廣東省典型紅壤區表土剝離適宜性評價

曹伏龍 馮楚君 鄭武平 梁雪映 袁宇志 郭穎 郭治興

［關鍵詞］ 表土剝離；物元模型；紅壤區；廣東省

［摘 要］ 表層高肥力土壤是耕地資源的“精華”。表土剝離是應對耕地面積銳減、保持土壤質量、減少土壤資源流失的有效手段之一。基于層次分析法，結合廣東省實際情況和國家、省級相關標準規范，構建了包括3個準則層和11個指標層的廣東省表土剝離適宜性評價指標體系，計算各指標權重；基于物元模型開展了廣東省典型紅壤區農林業用地的表土剝離適宜性評價，并將評價結果劃分為高度適宜、中度適宜、勉強適宜、不適宜4個等級。結果表明：①表土剝離高度適宜、中度適宜、勉強適宜、不適宜區面積分別占廣東省典型紅壤區農林業用地的32.49%、49.24%、16.24%、2.03%，表土剝離對于廣東省生態環境保護和水土流失防治十分重要；②表土剝離不適宜區主要分布在樂昌市和連州市境內的河谷和山間盆地、云浮市的云浮丘陵、河源市與汕尾市交界的山間丘陵等區域，主要原因是礦山開采等人類活動導致區域土壤重金屬元素含量超標。

［中圖分類號］ S151.9? [文獻標識碼] A? DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.01.016

我國土地資源緊缺，隨著近年來經濟快速發展和城鎮擴張，開發建設導致大量表土被占用，且因未采取有效保護和利用措施而被浪費。全國平均每年搬動和運轉土石方量達382億t，大量表土被直接拋棄或掩埋。表土剝離是指在施工前將適合耕種的表層土壤剝離出來，用于原地或異地土地復墾、土壤改良、造地以及其他用途，包括表土剝離、儲存、回覆等環節[1-3]。表層的高肥力土壤是耕地資源的“精華”[4]，做好施工前的表土剝離工作，在保持耕地占補平衡、退化土壤恢復和重建、水土流失防治等工作中，對保護耕地質量和數量、實現資源節約型社會具有重要的現實意義。

我國關于表土剝離的相關研究大多集中在技術體系層面[5-6]，主要是表土剝離技術、表土剝離工程模式[7]、土地適宜性評價［8-10］等，如胡振琪[11]基于土壤學理論，提出“分層剝離、交錯回填”的表土剝離方法。基于模型模擬的表土剝離適宜性評價方面的研究目前較少。模糊綜合法、極限條件法、指數和法、人工神經網絡法等模型均可應用在適宜性評價中，但存在人為因素干擾、界限值難確定等問題[12]。物元模型主要用于解決多個不確定、相互關系模糊的要素之間的問題[13-14]，在多因子關系研究中得到了廣泛應用[15-16]。本研究中引入物元模型，可以客觀剖析表土剝離適宜性各影響因素之間模糊的權衡關系和隸屬性，是表土剝離適宜性評價的積極嘗試。

廣東省經濟發展迅速、開發建設強度大、人為擾動強烈，在我國具有鮮明的代表性。廣東省土壤類型以紅壤、赤紅壤、水稻土為主，選取廣東省紅壤、赤紅壤和部分紅壤區內的水稻土分布區域組成廣東省典型紅壤區（見圖1），基于物元模型并結合廣東省農林業用地情況和國家、廣東省相關標準規范劃分廣東省典型紅壤區農林業用地的表土剝離適宜性等級，識別出必要開展和不適宜開展表土剝離工作的區域，對于廣東省表土剝離工作開展和生產建設活動具有指導作用，亦可保護廣東省珍貴的耕地資源，保持耕地占補平衡，提高水土流失防治效果，推動可持續發展。

