于 斌，梁留科

（河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開封475004）

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)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(yán)重污染，并通過植物吸收進(jìn)入食物鏈，給農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來隱患，危害人類健康。農(nóng)用地污染深刻影響著食品安全，關(guān)系著人類健康，因此農(nóng)用地健康狀況受到廣泛關(guān)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(lǐng)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(nèi)部的自我更新能力，認(rèn)為土地有機(jī)體健康應(yīng)當(dāng)與人們考慮個人有機(jī)體健康一樣[1]。20世紀(jì)80年代隨著人地矛盾日益突出，國際地圈－生物圈計(jì)劃（IGBP）和全球環(huán)境變化中的人文領(lǐng)域計(jì)劃（IHDP）提出“土地利用/土地覆蓋變化”研究的前沿和熱點(diǎn)問題[2]，生態(tài)系統(tǒng)健康成為國內(nèi)外學(xué)者研究的主要領(lǐng)域，其中土地健康就是重點(diǎn)研究內(nèi)容[3-11]。國內(nèi)外學(xué)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(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，且與實(shí)踐結(jié)合案例的研究較少。本文在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上[14-31]，對河南省東北部農(nóng)用地采用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法和現(xiàn)代方法相結(jié)合、定性與定量評價相結(jié)合的方法建立土地健康評價模型，并對土地健康狀況進(jìn)行評價，為控制土地質(zhì)量下降、防治土地污染、實(shí)現(xiàn)土地資源健康和可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域概況

研究區(qū)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(jīng) 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(cè)支流，源于新鄉(xiāng)縣司張排水溝，自安陽市滑縣入濮陽境，經(jīng)濮陽縣、范縣、臺前3縣，于臺前縣吳壩鄉(xiāng)張莊村北匯入黃河，將全區(qū)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(fēng)環(huán)流控制，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)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(qū)域。該區(qū)域具有完整的生態(tài)系統(tǒng)，區(qū)域內(nèi)地勢平坦，土層深厚，墾殖率高，絕大部分已開辟為農(nóng)田。

2 資料來源和方法

本研究資料來源于2010—2011年對研究區(qū)域進(jìn)行為期兩年的全面觀測。為了反映研究區(qū)土地生態(tài)健康，利用ArcGIS 9.3軟件在1:25萬河南省電子地圖上統(tǒng)一劃分網(wǎng)格，按國家土壤普查要求的耕地8 km×8 km劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格中心點(diǎn)即為土壤調(diào)查點(diǎn)，并對網(wǎng)格中心點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場勘查確定21個土壤調(diào)查監(jiān)測點(diǎn)。檢測項(xiàng)目為土地肥力、重金屬污染、有機(jī)物污染和作用于土地的灌溉水和地表大氣等相關(guān)項(xiàng)目，檢測方法均為國家環(huán)境檢測中心規(guī)定的方法。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用AHP決策分析方法建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造判斷矩陣、層次排序和一致性檢驗(yàn)等步驟確定評價指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算土地健康綜合指數(shù)值，依據(jù)土地健康綜合指數(shù)值大小對農(nóng)用地健康進(jìn)行評價。

3 指標(biāo)體系

Roux從研究區(qū)域的背景分析、物理化學(xué)變量、生物監(jiān)測等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[32]；Rapport選取生態(tài)系統(tǒng)機(jī)能、新陳代謝、生產(chǎn)率、生態(tài)系統(tǒng)多樣性、生物數(shù)量、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、生態(tài)功能等指標(biāo)構(gòu)建評價指標(biāo)體系[33]；Xiaoling Zhang選取社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和土地利用結(jié)構(gòu)等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[34]；YE Hua從自然、社會、人類的壓力、生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)、人類社會反映等方面構(gòu)建評價指標(biāo)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(zāi)害等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[36]；蔡為民從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)效益等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[13]；劉國彬從生態(tài)環(huán)境功能、經(jīng)濟(jì)社會經(jīng)濟(jì)功能、流域綜合功能等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[37]；麥少芝從非生物指標(biāo)、生物指標(biāo)、功能指標(biāo)等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[38]；李強(qiáng)從農(nóng)用土地質(zhì)量目標(biāo)、產(chǎn)能目標(biāo)和土壤環(huán)境目標(biāo)等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[39]；謝花林從資源環(huán)境壓力、資源環(huán)境狀態(tài)、人文環(huán)境響應(yīng)等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[40]；蔣衛(wèi)國選用系統(tǒng)活力、系統(tǒng)組織指數(shù)、系統(tǒng)彈性指數(shù)等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[41]；陳美球從環(huán)境因素、社會因素、經(jīng)濟(jì)因素等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[12]；袁興中從生物物理、生物學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)等方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系[42]。在綜合分析國內(nèi)外學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)指標(biāo)選取原則和國內(nèi)外生態(tài)健康評價方法，將農(nóng)用地健康評價指標(biāo)體系構(gòu)建為三個層次，第一層次是目標(biāo)層，即土地生態(tài)系統(tǒng)健康評價綜合指標(biāo)；第二層次是準(zhǔn)則層，分為土地肥力、重金屬污染、有機(jī)物污染、灌溉水污染、地表大氣污染；第三個層次是指標(biāo)層，即措施層，用具體的指標(biāo)進(jìn)行量化（表1）。

