王玉軍，劉 瓊，歐名豪

基于地質(zhì)環(huán)境適宜性的基本農(nóng)田布局優(yōu)化研究

王玉軍1,2，劉 瓊1※，歐名豪1

（1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)土地管理學(xué)院，南京 210095；2. 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，南京 210018）

基本農(nóng)田劃定及布局受自然、經(jīng)濟(jì)社會、生態(tài)環(huán)境等多元因素的影響，但是當(dāng)前基本農(nóng)田布局研究中仍然缺少對地質(zhì)環(huán)境因素的系統(tǒng)考察。該文試圖從耕地利用的地質(zhì)環(huán)境約束出發(fā)，以徐州市城市規(guī)劃區(qū)為例，開展面向耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價，通過GIS空間疊加分析對現(xiàn)行基本農(nóng)田布局方案進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果表明：1）依據(jù)耕地利用與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系，整合地形、土壤、水文、地質(zhì)災(zāi)害、地質(zhì)環(huán)境問題等要素開展區(qū)域地質(zhì)環(huán)境適宜性評價，是進(jìn)行基本農(nóng)田布局優(yōu)化的前提。2）研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境適宜性評價等級為較不適宜、不適宜的基本農(nóng)田面積共2 431.69 hm2，研究區(qū)基本農(nóng)田存在明顯的地質(zhì)環(huán)境約束。3）通過將較不適宜、不適宜的基本農(nóng)田調(diào)出，再從一般農(nóng)地中調(diào)入適宜、較適宜的耕地形成新的布局方案，從地質(zhì)環(huán)境角度看研究區(qū)基本農(nóng)田布局實現(xiàn)了優(yōu)化。該研究探索了基于地質(zhì)環(huán)境約束的區(qū)域基本農(nóng)田布局優(yōu)化路徑，還可以在城鄉(xiāng)建設(shè)用地、工礦用地等類型的土地布局優(yōu)化中進(jìn)行應(yīng)用，從而為空間規(guī)劃編制和管理中實現(xiàn)“礦地融合”服務(wù)。

土地利用；地質(zhì)；模型；基本農(nóng)田；適宜性評價；徐州

0 引 言

基本農(nóng)田是耕地的精華，對基本農(nóng)田實行特殊保護(hù)對提高耕地產(chǎn)出、維護(hù)國家糧食安全具有重要意義。科學(xué)劃定基本農(nóng)田、優(yōu)化基本農(nóng)田布局是保護(hù)基本農(nóng)田的起點，也是進(jìn)行高效利用和有效監(jiān)管的基礎(chǔ)，對國家戰(zhàn)略的實現(xiàn)至關(guān)重要。但是，中國耕地和基本農(nóng)田利用中的存在土地污染、水土流失、地質(zhì)災(zāi)害等地質(zhì)環(huán)境問題，耕地土壤污染點位超標(biāo)率達(dá)19.4%[1]，1997－2004年間因災(zāi)害損毀耕地年均超過13萬hm2[2]。這些地質(zhì)環(huán)境問題顯著影響了耕地和基本農(nóng)田的生產(chǎn)力[3]。

