基于耕地質量定級的城市開發邊界劃定

李莉 趙明 王平

摘要：隨著城鎮化進程的快速發展，耕地面臨日益嚴重的質量和數量安全問題，探索耕地質量評價方法及其在城市開發邊界劃定中的應用研究，對于耕地保護具有重要意義。采用灰色關聯分析法和層次分析法篩選耕地質量定級因子并確定權重，得出耕地質量級別指數，結合規劃城鎮用地空間布局進行疊加分析，探索可占用耕地與城市開發邊界識別路徑，并以江寧區為例進行驗證。結果表明，江寧區秦淮河圩區、沿江圩區耕地質量級別較高，南部和北部的丘陵區耕地質量級別較低。東山街道、秣陵街道規劃城鎮用地和耕地質量空間匹配較好，可占用耕地和開發邊界范圍較大。湖熟街道、橫溪街道的資源環境承載潛力相對較小，土地規劃調整可能核減的耕地較少，城市開發邊界后退距離較大。耕地質量定級-耕地質量與規劃城鎮用地空間耦合分析-可占用耕地選擇與邊界框定的方法，可以為城市開發邊界劃定提供參考，但城市用地需求和耕地可占用規模確定是有待深入研究的問題。

關鍵詞：耕地質量;定級;城市開發邊界;南京市江寧區

中圖分類號： F301.21文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2021）02-0174-06

收稿日期：2019-09-17

基金項目：江蘇省土地開發整理中心科技項目（編號：2017001）。

作者簡介：李莉（ 1974—），女，遼寧朝陽人，碩士，高級工程師，主要從事土地評價研究。E-mail：457113312@qq.com。

耕地資源是人類賴以生存的最基本的資源，同時具有不可替代的生產和生態功能[1]。在我國人多地少的基本國情下，隨著工業化和城鎮化的快速發展，城鄉建設用地的持續擴張使得耕地總量持續減少和建設用地粗放利用等問題陸續顯露出來[2-4]。新型城鎮化規劃（2014—2020年）就有著重強調“土地城鎮化過快”的問題[5]，提出城鎮化發展要兼顧建設用地集約利用和耕地保護2個方面。

與此同時，還有一個必須正視的現實挑戰，那就是目前我國一些城市規劃建設用地與優質耕地重疊，大中城市周邊有不少優質耕地未劃為永久基本農田，城市發展占用優質耕地的現象比較突出[6]。黨的十九大對耕地保護工作提出了“四個新要求”：確保國家糧食安全，要求耕地保護更嚴格更扎實;推進生態文明建設，要求耕地保護更綠色更可持續;深化供給側結構性改革，要求土地資源供給更科學更精準;完善資源環境監管體制，要求耕地保護更有力更有效。

《國家新型城鎮化規劃（2014—2020年）》提出“推動有條件地區的經濟社會發展總體規劃、城市規劃和土地利用規劃等‘多規合一”。2017年1月，國務院印發的《全國國土規劃綱要（2016—2030）》要求，堅持國土開發與資源環境承載力相匹配、人口資源環境相均衡，根據資源稟賦、生態條件和環境容量，明晰國土開發的限制性和適宜性，劃定城鎮、農業、生態3類空間開發管制界限，科學確定國土開發利用的規模、結構、布局和時序。解決“多規合一”矛盾的關鍵在于社會經濟發展目標下“多規”間的協調機制以及“多規沖突矛盾”協調的系統平臺和協調路徑的構建，而城市開發邊界劃定可作為“多規合一”的技術協調基礎[7-8]，以優質耕地保護和重要生態區域保護作為城市空間擴張的空間約束性條件成為學術界共識[9-11]。國內外學者主要采用CLUE-S模型[12]、MCE-CA模型[13-14]、資源環境承載力法[15-16]等方法從生態約束、生態敏感性角度對城市開發邊界的劃定進行探索，而耕地質量定級評價及其在城市開發邊界劃定中的應用探討相對較少。

