基于土壤生態(tài)環(huán)境的縣域基本農(nóng)田保護區(qū)劃*——以浙江省嘉善縣為例

王加恩，蔡子華*，胡艷華，沈曉春，來 紅，徐錫虎，康占軍

(1.浙江省地質(zhì)調(diào)查院，杭州 311203;2.浙江省嘉善縣國土資源局，嘉善 314100;3.浙江嘉善縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟局，嘉善 314100)

基本農(nóng)田是按照一定時期人口、經(jīng)濟和社會發(fā)展對農(nóng)產(chǎn)品的需求，依據(jù)土地利用規(guī)劃確定的不得占用的耕地，主要用于糧油生產(chǎn)并實行特殊保護的耕地，其質(zhì)、量的變化將直接影響到糧食質(zhì)、量的波動，從而影響到糧食供給安全及糧食衛(wèi)生安全。

基本農(nóng)田保護區(qū)劃定以實現(xiàn)基本農(nóng)田的合理有效保護為根本目標。為了解決長期以來基本農(nóng)田劃分偏主觀、重數(shù)量、缺乏空間定位的問題，已有不少學者從基本農(nóng)田糧食生產(chǎn)數(shù)量安全角度進行了研究［1-5］，而從基本農(nóng)田糧食生產(chǎn)衛(wèi)生安全和品質(zhì)角度，即構成基本農(nóng)田質(zhì)量的土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量因素來劃定基本農(nóng)田的研究較少。

2008年浙江省嘉善縣開展了1∶5萬基本農(nóng)田質(zhì)量調(diào)查，進行了全縣表層土壤環(huán)境、養(yǎng)分及灌溉水水質(zhì)等調(diào)查，依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)對全縣土壤環(huán)境進行了綜合評價并分析了影響因素，利用綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力、土壤重金屬污染及累積程度、土壤酸化等評價結果，根據(jù)土壤生態(tài)質(zhì)量進行了基本農(nóng)田保護區(qū)劃。

1 材料與方法

嘉善縣基本農(nóng)田質(zhì)量調(diào)查以0.5km×0.5km網(wǎng)格為采樣單元，多點采集0～20cm表層 (耕作層)土壤組合成一件樣品進行分析。全縣共采集分析表層土壤樣品1 967件，元素全量為1點/0.25km2，有效態(tài)為1點/km2，元素有效態(tài)樣品處理、分析方法及檢出限見表1。土壤元素全量部分測試方法為:Cd采用離子體質(zhì)譜法 (ICP-MS)，Cu、Ni、Pb、Cr、Zn采用等離子體光譜法 (ICP-OES)，As、Hg、Se采用原子熒光光譜法 (AFS)，pH采用電位法，分析精度大多優(yōu)于5%。同時進行了分析質(zhì)量檢驗，檢測數(shù)據(jù)可靠。評價標準參照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準 (GB 15618-1995)、農(nóng)業(yè)部綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準(NY/T391-2000)等。同時全縣共采集54件灌溉水樣品，分析指標及評價要求按農(nóng)田灌溉水標準(GB5084-2005)進行。樣品委托國土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心測試。

2 評價結果

依據(jù)各介質(zhì)測試數(shù)據(jù)和評價標準，以土地利用現(xiàn)狀圖的圖斑為單位進行評價，進行了綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力評價、富硒土壤、灌溉水水質(zhì)等土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價。

2.1 綠色食品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量評價

按照農(nóng)業(yè)部綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準 (NY/T391-2000)，利用嘉善縣表層土壤樣品分析數(shù)據(jù)，選取該標準中涉及的六個重金屬指標 (包括As、Cd、Cu、Hg、Pb、Cr)的全量分析數(shù)據(jù)，首先對各單項指標進行評價，然后對六項單項指標采用一票否決法進行綜合評價，得出其綜合等別，并編制綜合評價圖。

嘉善縣達到綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量的耕地面積達210.62km2，占耕地總面積的75.71%，不適宜區(qū)面積為67.55km2，占耕地總面積的24.28%。不適宜區(qū)主要分布于城鎮(zhèn)周邊區(qū)域，如魏塘鎮(zhèn)、天凝鎮(zhèn)、西塘鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊，主要影響指標為Cd、Hg。

