基于土壤生态环境的县域基本农田保护区划*——以浙江省嘉善县为例

王加恩，蔡子华*，胡艳华，沈晓春，来 红，徐锡虎，康占军

(1.浙江省地质调查院，杭州 311203;2.浙江省嘉善县国土资源局，嘉善 314100;3.浙江嘉善县农业经济局，嘉善 314100)

基本农田是按照一定时期人口、经济和社会发展对农产品的需求，依据土地利用规划确定的不得占用的耕地，主要用于粮油生产并实行特殊保护的耕地，其质、量的变化将直接影响到粮食质、量的波动，从而影响到粮食供给安全及粮食卫生安全。

基本农田保护区划定以实现基本农田的合理有效保护为根本目标。为了解决长期以来基本农田划分偏主观、重数量、缺乏空间定位的问题，已有不少学者从基本农田粮食生产数量安全角度进行了研究［1-5］，而从基本农田粮食生产卫生安全和品质角度，即构成基本农田质量的土壤生态环境质量因素来划定基本农田的研究较少。

2008年浙江省嘉善县开展了1∶5万基本农田质量调查，进行了全县表层土壤环境、养分及灌溉水水质等调查，依据调查数据对全县土壤环境进行了综合评价并分析了影响因素，利用绿色食品产地土壤环境质量、土壤肥力、土壤重金属污染及累积程度、土壤酸化等评价结果，根据土壤生态质量进行了基本农田保护区划。

1 材料与方法

嘉善县基本农田质量调查以0.5km×0.5km网格为采样单元，多点采集0～20cm表层 (耕作层)土壤组合成一件样品进行分析。全县共采集分析表层土壤样品1 967件，元素全量为1点/0.25km2，有效态为1点/km2，元素有效态样品处理、分析方法及检出限见表1。土壤元素全量部分测试方法为:Cd采用离子体质谱法 (ICP-MS)，Cu、Ni、Pb、Cr、Zn采用等离子体光谱法 (ICP-OES)，As、Hg、Se采用原子荧光光谱法 (AFS)，pH采用电位法，分析精度大多优于5%。同时进行了分析质量检验，检测数据可靠。评价标准参照国家土壤环境质量标准 (GB 15618-1995)、农业部绿色食品产地环境质量标准(NY/T391-2000)等。同时全县共采集54件灌溉水样品，分析指标及评价要求按农田灌溉水标准(GB5084-2005)进行。样品委托国土资源部杭州矿产资源监督检测中心测试。

2 评价结果

依据各介质测试数据和评价标准，以土地利用现状图的图斑为单位进行评价，进行了绿色食品产地土壤环境质量、土壤肥力评价、富硒土壤、灌溉水水质等土地生态环境质量评价。

2.1 绿色食品产地土壤环境质量评价

按照农业部绿色食品产地环境质量标准 (NY/T391-2000)，利用嘉善县表层土壤样品分析数据，选取该标准中涉及的六个重金属指标 (包括As、Cd、Cu、Hg、Pb、Cr)的全量分析数据，首先对各单项指标进行评价，然后对六项单项指标采用一票否决法进行综合评价，得出其综合等别，并编制综合评价图。

嘉善县达到绿色食品产地环境质量的耕地面积达210.62km2，占耕地总面积的75.71%，不适宜区面积为67.55km2，占耕地总面积的24.28%。不适宜区主要分布于城镇周边区域，如魏塘镇、天凝镇、西塘镇等乡镇周边，主要影响指标为Cd、Hg。

2.2 土壤肥力评价

土壤养分的丰缺是土壤肥力的核心内容，是影响土地质量的关键因素之一，对农业可持续发展具有长远影响。2002～2008年间嘉善县表层土壤有机质、氮呈现增加趋势［7］，随着农业部门土壤有机质提升工程的实施，土壤中有机质、氮、磷、钾含量将增加。在土壤肥力评价方面，以往主要针对大量营养元素，如有机质、氮、磷、钾等，对影响农作物生长及品质的重要中、微量元素关注不够。本次评价综合考虑土壤中大量、中量、微量元素的丰缺，揭示不同地区的土壤肥力质量之间的差异。嘉善县表层土壤肥力评价基于1点/km2的采样网格中14种元素的有效态含量，即有机质 (有机碳×1.724换算)、速效钾、有效磷、有效钙、有效镁、有效硫、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效钼、有效硼、有效硒、有效硅，依据养分分级标准，综合考虑元素有效态的丰缺面积、空间变异、对农作物产量及品质的重要程度，选择层次分析法与专家打分法相结合，对参评指标进行分层和权重确定，通过加法模型计算综合指数并分级，对全县土壤肥力综合评定，来表征全县农田的肥力水平［8］。

