撫仙湖流域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

(玉溪師范學(xué)院 地理與國(guó)土工程學(xué)院，云南 玉溪 653100)

土地作為人類生存必不可少的生產(chǎn)資料.隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化水平的提高，人類對(duì)土地資源利用的深度和廣度不斷增加，土地利用的安全問(wèn)題不斷顯現(xiàn)[1～4]，逐漸威脅到人類的可持續(xù)發(fā)展.為此，本文以撫仙湖流域?yàn)槔?，在分析研究區(qū)土地利用存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，采用灰色線性規(guī)劃法，以經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益最大化為目標(biāo)，對(duì)撫仙湖流域土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,為改善區(qū)域土地生態(tài)安全狀況、促進(jìn)資源可持續(xù)利用提供依據(jù).

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域概況

撫仙湖位于云南省玉溪市東北部，地處長(zhǎng)江流域和珠江流域的分水嶺，是我國(guó)第二大深水湖泊，具有飲用水源、漁業(yè)、工農(nóng)業(yè)用水、旅游等功能，是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[5].流域面積155 066.64 hm2，轄玉溪市三縣(區(qū))，10鄉(xiāng)鎮(zhèn).人口稠密，農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染突出，旅游業(yè)的無(wú)序發(fā)展及城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大均給流域生態(tài)安全帶來(lái)壓力.加之，地處水土流失顯著和易石漠化的喀斯特山區(qū)，自然環(huán)境脆弱，生態(tài)問(wèn)題不斷顯現(xiàn)，對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅.目前土地利用中存在的問(wèn)題主要有：

(1)土地農(nóng)轉(zhuǎn)非速度快，糧食安全受到威脅.近十年間隨著人口的增加、城市化進(jìn)程加快及二三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，撫仙湖流域農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)為非農(nóng)用地的面積不斷增加，人均耕地面積由2000年的0.75畝/人下降至2014年的0.56畝/人，給區(qū)域糧食、生態(tài)安全構(gòu)成威脅.

(2)人口持續(xù)增加，人地矛盾突出.2014年撫仙湖流域共30.7萬(wàn)人，人口自然增長(zhǎng)率5.42‰，人口密度199 人/km2，其中鳳麓鎮(zhèn)人口密度達(dá)2 439.29 人/km2，人口的過(guò)度集中加劇了人類對(duì)土地的干預(yù)強(qiáng)度，人地矛盾突出.

(3)坡耕地面積廣，自然災(zāi)害頻發(fā).本區(qū)海拔均在1 700 m以上，坡耕地面積占耕地總面積71%，耕種難度大；旱澇、霜凍等自然災(zāi)害嚴(yán)重，平均每年作物受災(zāi)面積80多萬(wàn)畝，造成直接經(jīng)濟(jì)損失3 000余萬(wàn)元，加之地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)數(shù)量多給土地安全構(gòu)成威脅.

(4)土地利用模式粗放，產(chǎn)出效益低.流域工農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)模式粗放，土地非農(nóng)化速度大于城市化增長(zhǎng)速度，化肥和農(nóng)藥使用量逐年增加使耕地板結(jié)化、酸化嚴(yán)重，工業(yè)以磷化工、食品、造紙、煤炭等初級(jí)生產(chǎn)為主，產(chǎn)出效益低下，土地集約利用水平低.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自2014年江川區(qū)、華寧縣及澄江縣的土地利用變更數(shù)據(jù)和詳查數(shù)據(jù)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自各統(tǒng)計(jì)年鑒及實(shí)地調(diào)研所得.本文土地利用分類系統(tǒng)采用1984年《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》分類系統(tǒng)，將研究區(qū)土地分為耕地(x1)、園地(x2)、林地(x3)、牧草地(x4)、城鎮(zhèn)村莊及工礦用地(x5)、交通用地(x6)、水域(x7)及未利用土地(x8)8個(gè)一級(jí)類，土地優(yōu)化變量據(jù)此設(shè)置為8個(gè).

土地優(yōu)化的起始數(shù)據(jù)為2014年流域各類土地利用數(shù)據(jù)，優(yōu)化目標(biāo)年為2020年.

2 研究方法

本文采用灰色線性規(guī)劃法[6]對(duì)撫仙湖流域土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,為改善區(qū)域土地生態(tài)安全狀況，促進(jìn)資源可持續(xù)利用提供依據(jù).

