基于清潔發(fā)展機(jī)制的縣南溝流域商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化

顧 文，王繼軍，張?chǎng)┘?/p>

（1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100；2.煙臺(tái)市水利建筑勘察設(shè)計(jì)院，山東 煙臺(tái)264000；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌712100）

伴隨著退耕還林工程的實(shí)施，退耕區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重要變化，商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)的研究與實(shí)踐過(guò)程中，人們主要側(cè)重于概念及系統(tǒng)耦合關(guān)系的研究。比如王繼軍等人［1］通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的診斷，指出商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)模式能夠解決流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)建設(shè)中的主要問(wèn)題及產(chǎn)生問(wèn)題的癥結(jié)。李奇睿等［2］利用結(jié)構(gòu)方程模型分析了安塞縣及其南、中、北部商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的耦合關(guān)系，發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境改善未對(duì)系統(tǒng)耦合起到支撐，農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)相悖。李奇睿等［3］還通過(guò)生態(tài)位評(píng)價(jià)對(duì)1998—2008年安塞縣商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)演變過(guò)程進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明安塞縣商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)綜合生態(tài)位顯著提高，但通過(guò)提高資源利用效率，協(xié)調(diào)資源與產(chǎn)業(yè)的關(guān)系，可使商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展；崔紹芳［4］等通過(guò)耦合度模型對(duì)安塞縣商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行了階段劃分，認(rèn)為目前安塞縣正處于退耕資源未得到利用的“過(guò)渡退耕”階段?？梢?jiàn)，資源利用效率不足、資源與產(chǎn)業(yè)相悖已經(jīng)成為制約商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)健康發(fā)展的關(guān)鍵，商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)亟待優(yōu)化。

清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）是《京都議定書(shū)》中建立的發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家之間合作減排溫室氣體的靈活機(jī)制，它實(shí)現(xiàn)了碳匯產(chǎn)品的商品化、市場(chǎng)化。將CDM引入商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，退耕還林工程所帶來(lái)的大量林地資源可通過(guò)碳匯形式實(shí)現(xiàn)其商品化，形成林地產(chǎn)業(yè)，從而完善商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)?？梢?jiàn)，CDM是提高林地資源利用率、解決資源與產(chǎn)業(yè)之間相悖態(tài)勢(shì)的良好途徑。因此，本文試圖在CDM框架下通過(guò)林草資源的合理配置，實(shí)現(xiàn)商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)的完善，從而實(shí)現(xiàn)商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的良性循環(huán)。縣南溝流域地處黃土高原腹地，退耕還林工程的實(shí)施使該流域水土流失得到有效控制，林草植被恢復(fù)率和覆蓋度均得到大幅度提高，成為黃土丘陵溝壑區(qū)典型的退耕區(qū)域，適合發(fā)展退耕區(qū)碳匯產(chǎn)業(yè)。鑒于此，本研究選取縣南溝流域?yàn)檠芯繉?duì)象，依據(jù)縣南溝流域特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)可適模式的設(shè)計(jì)，將碳匯融入流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對(duì)流域商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以期尋找出一種土地資源合理充分利用、經(jīng)濟(jì)效益最大化的土地利用方式，為制定流域發(fā)展規(guī)劃提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

縣南溝流域位于黃土高原中部的安塞縣，屬于典型的黃土丘陵溝壑區(qū)（東經(jīng)109°12′12″—109°22′12″，北緯36°41′24″—36°46′12″）。流域總面積為5 063 hm2，總?cè)丝? 520人。1999年開(kāi)始實(shí)施退耕還林工程，目前有林地1 549.80hm2，占總面積的30.55%，荒草地2 217.87hm2，占總面積的43.80%，果園276.47hm2，占總面積的5.46%，大牲畜173頭，羊存欄500只，豬存欄335頭。流域年降水量在500～550mm，相對(duì)比較豐沛，但年內(nèi)分配不均，降雨集中在7—9月份，屬大陸性干旱半干旱氣候。豐沛的降雨使得該流域自退耕還林工程實(shí)施以來(lái)，林草資源不斷增加，從而使碳生產(chǎn)量不斷增加，滿足以碳匯角度發(fā)展商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)的基本要求。