1 研究區概況

廣東省地處我國大陸最南端，位于北緯20°09′～25°31′、東經109°45′～117°20′，陸地面積17.98萬km2。廣東省典型紅壤區地貌類型復雜多樣，以丘陵為主，還有山地、臺地和平原等；屬亞熱帶季風氣候區，光、熱和水資源較豐富，且雨熱同期，年均降水量1 789.3 mm，降水主要集中在4—9月，年均氣溫21.8 ℃。

廣東省走在改革開放前沿，國民生產總值和人口持續增加，城市用地急劇擴張，人口密度達到640人/km2。根據《廣東省第三次全國國土調查主要數據公報》，廣東省人均耕地面積已低于聯合國糧農組織劃定的人均耕地面積警戒線0.8畝（約0.053 hm2），耕地資源日益緊張，人地矛盾非常突出。

2 研究方法

2.1 表土剝離適宜性評價指標體系

表土剝離適宜性由土壤的自然屬性（如土壤肥力、再利用價值等）以及表土剝離成本和條件等社會屬性所決定[17-18]，評價指標的構建方法包括經驗法、比較法、層次分析法等[19]。本研究基于層次分析法，以《農用地質量分等規程》（GB/T 28407—2012）、《廣東省農用地分等定級估價研究》和相關評價因子選取方法等為基礎，結合廣東省自然環境條件和社會經濟條件，構建了包括自然屬性、經濟因素、社會因素3個準則層，有機質含量、土層厚度、土壤質地、坡度、Cd含量、Pb含量、Hg含量、As含量、距道路距離、人均GDP、人口密度共11項指標的廣東省表土剝離適宜性評價指標體系，這些指標對表土剝離適宜性評價影響顯著，且數據較穩定，容易獲取，評價指標體系及其數據來源見表1。

基于《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）、《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）等相關標準，結合相關專家的意見，將廣東省表土剝離適宜性分為高度適宜、中度適宜、勉強適宜、不適宜4個等級，并確定各等級的分級標準，見表2。

2.2 指標權重確定

本研究基于Super Decision分析軟件，構建超矩陣以自動化獲取指標權重，其核心是網絡層次分析法（Analytic Network Process），軟件的實質是用于解決內部組織間的依賴性和反饋效應的多準則模型，可借助于某一個因素作為準測，通過兩兩比較獲得排序向量，形成矩陣列，進而擬合構建超矩陣來計算出指標權重[20]。為使指標權重更加符合廣東省的實際情況，特邀請5位土壤領域的專家對通過Super Decision分析軟件得到的指標權重進行評判和修正，最終形成廣東省表土剝離適宜性評價指標權重，見表3。

2.3 適宜性評價

鑒于表土剝離適宜性評價方面還沒有明確的評價模型及標準，本研究結合土地復墾適宜性評價經驗，引入物元模型，根據事物關于特征的集合程度來解決等級歸屬問題[21]。物元模型將各個指標以數量的形式參與模型運算，基于經典域、節域和待判物元，計算某影響因子關于某個適宜性等級的關聯函數，即單因子在某適宜性等級的隸屬度，并作為判斷評價單元適宜性的依據。

3 結果與討論

對廣東省典型紅壤區的7.88萬km2農林業用地進行表土剝離適宜性評價，各適宜性等級的空間分布情況見圖2。高度適宜、中度適宜、勉強適宜、不適宜等級區面積分別為2.56、3.88、1.28、0.16萬km2，分別占廣東省典型紅壤區農林業用地的32.49%、49.24%、16.24%、2.03%。高度適宜和中度適宜面積占廣東省典型紅壤區農林業用地的81.73%，由此可見表土剝離對于廣東省生態環境保護和水土流失防治十分重要。

1）廣東省表土剝離高度適宜區主要分布在廣東省東部

圖2 廣東省表土剝離適宜性各等級空間分布情況山區、內陸河谷平原和耕作區等，如粵東丘陵區、南雄盆地、羅浮丘陵、肇慶丘陵和湛江平原等區域，表土剝離高度適宜區土壤有機質含量較高，有效土層厚，該區域的表土剝離工作十分必要。

