襄陽區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化實證研究

摘要土地資源的供給稀缺性和不合理利用造成一系列生態(tài)、經(jīng)濟和社會問題。本文以襄樊市襄陽區(qū)為實例進行研究，分析土地利用的現(xiàn)狀特征及土地利用中存在的問題。然后應(yīng)用線性規(guī)劃法，以土地利用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化為目標(biāo)，建立土地利用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，對土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化配置，為襄陽區(qū)土地可持續(xù)利用、土地利用總體規(guī)劃的實施和土地利用管理提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞襄陽區(qū) 土地利用 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號:F293.2文獻標(biāo)識碼:A

1 引言

土地是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在資源有限、人增地減、社會需求不斷增長的客觀現(xiàn)實下，合理利用現(xiàn)有土地資源，保持土地資源與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。本研究以漢水中游的襄樊市襄陽區(qū)為例，襄陽區(qū)襄陽位于東經(jīng)111€?4′～112€?3′，北緯31€?6′～32€?8′，地處鄂西北，東臨棗陽市，南接宜城，北可直達河南，西與陜渝聯(lián)系緊密，素有“南船北馬、七省通衢”之稱。全區(qū)地形為東、西、北高，中間低平，形成向南敞開的不完整盆地。北部是秦嶺余脈和伏牛山支尾的交接地帶，為波形黃土高地，坡度多為10度左右，高差10-30米，屬著名的“鄂北崗地”的一部分，占總面積的70%以上，代表襄陽的主要地形特征。中部和南部為漢水、唐河、清河、滾河諸河流沖擊平原，占總面積的15%左右。襄陽區(qū)總面積為2486平方公里，共轄13個鎮(zhèn)。2005年年末，全區(qū)總?cè)丝?8.88萬人。襄陽區(qū)是農(nóng)業(yè)大區(qū)，是湖北省20個糧食主產(chǎn)縣(區(qū))之一，是全國、全省重要的糧、棉、油生產(chǎn)基地，被國家列為商品糧基地，經(jīng)濟實力位居湖北省前列。

本文中土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是以襄陽區(qū)2005年土地利用分類現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，在研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方向的指導(dǎo)下，綜合考慮生態(tài)環(huán)境因素和社會經(jīng)濟因素的約束，采用線性規(guī)劃法對襄陽區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

2 襄陽區(qū)土地利用現(xiàn)狀與問題

2005年襄陽區(qū)土地總面積為248622.82公頃，其中農(nóng)用地191241.46公頃，占土地總面積的76.92%;建設(shè)用地35168.39公頃，占14.15%;未利用地(含河流、湖泊水面)22212.97公頃，占8.93%(見表1)。

目前，襄陽區(qū)土地利用中存在著未利用地的開發(fā)潛力有限，耕地面積逐年減少，土地墾殖率下降，農(nóng)村居民點用地布局分散，土地集約利用水平較低，森林覆蓋率低等問題。因此，土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整勢在必行。

3 襄陽區(qū)土地利用線性規(guī)劃模型的建立

3.1 模型的建立

采用線性規(guī)劃的方法尋求土地利用最佳結(jié)構(gòu)。建模過程中，采用一組線性方程作為系統(tǒng)模型的約束條件，來反映襄陽區(qū)土地利用總體規(guī)劃目標(biāo)年的經(jīng)濟平衡和生態(tài)平衡的要求以及人力、物力、財力的限制和采用數(shù)學(xué)函數(shù)來表達土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)，以評價不同結(jié)構(gòu)方案的效益，即構(gòu)成襄陽區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。

3.2 變量設(shè)置

將襄陽區(qū)土地利用類型分為耕地(x1)、園地(x2)、林地(x3)、牧草地(x4)、其他農(nóng)用地(x5)、城鄉(xiāng)建設(shè)用地(x6)、交通水利用地(x7)、其他建設(shè)用地(x8)、未利用地(x9)9類。

3.3 約束條件

襄陽區(qū)土地利用包括8方面12個約束條件。為了保證規(guī)劃的動態(tài)性，約束條件aij和約束常數(shù)bi采用趨勢預(yù)測、回歸預(yù)測和灰色預(yù)測GM(1，1)等多種方法求得。

(1)土地總面積約束。各類用地面積之和應(yīng)等于土地總面積，即

xi=S

x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9=248622.82

式中: xi—各類土地面積;S—土地總面積;n—土地利用類型數(shù)(變量個數(shù))。

(2)人口總量約束。農(nóng)用地和城鎮(zhèn)用地承載的人口應(yīng)控制在2020年規(guī)劃人口之內(nèi)，即

aP1xi+aP2xk≤P

式中: aP1—農(nóng)用地的平均人口預(yù)測密度;aP2—建設(shè)用地的平均人口預(yù)測密度;P—區(qū)域規(guī)劃總?cè)丝? xi—農(nóng)用地類型;xk—建設(shè)用地類型。

3(x1+x2+x3+x4+x5) + 11(x6+x7+x8)≤909037

(3)城鎮(zhèn)化水平約束:預(yù)測的2010年與2020襄年陽區(qū)城鎮(zhèn)化水平分別為32.69%和42.70%，說明2010年襄陽區(qū)有32.69%的土地為城鎮(zhèn)用地，2020年襄陽區(qū)有42.70%的土地為城鎮(zhèn)用地。即農(nóng)用地(園地、林地除外)占土地總面積的比重小于57.30%(1-42.70%)，即小于142460.88公頃。

x1+x4+x5≤142460.88

(4)人均用地約束:2005年，襄陽區(qū)非農(nóng)人口人均城鎮(zhèn)用地為205.01平方米，農(nóng)業(yè)人口人均農(nóng)村居民點用地為295.87平方米，用地不夠集約節(jié)約。

