基于耕地综合质量的新增建设用地布局优化

刘霈珈，吴克宁，高 硕

(1.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083;2.国土资源部 土地整治重点实验室，北京 100035)

耕地是人类赖以生存的基本资源和条件，其生态质量评价与数量管护是关乎我国粮食安全和经济社会稳定的全局性战略问题。开展土地综合质量评价，探讨优质耕地利用方式，对实现土地资源的可持续利用具有重要意义。目前，国内关于土地质量研究的重要成果有国土资源部土地整理中心组织开展的农用地分等成果和中国地质调查局组织开展的土地质量地球化学评估成果［1－2］。农用地分等是对农用地质量进行全面掌握和科学量化的土地资源调查与评价的重要工作［3］;土地质量地球化学评估是一项以多目标区域地球化学调查为基础，以生态地球化学相关理论为指导，依据元素地球化学循环原理，对土壤有益、有害元素以及有机污染物含量水平等地球化学因素，及其对土地基本功能的影响程度进行科学量化，以土地质量评价为目的的一项综合评价工程［4－5］。其中，农用地分等是从宏观角度评价了自然属性、利用状况和社会经济投入对其质量的重要影响，土地质量地球化学评估从微观角度评价了土壤元素对其质量的重要影响。

目前，国内学者关于农用地分等成果在土地利用规划［6］、基本农田调整与划定［7－8］等方面，土地质量地球化学评估成果在土壤环境污染程度评定［9］、生态风险评估［10］等方面的应用进行了诸多研究。杨忠芳［11］、余涛［12－13］等将全国多目标地球化学实测数据与农业管理等宏观人为措施相结合探讨了土地质量的影响因素及其影响程度。吴克宁［14］、赵颖丽［15］、高丽丽［16］等深入探讨了农用地分等与地化评估的整合方案。桑玲玲等［17］从地球化学评估角度进行了土地绿色产能评价。本文以河南温县为例，选用GIS叠加分析法有效整合了农用地分等与土地质量地球化学评估后对研究区耕地进行了综合质量评价。同时结合当地名特优农产品喜嗜典型元素含量及空间分布情况，探讨了评价结果在新增建设用地布局优化中的应用，为土地资源的合理利用提供了科学依据。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

温县位于河南省西北部黄河北岸、焦作市之南。东邻武陟县，西邻孟州，南滨黄河与荥阳市、巩义市隔河相望，西北与沁阳市接壤，东北隔沁河与博爱县交界。地处 112°51'～113°13'E，34°52'～35°02'N。温县辖7个镇、3个乡、共有262个行政村。县境东西长32.5 km，南北宽24 km，面积473.89 km2，人口44.64万，人口密度942人/km2，是一个人多地少、人口稠密的平原农业旅游县。根据《河南省农用地分等研究:河南省耕地质量报告》可知，温县“吨粮田”自然等主要为11～14等;利用等主要为9～13等;经济等主要为7～9等。根据《河南省典型市县(温县)土地质量地球化学评估报告》可知，温县“吨粮田”肥力质量中等，环境质量中下等，地化综合质量中等，其中优良(Ⅱ等)、良好(Ⅲ等)、中等(Ⅳ等)、差等(Ⅴ等)的土地面积分别占总面积的 63.37%、5.16%、16.71%、14.76%;差等土地集中分布在祥云镇、岳村乡、温泉镇的南部。

1.2 研究方法

本文选用物理叠加整合法，依托ArcGIS空间分析平台，在农用地分等评价单元上选择最能反映其实际利用状况的利用等别为基础，叠加上土地质量地球化学评估成果中的肥力、环境和地化综合质量相关信息进行耕地综合质量评价，分为肥力综合质量、环境综合质量、地化综合质量3个方面(表1)。方法的根本目的是要在掌握农用地的实际生产能力和农田保护目标的同时突出对其土壤肥力、生态环境污染状况的特别关注。

