（自然地理学专业论文）闽清县土地利用结构优化研究.pdf

摘要 中文摘要 土地是一种不可再生资源，是人类赖以生存、社会赖以发展的物质基础。随着 人口的增长，人地矛盾日渐突出。如何合理利用有限的土地资源是实现区域可持续 发展的重大课题。本文以福建省闽清县为研究区域，在土地利用的区位、自然、社 会及经济背景分析的基础上，研究了土地利用的结构现状，定性与定量分析了土地 资源的基本特征以及存在的问题，应用灰色线性规划模型，以土地利用的经济效益 为主要目标，根据土地利用结构的土地面积、人口数量、生态环境条件、政策控制 等约束条件，建立土地利用的结构优化模型，最终构造出3 个供选方案，并用层次分 析法以及定性分析的方法进行方案选优，最后得出闽清县土地利用结构的最优方案， 与此同时还提出了实施土地利用结构优化方案的保障措施，以期为科学、合理、可 持续利用土地资源提供有益的参考。 关键词：土地利用结构优化灰色线性规划层次分析法 闽清县 中文文摘 中文文摘 近年来，随着经济的发展，社会工业化、城镇化的加速发展，人口数量的增加， 使得对土地不断增长的社会需求与土地资源的有限性、土地利用的不可逆转性之间 的矛盾日益显著，有限的土地资源( 尤其是耕地资源) 严重限制了区域的发展的空 间，成为制约区域经济社会可持续发展的主要因素之一。因此，如何合理利用土地 成为迫切需要解决的课题。目前新一轮的土地利用规划修编工作正在进行中，根据 系统理论中结构决定功能的观点，土地利用规划的核心是土地利用结构，如何按自 然规律和经济规律建立合理的土地利用结构成为土地利用总体规划问题的关键。在 土地总面积一定的情况下，合理优化土地利用结构，对提高土地总体利用效率、缓 解土地利用矛盾有重要意义。 本文在研究、借鉴国内外关于土地利用结构优化的理论和方法的基础上，结合 闽清县土地利用现状特点，对闽清县的土地利用结构优化进行了系统研究。本文按 照“相关理论及评析一剖析现状一构建优化模型一实证分析一对策建议 的研究思 路，以土地利用结构优化的理论为指导，从闽清县土地的经济效益、社会效益和生 态效益最大化为目标和约束条件，构建了优化用地结构的模型，应用a h p 法并最终 确立了最优的土地利用结构优化方案，同时还提出了实施土地利用结构优化方案的 保障措施，以此为促进闽清县土地可持续利用提供有益的参考。 本文分为三部分： 第一部分为土地利用结构优化的基本理论与方法研究。首先分析了土地利用结 构优化研究的背景和意义，并对国内外土地利用结构优化研究进行了回顾；然后， 对土地利用结构优化研究的理论基础进行了研究，构建了以可持续利用理论、耕地 保护优先理论、景观生态学理论和区位理论为基础的土地利用结构研究理论体系。 最后，对灰色线性规划模型、灰色预测模型和a h p 方法做了详细的介绍。 第二部分对闽清县的土地利用结构进行了分析、研究。首先，对闽清县土地利 用现状进行分析，并研究了土地的利用程度与效益。其次，对土地利用的数量结构、 空间结构和组合结构作了详细分析；研究表明，闽清县的土地利用程度高但产出效 益低；由于受地形影响，全县林地比重很大，耕地比重小，且耕地大多分布在河流 的沿岸。土地利用集中化程度比较高，但是多样化指数比较低。土地组合类型只局 i i i 福建师范大学硕士学位论文 限于林+ 耕地；园地和交通土地所占比重比较低。 第三部分为实证研究部分。首先从闽清县土地利用特点、社会经济发展要求和 经营习惯，以及今后的发展方向出发，同时综合考虑相关数据的可获得性，共设置 了1 0 个变量，对其土地利用结构进行优化：然后，依据闽清县历年来的数据，应用 g m ( 1 ，1 ) 灰色预测模型和回归模型，对人口，粮食单产和建设用地需求量进行了预测。 在此基础上建立灰色线性规划模型，对闽清县土地利用结构进行优化，应用灰色线 性规划程序计算，最终构造出3 个供选方案；最后，选取了1 1 个评价指标，应用 a h p 法对供选方案进行择优，最终得出闽清县土地利用结构优化的最优方案，并对 优化结果进行分析，并为有效的实施该方案提出了相应的保障措施。 i v 福建师范大学硕士学位论文 - - - l i - i - - l _ - _ i - _ - l _ l _ _ _ _ - - - - _ l - - - - l _ _ _ i _ - _ - i - _ _ _ l _ l - - - _ i _ _ i _ _ _ i _ - l _ - - l l _ - i _ _ _ _ - a b s t r a c t l a n di sak i n do fn o n r e n e w a b l er e s o u r c e s ，w h i c hi st h eb a s i cm a t e r i a lo fm a n k i n d e x i s t e n c ea n ds o c i e t yd e v e l o p m e n t w i t ht h eg r o w t ho fp o p u l a t i o n ，t h ec o n t r a d i c t i o n b e t w e e nt h ep e o p l ea n dt h el a n dh a sb e e nm o r es e r i o u