2.1 目標(biāo)函數(shù)的確立

(1)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)確立.采用熵權(quán)法和綜合指數(shù)法計(jì)算出2014年各類用地單位面積經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，在此基礎(chǔ)上采用GM(1,1)目標(biāo)函數(shù)預(yù)測(cè)2020年撫仙湖流域各土地利用類型單位面積上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效益,以此作為變量系數(shù)，建立區(qū)域土地利用經(jīng)濟(jì)效益最大化目標(biāo)下流域土地利用合理結(jié)構(gòu)，計(jì)算公式為：

MaxF1(x)=30.08x1+28.45x2+14.71x3+7.20x4+124.01x5+80.81x6+6.14x7+3.12x8

(2)社會(huì)效益目標(biāo)函數(shù)確立.采用勞動(dòng)力就業(yè)率、糧食安全兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行衡量，在計(jì)算出2014年各類用地單位面積社會(huì)效益基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)2020年撫仙湖流域各土地利用類型單位面積上的社會(huì)效益,以此作為變量系數(shù)，建立區(qū)域土地利用整體社會(huì)效益最大化目標(biāo)下流域土地利用合理結(jié)構(gòu)，計(jì)算公式為：

MaxF2(x)=0.79x1+0.37x2+0.19x3+0.02x4+0.98x5+0.31x6+0.002 5x7+0.000 1x8

(3)生態(tài)效益目標(biāo)函數(shù)確立.采用土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為各用地類型生態(tài)效益的變量系數(shù)，值可通過(guò)Costanza生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值模型和謝高地提出的修正方法進(jìn)行計(jì)算獲得，進(jìn)而得出土地利用生態(tài)效益目標(biāo)函數(shù)：

MaxF3(x)=6.21x1+7.35x2+23.67x3+5.50x4-9.84x5-8.81x6+41.28x7+3.07x8.

2.2 約束條件的建立

為實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)利用，結(jié)合撫仙湖流域土地生態(tài)環(huán)境特征，設(shè)立下述約束方程，并采用趨勢(shì)外推和回歸分析法計(jì)算方程相關(guān)系數(shù).

(1)土地總面積約束.2014～2020年間,撫仙湖流域土地總面積保持不變，因此到2020年區(qū)域各類用地面積之和仍為155 066.64 hm2，即

x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8=155 066.64 hm2.

(2)耕地約束條件建立.根據(jù)相關(guān)區(qū)縣土地利用總體規(guī)劃確定的耕地保有量、人口增長(zhǎng)對(duì)糧食的需求狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)導(dǎo)致的耕地流失、土地整理補(bǔ)充耕地量、退耕還林等，預(yù)測(cè)2020年撫仙湖流域耕地保有量最低值為37 707.53 hm2，最高值為40 395.87 hm2，即：

37 707.53 hm2≤x1≤403 95.87 hm2

(3)園地約束條件建立.為保持撫仙湖Ⅰ類水質(zhì)，有效控制和減少農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染，近年來(lái)，流域加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，鼓勵(lì)農(nóng)戶栽種藍(lán)莓、荷藕等作物，發(fā)展大櫻桃、景觀苗木、中藥材種植等生態(tài)農(nóng)業(yè)[7].預(yù)測(cè)到2020年撫仙湖流域園地面積有所增加，即：

x2≥1 320.20 hm2

(4)林地約束條件建立.根據(jù)《玉溪市貫徹落實(shí)省委省政府環(huán)境保護(hù)督察反饋意見(jiàn)問(wèn)題整改方案》，到2020年全市森林覆蓋率達(dá)58.4%，林地面積將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上大幅增加，即：

x3>59 022.72 hm2

(5)牧草地約束條件建立.根據(jù)撫仙湖流域近十年牧草地發(fā)展?fàn)顩r及土地利用總體規(guī)劃所確定的牧草地保有量，2020年流域牧草地面積變動(dòng)不大，仍維持現(xiàn)有的171.70 hm2，即：

x4=171.70 hm2

(6)城鎮(zhèn)村莊及工礦用地約束條件建立.根據(jù)《玉溪市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2016-2035年)》的部署實(shí)施，預(yù)計(jì)到2020年玉溪市城鎮(zhèn)化率將達(dá)60%，城鎮(zhèn)用地將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加10%，村莊用地根據(jù)農(nóng)村人口預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和人均用地標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算也將有所增加.此外，按照《云南省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2016—2020年)》的要求，保護(hù)區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁新設(shè)采礦權(quán)，加快“三湖”流域非煤礦山轉(zhuǎn)型升級(jí)或淘汰關(guān)閉，完成徑流區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)工程，采礦用地將有所減少.因此，城鎮(zhèn)村莊及工礦用地面積為：

