基于生態(tài)效益的商洛市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

許麗萌，楊海娟

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710127)

1 概況

商洛市位于陜西省東南部，秦嶺南麓，與鄂豫兩省交界。東西長(zhǎng)約229 km，南北寬約138 km。全市土地總面積為1 958 637.5公頃，其中耕地、園地、林地、牧草地、其他農(nóng)用地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通用地、水利設(shè)施用地、其他建設(shè)用地、其他用地分別占土地總面積的 10.20%、0.37%、73.89%、6.62% 、1.01% 、1.61% 、0.21% 、0.07% 、0.01% 、6.01% 。商洛市是一個(gè)以中、低山為主體的山區(qū)，地形地貌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，群山連綿起伏，嶺谷相間，地勢(shì)西北高，東南低。

土地利用的總目標(biāo)是取得社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最大化，為達(dá)到這一目標(biāo)，必須對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)土地資源的優(yōu)化配置。土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指通過(guò)一定方法使未來(lái)土地利用取得經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的最佳土地利用結(jié)構(gòu)。因此，在選擇土地利用方案時(shí)，既要滿足經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的要求，又要努力實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益最大化。

目前，對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)合理性的研究大多數(shù)采用系統(tǒng)工程的方法，論述土地利用的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的合理性，而對(duì)生態(tài)效益重視不夠。在經(jīng)濟(jì)－社會(huì)－生態(tài)這個(gè)復(fù)雜的效益系統(tǒng)中，必須認(rèn)識(shí)到其整體性，否則會(huì)造成許多生態(tài)學(xué)問(wèn)題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)上不利于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化必須考慮其生態(tài)效益。當(dāng)前衡量土地利用生態(tài)效益的指標(biāo)主要是生態(tài)綠當(dāng)量，將線性規(guī)劃法與生態(tài)綠當(dāng)量原理結(jié)合，從生態(tài)學(xué)角度對(duì)商洛市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行探討。

2 研究方法

2.1 數(shù)學(xué)模型

采用線性規(guī)劃方法對(duì)商洛市土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，數(shù)學(xué)模型如下:

約束條件中，xn為土地利用類型(hm2);amn為約束系數(shù);bm為約束常數(shù);cn為生態(tài)綠當(dāng)量。

模型中求解出來(lái)的xn即為基于生態(tài)效益的土地利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)，用MATLAB軟件求出。

1.2 變量設(shè)置

規(guī)劃基期年為2005年，目標(biāo)年為2020年，采用的數(shù)據(jù)來(lái)自于2000～2006年商洛市統(tǒng)計(jì)年鑒。依據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類二、三級(jí)地類設(shè)置模型變量，根據(jù)商洛市土地資源的特點(diǎn)及土地利用總體規(guī)劃的要求，共設(shè)置了13個(gè)變量，見表1。其中，其他農(nóng)用地、其他建設(shè)用地和自然保留地的生態(tài)綠當(dāng)量幾乎為零，為計(jì)算方便，令其他用地的綠當(dāng)量為零，但是約束條件中要用到這三項(xiàng)用地，因此沒有把它們合并，而是單獨(dú)列出來(lái)。

表1 商洛市土地利用現(xiàn)狀分類表

1.3 綠當(dāng)量的確定

綠當(dāng)量為具有和森林基本相同的生態(tài)功能當(dāng)量，其主體可以是其他綠色植被。也就是說(shuō)，綠當(dāng)量是衡量單位面積森林和其他綠色植被生態(tài)環(huán)境功能強(qiáng)弱的量化值。根據(jù)綠當(dāng)量的原理，各種土地利用類型的綠當(dāng)量可按如下方式確定。

1.3.1 農(nóng)業(yè)用地

農(nóng)業(yè)用地包括耕地、園地、林地、牧草地。其生態(tài)功能可以量化。參照劉艷芳等的研究:亞熱帶地區(qū)農(nóng)作物一年兩熟，農(nóng)作物的生長(zhǎng)期系數(shù)為0.67;水田平均綠當(dāng)量(基數(shù)取0.77)0.50;旱地平均綠當(dāng)量(基數(shù)取 0.68)0.42;自然草地平均綠當(dāng)量(基數(shù)取0.76)0.51;牧草地平均綠當(dāng)量(基數(shù)取0.73)0.49;根據(jù)商洛市土地利用總體規(guī)劃(2006－2020)，商洛市的農(nóng)作物一般是一年兩熟的，由此計(jì)算出商洛市耕地的生態(tài)綠當(dāng)量為0.46;園地的生態(tài)綠當(dāng)量為0.48;林地的生態(tài)綠當(dāng)量取1.00;牧草地的生態(tài)綠當(dāng)量取0.49;其他農(nóng)用地的面積變化對(duì)總面積的影響非常小，其生態(tài)綠當(dāng)量取0.01。即 c1=0.46，c2=0.48，c3=1.00，c4=0.49，c5=0.01。

