考慮糧食安全和耕地質量的縣域基本農田空間布局優化

郭貫成，韓小二

考慮糧食安全和耕地質量的縣域基本農田空間布局優化

郭貫成，韓小二

（南京農業大學公共管理學院，南京 210095）

基于糧食安全優化區域耕地空間布局，以期為糧食安全和耕地保護提供參考。該研究以河南省柘城縣為例，從人口發展的角度出發，建立灰色-BP網絡組合模型，預測1999－2025年柘城縣人口數量以及耕地需求量；其次，從六種糧食消費途徑采用折算法計算糧食需求量與糧食安全系數；隨后，根據基本農田空間布局優化的要求，從生產條件、區位條件、景觀條件以及政策條件4個方面構建耕地質量評價體系，并使用加權指數和法計算耕地綜合質量分；最后，根據糧食安全對耕地數量的要求以及質量評價結果，優化柘城縣基本農田空間布局。結果表明：1）柘城縣在1990－2005年屬于糧食緊張階段，2005－2019年屬于糧食盈余階段，雖整體上實現糧食安全，但從糧食消費結構上看依然存在“隱性饑餓”風險；2）柘城縣耕地綜合質量分在29.57～92.87之間，均值為59.53，綜合質量較優；3）糧食安全保護區耕地質量較好，是保障糧食安全的核心，建議納入基本農田范疇；糧食安全緩沖區雖然耕地質量優勢相對減弱，但限制因素較為單一，也應納入基本農田范疇；城鎮發展規劃區圍繞城鎮中心環狀布局，建議作為城鎮建設空間；土地綜合整治區分布零散、集聚度不高，不適宜作為基本農田，建議作為基本農田的備選區。

農田；分區；糧食安全；基本農田；灰色-BP網絡組合模型；評價與預測

0 引 言

“洪范八政，食為政首”，在錯綜復雜的國際背景下，糧食安全再度成為人們關注的重點。海關數據顯示：2020年1－6月中國進口糧食5 050.20萬t，折合192.45萬億美元，主要于依賴美國、加拿大等國家。為了“把飯碗牢牢端在中國人自己手中”，《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年和二〇三五年遠景目標的建議》中提出了“糧食安全是治國理政的頭等大事，深入實施‘藏糧于地、藏糧于技’戰略”的要求。基本農田是保障國家糧食安全的根本，也是落實“最嚴格耕地保護制度”的核心。但在基本農田保護區建設過程中，耕地空間與生態脆弱、重金屬污染空間疊重性很高，且與水資源空間高度不吻合[1]。因此，如何在保障糧食安全的基礎上，優化基本農田空間是當前及未來研究的要點。

基本農田是按照一定時期的人口和社會經濟發展對農產品的需求，依據土地利用總體規劃確定的不得占用的耕地。國外研究的優質農田與中國基本農田的內涵相近，故極具借鑒意義。20世紀20年代初，美國提出土地潛力分類系統，成為國際上第一個優質農田的劃定框架[2]。1981年美國基于土地潛力分類系統提出LESA土地質量評價體系，并基于該體系判定優質農田[3]。近年來，國內對基本農田劃定進行了深入探討，取得較為成熟的研究成果，但仍有一些不足之處，主要體現在以下幾個方面：從耕地質量評價體系來看，已有研究主要從土壤質量[4]、立地條件[5]、空間形態[6]等方面構建評價體系，對于耕地政策條件考慮相對不足；從研究視角來看，已有研究主要從農用地分等定級成果的應用[7]、耕地生產能力[8]、模型優化布局[9]以及規劃管制[10]等方面進行了積極探索，但把糧食安全與基本農田劃定兩個視角聯立的綜合研究較少；從劃定結果上看，已有研究主要采取改進突變級數模型[11]、物-場模型[12]、局部Moran’s I指數[13]、綜合評價法[14]優化耕地空間布局，多基于綜合質量最優的原則“自上而下”的進行基本農田建設分區。雖然已有文獻嘗試在基于耕地需求“自下而上”確定基本農田[15]，但結果缺乏彈性，沒有實現長效的糧食安全。鑒于此，本文將糧食安全和基本農田劃定相聯立并作為邏輯主線，以河南省柘城縣為研究對象，從生產條件、區位條件、景觀條件以及政策條件構建質量評價體系，基于人口發展理論探究不同時序糧食安全對耕地“質”與“量”的要求，優化縣域基本農田空間布局，以期為保障區域糧食安全以及加強耕地保護提供一定的借鑒。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

