河南省東北部農用地健康評價

于 斌，梁留科

（河南大學環境與規劃學院，河南開封475004）

隨著工業化、城鎮化發展，土地污染問題越來越來突出。污染物因極難被微生物降解、不易移動、不斷積累等特征對土地造成嚴重污染，并通過植物吸收進入食物鏈，給農產品質量安全帶來隱患，危害人類健康。農用地污染深刻影響著食品安全，關系著人類健康，因此農用地健康狀況受到廣泛關注。1941年Aldo Leopold首次提出土地健康（Land Health）概念，他提出健康的土地是指被人類占領而沒有使其功能受到破壞的狀況，把土地健康作為土地本身內部的自我更新能力，認為土地有機體健康應當與人們考慮個人有機體健康一樣[1]。20世紀80年代隨著人地矛盾日益突出，國際地圈－生物圈計劃（IGBP）和全球環境變化中的人文領域計劃（IHDP）提出“土地利用/土地覆蓋變化”研究的前沿和熱點問題[2]，生態系統健康成為國內外學者研究的主要領域，其中土地健康就是重點研究內容[3-11]。國內外學者對土地健康的研究主要是基于時間尺度和土地利用類型空間變化上的評價，對于土地本身的健康和直接作用于土地影響因素的健康評價較為鮮見；土地健康評價沒有形成統一標準規范，且與實踐結合案例的研究較少。本文在借鑒前人研究成果的基礎上[14-31]，對河南省東北部農用地采用傳統數學方法和現代方法相結合、定性與定量評價相結合的方法建立土地健康評價模型，并對土地健康狀況進行評價，為控制土地質量下降、防治土地污染、實現土地資源健康和可持續發展提供指導。

1 區域概況

研究區域位于河南省東北部，黃河下游冀、魯、豫三省交界處，北、東、南分別為與河北、山東兩省接壤，地處北緯 35°20′00″—36°12′23″，東經 114°52′0″—116°5′4″，東西長約 152 km，南北寬約 100 km。黃河、金堤河橫貫全境，金堤河系黃河北側支流，源于新鄉縣司張排水溝，自安陽市滑縣入濮陽境，經濮陽縣、范縣、臺前3縣，于臺前縣吳壩鄉張莊村北匯入黃河，將全區自然分割為黃河灘地和背河洼地兩大部分，形成“三堤兩河一灘”的地貌特征，是中國第三階梯的中后部分，屬黃河沖積平原，地形呈西南－東北自然傾斜，海拔均在48—58 m之間。氣候受東南季風環流控制，屬暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候。本文選擇黃河與金堤河兩河之間的濮陽縣、范縣、臺前縣三個縣域作為研究區域。該區域具有完整的生態系統，區域內地勢平坦，土層深厚，墾殖率高，絕大部分已開辟為農田。

2 資料來源和方法

本研究資料來源于2010—2011年對研究區域進行為期兩年的全面觀測。為了反映研究區土地生態健康，利用ArcGIS 9.3軟件在1:25萬河南省電子地圖上統一劃分網格，按國家土壤普查要求的耕地8 km×8 km劃分網格，網格中心點即為土壤調查點，并對網格中心點進行現場勘查確定21個土壤調查監測點。檢測項目為土地肥力、重金屬污染、有機物污染和作用于土地的灌溉水和地表大氣等相關項目，檢測方法均為國家環境檢測中心規定的方法。在此基礎上，應用AHP決策分析方法建立層次結構模型、構造判斷矩陣、層次排序和一致性檢驗等步驟確定評價指標權重，計算土地健康綜合指數值，依據土地健康綜合指數值大小對農用地健康進行評價。

3 指標體系

Roux從研究區域的背景分析、物理化學變量、生物監測等方面構建評價指標體系[32]；Rapport選取生態系統機能、新陳代謝、生產率、生態系統多樣性、生物數量、生態系統穩定性、生態功能等指標構建評價指標體系[33]；Xiaoling Zhang選取社會、經濟、環境和土地利用結構等方面構建評價指標體系[34]；YE Hua從自然、社會、人類的壓力、生態系統狀態、人類社會反映等方面構建評價指標體系[35]；Qunou Jiang從土地利用、水資源供給、濕地、石油開采與自然災害等方面構建評價指標體系[36]；蔡為民從系統結構、系統功能、系統效益等方面構建評價指標體系[13]；劉國彬從生態環境功能、經濟社會經濟功能、流域綜合功能等方面構建評價指標體系[37]；麥少芝從非生物指標、生物指標、功能指標等方面構建評價指標體系[38]；李強從農用土地質量目標、產能目標和土壤環境目標等方面構建評價指標體系[39]；謝花林從資源環境壓力、資源環境狀態、人文環境響應等方面構建評價指標體系[40]；蔣衛國選用系統活力、系統組織指數、系統彈性指數等方面構建評價指標體系[41]；陳美球從環境因素、社會因素、經濟因素等方面構建評價指標體系[12]；袁興中從生物物理、生物學、社會經濟等方面構建評價指標體系[42]。在綜合分析國內外學者研究成果的基礎上，根據指標選取原則和國內外生態健康評價方法，將農用地健康評價指標體系構建為三個層次，第一層次是目標層，即土地生態系統健康評價綜合指標；第二層次是準則層，分為土地肥力、重金屬污染、有機物污染、灌溉水污染、地表大氣污染；第三個層次是指標層，即措施層，用具體的指標進行量化（表1）。

