广东省典型红壤区表土剥离适宜性评价

曹伏龙 冯楚君 郑武平 梁雪映 袁宇志 郭颖 郭治兴

［关键词］ 表土剥离；物元模型；红壤区；广东省

［摘 要］ 表层高肥力土壤是耕地资源的“精华”。表土剥离是应对耕地面积锐减、保持土壤质量、减少土壤资源流失的有效手段之一。基于层次分析法，结合广东省实际情况和国家、省级相关标准规范，构建了包括3个准则层和11个指标层的广东省表土剥离适宜性评价指标体系，计算各指标权重；基于物元模型开展了广东省典型红壤区农林业用地的表土剥离适宜性评价，并将评价结果划分为高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜4个等级。结果表明：①表土剥离高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜区面积分别占广东省典型红壤区农林业用地的32.49%、49.24%、16.24%、2.03%，表土剥离对于广东省生态环境保护和水土流失防治十分重要；②表土剥离不适宜区主要分布在乐昌市和连州市境内的河谷和山间盆地、云浮市的云浮丘陵、河源市与汕尾市交界的山间丘陵等区域，主要原因是矿山开采等人类活动导致区域土壤重金属元素含量超标。

［中图分类号］ S151.9  [文献标识码] A  DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.01.016

我国土地资源紧缺，随着近年来经济快速发展和城镇扩张，开发建设导致大量表土被占用，且因未采取有效保护和利用措施而被浪费。全国平均每年搬动和运转土石方量达382亿t，大量表土被直接抛弃或掩埋。表土剥离是指在施工前将适合耕种的表层土壤剥离出来，用于原地或异地土地复垦、土壤改良、造地以及其他用途，包括表土剥离、储存、回覆等环节[1-3]。表层的高肥力土壤是耕地资源的“精华”[4]，做好施工前的表土剥离工作，在保持耕地占补平衡、退化土壤恢复和重建、水土流失防治等工作中，对保护耕地质量和数量、实现资源节约型社会具有重要的现实意义。

我国关于表土剥离的相关研究大多集中在技术体系层面[5-6]，主要是表土剥离技术、表土剥离工程模式[7]、土地适宜性评价［8-10］等，如胡振琪[11]基于土壤学理论，提出“分层剥离、交错回填”的表土剥离方法。基于模型模拟的表土剥离适宜性评价方面的研究目前较少。模糊综合法、极限条件法、指数和法、人工神经网络法等模型均可应用在适宜性评价中，但存在人为因素干扰、界限值难确定等问题[12]。物元模型主要用于解决多个不确定、相互关系模糊的要素之间的问题[13-14]，在多因子关系研究中得到了广泛应用[15-16]。本研究中引入物元模型，可以客观剖析表土剥离适宜性各影响因素之间模糊的权衡关系和隶属性，是表土剥离适宜性评价的积极尝试。

广东省经济发展迅速、开发建设强度大、人为扰动强烈，在我国具有鲜明的代表性。广东省土壤类型以红壤、赤红壤、水稻土为主，选取广东省红壤、赤红壤和部分红壤区内的水稻土分布区域组成广东省典型红壤区（见图1），基于物元模型并结合广东省农林业用地情况和国家、廣东省相关标准规范划分广东省典型红壤区农林业用地的表土剥离适宜性等级，识别出必要开展和不适宜开展表土剥离工作的区域，对于广东省表土剥离工作开展和生产建设活动具有指导作用，亦可保护广东省珍贵的耕地资源，保持耕地占补平衡，提高水土流失防治效果，推动可持续发展。

1 研究区概况

广东省地处我国大陆最南端，位于北纬20°09′～25°31′、东经109°45′～117°20′，陆地面积17.98万km2。广东省典型红壤区地貌类型复杂多样，以丘陵为主，还有山地、台地和平原等；属亚热带季风气候区，光、热和水资源较丰富，且雨热同期，年均降水量1 789.3 mm，降水主要集中在4—9月，年均气温21.8 ℃。

广东省走在改革开放前沿，国民生产总值和人口持续增加，城市用地急剧扩张，人口密度达到640人/km2。根据《广东省第三次全国国土调查主要数据公报》，广东省人均耕地面积已低于联合国粮农组织划定的人均耕地面积警戒线0.8亩（约0.053 hm2），耕地资源日益紧张，人地矛盾非常突出。

2 研究方法

2.1 表土剥离适宜性评价指标体系

表土剥离适宜性由土壤的自然属性（如土壤肥力、再利用价值等）以及表土剥离成本和条件等社会属性所决定[17-18]，评价指标的构建方法包括经验法、比较法、层次分析法等[19]。本研究基于层次分析法，以《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012）、《广东省农用地分等定级估价研究》和相关评价因子选取方法等为基础，结合广东省自然环境条件和社会经济条件，构建了包括自然属性、经济因素、社会因素3个准则层，有机质含量、土层厚度、土壤质地、坡度、Cd含量、Pb含量、Hg含量、As含量、距道路距离、人均GDP、人口密度共11项指标的广东省表土剥离适宜性评价指标体系，这些指标对表土剥离适宜性评价影响显著，且数据较稳定，容易获取，评价指标体系及其数据来源见表1。

基于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）、《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600—2018）等相关标准，结合相关专家的意见，将广东省表土剥离适宜性分为高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜4个等级，并确定各等级的分级标准，见表2。

