張麗麗，周丙娟

(江西農業(yè)大學國土資源與環(huán)境學院/江西省鄱陽湖流域農業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西南昌 330045)

自1994年起至今，隨著相關政策的出臺，永久基本農田的內涵不斷地延伸拓展。2020年起實施的新《土地管理法》中基本農田改稱為永久基本農田，這是對基本農田實施永久性保護理念的顯化。永久基本農田內涵可以理解為集中、連片、穩(wěn)定、高質量、生產能力最好的優(yōu)質耕地[1]。按照自然資源部以及農業(yè)農村部相關文件部署要求，需進一步加強耕地 “三位一體”保護，并構建永久基本農田特殊保護新格局，全面核實劃定成果，清理劃定不實問題，劃定永久基本農田并實行特殊保護是耕地保護工作的重中之重。特別是在國土空間規(guī)劃的背景下，永久基本農田布局優(yōu)化尤為重要。

目前，國內學者對永久基本農田相關研究主要涉及永久基本農田劃定[2]、高標準基本農田建設[3]、永久基本農田布局優(yōu)化[4]、儲備區(qū)劃定[5]等方面，從耕地質量、區(qū)位條件、空間利用形態(tài)、景觀形態(tài)指數等方面構建耕地綜合質量評價指標[6-8]，選取熵值法[9]、LESA[10-11]、空間自相關[12]、四象限法[13]、層次分析法[14]、TOPSIS模型[2]等方法確定指標權重，研究空間尺度多為縣域以及城市周邊。大多數學者的研究都集中在如何劃定永久基本農田上，構建的耕地質量評價指標體系中鮮有耕地穩(wěn)定性指標，探討生態(tài)約束以及城市發(fā)展限制下的已有劃定永久基本農田的布局優(yōu)化研究也不多。該研究以吉安縣為研究區(qū)域，探究基于“三生”(生產、生態(tài)、生活)空間協調與綜合質量評價下永久基本農田空間優(yōu)化調整思路和建議，擬為后期吉安縣永久基本農田科學劃定提供實踐依據。

1 研究區(qū)概況與數據處理

1.1 研究區(qū)概況吉安縣位于江西省中部，地理坐標處東經114°24′52″～115°03′23″、北緯26°49′21″～27°37′54″，北端、西部和西南側隆起，中部地區(qū)平坦，地勢由邊緣山地向中、東部地勢低洼處傾斜，形成朝北東側開口的一個山間盆地，位于吉泰盆地中心。吉安縣境內小河流眾多，小水系遍布各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，降雨量充沛，河系發(fā)達，過境水量充足。受寒暖氣流的交替影響,屬亞熱帶季風濕潤氣候,四季分明，無霜期長，氣候條件以及區(qū)位條件適宜進行農業(yè)生產。農林用地占比較大，體現典型的南方丘陵地貌土地利用特征，是全國糧食生產先進縣。據第三次全國國土調查(以下簡稱“三調”)數據統(tǒng)計顯示，縣域土地總面積為2 122.36 km2，其中耕地面積為46 729.47 hm2，約占土地總面積的20.02%。耕地從結構上分為水田與旱地，不含水澆地。

圖1 吉安縣區(qū)位圖Fig.1 Location of Ji’an County

1.2 數據來源及預處理研究數據主要來源于吉安縣自然資源局提供的“三調”數據、2017年永久基本農田數據庫、交通路網數據、2018年耕地質量等別數據、遙感影像、生態(tài)紅線范圍、國土空間規(guī)劃劃定的城市開發(fā)邊界線以及安排的項目選址矢量數據。通過Arc GIS 10.2空間分析平臺，將研究數據統(tǒng)一為高斯-克呂格投影、2000坐標系，以“三調”耕地圖斑為評價單元，提取土壤有機質含量、有效土層厚度、土壤酸堿度、表層土壤質地、剖面結構、排水條件、灌溉保證率等屬性值，確定該研究基礎數據。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建永久基本農田的劃定最主要是考慮耕地的綜合質量情況。之前學者們的耕地綜合質量評價指標體系構建主要從自然條件、環(huán)境條件、生態(tài)條件、基礎設施條件以及區(qū)位條件等幾個方面考慮。該研究綜合考慮當前學者使用的耕地質量評價指標和自然資源部有關要求，結合現有吉安縣基礎數據資料的可獲取性，遵循客觀性原則、綜合性原則、針對性原則、可持續(xù)性原則和可操作性原則，并參考《農用地分等》、《江西省耕地質量監(jiān)測成果技術報告》、《吉安縣耕地質量等別更新技術報告》，選取地類現狀條件、土壤條件、區(qū)位條件和灌排條件4個要素層，其下13個二級評價因子，建立吉安縣永久基本農田劃定的評價因子體系表(表1)。

