基于耕地质量定级的城市开发边界划定

李莉 赵明 王平

摘要：随着城镇化进程的快速发展，耕地面临日益严重的质量和数量安全问题，探索耕地质量评价方法及其在城市开发边界划定中的应用研究，对于耕地保护具有重要意义。采用灰色关联分析法和层次分析法筛选耕地质量定级因子并确定权重，得出耕地质量级别指数，结合规划城镇用地空间布局进行叠加分析，探索可占用耕地与城市开发边界识别路径，并以江宁区为例进行验证。结果表明，江宁区秦淮河圩区、沿江圩区耕地质量级别较高，南部和北部的丘陵区耕地质量级别较低。东山街道、秣陵街道规划城镇用地和耕地质量空间匹配较好，可占用耕地和开发边界范围较大。湖熟街道、横溪街道的资源环境承载潜力相对较小，土地规划调整可能核减的耕地较少，城市开发边界后退距离较大。耕地质量定级-耕地质量与规划城镇用地空间耦合分析-可占用耕地选择与边界框定的方法，可以为城市开发边界划定提供参考，但城市用地需求和耕地可占用规模确定是有待深入研究的问题。

关键词：耕地质量;定级;城市开发边界;南京市江宁区

中图分类号： F301.21文献标志码： A文章编号：1002-1302（2021）02-0174-06

收稿日期：2019-09-17

基金项目：江苏省土地开发整理中心科技项目（编号：2017001）。

作者简介：李莉（ 1974—），女，辽宁朝阳人，硕士，高级工程师，主要从事土地评价研究。E-mail：457113312@qq.com。

耕地资源是人类赖以生存的最基本的资源，同时具有不可替代的生产和生态功能[1]。在我国人多地少的基本国情下，随着工业化和城镇化的快速发展，城乡建设用地的持续扩张使得耕地总量持续減少和建设用地粗放利用等问题陆续显露出来[2-4]。新型城镇化规划（2014—2020年）就有着重强调“土地城镇化过快”的问题[5]，提出城镇化发展要兼顾建设用地集约利用和耕地保护2个方面。

与此同时，还有一个必须正视的现实挑战，那就是目前我国一些城市规划建设用地与优质耕地重叠，大中城市周边有不少优质耕地未划为永久基本农田，城市发展占用优质耕地的现象比较突出[6]。党的十九大对耕地保护工作提出了“四个新要求”：确保国家粮食安全，要求耕地保护更严格更扎实;推进生态文明建设，要求耕地保护更绿色更可持续;深化供给侧结构性改革，要求土地资源供给更科学更精准;完善资源环境监管体制，要求耕地保护更有力更有效。

《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》提出“推动有条件地区的经济社会发展总体规划、城市规划和土地利用规划等‘多规合一”。2017年1月，国务院印发的《全国国土规划纲要（2016—2030）》要求，坚持国土开发与资源环境承载力相匹配、人口资源环境相均衡，根据资源禀赋、生态条件和环境容量，明晰国土开发的限制性和适宜性，划定城镇、农业、生态3类空间开发管制界限，科学确定国土开发利用的规模、结构、布局和时序。解决“多规合一”矛盾的关键在于社会经济发展目标下“多规”间的协调机制以及“多规冲突矛盾”协调的系统平台和协调路径的构建，而城市开发边界划定可作为“多规合一”的技术协调基础[7-8]，以优质耕地保护和重要生态区域保护作为城市空间扩张的空间约束性条件成为学术界共识[9-11]。国内外学者主要采用CLUE-S模型[12]、MCE-CA模型[13-14]、资源环境承载力法[15-16]等方法从生态约束、生态敏感性角度对城市开发边界的划定进行探索，而耕地质量定级评价及其在城市开发边界划定中的应用探讨相对较少。

因此，本研究在耕地质量定级评价的基础上，结合耕地质量空间分布与规划城镇用地布局的空间冲突异质分析，探索统筹城市发展空间需求与耕地质量保护协调机制的城市开发边界划定方法，并以南京市江宁区为案例进行实证，以期为耕地保护和“多规合一”的深入开展提供科学支撑。

1研究方法及数据来源

1.1研究方法

1.1.1耕地质量定级评价本次耕地质量定级评价指标体系主要参考《农用地定级规程》（GB/T 28405—2012），并结合江宁区具体情况，采用灰色关联分析法计算各预选指标的灰色关联系数[17]，运用关联系数累计贡献率大于90%的前k个指标代替预选指标建立耕地质量定级评价指标体系。综合层次分析法和专家调查法，获取评价指标权重，加权求和获取各评价单元耕地质量定级指数，通过SPSS统计软件，采用最短距离法对评价单元进行聚类分析[18]，对江宁区耕地质量划分级别。

