基本农田是按照一定时期人口和社会经济发展对农产品的需求, 依据土地利用总体规划确定的不得占用的耕地^[1]。永久基本农田可以理解为优质连片、永久、稳定的耕地^[2]。科学合理地划定永久基本农田尤其是城市周边永久基本农田, 对于控制城市无序扩张、最大限度保证耕地的稳定、保障国家的粮食安全具有重要的现实意义。2014年国土资源部、农业部提出划定永久基本农田工作, 在继北京、沈阳、厦门等106个重点城市率先开展城市周边永久基本农田划定工作后, 各省、市陆续展开了其他县(市、区)的城市周边永久基本农田划定工作, 其主要采用核实举证的划定方法。该方法尽管统筹考虑基本农田数量和质量, 但是主观性较强。《生态文明体制改革总体方案》、《全国国土规划纲要(2016—2030年)》和《关于划定并严守生态保护红线的若干意见》提出划定“城市开发边界”、“永久基本农田保护红线”和“生态保护红线”(简称“三线”), “三线”协同划定已经成为规划调整完善工作的重点之一。目前, 在我国基本农田划定实践中, 主要以国家层面提出的《基本农田保护条例》、《基本农田划定技术规程》为技术指导, 划定方法更注重耕地自然质量, 没有充分考虑城市周边范围耕地受人类活动和城市化的影响, 并且划定工作多凭经验操作。

近年来, 国内学者对于基本农田划定的研究较多。在划定方法方面, 主要是基于农用地质量分等成果的划定方法^[3-7]。其中, 大部分学者直接采用耕地自然等和利用等为依据进行研究, 也有学者基于农用地质量分等成果进行耕地产能核算来划定基本农田^[8], 还有学者探讨了以耕地经济等别为依据的方法^[9]; 也有学者采用模型法, 如XGS决策模型^[10]、CLUE-S模型^[11]、LESA模型^[12-14]等; 随着“3S”技术的发展, 基于GIS平台的多元综合划定方法得到广泛研究和应用^[15-16]。在空间布局方面, 有学者采用空间聚类的方法, 有学者结合模拟建设用地扩张结果进行基本农田空间布局, 采用较多的是TOPSIS算法^[17-18]。在研究范围上, 国内的研究主要集中在以行政区为研究区域, 对新时期提出的城市周边范围永久基本农田划定的研究较少, 且主要集中在以政策为导向的定性的方法研究^[19-21]。目前国内研究较少考虑到城市周边永久基本农田在优化城市空间格局和防止城市的无序扩张等方面的作用。

海阳市地貌属于山东半岛丘陵区, 为著名的水果之乡, 地形复杂、坡度变化较大, 特殊的地理环境决定了海阳市复杂的农业生产结构。近年来, 海阳市农业结构调整较为频繁, 城市不断扩张, 为了保护优质耕地不受破坏, 将优质耕地划入永久基本农田进行永久保护势在必行。鉴于此, 本研究根据海阳市实际情况, 针对目前研究和实践中存在的问题, 构建了基于自然质量和立地条件的耕地综合评价体系, 运用改进的土地评价和立地分析(LESA)评价方法对耕地进行综合评价, 并采用ArcGIS空间分析功能, 综合分析生态安全用地、建设用地和永久基本农田的空间布局关系, 综合划定了海阳市城市周边永久基本农田。

1 研究区域概况和数据来源 1.1 研究区域概况

海阳市城市周边范围界线是由山东省国土资源厅统一下发的, 运用ArcGIS将该界线与2014年土地变更调查成果进行叠加得到研究区域, 涉及方圆街道、东村街道、凤城街道、龙山街道、二十里店镇5个镇(街道), 总面积7 219.90 hm², 其中农用地3 420.33 hm², 建设用地3 536.21 hm², 未利用地263.36 hm²。根据《农用地质量分等规程》本文研究区属于山东半岛丘陵指标区。

《山东省加快推进永久基本农田划定落实五项任务技术规范》规定新划入的永久基本农田必须为耕地。海阳市城市周边未划入基本农田的耕地1 790.04 hm²。其中, 旱地面积占耕地总面积的56.36%, 水浇地占43.64%;坡度主要集中在2°~15°, 占98.99%, 坡度在15°~25°的耕地占1.01%。

研究区现基本农田保护面积为378.13 hm², 基本农田保护率为17.60%, 其中耕地358.11 hm², 园地13.58 hm², 林地6.01 hm², 其他农用地0.43 hm²。

1.2 数据来源

本文的研究数据主要包括海阳市2014年土地调查变更数据库和乡级土地利用总体规划数据库(2006—2020年)、2014年海阳市耕地质量等别更新成果、2014年海阳市遥感影像图和山东省国土资源厅下发城市周边范围界线。

