基于生态效益的商洛市土地利用结构优化研究

许丽萌，杨海娟

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安710127)

1 概况

商洛市位于陕西省东南部，秦岭南麓，与鄂豫两省交界。东西长约229 km，南北宽约138 km。全市土地总面积为1 958 637.5公顷，其中耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、城乡建设用地、交通用地、水利设施用地、其他建设用地、其他用地分别占土地总面积的 10.20%、0.37%、73.89%、6.62% 、1.01% 、1.61% 、0.21% 、0.07% 、0.01% 、6.01% 。商洛市是一个以中、低山为主体的山区，地形地貌结构复杂，群山连绵起伏，岭谷相间，地势西北高，东南低。

土地利用的总目标是取得社会效益、经济效益和生态效益最大化，为达到这一目标，必须对土地利用结构进行优化，实现土地资源的优化配置。土地利用结构优化是指通过一定方法使未来土地利用取得经济、社会、生态效益的最佳土地利用结构。因此，在选择土地利用方案时，既要满足经济、社会发展的要求，又要努力实现生态效益最大化。

目前，对土地利用结构合理性的研究大多数采用系统工程的方法，论述土地利用的经济产出的合理性，而对生态效益重视不够。在经济－社会－生态这个复杂的效益系统中，必须认识到其整体性，否则会造成许多生态学问题，从长远上不利于经济、社会的可持续发展，因此对土地利用结构的优化必须考虑其生态效益。当前衡量土地利用生态效益的指标主要是生态绿当量，将线性规划法与生态绿当量原理结合，从生态学角度对商洛市土地利用结构优化进行探讨。

2 研究方法

2.1 数学模型

采用线性规划方法对商洛市土地利用结构进行优化，数学模型如下:

约束条件中，xn为土地利用类型(hm2);amn为约束系数;bm为约束常数;cn为生态绿当量。

模型中求解出来的xn即为基于生态效益的土地利用优化结构，用MATLAB软件求出。

1.2 变量设置

规划基期年为2005年，目标年为2020年，采用的数据来自于2000～2006年商洛市统计年鉴。依据土地利用现状分类二、三级地类设置模型变量，根据商洛市土地资源的特点及土地利用总体规划的要求，共设置了13个变量，见表1。其中，其他农用地、其他建设用地和自然保留地的生态绿当量几乎为零，为计算方便，令其他用地的绿当量为零，但是约束条件中要用到这三项用地，因此没有把它们合并，而是单独列出来。

表1 商洛市土地利用现状分类表

1.3 绿当量的确定

绿当量为具有和森林基本相同的生态功能当量，其主体可以是其他绿色植被。也就是说，绿当量是衡量单位面积森林和其他绿色植被生态环境功能强弱的量化值。根据绿当量的原理，各种土地利用类型的绿当量可按如下方式确定。

1.3.1 农业用地

农业用地包括耕地、园地、林地、牧草地。其生态功能可以量化。参照刘艳芳等的研究:亚热带地区农作物一年两熟，农作物的生长期系数为0.67;水田平均绿当量(基数取0.77)0.50;旱地平均绿当量(基数取 0.68)0.42;自然草地平均绿当量(基数取0.76)0.51;牧草地平均绿当量(基数取0.73)0.49;根据商洛市土地利用总体规划(2006－2020)，商洛市的农作物一般是一年两熟的，由此计算出商洛市耕地的生态绿当量为0.46;园地的生态绿当量为0.48;林地的生态绿当量取1.00;牧草地的生态绿当量取0.49;其他农用地的面积变化对总面积的影响非常小，其生态绿当量取0.01。即 c1=0.46，c2=0.48，c3=1.00，c4=0.49，c5=0.01。

1.3.2 非农建设用地

包括城镇用地、农村居民点用地、工矿用地、交通用地。一般认为建设用地没有绿当量，但是建设用地也具有调节气候的功能，因此其绿当量不为零。根据《商洛市绿地系统专项规划》和《商洛市统计年鉴》，城镇用地的绿地率为39.5%;农村居民点用地的绿地率为39.5%;工矿用地的绿地率为20%;交通用地的绿地率为20%;水利设施用地的绿地率为15%;其他建设用地的面积变化很小，其绿地率取0.01。计算出商洛市建设用地的绿当量为: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，水域的绿地率是15%，c12=0.15;自然保留地荒草地占83.5%，可计算出 c13=0.41。

2 约束条件

对于土地利用结构优化的线性规划模型，共有如下几个方面的约束条件:

2.1 土地面积约束

各类用地面积之和等于土地面积，即:

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

2.2 农用地约束

根据商洛市土地利用总体规划的要求，2020年全市耕地保有量不低于189 226.7 hm2，园地、林地面积分别达到7 333.3hm2、1 506 666.7 hm2，牧草地面积控制在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 建设用地约束

根据《陕西省人民政府办公厅关于下达2006－2020年各市(区)土地利用总体规划主要指标的通知》(陕政办发［2009］15号)给商洛市下达的建设用地指标规定:2020年建设用地总规模控制在42 626.7 hm2，城乡建设用地规模控制在34 206.7 hm2，城镇工矿用地规模控制在6 853.3 hm2，通过土地的开发整理复垦，增加水利设施用地面积。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 其他用地约束

随着土地的开发，土地利用率不断提高，其他用地的面积不断减少，即:

x12+x13≦ 117 766.0

2.5 数学模型约束

变量非负约束:xi≧0 i=1，2，……13

3 土地结构优化结果及分析

得到的土地结构优化结果如表2所示，耕地面积有所减少，园地面积有少量增加，林地面积增加较大，林地面积的增加依靠退耕还林、开发其他用地而来。城镇用地、工矿用地、交通用地、水利用地有所增加，用以满足经济发展和城市扩张的需要，居民点用地有所减少，以满足城镇化和工业化的需要。其他用地减少幅度很大，土地利用率不断提高。总体来说土地优化结构符合商洛市土地利用总体规划的要求，不但取得最大的生态效益，而且还满足经济、社会发展的需要。

表2 2020年商洛市土地利用现状结构及优化方案

4 结论

(1)从优化结果看，林地面积增加幅度比较大，对提高生态效益具有很大的意义。因此，今后要继续增大林地面积，增加森林覆盖率，可以带来巨大的生态功能。

(2)耕地面积减少较明显，且随着经济的发展，耕地面积减少的趋势将继续持续下去。目前，商洛市耕地单位产出量不高，而且耕地质量不高，因此今后要提高耕地的集约利用水平，进行耕地的开发整理以提高耕地的质量。

(3)研究中用绿当量来衡量生态效益，城镇绿当量是按照城镇绿地率来计算的，虽然商洛市的绿地率达到39.5%，但是部分县镇的绿地率可能没达到39.5%，因此今后要继续增加城镇的绿地率。

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