基于地质环境适宜性的基本农田布局优化研究

王玉军，刘 琼，欧名豪

基于地质环境适宜性的基本农田布局优化研究

王玉军1,2，刘 琼1※，欧名豪1

（1. 南京农业大学土地管理学院，南京 210095；2. 江苏省地质调查研究院，南京 210018）

基本农田划定及布局受自然、经济社会、生态环境等多元因素的影响，但是当前基本农田布局研究中仍然缺少对地质环境因素的系统考察。该文试图从耕地利用的地质环境约束出发，以徐州市城市规划区为例，开展面向耕地的地质环境适宜性评价，通过GIS空间叠加分析对现行基本农田布局方案进行优化。研究结果表明：1）依据耕地利用与地质环境的关系，整合地形、土壤、水文、地质灾害、地质环境问题等要素开展区域地质环境适宜性评价，是进行基本农田布局优化的前提。2）研究区地质环境适宜性评价等级为较不适宜、不适宜的基本农田面积共2 431.69 hm2，研究区基本农田存在明显的地质环境约束。3）通过将较不适宜、不适宜的基本农田调出，再从一般农地中调入适宜、较适宜的耕地形成新的布局方案，从地质环境角度看研究区基本农田布局实现了优化。该研究探索了基于地质环境约束的区域基本农田布局优化路径，还可以在城乡建设用地、工矿用地等类型的土地布局优化中进行应用，从而为空间规划编制和管理中实现“矿地融合”服务。

土地利用；地质；模型；基本农田；适宜性评价；徐州

0 引 言

基本农田是耕地的精华，对基本农田实行特殊保护对提高耕地产出、维护国家粮食安全具有重要意义。科学划定基本农田、优化基本农田布局是保护基本农田的起点，也是进行高效利用和有效监管的基础，对国家战略的实现至关重要。但是，中国耕地和基本农田利用中的存在土地污染、水土流失、地质灾害等地质环境问题，耕地土壤污染点位超标率达19.4%[1]，1997－2004年间因灾害损毁耕地年均超过13万hm2[2]。这些地质环境问题显著影响了耕地和基本农田的生产力[3]。

相关研究指出，土地利用布局是自然、社会经济、生态等多因素综合作用的结果。对耕地和基本农田而言，以土壤肥力、土层深度等为核心的土壤自然属性指标[3-4]是其布局首先要考虑的因素；与此同时，区位、基础设施等经济社会属性指标[4-6]因其显著影响耕地和基本农田的产出水平，也被普遍作为影响因素；由于近年来土地生态问题的凸显，生态要素如土壤污染[7]、生物多样性[8]等也逐渐受到重视。随着耕地和基本农田布局中考虑影响因素增多，部分研究还对布局中如何权衡自然、社会经济、生态环境因素[6,9]，协调耕地保护、城镇开发和生态保护的关系[10-11]进行了探索。总之，耕地和基本农田布局的影响因素正呈现“多元化”的趋势。但是，现有研究对地质环境要素的约束作用仍然考虑不足。地质环境能够在长时间尺度上影响土地利用的规模、形态、分布等，在农用地利用中土壤污染、地下水污染、地下水位、地质灾害等[3,12]能显著影响农作物产量。虽然现有研究已经将个别地质环境指标纳入耕地和基本农田的影响因素，如将地形地貌作为自然因素[5]、将水土污染作为生态因素[7]，但仍缺乏对地质环境因素约束的系统考虑。这一问题在其他地类的布局中同样存在，虽然城乡建设用地[13-14]、工矿用地[15]、基础设施选址[16]中也会开展地质环境适宜性评价，但主要是针对地质灾害[17]等单要素的考虑。因此，有必要系统考虑地质环境对土地利用的约束作用，开展耕地和基本农田布局优化研究。

本文拟从耕地利用的地质环境约束出发，开展面向耕地的地质环境适宜性评价，通过GIS空间分析对现行基本农田布局方案进行优化，从而得到基于地质环境适宜性的区域基本农田布局优化路径。