数学基础:平面坐标系统采用“1980西安坐标系”; 高程系统采用“1985国家高程基准”; 投影方式采用高斯-克吕格投影; 比例尺1:10 000。

2 研究方法及数据处理 2.1 永久基本农田划定要求

按照国土资源部和农业部对城市周边永久基本农田划定的规模和空间布局两方面的要求, 结合海阳市实际情况, 确定海阳市新划入城市周边永久基本农田指标不小于922.77 hm²; 划定后城市周边的永久基本农田要集中连片、稳定优质, 能够发挥优化城市空间格局、促进土地节约集约利用、控制城市扩张蔓延的作用。因此, 本研究在进行永久基本农田划定时既要注重数量和质量, 又要达到空间布局优化的目标。

2.2 永久基本农田划定方法 2.2.1 生态安全网络布局方法

本研究以景观生态学理论为指导, 结合“绿色基础设施”的设计理念和构成要素, 采用基于斑块和廊道的生态安全网络布局方法, 以海阳市生态红线规划成果为基础, 运用ArcGIS空间分析功能, 将海阳市城市周边3 km缓冲区范围内的生态用地划入城市周边生态安全网络斑块, 并结合水源保护规划、自然保护区规划和湿地公园规划等相关规划, 将该范围内的林地等自然形态也作为重要生态斑块, 划入生态安全网络, 通过水系、道路等建立廊道, 构建具有重要生态意义的斑块和廊道构成的生态安全网络。

2.2.2 建设用地适宜性评价方法

根据《国土资源环境承载力评价技术要求(土地部分)》中建设用地开发适宜性评价的要求, 建立海阳市建设用地开发适宜性评价指标体系(表 1), 分为强限制性因子和较强限制性因子。采用ArcGIS空间分析功能计算研究区建设用地开发适宜性指数, 并采用聚类分析方法将建设开发适宜性划分为:优先开发型、重点开发型、扩展开发型、限制开发型和禁止开发型。

2.2.3 耕地质量综合评价方法

为增强评价的客观性, 借鉴国内学者构建的基本农田划定指标体系, 引入美国重要农地划定中的LESA体系^[22]。LESA由耕地质量(LE)和立地条件(SA)两部分组成, 将耕地质量和立地条件纳入永久基本农田划定中, 构建基于LESA的城市周边永久基本农田划定指标体系。

本研究LE体系依据《农用地质量分等规程》和海阳市耕地质量等别更新成果, 根据半岛丘陵地区的特点选取反映土壤主体特征的6个指标构成LE指标体系, 评价结果由公式(1)表示。

$ {\rm{LE}} = \sum\limits_{j = {\rm{1}}}^n {{W_{ij}} \times {U_j}} $

(1)

式中: LE为耕地自然质量评价分值, W_ij为第i个评价单元第j个评价因素的权重, U_j为耕地质量评价中第i个评价单元第j个评价因素的分值。

本研究SA体系结合《农用地定级规程》, 并依据海阳市社会经济条件选取耕地到交通主干道距离、到中心城镇距离、到农村居民点的距离、耕地连片性、农业结构调整可能性、耕地斑块形状指数、生态安全程度和地质灾害易发程度为评价指标, SA评价结果由公式(2)表示。

$ {\rm{SA = }}\sum\limits_{j{\rm{ = 1}}}^n {{W_{ij}} \times {F_j}} $

(2)

式中: SA为耕地立地条件评价分值, W_ij为第i个评价单元第j个评价因素的权重, F_j为耕地立地条件评价中第i个评价单元第j个评价因素的分值。

LESA体系中, LE体系和SA体系之间权重比例关系可根据不同的管理目标和价值取向确定。美国1983年版的LESA手册规定, LESA用于耕地保护目的时, LE与SA分值按照1:2的权重比例确定LESA分值, 更注重耕地的稳定性。LESA体系由公式(3)和(4)表示。

$ {\rm{LESA}} = a{\rm{LE}} + b{\rm{SA}} $

(3)

$ a + b = 1 $

(4)

式中: LESA为耕地综合质量分值, a、b为两者的权重值。

LESA评价选取的指标都是定量指标, 对于LE体系的指标量化标准主要参考《农用地质量分等规程》采用直接赋分的方法确定其作用分。对于SA体系的指标参考《农用地定级规程》中的点状和线状因素功能分的赋分方法确定, 要素影响半径的计算:

对于点状指标采用公式(5)计算:

$ d = \sqrt {s/n{\rm{ \mathsf{ π} }}} $

(5)