嘉善县耕地优质农田面积为2.42km2，主要分布在姚庄;优良农田面积为59.64km2，分布于姚庄镇西南部、洪溪镇、干窑镇中部、西塘镇西部、惠民镇东南部及杨庙镇西部等地;良好农田面积为176.57km2，主要分布在洪溪、杨庙、姚庄、惠民等乡镇;中等农田面积为77.82 km2，分布于魏塘东部及西南部、西塘西北部、丁栅、大云、惠民等地;差等农田面积为1.36km2，主要分布在丁栅北部及魏塘郭家浜附近。全县以良好级土地为主，约占农田土壤总面积的55.56%。

2.3 富硒土壤评价

全县域农田耕层土壤样中硒元素最大值2.73 mg/kg、最小值0.06 mg/kg、平均值0.34 mg/kg。依据划分生态景观硒中的表土总硒标准分级［9］，嘉善全硒含量＞0.4 mg/kg、面积大于10hm2的富硒土地面积达50.91km2，可耕地面积13.3hm2以上的区块12块，耕地总面积约2 823hm2。其中位于干窑至姚庄一线相连呈近东西向展布的区块，总面积达36.35km2，实际拥有可耕地2 055hm2，该区采集的98件农产品中，有35件达到标注富硒农产品的标准。

2.4 土壤环境质量评价

参照国家土壤环境质量标准 (GB 15618-1995)首先进行单指标评价，其中:

土壤镉环境质量:一类土壤占66.86%，二类土壤占27.42%，三类土壤占5.36%，分布在干窑和洪溪，超三类土壤占0.26%，分布在西塘。

土壤汞环境质量:一类土壤占7.98%，二类土壤占68.22%，三类土壤占23.74%，主要分布在魏塘西南、西塘、干窑，超三类土壤占0.05%，主要分布在西塘和魏塘西南。

根据对比研究，近二十年来嘉善县土壤中重金属累积和土壤酸化现象明显［10］，对比2002年①浙江省地质调查院，浙江省农业地质环境调查项目，2005与2008年调查数据，嘉善县土壤重金属元素Hg、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn呈现增加。其中Cd增长最快，每年累积率为5.36%，6年中累积率达到32.2%;对本区土壤环境质量影响较大。

土壤pH值在1990①浙江省物化勘查院、地质矿产部地球物理地球化学勘查研究所，浙江省杭嘉湖平原区农业环境地球化学调查和研究 (研究报告)，1993～2008年总体下降了0.74，但不同时间段下降的速率是不一样的，在1990～2002年间，下降量为 0.11，年变化率为 -0.03%，而在 2002～2008年间，下降量为 0.63，年变化率为 -0.13%。

利用2002年、2008年两次对应点的土壤重金属和pH分析数据，求取每个点的年变化率，依据变化率预测了全县若干年后的土壤环境质量。

形态分析表明:嘉善县土壤镉形态含量为离子交换态＞强有机态＞腐殖酸态＞残渣态＞碳酸盐态＞铁锰氧化态＞水溶态，以离子交换态为主，占全量的39.27%。说明土壤中镉具有较强的生物有效性。汞各形态含量为残渣态＞腐殖酸态＞强有机态＞碳酸盐态＞水溶态＞铁锰氧化态＞离子交换态，残渣态占全量的60.5%。残渣态主要为矿物晶格态方式，一般认为残渣态重金属元素很难进入生物系统。据马生明等研究，土壤的Hg通过与S反应，多以辰砂矿物的形式存在［11］。易进入作物的离子交换态和水溶态的比例较小，在一定程度上能说明，虽然嘉善表层的汞全量较高，但不易在作物中累积的现象。

2.5 灌溉水水质评价

灌溉水水质对农业生产、作物生长、农产品的安全具有影响，嘉善县位于水网平原区，地势低平，水域面积大。将嘉善县54件水样按照地表水环境质量标准GB3838-2002综合评价其水质，结果见表2。总体为北部水质优于南部水质。按照农田灌溉水质GB5084-2005标准进行农田灌溉水质评价，除5个点Hg超标外，其余样点符合灌溉水质要求。

表1 嘉善县地表水水质类别分布表

3 基本农田保护区划定

基本农田保护区的划定是基本农田保护的重要基础，以耕地生态质量为基础，从保障粮食安全、保护土地生态环境角度，将优质农用地划入基本农田，根据《关于下达全省各市、县 (市、区)新一轮土地利用总体规划主要控制指标的通知》(浙政审 ［2009］12号)文件，嘉善县规划目标年2020年的基本农田约束性指标为25 860hm2)。综合考虑各种因素，力求全面合理划定基本农田保护区，确保基本农田的数量和质量。

以嘉善县基本农田约束性指标数量为目标，通过对嘉善县绿色食品产地环境质量、土壤肥力、富硒资源、土壤质量退化程度、农用地利用等别、灌溉水质量等因素进行综合分析，对基本农田进行空间布局和定位。