相關(guān)研究指出，土地利用布局是自然、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等多因素綜合作用的結(jié)果。對耕地和基本農(nóng)田而言，以土壤肥力、土層深度等為核心的土壤自然屬性指標(biāo)[3-4]是其布局首先要考慮的因素；與此同時，區(qū)位、基礎(chǔ)設(shè)施等經(jīng)濟(jì)社會屬性指標(biāo)[4-6]因其顯著影響耕地和基本農(nóng)田的產(chǎn)出水平，也被普遍作為影響因素；由于近年來土地生態(tài)問題的凸顯，生態(tài)要素如土壤污染[7]、生物多樣性[8]等也逐漸受到重視。隨著耕地和基本農(nóng)田布局中考慮影響因素增多，部分研究還對布局中如何權(quán)衡自然、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境因素[6,9]，協(xié)調(diào)耕地保護(hù)、城鎮(zhèn)開發(fā)和生態(tài)保護(hù)的關(guān)系[10-11]進(jìn)行了探索?？傊睾突巨r(nóng)田布局的影響因素正呈現(xiàn)“多元化”的趨勢。但是，現(xiàn)有研究對地質(zhì)環(huán)境要素的約束作用仍然考慮不足。地質(zhì)環(huán)境能夠在長時間尺度上影響土地利用的規(guī)模、形態(tài)、分布等，在農(nóng)用地利用中土壤污染、地下水污染、地下水位、地質(zhì)災(zāi)害等[3,12]能顯著影響農(nóng)作物產(chǎn)量。雖然現(xiàn)有研究已經(jīng)將個別地質(zhì)環(huán)境指標(biāo)納入耕地和基本農(nóng)田的影響因素，如將地形地貌作為自然因素[5]、將水土污染作為生態(tài)因素[7]，但仍缺乏對地質(zhì)環(huán)境因素約束的系統(tǒng)考慮。這一問題在其他地類的布局中同樣存在，雖然城鄉(xiāng)建設(shè)用地[13-14]、工礦用地[15]、基礎(chǔ)設(shè)施選址[16]中也會開展地質(zhì)環(huán)境適宜性評價，但主要是針對地質(zhì)災(zāi)害[17]等單要素的考慮。因此，有必要系統(tǒng)考慮地質(zhì)環(huán)境對土地利用的約束作用，開展耕地和基本農(nóng)田布局優(yōu)化研究。

本文擬從耕地利用的地質(zhì)環(huán)境約束出發(fā)，開展面向耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價，通過GIS空間分析對現(xiàn)行基本農(nóng)田布局方案進(jìn)行優(yōu)化，從而得到基于地質(zhì)環(huán)境適宜性的區(qū)域基本農(nóng)田布局優(yōu)化路徑。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

考慮到研究區(qū)域的代表性及地質(zhì)環(huán)境資料完整度，本文選擇徐州市城市規(guī)劃區(qū)為研究區(qū)域，包括徐州市區(qū)行政管轄范圍（鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、泉山區(qū)、賈汪區(qū)、銅山區(qū)）及睢寧縣雙溝鎮(zhèn)。研究區(qū)為蘇魯豫皖四省接壤處，116°54′～117°37′E，34°02′～34°32′N，地處黃泛平原，屬濕潤半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，光照充足。境內(nèi)河流縱橫交錯，湖沼、水庫星羅棋布，廢黃河斜穿東西，京杭大運河橫貫?zāi)媳?，東有沂、沭諸水及駱馬湖，西有夏興、大沙河及微山湖。從地質(zhì)上看，研究區(qū)位于華北陸塊區(qū)東南緣，地層屬華北地層大區(qū)—晉冀魯豫地層區(qū)—徐淮地層分區(qū)。本區(qū)大面積分布沉積巖，其余均被第四系和水域覆蓋；區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育。其南北不遠(yuǎn)均有秦嶺緯向構(gòu)造帶北分支的構(gòu)造行跡展布，如南部的符離集斷裂和北部的鐵佛溝斷裂等；東距郯廬斷裂帶約50 km2，西鄰碭山—永城—渦陽北北東向構(gòu)造帶。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用集中在金屬礦產(chǎn)（鐵礦）、非金屬礦產(chǎn)（水泥用灰?guī)r礦、建筑石料用灰?guī)r礦和輝綠巖礦）及能源礦產(chǎn)（煤礦、地?zé)幔┤箢悺^(qū)內(nèi)地下水開采利用歷史悠久，巖溶水允許開采資源量為17 815.31×104m3/a。