对于线状指标采用公式(6)计算:

$ d = s/2L $

(6)

式中: d为点状、线状要素的影响半径, s为区域土地总面积, n为点状要素个数, L为线状要素总长度。

海阳市城市周边范围共有农村居民点45个, 影响半径为0.73 km; 城市周边范围城镇5个, 影响半径为2.2 km; 城市周边范围主要交通干线的总长度为115.40 km, 影响半径为0.33 km。

耕地连片性阈值的确定。本研究主要依据《第二次土地调查技术规程》规定, 宽度小于20 m的图斑列为线状地物调查, 线状地物归并在相邻面状地块。因此本文对所有耕地图斑以10 m为半径进行缓冲分析。

农业结构调整的可能性分析。根据海阳实际情况, 耕地的相邻地块是园地和林地数目越多, 耕地进行农业结构调整的可能性越大。因此, 通过ArcGIS空间连接分析得到耕地地块的相邻地块类型, 并通过EXCEL统计耕地图斑相邻的园地或林地图斑个数, 对农业结构调整的可能性进行分级赋分。

由于半岛丘陵区优质耕地相对较少, 且城市周边耕地较易受到人类活动和城市发展建设的干扰, 因此, 对于永久基本农田划定而言, 耕地的自然质量对于评价结果的贡献度应高于美国标准。本研究通过专家咨询确定a为0.4, b为0.6, 即a:b=2:3, 最终LESA综合评价公式为:

$ {\rm{LESA = }}0.4{\rm{LE}} + 0.6{\rm{SA}} $

(7)

为了使研究更加科学合理, 本研究采用熵权法和德尔菲专家打分法综合确定各评价指标的权重。评价指标体系及计算方法详见表 2、表 3。

2.2.4 重叠区耕地处理方法

1) 与生态安全网络相协调, 位于城市周边范围内生态安全网络的耕地, 基于生态优先的原则, 不划入永久基本农田。

2) 与建设用地适宜性评价相协调, 利用ArcGIS空间分析功能, 将优先建设区、适宜建设区与耕地LESA综合评价结果中的优先划入型和适宜划入型耕地分别进行叠加分析, 然后对重叠耕地图斑进行严格的核实举证, 将已批土地、已征土地和批而未用土地的矢量文件与重叠耕地套合。对于优先划入型耕地, 未举证耕地都划入永久基本农田; 对于适宜划入型耕地, 对于未举证耕地, 以市场配置资源的决定性作用为原则, 结合海阳市城镇土地定级估价成果, 城镇土地级别较低的优先划入永久基本农田, 确保划定面积不得低于上级下达指标。

3 结果与分析 3.1 海阳市城市周边生态安全网络布局

海阳市城市周边范围内生态安全用地面积为586.24 hm², 新划入耕地面积为12.11 hm², 与城市周边3 km范围外生态安全用地形成了一体化的城市生态保护屏障, 其总体格局主要为“两带三片块”: 1)北部带主要是五头山林地和才苑水库水源保护区与城市周边外生态安全用地共同形成了北部城市生态保护屏障, 其中耕地面积10.21 hm²; 2)南部带为小孩口国家湿地公园与城市周边外生态安全用地共同形成了南部城市生态保护屏障, 其中耕地面积1.90 hm²; 3)中部三大片块主要为旋顶山、棉花顶和凤凰山等生态公益林地, 各生态斑块由河流、道路等生态廊道连接共同构成海阳市城市生态安全网络(图 1)。

3.2 海阳市城市周边建设用地适宜性分区

根据建设用地适宜性评价分值对海阳市城市周边范围土地进行建设用地适宜性分区, 由建设用地类型分区统计(表 4)和建设用地适宜性统计分区图(图 2)可以看出: 1)禁止建设区主要分布于北部和南部生态与水源保护区, 以及西南部龙山街道内现状永久基本农田保护区; 2)优先建设区和重点建设区主要集中在中心城区地势平坦地区; 3)扩展建设区主要分布在优先建设区和重点建设区周边区域; 4)限制建设区主要位于地形坡度较高的区域。

3.3 海阳市城市周边耕地自然质量和立地条件分析

通过计算得到研究区耕地自然质量分值为59.30~97.60, 由耕地自然质量分值图(图 3a)可以看出优质耕地分布较分散, 因此以耕地自然质量评价为依据划定永久基本农田不够科学合理。耕地立地条件分值为43.43~96.30(图 3b), 区位条件较好的耕地集中连片分布, 距城镇较近, 且交通便利。

