引入耕地生态价值的咸阳市基本农田划定

李丁一 ，魏 舟 ,，童亚文 ，李莹莹 ，周传龙 ，张青峰 ※

（1. 西北农林科技大学资源环境学院，杨凌 712100；2. 陕西地矿区研院有限公司，咸阳 712000）

0 引言

耕地资源是保障国家粮食战略安全的基础，基本农田则是国家划定的耕地基本保护范围，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]。然而中国的基本农田划定工作，多是以满足上级下达行政指标为任务，划定过程主观性、随意性较强，出现划定的基本农田以次充好、以劣充优和分布“远、边、散”等问题[2]；加之一些地区土壤污染恶化、生物栖息地丧失和水土流失加剧等问题，农田生态系统受到严重破坏，使得基本农田质量参差不齐、空间破碎和生态破坏的空间格局日益凸显[3]。2022 年发布的《国务院关于印发“十四五”推进农业农村现代化规划的通知》（国发〔2021〕25 号），提出要加强耕地保护与质量建设，坚守18 亿亩耕地红线，实行永久基本农田特殊保护，推进高标准农田建设。2023 年中央一号文件强调要加强耕地保护和用途管控，严格耕地占补平衡管理。划定基本农田，是国家最主要的耕地质量及面积保护的手段。合理有效的基本农田划定方法，对于落实最严格的耕地保护政策和保障国家粮食安全有重要意义。

随着基本农田划定与保护研究的逐步深入，基本农田划定方法主要分为三类：一是采用多因素综合评价法[4]、LESA 体系[5]等方法，基于农用地分等定级成果[6]和土地评价成果[7]划定基本农田。二是利用多目标粒子群[8]、贝叶斯网络模型[9]等模型，根据以往基本农田分布规律，对未来的空间布局进行模拟。三是采用K 均值空间聚类法[10]、热点分析[11]、空间自相关分析[12]等方法，基于耕地空间集聚特征对基本农田布局进行一定的调整和优化。目前的研究多是围绕耕地质量、空间聚类或耕地连片程度等单一因素展开讨论，较少同时耦合耕地质量等级、耕地连片等级、划定数量约束等多因素。与此同时，现有的耕地质量评价指标体系主要考虑耕地的自然地理条件，很少将生态价值纳入其中；而一直以来无节制的农业生产方式，对农田生态环境造成了严重的破坏，为了改善农田环境、优化土壤结构、提高农业生产效率，农田生态化成为了当下农业发展的重要需求方向。因此，将生态价值引入耕地质量综合评价和基本农田划定中，更加符合生态文明背景下绿色农田长期发展的要求，对完善基本农田划定有一定的意义和价值。

本文选择陕西省咸阳市为研究区，在耕地自然禀赋、社会经济条件、稳定性的基础上加入生态价值和政策条件作为评价指标，借助因子分析法综合评价耕地质量；引入空间聚类的思想，依据各区域的耕地质量等级和空间聚类特征划定耕地保护分区；采用缓冲区分析法识别耕地连片性；依据“连片优先、质量优良、数量约束”的划定原则，对耕地保护分区和耕地连片等级进行筛选和排序后，将符合要求的耕地划入基本农田，直至达到基本农田需求量。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

咸阳市地处陕西关中平原腹地，北纬34°11′～35°32′，东经107°38′～109°10′（图1），总面积10.19×105hm2。地势北高南低，呈阶梯状；地处暖温带，属大陆性季风气候，全年平均温度9.0～13.2℃，平均降水量537～650 mm。2019 年咸阳市耕地面积303 933.02 hm2，占全市土地总面积的29.81%。咸阳市作为陕西省重要的农业主产区，农业总产值居全省前列，2022 年农业总产值占陕西省农业总产值的15%以上[13-14]。保障耕地安全是国土空间开发保护的重要任务之一，然而随着城镇扩张，建设用地需求急剧增加。尤其是近年来随着国家级西咸新区的蓬勃发展和西安-咸阳一体化建设的大力推进[15]，咸阳市的城市建设和扩张明显，区域内大量优质耕地转换为建设用地[16]，严重威胁耕地和粮食安全。