近年來，徐州市區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迅速，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)。同時作為礦產(chǎn)資源豐富且開采歷史悠久的地區(qū)，也面臨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展轉(zhuǎn)型。經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展及轉(zhuǎn)型對土地利用的影響十分明顯。研究區(qū)土地總面積200 366.83 hm2，按照《徐州市土地利用總體規(guī)劃（2006－2020）》，基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)面積為108 390.20 hm2，其中耕地82 116.83 hm2。主要分布在銅山區(qū)、賈汪區(qū)，位于中心城區(qū)核心地帶鼓樓區(qū)、泉山區(qū)、云龍區(qū)，故未布局基本農(nóng)田；一般農(nóng)地區(qū)面積32 091.18 hm2，各區(qū)均有分布。從空間分布上看，基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)與城鎮(zhèn)村建設(shè)用地區(qū)和獨立工礦區(qū)在空間上聯(lián)系緊密。顯然，研究區(qū)的基本農(nóng)田布局受地質(zhì)環(huán)境因素的約束比較明顯。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的數(shù)據(jù)包括地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)和地質(zhì)資源數(shù)據(jù)、耕地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃數(shù)據(jù)等。

1）地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)資源數(shù)據(jù)主要來自江蘇省地質(zhì)環(huán)境年報（2008－2015年）、江蘇省礦產(chǎn)資源開發(fā)利用年報（2008－2015年）、江蘇省地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價工作成果（2008年）、江蘇省地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃（2008－2015年）成果、江蘇省地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與區(qū)劃研究成果（2015年）、江蘇省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃（2016－2020年）成果、徐州城市地質(zhì)調(diào)查成果（2016年）等。

2）耕地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃數(shù)據(jù)主要來自徐州市、縣、鄉(xiāng)級土地利用總體規(guī)劃（2006－2020年）成果、徐州市土地利用變更調(diào)查成果（2015年）、徐州市耕地質(zhì)量等別更新評價的成果。

2 面向耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價

2.1 面向耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價體系

對已有耕地適宜性評價指標(biāo)進(jìn)行匯總分析，可將常見的耕地適宜性評價指標(biāo)歸納為地形條件、氣候條件、土壤條件、水文條件、灌排條件、區(qū)位條件6種類型，其中地形、土壤、水文是與地質(zhì)環(huán)境相關(guān)的[4-7,18-20]。此外，約束耕地利用的地質(zhì)環(huán)境因素主要來自于地質(zhì)環(huán)境資源開發(fā)利用中存在的地質(zhì)環(huán)境問題及地質(zhì)災(zāi)害[21]。因此，本文從以下5個方面構(gòu)建面向耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性指標(biāo)體系：1）地形條件：是地質(zhì)環(huán)境最直接的表現(xiàn)形式，高程、坡度、坡向等地形條件對耕地利用有直接影響；2）土壤條件：也是反映地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的重要因素，土壤質(zhì)地、土層厚度、理化性狀、土壤污染程度等直接影響耕地質(zhì)量；3）水文條件：地下水是地質(zhì)環(huán)境資源，更是很多地區(qū)的灌溉水源，地下水資源可采程度、地下水污染程度和地下水防污性能力均與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)；4）地質(zhì)災(zāi)害：對耕地而言是指相應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度，主要包括滑坡崩塌易發(fā)程度、泥石流易發(fā)程度、地面塌陷易發(fā)程度；5）地質(zhì)環(huán)境問題：地質(zhì)環(huán)境問題是指有別于地質(zhì)災(zāi)害的專業(yè)性地質(zhì)環(huán)境問題，對耕地而言主要考慮水土流失程度、水土退化程度。根據(jù)以上5個準(zhǔn)則層，考慮到徐州地區(qū)的實際情況及數(shù)據(jù)的可得性，建立影響區(qū)域耕地利用的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價指標(biāo)體系。依據(jù)該指標(biāo)體系，本文采用AHP法和熵值法，通過算術(shù)平均得到指標(biāo)的綜合權(quán)重。其中，AHP法征求了徐州市國土資源主管部門等專家和學(xué)者意見，采用1-9標(biāo)度構(gòu)建判斷矩陣，并開展一致性檢驗（表1）。