sd a yb yd a y h o wt ou t i l i z et h e l i m i t e dl a n dr a t i o n a l l yi sa l li m p o r t a n ti s s u ef o rr e g i o n a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i s a r t i c l eu s e sm i n q i n gc o u n t y ，f u j i a np r o v i n c ea ss t u d y i n ga r e a ，o nt h eb a s eo fa n a l y s i so n l a n du t i l i z a t i o n l o c a t i o n ，n a t u r a l ，s o c i a la n de c o n o m i cb a c k g r o u n d ，s t u d i e st h e c o n f i g u r a t i o na n dq u a n t i t yc h a r a c t e r i s t i c so fl a n du t i l i z a t i o na n dt h ep r o b l e m si ne x i s t e n c e o fl a n du t i l i z a t i o n ，a p p l i e sg r e yl i n e a rp r o g r a m m i n gm e t h o d ，t a k i n gt h ea i mo fs t r u c t u r e o p t i m i z i n go fl a n du t i l i z a t i o n ，a c c o r d i n gt o t h er e s t r i c t i o nq u a l i f i c a t i o n so fl a n da r e a ， p o p u l a t i o ng r o s s ，e n v i r o n m e n tc o n d i t i o n ，p o l i c yc o n t r o lo fl a n du t i l i z a t i o n ，c o n s t i t u t e s c o n f i g u r a t i o no p t i m i z i n gm o d e lo fl a n du t i l i z a t i o n ，c a r r i e so u tt h r e eo p t i o n a ls c h e m e s w h i c hw e r eu l t i m a t e f i n a l l y ，w i t ht h ea m pa n dq u a l i t a t i v ea n a l y s i s ，t h eo p t i m u ms c h e m e o fl a n du s es t r u c t u r eo fm i n q i n gc o u n t yw a so b t a i n e d i na d d i t i o n ，t h et h e s i sp r o v i d e d s o m em e a s u r e st or e a l i z et h es c h e m e ，t h a tp r o v i d e st h eb e n e f i c i a lr e f e r e n c ef o rt h e s c i e n t i f i c ，r a t i o n a l ，s u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no fl a n dr e s o u r c e k e y w o r d s ：t h el a n du s es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n g r e yl i n e a rp r o g r a m m i n g a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s sm i n q i n gc o u n t y i i 福建师范大学硕士论文独创性和使用授权声明 福建师范大学硕士学位论文独创性和使用授权声明 本人( 姓名) 韭至学号窒q q 鱼q 璺垒z 专业自然地理堂所呈交 的学位论文( 论文题目：闺渲县丝型题结掐结捡垡丝硒究) 是本人在 导师指导下，独立进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除论 文中已特别标明引用和致谢的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究工作做出贡献的个人 或集体，均已在论文中作了明确说明并表示谢意，由此产生的一切法律 结果均由本人承担。 