陳文廣 孔祥斌* 溫良友 朱紅梅 張蚌蚌

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193； 2.自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點實驗室，北京 100193； 3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，長沙 410128； 4.西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

耕地作為重要的自然資源和生產(chǎn)要素，是糧食生產(chǎn)的根基[1]。我國用世界上9%的耕地養(yǎng)活了全球20%的人口[2]，耕地高強度集約化利用，實現(xiàn)了糧食產(chǎn)量的“十六連豐”[3]，為經(jīng)濟社會全局發(fā)展做出了重要貢獻[4]。然而，由于頻繁的自然災(zāi)害、不當(dāng)?shù)睦梅绞?、快速的城?zhèn)化、不健全的耕作制度安排[5]，致使我國優(yōu)質(zhì)耕地不斷減少[6]，同時，區(qū)域性土壤重金屬污染、地下水超采、白色污染、石漠化、生物多樣性下降等問題突出[7-8]，嚴重威脅著我國糧食安全。為加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、推進生態(tài)修復(fù)治理、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，我國在2016年開始進行耕地輪作休耕試點，采取“養(yǎng)”、“退”、“休”、“輪”、“控”綜合措施，探索耕地保護與利用協(xié)調(diào)發(fā)展之路。在極端氣候災(zāi)害頻發(fā)、耕地資源本底性和結(jié)構(gòu)性問題突出的背景下，耕地健康問題得到普遍關(guān)注和重視[9]。

國外對耕地健康的相關(guān)研究多集中在土壤健康方面?！巴寥澜】怠边@一術(shù)語源于對土壤質(zhì)量通過影響作物質(zhì)量進而影響動物和人類健康的觀察[10]，聯(lián)合國糧農(nóng)組織指出健康的土壤是滿足對食物等產(chǎn)品的各種需求以及確保在世界所有區(qū)域提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基本先決條件[11]。土壤是一個支撐植物、動物和人類生存的重要生態(tài)系統(tǒng)，土壤健康即為其持續(xù)發(fā)揮這種功能的能力[12]。土壤健康指數(shù)評估主要包括選擇評價指標、量化指標和選擇評分方法、整合所選指標3 個步驟[13]，選擇的指標要求滿足可管理、能夠代表土壤性質(zhì)并反映土壤功能與管理目標之間的聯(lián)系等條件[14]，通常選取水儲存、容重、質(zhì)地、有機質(zhì)含量、總碳、pH、有效磷、速效鉀、總氮、土壤呼吸、微生物量等土壤的物理、化學(xué)和生物指標[12]。目前，土壤健康常用的評估工具有康乃爾的土壤健康綜合評估、土壤健康管理評估框架和哈尼土壤實驗[15]，現(xiàn)有研究涉及全球、國家、流域和斑塊等多個尺度[16-18]。

耕地健康是基于國際土壤科學(xué)研究前沿比較而凝練出的新概念，是傳統(tǒng)土壤質(zhì)量概念與可持續(xù)發(fā)展理念的中國式結(jié)合[19]。國內(nèi)對耕地健康的研究主要集中在耕地健康產(chǎn)能方面[20-21]。耕地健康產(chǎn)能是農(nóng)業(yè)土壤健康、土地健康和生態(tài)系統(tǒng)健康的有機集合[22]，包含耕地生產(chǎn)能力和耕地健康狀況2 個方面。鄖文聚[19]認為耕地健康是健康的耕作土壤、可持續(xù)的耕地利用以及穩(wěn)定的耕地資源利用生態(tài)系統(tǒng)；李強等[23]認為健康的耕地具有支撐動植物生產(chǎn)能力、保持或增強水和空氣質(zhì)量、促進動植物健康，可通過自我調(diào)節(jié)而具有對外界脅迫的恢復(fù)能力。耕地健康格局由多因素間復(fù)雜相互作用形成，并且這種復(fù)雜相互作用可能由于區(qū)域水熱條件與自然-社會-經(jīng)濟格局差異而表現(xiàn)出不同的特征[21]。目前，耕地健康的概念內(nèi)涵在國內(nèi)還未形成較為統(tǒng)一的觀點，也未建立較為標準的耕地健康評價指標體系，其研究方法主要涉及因素法[22]、能值分析模型[24]、逐級修正法[25]等，研究尺度集中在市、縣2 級。

