河南省东北部农用地健康评价

于 斌，梁留科

（河南大学环境与规划学院，河南开封475004）

随着工业化、城镇化发展，土地污染问题越来越来突出。污染物因极难被微生物降解、不易移动、不断积累等特征对土地造成严重污染，并通过植物吸收进入食物链，给农产品质量安全带来隐患，危害人类健康。农用地污染深刻影响着食品安全，关系着人类健康，因此农用地健康状况受到广泛关注。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类占领而没有使其功能受到破坏的状况，把土地健康作为土地本身内部的自我更新能力，认为土地有机体健康应当与人们考虑个人有机体健康一样[1]。20世纪80年代随着人地矛盾日益突出，国际地圈－生物圈计划（IGBP）和全球环境变化中的人文领域计划（IHDP）提出“土地利用/土地覆盖变化”研究的前沿和热点问题[2]，生态系统健康成为国内外学者研究的主要领域，其中土地健康就是重点研究内容[3-11]。国内外学者对土地健康的研究主要是基于时间尺度和土地利用类型空间变化上的评价，对于土地本身的健康和直接作用于土地影响因素的健康评价较为鲜见；土地健康评价没有形成统一标准规范，且与实践结合案例的研究较少。本文在借鉴前人研究成果的基础上[14-31]，对河南省东北部农用地采用传统数学方法和现代方法相结合、定性与定量评价相结合的方法建立土地健康评价模型，并对土地健康状况进行评价，为控制土地质量下降、防治土地污染、实现土地资源健康和可持续发展提供指导。

1 区域概况

研究区域位于河南省东北部，黄河下游冀、鲁、豫三省交界处，北、东、南分别为与河北、山东两省接壤，地处北纬 35°20′00″—36°12′23″，东经 114°52′0″—116°5′4″，东西长约 152 km，南北宽约 100 km。黄河、金堤河横贯全境，金堤河系黄河北侧支流，源于新乡县司张排水沟，自安阳市滑县入濮阳境，经濮阳县、范县、台前3县，于台前县吴坝乡张庄村北汇入黄河，将全区自然分割为黄河滩地和背河洼地两大部分，形成“三堤两河一滩”的地貌特征，是中国第三阶梯的中后部分，属黄河冲积平原，地形呈西南－东北自然倾斜，海拔均在48—58 m之间。气候受东南季风环流控制，属暖温带半湿润季风型大陆性气候。本文选择黄河与金堤河两河之间的濮阳县、范县、台前县三个县域作为研究区域。该区域具有完整的生态系统，区域内地势平坦，土层深厚，垦殖率高，绝大部分已开辟为农田。

2 资料来源和方法

本研究资料来源于2010—2011年对研究区域进行为期两年的全面观测。为了反映研究区土地生态健康，利用ArcGIS 9.3软件在1:25万河南省电子地图上统一划分网格，按国家土壤普查要求的耕地8 km×8 km划分网格，网格中心点即为土壤调查点，并对网格中心点进行现场勘查确定21个土壤调查监测点。检测项目为土地肥力、重金属污染、有机物污染和作用于土地的灌溉水和地表大气等相关项目，检测方法均为国家环境检测中心规定的方法。在此基础上，应用AHP决策分析方法建立层次结构模型、构造判断矩阵、层次排序和一致性检验等步骤确定评价指标权重，计算土地健康综合指数值，依据土地健康综合指数值大小对农用地健康进行评价。

