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原名：
Delineation of a permanent basic farmland protection area around a city centre: Case study of Changzhou City, China
译名：城市中心永久基本农田保护区的划定：中国常州市案例分析
原文地址：
https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2016.10.014
发表期刊：Land Use Policy
发表年份：2017年
通讯作者：Penghui Jang
通讯作者单位：南京大学
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亮点
1、构建了系统的耕地分类模型；
2、从像素尺度分析农田毗连性；
3、开发了农田综合生产力评价模型；
4、提出了我国平原地区永久基本农田划定模型。
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文章简介
划定永久性基本农田，保障我国农业发展的生产基准，保障城市周边易划、优质农田的安全，严格控制城市加速扩张的耕地（特别是城市周边优质农田）的使用。研究目的：解决我国城市中心城市无序扩张与耕地保护的矛盾,本研究对快速城市化典型地区永久基本农田的划定。研究方法：通过构建系统分类模型，将耕地分为矩阵、边缘和岛屿耕地，以分析耕地的连数和碎片。根据与耕地有关的各种规划指标要求，构建了评价指标体系，形成农田综合生产力评价模型。从耕地空间连续性和高效生产力的角度出发，提出了永久基本农田的划定模型，划定了城市周围优质农田的永久保护和利用边界。该模型将耕地综合生产力和空间聚类两者纳入了永久基本农田的划定，是保护耕地质量、保障耕地可持续利用的有利因素。也可以作为控制线，限制城市扩张，引导城市群发展，提高城市土地利用的经济性、集约化水平。
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研究区
研究区为常州市城区（包括新北区、中楼区、天宁区、齐树岩区、武进区）。这些地区位于长江三角洲的中心（图3）。常州市与苏州、无锡形成苏西昌都市圈，是苏南现代化示范区的重要组成部分。研究区位于太湖平原，占地1861.96公里。2.地貌主要是高沙平原;地形平坦;并且高度大多低于30米。研究区有一个北部亚热带海洋气候，全年天气温和。有充足的降雨和四个不同的季节。梅雨发生在春末夏初。夏天炎热，雨量充沛，而冬天又潮湿又寒冷。
2013年常州建筑总建筑面积达1475万平方米.这导致优质农田与城市建设区之间的空间重叠程度很高。城市扩张期间优质农田大规模向建设用地转化，导致耕地空间格局分化，耕地质量急剧下降。从1990年到2013年，有38.710公顷的农田被毁。因此，划定永久性基本农田，实行优质农田的严格管理、长期保护和集约化耕作，是确保区域粮食安全和实现可持续社会经济发展的重要因素。
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主要研究方法
开发了各种模型来评估农田生产力，从这些工作中获得了丰富的经验，为此，我们开发了FMSPA（农田形态空间模式分析）模型，将农田系统分类为不同的功能部分。这样，大面积和处于关键功能位置的农田被界定为连续农田。
（1）FMSPA（农田形态空间模式分析）模型
本研究运用数学形态成像处理技术，结合地理距离衰变规律和景观生态学边缘效应，对里特等人提出的形态空间形态分析（MSPA）模型进行了修改。该模型基于非农土地开发利用的干扰机制。农田MSPA（FMSPA）模型适用于以农田为重点的毗连性分析。农田生态系统在像素层分为矩阵农田、岛屿农田或边缘农田。矩阵和边缘农田共同构成了连续农田的景观，而岛屿农田则代表区域农田景观的碎片化。
A. 矩阵农田分类
首先，在所有农田像素上应用了侵蚀运算符。如果所有相邻像素都是农田，则中心像素被定义为矩阵农田。不是矩阵农田的被归入岛屿农田或边缘农田。
B.岛屿农田分类
将膨胀运算符应用于上述矩阵农田。由于岛屿农田像素不直接与矩阵农田像素相邻，因此在矩阵农田上反复应用膨胀，直到确定所有与矩阵农田不相邻的农田像素。所有确定的农田像素被定义为岛屿农田。
C.边缘农田分类
对非耕地像素进行扩张，实现基质农田的侵蚀，提取基质农田与非农田之间的生态图，这些生态图被界定为边缘农田。
（2） 耕地综合生产力评价模型
土地利用总体规划在耕地保护过程中起着最关键的作用。由于不同的规划对农田保护有各种影响，因此需要规划排名。根据这一排名，还对计划政策的相应评价指标进行了排名。
根据影响耕地综合生产力的五个方面（土壤条件、基本基础设施、农业生产灌溉条件、农业生产的财政状况和机械化耕作条件），分析了上述五个规划与耕地保护之间的关系，制定了九项指标。入选指标为耕地自然质量等级、耕地经济等级、耕地利用等级、耕地连数、公路运输、基本农田保护规模、水网密度、农民人均纯收入、农机总动力。它们被用来构建农田综合生产力评价体系。