本人完全了解福建师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 福建师范大学有权保留学位论文( 含纸质版和电子版) ，并允许论文被 查阅和借阅；本人授权福建师范大学可以将本学位论文的全部或部分内 容采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，并按国家 有关规定，向有关部门或机构( 如国家图书馆、中国科学技术信息研究 所等) 送交学位论文( 含纸质版和电子版) 。 ( 保密的学位论文在解密后亦遵守本声明) 学位敝作者躲红军 签字日期：口7 年月彦日 一何头 各 月 眙 钼 否 年 ， 名 忉 甄 岬 雕 期 拗 咽 象 字 绪论 绪论 1 选题背景与意义 土地是人类赖以生存和发展的最基本的自然资源之一，是一切社会活动存在的 物质基础m 。土地利用是区域自然、经济、社会和科学技术等诸多条件的综合表现， 其利用方式、状况与管理的优劣等都将影响区域社会经济发展心1 。当前我国的土地 资源情况是人口多，人均耕地少，耕地后备资源和人均土地资源严重不足。伴随着 人口的增加和社会生产力的发展，人地关系日趋紧张，到目前为止，土地资源的合 理利用和保护目前还没有引起足够的重视，土地滥用现象较为普遍。 目前正值全国土地利用总体规划修编的关键时期，新的一轮土地规划修编应当 是土地资源可持续利用的规划，是以社会经济与土地资源的可持续发展为目标，对 一定区域未来的土地利用作超前的计划与安排，从而使土地利用生态系统朝着良性 循环方向发展，使土地利用过程中的社会经济建设和生态环境建设相互协调，促进 生态效益、经济效益和社会效益的协调统一，持续满足人们对土地的各种生产、使 用的需要口1 。因此，土地利用规划应该是多目标规划，即要求满足“一要吃饭，二 要建设，三要保护环境”三个目标，也就是说社会效益、经济效益和环境效益三者 同时满足。土地利用结构决定土地利用的功能，最佳的土地利用结构能保持土地利 用系统的良性循环，使土地资源的利用最合理、最充分瞄1 。因此，土地利用结构优 化是实现土地资源可持续利用的一条重要途径之一，也成为土地利用规划的核心内 容，如何按照自然和经济规律建立合理的土地利用结构成为土地规划的关键所在。 福建省作为沿海开放省份，经济得到了较快发展，人口也不断增长，工业化和 城市化进程不断加大加快，建设用地需求日益增大，建设占用耕地不断增多。“十一 五 期间，全省提出了“建设海峡西岸经济区，做大做强省会中心城市”的口号； 福州市提出了“东扩、南进、西拓 的城市发展战略；闽清县也提出加快实旌“大 工业、大城关、大交通”的发展战略，把闽清建成海峡西岸繁荣省会的卫星城。福 建省素有“八山一水一分田 之称，即地貌的总体特征是山丘多而平地少。闽清县 全县山地、丘陵占到9 1 7 5 ，平原盆地仅占地占5 6 9 ，是个典型的多山地、多丘 陵的县份，可利用的土地资源相当有限。可见闽清县土地资源数量的有限性及其经 济供给的稀缺性和土地需求的无限性之间的矛盾将越来越明显。因此，在目前土地 政策参与国家宏观调控的需要下，研究闽清县的土地利用结构，实现有限的土地资 福建师范大学张军硕士学位论文 源在国民经济各产业、各部门、各区域之间的优化配置，寻求反映区域禀赋特点的 最优土地利用结构，促进土地资源节约集约利用，是实现闽清县土地资源可持续发 展亟待解决的现实问题，具有深刻的实践意义。 2 土地利用结构优化国内外研究概况 2 1 国外研究状况 ， 十九世纪末二十世纪初，西方资本主义国家开始了工业革命。由于工业化进程 加快发展，导致城市对土地需求量的增加，土地利用区位划分、占有、配置结构等 问题大量出现，就此类问题国外的一些经济学家开始对土地利用的结构进行了研究。 二十世纪上半叶，关于土地利用结构的研究还没有引起人们的足够重视，该阶段学 者的主要研究方向主要是集中在土地利用类型的分类与制图，以及引起区域土地利 用变化的机制研究，此时的土地利用规划也只是传统的建设性或蓝图规划，采用的 研究方法比较简单，主要是定性的规划方法。在英美等发达的国家，是将一定范围 内的土地划分成不同使用区域，使用区域分布图来界定各类用地的范围及位置h 1 。 二十世纪5 0 至7 0 年代，社会生产力得到快速发展，土地利用布局和结构日益 复杂化。土地利用中存在一些的潜在问题相继出现，人们在对土地进行利用时开始 注重土地利用现状特点、存在的问题及合理的开发利用方向，此时关于土地利用调 查、评价、分类、规划等一系列工作也先后的开展起来。二十世纪5 0 年代以来，许 多国家应用土宜法和综合平衡法等定性的方法开展了相应的土地利用评价，并在此 基础上制定土地利用规划，到了七十年代，土地利用评价开始向着有针对性的评价 方向发展，1 9 7 6 年联合国粮农组织提出了针对特定土地利用方式对土地的适宜性和 适宜度作出评定的土地评价方案土地评价纲要，该方案先后被许多国家所采 用。随着人口、资源、环境和发展问题的日益出现，土地利用规划逐渐成为控制土 地利用变化为目的，促进土地资源的可持续发展目标的规划。土地利用结构研究在 土地利用规划中得到重视佑1 。美国、英国、日本、澳大利亚和原苏联等资本主义国 家在土地利用结构优化工作中最具代表性叩1 。