在推進全域土地綜合整治工程，加強耕地數(shù)量、質(zhì)量與生態(tài)的“三位一體”保護和滿足人類多樣化需求的背景下，亟需進一步明晰耕地健康的概念內(nèi)涵，科學(xué)評價耕地健康狀況。鑒于此，本研究擬在科學(xué)界定耕地健康內(nèi)涵、系統(tǒng)梳理新時代人類社會多樣化需求以及分析耕地系統(tǒng)內(nèi)部的要素-過程-功能的基礎(chǔ)上，建立需求-功能-維度的耕地健康評價理論框架，從耕地健康的4 個維度選取指標構(gòu)建評價指標體系，采用最小因子法評定耕地健康級別，并以北京市大興區(qū)為例進行驗證，以期為新時期耕地保護提供科學(xué)依據(jù)。

1 耕地健康評價指標體系構(gòu)建

1.1 耕地健康內(nèi)涵界定

國內(nèi)對耕地健康內(nèi)涵的理解有2 種代表性觀點：第一種觀點認為耕地健康狀況是耕地質(zhì)量的1個重要方面，依據(jù)土壤有益元素、有毒有害元素和有機污染物含量水平等可以綜合評定耕地的健康狀況[26-28]。溫良友等[29]將耕地健康狀況列為北京市大興區(qū)耕地質(zhì)量評價指標體系的1 個維度，并選擇灌溉水環(huán)境質(zhì)量和土壤重金屬評價了大興區(qū)耕地健康狀況；余慧敏等[25]選取土壤肥力指標、耕地土壤環(huán)境污染性指標及有益性指標構(gòu)建了南方典型丘陵區(qū)耕地健康診斷體系；第二種觀點認為耕地健康是耕地所具有的作物生產(chǎn)、生態(tài)服務(wù)、環(huán)境維持等功能的綜合體現(xiàn)，表現(xiàn)為好的環(huán)境、好的質(zhì)量、高的產(chǎn)能[23]。葉思菁等[21]選取了地形特征、土壤性狀、耕作條件、環(huán)境狀況和生物特性5 個維度評價了全國65 個縣的耕地健康狀況，李強等[24,30]從耕地質(zhì)量、耕地產(chǎn)能和耕地環(huán)境3 個維度選取指標對我國糧食主產(chǎn)區(qū)和大都市邊緣區(qū)進行了耕地健康診斷。

上述研究極大地豐富了耕地健康的概念內(nèi)涵。隨著極端氣候災(zāi)害頻繁發(fā)生、優(yōu)質(zhì)耕地資源不斷減少、“鎘大米”事件爆發(fā)，人類社會開始不斷注重耕地持續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)能力、作物生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品對人類健康的影響，并強調(diào)耕地系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5,31]。只有健康的土壤，才有健康的食物、健康的生活。因此，健康的耕地首先應(yīng)始終具備持續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)能力；其次，生產(chǎn)環(huán)境無污染；再次，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品不會對人類和動植物的健康造成影響；最后，能夠?qū)ν饨绲母蓴_進行自我調(diào)整、具備維持自身穩(wěn)定的能力。