2.2 土壤肥力評價

土壤養(yǎng)分的豐缺是土壤肥力的核心內(nèi)容，是影響土地質(zhì)量的關鍵因素之一，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有長遠影響。2002～2008年間嘉善縣表層土壤有機質(zhì)、氮呈現(xiàn)增加趨勢［7］，隨著農(nóng)業(yè)部門土壤有機質(zhì)提升工程的實施，土壤中有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量將增加。在土壤肥力評價方面，以往主要針對大量營養(yǎng)元素，如有機質(zhì)、氮、磷、鉀等，對影響農(nóng)作物生長及品質(zhì)的重要中、微量元素關注不夠。本次評價綜合考慮土壤中大量、中量、微量元素的豐缺，揭示不同地區(qū)的土壤肥力質(zhì)量之間的差異。嘉善縣表層土壤肥力評價基于1點/km2的采樣網(wǎng)格中14種元素的有效態(tài)含量，即有機質(zhì) (有機碳×1.724換算)、速效鉀、有效磷、有效鈣、有效鎂、有效硫、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅、有效鉬、有效硼、有效硒、有效硅，依據(jù)養(yǎng)分分級標準，綜合考慮元素有效態(tài)的豐缺面積、空間變異、對農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的重要程度，選擇層次分析法與專家打分法相結合，對參評指標進行分層和權重確定，通過加法模型計算綜合指數(shù)并分級，對全縣土壤肥力綜合評定，來表征全縣農(nóng)田的肥力水平［8］。

嘉善縣耕地優(yōu)質(zhì)農(nóng)田面積為2.42km2，主要分布在姚莊;優(yōu)良農(nóng)田面積為59.64km2，分布于姚莊鎮(zhèn)西南部、洪溪鎮(zhèn)、干窯鎮(zhèn)中部、西塘鎮(zhèn)西部、惠民鎮(zhèn)東南部及楊廟鎮(zhèn)西部等地;良好農(nóng)田面積為176.57km2，主要分布在洪溪、楊廟、姚莊、惠民等鄉(xiāng)鎮(zhèn);中等農(nóng)田面積為77.82 km2，分布于魏塘東部及西南部、西塘西北部、丁柵、大云、惠民等地;差等農(nóng)田面積為1.36km2，主要分布在丁柵北部及魏塘郭家浜附近。全縣以良好級土地為主，約占農(nóng)田土壤總面積的55.56%。

2.3 富硒土壤評價

全縣域農(nóng)田耕層土壤樣中硒元素最大值2.73 mg/kg、最小值0.06 mg/kg、平均值0.34 mg/kg。依據(jù)劃分生態(tài)景觀硒中的表土總硒標準分級［9］，嘉善全硒含量＞0.4 mg/kg、面積大于10hm2的富硒土地面積達50.91km2，可耕地面積13.3hm2以上的區(qū)塊12塊，耕地總面積約2 823hm2。其中位于干窯至姚莊一線相連呈近東西向展布的區(qū)塊，總面積達36.35km2，實際擁有可耕地2 055hm2，該區(qū)采集的98件農(nóng)產(chǎn)品中，有35件達到標注富硒農(nóng)產(chǎn)品的標準。

2.4 土壤環(huán)境質(zhì)量評價

參照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準 (GB 15618-1995)首先進行單指標評價，其中:

土壤鎘環(huán)境質(zhì)量:一類土壤占66.86%，二類土壤占27.42%，三類土壤占5.36%，分布在干窯和洪溪，超三類土壤占0.26%，分布在西塘。

土壤汞環(huán)境質(zhì)量:一類土壤占7.98%，二類土壤占68.22%，三類土壤占23.74%，主要分布在魏塘西南、西塘、干窯，超三類土壤占0.05%，主要分布在西塘和魏塘西南。

根據(jù)對比研究，近二十年來嘉善縣土壤中重金屬累積和土壤酸化現(xiàn)象明顯［10］，對比2002年①浙江省地質(zhì)調(diào)查院，浙江省農(nóng)業(yè)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查項目，2005與2008年調(diào)查數(shù)據(jù)，嘉善縣土壤重金屬元素Hg、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn呈現(xiàn)增加。其中Cd增長最快，每年累積率為5.36%，6年中累積率達到32.2%;對本區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量影響較大。

土壤pH值在1990①浙江省物化勘查院、地質(zhì)礦產(chǎn)部地球物理地球化學勘查研究所，浙江省杭嘉湖平原區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境地球化學調(diào)查和研究 (研究報告)，1993～2008年總體下降了0.74，但不同時間段下降的速率是不一樣的，在1990～2002年間，下降量為 0.11，年變化率為 -0.03%，而在 2002～2008年間，下降量為 0.63，年變化率為 -0.13%。

利用2002年、2008年兩次對應點的土壤重金屬和pH分析數(shù)據(jù)，求取每個點的年變化率，依據(jù)變化率預測了全縣若干年后的土壤環(huán)境質(zhì)量。

