全 文 ：第 10卷 第 3期
2 0 0 2年 9月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco～Agriculture
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Sept．， 2002
延安农林牧土地结构阶段优化模式研究
徐 学选 高 鹏 王 炜
(西北农 林 科 技大 学 杨 陵 712100)
摘 要 利 用线 性 规划 方 法对 黄 土 丘陵 区农 林牧 用 地结 构 进行 洗 化模 式 设 计 ，以最 大 收入 为 目标 函数 ，在 生 态 、社
会效 益 需求 的约 束 下优 化 用地 结 牛句，非 生 产 罱地 、农 地 、林地 和牧 草地 分 别 为 13％ 、18％ 、32％和 37％ ；并 对 有政 寄
补 岵的 退耕 还 林(草 )的 20(}5年 阶段进 行 模 型选 优 ，该 阶段用 地 结构 为 18％ 、13％ 、34％和 35％，接 这 2 冼化模 式
运 行其 生 态 、社 会和经 济 效 益均 显著 增 长 ，这 对 西北 生 态农 业建 设 有 重要指 导意义 。
关 键词 线 性规 划 土 地 利用结 构 生 态农 业建 设
Optimizing two land use structures by linear programming in Yan’an region．XU Xue—Xuan，GAO Peng，W ANG W ei
(Northwestern Sci—Tech Unix ersity of Agriculture and Forestry，Yangling 712100)，( 1JEA，2002，10(3)：112～1l5
Abstract By using linear programming methods，the authors propose that the optimal land use structure with non—prod—
uct land，agricultural land，forestry land，pasture land is 13‘}6，18％ ，32％ and 37％ respectively．W ith the optimal land
use structure，the ecological，econom ic and social outcomes can be m ated wel1．Considering that the eco—agriculture cam
_
一
paign can be phased，the authors had worked out the 2005一year’S linear programmed land use structure in which non—
product land，agricultural land，forestry land，pasture land are 18％ ，13％ ，34％ and 35％ of the total land area respee—
tively The 2005一year’S land use model alsO has significant increase of eco—econom ic and social profits The two land use
structures can be extended in Loess Hil1 Region to advance the eco‘agriculture construction in northwest China
Key words Linear programming，Land use structure，Eco—agriculture construction
长期 以来黄 土高原地 区因土地 利用不合理 ，水 土流失加剧 ，生态环境 恶化 ，严重影 响其经 济的正常发 展 ，
导致生态经济 恶性循环 ，同时治理规划 的科 学性欠佳 ，规划 对农林牧用地 结构 、功能及效益 的优化协调不够 ，
一 些规划还存 在一定 片面性 和盲 目性 。本文运 用系统学 理论 和线性 规划方 法分 析 了延安 农林 牧用地 结构 ，
为合理实施黄 土丘陵 区生态环境 建设 提供理论 依据 。
1 土地资源与土地利用现 状
研 究 区属 黄土 丘陵 区第二 副 区 ，包 括 延 安 市 的宝 塔 、柳 林 、枣元 、万 花 和 河庄 坪 ，安 塞 县 的延 河 湾 、高
桥 、楼坪 等 7个乡镇 ，总土地 面积 1 162．21 km 。该 区地 处 暖温带半 干旱 区 向半 湿润 区的过 渡带 ，土地 类型