1.2 耕地健康評價理論框架

我國社會主要矛盾已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，人類社會對耕地的需求也從最初的高產(chǎn)高效向生產(chǎn)能力穩(wěn)定、生產(chǎn)環(huán)境清潔、綠色產(chǎn)品以及耕地系統(tǒng)可持續(xù)利用等綜合需求轉(zhuǎn)變[22,27]，從關(guān)注耕地質(zhì)量轉(zhuǎn)變到關(guān)注耕地健康。耕地系統(tǒng)是以耕地資源為主體的自然生態(tài)系統(tǒng)和以人類活動為主體的社會經(jīng)濟系統(tǒng)在特定區(qū)域內(nèi)通過協(xié)同和拮抗作用而形成的復(fù)合系統(tǒng)[32-33]。耕地自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的水、土、氣、生等要素在水平和垂直方向上進行著水循環(huán)、酸堿反應(yīng)、腐殖化等物理、化學(xué)和生物反應(yīng)過程[34-36]。同時，耕地社會經(jīng)濟系統(tǒng)中的農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體投入勞動、資本、技術(shù)等要素進行著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、設(shè)施建設(shè)和權(quán)屬調(diào)整等過程[32]。耕地自然生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部進行的這些過程產(chǎn)生了糧食生產(chǎn)、緩沖過濾、水土保持、污染凈化、抑制疾病等耕地功能[35-36]。耕地功能的顯化和表達是相對于人類需求而言的[34]。而“健康”是功能的體現(xiàn)，耕地健康診斷就是評價耕地多功能實現(xiàn)程度[23]。因此，在全球可持續(xù)發(fā)展和國家生態(tài)文明建設(shè)背景下，基于人類社會對耕地的多樣化需求、耕地系統(tǒng)的多功能性以及耕地健康的內(nèi)涵，建立“需求-功能-維度”的耕地健康評價理論框架(圖1)。

圖1 耕地健康評價理論框架Fig.1 Theoretical framework of cultivated land health evaluation

1.3 評價指標體系及分級標準

基于耕地健康評價理論框架，從生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)4 個維度建立耕地健康評價指標體系，以區(qū)域差異性、因地制宜性、敏感性和可操作性為原則對指標進行篩選。耕地生產(chǎn)能力是氣候條件、耕地地力、利用狀況等綜合作用的結(jié)果。氣候條件宏觀上對農(nóng)作物的生產(chǎn)起到控制性作用，主要考慮農(nóng)用地分等中的光溫(氣候)生產(chǎn)潛力和作物產(chǎn)量比系數(shù)2 個指標；耕地地力反映耕地內(nèi)在的、基本素質(zhì)的地力要素所構(gòu)成的基礎(chǔ)地力[37]，選取了耕層質(zhì)地、土體構(gòu)型、有效土層厚度、土壤有機質(zhì)、土壤養(yǎng)分元素、土壤pH值6 個指標；利用狀況指人類為提高耕地利用效率而進行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，影響著耕地生產(chǎn)潛力的實現(xiàn)程度[38]，選取了灌溉保證程度、排水條件、災(zāi)害防治水平、農(nóng)機化水平、地塊破碎度和田間道路通達度6 個指標。耕地彈性是指受到外界干擾時仍具有維持耕地系統(tǒng)動態(tài)平衡和可持續(xù)利用的能力，參考溫良友等[29]、趙瑞等[22]的研究成果，選取了耕層質(zhì)地、土壤容重、陽離子交換量(CEC)、土壤有機質(zhì)、土壤蚯蚓5個指標。耕地生產(chǎn)環(huán)境主要受到人類社會生產(chǎn)活動的影響，參考葉思菁等[21]、劉黎明等[39]的研究成果，選取了土壤重金屬、灌溉水環(huán)境質(zhì)量、大氣干濕沉降物年沉降通量、農(nóng)藥施用量、化肥施用量5個指標。產(chǎn)品品質(zhì)是耕地健康狀況的決定性因素，選取了農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量、農(nóng)產(chǎn)品重金屬殘留量2個指標。耕地健康評價指標、權(quán)重及賦分規(guī)則分別見表1、表2和表3。

2 耕地健康評價方法

2.1 計算生產(chǎn)能力指數(shù)

采用逐級修正法計算耕地生產(chǎn)能力。用光溫(氣候)生產(chǎn)潛力指數(shù)和作物產(chǎn)量比系數(shù)反映氣候條件，作為耕地生產(chǎn)能力評價的基礎(chǔ)，再用耕地地力系數(shù)和利用狀況系數(shù)進行逐級修正，計算耕地生產(chǎn)能力指數(shù)。計算公式如下：

(1)

(2)