形態(tài)分析表明:嘉善縣土壤鎘形態(tài)含量為離子交換態(tài)＞強有機態(tài)＞腐殖酸態(tài)＞殘渣態(tài)＞碳酸鹽態(tài)＞鐵錳氧化態(tài)＞水溶態(tài)，以離子交換態(tài)為主，占全量的39.27%。說明土壤中鎘具有較強的生物有效性。汞各形態(tài)含量為殘渣態(tài)＞腐殖酸態(tài)＞強有機態(tài)＞碳酸鹽態(tài)＞水溶態(tài)＞鐵錳氧化態(tài)＞離子交換態(tài)，殘渣態(tài)占全量的60.5%。殘渣態(tài)主要為礦物晶格態(tài)方式，一般認為殘渣態(tài)重金屬元素很難進入生物系統(tǒng)。據(jù)馬生明等研究，土壤的Hg通過與S反應，多以辰砂礦物的形式存在［11］。易進入作物的離子交換態(tài)和水溶態(tài)的比例較小，在一定程度上能說明，雖然嘉善表層的汞全量較高，但不易在作物中累積的現(xiàn)象。

2.5 灌溉水水質(zhì)評價

灌溉水水質(zhì)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、作物生長、農(nóng)產(chǎn)品的安全具有影響，嘉善縣位于水網(wǎng)平原區(qū)，地勢低平，水域面積大。將嘉善縣54件水樣按照地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB3838-2002綜合評價其水質(zhì)，結果見表2。總體為北部水質(zhì)優(yōu)于南部水質(zhì)。按照農(nóng)田灌溉水質(zhì)GB5084-2005標準進行農(nóng)田灌溉水質(zhì)評價，除5個點Hg超標外，其余樣點符合灌溉水質(zhì)要求。

表1 嘉善縣地表水水質(zhì)類別分布表

3 基本農(nóng)田保護區(qū)劃定

基本農(nóng)田保護區(qū)的劃定是基本農(nóng)田保護的重要基礎，以耕地生態(tài)質(zhì)量為基礎，從保障糧食安全、保護土地生態(tài)環(huán)境角度，將優(yōu)質(zhì)農(nóng)用地劃入基本農(nóng)田，根據(jù)《關于下達全省各市、縣 (市、區(qū))新一輪土地利用總體規(guī)劃主要控制指標的通知》(浙政審 ［2009］12號)文件，嘉善縣規(guī)劃目標年2020年的基本農(nóng)田約束性指標為25 860hm2)。綜合考慮各種因素，力求全面合理劃定基本農(nóng)田保護區(qū)，確保基本農(nóng)田的數(shù)量和質(zhì)量。

以嘉善縣基本農(nóng)田約束性指標數(shù)量為目標，通過對嘉善縣綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量、土壤肥力、富硒資源、土壤質(zhì)量退化程度、農(nóng)用地利用等別、灌溉水質(zhì)量等因素進行綜合分析，對基本農(nóng)田進行空間布局和定位。

嘉善的綠色食品適宜耕地面積達21 062hm2，占總耕地的75.71%，為基本農(nóng)田保護目標25 860hm2的81.45%，從農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量上來說，縣域內(nèi)基本農(nóng)田符合綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準比例偏低，基本農(nóng)田的土壤環(huán)境修復和保護壓力較大。

通過對土地肥力的評價，可以評價全縣內(nèi)各個單元地塊肥力優(yōu)劣，基本農(nóng)田應優(yōu)先選擇肥力等級高的田塊。

富硒土地作為一種特色的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源，需要優(yōu)先保護。

土壤質(zhì)量退化主要表現(xiàn)在表層土壤酸化及重金屬累積上，受人為因素影響，具有較強的區(qū)域性，土壤退化因素可作為劃定基本農(nóng)田的參考因素，在其他條件類似時應選擇退化較輕的地區(qū)。

灌溉水水質(zhì)受季節(jié)影響較大，全縣水質(zhì)基本符合要求，在基本農(nóng)田劃定中作為參考因素考慮。水質(zhì)較好的區(qū)域優(yōu)先保護。

農(nóng)用地利用等別高低反映了基本農(nóng)田的糧食有效供給安全程度，區(qū)塊內(nèi)具較好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，生產(chǎn)效率較高，畝產(chǎn)較高的田塊應優(yōu)先保護。

綜上所述，基本農(nóng)田空間布局時應優(yōu)先考慮以下地區(qū):

1)符合綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準區(qū);

