白文靜　劉淑英　王平　祁玉源

摘要：文章選擇具有溫帶大陸性干旱氣候特征的武威市古浪縣作為實(shí)例，運(yùn)用灰色線性多目標(biāo)規(guī)劃法，按照當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)指標(biāo)、生態(tài)指標(biāo)、社會指標(biāo)確定出變量，并且建立出基于經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益以及社會效益的三種目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算，通過計(jì)算得出基于社會效益最大化的土地利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案在維持經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也相應(yīng)的兼顧了土地利用的生態(tài)效益與社會效益，并且與約束條件相適應(yīng)，為古浪縣土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化;灰色多目標(biāo)線性規(guī)劃;古浪縣

土地資源在社會發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)化發(fā)展的過程中扮演著重要的保障作用。但土地資源的供給稀缺性也造成社會與土地需求的不協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢。目前土地管理與利用的實(shí)踐工作面臨著土地承載力過大、人口壓力、土地質(zhì)量退化嚴(yán)重等一系列問題。因此，在當(dāng)前情況下，如何在國民經(jīng)濟(jì)各部門之間合理有效地分配有限的土地資源，實(shí)現(xiàn)土地資源最優(yōu)利用已成為了一個迫切需要解決的問題。就土地利用優(yōu)化研究而言，當(dāng)前國內(nèi)外主要有以下幾個研究領(lǐng)域：使用土地政策與土地利用優(yōu)化的研究;城鎮(zhèn)化發(fā)展及農(nóng)業(yè)發(fā)展和土地優(yōu)化配置的機(jī)理研究;農(nóng)、林、牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)等產(chǎn)業(yè)用地優(yōu)化研究。這幾個研究領(lǐng)域的研究工作都具有深度兼顧廣度并且技術(shù)手段先進(jìn)的特點(diǎn)，但也存在著對一定區(qū)域土地利用的整體性與層次性研究不夠詳細(xì)的問題。因此為了保證古浪縣土地資源的可持續(xù)利用，本區(qū)域的研究中采用了灰色多目標(biāo)線性規(guī)劃法，對此區(qū)域內(nèi)各種土地資源利用類型進(jìn)行合理有效的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)土地利用的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益的最大化，即所謂的“三效合一”從而協(xié)調(diào)好社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源節(jié)約利用之間的關(guān)系。并以得出的研究結(jié)果對古浪縣土地結(jié)構(gòu)調(diào)整提出合理化建議。

一、研究區(qū)概況

古浪縣隸屬于甘肅省武威市，地理坐標(biāo)為北緯37°09′～37°54′，東經(jīng)102°38′～103°54′。古浪縣地勢南高北低，海拔在1550米至3469米之間，平均海拔高度為2500米。自然條件差異很大，有著明顯的地貌分帶現(xiàn)象，縣域內(nèi)由南至北依次分布著祁連山脈，丘陵溝壑的中低山地帶，中部沖擊平原，北部荒漠地帶。2017年底全縣總?cè)丝跀?shù)為38.87萬人，國土總面積510300hm2。其中農(nóng)用地總面積為350597.37hm2，占全縣土地總面積的68.7%;建設(shè)用地總面積為9846.64.6hm2，占全縣土地總面積的1.93%;未利用土地面積共有149855.99hm2，占全縣土地總面積的29.37%。

二、數(shù)據(jù)來源與方法

（一）數(shù)據(jù)來源

本次研究中所涉及所有數(shù)據(jù)主要來源于《古浪縣統(tǒng)計(jì)年鑒（2017）》與《甘肅省發(fā)展年鑒（2017）》。

（二）研究方法

本次研究運(yùn)用灰色多目標(biāo)線行規(guī)劃法對古浪縣土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究。

（三）數(shù)學(xué)模型

灰色多目標(biāo)線性規(guī)劃模型具有發(fā)揮線性規(guī)劃和多目標(biāo)規(guī)劃的優(yōu)勢，將土地利用主導(dǎo)效益作為重點(diǎn)目標(biāo)同時(shí)以其他效益規(guī)定為約束條件以此建立出土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，該模型具有多方案及動態(tài)性的特點(diǎn)，并可以據(jù)此提出最佳的土地利用方案。

灰色多目標(biāo)線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的基本表達(dá)式為：f（x）=CX→max（或min）

本項(xiàng)研究經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)函數(shù)為：Max（x）=CiXi

生態(tài)效益目標(biāo)函數(shù)為：Max（x）=C*X（x是土地利用類型，c是生態(tài)綠當(dāng)量）

社會效益目標(biāo)函數(shù)為：Max（x）=X1+X2…+Xi+X10

（四）決策變量的確定

本次研究規(guī)劃目標(biāo)年份為2020年，根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類規(guī)程》設(shè)置了10個變量依次為耕地、園地、林地、牧草地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、工礦用地、交通設(shè)施用地、水利設(shè)施用地、未利用土地。在變量設(shè)置中，不僅體現(xiàn)了古浪縣土地利用的實(shí)際狀況，同時(shí)也體現(xiàn)出了當(dāng)?shù)卣块T各項(xiàng)政策對縣域內(nèi)各類土地利用的影響。

