文 博，徐 聪，夏 敏

(1.南京林业大学风景园林学院，江苏 南京 210036；2.南京农业大学公共管理学院，江苏 南京210095)

0 引言

20世纪80年代耕地保护首次作为一项基本国策提出至今已30余年，中国政府已探索出一套基本农田保护制度体系，并将耕地保护的重要性提升到新高度[1]。随着国土空间规划体系的提出与不断完善，生态保护红线、永久基本农田保护红线和城镇开发边界已成为经济社会发展、城镇化建设不可逾越的底线[2，3]，生态优先、绿色发展的生态文明理念也逐渐融入生产和生活方式[4，5]。城市周边分布着数量较多、质量相对较好、农业基础设施较为完善的耕地资源，但城市周边又是城镇发展的潜在空间，所以这类耕地一直处于占用与保护的矛盾焦点，农业部门和资源管理部门分别从各自视角对城市周边耕地保护进行了深入探索，形成了切实保护城市周边优质耕地，最大限度避免建设用地扩张过程中占优补劣、占近郊补远郊等共识。同时，在国土空间规划体系发展背景下，耕地的开发利用和保护都不能再从单一、片面的视角进行决策，应以全局性、统筹性思路进行审视[6]。当前，国土空间的开发利用要求以“底线思维”为基础，优先进行永久基本农田红线的划定以强化其对各类建设布局的约束[7]。在此背景下，探索如何对城市周边永久基本农田保护红线划定进行客观、科学地决策，对于全面提升耕地保护水平、切实保护优质耕地、保障国家粮食安全、促进区域社会经济可持续发展具有重要的战略意义[8]。

高标准基本农田建设形成了大量集中连片、设施配套、高产稳产、生态良好、抗灾能力强、与现代农业生产和经营方式相适应的基本农田[9，10]，而永久基本农田保护红线划定，尤其是在目前“多规合一”的大背景下，对耕地保护工作提出了更高的要求[11]。关于如何科学、合理地开展永久基本农田保护红线划定决策的研究逐渐显现，通过收集农用地分等数据[12]、土地质量地球化学调查成果[13]等数据，从农田综合生产力[14]、耕地质量[15]、景观生态安全[16]以及耕地保护与城市扩张关系[17]等方面开展研究，采用四象限法[18]、LESA方法[19]、TOPSIS[20]等方法探讨永久基本农田划定，对丰富永久基本农田划定研究体系、提高永久基本农田保护红线划定决策的科学性和准确性具有重要指导意义。集对分析法能够针对确定性与不确定性问题进行定量分析，解决多目标决策等问题，已应用于产业竞争力、生态文化健康评价等领域[21，22]，在基本农田保护方面，集对分析方法在高标准基本农田建设项目选址合理性评价中也得到了应用[23]。永久基本农田保护红线的划定既要考虑自然条件、农业基础设施等评价性指标，又要考虑生态保护红线约束性边界，划定决策与众多因素密切相关，集对分析法能够有效处理决策与影响因素的复杂性和不确定性，但目前还没有在永久基本农田保护红线划定方面的应用。

基于此，本研究以保护城市周边优质耕地为目标，采用集对分析法对自然地理、土壤质量、农业基础设施及耕地形态等评价性指标进行分析，同时加入生态敏感区与生态功能供给重点区边界等约束性指标，以江西省萍乡市安源区为例开展实证研究，以期在理论上为丰富国土空间规划背景下城市周边永久基本农田保护红线划定研究提供新思路，在实践上为安源区城市周边永久基本农田决策提供依据。

1 研究区与数据

安源区地处江西省西部，东部、东南部与芦溪县接壤，西南部及西部与湘东区交界，北部与上栗县毗连，辖4个街道、6个镇及1个管委会(图1)。全区总面积212.7 km2，其中耕地总面积为3 539.33 hm2。地貌类型以丘陵为主，东、南、北大多为山地，西部地势较低，地貌较为复杂。安源区作为萍乡市的政治、经济、文化中心，是承载萍乡市城市建设、市政基础设施建设、人口聚居的主要区域，近年来随着城市经济社会的发展，建设用地扩张占用了大量城市周边的耕地，城市空间扩展与耕地保护矛盾日益凸显，因此，以安源区为例开展城市周边永久基本农田保护红线划定决策研究具有一定的典型性和代表性。