图1 研究区位图Fig.1 Location of study area

1.2 数据来源

数据来源见表1。为确保数据一致性，数据格式统一使用ArcGIS 格式数据，空间数据坐标系统一转换为WGS_1984_UTM_Zone_48N，栅格数据经重采样后统一转换为30 m×30 m。

表1 数据来源Table 1 Data source

2 研究方法

2.1 评价单元的确定

评价单元是耕地质量评价中最基本的单元。同一评价单元内的耕地往往有着非常相似的自然条件、立地条件和社会经济条件；不同评价单元之间的差异很大，但又可以相互比较[17]。本文从咸阳市第三次全国国土调查数据中提取水田、水浇地和旱地得到的耕地图斑作为评价单元，共261 945 个。

2.2 耕地质量综合评价指标体系的构建

参考《基本农田划定技术规程》（TD/T 1 032-2011）和《农用地定级规程》（GB/T 28 405-2012），结合咸阳市已有基本农田空间布局和高标准基本农田建设情况，将生态价值和政策条件纳入指标体系，构建咸阳市耕地质量综合评价指标体系（表2）。

表2 咸阳市耕地质量综合评价指标体系Table 2 Comprehensive evaluation index system of cultivated land quality in Xianyang City

考虑到每项指标具有不同的性质和特征，本文在［0，100］闭合区间上实现指标属性到指标分值的转化[18]，部分指标分级赋值见表3。

表3 部分评价指标分级赋值Table 3 Rating and assignment of certain evaluation indicators

1）耕地自然质量T1。参照《农用地质量分等规程》（GB/T28 407-2012）分级赋值。

2）耕地社会经济条件T2。

利用ArcGIS 10.8 的欧氏距离工具分别测算出耕地到农村居民点、农村道路、城镇中心和交通主干道的距离，参照《农用地定级规程》（GB/T 28 405-2012）赋值方法：点状指标采用指数衰减法赋值（式（1）），线状指标通过直线衰减法赋值（式（2））。

式中fi为指标i的作用分值；Mi为规模指数（取100）；r为地块相对距离；di为耕地到点状影响因素（农村居民点、城镇中心）或线状影响因素（农村道路、交通主干道）的实际距离，m；d为因素影响半径，m；S为咸阳市面积，m2；n为咸阳市内点状影响因素个数；L为咸阳市内线状影响因素长度，m。

沟渠密度I10、农业总产值I11和从事农业人口数量I12借鉴相关研究成果[7,11]，采用数据标准化法进行量化，见式（3）。

式中fj为指标j的标准化分值；xj为指标j的实际值；xmax和xmin为指标实际值中的最大值和最小值。

3）耕地稳定性T3。

田块规整度I13采用景观生态学中的分维数（fractal dimension，FRAC）表示（式（4）），FRAC 是一种表示田块边缘规则性和复杂性的度量标准[19]，取值范围为1.0～2.0，值越小说明田块形状越简单规则。

式中fFRAC为田块规整度；P为地块周长，m；A为地块面积，hm2。

耕地周围用地类型的差异会对耕地的可持续发展起到一定的制约作用[12]。一块地块周围的耕地越多，该地块就越有可能继续保持农耕用途。与相邻土地的适宜性I14采用式（5）计算：

式中T为与相邻土地的适宜性；Y为与相邻耕地的公共边长，m。

对上述指标计算量化后，采用数据标准化法（式3）赋值。

4）耕地生态价值T4。参考《生态保护红线划定指南（2017）》和已有研究成果[20-21]，运用NPP 定量指标评估方法计算各生态系统服务功能重要性，计算式如下：