1 研究区域及数据来源

1.1 研究区域概况

考虑到研究区域的代表性及地质环境资料完整度，本文选择徐州市城市规划区为研究区域，包括徐州市区行政管辖范围（鼓楼区、云龙区、泉山区、贾汪区、铜山区）及睢宁县双沟镇。研究区为苏鲁豫皖四省接壤处，116°54′～117°37′E，34°02′～34°32′N，地处黄泛平原，属湿润半湿润季风气候区，四季分明，光照充足。境内河流纵横交错，湖沼、水库星罗棋布，废黄河斜穿东西，京杭大运河横贯南北，东有沂、沭诸水及骆马湖，西有夏兴、大沙河及微山湖。从地质上看，研究区位于华北陆块区东南缘，地层属华北地层大区—晋冀鲁豫地层区—徐淮地层分区。本区大面积分布沉积岩，其余均被第四系和水域覆盖；区内岩浆岩不甚发育。其南北不远均有秦岭纬向构造带北分支的构造行迹展布，如南部的符离集断裂和北部的铁佛沟断裂等；东距郯庐断裂带约50 km2，西邻砀山—永城—涡阳北北东向构造带。区内矿产资源开发利用集中在金属矿产（铁矿）、非金属矿产（水泥用灰岩矿、建筑石料用灰岩矿和辉绿岩矿）及能源矿产（煤矿、地热）三大类。区内地下水开采利用历史悠久，岩溶水允许开采资源量为17 815.31×104m3/a。

近年来，徐州市区经济社会发展迅速，工业化和城镇化快速推进。同时作为矿产资源丰富且开采历史悠久的地区，也面临着经济社会发展转型。经济社会的发展及转型对土地利用的影响十分明显。研究区土地总面积200 366.83 hm2，按照《徐州市土地利用总体规划（2006－2020）》，基本农田保护区面积为108 390.20 hm2，其中耕地82 116.83 hm2。主要分布在铜山区、贾汪区，位于中心城区核心地带鼓楼区、泉山区、云龙区，故未布局基本农田；一般农地区面积32 091.18 hm2，各区均有分布。从空间分布上看，基本农田保护区与城镇村建设用地区和独立工矿区在空间上联系紧密。显然，研究区的基本农田布局受地质环境因素的约束比较明显。

1.2 数据来源

本研究采用的数据包括地质环境数据和地质资源数据、耕地利用现状及规划数据等。

1）地质环境和地质资源数据主要来自江苏省地质环境年报（2008－2015年）、江苏省矿产资源开发利用年报（2008－2015年）、江苏省地质环境质量评价工作成果（2008年）、江苏省地质环境保护规划（2008－2015年）成果、江苏省地质环境调查与区划研究成果（2015年）、江苏省矿产资源总体规划（2016－2020年）成果、徐州城市地质调查成果（2016年）等。

2）耕地利用现状及规划数据主要来自徐州市、县、乡级土地利用总体规划（2006－2020年）成果、徐州市土地利用变更调查成果（2015年）、徐州市耕地质量等别更新评价的成果。

2 面向耕地的地质环境适宜性评价

2.1 面向耕地的地质环境适宜性评价体系

对已有耕地适宜性评价指标进行汇总分析，可将常见的耕地适宜性评价指标归纳为地形条件、气候条件、土壤条件、水文条件、灌排条件、区位条件6种类型，其中地形、土壤、水文是与地质环境相关的[4-7,18-20]。此外，约束耕地利用的地质环境因素主要来自于地质环境资源开发利用中存在的地质环境问题及地质灾害[21]。因此，本文从以下5个方面构建面向耕地的地质环境适宜性指标体系：1）地形条件：是地质环境最直接的表现形式，高程、坡度、坡向等地形条件对耕地利用有直接影响；2）土壤条件：也是反映地质环境质量的重要因素，土壤质地、土层厚度、理化性状、土壤污染程度等直接影响耕地质量；3）水文条件：地下水是地质环境资源，更是很多地区的灌溉水源，地下水资源可采程度、地下水污染程度和地下水防污性能力均与农业生产密切相关；4）地质灾害：对耕地而言是指相应地质灾害的易发程度，主要包括滑坡崩塌易发程度、泥石流易发程度、地面塌陷易发程度；5）地质环境问题：地质环境问题是指有别于地质灾害的专业性地质环境问题，对耕地而言主要考虑水土流失程度、水土退化程度。根据以上5个准则层，考虑到徐州地区的实际情况及数据的可得性，建立影响区域耕地利用的地质环境适宜性评价指标体系。依据该指标体系，本文采用AHP法和熵值法，通过算术平均得到指标的综合权重。其中，AHP法征求了徐州市国土资源主管部门等专家和学者意见，采用1-9标度构建判断矩阵，并开展一致性检验（表1）。