通过计算综合评价分值, 得到海阳市城市周边范围耕地LESA分值范围为55.63~93.63, 采用自然断点法来实现耕地质量聚类分析与标准化分级, 结合海阳市永久基本农田划定目标将其划分为4种耕地类型(表 5、图 3c)。可以看出, 优先划入型和适宜划入型的耕地面积共占区域总面积的68.71%, 在空间形态上表现出较强的集中连片性且区位条件较好, 主要分布在中心城区的青威高速、海翔路、国道202两侧及中心城区中部棉花顶附近, 其耕地质量总体较好。重点调控型与后备资源型耕地空间分布上明显呈现出相对分散的特征。

3.4 海阳市城市周边永久基本农田划定方案

位于城市周边范围内生态安全网络内的耕地面积为12.11 hm², 此部分耕地不适合划入永久基本农田。优先建设区和适宜建设区与优先划入型耕地重叠面积为76.30 hm², 其中已举证图斑面积为30.23 hm², 将未举证耕地427.82 hm²全部划入永久基本农田; 与适宜划入型耕地重叠面积为232.92 hm², 其中已举证124.76 hm², 未举证但城镇土地级别较高的耕地面积为80.21 hm², 这两部分耕地不适宜划入永久基本农田, 未举证但城镇土地级别较低的耕地面积为27.95 hm², 划入永久基本农田。此外, 因规划高铁线路调整占用基本农田, 海阳市城市周边现状基本农田需调出1.40 hm²。

在城市周边生态安全网络的约束下, 充分发挥城市周边永久基本农田作为基础性生态用地的生产、生态、景观和间隔的综合功能, 将城市周边范围内928.49 hm²耕地划入永久基本农田。城市周边永久基本农田划定后总体布局(图 4)为:东部以东村河、生态公益林及方圆街道东部的永久基本农田为主, 形成限制城市无序扩张的生态屏障; 西部以大片永久基本农田及部分林地一起形成了城市发展的绿色隔离; 北部以才苑水库、五头山等生态安全用地为主, 对城市周边范围进行了有效的隔离; 南部以东村河以及小孩儿口湿地公园为主, 形成城市发展的天然刚性边界; 中部以棉花顶山体及新划入永久基本农田为主。

4 讨论与结论

以往的相关研究主要选取耕地的自然因素来建立综合评价指标体系, 较少考虑生态因素和社会经济发展因素对耕地综合评价的影响。另外, 部分研究在划定永久基本农田时尽管考虑了耕地的综合评价结果, 但忽略了永久基本农田、生态安全用地和建设用地三者的关系, 这都容易导致城市周边用地布局不协调, 造成破坏生态安全和阻碍城市经济发展的不良后果。城市周边范围是受城市化影响最大的区域, 因此对其耕地进行综合评价应考虑耕地的立地条件, 本研究采取改进的LESA评价模型能很好地兼顾耕地的自然和立地条件因素, 比传统的评价更全面。山东半岛丘陵区地形变化较大, 用地结构较为复杂, 在用地布局时应充分考虑到基本农田、建设用地和生态安全用地的适宜性, 本研究以“三线”协同为切入点, 综合考虑生态用地、建设用地和永久基本农田三者的适宜性和优先顺序, 在贯彻生态文明建设思想和严格的耕地保护制度的同时, 兼顾了市场配置资源的决定性作用, 为城市的发展预留了合理的空间, 以生态优先、严格举证和市场配置资源为原则, 科学合理、依法依规地进行永久基本农田划定。

研究结果显示:海阳市划定后城市周边范围永久基本农田面积为1 305.22 hm², 占城市周边耕地总面积的60.26%, 其中保留原有永久基本农田376.73 hm², 新划入永久基本农田928.49 hm², 达到海阳市城市周边永久基本农田划定的数量指标; 划定后城市周边永久基本农田的质量较高, 耕地坡度均低于15°, 国家利用等平均值(9.04)高于全市耕地(9.56);在空间布局方面, 连片性程度较高, 主要集中在城市周边范围的西南部, 与城市周边生态安全网络共同形成了天然的生态保护屏障, 固化了城市开发边界, 有效地控制了城市的无序扩张, 并且沿主要交通干线西安路、青威高速、海翔路、北京路和省道202分布, 与交通干线共同构成生态安全廊道, 同时中心城区内部的永久基本农田与天然山体形成了城市的“绿心”, 划定后永久基本农田与生态安全用地、建设用地协调布局, 使生态建设、耕地保护与城市发展有机统一, 优化了城市发展的空间格局, 实现了生态、生产和生活“三生”空间的优化布局, 为土地利用总体规划“三线”划定奠定了基础, 说明本研究的方法科学可行, 研究结果具有较强的应用价值。但该方法对于城市周边范围外的永久基本农田划定是否适用有待进一步研究。