可剝離耕作層土壤與中低產田規模測算研究

李卓琳 羅士軍

摘要：在新增建設用地占用耕地數量逐年增加的情況下，剝離被建設占用的優質耕作層土壤將之再利用于中低產田改良，以便提高中低產田質量，有效保護耕地資源。基于長沙市土地利用現狀及總體規劃數據、耕地地力等級等數據成果，采用GIS空間分析及文獻調研法，以長沙市5個區縣市作為研究范圍，對范圍內可剝離耕作層土壤及中低產田的數量和分布進行測算、評價和分析。結果表明，理論可剝離耕作層土壤方量為1 511.86萬m3，改良中低產田需覆土方量為3 741.31萬m3，耕作層土壤供給遠小于需求。研究范圍內可改造中低產田面積為60 195.11 hm2，主要分布于長沙縣、寧鄉市和瀏陽市;可剝離耕作層土壤面積為8 835.26 hm2，主要分布于岳麓區，供需在空間上分布不均衡。

關鍵詞：表土剝離;中低產田改造;GIS空間分析;長沙市

中圖分類號：F323.211 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）06-0043-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.008 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on scale measurement of the stripping topsoil and medium-low-yield fields：

Taking Changsha city for example

LI Zhuo-lin，LUO Shi-jun

（College of Resources and Environmental Sciences，Hunan Normal University，Changsha 410081，China）

Abstract： Under the circumstance that the cultivated land occupied by new construction land increases year by year， the method of stripping the soil occupied by construction of high-quality tillage layer is adopted to improve the middle and low yield fields， so as to improve the quality of middle and low yield fields and effectively protect cultivated land resources. With five districts and counties of Changsha city as the scope of research， based on the results of Changsha citys land use status and overall planning data， cultivated land fertility data and others， the GIS spatial analysis and literature research are adopted to measure， evaluate and analyze the quantity and distribution of the medium-low-yield fields and the topsoil that can be stripped. The results showed that the theoretical volume of strippable topsoi is 15 118 600 m3， the volume of soil required to improve the low-yield fields is 37 413 100 m3， the supply of topsoil is far less than the demand. The potential of medium-low-yield fields is 60 195.11 hm2， mainly distributed in Changsha county， Ningxiang city and Liuyang city; While the area of the strippable topsoil is 8 835.26 hm2， mainly distributed in Yuelu district， so the supply and demand are unevenly distributed in space.

Key words： topsoil stripping; reform of medium-low-yield fields; GIS spatial analysis; Changsha city

耕作層土壤是在土壤剖面中最靠近地表、養分含量和微生物含量最多、對地力快速恢復和植物生長最有利的表層土壤，它是一種稀缺的、具有重要生態價值的基礎性資源[1]。城鎮化快速發展的過程中，新增建設用地占用耕地數量逐年增加，2006—2018年，長沙市每年新增建設用地占用耕地數量約為1 373 hm2，大量優質耕作層土壤未實現剝離再利用，導致表土資源的極大浪費。與此同時，長沙市優質耕地后備資源貧乏，通過后備資源開發補充耕地，建設用地“占優補優”面臨空前壓力[2]。20世紀90年代以來，為加強耕地保護提出了耕地占補平衡制度，該制度的推行對于穩定中國的耕地面積具有重要意義[3]，但在落實工作過程中存在較為嚴重的占優補劣問題，發現大量基礎設施良好、交通便利的優質耕地被新增建設項目占用，但絕大部分肥沃的耕作層土壤未實現剝離再利用[4]。與此相反則是補充的耕地大多基礎設施落后、區位偏僻、土壤質量較差，占優補劣現象嚴重，優質耕作層土壤資源的巨大浪費與補充耕地難以找到優質后備資源形成鮮明對比[5]。目前，國家已經意識到此方面的問題，并多次頒發相關政策文件要求加強耕地質量保護，實施耕作層表土剝離再利用政策，提出建設占用耕地的耕作層應當予以充分剝離，并將其再利用于中低產田的質量建設。

在此背景下，部分省、市正在積極開展耕作層剝離再利用工作的探索，并通過落實試點項目取得了豐富的實踐成果[4]。部分專家學者也展開了對耕作層表土剝離再利用的評價研究，主要集中在剝離耕作層工作的技術規范及工藝、中低產田改造技術研究、中低產田改造評價指標體系構建等研究領域，并取得了一定的理論成果[5-8]。但國內對耕作層表土剝離與中低產田改造的研究尚處于探索階段，鮮見將兩者結合的研究，且現有研究評價的尺度主要集中在全國、省域等中宏觀尺度，縣域、鎮域等微觀尺度研究較少。鑒于此，本研究借鑒相關研究理論與長沙市望城區試點成果，以長沙市5區縣市為例，采取GIS空間分析方法，對可剝離耕作層土壤及中低產田的數量、質量、分布進行了綜合評價分析，旨在為長沙市推進可剝離耕作層土壤再利用工作提供理論依據與決策參考，為中低產田提質改造提供數據支撐，同時為實現建設占用耕地“占優補優”“質量平衡”探索新路徑[6]。

