能算法，考慮生產(chǎn)環(huán)境和作物品質(zhì)對耕地健康的限制性作用，對較為穩(wěn)定的耕地系統(tǒng)彈性進(jìn)行修正。

（1）生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)。在一定的濃度范圍內(nèi)，耕地生產(chǎn)環(huán)境的改變并不會(huì)對作物產(chǎn)量有影響，但會(huì)降低作物品質(zhì)。因此，耕地健康診斷中生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)（E）采用“1 +X”的累加模型，即以沒有污染的耕地作為基準(zhǔn)“1”。

（2）作物品質(zhì)指數(shù)。如果農(nóng)作物在食用與應(yīng)用中對生態(tài)環(huán)境、人類健康、生物多樣性產(chǎn)生良好影響和作用，表明其具有安全性。根據(jù)農(nóng)作物重金屬元素安全性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用“1 +X”的累加模型，以安全無污染的作物作為基準(zhǔn)“1”，累加得到作物品質(zhì)指數(shù)（C）。

（3）耕地系統(tǒng)彈性指數(shù)。耕地系統(tǒng)彈性決定耕地的可持續(xù)利用，健康的耕地要有完整的系統(tǒng)彈性功能，通過加權(quán)求和法計(jì)算系統(tǒng)彈性指數(shù)（R）。

式（3）中：Wij是指標(biāo)權(quán)重；Xij是指標(biāo)分級(jí)后分值。

（4）耕地健康診斷指數(shù)。通過連乘積法得到健康診斷指數(shù)（M）。

式（4）中：E是生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)；C是作物品質(zhì)指數(shù)；R是系統(tǒng)彈性指數(shù)。

3.3 耕地健康產(chǎn)能分級(jí)方法

首先用ArcGIS自然斷點(diǎn)法把耕地產(chǎn)能指數(shù)分為1～5等；耕地健康分為健康、亞健康和不健康三級(jí)。參考《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》中土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分方法，耕地健康產(chǎn)能等級(jí)由評價(jià)單元的耕地產(chǎn)能等級(jí)和健康分級(jí)結(jié)果疊加得到，分為健康、輕度亞健康、中度亞健康、重度亞健康和不健康5級(jí)（表2），值得注意的是，當(dāng)耕地生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)（E≤0.7）的時(shí)候，耕地一律視為不健康。

表2 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)結(jié)果分級(jí)法Tab.2 Classi fi cation method of farmland health productivity evaluation results

4 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)方法應(yīng)用

4.1 研究區(qū)概況

溫縣位于豫北平原西部，屬焦作市所轄，轄3鄉(xiāng)7鎮(zhèn)，包括262個(gè)行政村。介于北緯34°48′30″～35°02′48″、東經(jīng)112°51′0″～113°13′30″，行政區(qū)總面積48 130.05 hm2，其中耕地31 428.90 hm2。南濱黃河，北依沁河，全境地勢平坦，屬黃沁河沖積平原，部分小兩合土、兩合土在20～50 cm深處存在漏肥漏水問題，部分砂質(zhì)潮土，砂性較強(qiáng)、易風(fēng)蝕。自西北向東南傾斜，海拔75～120 m，自然坡降約為1/2 000，土壤類型為潮土。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和。全國小麥最高產(chǎn)縣，國家重要糧食主產(chǎn)區(qū)。

4.2 數(shù)據(jù)來源與處理

實(shí)地采樣以均勻布點(diǎn)為原則，在1∶5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查2053個(gè)樣點(diǎn)和測土配方施肥2939個(gè)樣點(diǎn)的基礎(chǔ)上，考慮農(nóng)用地質(zhì)量自然和利用等別分布、土壤類型分布、土地利用現(xiàn)狀，確定40個(gè)采樣點(diǎn)，清除地被物，用鐵鍬挖掘60 cm×60 cm×20 cm的樣方，破碎土塊并置于白塑料布上，統(tǒng)計(jì)土塊內(nèi)的蚯蚓數(shù)量，之后按照土種類型賦值給評價(jià)單元。另取土壤表層5～10 cm處土壤，維持土壤溫度在4 ℃左右，采用氯仿熏蒸浸提法測試土壤微生物碳。