式中Sbio为生物多样性维护服务能力指数；MNPP为多年植被净初级生产力平均值，gC/(m2·a)；Fpre为多年平均降水量，mm；Ftem为多年平均气温，℃；Falt为海拔因子，m；Spro为水土保持服务能力指数；K为土壤可蚀性因 子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；Fslo为坡度因子；Swr为生态系统水源涵养服务能力指数；Fsic为土壤渗流因子。

分别将上述指标的累加服务功能值占区域总生态系统服务值的50%和80%将对应的评价结果值划分为极重要、重要和一般重要3 个等级并赋值。

5）政策条件T5。政策接受度I19反映的是耕地地块是否与咸阳市土地利用总体规划所确定的旧有基本农田重合。原规划划定的旧有基本农田，一直以来是被政府重点保护的，政府财政支持力度较大，基本条件较好，在重新划定基本农田时更有资格优先作为基本农田。本文将位于旧有基本农田建设区之内的地块的政策接受度赋值为100，其他地块赋值为80[19]。

2.3 耕地质量综合评价方法

采用SPSS 26.0 软件进行因子分析[22]，根据各公因子的方差贡献率和得分计算耕地质量综合分值，并采用自然断点法将综合得分划分为高、较高、一般、较低、低5 个等级。

式中Fk为第k个公因子得分（k=1，2，…，m）；µk为第k个公因子的因子载荷；Ci第i个指标；ωk为第k个公因子的权重；Sk为第k个公因子的贡献率；F为耕地质量综合分值。

2.4 局部空间自相关

局部空间自相关可以反应区域内部某空间要素与其相邻要素的相关程度[23]。本文通过局部空间自相关的Local Moran's I 指数，探究耕地质量在空间上发生聚类、离散或随机的分布状况[24]。Local Moran's I 指数将结果分为五类：H-H 型、H-L 型、L-H 型、L-L 型和无显著型。H-H 型即高值与高值集聚；L-L 型即低值与低值集聚；H-L 型即高值被低值所包围的空间分散现象；L-H型即低值被高值所包围的空间分散现象；无显著型即随机分布。

2.5 耕地保护分区划定

本文将耕地质量等级及其空间集聚类型进行矩阵组合，划定耕地保护分区（表4）。

表4 耕地保护分区类型Table 4 Types of cultivated land protection zones

H-H 型耕地属于耕地质量优且在空间上呈现高值集聚的耕地，因而将高和较高等级的H-H 型耕地划为优先保护区，一般等级的H-H 型耕地划为适宜保护区；H-L型耕地属于典型的耕地质量“凸地”，高质量耕地在周围低质量耕地的驱动下极易转变为劣质耕地，但因其包含的耕地质量较好，划为适宜保护区；相对于H-L 型耕地，L-H 型耕地是耕地质量的“凹地”，环绕在低质量耕地周围的高质量耕地具有促使低效耕地向优质耕地过渡的积极效应，应划为重点整治区；L-L 型耕地虽然耕地质量较差，但在空间上表现出低值集聚的特征，对实现农业产业化、规模化耕作十分有利，因而将较低等级的L-L 型耕地划为重点整治区，低等级的L-L 型耕地划为全面治理区；无显著型耕地在空间上呈随机分布，将高、较高和一般等级的无显著型耕地划为适宜保护区，较低和低等级的无显著型耕地划为全面治理区。

2.6 耕地连片性分析

将耕地集中连片思想纳入到基本农田划定过程中，有利于克服以往基本农田空间分布破碎化的问题[25]，充分发挥耕地生产、生态和景观功能。依据《高标准基本农田建设标准》（TD/T1033-2012）和《公路工程技术标准》（JTG B01-2014），确定咸阳市耕地连片阈值为20 m，即当两个耕地图斑之间的距离小于20 m 时，则认为是连片的。利用Arc GIS 10.8 设置缓冲区，使得耕地图斑生成10 m 缓冲区；借助融合功能对所有重叠的图斑进行合并和融合；计算融合后的耕地地块面积，采用极差法量化其连片度（式（12）），并用自然断点法划分为6 级。