5 400.82 hm2≤x5≤7 494.94 hm2

(7)交通用地約束條件建立.撫仙湖流域交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)未來(lái)以建設(shè)為主，養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸、管理、服務(wù)協(xié)調(diào)推進(jìn)，充分發(fā)揮區(qū)位優(yōu)勢(shì)，不斷加大投入力度，以澄江縣為代表構(gòu)建的“三環(huán)六聯(lián)多輻射”綜合交通體系將促使公路交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施加速成網(wǎng).此外，繼續(xù)按照習(xí)近平總書記提出的“四好農(nóng)村路”的指示精神，不斷完善農(nóng)村公路安保工程，提升路網(wǎng)結(jié)構(gòu).這些舉措均會(huì)促使交通用地在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的增加，即：

1 970.57 hm2≤x6≤2 509.68 hm2

(8)水域約束條件建立.根據(jù)撫仙湖流域近年來(lái)水域變動(dòng)狀況及土地利用總體規(guī)劃所確定的水域保有量，2020年流域水域面積不變，仍維持現(xiàn)有的23 237.29 hm2，即：

x7=23 237.29 hm2

(9)未利用土地約束條件建立.結(jié)合未利用土地近幾年的開發(fā)狀況，預(yù)計(jì)到2020年，因經(jīng)濟(jì)發(fā)展、耕地整理、生態(tài)保護(hù)等占用會(huì)導(dǎo)致未利用土地減少5 917.16 hm2.另一方面，根據(jù)濕地保護(hù)的要求，到2020年撫仙湖流域自然濕地保護(hù)率達(dá)45%，仙湖北岸廣龍片區(qū)水源保護(hù)及濕地綜合整治，可增加未利用土地的面積.因此，未利用土地面積將控制在18 224.92 hm2～2 414 208.11 hm2之間，即：

18 224.92 hm2≤x8≤24 142.08hm2

3 優(yōu)化結(jié)果與分析

根據(jù)上述目標(biāo)函數(shù)及約束條件，采用灰色線性規(guī)劃法，計(jì)算出在滿足經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益最大化基礎(chǔ)上的土地利用最優(yōu)結(jié)構(gòu)(表1).

表1 撫仙湖流域2020年土地利用優(yōu)化方案

由此可見(jiàn)，耕地和未利用土地的面積有所減少.耕地面積從2014年的39 255.87 hm2減少到2020年的39 052.1 hm2，減少主要原因是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的占用及≥25°坡耕地的退耕還林.未利用土地面積由2014年的24 142.08 hm2下降調(diào)整至2020年的18 224.92 hm2，調(diào)整的方向主要是耕地補(bǔ)充、植樹造林和城鎮(zhèn)、交通的發(fā)展.園地、林地、城鎮(zhèn)村莊及工礦用地、交通用地的面積有所增加.其中，林地面積增幅最大，與2014年相比，2020年撫仙湖流域林地面積增加至64 172.36 hm2，增幅為3.32%，這將對(duì)提高區(qū)域森林覆蓋率，保障生態(tài)環(huán)境安全起到積極的推動(dòng)作用；園地面積增加了591.83 hm2，對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)流域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、減少農(nóng)業(yè)面源污染、增加農(nóng)民收入提供了用地保障；隨著區(qū)域人口增加、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，城鎮(zhèn)村莊及工礦用地的用地需求也將有所增加，同時(shí)，村莊整治和礦區(qū)治理會(huì)使該類用地有所減少，總體來(lái)看增加量大于減少量，到2020年城鎮(zhèn)村莊及工礦用地增加到6 259.59 hm2；交通用地增加了66.08 hm2，這對(duì)加快區(qū)域綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供用地保障；牧草地和水域保持不變.

表2 土地利用綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合上文所構(gòu)建的土地利用經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)(表2)，采用綜合指數(shù)法分別求取2014年、2020年撫仙湖流域土地利用綜合效益.計(jì)算結(jié)果顯示，撫仙湖流域土地利用綜合效益由2014年的0.58提高到2020年的0.71，由此可見(jiàn)優(yōu)化后的土地利用結(jié)構(gòu)更為合理，更有利于保障流域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展.

4 結(jié) 論

(1)文章采用灰色線性規(guī)劃法，以經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益最大化為目標(biāo)，對(duì)撫仙湖流域土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化.與2014年相比，園地、林地、城鎮(zhèn)村莊及工礦用地、交通用地面積有所增加，耕地和未利用地的面積有所減少，牧草地和水域保持不變.

(2)優(yōu)化后的土地利用綜合效益有顯著提高，綜合效益值由2014年的0.58提高到2020年的0.71，表明優(yōu)化后的土地利用結(jié)構(gòu)更為合理，更有利于保障流域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化結(jié)果有一定的可取性.

(3)為提高土地利用綜合效益，不僅要對(duì)土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，而且還要明確所變動(dòng)的土地具體發(fā)生的地理位置，即需對(duì)土地利用空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)土地利用優(yōu)化方案的定量與定位，這將是下一步研究的重點(diǎn).