表1 研究区耕地适宜性地质环境评价指标及其权重

本研究将耕地适宜性等级分为适宜、较适宜、较不适宜、不适宜四个级别，其中适宜表示可直接作为耕地利用；较适宜表示采取低代价措施即可作为耕地利用；较不适宜表示需采取高代价措施方可作为耕地利用；不适宜表示不可作为耕地利用。本研究主要根据各项指标性质，参考以往研究及相关行业规范或标准，确定其适宜性标准（表1）。其中，地形条件指标的标准值主要参考土地整治相关规范和标准，土壤条件指标的标准值参考了土地整治相关规范和标准、《土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295-2016）》、《农田土壤环境质量监测技术规范（NY/T 395-2000）》，水文条件指标参考了区域水文地质调查、地下水动态监测等方面的标准、《地下水污染地质调查评价规范（DD 20008-01）》，地质灾害指标则参考了《<县（市）地质灾害调查与区划基本要求>实施细则（修订稿）》等，地质环境问题指标则参考了水利普查、土壤普查的相关做法和联合国粮农组织和联合国环境规划署（FAO和UNEP）对土地退化的分级标准等。

2.2 评价方法

物元模型[22]源于中国学者蔡文教授提出的一门原创性横断学科—可拓学，是以形式化的模型，来探讨事物拓展的可能性以及开拓创新的规律和方法，主要用于解决不相容的复杂问题[23]。这种方法的优点在于它的关联函数属于（-∞，+∞），可以极大地拓展它的研究范围，保障无丢失地综合各种因素的全部信息，并揭示更多的分异信息[24]；在等级确定上结合客观标准先对评价指标的经典域及节域进行区间界定，然后通过单指标的关联函数计算得到单指标状态，再通过模型集成得到多指标的综合水平，可以克服评价过程中人为因素的影响，避免主观判断，进而提高评价结果的客观性和科学性[25]。在地质环境领域，由于地质环境要素的不相容性比较显著，物元模型被广泛使用，成为最适宜的地质环境评价模型[26]。

2.2.1 构建地质环境评价物元

物元模型中，地质环境评价单元及其特征和特征量值共同构成地质环境物元()。假设地质环境评价中有个评价单元，则第个评价单元为N（=1,2,…,）；若评价单元中有个特征，则它以个特征C及相应量值为V（=1,2,…,;=1,2,…,）表示；那么，地质环境评价物元为

2.2.2 确定地质环境评价的经典域和节域

地质环境评价的经典域物元矩阵可表示为

式中0代表构建的经典域物元，0ik代表地质环境的第个评价等级，C代表特征向量，0ik代表关于第个特征向量第个评价等级的量值区间范围<0i1k，01>（=1,2,…,;=1,2,…,;=1,2,…,），即经典域。

地质环境评价的节域物元矩阵可表示为

式中代表节域物元；<>代表节域物元对应特征向量C的量值区间范围,代表地质环境评价全部的等级, V＜a且V＞b（=1,2,…,;=1,2,…,）。

2.2.3 建立地质环境评价物元关联函数

令有界区间0=[,]的模为

则某一值到区间0=[,]的距离为

那么地质环境评价物元关联函数为

i

=1,2,…,

m

；

j

=1,2,…,

n

；

k

=1,2,…,

t

式中G(x)为第个评价单元第个评价指标关于某种评价目标的第个地质环境评价等级的关联度；x0ijkx分别表示为地质环境评价指标的实际量值及经典域和节域取值范围。

2.2.4 计算综合关联度并定级

基于地质环境评价物元关联函数和评价指标权重，可进一步计算地质环境评价综合关联度，即第个评价单元N相对第个地质环境评价等级的关联度G(N)。

地质环境评价对象关于对于第个评价单元第评价等级的综合关联度为

i

=1,2,…,

m

；

j

=1,2,…,

n

；

k

=1,2,…,

t

式中关联度的大小表示评价对象属于地质环境评价某一水平的程度：≥1，表示评价对象超过该水平标准；1＞≥0，表示评价对象符合该水平标准；0＞≥−1，表示评价对象不符合该水平标准，但具备达到该水平的条件；＜−1，表示评价对象完全不符合该水平标准。