建设占用对土地造成的是不可或不易逆转的破坏，进而导致土壤生产功能的丧失。因此在建设用地布局优化时不仅强调考虑建设用地对水文、地质等的特殊要求，还强调考虑占用耕地的综合质量和区域名特优农产品喜嗜典型元素的富集分布程度，避免造成优质土地资源的浪费。具体调出步骤为首先根据耕地综合质量评价成果，挑选出建设占用耕地中利用等别高、肥力质量好、环境质量优、地化综合质量优的耕地。按照级别高低，从中确定调出当地名特优农产品喜嗜典型元素含量高的耕地。具体调入步骤为从一般农地中挑选出土地环境质量差即不适宜农耕的(如受污染)、名特优农产品喜嗜典型元素污染或相对缺乏的农用地优先转为建设用地(图1)。

图1 新增建设用地布局优化程序图Fig.1 Procedure of allocation optimization of incremental construction land

表1 耕地综合质量评价Tab.1 Evaluation of cultivated land comprehensive quality

1.3 数据来源

数据源包括:1)2010年1∶5万土地质量地球化学评估成果，各项指标值和权重，主要用于评估土地生态地球化学状况和质量水平;2)2005年完成的国家等转换之前的省级农用地分等成果，主要用于确定各项指标值和权重;3)土地利用总体规划(2006—2020年)资料，用于确定各乡镇、村的发展定位，确定新增建设用地规模;4)地方志、土壤志、第二次土地利用现状调查数据，主要用于与农用地分等成果的衔接与修正、研究底图的更新;5)调研数据，通过调查得到各乡镇村农业经济报表数据，农田基础设施条件、外部水源保证率等资料，用于调整新增建设用地规模。

2 实证分析

2.1 耕地综合质量评价

利用ArcGIS空间分析平台，将土地肥力质量、环境健康质量、地球化学综合质量与利用等进行物理叠加分析:土地肥力综合质量较高，从北向南由利用等13等肥力Ⅰ等到利用等9等肥力Ⅲ等逐渐降低。土地肥力综合质量较好的农用地主要分布在番田镇、黄庄镇、北冷镇，土地肥力综合质量较差的农用地主要分布在北部的武德镇和南部各镇(图2a，表2)。土地环境健康综合质量不高，从北向南由利用等13等环境Ⅱ等到利用等9等环境Ⅲ等逐渐降低。中部地区的农用地环境综合质量较差，南部地区的农用地环境综合质量最差(图2b，表3)。土地地化综合质量中等，且等别分布均匀。从北向南由利用等13等地化综合质量Ⅱ等到利用等9等地化综合质量Ⅴ等逐渐降低。地化综合质量Ⅲ等和Ⅳ等的耕地主要分布在中北部地区，Ⅴ等的耕地零星分布在南部地区(图2c，表4)。

表2 温县土地肥力综合质量评价表Tab.2 Land fertility comprehensive quality assessment of Wen County

表3 温县土地环境综合质量评价Tab.3 Land environmental comprehensive quality assessment of Wen County

表4 温县土地综合质量评价表Tab.4 Land comprehensive quality assessment of Wen County

图2 土地综合质量评价图Fig.2 The map of land comprehensive quality assessment

2.2 布局优化分析

本文具体以温县新一轮土地利用总体规划中产业集聚区周边91.84 hm2新增建设用地为例。通过对该片建设占用耕地的综合质量评价表明:利用等较高，其中74.76%为11等地，25.24%为12等地;肥力综合质量良好，其中21.55%为2等地，70.29%为3等地;环境质量正常，其中23.46%为2等地，76.54为3等地;地化综合质量大部分比较差，其中14.95%为2等地，8.52%为4等地，76.54%的5等地。

单就利用等别来看，较高的12等耕地应避免规划占用;单就肥力综合质量来看，肥力适量(Ⅱ等)的耕地应避免规划占用;单就环境综合质量来看，环境正常(Ⅱ等)的耕地应避免规划占用;单就地化综合质量来看，地化综合优良(Ⅱ等)的耕地应避免规划占用。然而该区耕地中所含大量必需元素N、P，重金属元素Pb的富集程度与利用等、肥力、环境、地化综合质量对当地特色四大怀药农业生产和品质同等重要［18－20］，并且在进行布局调整时还应充分考虑新增建设用地对水文、地质等的特殊要求，例如该区生产堤以南至黄河北岸的土地为纯沙地，质地较差，因常年汛期洪水泛滥，不宜布局新增建设用地。