生態(tài)綠當(dāng)量是指其他生態(tài)系統(tǒng)的綠量與等量森林面積綠量的比值。基于古浪縣實(shí)際生態(tài)狀況，參考已有學(xué)者的研究可知，此地取得全年滿種的生長期系數(shù)確定為0.45。由此得到耕地平均綠當(dāng)量為0.33，園地平均綠當(dāng)量為0.31，林地平均綠當(dāng)量為1，牧草地平均綠當(dāng)量為0.35。根據(jù)各類建設(shè)用地中對于綠地面積比例的規(guī)定可以確定出城鎮(zhèn)用地平均綠當(dāng)量為0.30，農(nóng)村居民點(diǎn)用地平均綠當(dāng)量為0.30，工礦用地平均綠當(dāng)量為0.20，交通運(yùn)輸用地平均綠當(dāng)量為0.20，水利設(shè)施用地平均綠當(dāng)量為0.15。由于在古浪縣未利用土地中荒草地面積占了58%，折算出未利用地的平均綠當(dāng)量為0.21。

（五）約束條件的確定

本次研究依據(jù)古浪縣自然與經(jīng)濟(jì)狀況以及土地利用現(xiàn)狀，具體參考古浪縣土地利用總體規(guī)劃以及社會轉(zhuǎn)型發(fā)展綜述確定出各變量的面積在未來三年的變化情況。一共建立出11個約束方程

1. 土地總面積約束

即土地總面積約束條件為： X1=510300（hm2）

2. 農(nóng)用地約束

耕地面積約束：X1≤113341.27 （hm2），園地面積規(guī)模約束：X2≤5573.39（hm2），林地面積需求約束：X3≥510300*13.32%=67971.96（hm2），牧草地約束：X4≤181682.8（hm2）

3. 建設(shè)用地約束

城鎮(zhèn)用地約束：X5≥874.62（hm2），農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積約束：X6≤5806.19（hm2），工礦用地面積約束：X7≥371.21（hm2），交通運(yùn)輸用地約束：X8≤2541.67（hm2），水利設(shè)施用地約束：X9≥252.95（hm2）

4. 未利用地約束：X10≤149855.99 （hm2）

（六）目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造

1. 各類用地效益相對權(quán)數(shù)的確定

運(yùn)用層次分析法確定出各類土地利用的效益相對權(quán)益系數(shù)。各類用地的效益權(quán)重構(gòu)成了效益權(quán)重集合Wi（i=1，2，3，4……8），其中未利用的效益可以視為0.即：Wi=（0.1182，0.1254，0.1412，0.1875，0.0693，0.1884，0.0604，0.0252，0.1596，0）

2. 各類用地效益相對系數(shù)的確定

本研究中選定每一公頃耕地的產(chǎn)出效益預(yù)測值即耕地效益作為參考值用以確定常數(shù)C，并以此值乘以各類用地效益的相對權(quán)數(shù)，得出相應(yīng)土地每公頃的產(chǎn)出效益，則價(jià)值向量Cj（j=1，2，……，10）。每公頃耕地的產(chǎn)出效益為5974元/hm2 C=50541.45由此得出Cj=（5974，6337.9，7136.45，9476.52，3502.52，9522，3052.7，1273.64，8066.42，0）

三、結(jié)果與分析

確定函數(shù)約束條件，以Matlab軟件為技術(shù)平臺，得出以下三種方案。

（一）基于生態(tài)效益的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

方案一為生態(tài)效益最佳時(shí)土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，根據(jù)設(shè)定的約束條件，可以看出耕地低于耕地保有量所規(guī)定的103200hm2以上的目標(biāo)，園地及林地的面積則出現(xiàn)大幅增加趨勢，同時(shí)工礦用地面積減少。因?yàn)榇朔桨竷H僅考慮了古浪縣土地利用的生態(tài)效益而造成了可以產(chǎn)生社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益的其他用地面積的減少，不利于城市發(fā)展及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不符合經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收的大趨勢。

（二）基于經(jīng)濟(jì)效益的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

方案二為經(jīng)濟(jì)效益最佳時(shí)的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，在此方案中耕地面積較原面積減少了6.04%與方案一相比牧草地面積略微減少并且林地減少幅度較大，城鎮(zhèn)建設(shè)用地及工礦用地面積的增加符合城市化進(jìn)程及工業(yè)化發(fā)展的需要。但是綜合此方案土地利用結(jié)構(gòu)可以看出水利設(shè)施用地及交通用地面積增大而林地面積則較方案一有所減少且林地面積不符合古浪縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜述中所要求在未來三年內(nèi)要達(dá)到的林地面積要求。因此，此方案只考慮研究區(qū)經(jīng)濟(jì)效益，在增加建設(shè)用地的同時(shí)造成了古浪縣生態(tài)壓力，不利于古浪縣生態(tài)環(huán)境健康有序的發(fā)展，也不符合古浪縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢。