3 指标体系

Roux从研究区域的背景分析、物理化学变量、生物监测等方面构建评价指标体系[32]；Rapport选取生态系统机能、新陈代谢、生产率、生态系统多样性、生物数量、生态系统稳定性、生态功能等指标构建评价指标体系[33]；Xiaoling Zhang选取社会、经济、环境和土地利用结构等方面构建评价指标体系[34]；YE Hua从自然、社会、人类的压力、生态系统状态、人类社会反映等方面构建评价指标体系[35]；Qunou Jiang从土地利用、水资源供给、湿地、石油开采与自然灾害等方面构建评价指标体系[36]；蔡为民从系统结构、系统功能、系统效益等方面构建评价指标体系[13]；刘国彬从生态环境功能、经济社会经济功能、流域综合功能等方面构建评价指标体系[37]；麦少芝从非生物指标、生物指标、功能指标等方面构建评价指标体系[38]；李强从农用土地质量目标、产能目标和土壤环境目标等方面构建评价指标体系[39]；谢花林从资源环境压力、资源环境状态、人文环境响应等方面构建评价指标体系[40]；蒋卫国选用系统活力、系统组织指数、系统弹性指数等方面构建评价指标体系[41]；陈美球从环境因素、社会因素、经济因素等方面构建评价指标体系[12]；袁兴中从生物物理、生物学、社会经济等方面构建评价指标体系[42]。在综合分析国内外学者研究成果的基础上，根据指标选取原则和国内外生态健康评价方法，将农用地健康评价指标体系构建为三个层次，第一层次是目标层，即土地生态系统健康评价综合指标；第二层次是准则层，分为土地肥力、重金属污染、有机物污染、灌溉水污染、地表大气污染；第三个层次是指标层，即措施层，用具体的指标进行量化（表1）。

4 研究结果

4.1 健康指数

依据AHP决策方法对数据处理要求，采用极差标准化方法（越大越健康和越小越健康分别采用不同的处理方法）对土样实验数据进行标准化处理。在此基础上，根据专家经验方法和土壤、水、大气对土地的污染影响程度以及相关的国家土地环境标准等构造判断矩阵，求出判断矩阵关系系数，将土地健康影响因子进行相应的层次排序（表8），结合参评指标标准处理后的数据计算出农用地健康综合指数为0.591，其计算公如下：

表1 农用地健康评价指标体系Tab.1 The framework index of agricultural land health assessment

表2 农用健康影响因子指标体系及其权重Tab.2 Agricultural land health impact factor index system and the weights

表3 农用地肥力评价因子及其权重Tab.3 Agricultural land fertility assessment index system and the weights

表4 农用地重金属污染评价因子及其权重Tab.4 Agricultural land heavy metal pollution assessment index system and the weights

表5 农用地灌溉水评价因子及其权重Tab.5 Agricultural land irrigation water assessment index system and the weights

表6 农用地有机污染评价因子及其权重Tab.6 Agricultural land organic pollution assessment index system and the weights

表7 农用地大气环境污染评价因子及其权重Tab.7 Agricultural land air pollution assessment index system and the weights

表8 农用地健康评价指标体系及其权重Tab.8 Agricultural land health assessment index system and the weights

式1中，X为农用地生态健康综合指数，Wi为第i个评价指标权重，Xi为第i个指标准值，n为参评指标个数。

4.2 健康评价

依据农用地健康指数综合等级从高到低排列次序划分的原则，分为极健康、健康、亚健康、不健康、病态5个等级，其阈值分别用≥0.9、0.5—0.7、0.3—0.5、0.1—0.3、≤0.1表示，研究区农用地健康综合指数值介于0.5—0.7。基于层次分析方法计算的农用地健康评价指数为0.591，属于二健康，处于中上水平。与研究区农用地实际状况进行对比分析，研究区农用地生态结构比较合理、格局完善，系统压力较小，外界干扰力较少，无生态异常，生态系统功能较完善，生态系统尚稳定，生态系统可持续性强。

5 结论与讨论

（1）土地肥力因子有机质、全氮、全磷、全钾、速效钾、速效磷和砂粒含量空间分布有明显规律性或地带性，研究区土地肥力处于中上等状态，土地肥力较为良好。

（2）为全面反映各种污染物对土地环境质量影响和突出高污染物对土壤环境的重要影响作用，且兼顾重金属污染物平均值和最大值，采用内梅罗污染指数对土地重金属污染进行评价，研究区土地重金属污染程度属于无污染程度或属于轻度污染程度以下，潜在生态危害风险总指数属轻微生态危害程度。