式中Wt为连片度；At为 第t个地块面积，hm2；Amin、Amax分别为地块面积最小、最大值，hm2。

2.7 基本农田划定方法

本文在划定基本农田时，优先考虑耕地集中连片，其次保证质量优良，最终确保足量划定。在耕地连片性方面，按照连片等级：一级→二级→…→六级的顺序依次将区域内耕地划入基本农田，非连片耕地原则上不划入基本农田；在耕地质量方面，按照优先保护区→适宜保护区→重点整治区→全面治理区的顺序，依次将耕地保护区内的耕地划入基本农田。在划定数量方面，划定的基本农田面积应占本行政区域内耕地总面积的80%以上[26]，即≥243 146.42 hm2。对咸阳市耕地连片性和耕地保护分区进行筛选与排序，直到划定的基本农田累加面积≥243 146.42 hm2，具体方法见图2。

图2 基本农田划定流程Fig.2 Prime farmland demarcation process

3 结果与分析

3.1 耕地质量综合评价结果

咸阳市耕地质量综合评价结果见表5。总体来看，咸阳市耕地质量处于较低水平。低和较低等级耕地面积占全市耕地总面积的65.48%；其次是较高和一般等级耕地，分别占13.14%和11.59%；高等级耕地面积最少，占比不足10%。

表5 耕地质量等级划分表Table 5 Classification of cultivated land quality grade

表6 为咸阳市各县（区）耕地质量等级的分布统计。1）高等级耕地集中分布在三原县和乾县，两县面积占全市高等级耕地面积的86.56%。该等级耕地多处于南部渭河盆地，地势平坦，土质肥沃，具备良好的农业生产条件，属于咸阳市综合生产潜力最高的耕地。

表6 咸阳市各县（区）耕地质量等级统计Table 6 Statistics on the cultivated land quality grade in various counties and districts of Xianyang city

2）较高等级耕地多分布在高等级耕地的外围地区，在乾县、泾阳县和三原县等均有分布。该等级耕地较上一级耕地而言，虽然在土壤质量、耕地社会经济条件、稳定性或生态价值等某方面存在一定不足，但耕地地力水平仍然较高。3）一般等级耕地主要分布在咸阳市的西南和东南部，其中兴平市、武功县和泾阳县分布面积较多，累计占全市一般等级耕地面积的61.80%。4）较低和低等级耕地在全市各个县区均有不同程度的分布，尤其在北部黄土丘陵沟壑区分布最为明显，该区域地形坡度大，水土保持性差，耕地自然质量低下。

结合区域经济水平可知，耕地质量较好地区多是以农业生产为主且基本都是粮食主产区，拥有良好的土壤条件和较为完善的农业生产基础设施；耕地质量较低地区多分布在丘陵、山地等，土地较为破碎且水土流失严重。从耕地质量的区域分布和城镇经济发展水平来看，耕地质量的好坏会对当地的经济发展状况和农业生产活动产生直接影响。因此，咸阳市耕地质量分布的区域差异也是造成其区域之间发展不均衡的主要因素之一。

3.2 耕地质量空间集聚格局分析

将咸阳市耕地质量局部空间自相关结果进行空间可视化分析（图3），5 种空间集聚类型的面积统计见表7。H-H 型耕地面积98 705.44 hm2，该区域内的耕地质量等级较高且空间集聚形态最优，多数分布在乾县、兴平市、三原县和泾阳县，其余少量分布较为零散。H-L 型耕地是5 个类型耕地面积最少的一类，多包围或者穿插于L-L型耕地，主要分布在乾县、淳化县和永寿县，其余县区少有涉及。L-H 型耕地面积34 975.62 hm2，多和H-H 型耕地保持空间相连，在乾县、武功县、兴平市、泾阳县、兴平市分布相对较多。L-L 型耕地面积156 275.49 hm2，集中分布在长武县、彬州市、旬邑县、永寿县和淳化县。无显著型耕地数量较少，不存在明显的空间聚类，分布广泛且较为零散。