国外的研究领域主要包括以下几个方 面：城市化、工业化、农业发展与土地利用结构优化机理研究；湿地、废弃地等特 殊地段土地结构研究：林业、农作物、水产养殖和交通运输业等产业用地结构优化 研究：土地使用政策对土地利用结构优化的作用研究m 。 二十世纪8 0 年代以来，伴随着新技术的发展及其在土地利用中的应用，如：遥 感技术、计算机技术，使土地利用结构优化过程中涉及的一些复杂的数学模型能够 2 绪论 得到的求解，从而极大地提高了土地利用结构优化过程中的工作效率和精确度。 d o k m e c i 等首次提出了土地利用规划是应该是多目标的规划1 ：h u i z i n gh 等在实际 的土地利用规划中应用了混合多目标整数规划模型呻1 ；在美国一些州县的自然资源 受到威胁的情况下，v e r f u r a 等将土地信息系统应用到多用途规划及农村土地利用规 划中，从而为决策者提供合理决策信息1 ；s h a r i f i d 等运用g i s 工具将线性规划模型 和生物生长模型相结合，构建了农场土地利用的决策系统，从而使线性规划模型以 及规划设计转化成可操作的空间配置决策模式n2 l ；x i n g 提出了应用g i s 和多目标规 划方法可以找到解决未来土地利用中争地矛盾的策略n0 | ；c h u r i e c c 在西班牙进行了 土地规划实验，规划中应用线性规划和g i s 技术相结合的建模策略，对土地利用类 型的空间属性进行优化和变量组合口副；土地利用空间配置涉及的数据量十分庞大， 很难应用数学规划方法加以处理，因此，e a s t m a n 等提出了基于栅格的土地利用空 间配置算法；r a ok 等通过对遥感图像的解译与分析后，将其应用到土地利用规划 中1 钔。 2 2 国内研究状况 2 2 1 理论和实践 关于土地利用的研究，我国早在两千多年前的禹贡中就有所阐述，文中简 要说明我国各地区的土地利用类别和利用的差异。二十世纪初，西方近代地理学思 想传入我国，国内学者开始用近代的科学理论和方法来研究我国的土地利用问题， 当时金陵大学农学院美籍教授仆凯对中国东部农业区进行的规模最大的调查，并于 1 9 3 7 年出版了中国土地利用一书，书中附有大量统计图表，基本上反映出旧中 国的土地利用情况n 副。这个时期的规划同国外一样，也只是传统的建设性或蓝图规 划，土地利用结构优化研究也没有得到重视。 5 0 至7 0 年代，我国仍停留在运用定性的研究方法，并结合地区自然资源综合 考察，对具有特定目的区域土地资源的进行调查。八十年代，我国经济进入快速增 长期，经济结构的变化同时引起土地利用结构的变化，遭遇到发达国家曾面临的生 态安全问题。为了解决这些问题，土地利用结构优化成为土地利用规划的核心内容。 9 0 年代开始，随着更广泛而深入的研究，土地利用结构研究取得了较大的进展。在 城市土地优化配置方面，初玉岗提出了国家垄断土地出让权的条件下，如何发挥市 场机制在城市土地资源优化配置中的基础作用n 引；李国荣提出改革传统城市土地使 用制度，大胆引入市场机制，充分发挥地租对城市土地配置的调节作用n7 1 。刘彦随 3 福建师范大学张军硕士学位论文 等分析了城市土地优化配置的途径，建立城市土地收益测算模型，从而实现城市土 地区位与土地收益相关关系的定量化研究n 8 1 9 1 。在农业用地配置方面，秦明周、刘 彦随等在区域可持续发展的思想指导下，分别以广西南宁市和沿海地区为例，对农 用土地配置系统们和土地可持续利用模式进行了研究瞳。 新世纪以来，不同层次的区域土地利用结构优化研究成为编制土地利用总体规 划为主要手段，研究主要集中于空间尺度的土地利用结构优化模型研究。胡业翠等 将区域土地利用优化调控的基本模式分为三个层次：政府通过宏观调控手段来控制 土地利用结构总体框架的初级调控；在产业结构的空间布局与调查的基础上，尽量 使土地利用的适宜性同土地类型适应性相匹配的调控；在生态学原理和可持续发展 的思想为指导下，对农、林、牧等具体土地用方式的优化，强调优化结果的可操作 性堙舶。刘彦随提出土地优化配置既包括宏观数量的优化，也包括空间格局的优化， 是一个多目标、多层次的持续拟合与决策的过程，提出了对县域土地利用进行优化 的系列模型，模型有空间分区模型、结构优化模型和微观设计模型组合而成，该模 型充分弥补了单模型在土地利用优化配置与决策中薄弱性瞳3 1 ；通过对山地土地利 用类型的格局分析，刘彦随提出了在宏观地域模式、中观产业模式和微观经营模式 下的山地土地利用优化配置的模式和及其优化利用方案位4 | ；以景观生态学理论和可 持续发展思想为指导，在对毛乌素沙地进行景观生态类型划分和演替模式的研究后， 提出土地生态设计和土地优化配置的模式与措施哺3 。 2 2 2 研究方法 土地结构优化涉及到多方面问题，如经济、生态和技术。是一项非常复杂的系 统工程，结构优化过程中必须综合考虑这些问题，使各部门的用地数量和比例结合 成统一协调的结构，达到系统最优水平，因此系统化的方法成为解决结构优化的主要 方法3 。构建土地利用结构优化模型需要多种方法论，目前国内常用的土地利用结构 优化方法主要有以下几种：线性规划方法。该方法是土地利用规划中经常采用的 一种优化资源配置的有效方法数学方法。该模型是一种静态模型，在结构优化过程 中，可以避免规划人员只靠经验来人为布置用地，从而避免盲目的进行土地利用。 