柘城縣地處河南東部平原區，坐落于33°55′～33°16′N，115°02′～115°32′E之間（圖1）。2018年，柘城縣耕地面積為72 662.88 hm2，占商丘市總耕地面積的12.21%，耕地類型以水澆地為主，平均自然等為6.7。2019年柘城縣糧食作物產量為80.84萬t，占商丘市的16.79%。近年來，柘城縣農戶耕地保護意愿不強，違規侵占行為頻發。地方政府為保障城市建設，基本農田“上山下灘”的現象并不少見。此外，“十四五”規劃時期是中國建成小康社會、打贏脫貧攻堅戰的關鍵階段，這賦予了柘城縣糧食安全新的時代內涵。因此，本文以河南省柘城縣為例，以2025年為預測節點，探討糧食安全、優化基本農田布局具有很強的典型性和代表性。

1.2 數據來源

本文使用的空間數據來源為：柘城縣自然資源局所提供的柘城縣第三次國土調查成果，2020年柘城縣基本農田數據庫，2018年柘城縣土地利用分等定級數據，柘城縣行政區以及其他數據。除“三調”數據外，其他數據坐標系均為Xian_1980_3_Degree_GK_Zone_27，為便于疊加分析，坐標系統一轉換成CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_27。

在糧食安全分析中，人口相關數據、肉類、蛋類、奶類、魚類、酒類及味精等人均消費數據以及農作物種植面積、復種指數、作物單產及農作物比重等數據取自《1999－2020年河南省統計年鑒》《1999－2020年商丘市統計年鑒》《1984－2019年中國食品工業年鑒》以及《2000－2018年中國酒業年鑒》。在耕地質量評價中，土壤肥力等指標取自農用地分等定級數據庫；水源豐富度、耕作便利度、灌溉便利度、距城鎮距離、距村莊距離、距公路距離、連片性、規整度及破碎度等數據以“三調”數據為基礎，在ArcGIS中計算得到；“政策接受度”取自《2019年柘城縣獲批省級現代農業產業園的批示》（以下簡稱《批示》）以及原基本農田數據庫；在城鎮影響半徑賦值中，城鎮分級標準取自《河南省柘城縣城鎮劃分標準》。城鎮發展規劃區規模參照《商丘市城鄉總體規劃（2015－2030）》（以下簡稱《規劃》）對柘城縣建設空間的規劃預期。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

城市發展與耕地保護的矛盾始終是城鎮化的核心問題。柘城縣作為糧食主產區，土地利用程度較高，人均耕地少，耕地后備資源不足，人地矛盾突出，“十四五”時期還擔負著商品糧調出、保障區域外糧食供給的重要責任。因此，如何通過劃定基本農田區保障糧食安全成為亟待解決的問題。針對這一問題，本研究基于糧食安全優化基本農田空間，主要研究思路如下：

1）糧食安全分析：根據人口發展理論，基于1990－2019年人口數據，采用灰色-BP網絡組合模型，預測2020－2025年人口數量；其次，從居民口糧、飼料用糧、工業用糧、種子用糧、倉儲損耗、商品糧調出六種糧食消耗途徑計算1990－2025年糧食、耕地需求量；最后計算糧食安全系數，分析柘城縣糧食安全保障能力。

2）基本農田劃定。以地塊為評價單元，構建耕地質量評價體系，采用加權指數和法計算耕地質量分。在耕地質量評價基礎上，為保障當前糧食安全，參照2020年耕地需求的數量約束，以質量最優的原則選擇地塊為糧食安全保護區，納入基本農田范疇，以實現基本農田保護“數”與“質”統一；在滿足當前耕地需求的基礎上，為保障“十四五”規劃期內的糧食安全，參照預測的2025年耕地需求的數量約束，將位于糧食安全保護區之外的地塊以質量最優的原則劃定糧食安全緩沖區，也納入基本農田范疇，以實現長效的糧食安全；以《規劃》中對柘城縣建設空間的規劃預期為定量標準，將位于糧食安全保護區與糧食安全緩沖區之外的地塊以質量最差但區位條件最優的原則劃定城鎮發展規劃區，作為城市發展空間而不納入基本農田；將位于上述三區之外、綜合質量一般、限制因素復雜但整治潛力較大的地塊劃定為土地綜合整治區，并將其作為基本農田的備選區，以期通過土地整治、土地流轉等手段實現其向基本農田的躍遷。