图1 研究区区位

本研究土地利用数据来源于2018年第二次全国土地调查更新数据，从中获得耕地和道路图层，并采用ArcGIS 10.3计算得到道路通达度、耕作距离、斑块规整度、斑块连片程度等指标；通过中科院地理空间数据云平台获得30 m×30 m数字高程地图，运用ArcGIS 10.3的空间分析工具得到坡度、高程等指标；基于安源区农用地分等定级成果获得土壤质量和农业基础设施条件图层；收集纸质图件扫描配准并矢量化后得到国家森林公园、饮用水水源保护区边界图层，以上矢量数据均转成30 m×30 m栅格数据，按照统一的研究区范围、坐标系统和栅格分辨率进行处理，得到研究区有效耕地栅格数39 227个。需说明的是，安源区行政辖区范围内的后埠街道、凤凰街道、八一街道、东大街道是萍乡市主城区，耕地资源分布较少，故将此4个街道合并为“主城区”。

2 研究方法

本研究以保护优质耕地为前提，以“保持耕地资源的连片性，保证耕地资源生态系统形态、结构及功能的完整性，增强农业配套设施的高效性”作为城市周边基本农田划定方向，同时综合考虑生态敏感区、生态功能供给重点区等生态安全底线，基于集对分析方法对城市周边永久基本农田保护红线划定决策进行研究，具体分析框架如图2所示。

图2 城市周边永久基本农田保护红线划定决策分析框架

2.1 决策指标体系构建

根据《基本农田划定技术规程》、永久基本农田划定工作要求、农地分等及更新成果，参考已有关于基本农田空间布局、永久基本农田划定以及高标准基本农田建设等相关研究[24，25]，综合考虑指标的可获取性与代表性和评价结果的可比性等原则，本研究从自然地理条件、土壤质量条件、农业基础设施条件以及耕地形态四方面选取12项评价性指标，同时选取国家森林公园、饮用水水源保护区边界作为约束性指标，建立城市周边永久基本农田保护红线划定决策指标体系(表1)。

表1 安源区城市周边永久基本农田保护红线划定决策指标体系

已有研究关于道路通达度、斑块规整度以及斑块连片程度的计算方法不一致，本文按照以下方法计算[26，27]。1)构建道路通达度计算公式如式(1)所示;2)斑块连片程度是一个相对概念，本研究运用ArcGIS 10.3软件的Dissolve工具，将研究区耕地矢量数据进行融合，然后运用Explode Multi-part Feature工具将不连片的耕地斑块分离，分离后的耕地斑块面积越大则认为其连片程度越高，同一斑块上所有的栅格连片程度相等;3)借鉴景观生态学中的分维数FRAC(式(2))计算耕地斑块的规整度,其理论范围在1.0～2.0之间，指数越小，表示斑块形状越规则，同一斑块的栅格规整度相等。

(1)

式中：Ci是第i个耕地栅格的道路通达度值；A1、A2、A3、A4、A5分别为县乡道、省道、国道、高速公路和铁路的空间影响权重，通过层次分析法(AHP)计算结果分别为0.51、0.264、0.13、0.063、0.033；M1、M2、M3、M4、M5分别为县乡道、省道、国道、高速公路和铁路的空间影响衰减系数；d1i、d2i、d3i、d4i、d5i分别为第i个栅格到县乡道、省道、国道、高速公路和铁路的空间距离(m)；D1、D2、D3、D4、D5分别为县乡道、省道、国道、高速公路和铁路的影响半径(m)。

FRAC=2log(p/4)/log(a)

(2)

式中：p为斑块周长(m)；a为斑块面积(m2)。

2.2 集对分析方法

集对分析将具有某种联系的两个集合看成一个集对，按照集对的特性，建立同一、差异、对立的联系度对具体问题展开分析。计算公式为[21-23]：

μ=a+bi+cj

(3)