严金明在分析土地利用结构和国民经济结构的关系的基础上，运用线性规划方法， 分别以经济效益，社会效益、生态效益及综合效益为目标，来设计模型的目标函数、 约束条件和非负条件，优化结果的选择要使用定性分析和定量分析辨证地结合起来， 以防止计算结果脱离实际瞳 。陈国良，汤孟平等以县域为单元，在区域生态经济发 4 绪论 展面临经济增长和生态环境建设的双重任务时候，按照系统工程的原理，建立线性 规划模型对的土地利用结构进行优化调整，形成合理的农林牧生态经济结构模式啪t 捌。遗传算法。是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过 程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法，它最初由美国 m i c h i g a n 大学j h o l l a n d 教授于1 9 7 5 年首先提出来的，该方法的优点是不依赖于 问题的具体领域，对问题的种类有很强的鲁棒性，对空间高度复杂的问题，能取得 更好的效果啪1 。陈秋计，谢宏全等应用遗传算法优化复垦土地利用结构，研究表明 了，遗传算法能很好的解决土地复垦这项复杂工程中存在的大量非线性问题 3 1 e 席 一凡，等以遗传算法作为优化工具，对建立的城市土地利用优化配置模型进行优化， 从而找到最合理的城市土地布局，使城市各功能地块间在空间上达到协调 3 2 o 系 统动力学方法。该方法5 0 年代中期美国麻省理工学院的福雷斯特教授创立的，是一 种以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段，拥有模拟大型非线性动态多 重反馈系统的强大功能，通常用以研究复杂的社会经济系统的定量方法。1 9 9 6 年赵 小敏、王人潮、吴次芳在对进行杭州市土地利用总体规划的过程中，应用系统动力 学模型，模拟各业用地的发展趋势，得出了在未来不同社会经济条件下的土地利用 规划方案。冷红、国士元针对城市土地总体规划的分析方法比较单一，规划也缺 少动态性，提出了将计算机技术与系统动力学理论相结合的方法，建立城市了城市 总体规划的系统动力学模型，来探索城市规划与经济社会协调发展的最佳途径1 ； 多目标规划模型。多目标是指在选择优化方案时，要考虑多个目标，如经济目标、 社会目标和环境目标，因此多目标规划方法具有多目标性，决策者可根据不同标准 选择满意的优化配置方案。常用的多目标规划方法有综合效用值法、主目标优化法、 层次分析法。郑新奇借助a r c i n f o 和m a p i n f o 等工具，运用多目标规划模型进行面 积控制，探索了无棣县耕地结构优化问题汹1 ；董品杰、赖红松将遗传算法与多目标 规划相结合，提出了基于多目标遗传算法的土地利用空间结构优化配置方法，该方 法具有客观性强、灵活性高的优点呻1 。灰色预测与灰色线性规划法。土地利用系 统是一个复合系统，涉及到社会稳定、经济发展和生态效益等方面。灰色线性规划 不同于白色线性规划，灰色线性规划中的约束条件的约束值是可以随着时间变动的。 因此该模型提供的可用信息多，决策时选择的余地大，模型具有多功能，很大程度 解决了线性规划中的一些问题。如冯小燕在对广州市白云区土地利用现状分析的基 础上，运用灰色线性数学模型建立具有弹性的土地利用结构优化方案b 。康慕谊等 5 福建师范大学张军硕士学位论文 首先应用灰色预测，预测出各业用地需求，然后应用层析分析法，选出应用灰色线 性规划模型求得土地利用方案中效益最好、可行性最强的土地利用优化方案。 3 研究内容和研究思路 3 1 研究内容 ( 1 ) 在广泛收集自然、社会经济资料的基础上，分别从土地利用类型的数量、数 量结构和利用程度与效益方面系统地分析了闽清县土地利用的现状，指出土地资源 利用中存在的问题。 ( 2 ) 在土地利用现状分析的基础上，结合闽清县的实际情况和土地利用结构优化 研究的需要，建立灰色线性规划模型对闽清县土地资源进行结构优化。在模型中， 各相关参数分别采用了有序列算子作用的g m ( 1 ，1 ) 预测、回归分析预测方法求得。 采用经济效益最大化作为优化的目标，并把社会效益和生态效益作为约束条件，求 出三种土地利用结构优化的方案；建立方案的优选指标，并应用层次分析法进行赋 权，最终得出最优的优化方案，指出土地利用调整方向。 ( 3 ) 针对以上问题的研究结论，提出实现闽清县上地土地利用结构优化的保障性 措施。 6 绪论 3 2 研究思路 根据本次研究的内容，本文采用如下研究技术路线： 图1 - 1 技术路线图 f i g 1 - 1t h et e c h n o l o g yr o u t e 7 第一章土地利用结构优化的理论基础与方法 第一章土地利用结构优化的理论基础与方法 l 土地利用结构优化的理论基础 1 1 可持续发展理论 1 9 8 7 年，挪威前首相b r u n d t l a n d 夫人向联合国提交了名为我们共同的未来 的报告正式提出“可持续发展”模式。与“有机增长 、“全面发展 、“同步发展、 “协调发展”概念相比，可持续发展具有完整的结构和更准确的内涵，它不仅包含 了对当代的发展要求，还包含对未来的发展构思口1 。