式中：G為生產(chǎn)能力指數(shù)；αi為第i種作物的光溫(氣候)生產(chǎn)潛力指數(shù)；βi為第i種作物的產(chǎn)量比系數(shù)；q為耕地地力系數(shù)；t為利用狀況系數(shù)。式(1)為一年一熟、兩熟和三熟時，式(2)為兩年三熟時。

2.2 計算耕地彈性指數(shù)

運用綜合指數(shù)法計算耕地彈性指數(shù)[29]。計算公式如下：

(3)

式中：R為耕地彈性指數(shù)；Wk為第k個指標權(quán)重，F(xiàn)k為第k個指標的分值。

2.3 計算生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)

采用“1+X”累加模型計算耕地生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)[22]。耕地生產(chǎn)環(huán)境的惡化，會影響到農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、耕地資源安全和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，因此，以沒有污染的耕地作為基準“1”，依據(jù)分級標準累加得到生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)(E)。

2.4 計算產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)

運用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法確定農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量、重金屬殘留量[40]。由于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)直接影響人體健康，采用最小因子法確定產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)。一旦產(chǎn)品品質(zhì)維度中任一指標超過無殘留的標準，則認為農(nóng)產(chǎn)品受污染，產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為0，耕地不健康；反之農(nóng)產(chǎn)品無污染，產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為100。計算公式如下：

(4)

(5)

(6)

2.5 確定耕地健康等別

運用最小因子法確定耕地健康等別。將耕地圖斑的生產(chǎn)能力指數(shù)(G)、耕地彈性指數(shù)(R)和生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)(E)按照自然斷點法分為優(yōu)、中、差3個等級，采用如下分級標準確定耕地健康等級(表4)。

3 耕地健康評價方法應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

大興區(qū)地處39°26′～39°50′ N，116°12′～116°43′ E，全區(qū)轄14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土地面積為103 633.7 hm2，其中耕地總面積為40 814.57 hm2。屬暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，四季分明，年均溫度11.6 ℃，年均降雨量556.4 mm。土壤類型以砂質(zhì)潮土、壤質(zhì)潮土為主，且由西南向東北，土壤質(zhì)地由砂到黏。標準耕作制度為冬小麥和夏玉米輪作的一年兩熟制。此外，大興區(qū)是首都重要的農(nóng)副食品生產(chǎn)供應(yīng)基地和綠甜旅游基地。

表1 耕地生產(chǎn)能力、耕地彈性評價指標權(quán)重及賦分規(guī)則Table 1 Weights and sore standard of indicators of cultivated land potential productivity and resilience

表2 耕地生產(chǎn)環(huán)境評價指標分級Table 2 Classification of indicators of cultivated land production environment

表3 產(chǎn)品品質(zhì)評價指標分級Table 3 Classification of indicators of product quality

表4 耕地健康分級標準Table 4 Classification standards for cultivated land health

3.2 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)來源：1)大興區(qū)2014年耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)，獲取耕地地類圖斑、耕層質(zhì)地、土體構(gòu)型、有效土層厚度、灌溉保證程度、排水條件、地塊破碎度、田間道路通達度等數(shù)據(jù)，田間道路通達度數(shù)據(jù)利用2014年耕地質(zhì)量等別年度更新數(shù)據(jù)庫中的道路線狀數(shù)據(jù)和耕地圖斑數(shù)據(jù)進行緩沖區(qū)分析獲??；2)實地采樣和實驗室化驗數(shù)據(jù)，2017年100 個土壤樣點獲取土壤有機質(zhì)、土壤養(yǎng)分元素、土壤重金屬、土壤容重、CEC、土壤pH、土壤蚯蚓等數(shù)據(jù)，2017年18 個灌溉水水樣獲取灌溉水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，18 個作物樣本獲取農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留、重金屬殘留數(shù)據(jù)；3)實地調(diào)查與部門走訪數(shù)據(jù)，獲取各鄉(xiāng)鎮(zhèn)災(zāi)害防治水平、大氣干濕沉降物年沉降通量數(shù)據(jù)并賦值到耕地圖斑；4)統(tǒng)計資料與規(guī)程，《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》[41]獲取光溫生產(chǎn)潛力指數(shù)和作物產(chǎn)量比系數(shù)，《2018年大興統(tǒng)計年鑒》獲取2017年大興區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)機化水平數(shù)據(jù)并賦值到耕地圖斑，《北京市大興區(qū)第三次全國農(nóng)業(yè)普查資料匯編》獲取各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)藥、化肥施用量數(shù)據(jù)并賦值到耕地圖斑。