1.1.2耕地质量与规划城镇用地空间耦合运用ArcGIS空间分析对耕地质量级别分布与规划城镇用地分布进行空间叠加分析，揭示耕地质量级别与规划城镇建设用地布局的空间匹配结构，明确规划城镇用地与现状耕地冲突格局，研究冲突区域内的耕地质量分布特征。

1.1.3可占用耕地选择与城市开发边界划定立足研究区实际，根据耕地质量级别与规划城镇用地的空间冲突格局，遵循城市空间拓展少占、不占优质耕地原则，考虑城市发展用地增长实际需要和可占用耕地规模要求，基于耕地综合质量级别高低排序，借助空间迭代分析，按照公式（1）选择可占用耕地范围，初拟城市开发边界范围。

Sj=∑ni=1Sji。（1）

式中：Sj表示j城市周边可占用耕地规模;Sji表示j城市规划用地范围内第i个耕地图斑的面积。

1.2数据来源

主要包括南京市江宁区耕地质量等别更新数据库（2016年），南京市江宁区城市总体规划（2010—2030年），南京市江宁区数字化土壤图（1 ∶5万），南京市江宁区土地利用调查变更数据库（2016年），南京市江宁区2016年统计年鉴，原南京市环境保护局2016年环境统计数据及原南京市农业委员会2016年农业生产统计资料。

1.3数据处理

以江宁区耕地质量等别更新成果数据库为基础，借助 ArcGIS软件分别提取土壤性状和耕作利用条件等指标数据。结合南京市江宁区数字化土壤图，通过空间插值和数据重分类获取土壤质量指标的空间分布数据。叠置土壤性状、耕作利用条件和耕地质量定级等因子数据，获取空间统一、指标融合的耕地图斑数据。在指标量化和集成的基础上，建立耕地质量级别属性，使用SPSS最短距离法划分耕地质量级别。通过耕地质量级别分布与规划城镇用地布局的空间叠置，提取耕地质量等级和规划城镇建设用地的空间组合数据，支撑耕地质量级别分布与城市规划用地空间布局冲突分析以及城市开发边界的划定。

2结果与分析

2.1研究区概况

江宁区地处长江中下游南岸、江苏省西南部，位于南京市主城区南部，介于30°38′～32°13′N、118°31′～119°04′E之间。江宁区为宁镇扬丘陵山地的一部分，境内有低山、丘陵、岗地、平原和盆地，其中丘陵岗地面积最大，素有“六山一水三平原”之称。地势南北高、中间低，形同“马鞍”。江宁区属北亚热带温湿气候区，气候温和，雨水充沛，光照充足，四季分明。至2016年底，江宁区下辖东山、秣陵、湖熟、汤山、淳化、禄口、谷里、江宁、横溪9个街道201个社区，土地总面积为156 332.48 hm2。其中，农用地面积为102 693.78 hm2，占全区土地面积的65.69%;耕地面积53 158.23 hm2，占全区土地面积的的34.00%;建设用地面积为45 589.03 hm2，占全区土地面积的29.16%。

2.2耕地质量定级

2.2.1评价指标体系的建立本次耕地质量定级评价指标体系参考《农用地定级规程》（GB/T 28405—2012），并结合江宁区具体情况，借助Matlab软件使用灰色关联分析法计算各预选指标的灰色关联系数[公式（2）]，运用关联系数累计贡献率大于90%的前k个指标代替预选指标建立耕地质量定级评价指标体系。对于某一指标数列X0（k），各因素数列为Xi（k），二者在k点的灰色关联系数为：

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为分辨系数，在（0，1）内取值，一般取0.5。

对江宁区20个预选指标进行灰色关联度分析，并进行相关性排序，统计出前14个因子的累计贡献率达95.6%，略去田块平整度等6个影响因子，最终确定土壤有机质含量等14个因子作为江宁区耕地质量定级指标因子（表1、表2）。

2.2.2定级因子权重系数确定根据层次分析法的原则，确定各参评指标的层次结构，构建目标层和准则层的比较矩阵，利用Excel提供的函数功能，计算各特征向量即权系数;然后对目标层和准则层进行一致性检验，一致性比率CR均小于0.1，通过检验，得到各指标的权重见表1。

