嚴 超, 張安明, 石仁蓉, 郭歡歡, 郭棟梁, 榮慧芳

(1.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715; 2.安徽師范大學(xué) 國土資源與旅游學(xué)院, 安徽 蕪湖 241000;3.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院, 重慶 400020; 4.池州學(xué)院 資源環(huán)境學(xué)院, 安徽 池州 247100)

基于土地生態(tài)安全的黔江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化

嚴 超1, 張安明1, 石仁蓉2, 郭歡歡3, 郭棟梁1, 榮慧芳4

(1.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715; 2.安徽師范大學(xué) 國土資源與旅游學(xué)院, 安徽 蕪湖 241000;3.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院, 重慶 400020; 4.池州學(xué)院 資源環(huán)境學(xué)院, 安徽 池州 247100)

通過構(gòu)建黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價指標體系，對黔江區(qū)2005—2012年土地生態(tài)安全狀況進行了動態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上，采用灰色多目標規(guī)劃模型，以綜合效益最大化為目標，對黔江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。結(jié)果表明：(1) 黔江區(qū)土地生態(tài)安全水平由2005年的0.426 9上升到2012年的0.586 2，土地生態(tài)安全級由“較不安全”上升到“臨界安全”，土地生態(tài)安全水平還有待改善，需要對土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化；(2) 黔江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，土地生態(tài)安全等級由“臨界安全”級上升到“較安全”級，土地生態(tài)安全水平達到0.748 9；(3) 從優(yōu)化結(jié)果看，農(nóng)用地中耕地面積有所減少，園地、林地、其他農(nóng)用地都有所增加，建設(shè)用地中交通水利用地和其他建設(shè)用地增幅較大，其他土地中自然保留地面積有所減少。研究結(jié)果對黔江區(qū)提高土地利用綜合效益，維持土地生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡和持續(xù)利用以及經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

土地利用; 結(jié)構(gòu)優(yōu)化; 土地生態(tài)安全; 黔江區(qū)

土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整會對土地生態(tài)安全產(chǎn)生重要影響，是產(chǎn)生土地生態(tài)安全問題的重要因素，同時土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整又是保護土地生態(tài)安全的有效措施[1-4]。目前，土地利用結(jié)構(gòu)配置不合理引起的生態(tài)環(huán)境問題日益加劇，開展基于“生態(tài)理念”的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化已成為土地資源優(yōu)化配置的重要內(nèi)容之一。當前土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究主要體現(xiàn)在概念、優(yōu)化方法及模型和優(yōu)化角度等方面，在優(yōu)化方法及模型上，逐步由定性分析為主轉(zhuǎn)變?yōu)槎繛橹?，線性規(guī)劃模型[5]、多目標線性規(guī)劃模型[6]、模糊線性規(guī)劃模型[3]、灰色線性規(guī)劃模型[7]等逐漸被運用到優(yōu)化過程中，同時，隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展，基于GIS的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法也逐步得到應(yīng)用；在優(yōu)化角度上，由精明增長、土地需求為主的經(jīng)濟理念轉(zhuǎn)化為生態(tài)系統(tǒng)綠當量[4,8]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[9-10]、土地資源生態(tài)安全[3,11]、生態(tài)位[12-13]、低碳目標[14-15]及生物多樣性[16]為主的生態(tài)理念。以上研究極大地豐富了我國土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，但也存在以下不足之處：(1) 大多數(shù)學(xué)者側(cè)重土地利用類型和數(shù)量的優(yōu)化配置以實現(xiàn)經(jīng)濟效益或者生態(tài)效益的最大化，綜合效益考慮不足；(2) 優(yōu)化角度側(cè)重生態(tài)理念，土地生態(tài)系統(tǒng)是一個涉及自然、經(jīng)濟、社會等多方面的復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)從系統(tǒng)的整體性角度構(gòu)建土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。