2）廣東省表土剝離中度適宜區主要分布在內陸山區、坡度較小的山麓和平原，土壤有機質含量較高。相對于表土剝離高度適宜區，表土剝離中度適宜區受人類活動的影響較小，土壤的持肥和供肥能力相對較強，但距離道路較遠，表土剝離成本較高。

3）表土剝離勉強適宜區主要分布于經濟欠發達、內陸坡度較大的有林地和有效土層較薄的區域。表土剝離勉強適宜區農業用地表層土壤肥力不高，但自身肥力基本滿足農業活動需求，或搬運后經過一段時間的恢復可以恢復到原有的土壤肥力或基本滿足復耕地區農業活動需求，受有機質含量、土層厚度、坡度、人均GDP等因素影響較大。在表土剝離勉強適宜區開展表土剝離工作具有一定的限制因素，建議有條件的地區實施。

4）表土剝離不適宜區指表土土壤肥力較低，（經過剝離和搬運后）無法滿足農業活動需求，甚至會對周圍土壤質量和肥力造成污染和破壞的區域。廣東省表土剝離不適宜區主要分布于樂昌市和連州市境內的河谷和山間盆地、云浮市的云浮丘陵、河源市與汕尾市交界的山間丘陵等區域，受坡度、土壤重金屬含量等因素影響較大。從廣東省實際情況來看，該類區域由于土壤母質所攜帶的重金屬元素含量較高，或礦山開采導致土壤重金屬元素含量超標，因此土壤肥力和土壤質量整體偏低，再利用的可能性較小，不建議開展表土剝離工作。

5）從各市的統計結果來看，廣東省表土剝離高度適宜區主要分布在梅州市、韶關市、河源市，面積分別為0.35、0.30、0.28萬km2，占廣東省表土剝離高度適宜區面積的13.67%、11.72%、10.94%；廣東省表土剝離不適宜區主要分布在清遠市（集中在連州市）、韶關市（集中在樂昌市）、惠州市，其面積分別為464.80、334.67、177.33 km2，占廣東省表土剝離不適宜區面積的29.05%、20.92%、11.08%。

4 結束語

基于層次分析法，結合廣東省實際情況和國家、省級相關標準規范，本研究構建了包括3個準則層和11個指標層、適用于廣東省的表土剝離適宜性評價指標體系，并確定指標權重。指標體系除了考慮表土本身屬性，還考慮了表土剝離工作開展的便利性、經濟成本、技術水平和條件等，尤其是更多地考慮了社會區位條件，符合地方開展表土剝離工作需要考慮的實際，與之前的研究[22]相比更符合實際情況，具有更強的可操作性。與耕地、土地復墾方面的評價[23-24]相比，基于物元模型的廣東省表土剝離適宜性評價可定量化剖析表土剝離適宜性各影響因子之間的關系，使得評價結果更加準確。通過廣東省表土剝離適宜性評價，將廣東省典型紅壤區農林業用地劃分為高度適宜、中度適宜、勉強適宜、不適宜4個等級，其中表土剝離高度適宜和中度適宜區面積共占廣東省典型紅壤區農林業用地的81.73%，可見表土剝離工作的開展對于廣東省生態環境保護和水土流失防治十分重要。表土剝離不適宜區主要分布在樂昌市和連州市境內的河谷和山間盆地、云浮市的云浮丘陵、河源市與汕尾市交界的山間丘陵等區域，主要原因是礦山開采等人類活動導致區域性土壤重金屬元素含量超標，區域表土不適宜剝離再利用，這一結論與之前的研究結果[25-26]具有一致性。廣東省表土剝離適宜性評價的空間分布結果明確了廣東省土壤資源保護的方向和重點區域，對后續廣東省開展大規模表土剝離、耕地占補平衡、水土資源保護等相關工作具有參考意義。

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