抚仙湖流域土地利用结构优化研究

(玉溪师范学院 地理与国土工程学院，云南 玉溪 653100)

土地作为人类生存必不可少的生产资料.随着社会经济发展及城市化水平的提高，人类对土地资源利用的深度和广度不断增加，土地利用的安全问题不断显现[1～4]，逐渐威胁到人类的可持续发展.为此，本文以抚仙湖流域为例，在分析研究区土地利用存在问题的基础上，采用灰色线性规划法，以经济效益、社会效益、生态效益最大化为目标，对抚仙湖流域土地利用数量结构进行优化,为改善区域土地生态安全状况、促进资源可持续利用提供依据.

1 研究区域概况及数据来源

1.1 研究区域概况

抚仙湖位于云南省玉溪市东北部，地处长江流域和珠江流域的分水岭，是我国第二大深水湖泊，具有饮用水源、渔业、工农业用水、旅游等功能，是当地经济发展的重要基础[5].流域面积155 066.64 hm2，辖玉溪市三县(区)，10乡镇.人口稠密，农业农村面源污染突出，旅游业的无序发展及城市规模持续扩大均给流域生态安全带来压力.加之，地处水土流失显著和易石漠化的喀斯特山区，自然环境脆弱，生态问题不断显现，对区域可持续发展构成巨大威胁.目前土地利用中存在的问题主要有：

(1)土地农转非速度快，粮食安全受到威胁.近十年间随着人口的增加、城市化进程加快及二三产业的迅速发展，抚仙湖流域农业用地转为非农用地的面积不断增加，人均耕地面积由2000年的0.75亩/人下降至2014年的0.56亩/人，给区域粮食、生态安全构成威胁.

(2)人口持续增加，人地矛盾突出.2014年抚仙湖流域共30.7万人，人口自然增长率5.42‰，人口密度199 人/km2，其中凤麓镇人口密度达2 439.29 人/km2，人口的过度集中加剧了人类对土地的干预强度，人地矛盾突出.

(3)坡耕地面积广，自然灾害频发.本区海拔均在1 700 m以上，坡耕地面积占耕地总面积71%，耕种难度大；旱涝、霜冻等自然灾害严重，平均每年作物受灾面积80多万亩，造成直接经济损失3 000余万元，加之地质灾害隐患点数量多给土地安全构成威胁.

(4)土地利用模式粗放，产出效益低.流域工农业增长模式粗放，土地非农化速度大于城市化增长速度，化肥和农药使用量逐年增加使耕地板结化、酸化严重，工业以磷化工、食品、造纸、煤炭等初级生产为主，产出效益低下，土地集约利用水平低.

1.2 数据来源

本文土地利用数据来自2014年江川区、华宁县及澄江县的土地利用变更数据和详查数据，社会经济数据来自各统计年鉴及实地调研所得.本文土地利用分类系统采用1984年《土地利用现状调查技术规程》分类系统，将研究区土地分为耕地(x1)、园地(x2)、林地(x3)、牧草地(x4)、城镇村庄及工矿用地(x5)、交通用地(x6)、水域(x7)及未利用土地(x8)8个一级类，土地优化变量据此设置为8个.

土地优化的起始数据为2014年流域各类土地利用数据，优化目标年为2020年.

2 研究方法

本文采用灰色线性规划法[6]对抚仙湖流域土地利用结构进行优化,为改善区域土地生态安全状况，促进资源可持续利用提供依据.

2.1 目标函数的确立

(1)经济效益目标函数确立.采用熵权法和综合指数法计算出2014年各类用地单位面积经济产出，在此基础上采用GM(1,1)目标函数预测2020年抚仙湖流域各土地利用类型单位面积上的经济产出效益,以此作为变量系数，建立区域土地利用经济效益最大化目标下流域土地利用合理结构，计算公式为：

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

(2)社会效益目标函数确立.采用劳动力就业率、粮食安全两个指标进行衡量，在计算出2014年各类用地单位面积社会效益基础上，预测2020年抚仙湖流域各土地利用类型单位面积上的社会效益,以此作为变量系数，建立区域土地利用整体社会效益最大化目标下流域土地利用合理结构，计算公式为：

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

(3)生态效益目标函数确立.采用土地生态系统服务价值作为各用地类型生态效益的变量系数，值可通过Costanza生态系统服务价值模型和谢高地提出的修正方法进行计算获得，进而得出土地利用生态效益目标函数：

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

2.2 约束条件的建立

为实现土地可持续利用，结合抚仙湖流域土地生态环境特征，设立下述约束方程，并采用趋势外推和回归分析法计算方程相关系数.

(1)土地总面积约束.2014～2020年间,抚仙湖流域土地总面积保持不变，因此到2020年区域各类用地面积之和仍为155 066.64 hm2，即

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

(2)耕地约束条件建立.根据相关区县土地利用总体规划确定的耕地保有量、人口增长对粮食的需求状况、经济发展与生态建设导致的耕地流失、土地整理补充耕地量、退耕还林等，预测2020年抚仙湖流域耕地保有量最低值为37 707.53 hm2，最高值为40 395.87 hm2，即：