4 研究結果

4.1 健康指數

依據AHP決策方法對數據處理要求，采用極差標準化方法（越大越健康和越小越健康分別采用不同的處理方法）對土樣實驗數據進行標準化處理。在此基礎上，根據專家經驗方法和土壤、水、大氣對土地的污染影響程度以及相關的國家土地環境標準等構造判斷矩陣，求出判斷矩陣關系系數，將土地健康影響因子進行相應的層次排序（表8），結合參評指標標準處理后的數據計算出農用地健康綜合指數為0.591，其計算公如下：

表1 農用地健康評價指標體系Tab.1 The framework index of agricultural land health assessment

表2 農用健康影響因子指標體系及其權重Tab.2 Agricultural land health impact factor index system and the weights

表3 農用地肥力評價因子及其權重Tab.3 Agricultural land fertility assessment index system and the weights

表4 農用地重金屬污染評價因子及其權重Tab.4 Agricultural land heavy metal pollution assessment index system and the weights

表5 農用地灌溉水評價因子及其權重Tab.5 Agricultural land irrigation water assessment index system and the weights

表6 農用地有機污染評價因子及其權重Tab.6 Agricultural land organic pollution assessment index system and the weights

表7 農用地大氣環境污染評價因子及其權重Tab.7 Agricultural land air pollution assessment index system and the weights

表8 農用地健康評價指標體系及其權重Tab.8 Agricultural land health assessment index system and the weights

式1中，X為農用地生態健康綜合指數，Wi為第i個評價指標權重，Xi為第i個指標準值，n為參評指標個數。

4.2 健康評價

依據農用地健康指數綜合等級從高到低排列次序劃分的原則，分為極健康、健康、亞健康、不健康、病態5個等級，其閾值分別用≥0.9、0.5—0.7、0.3—0.5、0.1—0.3、≤0.1表示，研究區農用地健康綜合指數值介于0.5—0.7。基于層次分析方法計算的農用地健康評價指數為0.591，屬于二健康，處于中上水平。與研究區農用地實際狀況進行對比分析，研究區農用地生態結構比較合理、格局完善，系統壓力較小，外界干擾力較少，無生態異常，生態系統功能較完善，生態系統尚穩定，生態系統可持續性強。

5 結論與討論

（1）土地肥力因子有機質、全氮、全磷、全鉀、速效鉀、速效磷和砂粒含量空間分布有明顯規律性或地帶性，研究區土地肥力處于中上等狀態，土地肥力較為良好。

（2）為全面反映各種污染物對土地環境質量影響和突出高污染物對土壤環境的重要影響作用，且兼顧重金屬污染物平均值和最大值，采用內梅羅污染指數對土地重金屬污染進行評價，研究區土地重金屬污染程度屬于無污染程度或屬于輕度污染程度以下，潛在生態危害風險總指數屬輕微生態危害程度。

（3）基于多環芳烴、有機氯、酞酸酯三種有機物污染檢測結果表明，六六六均未檢測出，滴滴涕含量只有兩個樣點高出土壤環境質量標準，參考國家土壤質量標準二級標準中農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土地有污染標準，土地有機物綜合污染屬無污染級別。

（4）農用地灌溉水近兩年內11項監測指標統計值顯示，按照地表水環境質量要求標準對農用灌溉水質類別進行等級評價，屬輕度污染級別；地表近2 m的氮氧化物、二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物（PM10）4項指標空氣質量定性評價，研究區空氣質量級別為良。

（5）農用地健康影響因素綜合考慮了土地肥力、重金屬污染、有機物污染、灌溉水和大氣污染5大因子，其中大氣沉降或污染大氣所形成的降水對土地健康的影響主要以大氣污染濃度作為對土地健康的最大影響程度，沒有具體的實驗給予科學的評價，其污染影響程度大小判別不清，尚需用科學合理的實驗進一步解釋。

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