Faits: A. A._ est propriétaire de la parcelle n° 2'096 du registre foncier de Cartigny, au lieu-dit La Petite-Grave. Ce bien-fonds, d'une surface de 4'837 m2, supporte une maison d'habitation de 119 m2, qui se trouve dans un état de dégradation avancé, un ancien bâtiment en ruine, deux anciennes porcheries de 258 m2 et 151 m2 ainsi qu'une petite annexe de 12 m2. La parcelle en question est située en zone agricole. En 1995, la commune de Cartigny avait élaboré un projet de modification des limites de zones du hameau de La Petite-Grave. Il était prévu que ce hameau situé en zone agricole serait classé en zone à bâtir, à savoir en "zone 4B protégée" selon le droit cantonal. Le plan initial classait la partie ouest de la parcelle n° 2'096 en zone à bâtir. Le projet a été examiné par le Grand Conseil du canton de Genève, avant d'être abandonné à la suite d'une modification de la loi d'application de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire (LaLAT; RSG L 1 30). L'art. 22 aLaLAT, sur lequel se fondait le projet de la commune de Cartigny, a en effet été abrogé le 27 juin 2003. B. Par avis paru à la Feuille d'avis officielle du canton de Genève du 26 avril 2006, la commune de Cartigny a mis à l'enquête publique un projet visant à déclasser le lieu-dit La Petite-Grave en zone de hameau au sens du nouvel art. 22 LaLAT. Il est prévu de classer dans cette zone un périmètre tracé à environ 6 m des façades des bâtiments formant l'essentiel des constructions sises sur ce site, quelques bâtiments isolés n'y étant pas intégrés. Une "zone de développement 4B protégée" devrait également être créée, dans le prolongement de la zone de hameau, au nord-est de celle-ci. A cette fin, il est prévu de déclasser une partie de la parcelle n° 2'800 ainsi qu'une petite partie de la parcelle n° 2'096 appartenant à A._. Le plan de site prévoit en outre la construction d'un immeuble de logements de deux niveaux sur la parcelle n° 2'800 et d'un petit bâtiment d'habitation sur la parcelle n° 2'096, à l'emplacement de la maison existante. Malgré l'opposition de A._ à ce projet, le Conseil municipal de Cartigny a délivré à l'unanimité un préavis favorable. Le 18 avril 2007, A._ a formé opposition auprès du Conseil d'Etat du canton de Genève. Le 24 avril 2008, le Grand Conseil du canton de Genève a adopté la "loi modifiant les limites de zones sur le territoire de la commune de Cartigny (création d'une zone de hameaux et d'une zone de développement 4B protégée au lieu-dit La Petite-Grave)". Il a également rejeté l'opposition de A._. Par arrêté du 18 juin 2008, publié dans la Feuille d'avis officielle du 23 juin 2008, le Conseil d'Etat a promulgué ladite loi. C. A._ a recouru contre cette loi auprès du Tribunal administratif du canton de Genève (ci-après: le Tribunal administratif), en concluant à l'annulation de la loi et au classement de l'intégralité de sa parcelle en zone à bâtir. Il alléguait en substance que ce classement s'imposait en application de l'art. 15 de la loi sur l'aménagement du territoire du 22 juin 1979 (LAT; RS 700) et que la loi contestée était arbitraire et violait la garantie de la propriété ainsi que l'égalité de traitement. Le Tribunal administratif a rejeté ce recours par arrêt du 28 juillet 2009. Il a d'abord constaté que l'art. 61 al. 2 de la loi cantonale du 12 septembre 1985 sur la procédure administrative (LPA/GE; RSG E 5 10) ne lui permettait pas de revoir l'opportunité de l'acte attaqué et que cette limitation de son pouvoir d'examen n'était pas contraire à l'art. 110 LTF ni à l'art. 33 LAT. Il a en outre considéré que l'art. 15 LAT n'imposait pas le classement de l'entier de la parcelle n° 2'096 en zone à bâtir et que ni la garantie de la propriété, ni l'égalité de traitement, ni le principe général de la bonne foi n'avaient été violés. D. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ demande au Tribunal fédéral d'annuler cet arrêt et de dire que la parcelle n° 2'096 doit être déclassée dans son intégralité en zone à bâtir et que le dossier est renvoyé au Grand Conseil pour nouvelle délimitation de la zone à bâtir dans le sens des considérants. Il invoque la force dérogatoire du droit fédéral (art. 49 al. 1 Cst.) et se plaint d'une violation de l'art. 15 LAT, ainsi que de l'égalité de traitement (art. 8 Cst.) et de la garantie de la propriété (art. 26 Cst.). Le Tribunal administratif a renoncé à se déterminer. Le Grand Conseil a présenté des observations; il conclut au rejet du recours. A._ a présenté des observations complémentaires.