4 研究結(jié)果

4.1 健康指數(shù)

依據(jù)AHP決策方法對數(shù)據(jù)處理要求，采用極差標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)方法和土壤、水、大氣對土地的污染影響程度以及相關(guān)的國家土地環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等構(gòu)造判斷矩陣，求出判斷矩陣關(guān)系系數(shù)，將土地健康影響因子進(jìn)行相應(yīng)的層次排序（表8），結(jié)合參評指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算出農(nóng)用地健康綜合指數(shù)為0.591，其計(jì)算公如下：

表1 農(nóng)用地健康評價指標(biāo)體系Tab.1 The framework index of agricultural land health assessment

表2 農(nóng)用健康影響因子指標(biāo)體系及其權(quán)重Tab.2 Agricultural land health impact factor index system and the weights

表3 農(nóng)用地肥力評價因子及其權(quán)重Tab.3 Agricultural land fertility assessment index system and the weights

表4 農(nóng)用地重金屬污染評價因子及其權(quán)重Tab.4 Agricultural land heavy metal pollution assessment index system and the weights

表5 農(nóng)用地灌溉水評價因子及其權(quán)重Tab.5 Agricultural land irrigation water assessment index system and the weights

表6 農(nóng)用地有機(jī)污染評價因子及其權(quán)重Tab.6 Agricultural land organic pollution assessment index system and the weights

表7 農(nóng)用地大氣環(huán)境污染評價因子及其權(quán)重Tab.7 Agricultural land air pollution assessment index system and the weights

表8 農(nóng)用地健康評價指標(biāo)體系及其權(quán)重Tab.8 Agricultural land health assessment index system and the weights

式1中，X為農(nóng)用地生態(tài)健康綜合指數(shù)，Wi為第i個評價指標(biāo)權(quán)重，Xi為第i個指標(biāo)準(zhǔn)值，n為參評指標(biāo)個數(shù)。

4.2 健康評價

依據(jù)農(nóng)用地健康指數(shù)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(tài)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(qū)農(nóng)用地健康綜合指數(shù)值介于0.5—0.7。基于層次分析方法計(jì)算的農(nóng)用地健康評價指數(shù)為0.591，屬于二健康，處于中上水平。與研究區(qū)農(nóng)用地實(shí)際狀況進(jìn)行對比分析，研究區(qū)農(nóng)用地生態(tài)結(jié)構(gòu)比較合理、格局完善，系統(tǒng)壓力較小，外界干擾力較少，無生態(tài)異常，生態(tài)系統(tǒng)功能較完善，生態(tài)系統(tǒng)尚穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性強(qiáng)。

5 結(jié)論與討論

（1）土地肥力因子有機(jī)質(zhì)、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(guī)律性或地帶性，研究區(qū)土地肥力處于中上等狀態(tài)，土地肥力較為良好。

（2）為全面反映各種污染物對土地環(huán)境質(zhì)量影響和突出高污染物對土壤環(huán)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(nèi)梅羅污染指數(shù)對土地重金屬污染進(jìn)行評價，研究區(qū)土地重金屬污染程度屬于無污染程度或?qū)儆谳p度污染程度以下，潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)屬輕微生態(tài)危害程度。

（3）基于多環(huán)芳烴、有機(jī)氯、酞酸酯三種有機(jī)物污染檢測結(jié)果表明，六六六均未檢測出，滴滴涕含量只有兩個樣點(diǎn)高出土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參考國家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)中農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土地有污染標(biāo)準(zhǔn)，土地有機(jī)物綜合污染屬無污染級別。

（4）農(nóng)用地灌溉水近兩年內(nèi)11項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值顯示，按照地表水環(huán)境質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)對農(nóng)用灌溉水質(zhì)類別進(jìn)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(xiàng)指標(biāo)空氣質(zhì)量定性評價，研究區(qū)空氣質(zhì)量級別為良。

（5）農(nóng)用地健康影響因素綜合考慮了土地肥力、重金屬污染、有機(jī)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(shí)驗(yàn)給予科學(xué)的評價，其污染影響程度大小判別不清，尚需用科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步解釋。

（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］陳美球，黃靚，蔡海生，等.鄱陽湖區(qū)土地健康評價［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2004，19（2）：170-174.

