基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的城鎮(zhèn)土地集約利用的研究

楊茂盛　孟祥杰

摘要：文章利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在情景模擬和宏觀驅(qū)動(dòng)因素反映上的優(yōu)勢(shì)，從城鎮(zhèn)化進(jìn)程中土地如何集約利用的角度入手，對(duì)中國(guó)北方13省未來5年的土地利用變化的情景進(jìn)行模擬，從而得出需要退耕還林的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；城鎮(zhèn)化；土地集約利用

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)SD（System Dynamics）模型是建立在控制論、系統(tǒng)論和信息論基礎(chǔ)上研究反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)行為的一類模型，其突出特點(diǎn)是能夠反映復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與動(dòng)態(tài)行為之間的相互作用關(guān)系，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，從而考察復(fù)雜系統(tǒng)在不同情景（不同參數(shù)或不同策略因素）下的變化行為和趨勢(shì)，提供決策支持。

1.問題提出

北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧、黑龍江、陜西、甘肅、寧夏、青海和新疆等我國(guó)北方13省市區(qū)，位于東經(jīng)73°～136°，北緯31°～54°，地跨濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)、半干旱和干旱4個(gè)地帶，氣候的地域差異性和過渡性明顯，地表植被類型多樣，生態(tài)環(huán)境相對(duì)比較脆弱。近年來，由于不合理的土地利用造成的地表植被破壞、土壤沙化、沙塵暴肆虐等生態(tài)環(huán)境問題一直比較突出，明顯影響著區(qū)域自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。

所以文章采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型來模擬2013年到2018年這五年的土地利用情況，即如何分配城鎮(zhèn)用地、草地、林地以及耕地這四大類用地的面積，對(duì)于沙漠、戈壁等難利用地和灘涂、湖泊等水體，則假定它們保持不變。

2.元素分析

影響土地利用的因素包括自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)方面的許多因素，但在該系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中，為簡(jiǎn)化模型，首先要假定人文因素變化是影響土地利用變化的唯一因素。該模型主要包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)和土地利用兩個(gè)子系統(tǒng)，在國(guó)家宏觀發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，以社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中的人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、市場(chǎng)調(diào)節(jié)、土地政策以及技術(shù)進(jìn)步五大因素為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)土地情景需求。

3.初始數(shù)據(jù)

關(guān)于城鎮(zhèn)用地面積、牧草地面積、林地面積以及耕地面積的初始值比如下表。

其中初始值比通過公示：初始值比=當(dāng)前水平/最大值得出。

4.建立互相影響表

兩個(gè)因素有正、負(fù)的影響，但是這種影響程度是不同的，由此需要引入影響標(biāo)度如下表。

根據(jù)土地利用需求系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)關(guān)系圖和互相影響表，可以得到互相影響表如下：

則可以得出中國(guó)北方13省未來5年的土地利用變化的預(yù)測(cè)趨勢(shì)：耕地占用面積大幅度增加，林地面積大幅度縮減，牧草地、城鎮(zhèn)用地稍有增加。

6.結(jié)論

本文以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，從社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中人口、經(jīng)濟(jì)（GDP）、市場(chǎng)調(diào)節(jié)（糧食自給率）、土地政策以及技術(shù)進(jìn)步（糧食單產(chǎn)）五大因素驅(qū)動(dòng)土地需求的角度，模擬了北方地區(qū)的土地總量需求，得出預(yù)測(cè)曲線，為相關(guān)部門工作規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。根據(jù)預(yù)測(cè)曲線我們可以得出結(jié)論：牧草地和城鎮(zhèn)用地面積變化較小；未來5年林地面積下降幅度較大，耕地面積增加幅度較大。相關(guān)部門應(yīng)該注嚴(yán)格執(zhí)行“退耕還林”政策。（作者單位：西安建筑科技大學(xué)）

參考文獻(xiàn)：

[1]何春陽，史培軍等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型的土地利用情景模型研究[D].北京：北京師范大學(xué)資源學(xué)院，2005.

[2]李景剛，何春陽，史培軍，等.中國(guó)北方13省1983年后的耕地變化與驅(qū)動(dòng)力研究.地理學(xué)報(bào)，2004，59（2）：274～282.

[3]陳國(guó)衛(wèi)，金家善，耿俊豹.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究綜述.控制工程，2012，19（6）：921～925.

[4]胡玉奎，韓于羹，曹錚韻.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的進(jìn)化.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，1997，10：132～136.