（三）基于社會效益的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在方案三中，耕地面積達(dá)到112307.87hm2，符合古浪縣耕地保有量的要求。園地與現(xiàn)狀相比增加了23.17%，林地面積達(dá)到了67971.96hm2符合古浪縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜述中所要求在未來三年內(nèi)要達(dá)到的林地面積要求。園地及林地面積的增加是通過減少未利用地以及牧草地面積實(shí)現(xiàn)，并且園地及林地面積的增加有利于古浪生態(tài)保護(hù)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地、水利設(shè)施用地的增加符合生產(chǎn)力發(fā)展及城市建設(shè)要求。此土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案兼顧城市發(fā)展中的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)符合當(dāng)?shù)匕l(fā)展要求，能貼合實(shí)際使當(dāng)?shù)赝恋乩媒Y(jié)構(gòu)趨于更加合理。

四、討論與結(jié)論

古浪縣氣候全年干旱少雨，生態(tài)環(huán)境非常脆弱。因此在土地利用結(jié)構(gòu)規(guī)劃中必須保護(hù)好林地面積，并且增加森林覆蓋率，這對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)及實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展具有重要意義。

今后對古浪縣土地進(jìn)行規(guī)劃利用時(shí)要堅(jiān)持“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切實(shí)保護(hù)耕地”的基本國策，合理利用耕地。堅(jiān)持“既要治理又要保護(hù)”的土地利用政策。在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)必須兼顧生態(tài)效益不能以生態(tài)環(huán)境的破壞成為城市化發(fā)展的代價(jià)，應(yīng)該不斷提高各類土地的利用效益，切實(shí)提高土地的利用率及產(chǎn)出率。

隨著城市化的發(fā)展及城市建設(shè)對土地的需要，未利用地面積將出現(xiàn)逐年減少趨勢，我們更應(yīng)該針對這部分土地制定出詳細(xì)規(guī)劃，以此保證對每一寸土地的合理利用，使其發(fā)揮其最大的綜合效益，本研究綜合分析了目前古浪縣土地利用的實(shí)際情況，提出可以實(shí)現(xiàn)古浪縣土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最佳方案，在確保耕地質(zhì)量不降低的同時(shí)也需控制好建設(shè)用地的規(guī)模，與此同時(shí)兼顧重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的按時(shí)實(shí)施，做到對各類土地的合理有效利用，切實(shí)提高土地的綜合效益。在推進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地結(jié)構(gòu)合理有序調(diào)整的同時(shí)還要統(tǒng)籌好城鄉(xiāng)發(fā)展，要更加重視生態(tài)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)濤.中國土地資源配置與可持續(xù)發(fā)展研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002.

[2]李秀芝.市域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置研究——以南通市區(qū)為例[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[3]蔡玉梅，李天威，王昊.中國和歐盟土地利用規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)對比研究[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2008（27）.

[4]王萬茂.規(guī)劃的本質(zhì)與土地利用規(guī)劃多維思考[J].中國土地科學(xué)，2002（01）.

[5]王蘭英.田艷霞中國城市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究述評[J].現(xiàn)代城市研究，2004（01）.

[6]劉巖.土地利用規(guī)劃與土地資源的可持續(xù)利用[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（02）.

[7]周志芳.基于灰色線性規(guī)劃爐霍縣土地利用優(yōu)化研究[D].程度理工大學(xué)，2012.

[8]王萬茂，但承龍.海門市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].國土與自然資源研究，2003（01）.

[11]梁燁，劉學(xué)錄，汪麗.基于灰色線性多目標(biāo)規(guī)劃的莊浪縣土地利用優(yōu)化研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（03）.

[12]李建龍，師學(xué)義，祝宇成.基于生態(tài)綠當(dāng)量的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化——以晉城市城區(qū)為例[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（05）.

[13]馬順龍.古浪縣經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型升級發(fā)展綜述[N].甘肅日報(bào)，2016-10-14.

[14]王秀紅，何書金，羅明.土地利用結(jié)構(gòu)綜合數(shù)值表征：以中國西部地區(qū)為例[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2002（01）.

[15]徐建華.計(jì)量地理學(xué)[M].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2002.

[16]李麗紅，李魯華，馬松梅，等.基于灰色線性土地資源優(yōu)化配置研究[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（08）.

[17]范國斌.基于灰色線性規(guī)劃的長沙市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（10）.

（作者單位：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院。劉淑英為通訊作者）