土地可持续利用是实现土地生 产力的持续增长和稳定性，使一个区域的土地利用的类型、结构、空间分布与本区 域的自然特征和社会经济发展相适应，挖掘土地利用潜力和防止土地退化，保证土 地资源本身的功能能够得到连续不断的发挥作用。从生态方面来看，土地持续利用 指的是对土地的开发没有引起土地生态功能的退化；从社会经济观点来看，则意味 着可开发利用土地为人类提供基本需求，遵循各代人之间的平等性，确保对后代人 的足够供给啪】。 土地是人类生存和社会经济持续发展的物质载体。目前人类面临的人口、粮食 能源、资源和环境五大问题都或多或少地、直接或间接地与土地资源及其利用有关。 这五大问题却又集中在人口增长对土地资源的压力和食物需求上，因为土地数量的 有限性，迫使一些发展中国家开垦一些不太适宜耕种的边际土地，结果形成土地资 源退化和环境破坏，经济效益低下的局面。因此，合理开发利用土地资源，不断提 高土地生产力，使土地资源为人类持续地创造更多的财富，是解决人类所面临的五 大问题的主要途径和内容。土地可持续发展应实现三层目标h 们：( 1 ) 土地的供给和需 求的平衡；( 2 ) 土地利用经济效益、社会效益和环境效益的统一；( 3 ) 土地的持续利 用。 土地持续利用是土地利用系统的结构和功能在时间和空间上的正常延续。土地 利用结构与土地持续利用之间是一种落实、协调、调整与被调整、规范与被规范的 关系，因此，土地利用结构的调整离不开可持续发展理论的指导。 1 2 耕地保护优先论 土地具有养育功能、承载功能、仓储功能和景观功能等，其中养育功能是第一 位的3 。耕地保护关系到国家粮食安全，关系到农民的长远生计。耕地是粮食安全 9 福建师范大学张军硕士学位论文 的载体。我国反复强调国家粮食安全和耕地保护，是因为十三亿人口的吃饭问题始 终是我国一件头等重要的大事，保证国家粮食安全，最根本的是保护耕地。 耕地保护优先论是指在土地规划过程中，耕地数量应当优先得到满足，其它目 标无论其重要性如何，都必须让位与耕地保护。在土地利用规划中具体的体现为： 耕地数量和质量的保护。数量的保护：一方面是过通控制农业结构调整对耕地的破 坏，其中的重要方面是切实抓好耕地占补平衡，另一方面开发土地资源，补充耕地。 耕地质量的保护：在土地数量有限的前提下，为满足不断增长的人口的基本需要。 在土地利用时，不仅要使耕地的利用率、能量转化率和产出水平维持现有水平，还 要求随着科技和物质投入的增加及农田生态环境的改善，从而不断提高粮食综合生 产能力4 2 1 。 1 3 景观生态学理论 景观生态学作为一门学科形成于6 0 年代的欧洲。土地利用规划和决策一直是景 观生态学的重要研究内容。景观是由地貌过程和各种干扰作用形成的，其结构由镶 嵌体、廊道和背景基质所组成，是具有高度空间异质性的区域。景观是异质性的， 在其镶嵌体、廊道和基质中，物种、能量和物质的分布在结构上是不同的，景观格 局是景观异质性的具体体现。因此，对某区域景观空间格局的研究，是揭示该区域 生态状况及空间变异特征的有效手段h 3 1 。 “斑块一廊道一基质 是景观结构的基本模式。根据这一模式，土地利用规划过 程中，应将土地利用分类集聚，保留了生态学上具有不可替代意义的大型自然植被 斑块，用以涵养水源，保护稀有生物，有利于景观总体结构的多样性与稳定性。在 规划区和建成区内保留小的自然斑块，有利于基因与物种多样性的保护，减少严重 干扰时风险扩散的可能性。同时沿主要的自然边界地带分布一些人类活动的“飞 地 。可为城市居民提供游息度假和隐居机会。这种集聚间有离析的景观格局具有 多种生态优点，同时能满足人类活动的需要。因此景观生态学理论可作为土地资源 优化配置的理论标准之一m 4 射。 1 4 区位理论 区位一词最早源于德语“s t a n d o r t ，即定位置、场所之意。是指社会经济等 人类活动在空间上分布的位置，它包括自然地理区位、经济地理区位和交通地理区 位h 钔。区位论是关于人类活动的空间分布及其空间中相互关系的学说，是研究人类 经济行为的空间区位选择及空间区内经济活动优化组合的理论。包括杜能的农业区 l o 第一章土地利用结构优化的理论基础与方法 位论、韦伯的工业区位论、克里斯塔的中心的理论、廖什的市场区位论等。 土地资源与周围的其它经济因素密切相关，如距城市远近、附近工业布局状况、 交通便利程度、环境条件等，这就要求组织土地利用时必须遵循区位规律h 。区位 规律是指土地的区位条件的不同，土地社会经济活动中的作用和效果不同，占有较 好地理位置的土地单元，排斥其他单元对该地的使用，排他性的土地产权会激励所 有者，提高土地利用效率和生产率，能够获取从比其他地块更大的效益。如：由于 位置级差地租的存在，影响社会经济各方面、各部门对土地的需求，进而导致土地 价格的空间差异，即处于市场附近的土地地租高，因为这里无需或者较低的支付产 品运费，从而吸引各经济单位向中心集聚。土地需求量的增大，地价也会相应上升。 因此，位置级差地租可以控制城市区域土地利用口1 。 在确定土地用途时，不仅要依据地段的地形、气候、水利交通等条件，而且要 从分析土地利用的纯经济关系入手，探讨土地利用的最佳空间结构。土地利用的空 间结构具有一定的规律性，它受到各种自然地理要素和社会经济技术条件的影响， 应用区位理论可以确定不同地段的土地用途，谋求在一定量投入的情况下获得尽可 能高的产出，因此，区位理论是分析和研究区域土地利用结构的一个重要理论依据 【4 8 】 2 土地利用结构优化的原则 土地利用结构优化是以一定的原则为基础的，而优化的目标，结构和效果受到 优化原则好坏的直接影响。