2.2 指标权重确定

本研究基于Super Decision分析软件，构建超矩阵以自动化获取指标权重，其核心是网络层次分析法（Analytic Network Process），软件的实质是用于解决内部组织间的依赖性和反馈效应的多准则模型，可借助于某一个因素作为准测，通过两两比较获得排序向量，形成矩阵列，进而拟合构建超矩阵来计算出指标权重[20]。为使指标权重更加符合广东省的实际情况，特邀请5位土壤领域的专家对通过Super Decision分析软件得到的指标权重进行评判和修正，最终形成广东省表土剥离适宜性评价指标权重，见表3。

2.3 适宜性评价

鉴于表土剥离适宜性评价方面还没有明确的评价模型及标准，本研究结合土地复垦适宜性评价经验，引入物元模型，根据事物关于特征的集合程度来解决等级归属问题[21]。物元模型将各个指标以数量的形式参与模型运算，基于经典域、节域和待判物元，计算某影响因子关于某个适宜性等级的关联函数，即单因子在某适宜性等级的隶属度，并作为判断评价单元适宜性的依据。

3 结果与讨论

对广东省典型红壤区的7.88万km2农林业用地进行表土剥离适宜性评价，各适宜性等级的空间分布情况见图2。高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜等级区面积分别为2.56、3.88、1.28、0.16万km2，分别占广东省典型红壤区农林业用地的32.49%、49.24%、16.24%、2.03%。高度适宜和中度适宜面积占广东省典型红壤区农林业用地的81.73%，由此可见表土剥离对于广东省生态环境保护和水土流失防治十分重要。

1）广东省表土剥离高度适宜区主要分布在广东省东部

图2 广东省表土剥离适宜性各等级空间分布情况山区、内陆河谷平原和耕作区等，如粤东丘陵区、南雄盆地、罗浮丘陵、肇庆丘陵和湛江平原等区域，表土剥离高度适宜区土壤有机质含量较高，有效土层厚，该区域的表土剥离工作十分必要。

2）广东省表土剥离中度适宜区主要分布在内陆山区、坡度较小的山麓和平原，土壤有机质含量较高。相对于表土剥离高度适宜区，表土剥离中度适宜区受人类活动的影响较小，土壤的持肥和供肥能力相对较强，但距离道路较远，表土剥离成本较高。

3）表土剥离勉强适宜区主要分布于经济欠发达、内陆坡度较大的有林地和有效土层较薄的区域。表土剥离勉強适宜区农业用地表层土壤肥力不高，但自身肥力基本满足农业活动需求，或搬运后经过一段时间的恢复可以恢复到原有的土壤肥力或基本满足复耕地区农业活动需求，受有机质含量、土层厚度、坡度、人均GDP等因素影响较大。在表土剥离勉强适宜区开展表土剥离工作具有一定的限制因素，建议有条件的地区实施。

4）表土剥离不适宜区指表土土壤肥力较低，（经过剥离和搬运后）无法满足农业活动需求，甚至会对周围土壤质量和肥力造成污染和破坏的区域。广东省表土剥离不适宜区主要分布于乐昌市和连州市境内的河谷和山间盆地、云浮市的云浮丘陵、河源市与汕尾市交界的山间丘陵等区域，受坡度、土壤重金属含量等因素影响较大。从广东省实际情况来看，该类区域由于土壤母质所携带的重金属元素含量较高，或矿山开采导致土壤重金属元素含量超标，因此土壤肥力和土壤质量整体偏低，再利用的可能性较小，不建议开展表土剥离工作。

5）从各市的统计结果来看，广东省表土剥离高度适宜区主要分布在梅州市、韶关市、河源市，面积分别为0.35、0.30、0.28万km2，占广东省表土剥离高度适宜区面积的13.67%、11.72%、10.94%；广东省表土剥离不适宜区主要分布在清远市（集中在连州市）、韶关市（集中在乐昌市）、惠州市，其面积分别为464.80、334.67、177.33 km2，占广东省表土剥离不适宜区面积的29.05%、20.92%、11.08%。

4 结束语

基于层次分析法，结合广东省实际情况和国家、省级相关标准规范，本研究构建了包括3个准则层和11个指标层、适用于广东省的表土剥离适宜性评价指标体系，并确定指标权重。指标体系除了考虑表土本身属性，还考虑了表土剥离工作开展的便利性、经济成本、技术水平和条件等，尤其是更多地考虑了社会区位条件，符合地方开展表土剥离工作需要考虑的实际，与之前的研究[22]相比更符合实际情况，具有更强的可操作性。与耕地、土地复垦方面的评价[23-24]相比，基于物元模型的广东省表土剥离适宜性评价可定量化剖析表土剥离适宜性各影响因子之间的关系，使得评价结果更加准确。通过广东省表土剥离适宜性评价，将广东省典型红壤区农林业用地划分为高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜4个等级，其中表土剥离高度适宜和中度适宜区面积共占广东省典型红壤区农林业用地的81.73%，可见表土剥离工作的开展对于广东省生态环境保护和水土流失防治十分重要。表土剥离不适宜区主要分布在乐昌市和连州市境内的河谷和山间盆地、云浮市的云浮丘陵、河源市与汕尾市交界的山间丘陵等区域，主要原因是矿山开采等人类活动导致区域性土壤重金属元素含量超标，区域表土不适宜剥离再利用，这一结论与之前的研究结果[25-26]具有一致性。广东省表土剥离适宜性评价的空间分布结果明确了广东省土壤资源保护的方向和重点区域，对后续广东省开展大规模表土剥离、耕地占补平衡、水土资源保护等相关工作具有参考意义。

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