［13］蔡為民，唐華俊，陳佑啟，等.土地利用系統(tǒng)健康評價的框架與指標(biāo)選擇［J］.中國人口·資源與環(huán)境,2004,14（1）：31-34.

［14］吳亮，濮勵杰，朱明.中日土地利用分類比較［J］.中國土地科學(xué)，2010，24（7）：77-80.

［15］王慶日，譚永忠，薛繼斌，等.基于優(yōu)度評價法的西藏土地利用生態(tài)安全評價研究［J］.中國土地科學(xué)，2010，24（3）：49-52.

［16］曲衍波，劉偉，商冉，等.基于 GIS的山區(qū)縣域土地生態(tài)安全評價［J］.中國土地科學(xué)，2008，22（4）：38-44.

［17］潘元慶，王爭艷，劉曉麗，等.河南省黃河灘區(qū)耕地后備資源評價研究［J］.中國土地科學(xué)，2009，23（6）：61-65.

［18］陳美球，趙小敏.土地健康與土地保護(hù)［J］.中國土地科學(xué)，1998，12（4）：18-20.

［19］呂萍，周滔，張正峰，等.土地城市化及其度量指標(biāo)體系的構(gòu)建與應(yīng)用［J］.中國土地科學(xué)，2008，22（8）：24-28.

［20］王薇，陳為峰.黃河三角洲土地整理生態(tài)評價研究——以山東省墾利縣為例［J］.中國土地科學(xué)，2008，22（1）：65-70.

［21］陳美球，劉桃菊.土地健康與土地資源可持續(xù)利用［J］.中國土地科學(xué)，2003，13（4）：63-67.

［22］賈克敬，王宏，徐不黎，等.土地利用規(guī)模和結(jié)構(gòu)調(diào)整的環(huán)境影響評價模型研究［J］.中國土地科學(xué)，2010，24（7）：47-52.

［23］余敦，陳文波.江西省土地利用可持續(xù)性評價與時空特征研究［J］.中國土地科學(xué)，2009，23（4）：43-47.

［24］王璦玲，胡繼連，趙庚星，等.萊蕪里辛土地整理耕地質(zhì)量級別變化研究［J］.中國土地科學(xué)，2010，24（10）：52-57.

［25］胡科，石培基.甘肅省耕地質(zhì)量評價研究［J］.中國土地科學(xué)，2008，22（11）：38-43.

［26］陳百明，張鳳榮.我國土地利用研究的發(fā)展態(tài)勢與重點(diǎn)領(lǐng)域［J］.中國土地科學(xué)，2011，30（1）：1-9.

［27］郭延鳳，于秀波，姜魯光，等.基于CLUE模型的2030年江西省土地利用變化情景分析［J］.地理研究，2012，31（6）：1017-1028.

［28］劉晗，呂斌.太行山區(qū)牛叫河小流域土地可持續(xù)利用模式探討［J］.地理研究，2012，31（6）：1050-1056.

［29］陳印軍，肖碧林，方琳娜，等.中國耕地質(zhì)量狀況分析［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（17）：3557-3564.

［30］王菲，楊樂，馬智宇.基于綜合指數(shù)評價法的土地健康評價［J］.農(nóng)業(yè)工程，2011，1（3）：73-76.

［31］王菲，楊樂，馬才學(xué).基于物元分析法的土地健康評價［J］.農(nóng)業(yè)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］劉國彬，胡維銀，許明祥.黃土丘陵區(qū)小流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)健康評價［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2003，18（1）：44-49.

［38］麥少芝，徐頌，潘穎君.PSR模型在濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價中的應(yīng)用［J］.熱帶地理，2005，25（4）：317-319.

［39］李強(qiáng)，趙燁，嚴(yán)金明.城市化驅(qū)動機(jī)制下的農(nóng)用地健康評價［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（9）:301-306.

［40］謝花林，李波，劉黎明.基于壓力－狀態(tài)－響應(yīng)模型的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2005，26（5）：366-370.

［41］蔣衛(wèi)國，李京，李加洪，等.遼河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：409-414.

［42］袁興中，劉紅，陸健健.生態(tài)系統(tǒng)健康評價——概念構(gòu)架與指標(biāo)選擇［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，12（4）：627-629.