2.2 人口預測方法

人口預測是分析糧食安全、優化基本農田空間的前提。目前人口預測的常用方法有：綜合增長率法[16]、平均增長率法[17]等。本文利用灰色GM(1, 1)模型與Levenberg-Marquardt算法優化的BP神經網絡模型，構建灰色-BP網絡組合預測模型，用以預測柘城縣2020－2025年人口數量。該模型結合了灰色GM(1, 1)模型算法簡單和BP網絡模型非線性預測的優勢，同時避免了單一模型的缺點，預測結果更具科學性，基本步驟如下[18]：

2.3 糧食安全分析

2.3.1 糧食需求量

柘城縣作為糧食主產區，糧食消費結構包括居民口糧、飼料用糧、工業用糧、種子用糧、倉儲損耗、商品糧調出六大消費途徑（式（1））[19]。但統計資料對于各個途徑糧食消費數據沒有詳細的統計。鑒于此，本文采用折算法[20]計算糧食消耗量。

式中TGD（Total Grain Demand）為糧食需求量，t；為居民口糧，t；為飼料用糧，t；為工業用糧，t；為種子用糧，t；為倉儲損耗，t；為商品糧調出，t。

1）居民口糧即直接糧食消費，屬于食物需求。本文根據人均糧食需求量與柘城縣人口數量計算居民口糧。由于部分年鑒統計的是原糧，故參考肖國安[21]的研究，將成品糧折算原糧的系數設定為1:1.4；2）飼料用糧即肉禽蛋奶轉化用糧消費，主要用于養殖業，屬于非食物需求。本文按照國際通用的飼料糧轉化率，確定糧肉比為：豬肉1:4、牛羊肉1:2、家禽1:2、蛋類1:2.5、水產品1:1[22]。此外，參考隆國強[23]的研究，飼料糧的需求量需要乘以74%；3）工業用糧是指糧食作為主要原料或輔料的生產行業的糧食消耗量，屬于非食物需求。本文參考肖國安[21]的研究將工業用糧折算比設定為白酒1:2.3、啤酒1:0.172、味精1:24、酒精1:3，其他工業用糧按照上述產業用糧總量的25%計算；4）種子用糧是指不同作物的種子用糧量，主要由播種面積所決定，屬于非食物需求。本文參考姚成勝等[24]研究按照稻谷75 kg/hm2、玉米75 kg/hm2、大豆75 kg/hm2、小麥150 kg/hm2、其他150 kg/hm2的標準計算種子用糧數量；5）倉儲損耗是指糧食生產、儲運和加工等損耗，屬于非食物需求。本文參照肖國安研究[21]，結合柘城縣實際情況，倉儲損耗按照總產量的2%計算；6）商品糧調出是指用于商業貿易的糧食，主要用于保障區域外的糧食安全，屬于非食物需求。本文參考胡業翠等[15]研究，以人均31.40 kg的標準計算。

2.3.2 糧食安全系數

國際研究通常使用本年糧食結轉庫存量占下年糧食消費數量的比重作為“糧食安全系數”衡量區域糧食供應能力，按照國際慣例“糧食安全系數”的臨界區間為[0.17，0.18]。若糧食安全系數低于此區間，該地區糧食供給將產生危機。本文參照有關研究[25]，將“糧食安全系數”（Food Security Rate，FSR）定義為糧食總需求與糧食實際產量的比值，具體計算過程如式（2）。

式中FSR為糧食安全系數；TGP（Total Grain Production）為糧食實際產量，t。當FSR=0時，表明糧食體系處于絕對不安全階段，糧食完全依靠外界輸入；當0＜FSR＜1時，表示糧食安全處于危機狀態，FSR越接近0說明該區域糧食安全狀態越差；當FSR=1時，表示該區域盡管糧食供給大于糧食需求，但隨著人口數量的發展，糧食危機再次發生的概率較高，糧食安全處于緊張階段；當FSR＞1時，糧食體系處于盈余階段，FSR越大說明該區域糧食供給能力越強，糧食危機發生的概率越小。