表1 研究區(qū)耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價指標(biāo)及其權(quán)重

本研究將耕地適宜性等級分為適宜、較適宜、較不適宜、不適宜四個級別，其中適宜表示可直接作為耕地利用；較適宜表示采取低代價措施即可作為耕地利用；較不適宜表示需采取高代價措施方可作為耕地利用；不適宜表示不可作為耕地利用。本研究主要根據(jù)各項指標(biāo)性質(zhì)，參考以往研究及相關(guān)行業(yè)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，確定其適宜性標(biāo)準(zhǔn)（表1）。其中，地形條件指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值主要參考土地整治相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，土壤條件指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值參考了土地整治相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范（DZ/T 0295-2016）》、《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（NY/T 395-2000）》，水文條件指標(biāo)參考了區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查、地下水動態(tài)監(jiān)測等方面的標(biāo)準(zhǔn)、《地下水污染地質(zhì)調(diào)查評價規(guī)范（DD 20008-01）》，地質(zhì)災(zāi)害指標(biāo)則參考了《<縣（市）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求>實施細(xì)則（修訂稿）》等，地質(zhì)環(huán)境問題指標(biāo)則參考了水利普查、土壤普查的相關(guān)做法和聯(lián)合國糧農(nóng)組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（FAO和UNEP）對土地退化的分級標(biāo)準(zhǔn)等。

2.2 評價方法

物元模型[22]源于中國學(xué)者蔡文教授提出的一門原創(chuàng)性橫斷學(xué)科—可拓學(xué)，是以形式化的模型，來探討事物拓展的可能性以及開拓創(chuàng)新的規(guī)律和方法，主要用于解決不相容的復(fù)雜問題[23]。這種方法的優(yōu)點在于它的關(guān)聯(lián)函數(shù)屬于（-∞，+∞），可以極大地拓展它的研究范圍，保障無丟失地綜合各種因素的全部信息，并揭示更多的分異信息[24]；在等級確定上結(jié)合客觀標(biāo)準(zhǔn)先對評價指標(biāo)的經(jīng)典域及節(jié)域進(jìn)行區(qū)間界定，然后通過單指標(biāo)的關(guān)聯(lián)函數(shù)計算得到單指標(biāo)狀態(tài)，再通過模型集成得到多指標(biāo)的綜合水平，可以克服評價過程中人為因素的影響，避免主觀判斷，進(jìn)而提高評價結(jié)果的客觀性和科學(xué)性[25]。在地質(zhì)環(huán)境領(lǐng)域，由于地質(zhì)環(huán)境要素的不相容性比較顯著，物元模型被廣泛使用，成為最適宜的地質(zhì)環(huán)境評價模型[26]。

2.2.1 構(gòu)建地質(zhì)環(huán)境評價物元

物元模型中，地質(zhì)環(huán)境評價單元及其特征和特征量值共同構(gòu)成地質(zhì)環(huán)境物元()。假設(shè)地質(zhì)環(huán)境評價中有個評價單元，則第個評價單元為N（=1,2,…,）；若評價單元中有個特征，則它以個特征C及相應(yīng)量值為V（=1,2,…,;=1,2,…,）表示；那么，地質(zhì)環(huán)境評價物元為

2.2.2 確定地質(zhì)環(huán)境評價的經(jīng)典域和節(jié)域

地質(zhì)環(huán)境評價的經(jīng)典域物元矩陣可表示為

式中0代表構(gòu)建的經(jīng)典域物元，0ik代表地質(zhì)環(huán)境的第個評價等級，C代表特征向量，0ik代表關(guān)于第個特征向量第個評價等級的量值區(qū)間范圍<0i1k，01>（=1,2,…,;=1,2,…,;=1,2,…,），即經(jīng)典域。

地質(zhì)環(huán)境評價的節(jié)域物元矩陣可表示為

式中代表節(jié)域物元；<>代表節(jié)域物元對應(yīng)特征向量C的量值區(qū)間范圍,代表地質(zhì)環(huán)境評價全部的等級, V＜a且V＞b（=1,2,…,;=1,2,…,）。