根据土地利用结构优化的基础理论，并结合全县土地利 用现状及发展，本文认为下列原则必须遵循： ( 1 ) 向充分合理利用土地的方向调整。在土地总面积一定的条件下，合理调整各 类用地数量与结构，使用地与需求和适宜性相适应，从而使土地利用结构获得最佳 的最佳社会、经济、生态综合效益阳1 。 ( 2 ) 城乡建设要节约用地，并控制占用耕地。对于必要的建设用地应予以保证， 但各项建设都要节约用地，不占或少占耕地，城镇建设用地要统筹规划、合理布局， 符合城镇总体规划和可持续发展战略的要求，充分挖掘现有建设用地潜力，逐步实 现土地利用方式由外延发展向内涵挖潜转变。 ( 3 ) 保护耕地、保持耕地总面积相对稳定。随着经济与人口的增长，土地数量 的有限性和土地需求增长性构成的矛盾日益突出，必须保持耕地总面积的相对稳定， 以保持保持社会稳定、经济的持续发展。 福建师范大学张军硕士学位论文 ( 4 ) 注意用地的综合平衡。在保持土地供需平衡的前提下，协调各部门、各方面 对土的需求，做到“地尽其用，使系统的整体功能最佳，保证国民经济建设与人民 生活不致偏废，避免顾此失彼。 3 土地利用结构优化的目标 土地利用受到自然、经济、社会和技术等因素的综合作用和相互影响。经济可 利用性和用途的可调控性为土地利用系统的基本属性，为区域土地利用分区与结构 优化的前提和基础。“优化是一种过程和手段，其实质是将土地利用方式与土地适 宜性，社会经济性适合比配，以寻求土地资源在产业间、地区间的合理结构与布局， 从而达最大限度地提高土地利用的效益。在时空上将不同的用途赋予有限的土地资 源，当土地资源更多的生产某种产品或增加某一部门的产出时，同时又不减少其它 产品的数量或其他部门产出量，生态环境的质量也不下将，在一定技术上已无可能 实现的状态下，作为土地利用结构优化的最终目标咖3 。 3 1 经济效益目标 经济效益目标是土地结构优化的主要目标。效益目标在模型中阐述的都很复杂， 但其根本还是以有限的投入得到最大的产出，为人们提供尽可能多的符合需要的产 品及提供人民需要的各种服务。衡量经济效益的综合性的指标是能够反映一个国 家或地区在一年内创造的最终产品和服务价值的指标一国民生产总值( g n p ) 、国内 生产总值( g d p ) 和净产值，而这些指标只反映了经济活动的正面效应，而没有反映负 面效应的影响。因此，一种新的指标引入到国民经济核算体系中绿色g d p ，它是 对g d p 指标的一种调整，是在g d p 核算中考虑自然资源的代价和污染治理、生态 恢复的成本，通过绿色g d p 的核算指标体系来衡量国家的真实发展水平。绿色g d p 是一种考虑增长质量和增长可持续性的经济发展的速度指标，可以更好体现经济增 长与环境保护的协调程度，但在实际的核算过程中各种环境成本很难进行统计。因 此，本文的经济效益目标仍以g n p 、g d p 和净产值尽可能大的增长作为目标，而把 环境成本在生态效益目标中体现。 3 2 生态效益目标 土地本身就是具有多重结构的生态经济系统，是土地各组成要素之间，及其与 环境之间相互联系、相互依存和制约所构成的开放的、动态的、分层次的和可反馈 的系统。土地生态系统也一种资源，这种资源的所有者是人类全体，该系统是一个 由土地、自然环境、技术、政策、人等生态因子组合而成的有机整体，人类所从事 1 2 第一章土地利用结构优化的理论基础与方法 任何一项工程，即系统中的任何一种因子发生变化，都会使自然界原有的土地生态 平衡被打破，在不计其他生态投入的成本时，可能计算出高于实际状况，当考虑生 态投入以后，土地利用效果就要大打折扣。因此在编制土地利用规划过程中，除去 考虑经济社会发展规划、土地供给能力和各项建设对土地的需求外，还要充分考虑 生态效益目标。如何对生态环境的进行定量化，以及如何在建立同时兼顾生态环境 资源与经济资源共同度量标准的指标，目前还有许多困难没有克服。因此，在对土 地利用结构优化后，生态效益目标能否在优化结果中体现，很难得到准确的评价。 3 3 社会效益目标 土地利用结构的优化，不只考虑直接的经济效益，还必须考虑间接产生的效益。 这种间接效益是通过社会文化、社会保障和社会稳定等多方面因素来实现的。充分 考虑这些因素后，能够使优化后土地产出的产品和服务与社会需求达到最好适应。 土地利用结构的优化过程中，以经济效益还是以社会效益社会为主，要综合权衡经 济效益与社会效益的利弊后确定。同时，有些项目是没有直接经济效益的纯社会性 的资源配置的，如建设学校、休闲广场、社会保障事业及其他的公共事业用地，就 必须按照社会效益为主的原则，在项目设立时，在土地的其他投向可能的范围内进 行权衡，这种权衡在土地规划时必须在时空上真正体现瞪羽。 总之，在对区域进行土地利用结构优化时，经济效益、社会效益和生态效益不 是相互独立的，而是相互联系、相互补充，三种效益要同时兼顾。但在应用结构优 化模型时，模型中效益目标的设定只能是以一种为主，其他的效益目标作为辅助条 件引入到模型中，经济效益与社会效益、生态效益相比具有可计量性强、效益直观 等优点，因此，在很长的一段时间内经济效益仍将是衡量土地利用结构合理与否最 重要指标。