若G(x)=Max[G(x)]，则评价单元的评价指标属于地质环境评价等级；若G(N)=Max[G(N)]，则评价单元属于地质环境评价等级。

2.3 评价单元及优化思路

2.3.1 评价单元划分

考虑到基础数据的特点和多因素叠加分析的可行性，本文采用格网法划分评价单元，即在确定格网边长的基础上，由计算机实现统一坐标系条件下的矢量数据栅格化，建立的栅格单元即为评价单元。由于评价指标众多，是一个复杂的系统，为了能够既最大限度地反映各评价指标的空间差异性，又保证叠加分析和格网计算的可行性，本文使用100 m×100 m的格网单元对研究区进行划分，同时将评价指标的空间分布格网化为100 m×100 m的格网单元。

2.3.2 基本农田布局优化思路

采用GIS空间分析，通过将土地利用总体规划图（2006-2020）与耕地适宜性地质环境评价结果进行叠加分析，允许部分适宜性低的土地调出，同时为落实基本农田保护约束性指标，必须调入相应面积，最终得到优化方案。

1）调出

首先，将地质环境适宜性等级为不适宜的基本农田调出，调整为非耕地，具体规划用途考虑生态用途如林地、草地等；其次，将地质环境适宜性等级为较不适宜的基本农田调整为一般农用地。

2）调入

按照基本农田调入面积等于对应的调出面积的原则，首先在一般农地区中选择地质环境适宜性评价结果为适宜、较适宜的耕地，尽量基本农田面积在乡镇（街道）内部平衡。若在某一乡镇（街道）无法平衡，则考虑在县域内平衡。若全县无法平衡，则需要核减基本农田保护面积指标。

3 实证分析

3.1 耕地的地质环境适宜性等级评定

采用以上评价方法，将现状居民点、水域扣除后，研究区域共形成315 746个评价单元，针对每个单元开展地质环境适宜性评价。

3.1.1 耕地的地质环境经典域和节域

为了计算方便和统一，采用标准化评分法消除量纲与尺度上的不同，使各特征间具有一定的可比性。本研究采用=100×(−min)/(max−min)（特征值与用地适宜性成正效应）与=100×(max−x)/(max−min)（特征值与用地适宜性成逆效应），对收集到的数据进行处理，并以标准化后的值作为耕地适宜性地质环境评价各参评指标的经典域，具体见表2。

3.1.2 待评物元的评价指标量化分值及关联度计算

根据3.1.1中的评价指标数据来源和各项指标的分级标准，采用函数赋分法、数据标准化法、空间分析法等分别进行量化，可以得到研究区14项耕地适宜性地质环境评价参评指标的分值。然后根据其各项评价指标的经典域、节域、分值，利用2.2.3中的关联度计算公式得出每个评价指标对于不同适宜性等级的关联度。然后，分别对这些指标关联度进行加权计算，得出适宜、较适宜、较不适宜、不适宜的综合关联度，如图1所示。

表2 研究区耕地适宜性地质环境评价指标经典域

3.1.3 适宜性等级评定

比较各评价单元不同适宜性等级的综合关联度，对于某一评价单元，其综合关联度最大的适宜性等级为该评价单元的适宜性评价结果。对所有评价单元依次进行比较分析，得到研究区所有评价单元的耕地适宜性地质环境评价结果（图2）。

研究区耕地适宜性总体较高，等级为适宜的土地面积为261 979.55 hm2，占土地总面积的82.97%。主要分布在铜山区、睢宁县双沟镇大部分和贾汪区西部地区，覆盖远离中心城区的广大农村平原地区。这些区域地形平缓，土层较厚，表层土壤多为轻壤、中壤、重壤，土壤养分优良、无污染，地下水资源相对丰富、无明显污染，无地质灾害或地质环境问题。

较适宜的土地面积为41 014.52 hm2，占土地总面积12.99%。主要分布在铜山区中部、东南部和贾汪区西南部，位于中心城区和规模较大的城镇周边平原地区。这些区域地形相对有一定起伏，土壤质量良好，地下水污染丰富但有轻度污染，部分区域存在地面塌陷情况或隐患。

较不适宜的土地面积为12 485.96 hm2，占土地总面积的3.95%。主要分布在铜山区西南、东南和贾汪区中部，集中于低山丘陵地区和部分地质灾害严重或易发区。这些区域高程普遍较高且坡度偏大，土壤质地多为沙砾质，地下水污染相对较重，局部区域存在较严重的滑坡崩塌和地面塌陷地质灾害。