重慶市5大功能分區(qū)將黔江區(qū)定位為渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)中的重點開發(fā)區(qū)，明確了今后黔江區(qū)的具體發(fā)展方向，當前黔江區(qū)正進入新型工業(yè)化和新型城鎮(zhèn)化全面推進和提速發(fā)展的大好時期，但是伴隨而來的是土地生態(tài)安全問題日趨明顯：如不合理的資源開發(fā)(礦山開采)引起的水土流失、植被破壞；化肥農(nóng)藥大量使用導(dǎo)致的土壤污染、廢棄物(地膜)導(dǎo)致的化學(xué)污染等。這些因素使全區(qū)土地生態(tài)安全受到重要威脅，因此，急需釆取及時有效的措施，是保證其土地生態(tài)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。鑒于此，本文以黔江區(qū)為研究對象，通過構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系，計算組合權(quán)重，運用綜合指數(shù)法，得出黔江區(qū)土地生態(tài)安全水平，基于土地生態(tài)安全評價結(jié)果，采用灰色多目標規(guī)劃模型，以綜合效益最大化為目標，對黔江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以期為黔江區(qū)土地資源的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，也可為類似區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)控提供借鑒。

1 研究概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黔江區(qū)位于重慶市東南部，處武陵山區(qū)腹地，地跨東經(jīng)108°28′—108°56′，北緯29°4′—29°52′，東臨湖北省咸豐縣，西接彭水縣，南連酉陽縣，北接湖北省利川市，素有“渝鄂咽喉”之稱。區(qū)內(nèi)山脈河流走向近似平行，由東北向西南傾斜，呈“六嶺五槽”地貌，平壩星落其間。氣候?qū)僦衼啛釒駶櫺约撅L(fēng)性氣候，年均降水量為1 200.3 mm；植被為亞熱帶常綠闊葉林，森林覆蓋率達53.4%；下轄6個街道、12個建制鎮(zhèn)以及12個鄉(xiāng)，土地總面積為2 392 km2。2012年年末全區(qū)戶籍人口54.51萬人，常住人口44.91萬人，城鎮(zhèn)化率達42.53%；全年地區(qū)生產(chǎn)總值147.95億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比調(diào)整為10.5∶56.2∶33.3。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)主要來源于統(tǒng)計資料和各部門的相關(guān)規(guī)劃：

(1) 統(tǒng)計資料。統(tǒng)計年鑒包括《黔江區(qū)統(tǒng)計年鑒》、《重慶市統(tǒng)計年鑒》；黔江區(qū)相關(guān)年份土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)；相關(guān)公報如《重慶市2012水保公報》、《重慶市水資源公報》、《黔江區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《黔江區(qū)政府工作報告》等。

(2) 各部門的相關(guān)規(guī)劃、文件、調(diào)查報告及會議記錄。如《黔江區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)》、《黔江區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)中期評估》、《重慶市黔江區(qū)“十二五”生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護規(guī)劃》、《重慶市黔江區(qū)“十二五”旅游發(fā)展思路》、《重慶市黔江區(qū)城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2013—2020)》、《重慶市黔江區(qū)水土保持規(guī)劃(2006—2025)》、《重慶市黔江區(qū)(2012—2016年)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《重慶市黔江區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要(2011—2015年)》等。

2 黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價

2.1 構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系

本文借鑒“PSR”模型和“自然—社會—經(jīng)濟”模型的優(yōu)點，參考相關(guān)研究成果[17-19]，結(jié)合黔江區(qū)實際情況(水土流失、土地污染嚴重等)。從生態(tài)負荷、生態(tài)保護、生態(tài)功能及生態(tài)經(jīng)濟4個方面選取評價指標，主要包括水土流失率、化肥使用量、農(nóng)藥使用量、地膜使用量等22個黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價指標體系(表1)，另外，依據(jù)絕對確定法和相對確定法制定出黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價指標基準值。

2.2 指標標準化和權(quán)重計算

2.2.1 指標標準化 由于土地生態(tài)安全評價各指標的量綱不一致，需要對指標進行無量綱化處理。為此，本文采用極差法對各指標進行標準化處理，其方法如下：

式中：xi為某項評價指標的實際觀測值；xmax，xmin為時間序列內(nèi)該項指標的最大值與最小值;pi為標準化后該項指標的實際評價值。

表1 黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價指標體系

評價指標經(jīng)標準化處理后，其數(shù)值為0～1。其中，0表示時間序列內(nèi)某一年的某一指標和其他年份的同一指標相比處于更差的狀態(tài)；1表示時間序列內(nèi)某一年的某一指標和其他年份的同一指標相比處于更佳的狀態(tài)。2.2.2 權(quán)重計算 權(quán)重的確定方法主要分為兩種，一種是以層次分析法為代表的主觀賦權(quán)法；另一種是以熵權(quán)法、主成分分析法為代表的客觀賦權(quán)法，本文基于兩者的優(yōu)點，將層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合，對黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價指標進行主客觀賦權(quán)，確定組合權(quán)重[20]。