2.4 耕地質量評價體系

2.4.1 指標選擇

本文構建的耕地質量評價體系除生產條件、區位條件、景觀條件之外，還將政策條件納入耕地評價中，實現了農田格局與制度環境協調一致，政策環境融入基本農田空間。鑒于此，本研究從生產條件、區位條件、景觀條件、政策條件4個方面，構建質量評價體系，并采用組合賦權法[26]確定各個指標權重（表1）。

表1 耕地質量評價體系

1）生產條件

生產條件反映的是耕地糧食生產能力[27]。生產條件不光包含耕地自然屬性，還包含基礎設施完備程度。其中，自然屬性是耕地質量的基礎，也是農業生產的決定性因素。因此，在耕地自然屬性方面，本研究參照《農用地分等規程》中測算自然質量分的思路，選擇“土壤肥力”和“水源豐富度”兩個指標；此外，在獲取耕地本底情況的基礎上，選擇指標“耕作便利度”和“灌溉便利度”，用以反映地塊在田間道、溝渠等設施完備程度的差異。

2）區位條件

區位條件反映的是農戶利用耕地可行性及生產要素進出的便捷度[28]。在利用可行性方面，本研究選取“距城鎮距離”和“距公路距離”兩項指標；在生產要素進出便捷度方面，選擇“距村莊距離”指標。這3個指標均是擴散性指標，參考《農用地分等定級規程》賦值方法見表2。其中，城鎮、村莊屬于點狀指標，用指數衰減法賦值（式（3）），公路屬于線狀指標，用直線衰減法賦值（式（4）），影響半徑用算術平均分割法[29]計算（式（6））。

=S/2L （6）

式中f為第個指標作用分值；M為規模指數；為相對距離；S為柘城縣面積，m2；L為道路長度，m；d為地塊到評價因素的實際距離，m；為評價因素影響半徑，m。

表2 擴散指標分級賦分標準

3）景觀條件

景觀條件不僅有利于耕地產能提升，同時也避免在城市擴張中因耕地破碎引致的生態退化[30]。本研究采用連片性、規整度、破碎度3個指標量化地塊景觀條件。基本農田需要一定的規模，連片性反映地塊連片程度，越大表示地塊的連片性越高，面積閾值由地塊面積經自然斷點法得到（式（7））[31]；農業機械化要求田塊幾何形狀規則，本研究借用景觀生態學中分維數FRAC（式（8））來表達規整度，越小代表田塊越規則，反之，田塊形狀越復雜[32]；地塊零星度則是根據田塊面積距離面積均值的歐式距離計算，指標數值越大表示田塊零星度越高。

式中為地塊連片度；為地塊面積，hm2；為地塊周長，km。

4）政策條件

基本農田保護區作為一項田間綜合工程，具有投入大、周期長的特征，該工程離不開政策支持。“政策接受度”反映的是地塊是否與政府農業建設重點項目、原基本農田建設空間重合，據此反映地塊的政策條件。一方面位于政府農業建設重點項目區內的地塊本底優勢較為突出，財政支持力度也較強；另一方面考慮地塊政策條件在某種程度上也是對原基本農田空間的優化。在本研究中，位于“農村一二三產融合發展區”“國家級出口食品農產品質量安全示范區”“農業高效節水示范區”“農業特色產業園”等范圍內的地塊，“政策接受度”賦值為100；位于原基本農田建設區內的地塊，“政策接受度”賦值為80；其他地塊“政策接受度”賦值為60。

2.4.2 耕地綜合質量分

本文采用加權指數和法建立耕地入選基本農田的評價模型，地塊綜合質量分值越高，代表地塊質量越好。

式中S為評價單元的綜合質量分值；A為評價單元的第個評價指標的標準化分值；W為第個評價指標基于組合賦權法確定的權重；為評價指標總數。

2.5 基本農田建設規模確定

從糧食安全的角度出發，綜合考慮河南省柘城縣糧食需求量、糧食作物單產、復種指數以及糧食作物比重等因素，計算歷年耕地需求量（式（10））[33]。本研究參照2020、2025年2個關鍵時間節點的耕地需求量作為基本農田建設規模的預期，以期實現保障糧食安全的優化基本農田空間布局。