2.2.3耕地质量定级指数计算根据前面确定的因子分值函数，将样点数据量化成分值后，根据各因子的权重采用如下综合指数模型计算评价单元定级综合指数公式（3）。

E=∑ni=1Wi·Pi。（3）

式中：E為单元总分值（指数）;n为定级因子数，Wi为第i个因子的权重;Pi为第i个因子的作用分值。

2.2.4耕地质量级别划分定级单元的综合分值（指数）是耕地社会、经济和生态效益的综合反映，分值越大，耕地质量越好，级别越高。利用综合指数模型计算各单元的定级指数，其范围在59.85～97.48之间，借助SPSS统计软件，采用最短距离法对单元总分值聚类分析，以相关系数突变点作为聚类结束标志，此时绝对距离的阈值为8.13，将江宁区耕地质量划分为5级，1级耕地质量最高，5级最低，然后统计各级别耕地在各个街道的面积（表3）。江宁区的耕地质量以1、2、3级为主，共占63.99%，说明江宁区耕地质量整体水平较高。空间分布上，耕地质量分布规律性较强，与地貌地形特征、土壤类型特征相对应，秦淮河圩区、沿江圩区耕地质量级别较高，南部和北部的丘陵区耕地质量级别较低。从街道分布情况来看，湖熟街道、禄口街道土壤较为肥沃、土壤质地以壤土为主、养分含量丰富，灌溉条件优越，耕地质量级别较高。4、5级耕地地主要分布于谷里街道和江宁街道，这些区域属于低山丘陵区域，耕作利用条件相对较差，耕地质量级别不高。

2.3耕地质量定级成果与规划城镇用地空间耦合

江宁区全区2030年规划城镇建设用地 295 km2，采用GIS技术，将其与耕地质量定级评价结果（图1）进行空间叠加（图2），建立江宁区规划城镇建设用地与耕地质量定级评价空间数据集。规划城镇用地与现状耕地重叠区域主要集中于“一核五元”的新城临近区域，规划城镇用地侵占耕地面积约9 936.07 hm2，约占现状耕地总面积的1869%（表4）。从规划城镇用地侵占的耕地质量级别结构看，67%以上的占用耕地质量属于3、4、5级类型，综合质量级别较高的耕地面积不足33%，优质耕地受侵占规模不大;从规划城镇用地侵占耕地的空间分布看，东山街道、谷里街道和江宁街道规划用地侵占的耕地规模较大，但侵占耕地综合质量较低;湖熟街道、横溪街道规划用地侵占的耕地质量级别较高，但面积占比较小。从保护优质耕地的角度来看，江宁区整体上规划城镇用地与占用耕地质量的空间分布较为匹配。

2.4基于优质耕地保护的城市开发边界划定初探

首先，城市开发边界的确定须要综合考虑生态保护区域和优质耕地的分布，但平原地区的自然地理条件相对较为均质并且生态约束较小，因此确定可占用的耕地范围之后，城市开发边界的雏形即可初步划定。在耕地综合质量与规划城镇用地的空间匹配分析的基础上，按照优先占用质量较差耕地的原则，综合城市规划确定的城市用地规模及地方对土地利用总体规划调整耕地核减规模分配方案的预期，结合规划城镇用地侵占的耕地质量结构和实地调研，拟定各街道周边耕地保护任务调减规模。按照耕地综合质量指数从低到高的顺序，迭代选择可以占用的耕地图斑，利用公式（1）循环计算选择的耕地图斑总面积，待所选图斑总面积满足可占用耕地规模，停止迭代，圈定可占用耕地范围。考虑空间连片、结合城市主导发展方向、顺应水系走向等原则，修饰可占用耕地范围的边界，形成城市开发边界的划定草案。

依据上述技术路线，形成研究区的城市开发边界，从图3可以看出，东山街道、秣陵街道、禄口街道发展潜力较大、建设用地需求较为旺盛，土地规划调整可能核减的耕地较多，且城市规划用地范围内尚有级别相对较低耕地，城市开发边界后退范围较小（相较于规划用地范围）。湖熟街道、横溪街道人口、经济集聚的潜力相对较小，土地规划调整可能核减的耕地较少，而且城市规划范围内的耕地质量较高，相较于规划用地的布局范围，城市开发边界后退距离较大。

3结论与讨论

本研究从耕地保护的新时代背景出发，充分借鉴相关研究，从自然因素、社会经济因素和区位因素3个方面构建耕地质量定级评价指标体系，综合灰色关联度和层次分析指标加权方法，拓展了耕地质量定级评价的内涵，改进了耕地质量定级评价的方法。并在耕地综合质量与规划城镇用地空间耦合分析的基础上，基于适度满足必要的城市用地增长需求、尽量少占优质耕地的原则，构建了包括耕地质量质量定级评价-耕地质量与规划城镇用地空间耦合分析-占用范围选择（占用规模确定、占用地块选择）-开发占用边界划定等环节的城市开发边界划定技术路线。江宁区的实证研究表明，综合城市规划用地布局和耕地质量定级评价成果，依托空间分析方法，可以较好地支撑城市开发边界划定。