2 問(wèn)題診斷與優(yōu)化思路

2.1 問(wèn)題診斷

縣南溝流域是一個(gè)有著6個(gè)行政單元的完整流域，目前流域內(nèi)有以山地蘋(píng)果為主、高效設(shè)施農(nóng)業(yè)為輔的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，但是各產(chǎn)業(yè)間尚未形成良好的鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（1）主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后。根據(jù)安塞縣政府和沿河灣鎮(zhèn)政府對(duì)縣南溝流域的規(guī)劃，未來(lái)將山地蘋(píng)果作為縣南溝流域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)扶持。目前，僅有寨子灣一個(gè)行政單元已經(jīng)形成以山地蘋(píng)果為主導(dǎo)的果園產(chǎn)業(yè)，其果園面積占流域總果園面積的63.08%，每1hm2純收入可達(dá)90 000元以上。而流域內(nèi)其他行政單元的農(nóng)民對(duì)經(jīng)營(yíng)管理果園的積極性不高，其每1hm2果園純收入僅在15 000～30 000元之間，效益較低。縣南溝流域有著適宜蘋(píng)果生長(zhǎng)的光照和水分等自然條件，故在流域下一步的發(fā)展中，應(yīng)將果園產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)放在精細(xì)化管理上，逐步實(shí)現(xiàn)從一個(gè)行政單元的果園產(chǎn)業(yè)到整個(gè)流域的果園產(chǎn)業(yè)的過(guò)渡。

（2）林草資源擱置浪費(fèi)、養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展滯后缺失。自退耕還林工程實(shí)施以來(lái)，流域內(nèi)林草資源不斷增加，目前流域內(nèi)林草覆蓋度已達(dá)74.40%。但由于退耕還林政策對(duì)放牧的限制，使得流域內(nèi)豐富的林草資源長(zhǎng)期以來(lái)擱置、浪費(fèi)，未得到開(kāi)發(fā)利用，嚴(yán)重阻礙了林草資源發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益。目前流域內(nèi)僅有500只羊左右，尚未形成規(guī)?；酿B(yǎng)殖業(yè)，致使養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展滯后，從而使以“種植業(yè)、林草資源→養(yǎng)殖業(yè)（牧業(yè)）→農(nóng)家肥→果業(yè)、大棚業(yè)”為核心的商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)斷裂，各產(chǎn)業(yè)間耦合效率低，嚴(yán)重阻礙了生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。因此，縣南溝流域在進(jìn)行商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)逐步補(bǔ)全養(yǎng)殖業(yè)的“斷裂帶”，通過(guò)人工種草和適度開(kāi)發(fā)林草資源來(lái)完善系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以此促進(jìn)農(nóng)民增收、推動(dòng)流域經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。

（3）高效設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展不足。以大棚種植為主的高效設(shè)施農(nóng)業(yè)能通過(guò)有限的土地獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，亦是政府大力支持的產(chǎn)業(yè)。但是，由于大棚對(duì)光照和水分供給的要求十分嚴(yán)格，流域內(nèi)只有位于溝口附近的方家河與磚窯溝以及位于梁峁上的畔坡山村有大棚，且規(guī)模較小。經(jīng)過(guò)調(diào)查，方家河以“西瓜＋蔬菜”的種植模式效益較高，純收入可達(dá)105 000元／hm2?？梢?jiàn)，流域應(yīng)在技術(shù)、自然條件允許的范圍內(nèi)盡可能拓展大棚產(chǎn)業(yè)。

2.2 優(yōu)化思路

基于低碳生產(chǎn)理念，以農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)良性循環(huán)為目標(biāo)，通過(guò)提高林草資源的利用率及附加值，即完善“林草資源—養(yǎng)殖業(yè)（畜牧業(yè)）”鏈結(jié)，并使林草置于碳匯及其可交易的態(tài)勢(shì)下，完善商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)，解決農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)資源相悖態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在現(xiàn)有認(rèn)識(shí)、理念和技術(shù)水平上的資源與產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 優(yōu)化模型的建立及求解