表1 耕地綜合質量評價指標體系Table 1 Evaluation index system of cultivated land comprehensive quality

地類現狀條件是影響耕地質量的基礎因素，其在一定程度上限制了區(qū)域耕地的利用方向與程度，主要包括坡度、現狀地類、“三調”屬性、圖斑規(guī)整度4個指標。坡度高低直接影響土地生產力狀況，坡度會影響光照條件和土壤的排水性能，坡度越大對農業(yè)生產限制越大；根據“三調”圖斑細化屬性，耕地被分為穩(wěn)定耕地和不穩(wěn)定耕地，耕地穩(wěn)定性主要影響耕地的利用方式，該研究將不穩(wěn)定耕地定義為25°以上坡耕地、河道耕地、湖區(qū)耕地、林區(qū)耕地、牧區(qū)耕地、沙漠化耕地、石漠化耕地、鹽堿耕地以及城鎮(zhèn)村屬性代碼為20X的耕地?，F狀地類代表耕地類型會影響種植方式及種植結構，研究區(qū)屬于秦嶺—淮河以南，耕地類型以水田為主，適合種植水稻等水生作物，因此在該研究中水田所賦分值較旱地高。以上指標均可從“三調”屬性庫中提取。圖斑規(guī)整度反映耕地形狀是否規(guī)則，田塊越規(guī)整，越能保證田間的各項機械作業(yè)，有利于提高機械作業(yè)效率，提高生產力。斑塊規(guī)整度借鑒景觀生態(tài)學中的分維數FRAC表示。分維數計算所得值越小表征形狀越規(guī)則，反之則田塊形狀越復雜。

FRAC=2ln(p/4)/lna

式中，FRAC為斑塊規(guī)整度，p為地塊周長，a為地塊面積[15]。

土壤條件是耕地綜合質量評價中最重要的一個組成部分，包括有效土層厚度、土壤質地、剖面構型、土壤有機質含量和土壤pH 5個典型指標。有效土層厚度為耕作層、底土層與心土層厚度之和，是農作物的生長條件；剖面構型主要反映土壤發(fā)生層的排列狀況，影響土壤的保水、保肥能力，土壤質地中壤土最適宜種植，砂礫土最不適宜耕種；土壤有機質含量是表征土壤養(yǎng)分的重要指標，有機質含量越高，土壤越肥沃，耕地適宜性越高；土壤pH在一定范圍內最適宜農作物生長，其值過高或過低都不利于農業(yè)生產，超出適宜區(qū)間作物生長受阻甚至停滯。以上5個指標可從耕地質量分等數據庫中直接提取。

灌排條件指排水條件以及灌溉保證率，灌溉保證率影響土壤的水分條件、決定作物類型，其值越大，越能滿足農作物生長條件；排水條件由當地地形、排水體系共同決定，排水條件等級越高，耕地適宜性等級也越高。以上2個指標可從耕地質量分等數據庫中直接提取。

區(qū)位條件是耕地資源空間分布是否合理的重要因素，選取距農村道路距離和距居民點距離2個指標因子。距農村道路距離體現當地耕地種植的交通便捷度，通達度越高，人地交流越密切。距離農村道路距離越遠，耕地適宜性越低下；該指標可通過多環(huán)緩沖區(qū)進行分析提取。距居民區(qū)距離越近，耕地的種植與利用也越便利，受到人為因素的改造越強，更便于農戶對耕地的管理，耕地空間區(qū)位也越優(yōu)異。農村道路主要根據“三調”數據的提取并結合遙感影像補充完善，該指標可通過鄰近分析提取。

2.2 數據標準化及權重確定主觀賦權法例如層次分析法、特爾斐法對各個指標權重的設置上存在一定的主觀性，目前大部分學者都是采用熵權法賦權和計算，以減少人為主觀因素干擾。為盡量減少和避免權重確定過程中的主觀因素及某些客觀局限原因帶來誤差，該研究選用熵值法。

計算各指標權重的具體步驟如下：

第一步，根據構建的指標體系，形成13項評價指標數據矩陣X= {xij}a×b(其中0≤i≤a,0≤j≤b),xij為第i個圖斑第j個指標的指標值。

第二步，對單位不一的初始指標數據進行標準化處理。指標分為正向指標與負向指標，兩種不同類型的指標無量綱化計算公式有差異：對于正向指標xij′=(xij-xmin)/(xmax-xmin),對于負向指標，xij′=(xmax-xij)/(xmax-xmin)。

