省级、市县级、乡镇级土地质量地球化学评估方法及典型地区成果分析

温晓华

（1. 国土资源部上海资源环境监督检测中心，上海 200072；2. 上海市地质调查研究院，上海 200072）

省级、市县级、乡镇级土地质量地球化学评估方法及典型地区成果分析

温晓华1,2

（1. 国土资源部上海资源环境监督检测中心，上海 200072；2. 上海市地质调查研究院，上海 200072）

土地质量是土地管理、农业发展和环境保护的前提，土地质量评估是打造现代农业，保护生态环境，实现土地“质量型、生态型”管理的一项基础性地质调查工作。本文根据上海地区现有工作程度，详细介绍了全市、典型县区土地质量评估工作，结合正在开展的乡镇级土地质量评估工作，分析了不同工作比例尺土地质量地球化学评估工作中评估单元、评估指标、评估标准等的异同，为进一步开展相关工作奠定基础。

土地质量；地球化学；生态环境；国土资源

截至2010年底，全国已经完成了30个省区165万km2的多目标区域地球化学调查工作，基本查明了这些区域的土地质量现状，掌握了农耕区土壤肥力、酸化、污染、质量、碳储量等现状。在多目标调查工作积累的丰富数据资料基础上，现阶段正在开展调查成果的应用工作[1～3]，土地质量地球化学评估工作就是其中很重要的一项内容，在多个地区已经开展了相关研究工作[4～7]。此项工作是依据土壤中有益元素、有毒有害元素和有机污染物含量水平，对土地基本功能进行的土地质量级别评定。土地质量地球化学评估工作主要按照中国地质调查局制定的《土地质量地球化学评估技术要求（试行）》[8]（以下简称《技术要求》），是以生态地球化学理论为指导，以合理利用土地资源为目的开展的基础性地质工作，可服务于土地资源生态管护、合理利用及规划等工作。《技术要求》中土地质量评估分为四级，即国家—省级评估（1:250000）、市—县级评估（1:50000）、乡—镇级评估（1:10000）、村—组级评估（1:5000），分别为国家、省市县、乡镇和村组提供土壤地球化学依据，为农业种植区域调整、土地资源优化、名特优农产品种植、土壤污染治理和配方施肥等提供基础。土地质量评估成果可以广泛应用于土地管理、发展现代农业和区域环境保护等各领域，是合理利用土地、提高农产品品质和粮食综合生产能力、改善生态环境的基础。

该工作已经在全国部分地区开展了一些试点，包括省级、市县级、以及乡镇级等不同级别的土地质量地球化学评估工作。上海地区开展了大量的土地调查及研究工作[9～13]，在2009年和2010年先后完成了全市及典型县区（金山区）的土地质量地球化学评估工作，目前正在开展乡镇级的土地质量评估。通过开展不同级别（工作比例尺不同）的土地质量评估工作，掌握了不同工作比例尺下土地质量评估工作的重点和方法，为土地资源的利用与管理提供了技术支撑，也为类似地区全面开展土地质量评估工作积累了丰富经验。

1 土地质量地球化学评估

土地质量地球化学评估工作分为国家—省级、市—县级、乡—镇级、村—组级。不同级别的评估，方法技术相同，但是由于其工作目的和服务对象不同，因此评价单元、评价指标、指标权重以及隶属函数界限值等有差异。评价结果在同一级别内可比，不同级别之间不可比。

根据《技术要求》，土地质量地球化学评估工作主要包括划分评估单元、筛选评估指标、指标权重赋值、计算隶属函数、土地质量综合评估等几个工作步骤。

1.1 评估单元

评估单元是土地质量地球化学评估的最小空间单位，不同尺度的土地质量地球化学评估单元同采样单元。

1.2 单指标评价标准

不同级别的评估工作，根据其工作目的和服务对象的不同，评估指标的评价标准也有所不同。国家—省级评估工作中，评估指标主要按照国家标准进行评价。有害金属元素按照《土壤环境质量标准》（GB15618-95），养分元素按照《第二次全国土壤普查技术规程》进行评估，该规程中没有明确其分级标准的元素，按照全国土壤背景（A层）值的25%、50%、75%和90%划分评价分级标准；市—县级评估工作中，评估指标是将上海市多目标区域地球化学调查成果数据（符合正态分布或者对数正态分布）按照累积频率的25%、50%、75%、90%作为分级评价标准；乡—镇级评估工作，主要服务于地方经济建设，原则上推荐按照地方标准，或者统计对应区县级的土壤地球化学调查成果数据，进行分级评价。