2.3 評價模型 建立土地生態(tài)安全評價模型

式中：P為土地生態(tài)安全綜合指數(shù)；Si為單項指標的生態(tài)安全指數(shù)；p(xi)為第i個指標生態(tài)安全指數(shù)；Wi為各單項指標權(quán)重。

2.4 評價標準的確定

根據(jù)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，參考國內(nèi)外有關(guān)標準和已有的相關(guān)研究成果[17-19]，以非等間距的方式確立黔江區(qū)5級土地生態(tài)安全評判標準(表2)。其中生態(tài)安全值越大，表明區(qū)域土地生態(tài)安全狀況就越好；反之就越差。

表2 土地生態(tài)安全評價標準

2.5 評價結(jié)果與分析

根據(jù)上述所闡述的綜合評價法及步驟，通過對單項指標逐一計算，得到2005—2012年黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價結(jié)果(表3)。

通過對研究區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)的計算(表3)，黔江區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)由2005年的0.426 9上升到0.586 2，呈上升趨勢，土地生態(tài)安全狀況有所改善，土地生態(tài)安全等級由“較不安全”級上升到“臨界安全”級，對其計算結(jié)果具體分析如下：

(1) 近年來，土地生態(tài)保護的重要性日益受到全區(qū)各界的重視，全區(qū)認真落實《重慶市黔江區(qū)創(chuàng)建國家環(huán)境保護模范城市規(guī)劃》、《重慶市黔江區(qū)“十二五”生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護規(guī)劃》，積極推進退耕還林工程、森林工程建設(shè)，落實武陵山市級自然保護區(qū)、小南海濕地保護與恢復(fù)建設(shè)項目和阿蓬江國家級濕地公園建設(shè)，加強森林、濕地、生物多樣性保護；另外，全區(qū)開展重點流域生態(tài)環(huán)境綜合治理項目和水土保持項目，加大重點區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害治理力度，加強礦區(qū)環(huán)境管理與治理，促進生態(tài)恢復(fù)；這些措施的有力實施使得全區(qū)土地生態(tài)安全狀況有所好轉(zhuǎn)。

表3 2005-2012年黔江區(qū)土地生態(tài)安全評價綜合指數(shù)

(2) 黔江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和生態(tài)保護的需要也發(fā)生了很大的變化，一系列的生態(tài)安全問題也因土地利用結(jié)構(gòu)和方式的轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生，社會經(jīng)濟發(fā)展、土地利用結(jié)構(gòu)和方式、土地生態(tài)安全之間存在緊密的關(guān)系。

(3) 全區(qū)當前面臨的土地污染、水土流失等問題并沒得到解決，說明在未來幾年，生態(tài)負荷仍有逐步提升趨勢。

綜上所述，黔江區(qū)2012年土地生態(tài)安全等級為“臨界安全”級，處于生態(tài)問題較多的土地利用狀態(tài)。按照土地生態(tài)安全評判標準中的級別要求，如果在2020年黔江區(qū)土地利用達到“較安全”或者“安全”等級，有必要加強生態(tài)環(huán)境保護和建設(shè)用地的安排，對全區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)整，以保證其土地利用在滿足經(jīng)濟、社會發(fā)展的同時，滿足生態(tài)安全的要求。

3 黔江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)控

3.1 優(yōu)化總體思路

本文根據(jù)黔江區(qū)土地利用現(xiàn)狀和社會經(jīng)濟發(fā)展需求設(shè)置變量建立約束條件，并構(gòu)建基于經(jīng)濟效益、生態(tài)效益及社會效益3個目標函數(shù)，根據(jù)專家建議值確定各目標函數(shù)權(quán)重系數(shù)，得到綜合效益的多目標規(guī)劃模型，應(yīng)用LINGO 11.0軟件，得到優(yōu)化方案。