2.2.3 建立地質(zhì)環(huán)境評價物元關(guān)聯(lián)函數(shù)

令有界區(qū)間0=[,]的模為

則某一值到區(qū)間0=[,]的距離為

那么地質(zhì)環(huán)境評價物元關(guān)聯(lián)函數(shù)為

i

=1,2,…,

m

；

j

=1,2,…,

n

；

k

=1,2,…,

t

式中G(x)為第個評價單元第個評價指標(biāo)關(guān)于某種評價目標(biāo)的第個地質(zhì)環(huán)境評價等級的關(guān)聯(lián)度；x0ijkx分別表示為地質(zhì)環(huán)境評價指標(biāo)的實際量值及經(jīng)典域和節(jié)域取值范圍。

2.2.4 計算綜合關(guān)聯(lián)度并定級

基于地質(zhì)環(huán)境評價物元關(guān)聯(lián)函數(shù)和評價指標(biāo)權(quán)重，可進(jìn)一步計算地質(zhì)環(huán)境評價綜合關(guān)聯(lián)度，即第個評價單元N相對第個地質(zhì)環(huán)境評價等級的關(guān)聯(lián)度G(N)。

地質(zhì)環(huán)境評價對象關(guān)于對于第個評價單元第評價等級的綜合關(guān)聯(lián)度為

i

=1,2,…,

m

；

j

=1,2,…,

n

；

k

=1,2,…,

t

式中關(guān)聯(lián)度的大小表示評價對象屬于地質(zhì)環(huán)境評價某一水平的程度：≥1，表示評價對象超過該水平標(biāo)準(zhǔn)；1＞≥0，表示評價對象符合該水平標(biāo)準(zhǔn)；0＞≥?1，表示評價對象不符合該水平標(biāo)準(zhǔn)，但具備達(dá)到該水平的條件；＜?1，表示評價對象完全不符合該水平標(biāo)準(zhǔn)。

若G(x)=Max[G(x)]，則評價單元的評價指標(biāo)屬于地質(zhì)環(huán)境評價等級；若G(N)=Max[G(N)]，則評價單元屬于地質(zhì)環(huán)境評價等級。

2.3 評價單元及優(yōu)化思路

2.3.1 評價單元劃分

考慮到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的特點和多因素疊加分析的可行性，本文采用格網(wǎng)法劃分評價單元，即在確定格網(wǎng)邊長的基礎(chǔ)上，由計算機(jī)實現(xiàn)統(tǒng)一坐標(biāo)系條件下的矢量數(shù)據(jù)柵格化，建立的柵格單元即為評價單元。由于評價指標(biāo)眾多，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，為了能夠既最大限度地反映各評價指標(biāo)的空間差異性，又保證疊加分析和格網(wǎng)計算的可行性，本文使用100 m×100 m的格網(wǎng)單元對研究區(qū)進(jìn)行劃分，同時將評價指標(biāo)的空間分布格網(wǎng)化為100 m×100 m的格網(wǎng)單元。

2.3.2 基本農(nóng)田布局優(yōu)化思路

采用GIS空間分析，通過將土地利用總體規(guī)劃圖（2006-2020）與耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價結(jié)果進(jìn)行疊加分析，允許部分適宜性低的土地調(diào)出，同時為落實基本農(nóng)田保護(hù)約束性指標(biāo)，必須調(diào)入相應(yīng)面積，最終得到優(yōu)化方案。

1）調(diào)出

首先，將地質(zhì)環(huán)境適宜性等級為不適宜的基本農(nóng)田調(diào)出，調(diào)整為非耕地，具體規(guī)劃用途考慮生態(tài)用途如林地、草地等；其次，將地質(zhì)環(huán)境適宜性等級為較不適宜的基本農(nóng)田調(diào)整為一般農(nóng)用地。