因此综合考虑用地周围的耕地质量状况，本着“占劣不占优”、“小调不大动”、“保持原规划的空间连续性”等的原则，最终确定用地布局优化方案为:调整占用利用等11、12等的耕地布局，调入13.73 hm2的利用等11等、肥力缺乏(Ⅲ等)、环境污染(Ⅲ等)、地化综合质量差等(Ⅴ等)、N富集程度5级、P富集程度4级、Pb富集程度1级的耕地(见图3a、3b、3c)。

2.3 布局方案对比

优化规划布局后新增建设用地虽面积不变，但调入与调出部分占地耕地质量及其面积变化明显:利用等12等耕地减少12.13 hm2、利用等11等耕地减少1.6 hm2，肥力中等(Ⅱ等)、环境正常(Ⅱ等)、地化综合质量优良(Ⅱ等)耕地减少13.73 hm2。N元素2－4级高富集区、P元素1－3级高富集区面积减少13.73 hm2、重金属Pb元素1级高富集区面积增加13.73 hm2(见表5、6)。布局优化后不仅有效保护了高利用等、肥力、环境、地化综合质量相对良好、当地名特优喜嗜典型元素N与P富集程度相对高的耕地资源，提高了用地效率和保证了耕地生产能力，还有利于当地发展特色农业、效益农业。

表5 优化前后占用耕地综合质量对比Tab.5 Comparison on comprehensive quality of cultivated land before and after optimizing of allocation in Wen County

表6 优化前后占用耕地典型元素富集区面积对比Tab.6 Comparison on typical elements enrichment areas of cultivated land before and after optimizing of allocation in Wen County

图3 优化前后新增建设占用耕地综合质量对比图Fig.3 Comparison on comprehensive quality of cultivated land before and after optimizing of allocation

3 结论与讨论

基于农用地分等与土地质量地球化学评估成果的新增建设用地布局优化方案，不仅能反映出建设占用耕地的宏观利用状况，还从微观角度突出了对其生态环境质量的关注。在新一轮土地利用总体规划修编过程中具有一定的借鉴意义。(1)一个单元双重属性。物理叠加整合成果中一个分等单元既在宏观上独立反映出农用地整体质量的高低，又从微观元素层面突显土壤肥力、环境质量状况。既能凸显融合2项成果后单元综合质量的限制性因素，又促进了土地利用空间布局，给耕地保护工作提供科学依据，对今后改良、整治提高耕地质量都有一定的指导意义。(2)布局优化方案的科学合理性。以温县为实例，在耕地综合质量评价基础上选取有益于怀药生长发育的大量必需典型N、P元素，降低怀药品质的有害重金属Pb元素的富集程度作为讨论新增建设用地优化布局的重大因素来保证调整过程有理有据，调整结果有提高。布局优化后建设占用耕地利用等12等耕地减少12.13 hm2、肥力中等(Ⅱ等)、环境正常(Ⅱ等)、地化综合质量优良(Ⅱ等)耕地减少13.73 hm2。N元素2－4级高富集区、P元素1－3级高富集区面积减少13.73 hm2、重金属Pb元素1级高富集区面积增加13.73 hm2。

由于农用地分等与土地质量地球化学评估是采用不同的评价尺度与角度进行的，在成果整合更新某些评价指标时可能会使评价单元因分割而丢失部分属性，如何使得整合结果打破不同评价尺度界限，保持两项成果完整性、准确性将成为今后研究的重点。本文所提土地质量地球化学评估成果中的肥力缺乏、环境污染、地化综合质量差等指的是在一定研究区域内的相对质量，而非绝对质量。即在该区域范围内相对较差的土地质量(如环境污染)在全国范围内并不一定是绝对污染的。因此，今后还应深入探讨在全国范围内应用整合成果时的统一可比的描述方法。

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