3.2 調(diào)控變量設(shè)置

根據(jù)黔江區(qū)土地利用特點以及土地利用總體規(guī)劃的要求，共設(shè)置了12個變量：耕地(x1)、園地(x2)、林地(x3)、牧草地(x4)、其他農(nóng)用地(x5)、城鎮(zhèn)用地(x6)、農(nóng)村居民點用地(x7)、采礦用地(x8)、交通水利用地(x9)、其他建設(shè)用地(x10)、水域(x11)、自然保留地(x12)。其中，其他建設(shè)用地包括風(fēng)景名勝、特殊用地及鹽田；水域包括河流水面、湖泊水面及灘涂；自然保留地(冰川及永久積雪、沼澤地、荒草地、鹽堿地、沙地、裸地、高原荒漠、苔原等)。

3.3 目標函數(shù)的建立

3.3.1 經(jīng)濟效益目標函數(shù) 土地不僅直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益，而且也是社會經(jīng)濟發(fā)展的載體，支撐經(jīng)濟發(fā)展是土地利用的重要作用，而追求經(jīng)濟效益則是土地利用的主要目標之一。所以土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要目標就是土地利用的經(jīng)濟效益最大化，這也是生態(tài)經(jīng)濟追求的目標，并確定目標決策函數(shù)。

式中：ei為目標年各項用地單位面積的經(jīng)濟產(chǎn)出。

本文結(jié)合前人研究方法，采用相對權(quán)益系數(shù)法來估算各項用地的單位經(jīng)濟產(chǎn)出，單位經(jīng)濟產(chǎn)出以目標年黔江區(qū)GDP值來表征。首先，確定各土地利用類型的相對權(quán)益系數(shù)。根據(jù)前人研究成果和2012年黔江區(qū)各項用地的經(jīng)濟產(chǎn)出，確定2020年黔江區(qū)各項用地的相對權(quán)益系數(shù)：

wi=(0.013，0.011，0.008，0，0，0.253，0.147，0.212，0.226，0.130，0)

第二步，確定2020年黔江區(qū)各類用地的單位經(jīng)濟產(chǎn)出。選用耕地效益2020年的預(yù)測值來確定常數(shù)，然后乘以各地類的相對權(quán)數(shù)求得目標年相應(yīng)的面積單位上的產(chǎn)出效益。根據(jù)黔江區(qū)歷年的耕地產(chǎn)出效益數(shù)據(jù)采用GM(1，1)預(yù)測得到2020年單位面積耕地產(chǎn)出效益為4.079 0萬元，k×0.013=4.0790，k=313.77。即相應(yīng)求得其他地類單位面積經(jīng)濟產(chǎn)出。另外，考慮到模型計算的需要，因牧草地、其他農(nóng)用地、自然保留地對目標函數(shù)值的影響極小，故把它們的單產(chǎn)定為0.000 1。

ei=(4.0790，3.4515，2.5102，0，0，79.3836，46.1241，66.5191，70.9119，40.7900，3.1377，0)

通過計算各項用地的單位經(jīng)濟產(chǎn)出，可以得出土地利用經(jīng)濟效益目標函數(shù)。maxf1(x)=4.0790x1+3.4515x2+2.5102x3+0.0001x4+0.0001x5+79.3836x6+46.1241x7+66.5191x8+70.9119x9+40.7900x10+3.1377x11+0.0001x12

3.3.2 生態(tài)效益目標函數(shù) 生態(tài)效益，關(guān)系到人類生存發(fā)展的根本利益和長遠利益。目前計算生態(tài)效益方法主要有生態(tài)服務(wù)價值、生態(tài)綠當量、生態(tài)足跡等。本文中研究區(qū)土地利用的生態(tài)效益采用土地利用生態(tài)服務(wù)價值來表示，根據(jù)Costanza等[21]、謝高地等[22]、孫宇毅[23]關(guān)于生態(tài)服務(wù)價值的研究成果，并結(jié)合黔江區(qū)的實際情況，最終確定黔江區(qū)各地類單位面積的生態(tài)服務(wù)價值(表4)。