（3）基于多环芳烃、有机氯、酞酸酯三种有机物污染检测结果表明，六六六均未检测出，滴滴涕含量只有两个样点高出土壤环境质量标准，参考国家土壤质量标准二级标准中农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土地有污染标准，土地有机物综合污染属无污染级别。

（4）农用地灌溉水近两年内11项监测指标统计值显示，按照地表水环境质量要求标准对农用灌溉水质类别进行等级评价，属轻度污染级别；地表近2 m的氮氧化物、二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物（PM10）4项指标空气质量定性评价，研究区空气质量级别为良。

（5）农用地健康影响因素综合考虑了土地肥力、重金属污染、有机物污染、灌溉水和大气污染5大因子，其中大气沉降或污染大气所形成的降水对土地健康的影响主要以大气污染浓度作为对土地健康的最大影响程度，没有具体的实验给予科学的评价，其污染影响程度大小判别不清，尚需用科学合理的实验进一步解释。

（References）:

［1］Leopold A.Wilderness as a land laboratory［J］.Living Wilderness,1941,6（7）:2-3.

［2］Walker R T.Land use transition and deforestration in developing countries［J］.Geographical analysis,1987,19（1）:18-30.

［3］Howard.T.Odum.Wiley-Interscience.Book Reviews［J］.Human Ecology,1971,1（1）:81-91.

［4］Rapport D J,Regier H A,Hutchinson T C.Ecosystem Behavior Under Stress［J］.The American Naturalist,1985,125（5）:617-640.

［5］Schaeffer L R,De Rose E P,Wilton JW.Accounting for pretest environment and selection in estimating breeding values for station-tested beef bulls［J］.Journal Animal Science,1988,66（3）:635-639.

［6］Page T.Environmental Existentialism［A］.Costanza R,Norton B.G,Haskell B.D.Ecosystem Health:New Goals for Environmental Management［C］.Washington D.C:Island Press,1992,97-123.

［7］Costartza R.Toward an operational definition of ecosystem health［A］.In:Costanza R,Norton B G,Haskell BD.Ecosystem Health:New Goals for Environmental Management［M］.Washington D C:Island Press,1992:239-256.

［8］FAO.A Framework for Land Evaluation［M］.Rome:FAO,1976.

［9］Burrough A.Fuzzy mathematical methods for soil survey and land evaluation［J］.Journal of Soil Science,1989,40（3）:477-92.

［10］McBratney A B,Odeh I O A.Application of fuzzy sets in soil science:fuzzy logic,fuzzy measurements and fuzzy decisions［J］.Geoderma,1997,77（2/3/4）:85-113.

［11］Wang Fang Ju,Brent Hall G,Subaryono.Fuzzy information representation and processing in conventional GISsoftware:database design and application［J］.International Journal of Geographical Information Science,1990,4（3）：261-283.

［12］陈美球，黄靓，蔡海生，等.鄱阳湖区土地健康评价［J］.自然资源学报，2004，19（2）：170-174.

［13］蔡为民，唐华俊，陈佑启，等.土地利用系统健康评价的框架与指标选择［J］.中国人口·资源与环境,2004,14（1）：31-34.

［14］吴亮，濮励杰，朱明.中日土地利用分类比较［J］.中国土地科学，2010，24（7）：77-80.

［15］王庆日，谭永忠，薛继斌，等.基于优度评价法的西藏土地利用生态安全评价研究［J］.中国土地科学，2010，24（3）：49-52.

［16］曲衍波，刘伟，商冉，等.基于 GIS的山区县域土地生态安全评价［J］.中国土地科学，2008，22（4）：38-44.

［17］潘元庆，王争艳，刘晓丽，等.河南省黄河滩区耕地后备资源评价研究［J］.中国土地科学，2009，23（6）：61-65.

［18］陈美球，赵小敏.土地健康与土地保护［J］.中国土地科学，1998，12（4）：18-20.