式中TLD為耕地需求量，hm2；為糧食作物單產，kg/hm2；為復種指數；為糧食作物比例。

3 結果與分析

3.1 糧食安全

3.1.1 人口預測

根據柘城縣特征及1990－2019年常住人口數據，本研究借助MATLAB構建灰色-BP網絡組合模型，預測2020－2025年人口數據。由圖2可知，柘城縣人口整體上呈上升趨勢，在2005年、2010年兩個時間節點波動較大，特別是正在2011年之后，人口開始穩定增長。這是由于柘城縣2005－2010年勞動力大量輸出，故人口在這兩個時間節點的波動較大。近年來，柘城縣致力于消除城鄉差距，構建以高質量發展為核心的新發展格局，極大加強城鎮集約效應，人口數量穩步增加。預測結果表明：2020、2025年柘城縣人口數量分別為105.61萬、109.07萬（圖2），模型2值大于0.95，通過了顯著性檢驗，結果較為可信。

3.1.2 糧食安全分析

本文參考《國家糧食安全中長期規劃綱要（2008－2020年）》以及相關文獻[15,21,23]，采用折算法計算1990－2025年糧食需求量。結果表明：2020年糧食需求量為37.83萬t，2025年糧食需求量為46.98萬t。由圖3可知：1）糧食需求量、糧食產量曲線整體上均呈上升趨勢；2）1990－2005年，糧食安全系數在警戒線上下波動，糧食安全壓力較大，屬于糧食緊張階段；3）2005－2019年，糧食安全系數遠高于警戒線，屬于糧食盈余階段；4）2020年柘城縣糧食需求量為37.83萬t，糧食產量為66.96萬t，糧食安全系數為1.77，當前糧食安全得以保障；4）從消費結構上看，柘城縣主要消耗糧食途徑是食物消費，雖整體上實現糧食安全，但糧食消費結構不合理，引發“隱性饑餓”風險較大。

3.2 耕地綜合評價結果

河南省柘城縣耕地綜合質量分在29.57～92.87之間，均值為59.53，綜合質量較優。在評價得分方面，耕地質量分存在兩個峰值，劣質耕地與優質耕地的綜合質量得分均表現出正態分布（圖4）。其中，劣質耕地正態分布的均值為42.5分，優質耕地正態分布的均值為62.5分。在空間分布方面，耕地質量并未表現出明顯的南北或東西方向的地理性差異，優質耕地集中于遠離城鎮中心的周邊地區，劣質耕地主要分布在城鎮周邊、丘陵地帶。

3.3 基本農田劃定結果

在耕地綜合質量評價的基礎上（表3），本文以2020年的耕地需求量（32 248.50 hm2）及2025年的耕地需求量（55 120.00 hm2）為基準，按照綜合質量最優的原則劃定糧食安全保護區（綜合質量分62.59～92.88）以及糧食安全緩沖區（綜合質量分57.77～62.59），并將其納入基本農田范疇，旨在實現長效的糧食安全；城鎮發展規劃區（綜合質量分29.64～32.15）按照區位優勢較高、綜合質量較差以至不適宜作為耕地的原則，參照《規劃》中建設用地規模的預期（2 670.00 hm2）進行劃定，旨在指明城鎮發展方向；其余耕地（14 872.88 hm2）由于其綜合質量一般（綜合質量分32.15～57.77）作為土地綜合整治區，該區域耕地與糧食安全保護區、糧食安全緩沖區的耕地相比表現出明顯的障礙，因此，需要通過土地綜合整治來實現其綜合質量的躍遷，故將其作為基本農田的備選區。

表3 柘城縣耕地質量評價結果及類型劃分

3.3.1 糧食安全保護區

位于糧食安全保護區的耕地，綜合質量最優，無任何限制性障礙因素，是保障糧食安全的核心，應首先納入基本農田范疇（圖5）。該區域耕地面積為32 248.5 hm2，地塊數為6 947，平均地塊面積為4.33 hm2（表3），地塊主要分布在柘城縣周邊鄉鎮的郊區，以安平鎮、起臺鎮以及慈圣鎮最多（面積比例分別為7.82%、7.41%、6.40%），梁莊鄉、邵園鄉以及城關鎮最少（面積比例分別為2.34%、1.33%、0.18%）。