1.3 评估指标筛选

土地质量地球化学评估指标以土壤中化学元素、化合物含量和理化性质为主，以大气和水体环境质量指标为辅，同时考虑有害元素在土壤农作物中的迁移转化等。本文以土壤为主，暂不考虑大气和水体等辅助指标。

土壤的指标包括农作物生长的肥力因素，主要指必需的大量元素、微量元素和有益元素；还有影响农作物的环境因素，主要指有害元素、健康元素、pH、有机氯农药等。指标筛选的具体范围见表1所示。

表1 土地质量地球化学评估指标筛选范围Table 1 The index selection range of land quality of geochemical assessment

按照主导性、系统性、独立性、生产性等原则，筛选评估指标。在指标的筛选过程中，根据指标分级评估的结果，土壤肥力指标重点选择相对低异常（缺乏）元素和指标；土壤环境指标重点选择相对高异常（超标）元素；土壤健康指标选择土壤中F、Se、I含量异常（过高或过低）程度较大的元素；对于彼此之间无显著关联性的初选指标可选作评估指标；空间变异相对较大的元素选作评估指标。

1.4 指标权重赋值

采用层次分析法进行评价指标权重赋值，每个评估层同一类指标的权重之和为1。

利用层次分析法工作软件YAAHP3.0计算各个指标的权重值，实质上是通过有益元素的丰缺程度，有害元素超标情况和健康元素最佳分布状态，通过两两比较判断的方式确定每一层次中因素的相对重要性（表2），然后在递阶层次结构内进行合成以得到决策因素相对于目标的重要性的总顺序，从而为决策提供确定性的判据。1.5 隶属函数及指标界限值计算

表2 规定性标度设计及意义Table 2 Prescriptive scale and significance of design

（1）隶属函数模型

由于各评估指标含量有所差异，因此利用隶属函数将各指标纳入同一评估体系。在土地质量地球化学评估工作中，有些指标含量越低越好，如As、Hg；有些指标含量越高越好，如有机质、K、B、Mo等，有些元素含量是太低或太高都不好，适中才是最佳的，如Se、I等。因此此次评估工作中采用的隶属函数模型主要有峰值型、戒上型和戒下型3种类型，具体见图1。图中，f(X)为评估指标的隶属函数值；U为评估指标的上限值；L为评估指标的下限值；O1和O2为评估指标的最优值；X为评估指标的实际测定值。根据元素对土壤质量影响不同，选择相应的隶属函数模型。

一般的，肥力元素选择戒上型隶属函数模型，该类型参评指标的隶属函数值一般是越高越好，其指标值越高，表明评估对象质量越好，但到一定临界值之后，其有效作用也趋于稳定。有害元素选择戒下型隶属函数模型，该类型参评指标的隶属函数值越低越好，其指标值越低，表明评估对象危害性越小，但到一定临界值之后，危害作用也趋于恒定；pH、F、Se、I等元素采用峰值型隶属函数模型，该类型参评指标的隶属函数值在某一水平段时，参评指标对评估结果的贡献达到最大，而低于或高于该水平段时，其有效作用会趋于减小，但到一定临界值后其有效作用也将趋于恒定，达到最小。

（2）指标界限值

隶属函数的界限值是利用SPSS软件进行统计各参评指标。对于不服从正态分布或对数正态分布的数据，进行平均值±3倍离差剔除异常数据，直至样本数据服从正态分布或对数正态分布，然后按照20%、40%、60%、80%的累积频率值进行5级划分，pH值则按照酸碱性土壤的分类标准进行5级划分，从而确定各参评指标的L、O1、O2、U等界限值。L、O1、O2、U是分别对应于累积相对频率20%、40%、60%、80%的界限值。

图 1 土地质量地球化学评估隶属函数模型图Fig.1 Membership function model of land quality geochemical assessment

1.6 土地质量地球化学综合评估

通过采用加法模型对各参评指标的实测值进行权重和隶属度计算，获得每个评估单元内土壤肥力综合参数（P肥力）和土壤环境地球化学综合参数（P环综），依据其参数分别进行土地肥力和土地环境健康等级划分，每等对应的综合参数值具体见表3。

式中：P为综合指数；fi为第i个评估指标的隶属函数值；Ci为第i个评估指标的权重，评估指标为表征土地肥力和土地环境健康的各类指标。

表3 土地肥力分等和土地环境健康分等与综合参数对应表Table 3 Soil fertility classification and land environment grading corresponding to synthesis parameters

根据《技术要求》，将土地肥力质量分等与土地环境健康质量分等叠置，将土地的地球化学质量划分为5个等别，具体划分方法见表4。

表4 土地质量地球化学分等Table 4 Land quality geochemical classification

2 上海地区已开展的相关工作情况

上海地区先后完成了全市和典型县区的土地质量地球化学评估工作，目前正在进行典型乡镇级的评估工作。通过开展相关工作，掌握了工作区的土地地球化学质量等级，为土地资源管理、规划利用等工作提供了数据资料支撑。