［19］吕萍，周滔，张正峰，等.土地城市化及其度量指标体系的构建与应用［J］.中国土地科学，2008，22（8）：24-28.

［20］王薇，陈为峰.黄河三角洲土地整理生态评价研究——以山东省垦利县为例［J］.中国土地科学，2008，22（1）：65-70.

［21］陈美球，刘桃菊.土地健康与土地资源可持续利用［J］.中国土地科学，2003，13（4）：63-67.

［22］贾克敬，王宏，徐不黎，等.土地利用规模和结构调整的环境影响评价模型研究［J］.中国土地科学，2010，24（7）：47-52.

［23］余敦，陈文波.江西省土地利用可持续性评价与时空特征研究［J］.中国土地科学，2009，23（4）：43-47.

［24］王瑷玲，胡继连，赵庚星，等.莱芜里辛土地整理耕地质量级别变化研究［J］.中国土地科学，2010，24（10）：52-57.

［25］胡科，石培基.甘肃省耕地质量评价研究［J］.中国土地科学，2008，22（11）：38-43.

［26］陈百明，张凤荣.我国土地利用研究的发展态势与重点领域［J］.中国土地科学，2011，30（1）：1-9.

［27］郭延凤，于秀波，姜鲁光，等.基于CLUE模型的2030年江西省土地利用变化情景分析［J］.地理研究，2012，31（6）：1017-1028.

［28］刘晗，吕斌.太行山区牛叫河小流域土地可持续利用模式探讨［J］.地理研究，2012，31（6）：1050-1056.

［29］陈印军，肖碧林，方琳娜，等.中国耕地质量状况分析［J］.中国农业科学，2011，44（17）：3557-3564.

［30］王菲，杨乐，马智宇.基于综合指数评价法的土地健康评价［J］.农业工程，2011，1（3）：73-76.

［31］王菲，杨乐，马才学.基于物元分析法的土地健康评价［J］.农业工程，2012，2（2）：72-77.

［32］D JRoux,H R van Vliet,M van Veelen.Towards integrated water quality monitoring:Assessment of ecosystem health［J］.Water SA,1993,19（4）:275-279.

［33］D.J.Rapport,R.Costanza,A.J.Mcmichael.Assessing ecosystem health［J］.Trends in Ecosystem&Evolution,1998,13（10）:397-401.

［34］Xiaoling Zhang,Yuzhe Wu,Liyin Shen.An evaluation framework for the sustainability of urban land use:A study of capital cities and municipalities in China［J］.Habitat International,2011,（35）:141-149.

［35］YE Hua,MA Yan,DONG Limin.Land Ecological Security Assessment for Bai Autonomous Prefecture of Dali Based Using PSR Model—with Data in 2009 as Case［J］.Energy Procedia,2011,（5）:2172-2177.

［36］Qunou Jiang,Xiangzheng Deng,Jinyan Zhan,et al.Impacts of economic development on ecosystem risk in the Yellow River Delta［J］.Procedia Environment Sciences,2011,（5）:208-218.

［37］刘国彬，胡维银，许明祥.黄土丘陵区小流域生态经济系统健康评价［J］.自然资源学报，2003，18（1）：44-49.

［38］麦少芝，徐颂，潘颖君.PSR模型在湿地生态系统健康评价中的应用［J］.热带地理，2005，25（4）：317-319.

［39］李强，赵烨，严金明.城市化驱动机制下的农用地健康评价［J］.农业工程学报，2010，26（9）:301-306.

［40］谢花林，李波，刘黎明.基于压力－状态－响应模型的农业生态系统健康评价方法［J］.农业现代化研究，2005，26（5）：366-370.

［41］蒋卫国，李京，李加洪，等.辽河三角洲湿地生态系统健康评价［J］.生态学报，2005，25（3）：409-414.

［42］袁兴中，刘红，陆健健.生态系统健康评价——概念构架与指标选择［J］.应用生态学报，2001，12（4）：627-629.