第五步，計算評價指標j的差異性系數(Cj)：Cj=1-Ej。

2.3 指標賦值因所選取的指標性質不同，指標顯化方式表現出定性和定量2種，無法直接無量綱化統(tǒng)一，需要根據《農用地質量分等規(guī)程》內容，對所選取的指標進行分等賦值處理，根據指標情況分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5級，按照0～100的分級標準分別賦值100、80、60、40、20，進而實現耕地屬性到具體分值之間的轉換，賦值后的指標分值越高，表征適宜性越好。

表2 評價指標分級及賦分情況Table 2 Evaluation index grading and scoring

式中，QUi表示耕地圖斑的綜合質量評價得分，Wj表示各個指標的權重，xij′表示各評價指標的標準值，i表示第i個圖斑。

2.5 布局優(yōu)化布局優(yōu)化采用疊加整合分析法，主要在適宜性評價的基礎上，再考慮生態(tài)沖突，協調城市需求，綜合確定適合劃入和需要調出永久基本農田的地塊，最后確定優(yōu)化結果。疊加整合分析法是一種基本的土地評價方法[4]，是通過運用 GIS 空間分析工具，有效疊加“三生”空間和耕地綜合質量評價結果圖，按照“優(yōu)先生態(tài)，穩(wěn)定生產，統(tǒng)籌生活”原則，篩選和確定調入、調出永久基本農田圖斑，形成永久基本農田布局優(yōu)化結果。

3 結果與分析

3.1 耕地質量綜合評價結果根據加權指數綜合法，得到耕地圖斑的綜合質量得分，在GIS中通過自然斷點法，得到指標分級標準。測算出耕地質量綜合分值在[47.26,89.75]，分值極差大，并且在空間上呈現了比較明顯的地域分異。按照綜合得分情況將適宜度劃分為高度適宜、中度適宜、一般適宜、低度適宜和不適宜劃入永久基本農田5個等級。高度適宜、中度適宜、一般適宜以及低度適宜的耕地面積共有44 560.89 hm2，占吉安縣耕地總量的95.36%，表明吉安縣耕地的綜合質量適宜性總體上較高。

高度適宜的耕地綜合質量得分分值在[70.73,89.75)，面積共6 465.94 hm2，占全域耕地總面積的13.84%，主要分布于吉安縣中部的梅塘鎮(zhèn)、大沖鄉(xiāng)、浬田鎮(zhèn)。高度適宜區(qū)域內的耕地資源，其自然地理條件優(yōu)異，地勢較為平緩，坡度小，適宜耕作；距離溝渠河流較近，其中水利設施較為豐富，可以保證農作物種植所必須的水源條件，排水條件也較好，有利于農作物的種植與生長；區(qū)域土壤質量整體較高，土體構成良好，土壤質地均為壤土，最適宜農作物種植，土壤有機質含量高，土壤肥沃程度好。在空間尺度上，區(qū)域內的耕地資源與主要居民點之間的距離及與農村道路之間的距離近，極大地便利人們的耕作，路網密布，交通通達度高，方便農作物及相關物品的運輸。

圖2 耕地適宜性程度Fig.2 Suitability degree of cultivated land

中度適宜的耕地綜合質量得分在[63.79,70.73)內,面積共8 413.93 hm2，占全域耕地總面積的18.01%，主要分布在吉安縣北部地區(qū)的浬田鎮(zhèn)、登龍鄉(xiāng)和梅塘鎮(zhèn)。中度適宜的耕地資源所處地區(qū)地勢相對平緩，坡度較高度適宜區(qū)要高，但仍適宜農作物的種植；灌溉保證率與排水條件也相對良好，可以滿足農作物種植需求；在空間區(qū)位方面，與主要道路和農用道路的距離較近，交通便利；土壤質地壤土、黏土均有，比較符合農業(yè)種植條件，土壤的酸堿度適中，土壤條件較為適宜；大部分耕地的有效土層厚度較小，因此處于該區(qū)域耕地資源的空間適宜性程度較永久基本農田內的耕地等級更低。

一般適宜的耕地共21 739.74 hm2，占全域耕地總面積的46.52%。一般適宜區(qū)自然條件較為適中，坡度相對較小，灌排條件較中度適宜區(qū)耕地差，不能保證充分滿足作物生長需求；土壤酸堿度并不充分適宜農作物生長，土壤有機質含量較低，有效土層厚度較薄，土壤較為貧瘠，不能為耕作提供良好的營養(yǎng)條件，利用僅合理。

低度適宜的耕地共7 941.28 hm2，占全域耕地總面積的16.99%，主要分布在吉安縣北部的萬福鎮(zhèn)、油田鎮(zhèn)以及桐坪鎮(zhèn)。低度適宜區(qū)有效土層厚度、灌排條件、土壤酸堿度適宜度偏低，此類耕地需完善灌排設施條件，進一步提高適宜性。