從表3中可知，位于糧食安全保護區內的地塊面積與地塊數表現出分異性，平均地塊面積最大，這表明該類耕地面積較大，連片性高。從劃定結果上看，該區域耕地憑借肥沃土壤、充沛水源、便利的耕作條件以及完備的灌排基礎設施等優越生產功能，依托農產品交換最為頻繁的中心城鎮，借助發達的交通設施運載能力，并依據其空間形態上規整度高、連片性強的優勢，成為基本農田建設最為適宜的對象。不僅是保障基本農田的最佳選擇，也是保障糧食安全的重要示范區。

3.3.2 糧食安全緩沖區

位于糧食安全緩沖區的耕地（圖5），較糧食安全保護區而言，其本底條件、區位條件、景觀條件及政策條件上優勢相對減弱，但該類耕地并不存在明顯的限制性因素，故也將其納入基本農田范疇，作為保障糧食安全的緩沖區。該類耕地共有22 871.5 hm2，地塊數為9 688，平均地塊面積為3.09 hm2（表3）。該類耕地與糧食安全保護區一樣同樣均勻分布在遠離鄉鎮的郊區，以安平鎮、起臺鎮及惠濟鄉最多（面積比例分別是7.86%、6.99%、6.95%），梁莊鄉、邵園鄉以及城關鎮分布最少（面積比例分別是2.95%、1.85%、0.27%）。該區域平均地塊面積小于全區水平，表明該類耕地空間分布較為零散、連片性不高（表3）。與糧食安全保護區面積比例大、地塊比例小的特性相比，糧食安全緩沖區內的耕地受建設用地楔入切割的影響作用更深，造成景觀格局上連片性與規整度下降，但其形成了包裹糧食安全保護區的空間布局，具有緩沖帶的性質，因此將其作為糧食安全的緩沖區。綜上所述，糧食安全緩沖區在生產條件、區位條件以及政策條件與糧食安全保護區耕地具有較高一致性。但在景觀條件上相對不夠集中連片，田塊形狀不夠規則，分布也相對零散。雖然一定程度上削弱了規模效應，但鑒于其并沒有表現出明顯障礙，故也將其納入基本農田的范疇，作為糧食安全的緩沖區。由于該類耕地限制性因素較少且較為單一，可作為全縣農地近期整治區，通過土地平整或權屬調整對該類耕地的景觀條件加以改造，逐步實現農業生產的規模效應。

3.3.3 城鎮發展規劃區

位于城鎮發展規劃區的耕地（圖5），在生產條件、景觀條件、政策條件上存在顯著障礙，生產條件劣質性較強，故不納入基本農田范疇。但該類耕地區位條件表現出很強的優越性，鑒于此，參照《規劃》對柘城縣城鎮建設規模的預期將其劃定為城鎮發展規劃區。該類耕地面積為2 670.00 hm2，地塊數為964，平均地塊面積為2.77 hm2。在空間上，該類耕地形成了緊鄰城鎮中心的環形布局，以申橋鄉、陳青集鎮及梁莊鄉分布最多（面積比例分別是16.32%、12.21%、10.08%），惠濟鄉、皇集鄉以及老王集鄉分布最少（面積比例均為0%）。在生產條件上，該類耕地土壤肥力較低、灌溉條件較差、不利于農業生產經營。此外，該類耕地景觀條件上的破碎化、條帶狀、零星態的特征致使土地整治改造難度較大，不利于農田機械運作和規模經營，不足以滿足基本農田的內涵要求。但該類耕地形成了在城鎮周圍的環狀布局，區位優勢較好，能夠充分發揮城鎮集聚規模的優勢，為城鎮未來發展指明了方向。綜上所述，位于城鎮發展規劃區內的耕地，一方面由于其生產條件、景觀條件較差，導致其生產性能不高，農戶通過增大化肥、農藥、農膜等生產要素投入，實現產能提升難度較大，并且對于大型機械生產、土地綜合整治改造具有較高的技術與資金的要求，屬于基本農田劃定不適宜的對象；另一方面，為充分發揮其區位優勢，有選擇進行農轉用，實現經濟效益最大化，發揮城鎮的集聚效應；部分耕地可以通過退耕還林、還草建設，與柘城縣基本農田共同作為城鎮發展“綠眼”，防止城鎮空間“攤大餅式”盲目擴張。