圖文資料主要有：（1）溫縣2014年土地利用變更調(diào)查成果；（2）1∶5萬和1∶25萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)成果；（3）土壤圖；（4）溫縣統(tǒng)計(jì)年鑒；（5）農(nóng)田水利、灌溉水源等工程規(guī)劃圖；（6）2015年6月覆蓋溫縣范圍的30 m空間分辨率LandsatTM影像圖和DEM。對于土體構(gòu)型、田間輸水方式等定性因素，采用“以點(diǎn)代面”的方式將點(diǎn)位的屬性賦值給評價(jià)單元；對于土壤養(yǎng)分元素、土壤微生物碳等采用空間插值的方法賦值給評價(jià)單元。

通過ArcGIS將各指標(biāo)值通過空間疊加添加至圖層屬性表中，建立了涵蓋21 888個(gè)耕地斑塊數(shù)據(jù)庫，比例尺為1∶10 000。

4.3 確定評價(jià)指標(biāo)

根據(jù)耕地健康產(chǎn)能評價(jià)目的與原則，通過綜合分析各土地管理部門的評價(jià)指標(biāo)值、問卷調(diào)查和現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，溫縣礫石含量、有效土層厚度、灌溉保證率、災(zāi)害防治水平、農(nóng)機(jī)裝備、農(nóng)藝管理、田塊地形部位、地表巖石露頭度、田面坡度、大氣干濕沉降物年沉降通量和灌溉水環(huán)境質(zhì)量共11個(gè)指標(biāo)在空間上沒有差異，都是100分，參照表1耕地健康產(chǎn)能指標(biāo)體系，溫縣耕地健康產(chǎn)能評價(jià)中將這11個(gè)指標(biāo)剔除。

4.4 評價(jià)指標(biāo)分級(jí)及權(quán)重確定

依據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》等相關(guān)研究成果確定指標(biāo)分級(jí)及賦分規(guī)則，采用層次分析法和專家打分法確定各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，并通過一致性檢驗(yàn)（CR＜0.1），評價(jià)要素加權(quán)求和法的指標(biāo)分級(jí)賦分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重因文章版面有限未列出，如有疑問可聯(lián)系筆者咨詢。此外，評價(jià)要素“1 +X”累加模型的指標(biāo)分級(jí)賦分規(guī)則以及農(nóng)作物重金屬元素安全性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3、表4所示。

4.5 評價(jià)結(jié)果分析

4.5.1 耕地產(chǎn)能評價(jià)

溫縣耕地產(chǎn)能指數(shù)分布在7 079.75～9 445.28之間，1～5等的面積構(gòu)成分別為45.91%、26.56%、9.89%、15.33%和2.31%。以青峰嶺為界，具有明顯的地域分異特征（圖2），北部耕地產(chǎn)能較南部高。產(chǎn)能較高的一等和二等地主要分布在番田鎮(zhèn)、黃莊鎮(zhèn)、武德鎮(zhèn)以及祥云鎮(zhèn)和南張羌鎮(zhèn)，大部分位于青峰嶺以北，這部分區(qū)域?qū)儆谇吆記_積扇形平原，地勢開闊平坦，土壤類型多發(fā)育為兩合土、小兩合土，土質(zhì)疏松、耕性良好，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，剖面構(gòu)型多為通體壤，有益微量元素含量高，土壤保水保肥能力強(qiáng)，土壤蚯蚓和微生物分布多。此外，該區(qū)域中部地區(qū)排水條件較好，采用防滲渠道輸水，技術(shù)設(shè)施條件好。產(chǎn)能較低的三等、四等、五等地主要分布在岳村鄉(xiāng)、招賢鄉(xiāng)、溫泉鎮(zhèn)、祥云鎮(zhèn)等青峰嶺以南的大部分以及北冷鄉(xiāng)的部分區(qū)域，主要因青峰嶺以南為黃河漫灘地，土壤本身肥力較低，土壤養(yǎng)分和有益微量元素含量低，質(zhì)地以砂土為主，不適合土壤蚯蚓和土壤微生物生存，保水保肥能力低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件落后。