商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)是要通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部資源的重新配置、產(chǎn)業(yè)的重新調(diào)整來(lái)完善系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加完善、功能更加穩(wěn)定、穩(wěn)定性得到提高的同時(shí)，系統(tǒng)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益趨于最大。以此為目標(biāo)，通過(guò)線性規(guī)劃（LP）對(duì)安塞縣縣南溝流域進(jìn)行商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化。

3.1 決策變量設(shè)置

商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是由農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)為核心耦合而成，因此選擇可以表征兩個(gè)子系統(tǒng)的變量為決策變量。共設(shè)置了12個(gè)決策變量：X1（生態(tài)林面積，hm2）、X2（天然草地面積，hm2）、X3（人工草地面積，hm2）、X4（果園面積，hm2）、X5（大棚種植面積，hm2）、X6（口糧田種植面積，hm2）、X7（飼料糧種植面積，hm2）、X8（非生產(chǎn)地面積，hm2）、X9（舍飼羊數(shù)量，只）、X10（半舍飼半放牧羊數(shù)量，只）、X11（豬數(shù)量，頭）、X12（大牲畜數(shù)量，頭）。其中，非生產(chǎn)地包括居民點(diǎn)、道路、水域、河灘等用地，大牲畜包括牛和驢。

3.2 目標(biāo)函數(shù)

基于上述的研究理念與思路，本著充分、合理利用農(nóng)業(yè)資源，保證區(qū)域生態(tài)平衡和糧食安全的原則，設(shè)計(jì)商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化的目的是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。因此，目標(biāo)函數(shù)為：

式中：F（x）——商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益（元）；→—X＝［X1，X2，…，Xn］T，→—X≥0（hm2，頭，只）；→—C＝［C1，C2，…，Cn］——各決策變量的效益系數(shù)（元／hm2，元／頭，元／只）。

3.3 約束條件

針對(duì)縣南溝流域自然現(xiàn)狀與經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，結(jié)合安塞縣及沿河灣鎮(zhèn)政府對(duì)縣南溝流域的農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展下的經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)，設(shè)置約束方程。

3.3.1 土地面積約束 流域現(xiàn)有總土地面積5 063.80 hm2，以林草地為主。果園產(chǎn)業(yè)與大棚產(chǎn)業(yè)面積達(dá)到311.47hm2，糧田用地僅占254.39hm2，另外還有730.27hm2的非生產(chǎn)地。通過(guò)2012—2013年流域走訪、調(diào)研，李慧茹［5］關(guān)于縣南溝流域景觀格局的研究，結(jié)合該流域的發(fā)展規(guī)劃得知，該流域果園面積最高可達(dá)455hm2，基本農(nóng)田面積最大可達(dá)395hm2，大棚面積最大可達(dá)45.7hm2。另外根據(jù)王繼軍等［6］關(guān)于“彈性資源”的介紹，確定縣南溝流域果園與基本農(nóng)田的彈性資源量為784.47hm2。

總土地面積約束：優(yōu)化應(yīng)保持流域總面積不變，即各種土地利用類型面積之和應(yīng)等于流域總面積：

基本農(nóng)田面積約束：用于人工草地、飼料生產(chǎn)、口糧生產(chǎn)和大棚種植的用地面積之和應(yīng)不超過(guò)流域最大基本農(nóng)田面積，即

果園面積和基本農(nóng)田面積之和應(yīng)不超過(guò)流域彈性資源量：

果園與大棚面積約束：根據(jù)流域果園與大棚現(xiàn)狀，結(jié)合政府對(duì)縣南溝果園產(chǎn)業(yè)與大棚產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和流域土地適宜性，確定果園面積不應(yīng)超過(guò)455hm2，大棚面積不超過(guò)45.7hm2，即

非生產(chǎn)地面積約束：非生產(chǎn)地包括內(nèi)溝道、河灘、道路、水域等。由于縣南溝流域在退耕十余年來(lái)非生產(chǎn)地面積一直保持穩(wěn)定，因此設(shè)定非生產(chǎn)地面積維持現(xiàn)有狀況。即

3.3.2 糧食需求與安全約束 口糧約束：根據(jù)唐華俊等［7］關(guān)于人均糧食需求量的研究，并結(jié)合對(duì)流域糧食生產(chǎn)自給率的調(diào)查，確定流域內(nèi)人均糧食需求量約為231kg／a。故有如下約束：