因此，本研究在耕地質量定級評價的基礎上，結合耕地質量空間分布與規劃城鎮用地布局的空間沖突異質分析，探索統籌城市發展空間需求與耕地質量保護協調機制的城市開發邊界劃定方法，并以南京市江寧區為案例進行實證，以期為耕地保護和“多規合一”的深入開展提供科學支撐。

1研究方法及數據來源

1.1研究方法

1.1.1耕地質量定級評價本次耕地質量定級評價指標體系主要參考《農用地定級規程》（GB/T 28405—2012），并結合江寧區具體情況，采用灰色關聯分析法計算各預選指標的灰色關聯系數[17]，運用關聯系數累計貢獻率大于90%的前k個指標代替預選指標建立耕地質量定級評價指標體系。綜合層次分析法和專家調查法，獲取評價指標權重，加權求和獲取各評價單元耕地質量定級指數，通過SPSS統計軟件，采用最短距離法對評價單元進行聚類分析[18]，對江寧區耕地質量劃分級別。

1.1.2耕地質量與規劃城鎮用地空間耦合運用ArcGIS空間分析對耕地質量級別分布與規劃城鎮用地分布進行空間疊加分析，揭示耕地質量級別與規劃城鎮建設用地布局的空間匹配結構，明確規劃城鎮用地與現狀耕地沖突格局，研究沖突區域內的耕地質量分布特征。

1.1.3可占用耕地選擇與城市開發邊界劃定立足研究區實際，根據耕地質量級別與規劃城鎮用地的空間沖突格局，遵循城市空間拓展少占、不占優質耕地原則，考慮城市發展用地增長實際需要和可占用耕地規模要求，基于耕地綜合質量級別高低排序，借助空間迭代分析，按照公式（1）選擇可占用耕地范圍，初擬城市開發邊界范圍。

Sj=∑ni=1Sji。（1）

式中：Sj表示j城市周邊可占用耕地規模;Sji表示j城市規劃用地范圍內第i個耕地圖斑的面積。

1.2數據來源

主要包括南京市江寧區耕地質量等別更新數據庫（2016年），南京市江寧區城市總體規劃（2010—2030年），南京市江寧區數字化土壤圖（1 ∶5萬），南京市江寧區土地利用調查變更數據庫（2016年），南京市江寧區2016年統計年鑒，原南京市環境保護局2016年環境統計數據及原南京市農業委員會2016年農業生產統計資料。

1.3數據處理

以江寧區耕地質量等別更新成果數據庫為基礎，借助 ArcGIS軟件分別提取土壤性狀和耕作利用條件等指標數據。結合南京市江寧區數字化土壤圖，通過空間插值和數據重分類獲取土壤質量指標的空間分布數據。疊置土壤性狀、耕作利用條件和耕地質量定級等因子數據，獲取空間統一、指標融合的耕地圖斑數據。在指標量化和集成的基礎上，建立耕地質量級別屬性，使用SPSS最短距離法劃分耕地質量級別。通過耕地質量級別分布與規劃城鎮用地布局的空間疊置，提取耕地質量等級和規劃城鎮建設用地的空間組合數據，支撐耕地質量級別分布與城市規劃用地空間布局沖突分析以及城市開發邊界的劃定。

2結果與分析

2.1研究區概況

江寧區地處長江中下游南岸、江蘇省西南部，位于南京市主城區南部，介于30°38′～32°13′N、118°31′～119°04′E之間。江寧區為寧鎮揚丘陵山地的一部分，境內有低山、丘陵、崗地、平原和盆地，其中丘陵崗地面積最大，素有“六山一水三平原”之稱。地勢南北高、中間低，形同“馬鞍”。江寧區屬北亞熱帶溫濕氣候區，氣候溫和，雨水充沛，光照充足，四季分明。至2016年底，江寧區下轄東山、秣陵、湖熟、湯山、淳化、祿口、谷里、江寧、橫溪9個街道201個社區，土地總面積為156 332.48 hm2。其中，農用地面積為102 693.78 hm2，占全區土地面積的65.69%;耕地面積53 158.23 hm2，占全區土地面積的的34.00%;建設用地面積為45 589.03 hm2，占全區土地面積的29.16%。