2）調(diào)入

按照基本農(nóng)田調(diào)入面積等于對應(yīng)的調(diào)出面積的原則，首先在一般農(nóng)地區(qū)中選擇地質(zhì)環(huán)境適宜性評價結(jié)果為適宜、較適宜的耕地，盡量基本農(nóng)田面積在鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）內(nèi)部平衡。若在某一鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）無法平衡，則考慮在縣域內(nèi)平衡。若全縣無法平衡，則需要核減基本農(nóng)田保護(hù)面積指標(biāo)。

3 實證分析

3.1 耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性等級評定

采用以上評價方法，將現(xiàn)狀居民點、水域扣除后，研究區(qū)域共形成315 746個評價單元，針對每個單元開展地質(zhì)環(huán)境適宜性評價。

3.1.1 耕地的地質(zhì)環(huán)境經(jīng)典域和節(jié)域

為了計算方便和統(tǒng)一，采用標(biāo)準(zhǔn)化評分法消除量綱與尺度上的不同，使各特征間具有一定的可比性。本研究采用=100×(?min)/(max?min)（特征值與用地適宜性成正效應(yīng)）與=100×(max?x)/(max?min)（特征值與用地適宜性成逆效應(yīng)），對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并以標(biāo)準(zhǔn)化后的值作為耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價各參評指標(biāo)的經(jīng)典域，具體見表2。

3.1.2 待評物元的評價指標(biāo)量化分值及關(guān)聯(lián)度計算

根據(jù)3.1.1中的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)來源和各項指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，采用函數(shù)賦分法、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化法、空間分析法等分別進(jìn)行量化，可以得到研究區(qū)14項耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價參評指標(biāo)的分值。然后根據(jù)其各項評價指標(biāo)的經(jīng)典域、節(jié)域、分值，利用2.2.3中的關(guān)聯(lián)度計算公式得出每個評價指標(biāo)對于不同適宜性等級的關(guān)聯(lián)度。然后，分別對這些指標(biāo)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行加權(quán)計算，得出適宜、較適宜、較不適宜、不適宜的綜合關(guān)聯(lián)度，如圖1所示。

表2 研究區(qū)耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價指標(biāo)經(jīng)典域

3.1.3 適宜性等級評定

比較各評價單元不同適宜性等級的綜合關(guān)聯(lián)度，對于某一評價單元，其綜合關(guān)聯(lián)度最大的適宜性等級為該評價單元的適宜性評價結(jié)果。對所有評價單元依次進(jìn)行比較分析，得到研究區(qū)所有評價單元的耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價結(jié)果（圖2）。

研究區(qū)耕地適宜性總體較高，等級為適宜的土地面積為261 979.55 hm2，占土地總面積的82.97%。主要分布在銅山區(qū)、睢寧縣雙溝鎮(zhèn)大部分和賈汪區(qū)西部地區(qū)，覆蓋遠(yuǎn)離中心城區(qū)的廣大農(nóng)村平原地區(qū)。這些區(qū)域地形平緩，土層較厚，表層土壤多為輕壤、中壤、重壤，土壤養(yǎng)分優(yōu)良、無污染，地下水資源相對豐富、無明顯污染，無地質(zhì)災(zāi)害或地質(zhì)環(huán)境問題。

較適宜的土地面積為41 014.52 hm2，占土地總面積12.99%。主要分布在銅山區(qū)中部、東南部和賈汪區(qū)西南部，位于中心城區(qū)和規(guī)模較大的城鎮(zhèn)周邊平原地區(qū)。這些區(qū)域地形相對有一定起伏，土壤質(zhì)量良好，地下水污染豐富但有輕度污染，部分區(qū)域存在地面塌陷情況或隱患。

較不適宜的土地面積為12 485.96 hm2，占土地總面積的3.95%。主要分布在銅山區(qū)西南、東南和賈汪區(qū)中部，集中于低山丘陵地區(qū)和部分地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重或易發(fā)區(qū)。這些區(qū)域高程普遍較高且坡度偏大，土壤質(zhì)地多為沙礫質(zhì)，地下水污染相對較重，局部區(qū)域存在較嚴(yán)重的滑坡崩塌和地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害。