受数据可获得性的制约，研究主要通过灰色关联度模型来筛选构建耕地质量定级评价指标体系，而对于耕地生态价值、环境价值等的考虑不够。我国拥有全球7%的耕地，而化肥和农药的使用量却全球占比高达35%，2014年首次土壤环境质量普查结果显示，耕地污染超标率达19.4%，农产品质量安全问题已引起了广泛的关注。这些都对耕地质量评价提出了新的要求。同时，对于部分指标因子的量化方法，本研究仅采用定性方式进行分类。

本研究仅是以耕地质量评价和耕地质量与规划城镇用地空间耦合分析为基础，探索平原地区城市开发边界划定的方法，在普适性等方面须要改进，如在城市开发边界的划定工作实践中，不同城市人口和用地增长需求以及可占用耕地规模的确定是重要依据，本研究并未对此作较多讨论，还须要开展多视角的深入研究和多部门的协调研判。

参考文献：

[1]周健民. 我国耕地资源保护与地力提升[J]. 中国科学院院刊，2013，28（2）：269-274，263.

[2]宋戈，吴次芳，王杨. 城镇化发展与耕地保护关系研究[J]. 农业经济问题，2006（1）：64-67.

[3]张富刚，郝晋珉，姜广辉，等. 中国城市土地利用集约度时空变异分析[J]. 中国土地科学，2005，19（1）：23-29.

[4]张雪靓，孔祥斌，赵晶，等. 我国建设用地集约利用水平时空变化规律[J]. 中国农业大学学报，2013，18（5）：156-165.

[5]张浩，冯淑怡，曲福田. 耕地保護、建设用地集约利用与城镇化耦合协调性研究[J]. 自然资源学报，2017，32（6）：1002-1015.

[6]马安胜，姚华军，袁国华.保住东北“饭碗田”——东北地区永久基本农田划定的问题与思考[J]. 中国土地，2015（2）：15-16.

[7]张叶笑，冯广京. 基于时空锥理论的“多规冲突”和“多规合一”机理研究[J]. 中国土地科学，2017，31（5）：3-11.

[8]宫昌华，张洁. 关于“多规合一”工作的探索研究[J]. 环球人文地理，2017（2）：269.

[9]孟鹏，冯广京，吴大放. “多规冲突”根源与“多规融合”原则——基于“土地利用冲突与‘多规融合研讨会”的思考[J]. 中国土地科学，2015（8）：72.

[10]张卢奔. 空间-规模约束下的城市开发边界划定研究[D]. 南京：南京大学，2015.

[11]王永强. 基于城市增长边界的耕地保护研究——以保定市莲池区与竞秀区为例[D]. 保定：河北农业大学，2016.

[12]Zhou R，Zhang H，Ye X Y，et al. The delimitation of urban growth boundaries using the CLUE-S land-use change model：study on Xinzhuang Town，Changshu City，China[J]. Sustainability，2016，8（11）：1182.

[13]任君，刘学录，岳健鹰，等. 基于MCE-CA模型的嘉峪关市城市开发边界划定研究[J]. 干旱区地理，2016，39（5）：1111-1119.

[14]Aithal B H，Ramachandra T V. Visualization of urban growth pattern in Chennai using geoinformatics and spatial metrics[J]. Journal of the Indian Society of Remote Sensing，2016，44（4）：617-633.

[15]沈思思，陈健，耿楠森，等. 快速城镇化地区的城市开发边界划定方法探索——以榆林市为例[J]. 城市发展研究，2015，22（6）：103-111.

[16]曹靖，李星银，陈婷婷，等. 基于空间增长模拟的安庆城市开发边界划定方法及管控策略[J]. 规划师，2016，32（6）：23-30.

[17]韩春建，梁朝信，吴克宁，等. 基于GIS技术的灰色关联度法土壤肥力综合评价[J]. 农业工程学报，2008（增刊1）：53-56.

[18]吴元奇，冯荣扬. 聚类分析计算方法的理论及结果比较[J]. 湛江海洋大学学报，2002，22（1）：57-63.徐丹，韦群，王辉，等. 基于云模型的农业面源污染敏感性等级评价[J]. 江苏农业科学，2021，49（2）：180-186.