根據(jù)《城市用地分類和規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》(GB-137-90)，襄陽區(qū)人均城鎮(zhèn)建設(shè)用地最多不得超過120平方米/人;依據(jù)《村鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》(GB50188-93)，農(nóng)村居民點人均用地最高不能超過150平方米/人。2010年襄陽區(qū)非農(nóng)人口預(yù)測值為221723人，農(nóng)業(yè)人口預(yù)測值為886893人。2020年襄陽區(qū)非農(nóng)人口預(yù)測值為329653人，農(nóng)業(yè)人口預(yù)測值為873460人。因此，2010年襄陽區(qū)建制鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點用地不超過13945.36公頃，2020年襄陽區(qū)建制鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點用地不超過12956.05公頃。2005年獨立工礦和特殊用地總面積為2257.22公頃。于是得到如下約束條件:

x6-2257.22≤12956.05

即:x6≤15213.27

(5)生態(tài)平衡約束。

A、森林覆蓋率x3≥t'S/t''

式中:t'——規(guī)劃林木覆蓋率;S——土地總面積(hm2);t''——換算系數(shù)。x3≥15%€?48622.82/1.85

即:x3≥20158.61

B、基本農(nóng)田保護約束:q(xk-xk')≤x1'(1-t2)

式中:q——換算系數(shù);xk——各類建設(shè)用地規(guī)劃面積;xk'——各類建設(shè)用地現(xiàn)狀面積;x'——現(xiàn)有耕地面積;t2——基本農(nóng)田保護率。

0.8€祝▁6+x7+x8-6862.4)≤145799.33€祝?-0.8)

即:x6+x7+x8≤43312.23

(6)協(xié)調(diào)發(fā)展約束。國民經(jīng)濟各部門用地之間有其規(guī)律性，經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展也有一定的宏觀計劃性。

農(nóng)業(yè)內(nèi)部用地:x1:x2:x3:x4:x5=6.5:0.16:1:0.02:1.2

基本建設(shè)用地:x6:x7:x8=1:0.54:0.43

(7)實際情況和經(jīng)濟約束。

其他農(nóng)用地(x5)≥27957.40

交通水利用地(x7)≥9893.51

未利用地(x9)≤22212.97

(8)數(shù)學(xué)模型要求約束

變量非負約束:xi≥0 i=1，……，10

3.4 目標(biāo)函數(shù)

f(x)=6191x1+9598x2+6175x3+10020000x4+322x5+

111345x6+12168x7+433x8+x9

上式中各項系數(shù)為單位土地面積上的國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)，按當(dāng)年價計算。各項系數(shù)為預(yù)測數(shù)，采用灰色預(yù)測、回歸預(yù)測、經(jīng)驗預(yù)測等方法求得?？紤]到模型計算的需要，未利用土地16的系數(shù)取1，對目標(biāo)函數(shù)值的影響極小。

3.5計算結(jié)果及分析

將以上約束條件和目標(biāo)函數(shù)輸入DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，演算得到下表2優(yōu)化結(jié)果:

表2襄陽區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與優(yōu)化結(jié)果比較

從土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果可以看出:襄陽區(qū)2020年其耕地面積總量有所下降，園地面積有所增加，牧草地面積大幅度增加;通過土地集約利用、村鎮(zhèn)規(guī)劃和建立中心村，城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點用地有了大幅度的減少，有利于提高土地使用效益，交通用地的增長也很快。

3.6 土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整方案的討論

線性規(guī)劃模型優(yōu)化的土地利用結(jié)構(gòu)方案從社會發(fā)展、生態(tài)保護、宏觀計劃等多方面設(shè)立約束條件，從經(jīng)濟效益角度出發(fā)預(yù)測目標(biāo)函數(shù)，求取滿足社會效益、生態(tài)效益最佳條件下取得最大經(jīng)濟效益的規(guī)劃目標(biāo)年土地利用結(jié)構(gòu)。將現(xiàn)狀指標(biāo)與優(yōu)化結(jié)果比較，如下表所示:

表3現(xiàn)狀指標(biāo)與優(yōu)化結(jié)果有關(guān)指標(biāo)比較

實例研究表明，運用線性規(guī)劃法進行結(jié)構(gòu)調(diào)整后，人均耕地面積高于現(xiàn)狀;林地、牧草地占農(nóng)用地的比重更高，說明優(yōu)化后更注重生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，并且注重發(fā)展經(jīng)濟效益較高的畜牧業(yè);人均居民點用地雖然也大于國家標(biāo)準(zhǔn)，卻遠小于規(guī)劃目標(biāo)年的人均居民點面積。此外，從產(chǎn)出效益來看，此優(yōu)化方案在追求經(jīng)濟效益最大化的同時，考慮了社會效益、生態(tài)效益發(fā)展的要求，并且在對城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點用地的整理方面做了大量工作，相對而言是一種更有效的、具有可持續(xù)發(fā)展意義的最佳土地利用結(jié)構(gòu)。從資金投入來說，需要在居民點整理方面投入大量的物力、財力。

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