表7 咸阳市各耕地质量等级的4 种空间集聚类型统计Table 7 Statistics of four spatial cluster types of cultivated land quality grades in Xianyang City

图3 咸阳市耕地质量空间集聚类型Fig.3 Types of spatial cluster of cultivated land quality in Xianyang City

3.3 耕地保护分区划定

咸阳市耕地保护分区的空间分布情况见图4。

图4 咸阳市耕地保护分区Fig.4 Cultivated land protection zones in Xianyang City

1）优先保护区。该区耕地面积69 040.20 hm2，占全市耕地总面积的22.72%，集中分布在咸阳市南部。区内土壤肥沃，区位优越，生态质量良好，政策扶持力度大，是咸阳市最适宜划为基本农田的耕地，对实现咸阳市的农业生产机械化、市场化、规模化经营起到示范作用。优先保护区应严格禁止非农建设，保障粮食安全。

2）适宜保护区。该区耕地面积35 894.38 hm2，占全市耕地总面积的11.81%。区内耕地质量处于中上等水平，建设条件较为优越，但低于优先划入型。该区域在空间上多与优先保护区相连，起着保护和缓冲优先划入区耕地的作用，因此适宜保护区应与周边优先保护区一同集中连片式开发建设，进一步提高优质耕地的集中连片程度和空间集聚规模，引导农业生产有序开展。

3）重点整治区。该区域耕地面积91 093.52 hm2，占全市耕地总面积的29.97%。区内耕地多和H-L 型和LH 型耕地相邻，耕地质量等级不高，耕地自然质量、社会经济条件、地块稳定性或生态价值对农业生产有一定障碍。应针对性地识别该区域的制约因素并因地制宜采取差别化的土地整治和相关建设，采取措施重点提升耕地低值属性。针对自然禀赋较差的耕地，采取土壤改良、增施有机肥、完善灌排系统等措施增加土壤肥力，提高土壤质量；对于区位条件较差的地区，通过加强道路建设改善其交通条件；针对耕地稳定性较差的地区，采取适度推进土地流转与规模化经营、空间置换等措施实现耕地集中化；对于生态价值较低的地区，通过生态整治工程改良生态环境。

4）全面治理区。该区域耕地面积107 904.92 hm2，占全市耕地总面积的35.50%。区内土壤本底质量差，集聚程度不高，耕作难度大，应采取措施进行全面整治和管理。北部黄土残塬区应退耕还林，涵养水土，大面积种植苹果树，改善生态环境，提高耕地综合效益；渭北台塬区应集中治理农田、水利和农村等，对中、低产田进行全面改造。由于该区域土地整治成本高，需要投入大量的人力、财力和物力，应根据政府财政支持和地区实际确定近期、中期、远期整治区，有计划地落实耕地综合整治，推动此类耕地向良性发展。

3.4 耕地连片等级分析

本文通过缓冲区分析等得到49 713 个耕地连片地块，连片总面积289 033.61 hm2，占咸阳市耕地总面积的95.10%。咸阳市连片耕地分级统计见表8。一级连片耕地面积最少，为20 927.65 hm2，主要分布在乾县和三原县。五级连片耕地面积最多，总计达到92 432.08 hm2，占全市耕地总面积的31.98%，在长武县、淳化县、渭城区、秦都区均有分布，其中淳化县分布面积最大，占全市五级连片耕地面积的20.40%；二、三、四级连片耕地面积占比均在15%左右。

表8 咸阳市连片耕地分级统计表Table 8 Statistical table for grading of continuous cultivated land in Xianyang City

3.5 基本农田划定

基于图2 基本农田划定流程，划定的咸阳市基本农田分布情况见图5。

各县（区）基本农田数量统计见表9。最终划定咸阳市基本农田面积266 420.85 hm2，占全市耕地面积的87.66%，符合该市发展实际情况。乾县、泾阳县、彬州市和永寿县是基本农田重点划定区域，累计划定137 571.94 hm2，占到全市基本农田总面积的51.64%。总体来看，此次划定的咸阳市基本农田基本能满足在质量上“质优”，在分布上“集聚”，在空间上“连片”的要求。