地塊破碎化指數(shù)(FS)計算公式如下：

(7)

(8)

式中：MSI是地塊平均形狀指數(shù)；Pi表示第i個耕地地塊的周長，Ai表示第i個耕地地塊的面積；N表示耕地地塊數(shù)量。

3.3 單維度評價結(jié)果

依據(jù)確定的指標體系和計算方法，測算了大興區(qū)耕地圖斑的生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)，運用ArcGIS 10.5軟件中的自然斷點法對生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)進行分級(圖2)。

圖2 生產(chǎn)能力(a)、耕地彈性(b)、生產(chǎn)環(huán)境(c)和產(chǎn)品品質(zhì)(d)空間分布圖Fig.2 Spatial distribution map of potential productivity (a), cultivated landresilience (b), production environment (c) and product quality (d)

由圖2可知，耕地生產(chǎn)能力和耕地彈性整體上呈東高西低空間分布，耕地生產(chǎn)環(huán)境呈中部高、東西兩側(cè)低的空間分布，產(chǎn)品品質(zhì)區(qū)域內(nèi)無差異，均為無污染。依據(jù)1.3耕地生產(chǎn)能力評價指標體系和2.1耕地生產(chǎn)能力計算方法，測算出大興區(qū)耕地生產(chǎn)能力指數(shù)為1 135.81～2 807.23，面積加權(quán)平均值為1 960.52。由圖2(a)可知，生產(chǎn)能力優(yōu)的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)和長子營鎮(zhèn)，耕地有效土層厚，土體構(gòu)型以通體壤、壤/砂/壤為主，有機質(zhì)和養(yǎng)分元素含量較高，土壤肥沃；灌溉排水設(shè)施完善，災(zāi)害防治水平、農(nóng)機化水平、田間道路通達度高，耕地生產(chǎn)條件好。生產(chǎn)能力一般的耕地主要分布在禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，耕地耕層質(zhì)地為砂土、土體構(gòu)型以通體砂為主，有機質(zhì)含量低，田間道路通達度較低，但灌排條件好，農(nóng)機化水平較高；生產(chǎn)能力差的耕地主要分布在北臧村鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)等區(qū)域，耕地耕層質(zhì)地為砂土、土體構(gòu)型以通體砂為主，漏水漏肥，有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分元素含量較少且田間道路不完善，不便于機械作業(yè)。

依據(jù)1.3耕地彈性評價指標體系和2.2耕地彈性計算方法，測算出大興區(qū)耕地彈性指數(shù)為63.95～94.67，面積加權(quán)平均值為80.54，區(qū)域內(nèi)耕地彈性狀況較好。由圖2(b)可知，耕地彈性能力優(yōu)的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、采育鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)和長子營鎮(zhèn)，土壤質(zhì)地為壤土，土壤呈弱堿性且結(jié)構(gòu)性和通透性好，陽離子交換量大、土壤蚯蚓較多，能夠較好的抵抗外界干擾。耕地彈性能力中等的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，耕地耕層質(zhì)地較差、陽離子交換量適中、有機質(zhì)含量一般，但土壤蚯蚓數(shù)量較大，耕地抵抗外界干擾能力適中。黃村地區(qū)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)部分耕地圖斑陽離子交換量小、有機質(zhì)含量低、土壤質(zhì)地差，彈性能力差。