不適宜的土地面積為281.09 hm2，占土地總面積的0.09%。分布在賈汪區(qū)大洞山和銅山區(qū)利國鎮(zhèn)。前者因為高程過高、坡度太大，后者因為土壤污染嚴(yán)重，均極難通過相應(yīng)技術(shù)手段改造或改善以達(dá)到作為耕地利用的基本條件。

圖1 研究區(qū)耕地適宜性等級綜合關(guān)聯(lián)度分布圖

圖2 研究區(qū)耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價結(jié)果

3.2 基本農(nóng)田的布局優(yōu)化

3.2.1 調(diào) 出

通過將《土地利用總體規(guī)劃圖（2006-2020）》（以下簡稱“規(guī)劃”）與耕地適宜性地質(zhì)環(huán)境評價結(jié)果進(jìn)行疊加，可以發(fā)現(xiàn)《規(guī)劃》的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)中地質(zhì)環(huán)境適宜性等級為較不適宜的耕地面積為2 382.28 hm2，不適宜的耕地為49.41 hm2，二者合計為2 431.69 hm2，占基本農(nóng)田面積的2.96%。按照布局優(yōu)化思路，這部分耕地全部從基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)中調(diào)出（圖3）。

圖3 研究區(qū)基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)調(diào)整情況示意圖

從圖3中可以看出，基本農(nóng)田的調(diào)出主要分布在中心城區(qū)核心地帶的外圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如銅山區(qū)利國鎮(zhèn)、銅山區(qū)西南、東南及賈汪區(qū)大洞山，這些區(qū)域高程普遍較高且坡度偏大，土壤質(zhì)地多為沙礫質(zhì)，地下水污染相對較重，局部區(qū)域因采礦存在較嚴(yán)重的滑坡崩塌和地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，且難以通過相應(yīng)技術(shù)手段改造或改善以達(dá)到作為耕地利用的基本條件。鼓樓區(qū)、泉山區(qū)因位于中心城區(qū)核心地帶，在土地利用總體規(guī)劃圖中未布局基本農(nóng)田，無需調(diào)整。

3.2.2 調(diào) 入

在調(diào)出基本農(nóng)田的同時，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）為單元對一般農(nóng)地區(qū)內(nèi)耕地地質(zhì)環(huán)境適宜性評價結(jié)果為適宜、較適宜的耕地進(jìn)行空間統(tǒng)計，得到各鎮(zhèn)（街道）的調(diào)入潛力，判斷鎮(zhèn)（街道）的調(diào)入潛力是否充足。從表3可以看出，銅山區(qū)、賈汪區(qū)的絕大多數(shù)鎮(zhèn)（街道）都需調(diào)整，大部分鎮(zhèn)（街道）有充足的調(diào)入潛力，能落實基本農(nóng)田保護(hù)指標(biāo)，因此在本鎮(zhèn)（街道）內(nèi)實現(xiàn)調(diào)整。其中：賈汪區(qū)老礦街道、大吳鎮(zhèn)的調(diào)入潛力較小，剛好能滿足調(diào)入需求，也能在本鎮(zhèn)（街道）內(nèi)實現(xiàn)調(diào)整；銅山區(qū)劉集鎮(zhèn)、賈汪區(qū)夏橋街道因調(diào)入潛力不足，無法落實基本農(nóng)田保護(hù)指標(biāo)，根據(jù)耕地地質(zhì)環(huán)境適宜性評價等級，需要在區(qū)內(nèi)實現(xiàn)調(diào)整。依據(jù)盡量在本鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）平衡的原則，同時考慮基本農(nóng)田的集中連片性，銅山區(qū)劉集鎮(zhèn)內(nèi)部調(diào)入了420.16 hm2，另有77.76 hm2在銅山區(qū)何橋鎮(zhèn)、馬坡鎮(zhèn)、棠張鎮(zhèn)進(jìn)行了異地調(diào)入；賈汪區(qū)夏橋街道內(nèi)部調(diào)入了2.36 hm2，另有52.46 hm2在賈汪區(qū)塔山鎮(zhèn)進(jìn)行了異地調(diào)入。