不适宜的土地面积为281.09 hm2，占土地总面积的0.09%。分布在贾汪区大洞山和铜山区利国镇。前者因为高程过高、坡度太大，后者因为土壤污染严重，均极难通过相应技术手段改造或改善以达到作为耕地利用的基本条件。

图1 研究区耕地适宜性等级综合关联度分布图

图2 研究区耕地适宜性地质环境评价结果

3.2 基本农田的布局优化

3.2.1 调 出

通过将《土地利用总体规划图（2006-2020）》（以下简称“规划”）与耕地适宜性地质环境评价结果进行叠加，可以发现《规划》的基本农田保护区中地质环境适宜性等级为较不适宜的耕地面积为2 382.28 hm2，不适宜的耕地为49.41 hm2，二者合计为2 431.69 hm2，占基本农田面积的2.96%。按照布局优化思路，这部分耕地全部从基本农田保护区中调出（图3）。

图3 研究区基本农田保护区调整情况示意图

从图3中可以看出，基本农田的调出主要分布在中心城区核心地带的外围乡镇，如铜山区利国镇、铜山区西南、东南及贾汪区大洞山，这些区域高程普遍较高且坡度偏大，土壤质地多为沙砾质，地下水污染相对较重，局部区域因采矿存在较严重的滑坡崩塌和地面塌陷地质灾害，且难以通过相应技术手段改造或改善以达到作为耕地利用的基本条件。鼓楼区、泉山区因位于中心城区核心地带，在土地利用总体规划图中未布局基本农田，无需调整。

3.2.2 调 入

在调出基本农田的同时，以乡镇（街道）为单元对一般农地区内耕地地质环境适宜性评价结果为适宜、较适宜的耕地进行空间统计，得到各镇（街道）的调入潜力，判断镇（街道）的调入潜力是否充足。从表3可以看出，铜山区、贾汪区的绝大多数镇（街道）都需调整，大部分镇（街道）有充足的调入潜力，能落实基本农田保护指标，因此在本镇（街道）内实现调整。其中：贾汪区老矿街道、大吴镇的调入潜力较小，刚好能满足调入需求，也能在本镇（街道）内实现调整；铜山区刘集镇、贾汪区夏桥街道因调入潜力不足，无法落实基本农田保护指标，根据耕地地质环境适宜性评价等级，需要在区内实现调整。依据尽量在本乡镇（街道）平衡的原则，同时考虑基本农田的集中连片性，铜山区刘集镇内部调入了420.16 hm2，另有77.76 hm2在铜山区何桥镇、马坡镇、棠张镇进行了异地调入；贾汪区夏桥街道内部调入了2.36 hm2，另有52.46 hm2在贾汪区塔山镇进行了异地调入。

表3 乡镇（街道）基本农田调整情况

根据各乡镇（街道）的调入和调出结果，最终形成了基于耕地地质环境适宜性评价的基本农田布局方案。经上述优化调整，研究区基本农田保有量仍保持为82 116.83 hm2，且各市辖区层面基本农田保护指标也得到了落实。与现行规划方案相比，优化后基本农田保护区内耕地的地质环境适宜性等级变化如下：等级为适宜的耕地比例从90.65%提高到92.68%，较适宜的耕地比例从7.11%提高到7.32%，等级为较不适宜和不适宜等耕地比例降为0。这一布局方案降低了基本农田保护区内发生地质环境问题和地质灾害的风险，可以为主管部门在国土空间规划编制中划定或调整耕地红线提供参考。

4 结论及讨论

本文通过构建面向耕地的地质环境适宜性评价体系，开展耕地地质环境适宜性评价，并据此对土地利用总体规划的基本农田布局方案开展优化。本文的主要研究结论：

1）依据耕地利用与地质环境的关系，整合地形、土壤、水文、地质灾害、地质环境问题等要素开展区域地质环境适宜性评价，是进行基本农田布局优化的前提。

2）研究区地质环境适宜性评价等级为较不适宜、不适宜的基本农田面积共2 431.69 hm2，研究区基本农田存在明显的地质环境约束。

3）通过将较不适宜、不适宜的基本农田调出，再从一般农地中调入适宜、较适宜的耕地形成新的布局方案，从地质环境角度看研究区基本农田布局实现了优化。

本文探索了基于地质环境约束的基本农田布局优化路径，这一思路不仅可以用于基本农田和耕地布局优化，还可以在城乡建设用地、工矿用地等类型的土地布局优化中进行应用，从而为空间规划编制和管理中实现“矿地融合”服务。但是需要指出的是，本文的地质环境适宜性评价指标是针对耕地的，其他地类的地质环境适宜性评价指标体系应根据土地利用特点进行调整；同时，本文只考虑了基于地质环境约束的基本农田布局调整，未考虑国土空间开发规划编制过程中基本农田与一般农用地、城市土地、工矿用地布局优化的相互关系，这方面的研究还有待加强。

[1] 环境保护部，国土资源部. 全国土壤污染状况调查公报[Z]. 2014-04-17.