37 707.53 hm2≤x1≤403 95.87 hm2

(3)园地约束条件建立.为保持抚仙湖Ⅰ类水质，有效控制和减少农业农村面源污染，近年来，流域加快农业产业结构调整步伐，鼓励农户栽种蓝莓、荷藕等作物，发展大樱桃、景观苗木、中药材种植等生态农业[7].预测到2020年抚仙湖流域园地面积有所增加，即：

x2≥1 320.20 hm2

(4)林地约束条件建立.根据《玉溪市贯彻落实省委省政府环境保护督察反馈意见问题整改方案》，到2020年全市森林覆盖率达58.4%，林地面积将在现有基础上大幅增加，即：

x3>59 022.72 hm2

(5)牧草地约束条件建立.根据抚仙湖流域近十年牧草地发展状况及土地利用总体规划所确定的牧草地保有量，2020年流域牧草地面积变动不大，仍维持现有的171.70 hm2，即：

x4=171.70 hm2

(6)城镇村庄及工矿用地约束条件建立.根据《玉溪市城乡总体规划(2016-2035年)》的部署实施，预计到2020年玉溪市城镇化率将达60%，城镇用地将在现有基础上增加10%，村庄用地根据农村人口预测数据和人均用地标准计算也将有所增加.此外，按照《云南省矿产资源总体规划(2016—2020年)》的要求，保护区内严禁新设采矿权，加快“三湖”流域非煤矿山转型升级或淘汰关闭，完成径流区矿山生态修复工程，采矿用地将有所减少.因此，城镇村庄及工矿用地面积为：

5 400.82 hm2≤x5≤7 494.94 hm2

(7)交通用地约束条件建立.抚仙湖流域交通基础设施建设未来以建设为主，养护、运输、管理、服务协调推进，充分发挥区位优势，不断加大投入力度，以澄江县为代表构建的“三环六联多辐射”综合交通体系将促使公路交通运输基础设施加速成网.此外，继续按照习近平总书记提出的“四好农村路”的指示精神，不断完善农村公路安保工程，提升路网结构.这些举措均会促使交通用地在现有基础上的增加，即：

1 970.57 hm2≤x6≤2 509.68 hm2

(8)水域约束条件建立.根据抚仙湖流域近年来水域变动状况及土地利用总体规划所确定的水域保有量，2020年流域水域面积不变，仍维持现有的23 237.29 hm2，即：

x7=23 237.29 hm2

(9)未利用土地约束条件建立.结合未利用土地近几年的开发状况，预计到2020年，因经济发展、耕地整理、生态保护等占用会导致未利用土地减少5 917.16 hm2.另一方面，根据湿地保护的要求，到2020年抚仙湖流域自然湿地保护率达45%，仙湖北岸广龙片区水源保护及湿地综合整治，可增加未利用土地的面积.因此，未利用土地面积将控制在18 224.92 hm2～2 414 208.11 hm2之间，即：

18 224.92 hm2≤x8≤24 142.08hm2

3 优化结果与分析

根据上述目标函数及约束条件，采用灰色线性规划法，计算出在满足经济效益、社会效益和生态效益最大化基础上的土地利用最优结构(表1).

表1 抚仙湖流域2020年土地利用优化方案

由此可见，耕地和未利用土地的面积有所减少.耕地面积从2014年的39 255.87 hm2减少到2020年的39 052.1 hm2，减少主要原因是社会经济发展的占用及≥25°坡耕地的退耕还林.未利用土地面积由2014年的24 142.08 hm2下降调整至2020年的18 224.92 hm2，调整的方向主要是耕地补充、植树造林和城镇、交通的发展.园地、林地、城镇村庄及工矿用地、交通用地的面积有所增加.其中，林地面积增幅最大，与2014年相比，2020年抚仙湖流域林地面积增加至64 172.36 hm2，增幅为3.32%，这将对提高区域森林覆盖率，保障生态环境安全起到积极的推动作用；园地面积增加了591.83 hm2，对进一步实现流域农业产业结构调整、减少农业面源污染、增加农民收入提供了用地保障；随着区域人口增加、社会经济发展水平的提高，城镇村庄及工矿用地的用地需求也将有所增加，同时，村庄整治和矿区治理会使该类用地有所减少，总体来看增加量大于减少量，到2020年城镇村庄及工矿用地增加到6 259.59 hm2；交通用地增加了66.08 hm2，这对加快区域综合交通基础设施建设提供用地保障；牧草地和水域保持不变.

表2 土地利用综合效益评价指标体系

结合上文所构建的土地利用经济效益、社会效益和生态效益评价指标(表2)，采用综合指数法分别求取2014年、2020年抚仙湖流域土地利用综合效益.计算结果显示，抚仙湖流域土地利用综合效益由2014年的0.58提高到2020年的0.71，由此可见优化后的土地利用结构更为合理，更有利于保障流域生态安全和可持续发展.

4 结 论

(1)文章采用灰色线性规划法，以经济效益、社会效益、生态效益最大化为目标，对抚仙湖流域土地利用数量结构进行优化.与2014年相比，园地、林地、城镇村庄及工矿用地、交通用地面积有所增加，耕地和未利用地的面积有所减少，牧草地和水域保持不变.

(2)优化后的土地利用综合效益有显著提高，综合效益值由2014年的0.58提高到2020年的0.71，表明优化后的土地利用结构更为合理，更有利于保障流域生态安全和可持续发展，优化结果有一定的可取性.

(3)为提高土地利用综合效益，不仅要对土地利用数量结构进行优化，而且还要明确所变动的土地具体发生的地理位置，即需对土地利用空间结构进行优化，实现土地利用优化方案的定量与定位，这将是下一步研究的重点.