不適宜的耕地資源面積較小，共2 168.58 hm2，占全域耕地總面積的4.64%，主要分布在安塘鄉(xiāng)、永陽鎮(zhèn)和指陽鄉(xiāng)。主要限制因子為坡度、土壤質量、灌排條件。不適宜區(qū)所處地形較為復雜，坡度相對其他區(qū)域較高。水利設施不夠完善，基本灌溉條件不能得到有效保證，導致該區(qū)域大部分耕地的空間適宜性程度偏低。

3.2 基于空間協調與耕地綜合質量的布局優(yōu)化該研究將高度適宜、中度適宜、一般適宜、低度適宜的耕地作為永久基本農田初步補劃潛力，根據“優(yōu)質、集中、連片、穩(wěn)定”原則，初步篩選適宜劃入永久基本農田的耕地，綜合考慮生態(tài)安全約束性條件以及協調城市建設發(fā)展，并參考現有劃定的永久基本農田，將耕地分為調出、調入、保留3類，最后得到永久基本農田優(yōu)化后的結果。得到應調出面積為5 503.43 hm2，保留面積為36 077.41 hm2，補劃潛力為7 020.07 hm2，最終得到優(yōu)化布局后的面積為43 097.48 hm2，比上輪劃定的永久基本農田數量超出1 516.64 hm2，個別鄉(xiāng)鎮(zhèn)由于耕地的適宜程度不高，導致調出面積占比較高。整體基本滿足質量不降、數量不減、布局穩(wěn)定的布局優(yōu)化要求。

表3 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)適宜等級面積統(tǒng)計Table 3 Statistics of suitable grade area of each township

表4 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)永久基本農田優(yōu)化布局調整數量結構變化Table 4 The adjustment of permanent basic farmland optimized layout of each township 單位：hm2

4 結論與討論

4.1 結論筆者將耕地綜合質量、“三生”空間協調與永久基本農田布局優(yōu)化相結合，探究永久基本農田布局優(yōu)化的方法及思路，主要結論如下：

(1)采用GIS技術手段，以吉安縣現有耕地資源為評價對象，選取地類現狀條件、土壤條件、區(qū)位條件和灌排條件4個層面共13個指標作為耕地綜合質量評價指標體系，應用熵權法得出權重值，通過加權求和得到吉安縣耕地空間適宜性綜合評價結果，發(fā)現吉安縣耕地綜合質量評分平均較高，但空間分布差異較大，吉安縣中部以及偏北部地區(qū)質量較優(yōu)，交通便捷，灌排設施較為完善，而靠近南部地區(qū)如安塘鄉(xiāng)，土壤條件較劣，基礎設施條件并不完善。

(2)在耕地綜合質量評價分值的基礎上，將高度適宜、中度適宜、一般適宜、低度適宜的耕地作為初步補劃潛力，結合原有永久基本農田劃定結果，考慮生態(tài)約束性條件，協調城市發(fā)展需要，將不適宜耕地，與生態(tài)紅線、自然保護地相沖突耕地以及與城市開發(fā)邊界相重疊地塊調出，將三線以外的適宜耕地作為調入地塊，最終得到優(yōu)化結果，優(yōu)化后的永久基本農田較上輪劃定成果數量增加，布局更穩(wěn)定，保障了耕地質量，整體達到布局優(yōu)化要求。

(3)基于空間協調的布局優(yōu)化方法，科學合理地調整了永久基本農田布局，以生態(tài)優(yōu)先，保障了城市建設發(fā)展。運用GIS空間分析，將永久基本農田布局優(yōu)化具體落到圖斑，避免優(yōu)化過程中的主觀性，將永久基本農田保護落到實處。

4.2 討論該研究在構建耕地綜合質量評價指標體系時，從自然條件、質量條件等選取指標，構建綜合質量評價體系，將耕地分為5個適宜等級。以耕地質量綜合評價結果為基礎，運用GIS空間分析法將“三生”空間與綜合質量評價結果兩者有效整合，綜合考慮生態(tài)、城市發(fā)展等因素，因地制宜補充并完善區(qū)域永久基本農田布局優(yōu)化方法。今后在耕地綜合質量評價時還應考慮耕地質量的空間自相關性，從微觀尺度觀察耕地綜合質量的空間差異特征，建立并不斷完善耕地質量評價指標體系。研究永久基本農田調入調出時，還應綜合考慮當前重點項目選址或者在建未建成的工程等限制性因素，完善永久基本農田調整的相關要求，協調多方規(guī)劃，避免造成沖突，增強國土空間規(guī)劃彈性，加強對永久基本農田實行特殊保護。