2)非綠色產(chǎn)地區(qū)選擇重金屬污染較輕區(qū)，依據(jù)嘉善縣土壤污染元素的形態(tài)活性和農(nóng)作物的影響程度可分為:⑴鎘 (Cd)污染較輕區(qū);⑵汞 (Hg)污染較輕區(qū)。

3)肥力較高區(qū);

4)土地富硒區(qū);

5)農(nóng)用地利用等別高的農(nóng)田區(qū)。

根據(jù)以上原則，利用評價分級資料，運用GIS屬性庫工具，在土地利用現(xiàn)狀圖的圖斑添加以上參數(shù)屬性，利用基本農(nóng)田指標參數(shù)分級表 (表3)確定圖斑中農(nóng)田的分級，綜合灌溉水水質(zhì)、土壤酸化及重金屬累積、土地利用總體規(guī)劃、農(nóng)用地空間布局、土壤物理性狀等因素，進行修整，最終確定出基本農(nóng)田區(qū)和一般農(nóng)田區(qū)，并對其數(shù)量、分布等情況進行統(tǒng)計，得到嘉善縣的基本農(nóng)田保護區(qū)空間布局圖 (圖1)。

表2 嘉善縣基本農(nóng)田空間布局指標分類表

布局結果是嘉善縣的25 860hm2基本農(nóng)田，主要分布在土壤肥力較高、富硒、環(huán)境質(zhì)量優(yōu)、畝產(chǎn)高的優(yōu)質(zhì)農(nóng)用土地。而一般農(nóng)田區(qū)主要分布在城鎮(zhèn)周邊受一定污染或肥力較差的地塊。

一級基本農(nóng)田保護區(qū)主要分布該縣中部地區(qū)，面積約10 015hm2，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)為姚莊、干窯、楊廟、洪溪、天凝、丁柵。保護區(qū)內(nèi)主要特點是:農(nóng)業(yè)基礎設施良好，土壤環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良，農(nóng)田灌溉水水質(zhì)良好，土壤中有機質(zhì)豐富、富硒、富鋅，畝產(chǎn)量高。二級基本農(nóng)田保護區(qū)主要分布縣域北部和南部，面積約15 880hm2，涉及陶莊、西塘、丁柵、魏塘、大云、惠民等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。保護區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)基礎設施較好，土壤環(huán)境質(zhì)量較好，農(nóng)田灌溉水水質(zhì)較好，畝產(chǎn)較高。

一般農(nóng)田區(qū)主要分布在村鎮(zhèn)周圍，面積約1 920hm2，田塊表層土壤中重金屬Cd、Hg等含量較高，農(nóng)田灌溉水水質(zhì)一般，且部分田塊分布較分散、零星，農(nóng)業(yè)基礎設施差，畝產(chǎn)量一般，局部田塊不宜種植糧油類作物。

圖1 嘉善縣基本農(nóng)田空間布局圖

1 楊樹佳，鄭新奇，杜軍，等.基于土地適宜性評價的基本農(nóng)田布局方法研究，山東師范大學學報(自然科學版)，2007，22(1):99～102

2 孔祥斌，靳京，劉怡，等.基于農(nóng)用地利用等別的基本農(nóng)田保護區(qū)劃定，農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24(10):46～51

3 鄭新奇，楊樹佳，象偉寧，等.基于農(nóng)用地分等的基本農(nóng)田保護空間規(guī)劃方法研究，農(nóng)業(yè)工程學報，2007，23(1):66～72

4 劉燕.基本農(nóng)田保護區(qū)劃定若干問題初探，經(jīng)濟地理，1994，14(4):81～84

5 鄧紅蒂.有關基本農(nóng)田保護的幾點思考，中國土地科學，1997，11(2):12～14

6 孫朝陽，賀穎婷，王雯妮.端視電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中有效鉬，巖礦測試，2010，29(3):267～270

7 王加恩，鄭潔，康占軍，等.浙北典型稻作區(qū)近三十年表層土壤碳氮含量變化，生態(tài)環(huán)境學報，2010，15(5):1191～1196

8 康占軍，王加恩.浙北稻作區(qū)縣域農(nóng)田肥力綜合評價，廣東農(nóng)業(yè)科學，2010，10:185～188

9 譚見安.中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集，北京，科學出版社，1989

10 王加恩，康占軍，潘衛(wèi)豐，等.浙北嘉善縣1990～2008年土壤重金屬元素及酸堿度變化和趨勢預測，地質(zhì)科技情報，2010，29(1):92～96

11 馬生明，朱立新，王之峰.城鎮(zhèn)區(qū)土壤中Hg環(huán)境地球化學異常查證及評價新思路，地質(zhì)與勘探，2004，40(3):82～85