豬肉、羊肉約束：根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2012年》關(guān)于城鎮(zhèn)居民人均消費(fèi)豬肉、羊肉的標(biāo)準(zhǔn)與流域內(nèi)豬、羊肉的自給率水平，確定流域最低養(yǎng)殖豬、羊數(shù)量。另外為保證流域內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)不受破壞，確定流域內(nèi)養(yǎng)殖豬、羊數(shù)量不低于現(xiàn)有值，即

大牲畜約束：目前流域內(nèi)大牲畜包括牛和驢，主要是一些相對(duì)高齡或文化程度較低的勞動(dòng)者無(wú)法駕馭機(jī)動(dòng)車和機(jī)械設(shè)備的代步、運(yùn)輸貨物、耕地的工具，為保護(hù)農(nóng)戶已經(jīng)形成的耕作習(xí)慣不被打破，設(shè)定流域內(nèi)大牲畜數(shù)量不低于現(xiàn)有數(shù)量：X12≥173

3.3.3 生態(tài)環(huán)境約束 在設(shè)置生態(tài)環(huán)境約束時(shí)引入了生態(tài)綠當(dāng)量的概念。生態(tài)綠當(dāng)量［8］定義為其他綠色植被的綠量相對(duì)于等量森林面積的綠量的比率，其主體可以是草地、耕地、果園地等其他綠色植被。

指標(biāo)選取及其量化。退耕還林工程的實(shí)施在改變土地利用結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也改變了商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的功能，對(duì)小流域氣候、水量、土壤等影響巨大。所以，在選擇指標(biāo)時(shí)既要表征各類生態(tài)系統(tǒng)本身的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，又要體現(xiàn)其對(duì)生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的保護(hù)、增益和調(diào)節(jié)功能。根據(jù)毛文永［9］著作中日本專家通過(guò)調(diào)查法得到的評(píng)分分值，針對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)，從大氣、水、土壤、空間和生物等5個(gè)方面賦予不同的功能分值（表1）。

由于表1中的各項(xiàng)功能分值已經(jīng)考慮了各項(xiàng)環(huán)境子功能的權(quán)重，所以其生態(tài)服務(wù)總分值可以將各子功能的分值通過(guò)累加求得：

式中：P——生態(tài)服務(wù)總分值；F——指標(biāo)量值；i——指標(biāo)體系的指標(biāo)數(shù)。

由此得出林地的生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值分值為164.15，相同面積及全年滿種情況下，天然草地分值為132.26，人工草地分值為121.84，園地分值為124.53，耕地分值為113.55。

根據(jù)上述不同土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算，在全年滿種的前提下，假定林地的綠當(dāng)量為1，定義

式中：Ki——第i類地表綠色覆被生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)綠當(dāng)量；Pi——第i類地表綠色覆被生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)總分值；P林——林地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)總分值。

表1 生態(tài)系統(tǒng)的各種環(huán)境保護(hù)功能的評(píng)價(jià)分值

則在林地綠當(dāng)量為1.00的情況下，天然草地的綠當(dāng)量為0.81，人工草地為0.74，園地為0.76，耕地為0.69。但實(shí)際上由于地區(qū)之間的氣候差異，同一時(shí)間不同地區(qū)、不同用地的綠當(dāng)量是不同的，同一地區(qū)不同時(shí)間的各種用地的綠當(dāng)量也是不同的?？紤]到各地區(qū)作物有不同的生長(zhǎng)期和熟制，各種土地類型綠當(dāng)量還應(yīng)乘以一個(gè)相當(dāng)于全年滿種的生產(chǎn)期系數(shù)［10］。縣南溝流域位于陜西省安塞縣，為一年一熟區(qū)域，取全年滿種的生長(zhǎng)期系數(shù)為0.46。則可以得到調(diào)整后的全年平均綠當(dāng)量，天然草地為0.37（草地考慮熟制），人工草地為0.34，園地為0.35，耕地為0.32。