本文将经济效益最优化作为闽清县土地利用结构优化的目标，将社会效 益，生态效益作为约束条件来考虑，使得当所选择的经济效益达目标达到最大时， 生态效益和社会效益也达到最大化，从而避免了模型中设置多个优化目标的复杂性； 同时将社会效益、生态效益作为约束条件加入到模型中，又不致忽略了社会效益、 生态效益的最低要求，从而实现土地利用优化配置的目标。 4 土地利用结构的优化方法 土地利用结构优化方法中，线性规划方法是目前多变量复杂系统常用的一种优 化方法。与般的线性规划模型相比，灰色线性规划是在技术系数为可变的灰数、 约束值为发展的情况下进行的，是一种动态的线性规划方法，弥补了一般的线性规 1 3 福建师范大学张军硕士学位论文 划模型为静态模型，不能反映约束条件随时间变化的情况，以及规划模型或约束条 件中出现灰数时不便处理的缺点；灰色线性规划的数学模型是满足一组以线性不等 式约束和变量非负值约束条件下，求出多变量线性目标函数的最大( 或最小) 值，解 决了一般线性规划模型在实际计算中往往因技巧、技术问题使求解过程难以讲行下 去的问题旧1 。基于该规划方法在结构优化中具有的优点，本文采用灰色线性规划模 型对闽清县土地利用结构进行优化。 4 1 灰色线性规划模型 灰色系统理论是华中理工大学邓聚龙教授在8 0 年代初创立的，它的研究对象是 部分信息已知，部分信息未知的系统，也称灰色系统。灰色系统理论认为，由灰变 白不是绝对的，而是相对的。因而灰色系统认为在模型、预测、决策、数据分析中 存在灰数，并把预测和决策目标定在某一范围的灰平面内或灰靶上的满意区域内 c 5 l 】 灰色线性规划的一般形式为汹1 ：求 m a x ( m i n ) z = 凹一c f 鼍 ( 1 1 ) 满足 五1 ， 似) x s ( = ，之涉 ( 1 2 ) i x z0 在式( 卜1 ) 和( 1 - 2 ) 中，x = i x 。，x ：，人工。】r 为决策变量向量；c 一 c 。，c ：，人c 。】r 为目标函数的价值系数向量；c 。( j 一1 , 2 ，a ，咒) 可以是灰数； 0 ) 为约束条件的 系数矩阵，a 为 似) 的白化矩阵，即 似) = 彳一 0 1 10 1 2 人 h 2 l 2 2 人 2 。 m mm 0 。1o 。1 a 。 a l la 1 2 a 2 1口2 2 m m a ，n 1a m l 人 a 1 ，1 人 口2 ，i m 人 口。 ( 1 - 3 ) ( 1 - 4 ) 在式( 1 - 3 ) 和( 1 - 4 ) 中，o ( a ) e t a ，毛】，口 和a 。0 分别为 f 的下限值和上限值； b 一 6 ，b ：，a6 。】r 为约束向量，它可以通过两( 1 ，1 ) 等模型求得。 约束条件之中，x j 为土地利用类型( 公顷) ；口 f 为约束系数；饥为约束常数。 1 4 第一章土地利用结构优化的理论基础与方法 目标函数中x ，为各种土地利用类型( 公顷) ；c ，为效益系数( 元公顷) ；m a x ( m i n ) z 为产值( 元) 。 模型中求得一组解扛， 即为最优的土地利用结构。 4 2 灰色预测模型 4 2 1 灰色预测g m ( 1 ，1 ) 模型 灰色系统理论由灰信息论、灰集合论和灰方法论三部分组成。g m ( 1 ，1 ) 模型法是 灰方法论中的重要内容之一。建立g m ( 1 ，1 ) 模型的实质是对原始序列作一次累加生 成使生成序列里一定规律，然后建立一阶线性微分方程模型，求得拟合曲线以对系 统进行预测。 设原始序列 x ( o ) = 仁( 1 ) ，x ( 2 ) ，a ，z ( n ) ( 卜5 ) 做一次累加生成 x o = 扛o ( 1 ) ，x o ( 2 ) ，a ，x o ( n ) 式中x 1 ( i ) = 工( j ) ( f = l ，2 ，人，挖) 对于x 1 可建壶l 一阶线性白化微分方程 d x ( i ) a x ( 1 ) = u 、7 = d l 利用最小二乘法求解参数a ，u 为 会= 兰 = c b 7 1 b ，_ 1b 7 y 。 式中，b = ( 1 - 6 ) 二嚣篡蓦1 n ： 一丢( 2 ) + x ( 3 ) ) l i m 一言g ( 1 ( ，z 一1 ) + 工( 1 ( 刀+ 1 ) ) ( o ) f 2 o ( 3 m ( o ( ，彳 x o 的灰色预测g m ( 1 ，1 ) 模型为 三。( 七十1 ) = 茗( o ( 1 ) 一詈 秽础+ 詈 ( 露= 。，1 ，2 ，a ) ( 1 7 ) 式( 卜7 ) 为数列预测的基础公式，由该公式对一次累加生成数列预测值中求出 1 5 福建师范大学张军硕士学位论文 z 伙+ 1 ) ，可以求得原始数的还原值： x ( 七+ 1 ) 一x ( 七+ 1 ) 一石( 七) 灰色g m 模型通常采用后验差检验，后验差检验是残差分布统计特性的检验。 设k 时刻参差为e ( k ) - 石d ( k ) 一x ) ，k 一1 , 2 ，a 刀，残差均值为e 一三号p ( 七) ，残 差方程为s ：一三( e ) 一；) 2 ，原始序列的方差为s ；一三罗( x ( o ( 七) 一n ；) ，其中 1n1nf卿 ( o )1玎局刀铝 x- 一1y x o