依據(jù)1.3耕地生產(chǎn)環(huán)境評價指標體系和2.3耕地生產(chǎn)環(huán)境計算方法，測算出大興區(qū)耕地生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)為0.40～1.00，面積加權(quán)平均值為0.65，區(qū)域內(nèi)耕地生產(chǎn)環(huán)境一般。由圖2(c)可知，生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)的耕地主要分布在街道地區(qū)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和瀛海地區(qū)，未發(fā)現(xiàn)土壤重金屬污染、灌溉水環(huán)境清潔、農(nóng)藥化肥施用量少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境較優(yōu)。生產(chǎn)環(huán)境一般的耕地主要分布在采育鎮(zhèn)、長子營鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)和北臧村鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)土壤重金屬污染、灌溉水環(huán)境清潔，農(nóng)藥、化肥施用量適中。生產(chǎn)環(huán)境差的耕地主要分布在安定鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)藥、化肥施用量大，嚴重影響到耕地資源可持續(xù)利用，此外，北臧村鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)由于過去采用電鍍廠產(chǎn)生的含有Cu、Cr、Co污水灌溉，重金屬積累量大，導(dǎo)致耕地土壤重金屬污染較嚴重。

依據(jù)1.3產(chǎn)品品質(zhì)評價指標體系和2.4產(chǎn)品品質(zhì)計算方法，測算出大興區(qū)產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為100，農(nóng)產(chǎn)品未受到污染(圖2(d))，符合大興區(qū)作為首都重要的農(nóng)副食品生產(chǎn)供應(yīng)基地的功能定位，能夠滿足人類社會對綠色、健康食品的需求。

3.4 耕地健康等級劃分

按照上述確定的耕地健康分級方法，得到大興區(qū)耕地健康分級狀況(圖3，表5)。

圖3 耕地健康等級空間分布圖Fig.3 Spatial distribution map of cultivatedland health level

表5 耕地健康等級統(tǒng)計Table 5 Classification statistics of cultivated land health

由圖3和表5可知：大興區(qū)耕地健康狀況包括健康、亞健康、病態(tài)3 種等級，無不健康耕地。健康的耕地面積為4 726.51 hm2，占耕地總面積的11.58%，集中分布在舊宮地區(qū)、禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、西紅門地區(qū)和瀛海地區(qū)。耕地圖斑土壤質(zhì)地為壤土，土體構(gòu)型以通體壤為主，土壤有機質(zhì)含量較高，地塊集中連片，田間道路通達度高，耕地生產(chǎn)能力高；土壤pH適中，陽離子交換量大，土壤生物活性強，耕地彈性強；此外，區(qū)域內(nèi)無土壤重金屬、灌溉水、大氣污染，且農(nóng)藥化肥施用量少，耕地生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)。亞健康的耕地面積為19 333.12 hm2，占耕地總面積的47.37%，主要分布在采育鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)和長子營鎮(zhèn)。亞健康耕地圖斑土體構(gòu)型以砂/粘/砂為主，田間道路通達度較差，耕地生產(chǎn)能力一般；土壤容重較大，陽離子交換量適中，耕地彈性較好；區(qū)域內(nèi)過度施用農(nóng)藥、化肥，耕地生產(chǎn)環(huán)境一般。病態(tài)的耕地面積為16 754.94 hm2，占耕地總面積的41.05%，主要分布在北臧村鎮(zhèn)、黃村地區(qū)、禮賢鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)。病態(tài)耕地圖斑耕層質(zhì)地以砂土為主，土體構(gòu)型為通體砂，土壤有機質(zhì)含量低，地塊較為破碎，田間道路通達度差，耕地生產(chǎn)能力低；土壤容重較大，陽離子交換量低，耕地彈性較弱；土壤存在輕微重金屬污染，農(nóng)藥、化肥施用量較多，耕地生產(chǎn)環(huán)境差。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