設(shè)流域總面積為S，流域最佳森林覆蓋率為R，二者相乘得到流域最佳林地面積S林＝2 228.07hm2，用流域?qū)嶋H林地面積X1除以最佳林地面積得到流域?qū)嶋H林地綠當(dāng)量k林。Xi為第i類土地利用類型面積，相對(duì)應(yīng)綠當(dāng)量為gi，K為流域綠當(dāng)量，即流域內(nèi)具有綠當(dāng)量的各種用地的綠當(dāng)量之和。由于縣南溝流域位于黃土丘陵溝壑區(qū)第Ⅱ副區(qū)，根據(jù)吳欽孝［11］的研究，取流域最適宜森林覆蓋率為R＝44%，林草覆蓋率為60%。計(jì)算公式為：

用K與1的大小做比較，若K≥1，則生態(tài)綠當(dāng)量達(dá)標(biāo)。

根據(jù)李慧茹［5］的研究，確定適宜生態(tài)林面積不超過(guò)2 579.8hm2，即：

3.4 經(jīng)濟(jì)系數(shù)與情景模式設(shè)置

3.4.1 經(jīng)濟(jì)系數(shù) 本研究所利用的經(jīng)濟(jì)系數(shù)是從本課題組2012—2013年兩年流域調(diào)研數(shù)據(jù)和查閱有關(guān)文獻(xiàn)所得（表2）。

表2 各決策變量的經(jīng)濟(jì)系數(shù) 元／hm2，元／頭，元／只

3.4.2 情景設(shè)置 依據(jù)對(duì)縣南溝流域現(xiàn)狀的診斷結(jié)果，縣南溝流域存在資源浪費(fèi)、商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)斷裂的情況，結(jié)合商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的階段，按照3個(gè)階段5種情景設(shè)置。

（1）階段Ⅰ現(xiàn)狀發(fā)展態(tài)勢(shì)。該階段設(shè)置一種情景（A），即現(xiàn)狀態(tài)勢(shì)情景。在現(xiàn)有發(fā)展態(tài)勢(shì)下，林草資源由政府管制，嚴(yán)禁砍伐森林與放牧，林地價(jià)值體現(xiàn)在退耕補(bǔ)貼上。目前流域生態(tài)林面積超過(guò)退耕補(bǔ)償面積，在無(wú)經(jīng)濟(jì)效益刺激的情況下，農(nóng)戶不會(huì)主動(dòng)栽植生態(tài)林。此時(shí)，農(nóng)民不利用現(xiàn)有荒草資源，僅依靠人工草地與飼料糧發(fā)展舍飼養(yǎng)殖。

該情景下對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的約束［14－17］：通過(guò)人工草地和飼料糧提供一定自給率水平下的養(yǎng)殖飼草和飼料，并利用秸稈補(bǔ)充飼草，但在現(xiàn)有發(fā)展態(tài)勢(shì)下，秸稈利用率較低。即

牛、羊?qū)︼暡莸募s束：

牛、羊?qū)斩挼募s束：

羊、豬對(duì)飼料的約束：

該情景模式下的目標(biāo)函數(shù)：

（2）階段Ⅱ農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)“鏈網(wǎng)”構(gòu)建階段。該階段設(shè)置兩種情景：全舍飼情景（B-1）和半舍飼半放牧情景（B-2）。在這個(gè)階段，農(nóng)民逐漸意識(shí)到草地資源的價(jià)值，在政策允許下通過(guò)刈草或放牧合理利用，并加大了對(duì)秸稈的利用率，形成完整的農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

B-1全舍飼情景：在該情景下，林草資源依然由政府管制，但允許農(nóng)民在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下對(duì)天然草地進(jìn)行刈割，并結(jié)合人工草地和作物秸稈進(jìn)行全舍飼養(yǎng)殖。

該情景下對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的約束：X10＝0

牛、羊?qū)︼暡莸募s束［18］：

牛、羊?qū)斩挼募s束：

羊、豬對(duì)飼料的約束：

該情景下的目標(biāo)函數(shù)：

B-2半舍飼半放牧情景：在該情景下，林草資源適當(dāng)開(kāi)放，農(nóng)民可在夏秋季節(jié)在天然草地上進(jìn)行放牧，春冬季節(jié)舍飼養(yǎng)殖。這種半舍飼半放牧的情景在利用天然草地方面較全舍飼充分，同時(shí)由于羊子活動(dòng)量加大消耗量也增多。此情景更容易促進(jìn)商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)的完善。