1.3.2 非農(nóng)建設(shè)用地

包括城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、工礦用地、交通用地。一般認(rèn)為建設(shè)用地沒有綠當(dāng)量，但是建設(shè)用地也具有調(diào)節(jié)氣候的功能，因此其綠當(dāng)量不為零。根據(jù)《商洛市綠地系統(tǒng)專項(xiàng)規(guī)劃》和《商洛市統(tǒng)計(jì)年鑒》，城鎮(zhèn)用地的綠地率為39.5%;農(nóng)村居民點(diǎn)用地的綠地率為39.5%;工礦用地的綠地率為20%;交通用地的綠地率為20%;水利設(shè)施用地的綠地率為15%;其他建設(shè)用地的面積變化很小，其綠地率取0.01。計(jì)算出商洛市建設(shè)用地的綠當(dāng)量為:c6=0.395，c7=0.395，c8=0.20，c9=0.20，c10=0.15，c11=0.01。

1.3.3 其他用地

其他用地中，水域的綠地率是15%，c12=0.15;自然保留地荒草地占83.5%，可計(jì)算出 c13=0.41。

2 約束條件

對(duì)于土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的線性規(guī)劃模型，共有如下幾個(gè)方面的約束條件:

2.1 土地面積約束

各類用地面積之和等于土地面積，即:

x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x11+x12+x13=1958637.5

2.2 農(nóng)用地約束

根據(jù)商洛市土地利用總體規(guī)劃的要求，2020年全市耕地保有量不低于189 226.7 hm2，園地、林地面積分別達(dá)到7 333.3hm2、1 506 666.7 hm2，牧草地面積控制在129 333.3 hm2，即，189 226.7 ≦ x1≦ 199 723.0;x2≧7 333.3;x3≧1506 666.7;129 333.3 ≦ x4≦ 129 691.7

3.3 建設(shè)用地約束

根據(jù)《陜西省人民政府辦公廳關(guān)于下達(dá)2006－2020年各市(區(qū))土地利用總體規(guī)劃主要指標(biāo)的通知》(陜政辦發(fā)［2009］15號(hào))給商洛市下達(dá)的建設(shè)用地指標(biāo)規(guī)定:2020年建設(shè)用地總規(guī)模控制在42 626.7 hm2，城鄉(xiāng)建設(shè)用地規(guī)模控制在34 206.7 hm2，城鎮(zhèn)工礦用地規(guī)?？刂圃? 853.3 hm2，通過(guò)土地的開發(fā)整理復(fù)墾，增加水利設(shè)施用地面積。即:

x6+x7+x8+x9+x10+x11≦ 42 626.7;x6+x7+x8≦ 34 206.7;x6+x8≦ 6 853.3;x10≧ 1 333.7;x6≧ 2 484.4;x8≧ 1 290.7;x9≧ 4 074.9

2.4 其他用地約束

隨著土地的開發(fā)，土地利用率不斷提高，其他用地的面積不斷減少，即:

x12+x13≦ 117 766.0

2.5 數(shù)學(xué)模型約束

變量非負(fù)約束:xi≧0 i=1，2，……13

3 土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果及分析

得到的土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果如表2所示，耕地面積有所減少，園地面積有少量增加，林地面積增加較大，林地面積的增加依靠退耕還林、開發(fā)其他用地而來(lái)。城鎮(zhèn)用地、工礦用地、交通用地、水利用地有所增加，用以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市擴(kuò)張的需要，居民點(diǎn)用地有所減少，以滿足城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的需要。其他用地減少幅度很大，土地利用率不斷提高。總體來(lái)說(shuō)土地優(yōu)化結(jié)構(gòu)符合商洛市土地利用總體規(guī)劃的要求，不但取得最大的生態(tài)效益，而且還滿足經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的需要。

表2 2020年商洛市土地利用現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)及優(yōu)化方案

4 結(jié)論

(1)從優(yōu)化結(jié)果看，林地面積增加幅度比較大，對(duì)提高生態(tài)效益具有很大的意義。因此，今后要繼續(xù)增大林地面積，增加森林覆蓋率，可以帶來(lái)巨大的生態(tài)功能。

(2)耕地面積減少較明顯，且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，耕地面積減少的趨勢(shì)將繼續(xù)持續(xù)下去。目前，商洛市耕地單位產(chǎn)出量不高，而且耕地質(zhì)量不高，因此今后要提高耕地的集約利用水平，進(jìn)行耕地的開發(fā)整理以提高耕地的質(zhì)量。

(3)研究中用綠當(dāng)量來(lái)衡量生態(tài)效益，城鎮(zhèn)綠當(dāng)量是按照城鎮(zhèn)綠地率來(lái)計(jì)算的，雖然商洛市的綠地率達(dá)到39.5%，但是部分縣鎮(zhèn)的綠地率可能沒達(dá)到39.5%，因此今后要繼續(xù)增加城鎮(zhèn)的綠地率。

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