2.1 上海市土地质量地球化学评估

上海市的土地质量地球化学评估工作属于国家—省级评估，工作比例尺为1:250000，是利用上海市多目标区域地球化学调查工作的数据资料，开展评估工作。

评估单元是样品的采样调查单元，为4km2网格。按照国家—省级土地质量地球化学评估的指标评价以及筛选方法，确定了评估指标；利用层次分析法，进行了指标权重赋值，具体见表5。

按照《技术要求》中的相关方法，进行了全市土地质量地球化学评估。评估结果显示，全市土地质量总体优良，其中优质土壤占1.72%、优良土壤占85.79%、良好占11.55%、中等占0.94%，没有差等土壤（图2）。

表5 上海市土地质量地球化学评估指标及权重Table 5 The land quality geochemical evaluation indicators and weights of Shanghai city

2.2 典型县区（金山区）土地质量地球化学评估

金山区位于东经1 2 0°0 0'～1 2 1°2 5'，北纬30°40'～30°58'，地处上海西南，杭州湾北岸，处在沪、杭、甬及舟山群岛经济区域中心，是长三角联动发展的重要区域。全区东西跨度44km、南北跨度26km，总面积611.55km2，其中农用地约366km2，土壤类型主要为水稻土与滨海盐土。

图 2 上海市土地质量地球化学评估结果Fig.2 The result of soil quality geochemical assessment in Shanghai city

金山区土地质量地球化学评估属于市—县级评估，工作比例尺为1:50000，按照4个点/km2的采样密度进行了野外调查和室内样品的分析测试工作。调查样点主要分布在农用地地区，评估单元为1km2的调查采样网格。按照市—县级土地质量评估的指标评价以及筛选方法，确定了评估指标；利用层次分析法，进行了指标权重赋值（表6）。

表6 金山区土地质量地球化学评估指标及权重赋值Table 6 The land quality geochemical evaluation indicators and weights of Jinshan county

按照《技术要求》，进行金山区土地质量地球化学评估。全区土地质量地球化学等级主要以优良和中等为主，分别占67.86%、31.02%，其它质量等级的土地所占比例很少，其中还出现了4.75km2的差等土地，占评估区面积1.12%（图3）。

图 3 金山区土地质量地球化学评估结果Fig.3 The result of soil quality geochemical assessment in Jinshan county

3 正在开展的乡镇级土地质量地球化学评估

目前上海正在开展的乡镇级土地质量地球化学评估工作区为金山区廊下镇。该镇农业用地比重高，生产类型丰富，农用地面积约36.6km2。

开展大比例尺的乡镇级土地质量评估工作，主要是结合地方实际需求，为土地资源管理利用、生态环境保护等工作提供依据。

将土地调查图斑进行适当合并，形成调查单元，每个调查单元至少有一个样点，评估单元同调查单元。调查单元划分工作中，主要包括以下几个方面：

3.1 调查单元划分的因素

调查单元是开展土地质量地球化学评估的基础，也是土地质量的评估单元，划分并确定调查单元是土地质量地球化学评估的关键技术之一。乡镇级的土地质量调查单元划分，用土地二次调查图斑作为基本单元。主要基于两方面考虑：

（1）土地质量评价成果与农用地分等成果对接。上海在2012年已经完成了农用地分等更新工作，新的农用地分等工作是按照二次调查图斑作为评估单元，划分农用地等别。

（2）该镇开展农用地等别更新的图斑大约有5000多个，土地质量地球化学调查工作无法在每个图斑上进行样品调查评估。为了能够与农用地分等工作实现无缝对接，应用于土地资源管护工作中，土地质量调查工作在充分考虑地形地貌、地质环境条件、土壤类型以及农用地等别的基础上，将5000多个二调图斑进行适当的合并，形成调查单元，也即土地评估单元。

3.2 调查单元划分原则

调查单元的划分，主要遵循以下原则：

（1）综合考虑农用地等别、土壤类型、土地利用类型、土壤元素地球化学特征、土地质量地球化学评估结果等因素；

（2）在土地二调图斑基础上，以土地利用现状差异和河流、公路为界，淡化权属，适当合并图斑；

（3）将图斑与农用地等别相结合，充分考虑农用地等别的空间分布；

（4）综合考虑各种因素的基础上，对于以往小比例尺土地评估结果中，工作区范围内土壤质量等较差的区域适当加密划分调查单元；环境质量较好、土地利用类型单一、种植作物单一的大片农田，可以适当放稀划分调查单元；