复杂 多样 ，土地 利 用 结 构 十分 复 杂 ，需 要 对 农 林 牧 用 地 结 构 进 行 优 化 设 计 。 目前 研 究 区 坡 耕 地 面 积 占
70％ 以上 ；坡 度组 成 中>5。的坡耕 地 占总土地 面 积的 90％ ～95％ ，>15。的坡 耕地 占总土 地面 积 的 70％～
90％ ，>25。的陡坡 地 占坡 地 面积 50％以上 ，水土 流失潜 在威 胁很 大 ；该 区农林 草结 构不 合理 ，农 地面 积
过大 ，草地 中人工 面积过 小 ，基本 农 田如 梯 田 、川地 、水 浇地所 占比例不 足农 地 的 1／4，人工 草地 面积 尚不 足
总土 地面积 的 l％。
2 土地利用最佳及 阶段优化模 型设计与建造
土地资源是农林 牧生产 的主要约束 条件 ，在一 定条件下 表现为 固定生 产力 (潜 势 )，其投 入产出在农业 生
产 中存在 线性关 系 ，土地利 用方式可 用线性规划 理论进行 优化 。
2．1 线性规划的数学模型
求 ．r．(J=l，2，3，⋯， ?)满 足条件 ：
* “十 五”国家科技攻关项 目“黄土高原中部水土保持型生态农业模式与技术研究”和中国科学院西部行动计划(KZCX02 06)共同资助
收稿 日期 ：200卜09—12 改 回 Et期 ：2001—10-30
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第 3期 徐学 选 等 ：延 安农 林牧 土地结 构 阶段 优 化模 式研 究
f∑ ≤b
< J：1
l ．≥0
并使 ：
f =∑ c
其 中公 式(1)为约束 条件 (限制 资源 )， ，为决策变量 (土地 类 型与 面积 )，为 目标 函数 ， 为投 入产 出系数
(技术 系数 ) 为利益 函数(效 益系数 )，b 为约束方程 右边项 (非负项 )。
2．2 土 地 利 用最 佳 与 阶段 优化 模 型 建造
人 口始终是 1个变数 ，大体可分 为近期 人 口(2005年 )和稳 定人 口(2030～2050年 ，人 口将 基 本稳定 )两
个阶段 ，加之可以预见国家将在 2005年以前保证粮食补助政策一致性 ，若以后粮食建立在 自给基础上其土
地利用 结构会有所 不 同 ，因此利用线性 规划法 ，按 2005年阶段模 式 和最佳 模式进 行 建造 。最佳 优化模 型参
数设计 中种植业 粮食生产潜势 采用邓 西平 潜 势 ，并以 0．8的潜势指标 实现率进行估计 ；草地 潜势 则 以穆 兴
民 研 究成 果 ，缓 坡 人 工 草 取 0．75的潜 势 实 现 率计 ，折 合 干 物 质 1．8万 kg／hm ，陡坡 天 然 草 则按 1000
kg／hm 计 ；林地生 产力 以生长 较好 的现实 生产力计算 参数 ，其他参数 见表 1。2005年阶段模 型优化设计 中其
林草生 产潜势实现 率均按 0．6计 算 ，其他 同最佳模 型参数 。 由于农林牧 优化结构模式 需要保证生 态 、经济 和
社会三 大效益最 佳协调 ，故确定 目标 函数时需 要兼顾 三大效 益 ，本研究将纯 收入作为土地 利用 结构调整 的 目
标函数 ，增加土壤侵蚀约束以兼顾生态效益 ，增加人口约束 、人均粮食约束、劳动力合理利用约束兼顾社会效
益 ，其 目标 函数为 ：
nlax~’= ：c ，x， (，=9，10，⋯，27，除 l2、l7外) (3)
侵 蚀约束方程 为 ：
> (、 ×X ／100≤ 6000~ ( =9，10，⋯，27，除 l2、17外) (4)
人 口增 长方程 为 ：
X2= 71022× (1十8％o)” (5)
表 1 延 安 农林 牧最 佳 优化 结构 模 式 及参 数 指标 体 系
Tab 1 Optim izing land use structures and its index system in Yan’an
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l14 中 国 生 态 农 业 学 报 第 l0卷
式中， 为第 年，最佳模型中人 12I为 8．74万人，2005年则为 7．39万人。劳动力约束(每劳动力每年劳动
日为 300d)为 ：
X3=100×Xz≥∑C × ( =9，10，⋯，27，除12、17外) (6)
粮食约束 为 ：
X =∑ c ×(X7～XJ+ )≥625X： ( =13，14，⋯，16) (7)
农业生产 的约束 条件分 析 以下 6个 方面 ，其 中土地 资源约束 ：
X1= Xl2+ X5+ X6+ X7+ X8≤ 116400 (8)
式 中 ，x 为总土地 面积 ，x：为总人 口数 ，x 为劳 动力 人 口，X 为总 粮食 产量 ，x 为 总农地 面积 ，x ：为农