表9 咸阳市各县（区）基本农田数量统计Table 9 Statistics on the quantity of prime farmland in each county (district) of Xianyang City

4 结论

本文从咸阳市耕地的质量情况和空间分布特征入手，引入耕地生态价值和政策条件构建耕地质量评价指标体系，基于耕地质量等级及其空间集聚特征划定耕地保护分区；分析耕地连片性，结合耕地保护分区、耕地连片性和划定数量约束，系统开展基本农田划定，得到以下结论：

1）咸阳市耕地质量整体处于较低水平。从数量上看，较低和低等级耕地面积较多，分别占全市耕地总面积的29.67%和35.81%，较高和一般等级的耕地面积占比均在10%左右，而高等级耕地面积最少，占全市耕地总面积的9.79%；从分布上看，咸阳市耕地质量受地形和区域经济发展影响较大，呈现显著的地域分异规律：南部耕地质量总体较好，北部耕地质量普遍较差，且各县区耕地质量等级在分布上也有很大差异。咸阳市耕地质量表现出明显的集聚性，H-H 型耕地和L-L 型耕地与高、低等级耕地的空间分布基本吻合。

2）咸阳市耕地分为优先保护区、适宜保护区、重点整治区和全面治理区4 个保护分区。优先保护区内耕地面积占比22.72%，是咸阳市最适宜划为基本农田的耕地；适宜保护区内耕地面积最少，仅占11.81%，应与周边优先保护区一同集中连片式开发建设，引导农业生产有序开展；重点整治区内耕地面积占比29.97%，应针对性地识别制约因素并采取相关土地整治建设；全面治理区内耕地面积最多，占比35.50%，应采取措施进行全面整治和管理。

3）咸阳市共有49 713 个耕地连片地块，耕地连片总面积占全市耕地总面积的95.10%。根据连片度将连片耕地划分为6 个等级。一级连片耕地面积面积最少，占全市耕地总面积的7.24%，主要分布在乾县和三原县；五级连片耕地面积最多，占比31.98%，在长武县、淳化县、渭城区、秦都区均有分布；二、三、四级连片耕地面积占比均在15%左右。

4）最终划定咸阳市基本农田面积266 420.85 hm2，占全市耕地面积的87.66%，集中分布在乾县、泾阳县、彬州市、永寿县、淳化县和三原县，这些县区的基本农田划定面积占此次咸阳市基本农田划定总面积的比例均超过10%。本文划定的基本农田在数量、质量、空间布局上都有一定优势，更符合基本农田“集中连片”的要求。

本文引入生态价值和政策条件指标进行综合评价，提出一种“连片优先、质量优良、数量约束”的基本农田划定流程，较好地统一了耕地连片性、耕地质量和划定数量约束三者的关系。但基本农田划定是一项十分复杂和系统的工作，本文在具体的研究方法中存在一些不足。如何科学地构建评价指标体系是开展耕地质量综合评价工作的核心[27]。本文在政策指标的获取上，受制于数据收集未能对其全面分析，在实际过程中需进一步考虑当地的政策规划、农民建设意愿、经济补偿制度和资金财政投入等因素。如何量化这些因素并将其考虑进评价指标体系是下一步研究的关键。在分析耕地连片性方面，本文仅通过计算连片度识别耕地图斑在空间上的连片位置和面积等信息，后续研究可通过形态学空间格局分析（morphological spatial pattern analysis，MSPA）的方法，从景观生态学的角度揭示耕地空间连通性格局，以此为基础进行基本农田划定研究。本文从市域尺度出发，将质优、连片的耕地划为基本农田，然而基本农田划定工作牵涉到各个级别的行政单元，具备多尺度的特征[28]，在后续工作中，可进一步将空间尺度聚焦于县域、镇域、村域等微观尺度，进行精细化划定，同时尽可能有效衔接宏观和微观尺度，探究不同尺度下的相互协调和转换。