[2] 国土资源部. 全国土地利用总体规划纲要（2006－2020）[Z].2008-10-24.

[3] 张光辉，费宇红，刘春华，等. 华北平原灌溉用水强度与地下水承载力适应性状况[J]. 农业工程学报，2013，29(1)：1－10.

Zhang Guanghu, Fei Yuhong, Liu Chunhua, et al. Adaptation between irrigation intensity and groundwater carrying capacity in North China Plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(1): 1－10. (in Chinese with English abstract)

[4] 杨树佳，郑新奇，王爱萍，等. 耕地保护与基本农田布局方法研究：以济南市为例[J]. 水土保持研究，2007, 14(2)：4－7.

Yang Shujia, Zheng Xinqi, Wang Aiping, et al. The method research of cultivated land protection and prime farmland distribution-Taking Jinan for example[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2007, 14(2): 4－7. (in Chinese with English abstract)

[5] 奉婷，张凤荣，李灿，等. 基于耕地质量综合评价的县域基本农田空间布局[J]. 农业工程学报，2014，30(1)：200－210.

Feng Ting, Zhang Fengrong, Li Can, et al. Spatial distribution of prime farmland based on cultivated land quality comprehensive evaluation at county scale[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 200－210. (in Chinese with English abstract)

[6] 柯新利，马才学. 基于资源禀赋和经济发展区域差异的耕地优化布局：以武汉城市圈为例[J]. 经济地理，2013，33(11)：136－141.

Ke Xinli, Ma Caixue. Interregional farmland layout optimization on the constraint of natural resources and social-economical condition: A case study of Wuhan city circle[J]. Economic Geography, 2013, 33(11): 136－141. (in Chinese with English abstract)

[7] 刘霈珈，吴克宁，赵华甫，等. 基于耕地综合质量的基本农田布局优化：以河南省温县为例[J]. 中国土地科学，2015，29(2)：54－59.

Liu Peijia, Wu Kening, Zhao Huafu, et al. Spatial allocation optimization of prime farmland based on cultivated land comprehensive quality: A case study of Wen county, Henan Province[J]. China Land Sciences, 2015, 29(2): 54－59. (in Chinese with English abstract)

[8] 王建英，李江风，邹利林. 基于生物多样性保护的耕地入选基本农田布局[J]. 水土保持研究，2013，20(1)：235－239，245.

Wang Jianying, Li Jiangfeng, Zou Lilin. The layout for selecting cultivated land into prime farmland based on the biodiversity conservation[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2013, 20(1): 235－239, 245. (in Chinese with English abstract)

[9] 侯现慧，赵敏娟，刘婧鸣，等. 基于生态协调性和建设适宜性的山区基本农田布局研究：以福建省永安市为例[J].自然资源学报，2018，33(12)：2167－2182.

Hou Xianhui, Zhao Minjuan, Liu Jingming, et al. Research on the prime farmland distribution in mountainous areas based on ecological harmony and construction suitability: A case study of Fujian Yongan[J]. Journal of Natural Resources, 2018, 33(12): 2167－2182. (in Chinese with English abstract)

[10] 柯新利，郑伟伟，杨柏寒. 权衡城市扩张、耕地保护与生态保育的土地利用布局优化：以武汉市为例[J]. 地理与地理信息科学，2016，32(5)：9－13，51.

Ke Xinli, Zheng Weiwei, Yang Bohan. Optimizing of land allocation for synergy of urban expansion, cultivated land protection and ecosystem conservation: A case study of Wuhan[J]. Geography and Geo-Information Science, 2016, 32(5): 9－13, 51. (in Chinese with English abstract)

[11] 闫志明，蒲春玲，孟梅，等. 基于城市总规的基本农田空间优化调整研究：以乌鲁木齐市高新区（新市区）为例[J]. 中国人口·资源与环境，2016(6)：155－159.