表4 黔江區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表 萬元/hm2

因此，各類用地的生態(tài)效益目標函數(shù)為

maxf2(x)=2.75x1+7.90x2+9.89x3+1.29x4-2.14(x6+x7+x8+x9+x10)+8.17x11+0.07x12

3.3.3 社會效益目標函數(shù) 社會效益主要指確定的土地利用結(jié)構(gòu)方案要有利于促進區(qū)域社會的發(fā)展和全面進步，由于社會效益很難形成最大化或最小化的目標函數(shù)，本文將經(jīng)濟效益、生態(tài)效益最大化時，社會效益也最大化。

3.4 約束條件的建立

為體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全理念，結(jié)合黔江區(qū)土地生態(tài)環(huán)境的特點，確定下述約束方程，其約束系數(shù)和約束常數(shù)釆用趨勢預(yù)測法、回歸分析法、綜合分析法等多種方法綜合確定。

3.4.1 土地總面積約束 調(diào)控前后黔江區(qū)土地總面積(hm2)保持不變，即

x1+x2+…+x12=239185.14

3.4.2 農(nóng)用地約束

(1) 耕地約束。根據(jù)《黔江區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020)》確定的耕地保有量，同時考慮到經(jīng)濟發(fā)展的需要可能會占用部分耕地，因此，采用耕地保有量不低于50 470.00 hm2。即：

x1≥50470

黔江區(qū)位于武陵山區(qū)腹地，山地面積占全區(qū)土地總面積的95%，導(dǎo)致陡坡耕地面積大，25°以上耕地面積26 004.3 hm2，坡耕地易引起水土流失。因此，原則上，對25°以上坡耕地進行退耕還林還草。還林就種經(jīng)濟林，還草就種中藥材。即：

33711.09≤x1≤59715.39

(2) 園地約束。根據(jù)未來發(fā)展規(guī)劃，將大力發(fā)展獼猴桃、藍莓、地牯牛、珍珠蘭茶葉等茶葉基地。園地面積將不少于2012年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)的園地面積，即：

2289.10≤x2≤4065.70

(3) 林地約束。根據(jù)《重慶市黔江區(qū)“十二五”生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護規(guī)劃》黔江區(qū)將堅持不懈地抓好天然林資源保護、退耕還林、長防林三期工程等生態(tài)體系重點項目，勢必要增加林地面積，預(yù)計2020年森林覆蓋率達到61%。即：

138569.81≤x3≤145902.94

(4) 牧草地約束。由于黔江區(qū)生態(tài)脆弱，容易發(fā)生水土流失和石漠化，根據(jù)黔江區(qū)牧草地資源現(xiàn)狀和后備資源條件，今后全區(qū)不宜擴大畜牧業(yè)發(fā)展，因此牧草地數(shù)量將保持基本不變。

x4≥0

(5) 其他農(nóng)用地約束。隨農(nóng)田水利設(shè)施等的不斷建設(shè)完善，未來其他農(nóng)用地面積將有所增加，大于現(xiàn)狀面積，因此：

x5≥11227.05

3.4.3 建設(shè)用地約束

(1) 城鎮(zhèn)用地約束。根據(jù)《黔江區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)中期評估報告》截至2012年末，全區(qū)城鎮(zhèn)用地3 019.87 hm2，與2020年規(guī)劃目標2 576.28 hm2相比，超出443.59 hm2。但其中包括二調(diào)中將原為農(nóng)村居民點用地、林地、耕地等10.76 km2土地調(diào)整為城鎮(zhèn)建設(shè)用地。在鄉(xiāng)級規(guī)劃編制階段，為達到控制性指標要求，將部分城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)劃為耕地、林地等地類。在后續(xù)變更調(diào)查中，2011年度還原3.06 km2，2012年度還原2.23 km2，合計已還原5.29 km2，還有5.47 km2建設(shè)用地未還原，現(xiàn)狀與規(guī)劃不一致。因此，結(jié)合鎮(zhèn)用地預(yù)測，即：

x6≤3022.02

(2) 農(nóng)村居民點用地約束。根據(jù)《黔江區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)中期評估報告》，截至2012年末，全區(qū)農(nóng)村居民點面積為6 782.14 hm2，與2020年規(guī)劃目標5 318.30 hm2相比多1 463.84 hm2，超出27.52%。