4.5.2 耕地健康診斷

溫縣耕地健康指數(shù)分布在55.44～101.20，健康、亞健康和不健康三級(jí)面積構(gòu)成分別為84.54%、15.39%和0.07%。以青峰嶺為界，南北各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地健康狀況差異較大（圖3），北部番田鎮(zhèn)、黃莊鎮(zhèn)、武德鎮(zhèn)和北冷鄉(xiāng)的耕地健康，主要因其土壤生產(chǎn)環(huán)境無污染、農(nóng)作物安全性達(dá)標(biāo)，土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤陽離子交換量高，耕地系統(tǒng)彈性好。而招賢鄉(xiāng)、祥云鎮(zhèn)、岳村鄉(xiāng)、溫泉鎮(zhèn)和趙堡鎮(zhèn)等零星地塊因土壤質(zhì)地以砂土為主，有機(jī)質(zhì)含量和土壤陽離子交換量低導(dǎo)致耕地亞健康，而趙堡鎮(zhèn)生產(chǎn)的糧食年產(chǎn)量變異系數(shù)較大，糧食產(chǎn)量不穩(wěn)定。此外溫縣的耕地基本上沒有重金屬污染，只有零星地塊因有輕微的重金屬污染、白色污染以及較低的農(nóng)藥殘留導(dǎo)致耕地不健康。總體來說溫縣大部分耕地被診斷為健康。

表3 “1 + X”累加模型的指標(biāo)分級(jí)賦分規(guī)則Tab.3 Index classi fi cation rules for the “1+X” accumulation model

表4 農(nóng)作物重金屬元素安全性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Safety classi fi cation criteria for heavy metals in crops (mg/kg)

4.5.3 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)

溫縣耕地健康產(chǎn)能狀況差異較大，健康、輕度亞健康、中度亞健康、重度亞健康和不健康5級(jí)面積占比分別為65.20%、15.07%、12.31%、6.26%和1.16%，其分布趨勢（圖4）更接近于耕地健康診斷結(jié)果（圖3）。耕地健康產(chǎn)能整體狀況較好，以青峰嶺為界，北部番田鎮(zhèn)、黃莊鎮(zhèn)和武德鎮(zhèn)耕地處于健康產(chǎn)能狀態(tài)，北冷鄉(xiāng)的大部分耕地處于輕度或中度亞健康產(chǎn)能狀態(tài)，而青峰嶺以南的招賢鄉(xiāng)、祥云鎮(zhèn)、岳村鄉(xiāng)等大部分耕地耕地健康產(chǎn)能處于中度亞健康和重度亞健康狀態(tài)，只有零星地塊不健康，這部分區(qū)域耕地產(chǎn)能較低，耕地健康狀況較差，影響了耕地的可持續(xù)利用。此外，耕地健康產(chǎn)能評價(jià)中，耕地健康狀況比耕地產(chǎn)能高低更具影響力，即使耕地的地力水平較好，農(nóng)業(yè)技術(shù)設(shè)施完善，但耕地生產(chǎn)環(huán)境存在污染或者耕地系統(tǒng)彈性差，其耕地處于不健康產(chǎn)能狀態(tài)。

圖2 耕地產(chǎn)能評價(jià)等級(jí)分布圖Fig.2 Grade distribution map of farmland productivity evaluation

圖3 耕地健康診斷等級(jí)分布圖Fig.3 Grade distribution map of farmland health diagnosis

圖4 耕地健康產(chǎn)能評價(jià)等級(jí)分布圖Fig.4 Grade distribution map of farmland health productivity evaluation