（5）结合金山区的镇级土地利用总体规划（2010～2020年），在土地整治规划区内，根据土壤环境质量状况和整治目标，适当加密划分调查单元。

目前廊下镇的土地评估工作只进行了野外采样工作，相关成果将在后续文章中进行阐述。

4 不同比例尺土地质量地球化学评估工作浅析

目前，土地质量地球化学评估工作处于初步阶段，各个地区开展的相关工作还属于试点，评估的方法体系也在不断的修订完善中。结合上海地区已经开展的相关工作，对不同比例尺所对应的方法体系中的部分工作进行探讨分析。

4.1 评估单元

评估单元均为调查单元。小比例尺（1:250000、1:50000）的评估工作主要为区域上宏观了解和掌握土地质量地球化学等别，评估单元为采样的公里网格；大比例尺（1:10000以及更大）的评估工作主要服务于土地资源管理、保护、利用等工作。因此，评估单元是综合各种因素，划分形成的图斑，即调查单元。

4.2 评估指标

小比例尺的评估工作，是进行区域上整体情况的了解和掌握，因此评估指标应具有区域可比性，一般主要就土壤重金属元素、氮、磷、钾等肥力指标进行评估；而大比例尺的评估工作，主要服务于地方土地资源管理工作，因此在评估指标的选择上，除了重金属元素、氮、磷、钾等肥力指标外，还应该根据地方的具体情况，选择特色指标，比如对人体健康有利的氟、硒、碘等元素，以及金属元素的形态，或者养分元素的有效态等，进行比较详细的评估。

4.3 评估标准

根据评估目的，不同工作比例尺土地评估的标准稍有差异。小比例尺的土地评估工作是为了区域上的对比，因此选择国家、行业等标准；大比例尺的土地评估工作主要是服务于地方土地资源管理，因此，评估标准可选国家、行业等标准，也可以根据地方标准进行评估。

4.4 评估结果

根据已经完成的上海全市和典型县区的土地质量地球化学评估工作，不同的工作比例尺，其评估结果有所差异。主要是因为不同比例尺的评估工作，对应的评估目的、评估指标、评估标准、指标权重以及采样精度有所差异。因此，同一级别的评价结果可比，不同级别的评价结果不可比。

5 结论与建议

5.1 结论

（1）土地质量地球化学评估工作是结合土壤环境质量以及肥力等因素，对土地进行的综合质量评估，能够比较全面地反映土地质量等别，为土地资源管理以及合理利用提供资料信息。

（2）不同工作比例尺的土地质量地球化学评估目的不同，评估的方法体系有所差异，评价结果不可比。评估工作根据实际情况确定工作比例尺、评估单元、评估指标以及评估标准等，才能体现土地质量评估的意义，更好地服务于土地资源利用和管理工作。

5.2 建议

（1）不断完善评估的方法体系，尤其是大比例尺的评估工作中，需要根据实际情况选择评估指标，能够更好地服务于地方经济建设和发展。

（2）目前开展的土地质量评估工作，主要以农用地为主，但随着土壤污染问题的逐渐凸显，人体健康的不断需求，土地质量评估工作需要逐渐扩大工作对象，增加对建设用地的评估[14]，方法体系也需要更新完善。

（3）土地质量地球化学评估工作的最终目的是服务于土地资源的管理和利用，实现土地资源的可持续发展[15]，因此需要加强土地评估工作的应用研究。

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Analysis of the contrasts in geochemical methods used to assess land quality among different land use classes (province, county, and town) in a typical region

WEN Xiao-Hua1,2
(1. Shanghai Center for Intendance and Testing of Resources and Environment, Ministry of Land and Resources of China, Shanghai 200072, China; 2. Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China)

Land quality is the starting point for all land management, agricultural development, and environmental protection activities. Land quality assessment requires basic geological survey work to facilitate modern agricultural development, as well as ecological and environmental protection. Based on the extent of the existing work in Shanghai, classified introducing the city, the typical county land quality assessment. By considering the ongoing work of township-level land quality assessment, the paper analyzes the similarities and differences among evaluation units, evaluation indicators, and evaluation standards at the different working scales of geochemical assessment, and lays the foundation for further related work.

land quality; geochemistry; ecological environment; land resources

X142; P595

A

2095-1329(2013)04-0071-06

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.04.016

2013-09-03

2013-10-16

温晓华(1980-),女,硕士,工程师,主要从事环境地球化学工作.

电子邮箱：xhwen1980@163.com

联系电话：021-56613081

中国地质调查局地质调查项目“上海市典型土地质量地球化学评价示范项目”(12120113001900)