依據(jù)《規(guī)劃》，至規(guī)劃期末，土地復(fù)墾新增耕地280.50 hm2。根據(jù)2006—2012年黔江區(qū)農(nóng)村土地整治臺賬，截至評估時點，黔江區(qū)累計實施農(nóng)村建設(shè)用地復(fù)墾項目80個(已竣工驗收)，累計補充耕地280.87 hm2，目標完成率為100.13%。但與2012年變更數(shù)據(jù)庫與規(guī)劃數(shù)據(jù)庫進行疊加分析，全區(qū)規(guī)劃復(fù)墾農(nóng)村居民點到評估時點已實施并變更的規(guī)模為14.69 hm2，僅占規(guī)劃規(guī)模的5.24%，說明農(nóng)村居民點實際復(fù)墾范圍與規(guī)劃復(fù)墾范圍存在差距。

因此，隨農(nóng)村居民點中閑置、空閑及廢棄地的整理復(fù)墾和城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加掛鉤政策的推行，未來農(nóng)村居民點用地將呈現(xiàn)不斷減少的趨勢。

x7≤6782.14

(3) 采礦用地約束。規(guī)劃至2020年采礦用地規(guī)模不能超過163.11 hm2。

x8≤163.11

(4) 交通水利用地約束。未來幾年黔江區(qū)要相繼完成黔恩高速公路、舟白機場續(xù)建、黔張常鐵路、黔江火車站戰(zhàn)場擴、黔恩鐵路、黔畢昭鐵路、舟白至咸豐省際聯(lián)網(wǎng)路、黔萬高速公路、黔江至利川二級路等交通項目及瓦窯堡水庫、三峽庫區(qū)中部灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目、老窖溪水庫等水利項目。共計需用地348.78 hm2。

1434.55≤x9≤1783.33

(5) 其他建設(shè)用地約束。未來幾年，黔江區(qū)將相繼完成小南海景區(qū)建設(shè)項目、武陵仙山風(fēng)景區(qū)配套設(shè)施、阿蓬江生態(tài)旅游帶項目、灰千梁原始森林度假區(qū)項目等重點旅游建設(shè)項目，需用地112.5 hm2。

540.32≤x10≤652.82

3.4.4 其他土地約束

(1) 水域約束。水域具有重要的生態(tài)維護功能，《黔江區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》規(guī)定2020年水域面積達到3 875.20 hm2，考慮到全區(qū)今后的發(fā)展，水域面積基本保持原狀。

x11=2991.65

(2) 自然保留地約束。依據(jù)黔江區(qū)實際，為實現(xiàn)土地高效利用，全區(qū)自然保留地面積將進一步被開發(fā)，土地利用率將提高，其他土地面積將減小。

x12≤15332.69

3.4.5 數(shù)學(xué)模型約束要求 決策變量非負，即：

xi≥0;i=1,2,3,…,12

3.5 優(yōu)化結(jié)果與分析

根據(jù)上述目標函數(shù)和約束方程，運用LINGO 11.0軟件，求取滿足條件的最大解，從而對全區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果見表5。

從表5可以看出各地類主要呈現(xiàn)以下幾個特征：

(1) 農(nóng)用地中耕地面積有所減少，園地、林地、其他農(nóng)用地都有所增加。耕地減少主要是部分大于25°耕地退耕還林；園地面積有所增加，較現(xiàn)狀增加976.60 hm2，園地面積的增加對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)民收入增加和活躍農(nóng)村經(jīng)濟等均起到積極的推動作用；林地面積較現(xiàn)狀增加6 333.13 hm2，對提高森林覆蓋率和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境起到有利的推動作用；另外，根據(jù)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施等完善其他農(nóng)用地會相應(yīng)增長。

表5 黔江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

(2) 建設(shè)用地中，交通水利用地增幅最大，凈增348.78 hm2，主要是加快完善全區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；其他建設(shè)用地增幅較大，凈增加112.50 hm2，主要是加快了旅游業(yè)的發(fā)展。城鄉(xiāng)建設(shè)用地由2012年的4.21%下降到了2020年的3.98%，主要是由于農(nóng)村居民點復(fù)墾和采礦用地復(fù)墾等。