表3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）基本農(nóng)田調(diào)整情況

根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）的調(diào)入和調(diào)出結(jié)果，最終形成了基于耕地地質(zhì)環(huán)境適宜性評價的基本農(nóng)田布局方案。經(jīng)上述優(yōu)化調(diào)整，研究區(qū)基本農(nóng)田保有量仍保持為82 116.83 hm2，且各市轄區(qū)層面基本農(nóng)田保護(hù)指標(biāo)也得到了落實。與現(xiàn)行規(guī)劃方案相比，優(yōu)化后基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)內(nèi)耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性等級變化如下：等級為適宜的耕地比例從90.65%提高到92.68%，較適宜的耕地比例從7.11%提高到7.32%，等級為較不適宜和不適宜等耕地比例降為0。這一布局方案降低了基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生地質(zhì)環(huán)境問題和地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險，可以為主管部門在國土空間規(guī)劃編制中劃定或調(diào)整耕地紅線提供參考。

4 結(jié)論及討論

本文通過構(gòu)建面向耕地的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價體系，開展耕地地質(zhì)環(huán)境適宜性評價，并據(jù)此對土地利用總體規(guī)劃的基本農(nóng)田布局方案開展優(yōu)化。本文的主要研究結(jié)論：

1）依據(jù)耕地利用與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系，整合地形、土壤、水文、地質(zhì)災(zāi)害、地質(zhì)環(huán)境問題等要素開展區(qū)域地質(zhì)環(huán)境適宜性評價，是進(jìn)行基本農(nóng)田布局優(yōu)化的前提。

2）研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境適宜性評價等級為較不適宜、不適宜的基本農(nóng)田面積共2 431.69 hm2，研究區(qū)基本農(nóng)田存在明顯的地質(zhì)環(huán)境約束。

3）通過將較不適宜、不適宜的基本農(nóng)田調(diào)出，再從一般農(nóng)地中調(diào)入適宜、較適宜的耕地形成新的布局方案，從地質(zhì)環(huán)境角度看研究區(qū)基本農(nóng)田布局實現(xiàn)了優(yōu)化。

本文探索了基于地質(zhì)環(huán)境約束的基本農(nóng)田布局優(yōu)化路徑，這一思路不僅可以用于基本農(nóng)田和耕地布局優(yōu)化，還可以在城鄉(xiāng)建設(shè)用地、工礦用地等類型的土地布局優(yōu)化中進(jìn)行應(yīng)用，從而為空間規(guī)劃編制和管理中實現(xiàn)“礦地融合”服務(wù)。但是需要指出的是，本文的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價指標(biāo)是針對耕地的，其他地類的地質(zhì)環(huán)境適宜性評價指標(biāo)體系應(yīng)根據(jù)土地利用特點進(jìn)行調(diào)整；同時，本文只考慮了基于地質(zhì)環(huán)境約束的基本農(nóng)田布局調(diào)整，未考慮國土空間開發(fā)規(guī)劃編制過程中基本農(nóng)田與一般農(nóng)用地、城市土地、工礦用地布局優(yōu)化的相互關(guān)系，這方面的研究還有待加強(qiáng)。

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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

國家自然科學(xué)基金項目“土地約束性指標(biāo)管控政策的選擇性執(zhí)行及其治理研究”（71673141）

王玉軍，高級工程師，博士，主要從事地質(zhì)環(huán)境與國土資源規(guī)劃研究。Email：jszzdt@126.com

劉 瓊，副教授，博士，主要從事國土空間規(guī)劃研究。Email：liuqiong@njau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.14.032

F301.2

A

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

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