Yan Zhiming, Pu Chuling, Meng Mei, et al. Study on adjustment and optimization of spatial distribution of capital farmland in suburb based on urban master plan: A case study of Urumqi high-tech industrial development zone[J]. China Population, Resources and Environment, 2016(6): 155－159. (in Chinese with English abstract)

[12] 张光辉，费宇红，刘春华，等. 华北平原灌溉用水强度与地下水承载力适应性状况[J]. 农业工程学报，2013，29(1)：1－10.

Zhang Guanghu, Fei Yuhong, Liu Chunhua, et al. Adaptation between irrigation intensity and groundwater carrying capacity in North China Plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(1): 1－10. (in Chinese with English abstract)

[13] 李喆，何政伟，伍文. 基于地质灾害危险性评价的建设用地布局规划[J]. 环境科学与技术，2012(4)：179－183，205.

Li Zhe, He Zhengwei, Wu Wei. Construction land layout planning based on the geo-hazard risk assessment[J]. Environmental Science & Technology, 2012(4): 179－183, 205. (in Chinese with English abstract)

[14] 陈维治，付保红. 基于地质灾害危险性区划的盈江县农村居民点空间布局优化[J]. 水土保持研究，2017，24(3)：320－324，368.

Chen Weizhi, Fu Baohong, Spatial distribution and optimization of the rural residential area in Yingjiang county based on geological hazard zoning[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2017, 24(3): 320－324, 368. (in Chinese with English abstract)

[15] Cen Lihuang, Yang Wang. The assessment of geological environment and its application for Lu’an national planning mining areas in Shanxi Province[J]. Advanced Materials Research, 2013, 2480(726): 1045－1048.

[16] 徐林荣，陈舒阳，曹禄来. 泥石流危害桥隧工程易损性评价[J]. 岩土力学，2014(9)：2642－2650.

Xu Linrong, Chen Shuyang, Cao Lulai. Engineering vulnerability assessment for bridges and tunnels harmed by debris flow hazards[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014(9): 2642－2650. (in Chinese with English abstract)

[17] 韦仕川，冯科，黄朝明，等. 地质灾害分区及其在土地利用规划中的应用：以山东东营市为例[J]. 地域研究与开发，2009(6)：75－79.

[18] 文高辉，杨钢桥，汪文雄，等. 基于农户视角的耕地细碎化程度评价：以湖北省“江夏区—咸安区—通山县”为例[J]. 地理科学进展，2016，35(9)：1129－1143.

Wen Gaohui, Yang Gangqiao, Wang Wenxiong, et al. Evaluation of cultivated land fragmentation degree based on farmers’ perspective: A case of Jiangxia District, Xian’an District, and Tongshan County in Hubei Province[J]. Progress in Geography, 2016, 35(9): 1129－1143. (in Chinese with English abstract)

[19] 李保琦，肖伟华，杨明智，等. 基于土壤和地形约束的耕地识别方法研究：以锦西灌区为例[J]. 中国农业大学学报，2017，22(8)：74－82.

Li Baoqi, Xiao Weihua, Yang Mingzhi, et al. Cultivated land identification based on soil properties and terrain features identification: A case study of Jinxi irrigation area[J]. Journal of China Agricultural University, 2017, 22(8): 74－82. (in Chinese with English abstract)

[20] 张雪靓，孔祥斌. 黄淮海平原地下水危机下的耕地资源可持续利用[J]. 中国土地科学，2014，28(5)：90－96.

Zhang Xueliang, Kong Xiangbin. Cropland sustainable use impacted by groundwater depletion in China’s HHH Plains[J]. China Land Sciences, 2014, 28(5): 90－96. (in Chinese with English abstract)

[21] Ohlmacher G C, Davis J C. Using multiple logistic regression and GIS technology to predict landslide hazard in northeast Kansas, USA[J]. Engineering Geology, 2003, 69(3/4): 331－343.

[22] 蔡文. 物元模型及其应用[M]. 北京：科学出版社，1994.

[23] 郭彦龙，卫海燕，顾蔚，等. 基于模糊物元模型的桃儿七潜在地理分布研究[J]. 生态学报，2015，35(3)：770－778.

Guo Yanlong, Wei Haiyan, Gu Wei, et al. Potential distributions of Sinopodophyllum hexandrum based on fuzzy matter element model[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(3): 770－778. (in Chinese with English abstract)

[24] 周迎雪，李贻学，孙仪阳，等. 基于不同评价模型的土地生态安全评价：以山东半岛蓝色经济区为例[J]. 中国人口·资源与环境，2016，26(S2)：207－210.