大興區(qū)無不健康耕地，但健康的耕地較少、亞健康耕地和病態(tài)耕地多，嚴重威脅到區(qū)域耕地資源可持續(xù)利用。亞健康耕地主要是受到耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境、耕地彈性-生產(chǎn)環(huán)境3 種類型的限制，占亞健康耕地面積的88.40%。其中:耕地彈性限制型主要分布在禮賢鎮(zhèn)和魏善莊鎮(zhèn)，耕地土壤質(zhì)地較差、土壤容重較大、陽離子交換量小、有機質(zhì)含量低；生產(chǎn)環(huán)境限制型主要分布在采育鎮(zhèn)、青云店鎮(zhèn)和長子營鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)藥、化肥施用量較大。病態(tài)耕地主要是受到生產(chǎn)能力、生產(chǎn)環(huán)境2 種類型的限制，占病態(tài)耕地面積的72.94%。其中:生產(chǎn)能力限制型主要分布在禮賢鎮(zhèn)、魏善莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，耕地的耕層質(zhì)地為砂土、土體構(gòu)型以通體砂為主，漏水漏肥，有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分元素含量較少且田間道路不完善；生產(chǎn)環(huán)境限制型主要分布在安定鎮(zhèn)、龐各莊鎮(zhèn)和榆垡鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)藥、化肥施用量大且龐各莊鎮(zhèn)存在土壤重金屬輕度污染，嚴重威脅到糧食品質(zhì)安全、人類健康和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。未來，應(yīng)該結(jié)合各區(qū)域耕地健康限制因素進行差異化土地整治，進一步提升耕地健康狀況。

構(gòu)建的耕地健康評價指標體系能夠較好的反應(yīng)區(qū)域耕地健康狀況。但研究中涉及耕地健康評價的指標較多，未來研究應(yīng)該對指標進行簡化，建立耕地健康評價最小數(shù)據(jù)集；其次，應(yīng)加強研究區(qū)甚至全國范圍內(nèi)耕地健康評價指標的長期定點監(jiān)測，進行長時間序列的耕地健康評價并確定耕地健康狀況的時空動態(tài)變化，建立耕地健康負面清單及預(yù)警機制，對耕地健康的風(fēng)險因子進行分區(qū)分級修復(fù)；最后，灌溉水環(huán)境質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量、農(nóng)產(chǎn)品重金屬殘留量指標實際樣本數(shù)量較少，選取的指標存在數(shù)據(jù)年份不一的情況，在后續(xù)的評價過程中，要增加樣本數(shù)量并爭取獲取同一年度的最新數(shù)據(jù)，保證評價結(jié)果的準確、客觀。

4.2 結(jié)論

1)明晰了耕地健康的內(nèi)涵，健康的耕地應(yīng)始終具備持續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)環(huán)境無污染，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品不會對人類和動植物的健康造成影響，并且能夠?qū)ν饨绲母蓴_進行自我調(diào)整、維持自身的穩(wěn)定性。從生產(chǎn)能力、耕地彈性、生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)4個維度選取指標構(gòu)建的耕地健康評價指標體系，較以往耕地健康評價的質(zhì)量、產(chǎn)能和環(huán)境維度更能突出新時代背景下人類社會對健康生活和可持續(xù)發(fā)展的需求。采用最小因子法測算了大興區(qū)耕地健康狀況，相比因素法能夠更好地識別耕地健康狀況的限制因子，為區(qū)域高標準基本農(nóng)田建設(shè)、全域土地綜合整治提供基礎(chǔ)研究。

2)大興區(qū)耕地圖斑的生產(chǎn)能力、耕地彈性和生產(chǎn)環(huán)境指數(shù)分別為1 135.81～2 807.23、63.95～94.67、0.40～1.00。耕地生產(chǎn)能力和耕地彈性空間上呈東高西低分布，耕地生產(chǎn)環(huán)境整體上呈現(xiàn)中部高、東西兩側(cè)低的分布；產(chǎn)品品質(zhì)指數(shù)為100，符合大興區(qū)作為北京市農(nóng)副食品生產(chǎn)供應(yīng)基地的功能定位。大興區(qū)耕地健康級別包括健康、亞健康和病態(tài)3 級，無不健康耕地。健康、亞健康和病態(tài)的耕地面積分別為4 726.51、19 333.12、16 754.94 hm2，占耕地總面積的比例分別為11.58%、47.37%、41.05%。