3.3.4 土地綜合整治區

位于土地綜合整治區的耕地（圖5），在生產條件、景觀條件、政策條件表現出一定程度的障礙性，并且區位條件優勢也不夠突出，建議采取土地綜合整治與農田經營調控等手段實現其耕地質量的提升。該類耕地面積為14 872.88 hm2，地塊數為5 168、平均地塊面積為2.88 hm2，以安平鎮、惠濟鄉及李原鄉分布最多（面積比例分別是12.58%、6.31%、5.92%），梁莊鄉、邵園鄉及城關鎮（面積比例分別是2.95%、1.85%、0.11%）。該區域耕地面積較大，但規整度與連片性不高，與城鎮、村莊及公路存在空間轉移特征，這導致其區位優勢削弱，耕地生產條件的適用性下降。由此可見，土地綜合整治區內的耕地限制因素組合最為復雜。該類耕地能否實現向糧食安全保護區的躍遷需要判明不同限制因素的作用機理，并且根據限制因素的多少、改造難度等多項因素決定土地綜合整治的次序。針對耕地的生產條件較差的耕地，應當采取移土培肥、設施完善、土壤改良等措施；對于耕地區位條件較差的耕地，采取耕地流轉實現空間置換等措施；對于景觀條件較差的耕地，采取平整工程優化耕地景觀特征。此外，在通過多樣式、多元化手段調整耕地地力水平、優化空間布局的基礎上，還需核算整治成本、難易度確定耕地中、遠期整治區，有計劃的落實耕地的綜合整治，推動此類耕地向良性發展，提高其生產功能，實現糧食安全長期穩定。

4 結論與討論

本文將糧食安全與基本農田劃定相結合并以此為邏輯主線，基于糧食安全對耕地“量”與“質”的需求探究劃定基本農田的新思路，主要結論如下：

1）柘城縣在1990－2005年屬于糧食緊張階段，2005－2020年屬于糧食盈余階段，2020年糧食安全系數為1.77，雖然整體上實現了糧食安全，但從糧食消費結構上看依然存在“隱性饑餓”的風險。

2）河南省柘城縣耕地綜合質量分在29.57～92.87之間，均值為59.53，綜合質量較優。在分析糧食安全對耕地需求的基礎上，將河南省柘城縣耕地劃分為糧食安全保護區、糧食安全緩沖區、城鎮發展規劃區和土地綜合整治區4種類型。

3）柘城縣耕地質量、類型變化與基本農田空間緊密相關，基于糧食安全的基本農田劃定不僅有助于實現基本農田空間布局優化，而且有助于充分發揮基本農田生產功能。糧食安全保護區耕地質量最高，空間分布較為集中連片，是保障糧食安全的核心，因此納入基本農田范疇；糧食安全緩沖區雖耕地質量優勢相對減弱，但限制因素較為單一，并且形成了包裹糧食安全保護區緩沖區布局，也納入基本農田范疇，以提升優質基本農田的集約程度，但同時應通過農地近期整治工程實現該類耕地質量提升；城鎮發展規劃區耕地質量較低，但形成了緊鄰城鎮中心的環狀布局，建議農轉用為城鎮發展指明方向，有選擇的退耕還林，防止城鎮“攤大餅”式無序擴張；土地綜合整治區耕地較為破碎、集聚程度不高，不適宜作為基本農田，作為基本農田的備選，可通過土地整治提高集中連片度、改善土壤理化性質、加大田間水利設施建設等手段實現其綜合質量的提升。