5 結(jié)論和討論

本文豐富了耕地健康產(chǎn)能的內(nèi)涵，并從耕地產(chǎn)能評價(jià)與耕地健康診斷兩個(gè)維度出發(fā)，選取了耕地氣候條件、土壤特性、技術(shù)設(shè)施等8個(gè)要素，提出了基于“需求—功能—維度—要素—指標(biāo)”的耕地健康產(chǎn)能評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的理論框架，并設(shè)計(jì)了指標(biāo)體系和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。部分指標(biāo)如土壤蚯蚓和土壤微生物量碳作為耕地產(chǎn)能高低的指示性指標(biāo)，受外界環(huán)境，如溫度、水分、土地利用等影響較大，在一定時(shí)間內(nèi)不具有穩(wěn)定性，由此可能會(huì)對最終的評價(jià)結(jié)果造成影響，因此生物活性指標(biāo)及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是否可行值得下一步研究驗(yàn)證。

根據(jù)耕地健康產(chǎn)能內(nèi)涵和指標(biāo)體系，采用定性和定量分析相結(jié)合的方法，評價(jià)了糧食主產(chǎn)區(qū)——河南省溫縣的耕地產(chǎn)能并診斷其耕地的健康狀況。評價(jià)結(jié)果表明，溫縣耕地產(chǎn)能和耕地健康地域分異特征明顯，以青峰嶺為界，北部耕地產(chǎn)能和健康狀況較南部好，武德鎮(zhèn)、黃莊鎮(zhèn)和北冷鄉(xiāng)三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地產(chǎn)能高，耕地健康，是重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域。而青峰嶺以南的岳村鄉(xiāng)、祥云鎮(zhèn)等因土壤肥力低和砂土的土壤質(zhì)地導(dǎo)致耕地系統(tǒng)彈性差，進(jìn)而導(dǎo)致耕地亞健康，是溫縣需要重點(diǎn)整改提升的集中區(qū)域。

本文借鑒《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》中土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分方法，疊加評價(jià)單元的耕地產(chǎn)能等級(jí)和耕地健康診斷結(jié)果獲得耕地健康產(chǎn)能等級(jí)。溫縣耕地健康產(chǎn)能整體狀況較好，以青峰嶺為界，北部番田鎮(zhèn)、黃莊鎮(zhèn)等耕地處于健康產(chǎn)能狀態(tài)，而青峰嶺以南的大部分耕地健康產(chǎn)能處于中度亞健康和重度亞健康狀態(tài)，只有零星地塊不健康。耕地健康產(chǎn)能評價(jià)更多取決于耕地健康診斷結(jié)果，耕地的健康狀況比耕地產(chǎn)能高低重要，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)間差異主要受耕地健康狀況的影響。

理論上，耕地健康產(chǎn)能評價(jià)是新時(shí)代耕地保護(hù)和持續(xù)利用的有效工具，而合理的評價(jià)方法是基礎(chǔ)。本文利用綜合算法體現(xiàn)影響耕地健康產(chǎn)能敏感度的評價(jià)要素，打破了指數(shù)求和常規(guī)法，對不符合健康產(chǎn)能標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)可針對障礙因素進(jìn)行改良，為未來的土地管理提供依據(jù)。值得說明的是，本文重點(diǎn)旨在耕地健康產(chǎn)能內(nèi)涵、指標(biāo)體系、評價(jià)方法的探討，為未來土地整治工程作參考，為相關(guān)研究提供新思路與方法，后續(xù)還需擴(kuò)大研究區(qū)域，選擇環(huán)境差異更為顯著的研究區(qū)進(jìn)行對比研究，不斷完善指標(biāo)體系和評價(jià)方法。此外，指標(biāo)權(quán)重的確定還需進(jìn)一步科學(xué)探討。