(3) 其他土地自然保留地的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益均較低。基于實現(xiàn)綜合效益最大化的條件約束下，自然保留地面積有所減少。

黔江區(qū)土地利用優(yōu)化配置的目標是保障和維護區(qū)域土地生態(tài)安全，實現(xiàn)自然經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，通過與2012年現(xiàn)狀進行比較，再次應(yīng)用土地生態(tài)安全評價模型進行計算，優(yōu)化后的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)由2012年的0.586 2提高到0.748 9，處于較安全等級?？梢妰?yōu)化后的土地利用模式更有利于保障和區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)健康運轉(zhuǎn)。

4 結(jié) 論

(1) 本文在全區(qū)土地生態(tài)安全評價的結(jié)果上，采用灰色多目標線性規(guī)劃模型對全區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)整，使得全區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)控在耕地保護的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化了農(nóng)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適當提高了園地和林地的比重；高效節(jié)約集約利用建設(shè)用地，適度增加城鎮(zhèn)、交通水利及風(fēng)景名勝用地，積極推進農(nóng)村居民點復(fù)墾；合理開發(fā)自然保留地，提高土地利用效率，有效維護土地生態(tài)。

(2) 優(yōu)化調(diào)控后的黔江區(qū)土地生態(tài)安全水平由“臨界安全”上升到“較安全”級，表明優(yōu)化后的土地利用結(jié)構(gòu)有利于促進土地生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟社會系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，基于土地生態(tài)安全評價的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)控具有可取性。

(3) 突破規(guī)劃理論框架約束，因地制宜進行土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化。黔江區(qū)截至2012年底仍有26 004.3 hm2大于25°的耕地，本文土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整是在確保50 470 hm2的耕地保有量前提下，將部分大于25°的耕地退耕還林的，并沒有突破規(guī)劃理論框架。

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LandUtilizationStructureOptimizationinQianjiangDistrictBasedonLandEcologicalSecurity

YAN Chao1, ZHANG Anming1, SHI Renrong2, GUO Huanhuan3, GUO Dongliang1, RONG Huifang4

(1.SchoolofGeographicalScience,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China; 2.CollegeofTerritorialResourcesandTourism,AnhuiNormalUniversity,Wuhu，Anhui241000,China; 3.ChongqingLandResourcesandHousingSurveying&PlanningInstitute,Chongqing400020,China; 4.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,ChizhouUniversity,Chizhou247100,China)

By constructing the Qianjiang District land ecological security evaluation index system, the analysis of the land ecological security of the city from 2005 to 2012 was made according to the evaluation standards. Based on this, using the grey multi-objective programming model, with comprehensive benefit maximization as the goal, the land use structure of Qianjiang District was optimized. The results showed that: (1) Qianjiang District land ecological security level was on the rise, land ecological security composite index increased form 0.426 9 in 2005 to 0.586 2 in 2012, the security level rose from level ‘relative unsafety’ to ‘critical safety’, indicating that land ecological security level remains to be improved, and it is necessary to optimize the land use structure; (2) after optimizing land use structure, the land ecological security composite index reached up to 0.748 9, land ecological security level changed from ‘critical security’ up to ‘safer’ class; (3) from the optimization results, arable land in farmland will decrease, and area increase will also occur on woodland and garden, in construction land, land for transportation and water-control structures and other construction land will increase, in other land, the natural reservation area will decrease. The results of the study has important practical significance to improve comprehensive benefit of land use, maintain the balance of the ecosystem and sustainable utilization of land and the economic and social sustainable development.

land use; structure optimization； land ecological security evaluation； Qianjiang District

2015-12-24

：2016-07-11

國土資源部公益性行業(yè)專項“內(nèi)陸開放區(qū)土地規(guī)劃和監(jiān)管技術(shù)研究與示范”(201311006);安徽省社科規(guī)劃項目(AHSKQ2015D24)

嚴超(1989—),男,安徽安慶人,碩士研究生,研究方向為土地利用與國土規(guī)劃。E-mail:ycanqing@sina.com

張安明(1964—),男,重慶合川人,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事土地利用與國土規(guī)劃研究。E-mail:xszam@126.com

F301;X826

：A

：1005-3409(2017)03-0270-07