式中：μ为集对间联系度；a、b、c分别表示集对的同一度、差异度和对立度；i、j分别表示差异度系数和对立度系数，i取值范围为[-1，1]，j取值恒定为1。

本文根据集对分析原理开展城市周边永久基本农田划定决策分析。1)设定M={Mk}为耕地栅格集合(k=1,2,…,m)，N={Nr}为决策指标集合(r=1,2,…,n)；设定决策矩阵为E={Xkr}(Xkr为第k个栅格关于指标r的属性值)。2)定义城市周边永久基本农田划定决策指标属性值的最优集为U={ur}，最劣集为V={vr}，决策指标权重集合为W={wr}，本研究认为各决策指标对永久基本农田保护红线划定都非常重要，即各指标等权，w1=w2=…=wr=1/r。3)利用式(4)-式(6)计算第k个栅格的同一度ak和对立度ck。4)根据ak和ck利用式(7)计算第k个栅格的相对贴合度Rk，Rk值越大，表明该栅格越应优先划入城市周边永久基本农田进行保护。

当决策指标Nr为正向指标时：

(4)

当决策指标Nr为负向指标时：

(5)

(6)

Rk=ak/(ak+ck)

(7)

3 结果与分析

3.1 指标贴合度测算结果

根据安源区城市周边永久基本农田划定决策的评价性指标与约束性指标，测算各指标栅格贴合度(图3)，采用集对分析法得到安源区各耕地栅格与基本农田理论最优方案的贴合度结果直方图(图4)。由图4可知，安源区耕地栅格的基本农田划定决策与理论最优方案贴合度最大值为0.826，最小值为0.422，平均值为0.663，贴合度整体水平较高，可见城市周边耕地资源自然地理条件、土壤质量条件、农业基础设施条件及耕地形态都较为优越，在经济迅速发展和城市快速扩张的背景下，应优先考虑将城市周边贴近理想基本农田的优质耕地资源作为永久基本农田加以保护，既保护优质耕地资源，又能保持景观连续性、维持生态系统结构与功能。

图3 安源区城市周边永久基本农田划定决策指标贴合度测算结果

图4 安源区城市周边永久基本农田划定决策贴合度直方图

3.2 永久基本农田保护红线划定空间决策

3.2.1 决策类型划分 与最优方案贴合度越高的耕地栅格越应优先划入永久基本农田保护红线。根据该思路，借助ArcGIS 10.3的自然断点法，按照耕地栅格贴合度从高到低将安源区耕地划分为优先划入型(0.711～0.826)、择优调入型(0.634～0.711)、针对性调控型(0.555～0.634)及全面治理型(0.422～0.555)4种永久基本农田划定决策类型(图5)。对主城区、丹江街道、白源街道等区域决策类型的统计结果如表2所示。优先划入型耕地面积956.16 hm2，占全区耕地资源的27.08%，集中分布于青山镇、五陂镇、安源镇及高坑镇镇区周边道路沿线，具有地势平坦、高程较低、土壤质量高、农业基础设施相对完善、耕地集中连片度高、斑块规整、基本农田建设限制性小等特征，应优先划入城市周边永久基本农田保护红线。择优调入型耕地共有1 597.50 hm2，占全区耕地总面积的45.25%，分布于高坑镇北部、青山镇北部、城郊管委会南部、白源街道靠近主城区的区域，主要为丘陵低山山谷中连片度较高的耕地，与优先划入型耕地相比，耕地质量、区位、生产性基础设施优势较低，但其中部分耕地资源连片度较高，在扣除规划中城市发展预留的必须占用的主城区周边少数耕地资源的基础上，高坑镇北部、青山镇北部距主城区有一定距离、集中连片的部分耕地应择优调入安源区城市周边永久基本农田保护红线。针对性调控型耕地共有498.24 hm2，占全区耕地总面积的14.11%，主要分布于高坑镇与青山镇范围内的山脚地带，其余区域也有少量分布；此类耕地所处的地形条件复杂，多为坡耕地，斑块面积较小，土壤质量、农业基础设施条件、耕地形态与前两种类型有一定差距，各种条件对基本农田布局表现出一定的阻碍作用，应分析影响基本农田布局的阻碍因素及作用机制，并将调控改造后形成的优质耕地作为永久基本农田划定决策的备选方案。全面治理型耕地478.53 hm2，占耕地总面积的13.56%，主要分布于青山镇、高坑镇、五陂镇的丘陵山区，以旱作坡耕地为主；此类耕地平均斑块面积较小，空间连片程度较低，破碎化程度较高，呈零星分布状态，目前不宜划入永久基本农田保护红线。