Zhou Yingxue, Li Yixue, Sun Yiyang, et al. Evaluation of land eco-security based on different evaluation model: A case in Shandong Peninsula Blue Economic Zone[J]. China Population, Resources and Environment, 2016, 26(S2): 207－210. (in Chinese with English abstract)

[25] 黄辉玲，罗文斌，吴次芳，等. 基于物元分析的土地生态安全评价[J]. 农业工程学报，2010，26(3)：316－322.

Huang Huiling, Luo Wenbin, Wu Cifang, et al. Evaluation of land eco-security based on matter element analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(3): 316－322. (in Chinese with English abstract)

[26] 张以晨. 吉林省地质灾害调查与区划综合研究及预报预警系统建设[D]. 长春：吉林大学，2012.

Zhang Yichen. Research on Geological Disaster Survey and Zoning in Jilin and Forecasting and Early Warning System Construction[D]. Changchun: Jilin University, 2012. (in Chinese with English abstract)

Optimization of prime farmland layout on basis of geological environment suitability

Wang Yujun1,2, Liu Qiong1※, Ou Minghao1

(1.,,210095,; 2.,210018,)

As the essence of cultivated land, prime farmland under the special protection is significant for the cultivated land output and the national food security. Thus the delineation and layout of the prime farmland is not only the starting point for the prime farmland protection, but also the foundation of the efficient use and effective supervision for the prime farmland. It has found that the layout of prime farmland is affected by various factors, such as natural factors, economic and social factors, ecological environmental factors, etc. Although some studies have considered to put individual geological environmental indicators into cultivated land and prime farmland layout, there is still a lack of systematic investigation about the geological environmental factors in prime farmland layout study. From the constraints of the geological environment on cultivated land use, in this paper, we took Xuzhou urban planning area as an example, to build the evaluation index system of regional geological environment suitability for cultivated land, which was constructed from five aspects: topographic conditions, soil conditions, hydrological conditions, geological disasters and geological environment problems, and used the matter-element model to evaluate the geological environmental suitability of cultivated land. Furthermore, after superimposing the evaluation results with the prime farmland layout scheme of the General Land Use Planning in Xuzhou City (2006-2020), there were arable land with less suitable grade or unsuitable grade which should be transferred out of the Prime Farmland Protected Area. At the same time, because of the constraint of the prime farmland retention index, the same amount of cultivated land with suitable grade or general suitable grade should be transferred from the general agricultural land area into the Prime Farmland Protected Area. Finally, the optimization scheme of the prime farmland layout based on the geological environment constraint was obtained. The result showed that according to the relationship between cultivated land use and geological environment, it was the premise for optimizing the layout of prime farmland to integrate the factors including topography, soil, hydrology, geological disaster and geological environmental problems to establish indicator system of the region geological environmental suitability assessment. There were 2 431.69 hm2of the prime farmland whose suitability level was less suitable grade and unsuitable. Through transferring the less suitable and unsuitable prime farmland, then adding the suitable and less suitable cultivated land from the general farmland area, the new layout of prime farmland in study area was optimized from the point of geological environment. In this paper, we explored the optimization path of prime farmland layout in region based on the constraints of geological environment, which can also be used in the layout optimization of urban and rural construction land, industrial and mining land and other types of land, in order to promote the “mine and land integration” in process of spatial planning decision and management.

land use; geology; models; prime farmland; suitability evaluation; Xuzhou city

2019-01-20

2019-06-03

国家自然科学基金项目“土地约束性指标管控政策的选择性执行及其治理研究”（71673141）

王玉军，高级工程师，博士，主要从事地质环境与国土资源规划研究。Email：jszzdt@126.com

刘 琼，副教授，博士，主要从事国土空间规划研究。Email：liuqiong@njau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.14.032

F301.2

A

1002-6819(2019)-14-0252-09

王玉军，刘 琼，欧名豪. 基于地质环境适宜性的基本农田布局优化研究[J]. 农业工程学报，2019，35(14)：252－260. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.14.032 http://www.tcsae.org

Wang Yujun, Liu Qiong, Ou Minghao. Optimization of prime farmland layout on basis of geological environment suitability[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(14): 252－260. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.14.032 http://www.tcsae.org