1 ?研究區域概況

根據長沙市2017年土地利用現狀及規劃數據庫、《長沙市土地利用總體規劃（2006—2020年）》（2016年修訂版）和《長沙市土地利用總體規劃（2006—2020年）中期實施評估報告》，長沙市2016—2020年規劃新增建設用地占用耕地18 786.80 hm2，各區縣市情況見表1。由表1可知，雨花區、天心區、芙蓉區、開福區4個區由于耕地面積較少（共計4 017.22 hm2，占長沙市總量的1.44%），規劃2020年耕地保有量較少（共計1 558.00 hm2，占長沙市總量的0.57%），且現有耕地大多分布于中心城區周邊，存在被中心城區發展占用的可能性。同時，根據各區縣市農業部門《耕地質量等級成果補充完善報告》，4個區耕地質量等別均為3～6等，其中3等地比重最大，質量總體較好，中低產田規模小。因此，本研究范圍確定為長沙市岳麓區、望城區、長沙縣、瀏陽市及寧鄉市。

2 ?中低產田數量及需求方量分析

2.1 ?可改造中低產田的界定

中低產田是指由于存在各種制約農業生產的土壤障礙因素導致產量相對低而不穩的耕地[7]。采用GIS空間疊加方法，首先對研究范圍內耕地的障礙因素及地力等級進行分析，得出研究范圍內存在漬澇排水型、瘠薄培肥型、灌溉改良型、障礙層次型和坡地梯改型5種障礙類型，耕地地力等級涉及1～8級。其次疊加分析農用地分等成果，得出耕地的國家土地利用等別涉及1～10等。在此基礎上，依據《全國中低產田類型劃分與改良技術規范》（NY/T310-1996）《耕地地力調查與質量評價報告》和《中國耕地質量等級調查與評定》中的劃分標準，將上述存在障礙類型、耕地地力等級劣于3級且國家土地利用等別劣于4等的耕地列為可改造中低產田，并分析5個區縣市中低產田的數量、質量及分布。

2.2 ?中低產田面積及需覆土方量測算

2.2.1 ?低產田的面積測算 ?通過疊加分析5個區縣市土地利用現狀數據及土地利用總體規劃數據，得到規劃與現狀均為耕地的面積共計258 517.70 hm2。在此基礎上，將規劃與現狀均為耕地的數據與耕地地力等級數據進行疊加分析，并結合最臨近值法，利用ArcGIS軟件對無屬性的圖斑進行賦值，得出有障礙因素的耕地共計96 708.51 hm2（表2）。

結合2017年長沙市望城區試點項目及相關課題成果，綜合分析有障礙因素耕地發現，障礙層次型耕地由于其主導障礙因素是土壤結構不良，障礙層次部位高，更適合通過機械深耕、深松等措施進行改良;坡地梯改型耕地由于坡度在15°以上，徑流沖刷力大，土壤侵蝕作用強，更適合通過修筑梯田梯埂等田間水保工程進行改良治理。這兩種耕地通過覆蓋耕作層土壤進行改造的提質潛力較小，與可剝離耕作層土壤再利用的關聯度較低[8-11]。因此，本研究選取灌溉改良型、瘠薄培肥型、漬澇排水型3類中低產田進行重點探討。

在3類中低產田數據基礎上，疊加農用地質量分等圖層進行分析，并提取耕地地力等級劣于3級且土地利用等別劣于4等的耕地，得到可改造中低產田面積共計60 195.11 hm2。從布局上來看，瀏陽市中低產田面積最大，為26 468.32 hm2，占5個區縣市中低產田面積的43.97%;岳麓區中低產田面積最小，為19.79 hm2，占總量的0.03%（表3、圖1、圖2）。

2.2.2 ?中低產田需覆土方量的測算 ?依據《中低產田技術規范》規定的耕作層標準，將灌溉改良型、瘠薄培肥型、漬澇排水型的耕作層改良覆土標準分別確定為16、20、25 cm。利用ArcGIS軟件提取中低產田空間數據中的耕作層厚度、圖斑面積等屬性，對耕作層厚度低于標準值的圖斑進行分析，計算其耕作層厚度與改良標準值之間的差值與面積的乘積，匯總得到5個區縣市可改造中低產田的需覆土面積為50 194.80 hm2（表4），需覆土方量為3 741.31萬m3（表5）。

3 ?可剝離耕作層土壤數量分析

3.1 ?可剝離耕作層土壤的界定

可剝離耕作層土壤是指在2016—2020年規劃建設擬占用耕地指標中，將耕作層土壤質量好、耕層較厚的土壤進行剝離，并用于中低產田改造可明顯提高其質量的土壤[12]。采用GIS空間疊加方法，以土地利用現狀數據和土地利用總體規劃數據為基礎，首先得到2016—2020年規劃新增建設用地占用耕地空間數據，將其與耕地地力等級空間數據進行判別分析，得出規劃建設擬占用耕地中存在灌溉改良、瘠薄培肥、坡地梯改、無明顯障礙、障礙層次、漬澇排水6種障礙類型，耕地地力等級涉及1～7級。其次疊加分析農用地分等成果，得出耕地的國家土地利用等別涉及1～10等。在此基礎上，根據《中國耕地質量等級調查與評定》和《耕地地力評價技術報告》成果，將不存在障礙類型、耕地地力等級優于3級且國家土地利用等別優于4等的耕地列為可剝離耕地，并分析可剝離耕作層土壤的數量、質量及其分布。