图5 安源区城市周边永久基本农田保护红线划定决策分类

表2 永久基本农田保护红线划定决策各类型面积

3.2.2 决策类型管控 为指导城市周边永久基本农田保护红线划定及管控工作，根据安源区城市周边永久基本农田保护红线划定决策类型的自然地理条件、土壤质量条件、农业基础设施条件、耕地形态和生态敏感性(国家森林公园)、生态服务功能供给重点区域(饮用水水源保护区)等，结合安源区总体规划的要求，提出如下分类管控对策。1)优先划入型：应充分发挥此类耕地资源的优越性，在保护耕地质量与生态环境的前提下，优化现有耕作方式、种植结构与农业生产布局，通过加强农业现代化建设、强化农业绿色发展模式的介入，打造城市周边集农业观光、高效生产、科普于一体的现代化农业示范区。2)择优调入型：在将条件较好的耕地划入永久基本农田保护红线的基础上，采取工程措施、生物技术以提升农业生产管理科学性，促进耕地质量提升和农业生产条件改善。3)针对性调控型：可对此类耕地开展综合整治，通过实施平整土地、改良土壤、完善灌溉与排水等农田基础设施工程措施，将改造后符合基本农田要求的耕地根据上级下达指标要求，择优纳入城市周边永久基本农田进行保护，或作为城市周边永久基本农田后备资源；对于改造难度大或改造后尚不符合基本农田布局要求的耕地则划为一般农用地，因地制宜地选择科学的耕作方式和合理的种植结构，引导农业生产有序开展。4)全面治理型：此类耕地受自然条件、土壤质量、农田基础设施及耕地形态的影响较为强烈，应进行全面整治并采取差别化的管理措施。主城区内或邻近主城区的该类型耕地斑块面积较小，开展农用地整理边际成本较高，可补充耕地数量较少，且多以零星斑块镶嵌于建设用地内部，可通过非农化为城市建设提供发展空间；远郊丘陵山区的该类型耕地，可满足基本农田要求的数量较少，同时受区位、交通等条件限制，可作为建设用地后备资源的亦很少，则应因地制宜积极发展山区特色旱作农业，充分发挥多元化的耕地生产、生态功能，提升耕地综合效益。

4 结论与讨论

本文按照国土空间规划“生态优先、绿色发展”与“底线思维”的工作逻辑，优先进行城市周边永久基本农田保护红线的划定以强化其对各类建设布局的约束，能够对国土空间规划“三线划定”决策提供理论参考。以江西省萍乡市中心城区所在地安源区为例，采用集对分析法研究城市周边永久基本农田保护红线的划定决策，根据栅格划定决策方案与理论最优方案的贴合度，将安源区耕地划分为优先划入型、择优调入型、针对性调控型和全面治理型4种永久基本农田划定决策类型，其面积分别占全区耕地总面积的27.08%、45.25%、14.11%、13.56%。优先划入型和择优调入型主要分布于城区周边的道路沿线，该类型耕地综合质量好、连片度高、设施完善，属于城市周边基本农田保护的核心部分，是城市周边耕地农业生产功能、生态功能、农田景观功能的主要载体，城市建设发展应尽可能避免对其破坏，优先将上述两种类型中的优质连片耕地划入永久基本农田保护红线。针对性调控型耕地应在充分分析障碍因素的基础上，开展综合治理与调控，将调控改造后形成的优质耕地作为永久基本农田划定决策的备选方案。全面治理型耕地主要为旱作坡耕地，主城区周边有少量镶嵌于建设用地之中，因为基础条件优劣各异，改造难易程度不一，目前不宜划入永久基本农田保护红线。

借助集对分析法研究安源区城市周边永久基本农田保护红线的划定，有效规避了探讨各影响因素对于城市周边永久基本农田保护红线划定决策影响的不确定性与复杂性。本研究存在如下有待改进之处：采用自然断点法对集对分析法测算结果进行分级以确定决策类型，在分级时仅考虑数据自身特征，未深入分析各影响因素的作用，今后将探讨更科学的分级方法；以保护城市周边集中连片、质量较高的优质耕地及维持生态功能完整性为目标，可为永久基本农田保护红线划定决策提供参考，实际工作中还需考虑城市发展需要、生态红线的范围等进行综合决策。此外，随着科技水平与农业工程技术的提高，现阶段整治难度较大、改造成本较高的耕地未来亦可能整治为符合永久基本农田要求的耕地资源。