該情景下對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的約束：X9＝0

牛、羊?qū)︼暡莸募s束：

牛、羊?qū)斩挼募s束：

羊、豬對(duì)飼料的約束：

該情景下的目標(biāo)函數(shù)：

（3）階段Ⅲ農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化耦合階段。該階段設(shè)置兩種情景：全舍飼＋碳匯情景（C-1）、半舍飼半放牧＋碳匯情景（C-2）。在這個(gè)階段，農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)完善，農(nóng)民為尋求高額經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)進(jìn)一步加大對(duì)秸稈利用提高資源利用率。而在后退耕時(shí)代，如果停止發(fā)放退耕補(bǔ)貼，農(nóng)民通過(guò)出售林地碳匯從生態(tài)林獲得經(jīng)濟(jì)效益。

C-1全舍飼＋碳匯情景

該情景下對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的約束：X10＝0

牛、羊?qū)︼暡莸募s束：

牛、羊?qū)斩挼募s束：

羊、豬對(duì)飼料的約束：

該情景下的目標(biāo)函數(shù)：

C-2半舍飼半放牧＋碳匯情景

該情景下對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的約束：X9＝0

牛、羊?qū)︼暡莸募s束：

牛、羊?qū)斩挼募s束：

羊、豬對(duì)飼料的約束：

該情景下的目標(biāo)函數(shù)：

4 優(yōu)化結(jié)果與分析

本研究的計(jì)算結(jié)果是在線性規(guī)劃軟件Lingo 11.0中完成的。各決策變量?jī)?yōu)化后取值詳見(jiàn)表3。從表3可以看出，優(yōu)化后各情景的經(jīng)濟(jì)效益較優(yōu)化前均有不同程度的提高，整體而言，呈現(xiàn)出3個(gè)梯度?，F(xiàn)狀發(fā)展態(tài)勢(shì)下的優(yōu)化較優(yōu)化前提高了34.4%，在政府有限管制的農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)“鏈網(wǎng)”構(gòu)建的階段Ⅱ提高了53.0%～55.2%，而在政府完全不管制的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)優(yōu)化耦合階段Ⅲ最高，達(dá)到72.8%～73.7%。各階段經(jīng)濟(jì)效益的提高得益于在充分利用自然資源的前提下，商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)均得到不同程度的完善。各階段通過(guò)增加養(yǎng)殖業(yè)（養(yǎng)羊）來(lái)彌補(bǔ)對(duì)天然草地等的利用不足，同時(shí)林產(chǎn)品逐漸形成林產(chǎn)業(yè)，符合商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對(duì)土地資源合理充分利用的內(nèi)在要求。

階段Ⅰ是在政府管制情況下的優(yōu)化，此階段的情景A由于林草資源依然受到政府管護(hù)，農(nóng)民刈割草地舍飼養(yǎng)殖的觀念尚未形成，養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展主要依靠人工草地。但是流域內(nèi)彈性資源有限，無(wú)法滿足果園、大棚與養(yǎng)殖業(yè)的最大化，養(yǎng)殖業(yè)占用了84.07hm2的基本農(nóng)田用做人工草地是有待進(jìn)一步改善的關(guān)鍵。

階段Ⅱ是政府在有限管制情況下的優(yōu)化，在此階段，林地資源依然受到保護(hù)，但是荒草地資源在合理范圍內(nèi)被利用，根據(jù)養(yǎng)殖的形式不同設(shè)置了全舍飼情景B-1與半舍飼半放牧情景B-2。從表3中可以看出，此兩種情景在草地得到利用的情況下，養(yǎng)殖業(yè)對(duì)基本農(nóng)田的需求減少，果園與大棚兩個(gè)相對(duì)收入較高的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)達(dá)到飽和。而由于刈割養(yǎng)殖與半放牧養(yǎng)殖對(duì)飼料、飼草的需求不同且天然草地對(duì)羊的承載力也不同，因此，通過(guò)合理改善舍飼養(yǎng)殖與半舍飼半放牧養(yǎng)殖的飲食結(jié)構(gòu)，從而調(diào)整天然草地與飼料田的種植比例，可使養(yǎng)殖業(yè)發(fā)揮最大效益。