2.2耕地質量定級

2.2.1評價指標體系的建立本次耕地質量定級評價指標體系參考《農用地定級規程》（GB/T 28405—2012），并結合江寧區具體情況，借助Matlab軟件使用灰色關聯分析法計算各預選指標的灰色關聯系數[公式（2）]，運用關聯系數累計貢獻率大于90%的前k個指標代替預選指標建立耕地質量定級評價指標體系。對于某一指標數列X0（k），各因素數列為Xi（k），二者在k點的灰色關聯系數為：

Ni（k）=minimink|x0（k）-xi（k）|+ρmaximaxk|x0（k）-xi（k）||x0（k）-xi（k）|+ρmaximaxk|x0（k）-xi（k）|;

k=1，…，m。（2）

式中：ρ為分辨系數，在（0，1）內取值，一般取0.5。

對江寧區20個預選指標進行灰色關聯度分析，并進行相關性排序，統計出前14個因子的累計貢獻率達95.6%，略去田塊平整度等6個影響因子，最終確定土壤有機質含量等14個因子作為江寧區耕地質量定級指標因子（表1、表2）。

2.2.2定級因子權重系數確定根據層次分析法的原則，確定各參評指標的層次結構，構建目標層和準則層的比較矩陣，利用Excel提供的函數功能，計算各特征向量即權系數;然后對目標層和準則層進行一致性檢驗，一致性比率CR均小于0.1，通過檢驗，得到各指標的權重見表1。

2.2.3耕地質量定級指數計算根據前面確定的因子分值函數，將樣點數據量化成分值后，根據各因子的權重采用如下綜合指數模型計算評價單元定級綜合指數公式（3）。

E=∑ni=1Wi·Pi。（3）

式中：E為單元總分值（指數）;n為定級因子數，Wi為第i個因子的權重;Pi為第i個因子的作用分值。

2.2.4耕地質量級別劃分定級單元的綜合分值（指數）是耕地社會、經濟和生態效益的綜合反映，分值越大，耕地質量越好，級別越高。利用綜合指數模型計算各單元的定級指數，其范圍在59.85～97.48之間，借助SPSS統計軟件，采用最短距離法對單元總分值聚類分析，以相關系數突變點作為聚類結束標志，此時絕對距離的閾值為8.13，將江寧區耕地質量劃分為5級，1級耕地質量最高，5級最低，然后統計各級別耕地在各個街道的面積（表3）。江寧區的耕地質量以1、2、3級為主，共占63.99%，說明江寧區耕地質量整體水平較高。空間分布上，耕地質量分布規律性較強，與地貌地形特征、土壤類型特征相對應，秦淮河圩區、沿江圩區耕地質量級別較高，南部和北部的丘陵區耕地質量級別較低。從街道分布情況來看，湖熟街道、祿口街道土壤較為肥沃、土壤質地以壤土為主、養分含量豐富，灌溉條件優越，耕地質量級別較高。4、5級耕地地主要分布于谷里街道和江寧街道，這些區域屬于低山丘陵區域，耕作利用條件相對較差，耕地質量級別不高。

2.3耕地質量定級成果與規劃城鎮用地空間耦合

江寧區全區2030年規劃城鎮建設用地 295 km2，采用GIS技術，將其與耕地質量定級評價結果（圖1）進行空間疊加（圖2），建立江寧區規劃城鎮建設用地與耕地質量定級評價空間數據集。規劃城鎮用地與現狀耕地重疊區域主要集中于“一核五元”的新城臨近區域，規劃城鎮用地侵占耕地面積約9 936.07 hm2，約占現狀耕地總面積的1869%（表4）。從規劃城鎮用地侵占的耕地質量級別結構看，67%以上的占用耕地質量屬于3、4、5級類型，綜合質量級別較高的耕地面積不足33%，優質耕地受侵占規模不大;從規劃城鎮用地侵占耕地的空間分布看，東山街道、谷里街道和江寧街道規劃用地侵占的耕地規模較大，但侵占耕地綜合質量較低;湖熟街道、橫溪街道規劃用地侵占的耕地質量級別較高，但面積占比較小。從保護優質耕地的角度來看，江寧區整體上規劃城鎮用地與占用耕地質量的空間分布較為匹配。