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研究结果
（1） 耕地的系统分类与毗连分析
A.基于FMSPA模型的农田系统分类结果
根据本研究开发的FMSPA模型，将研究范围内的农田系统地分为矩阵农田、边缘农田和岛屿农田（图5）。其中，矩阵农田和边缘农田分别占耕地总面积的55.16%和44.67%（图5）。连续分布主要集中在新北中部和武津西部和南部。这些主要是常州市传统农业区，城市化进程滞后，交通建设、城市扩张等人类活动使耕地分散化不明显。岛屿农田散落在中心城市边缘。在这一区域范围内，城市建设十分活跃，表现出对耕地的离散占用，造成其他地表特征的破碎。一些农田被建筑包围，形成了市中心生态孤岛。基于农田系统的功能，矩阵农田在农业生产中主要发挥作用，而边缘农田则为矩阵农田提供缓冲保护。因此，两者是相辅相成的。然而，岛屿农田被城市污染所包围，因此缺乏农业生产力和质量的保障。因此，在随后的土地利用规划过程中，海岛耕地要么通过空间转换被建设用地所取代，要么通过功能转换向生态用地转移。
B.研究区域的农田毗连分析
根据耕地系统分类结果，矩阵和边缘农田代表毗连农田，而岛屿农田则表示耕地分散。我们的研究表明，毗连农田面积为95474.79公顷（不包括市中心内的农田）。该地区主要分布在武进的葛湖和太湖平原以及新北长江周围的平原。这些地区地形平坦，城市发展和建设有限，主要生产活动是农业。因此，这里的耕地连片面积明显高于其他地区。相比之下，武进东北部和新北长江沿岸地区的农田被道路、房地产开发和其他城市建设所分割。这些地区的农田分割严重，大部分农田出现分散分布。总面积为162.81公顷。因此，根据划定永久基本农田保护区时高度集中的毗连空间的要求，分散的耕地不适合划定为永久性基本农田，应当作为生态性、建设用地保护区。
（2） 农田综合生产力评价分析
本研究使用了关键词'农田'，并纳入了五个具体计划。根据影响耕地综合生产率的五个方面，选择了9个指标。这些指标用于构建农田综合生产力评价指标体系。
图7.评价指标之间的相关性分析（BF：基本农田保护规模;FC：农田毗连性;RT：公路运输;NGF：农田的自然质量等级;环境基金：农田的经济等级;WND：水网密度;UGF：耕地利用等级;NICF：农民人均纯收入;TPAM：农业机械总功率）。
在此基础上，本研究采用规范相关性分析来探讨每种因子之间的相关性，并执行评价指数的相关性聚类（图7）。分析最终证实，基本农田、连连性、道路距离、水网密度是评价农田综合生产力的因素。在这四项指标中，基本农田作为主要政策措施，通过农田生产投入、日常管理等方面，用于农田保护和提高耕地生产力。毗连性是最重要的空间布局要求，是划定永久基本农田的重要参考。道路距离和水网密度代表永久基本农田的配套基础设施（图7）。因此，它们是提高其生产力的重要保障。根据相关分析结果以及各评价指标与永久基本农田划定的相关性，该模型采用PCA分析各项指标对农田综合生产力的贡献，确定指标的重要性。
根据评价结果，从城市中心边缘到边远农村，耕地综合生产力呈现低到高的空间分布。在这里，具有高质量综合生产力的农田基本上与毗连农田重叠，而质量低的农田综合生产力与农田空间分布的分散性相对应。这种分布特征表明，由矩阵和边缘农田构成的毗连农田可以减少城市污染对农田系统的生态干扰，从而保持农田生产力。相反，分散的农田缺乏足够的缓冲和矩阵背景，因此该地区农业生产容易受到非农业活动的影响。
（3） 永久基本农田划定结果
本研究结合耕地综合生产力评价结果和耕地连续分析。选择在市中心以外具有高度连续空间分布和高综合生产力的农田进行永久基本农田保护区的划定。从划定结果看，永久基本农田保护区面积74017公顷，主要位于武进的葛湖、太湖平原和新北北的北中区。
本研究中永久基本农田的划定，将城市和农业生产空间分开，促进了农业生产空间的聚集，为农业机械化和大规模商业性农业经营提供了基本场地条件。此外，综合农田生产力和空间聚类，有利于保护耕地质量，保障耕地的可持续利用。此外，利用永久性基本农田作为城市扩张的控制线，可以限制城市扩张，引导城市群发展，提高城市经济和集约用地水平。
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研究结论
（1）永久基本农田是中国耕地保护制度最严格的体现
（2）永久性基本农田的划定是中国土地管理和社会经济发展规划整合的要求
（3）永久基本农田可以指导中国城市合理扩张
（4）永久性基本农田划定应强调耕地制度的功能
（5） 模型通用性
该模型基于农田系统的组织、结构和功能。它结合了中国平原农田在质量等级和连续模式上的差异。此外，还满足了我国推进农业现代化经营和机械化生产，满足新型城镇化对耕地保护的发展需要。因此，它具有一定的通用性，其应用范围可扩展到平坦、城市化较快的地区永久基本农田的划定。
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