階段Ⅲ是政府在完全不管制情況下的優(yōu)化，這個(gè)階段是政府不再補(bǔ)助退耕林地，農(nóng)民依靠退耕林地碳匯出售獲取林地經(jīng)濟(jì)效益的階段，是商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)完善后系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?yōu)化耦合階段。此階段，因市場(chǎng)化后的林地碳匯價(jià)值高于退耕補(bǔ)償價(jià)值，所以情景C-1與情景C-2的宜林地已全部造林，用于養(yǎng)殖業(yè)的天然草地減少，所以此階段較農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)鏈網(wǎng)構(gòu)建階段增加了人工草地，但可供養(yǎng)殖的草地資源量仍減少，養(yǎng)殖規(guī)模下降。

表3 各情景優(yōu)化結(jié)果

5 結(jié)論

（1）縱觀商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程，“現(xiàn)狀發(fā)展態(tài)勢(shì)→農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)鏈網(wǎng)構(gòu)建階段→農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化耦合階段”是其必然的發(fā)展趨勢(shì)。目前流域正處在政府完全管制階段，因此林草資源擱置、浪費(fèi)，商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完善，農(nóng)民收入水平較低。而在政府逐步放開(kāi)對(duì)林草資源的限制，并引導(dǎo)農(nóng)民合理充分利用草地資源、作物秸稈后，養(yǎng)殖業(yè)的進(jìn)入完善了流域商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使流域“種植業(yè)、林草資源→養(yǎng)殖業(yè)→農(nóng)家肥→果業(yè)、大棚業(yè)”的鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行更順暢。在退耕工程實(shí)施一定年限后，林地完全成林，政府不再向農(nóng)戶提供退耕補(bǔ)償款，農(nóng)戶便在清潔發(fā)展機(jī)制（CDM）下通過(guò)向市場(chǎng)提供林地碳匯獲取收益。所以，商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)有著從“階段Ⅰ→階段Ⅱ→階段Ⅲ”的自然發(fā)展趨勢(shì)。

（2）就目前而言，流域內(nèi)退耕補(bǔ)償林地面積與現(xiàn)有林地面積相當(dāng)，退耕補(bǔ)償機(jī)制較為合理。經(jīng)調(diào)研走訪得知，安塞縣政府正在對(duì)流域進(jìn)行新一輪的退耕還林規(guī)劃，其補(bǔ)償機(jī)制如何尚不得知，但政府對(duì)流域的規(guī)劃正是符合“現(xiàn)狀發(fā)展態(tài)勢(shì)→農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)鏈網(wǎng)構(gòu)建階段”的發(fā)展趨勢(shì)。

（3）現(xiàn)狀下流域農(nóng)林牧土地利用結(jié)構(gòu)為1∶6.31∶7.66，現(xiàn)狀發(fā)展態(tài)勢(shì)階段、農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)鏈網(wǎng)構(gòu)建階段的土地利用結(jié)構(gòu)較現(xiàn)狀變化不大，主要是糧食用地和牧草地內(nèi)部種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，而農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化耦合階段的土地利用結(jié)構(gòu)為1∶12.6∶4.4左右，變化較大。因?yàn)樵?CDM 框架下，林地生產(chǎn)的大量碳匯可以獲得高額經(jīng)濟(jì)效益，所以林地面積大量增加，致使土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生重大改變。

（4）雖然階段Ⅲ（農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化耦合階段）是商品型生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)水平和理念下所能達(dá)到的最高階段，但其實(shí)現(xiàn)的必要前提是建立完善的碳交易市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)碳交易僅發(fā)生在生物質(zhì)能源、風(fēng)能建設(shè)和煤層氣開(kāi)發(fā)利用等方面，尚無(wú)退耕還林碳交易市場(chǎng)。因此，通過(guò)合理的方法對(duì)退耕還林工程碳匯進(jìn)行精確測(cè)算，完善退耕還林工程碳交易市場(chǎng)，可提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化耦合。

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