2.4基于優質耕地保護的城市開發邊界劃定初探

首先，城市開發邊界的確定須要綜合考慮生態保護區域和優質耕地的分布，但平原地區的自然地理條件相對較為均質并且生態約束較小，因此確定可占用的耕地范圍之后，城市開發邊界的雛形即可初步劃定。在耕地綜合質量與規劃城鎮用地的空間匹配分析的基礎上，按照優先占用質量較差耕地的原則，綜合城市規劃確定的城市用地規模及地方對土地利用總體規劃調整耕地核減規模分配方案的預期，結合規劃城鎮用地侵占的耕地質量結構和實地調研，擬定各街道周邊耕地保護任務調減規模。按照耕地綜合質量指數從低到高的順序，迭代選擇可以占用的耕地圖斑，利用公式（1）循環計算選擇的耕地圖斑總面積，待所選圖斑總面積滿足可占用耕地規模，停止迭代，圈定可占用耕地范圍。考慮空間連片、結合城市主導發展方向、順應水系走向等原則，修飾可占用耕地范圍的邊界，形成城市開發邊界的劃定草案。

依據上述技術路線，形成研究區的城市開發邊界，從圖3可以看出，東山街道、秣陵街道、祿口街道發展潛力較大、建設用地需求較為旺盛，土地規劃調整可能核減的耕地較多，且城市規劃用地范圍內尚有級別相對較低耕地，城市開發邊界后退范圍較小（相較于規劃用地范圍）。湖熟街道、橫溪街道人口、經濟集聚的潛力相對較小，土地規劃調整可能核減的耕地較少，而且城市規劃范圍內的耕地質量較高，相較于規劃用地的布局范圍，城市開發邊界后退距離較大。

3結論與討論

本研究從耕地保護的新時代背景出發，充分借鑒相關研究，從自然因素、社會經濟因素和區位因素3個方面構建耕地質量定級評價指標體系，綜合灰色關聯度和層次分析指標加權方法，拓展了耕地質量定級評價的內涵，改進了耕地質量定級評價的方法。并在耕地綜合質量與規劃城鎮用地空間耦合分析的基礎上，基于適度滿足必要的城市用地增長需求、盡量少占優質耕地的原則，構建了包括耕地質量質量定級評價-耕地質量與規劃城鎮用地空間耦合分析-占用范圍選擇（占用規模確定、占用地塊選擇）-開發占用邊界劃定等環節的城市開發邊界劃定技術路線。江寧區的實證研究表明，綜合城市規劃用地布局和耕地質量定級評價成果，依托空間分析方法，可以較好地支撐城市開發邊界劃定。

受數據可獲得性的制約，研究主要通過灰色關聯度模型來篩選構建耕地質量定級評價指標體系，而對于耕地生態價值、環境價值等的考慮不夠。我國擁有全球7%的耕地，而化肥和農藥的使用量卻全球占比高達35%，2014年首次土壤環境質量普查結果顯示，耕地污染超標率達19.4%，農產品質量安全問題已引起了廣泛的關注。這些都對耕地質量評價提出了新的要求。同時，對于部分指標因子的量化方法，本研究僅采用定性方式進行分類。

本研究僅是以耕地質量評價和耕地質量與規劃城鎮用地空間耦合分析為基礎，探索平原地區城市開發邊界劃定的方法，在普適性等方面須要改進，如在城市開發邊界的劃定工作實踐中，不同城市人口和用地增長需求以及可占用耕地規模的確定是重要依據，本研究并未對此作較多討論，還須要開展多視角的深入研究和多部門的協調研判。

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