嘉善的绿色食品适宜耕地面积达21 062hm2，占总耕地的75.71%，为基本农田保护目标25 860hm2的81.45%，从农田环境质量上来说，县域内基本农田符合绿色食品产地环境质量标准比例偏低，基本农田的土壤环境修复和保护压力较大。

通过对土地肥力的评价，可以评价全县内各个单元地块肥力优劣，基本农田应优先选择肥力等级高的田块。

富硒土地作为一种特色的农业生产资源，需要优先保护。

土壤质量退化主要表现在表层土壤酸化及重金属累积上，受人为因素影响，具有较强的区域性，土壤退化因素可作为划定基本农田的参考因素，在其他条件类似时应选择退化较轻的地区。

灌溉水水质受季节影响较大，全县水质基本符合要求，在基本农田划定中作为参考因素考虑。水质较好的区域优先保护。

农用地利用等别高低反映了基本农田的粮食有效供给安全程度，区块内具较好的农业生产条件，生产效率较高，亩产较高的田块应优先保护。

综上所述，基本农田空间布局时应优先考虑以下地区:

1)符合绿色食品产地环境质量标准区;

2)非绿色产地区选择重金属污染较轻区，依据嘉善县土壤污染元素的形态活性和农作物的影响程度可分为:⑴镉 (Cd)污染较轻区;⑵汞 (Hg)污染较轻区。

3)肥力较高区;

4)土地富硒区;

5)农用地利用等别高的农田区。

根据以上原则，利用评价分级资料，运用GIS属性库工具，在土地利用现状图的图斑添加以上参数属性，利用基本农田指标参数分级表 (表3)确定图斑中农田的分级，综合灌溉水水质、土壤酸化及重金属累积、土地利用总体规划、农用地空间布局、土壤物理性状等因素，进行修整，最终确定出基本农田区和一般农田区，并对其数量、分布等情况进行统计，得到嘉善县的基本农田保护区空间布局图 (图1)。

表2 嘉善县基本农田空间布局指标分类表

布局结果是嘉善县的25 860hm2基本农田，主要分布在土壤肥力较高、富硒、环境质量优、亩产高的优质农用土地。而一般农田区主要分布在城镇周边受一定污染或肥力较差的地块。

一级基本农田保护区主要分布该县中部地区，面积约10 015hm2，涉及乡镇为姚庄、干窑、杨庙、洪溪、天凝、丁栅。保护区内主要特点是:农业基础设施良好，土壤环境质量优良，农田灌溉水水质良好，土壤中有机质丰富、富硒、富锌，亩产量高。二级基本农田保护区主要分布县域北部和南部，面积约15 880hm2，涉及陶庄、西塘、丁栅、魏塘、大云、惠民等乡镇。保护区内农业基础设施较好，土壤环境质量较好，农田灌溉水水质较好，亩产较高。

一般农田区主要分布在村镇周围，面积约1 920hm2，田块表层土壤中重金属Cd、Hg等含量较高，农田灌溉水水质一般，且部分田块分布较分散、零星，农业基础设施差，亩产量一般，局部田块不宜种植粮油类作物。

图1 嘉善县基本农田空间布局图

1 杨树佳，郑新奇，杜军，等.基于土地适宜性评价的基本农田布局方法研究，山东师范大学学报(自然科学版)，2007，22(1):99～102

2 孔祥斌，靳京，刘怡，等.基于农用地利用等别的基本农田保护区划定，农业工程学报，2008，24(10):46～51

3 郑新奇，杨树佳，象伟宁，等.基于农用地分等的基本农田保护空间规划方法研究，农业工程学报，2007，23(1):66～72

4 刘燕.基本农田保护区划定若干问题初探，经济地理，1994，14(4):81～84

5 邓红蒂.有关基本农田保护的几点思考，中国土地科学，1997，11(2):12～14

6 孙朝阳，贺颖婷，王雯妮.端视电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中有效钼，岩矿测试，2010，29(3):267～270

7 王加恩，郑洁，康占军，等.浙北典型稻作区近三十年表层土壤碳氮含量变化，生态环境学报，2010，15(5):1191～1196

8 康占军，王加恩.浙北稻作区县域农田肥力综合评价，广东农业科学，2010，10:185～188

9 谭见安.中华人民共和国地方病与环境图集，北京，科学出版社，1989

10 王加恩，康占军，潘卫丰，等.浙北嘉善县1990～2008年土壤重金属元素及酸碱度变化和趋势预测，地质科技情报，2010，29(1):92～96

11 马生明，朱立新，王之峰.城镇区土壤中Hg环境地球化学异常查证及评价新思路，地质与勘探，2004，40(3):82～85