本文在探究河南省柘城縣糧食安全時序演化的基礎上，進行耕地質量綜合評價，結合糧食安全對耕地數量與質量的要求，將耕地劃分為糧食安全保護區、糧食安全緩沖區、城鎮發展規劃區和土地綜合整治區。研究結果實現了糧食安全與基本農田劃定的結合，以及基本農田劃定的動態演變，對于提高農業質量效益和競爭力，保障糧食安全，深化農村改革以及解決“三農”問題具有重要的意義。值得說明的是，本文主要探討糧食安全對基本農田建設空間布局以及時序的影響，至于如何根據歷年人口逐步擴大糧食安全緩沖區，如何與當地土地綜合整治銜接確定整治次序，實現該劃定思路在更大研究尺度的推廣，在耕地質量評價的基礎上綜合考慮資源環境生態進行局部調整，是今后重點的研究方向。政府在確定基本農田保護區范圍時，不能“一刀切”式的自上而下確定，而應實現耕地質量評價與糧食安全統一，同時應當逐步完善基本農田保護區的調入調出機制；通過輪作休耕實現耕地的用養結合，避免單一“掠奪式”的耕地利用模式；根據整治難度確定基本農田整治時序；加大各級政府資金投入力度；完善基本農田保護機制，提升糧食安全應對突發事件的能力。

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Spatial layout optimization of basic farmland considering food security and cultivated land quality at county scale

Guo Guancheng, Han Xiao’er

(210095,)

An optimal delimitation of basic farmland needs to consider the food security and cultivated land quality in modern agriculture. Taking Zhecheng County, Henan Province of China as an example, this study aims to determine an optimal construction space of basic farmland from bottom to top, considering national food security and population development. The specific procedure was: 1) A combined gray-BP network model was adopted to predict the population and cultivated land demand in the study area from 1999 to 2025; 2) The population from 1999 to 2025 was used to calculate the food demand and security rate via a specific conversion. Six major ways of food consumption were selected to analyze the capacity for food security of the County; 3) An evaluation system of farmland quality was established to select the indicators from production conditions, location, landscape, and policy conditions. A quantitative analysis was performed on the indicators with geographic information technology and weighted index summation model for comprehensive quality scores of cultivated land; 4) A specific planning of construction land was proposed to fully integrate the quality evaluation of cultivated land into the current food security expectations and cultivated land demand. Consequently, the cultivated land was divided into the Food Security Protection Zone, Food Security Buffer Zone, Town Development Planning Zone, and Comprehensive Land Improvement Zone. The results indicated: 1) The County was in food-shortage from 1990 to 2005, but in food surplus from 2005 to 2019. Although food security was generally achieved, the risk of "hidden hunger" still existed from the perspective of food consumption structure; 2) The comprehensive quality score of cultivated land ranged from 29.57 to 92.87, with an average value of 59.53, indicating relatively good comprehensive quality. 3) The cultivated land quality in the food security protection zone was relatively high, where it was recommended to be included into the basic farmland. Meanwhile, the cultivated land quality in the Food Security Buffer Zone was relatively weak but with single limited factors, where it was advised to be also included into the basic farmland that required short-term land consolidation for the better quality of cultivated land. Given that the Town Development Planning Zone surrounded the town center in a ring layout and quality of cultivated land, it was suggested to be used for urban construction land. The direction of urban development was addressed to prevent the destruction of high-quality cultivated land. The comprehensive land improvement zone was taken as an alternative area for basic farmland, due to the scattered spatial distribution and weak land quality. It also needs to identify the obstacle factors for better land productivity using long-term comprehensive land remediation. These recommendations can make a great contribution to the protection of cultivated land, urban development, and comprehensive land consolidation. The integrated delimitation of basic farmland with food security can avoid the drawbacks of simplex delimitation in the dynamic evolution of basic farmland delimitation. The finding can provide a sound technical reference to the long-term stability of national food security and revitalization of cultivated land resources.

farms; zoning; food security; basic farmland; Grey-BP network combination model; evaluation and prediction

2020-10-21

2021-02-09

國家社科基金重大招標項目（17ZDA076）；國家社科基金重點項目（20AGL024）

郭貫成，博士，教授，博士生導師。主要研究方向為土地經濟與政策、不動產評估與管理。Email：ggc@njau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.031

F301

A

1002-6819(2021)-07-0252-09

郭貫成；韓小二. 考慮糧食安全和耕地質量的縣域基本農田空間布局優化[J]. 農業工程學報，2021，37(7)：252-260. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.031 http://www.tcsae.org

Guo Guancheng, Han Xiao’er. Spatial layout optimization of basic farmland considering food security and cultivated land quality at county scale[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(7): 252-260. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.031 http://www.tcsae.org