耕地面积 ，x 为林地面积 ，x 为草地面积，x 为非生产用地，x 为果园地面积。
农耕地 面积 约束 ：
X12= X13+ X14+ X】5+ Xl6 (9)
Xl7= Xl8+ X19+ X20+ X2l (10)
X，> X ( = 12，13，⋯ ，16) (11)
式中，坝地 x 和水浇地 x 值参见文献[1，2]，农耕地包括粮用地和经济作物用地。
果 园地面积 约束 ：
X8= X9+ X10 (12)
X。≤ 0．35X 。 (13)
林地面积约 束 ：
X：2： 222000 (14)
X23≥ 100000 (15)
X5= X22+ X：，≤ 600000 (16)
草地 面积 约束 ：
X6= X24+ X25+ X26+ X27 (17)
(X2：+ X25)≥ (X2 + X26) (18)
(X25+ X27)≤ 1．5(X6+X26) (19)
(X26+X27)≥ 0．8(X24+X25) (20)
人工草种植 面积应有一定 界限 ，≥35。以上坡地 应配置 天然草 ；因土地类 型 中≥25。以上 陡坡 地 面积大 于
≤25。缓坡 地面积 ，故设条 件(18)，(19)，(20)。
总饲草约束 ：
0．5X31+ C 3 X ≥ 600X3。 (j= 9，22，23，24，25，26，27) (21)
式中 ，x 。为载畜羊单 位 ，600为 1个 羊单位 年饲草用量 (kg)，0．5为粮食秸秆 的饲草利用 系数 。
3 优化结构效益分析与结构调整
3．1 最佳优化结构与效益分析
根 据 线性 规划 计 算 机求 解 ，延 安 土地 利 用 的农 林 牧最 佳 优 化 方案 (见 表 1和表 2)中非 生产 用 地 、农 用
表 2 延安 2005年阶段与最佳农林牧用地结构 耕地 (包括 果 园 )、林 用 地 (包 括经
Tab．2 Two stage’s land use structures of study region 济林 )、草地 比例 为 13％、18％、
类 型 2005年模型Model in 2005 最佳模型Optimized model 32％和 37％ ，这 与 梁 一 民 等研
TYP。 面积比例／％ 收入比例／％收入／元‘人 面积比例／％ 收入比例／％收入朊 ‘人 究的 4者 土地 利用模 式 比例 为
。⋯ 。 t p。rcapit I 。 t 。 t p。rcapitaI 10％、20％、30％和 40％基 本相 一
— ——— ——— —— —— ——■ 一 致。最佳优化农林牧结构的生态
林 地 0 34 0 05 97 0 0 32 0 05 1453 效益 显 著 ，其 年 土 壤 侵 蚀 模 数 可
牧草地 0 35 0 20 465 2 0 37 0 37 164 降至 4800t／km ，其产生的社会效
总 计 0．82 1 O0 2278 1 0，87 1·00 3891 益包 括按照 该地 区粮 食 波 动系数
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0．8计算 ，该区稳定通过人均 500kg小康指标的粮食需求为 625kg，而模型计算达到 700kg，粮食供给是安全
的 ；劳动力需求 与供给达 到平 衡 ；农 林牧产 出效 益较协 调 ，果牧业 成 为支柱 产业 ，符 合该 区区情 与发 展方 向。
经济效益 为优化结构 产 出纯 收入 达人均 3891元 ，大大 高于当前人 均 1500元左右 的现实水平 ，具有 明显 的效
益驱动 ，有利于模型的实现 ；可产总饲草 4．82亿 kg，按每只羊单位 600kg的高标准计算 ，可饲养 80．34万只
羊单位 ，人均 9、2个羊单 位。
3。2 2005年阶段模型结构与效益评价
延 安 2005年阶段土地 利用结 构按 非生产 用 地 、农 用地 (包 括果 园 )、林 用地 (包括 经 济林 )、草 地 比例 为
18％、13％ 、34％和 35％，由于人 口在该 阶段较最佳模式 规模小 ，加上政 府有较 大量 退耕 粮保证 ，耕地面 积减
少幅 度 较 大 ，运 行 模 型 表 明 退 耕 是 可行 的 ，该 阶 段 模 型 目标 为 年 土 壤 侵 蚀 模 数 <6000t／km。，人 均 产 粮
500kg，人均 收入 2278元 。在 收入结构 中果业 成为突 出支柱产 业 ，畜牧 业迅速 发展 ，占总 收入 的 比重 可 升至
20％，农林牧 结构趋 于基 本合理 。人均 占有粮 (自产粮 与退耕补 助粮之和 )达到 625kg以上 ，满 足粮食 安全 的
小康标 准 。牧草秸 秆产量 为 1．46亿 妇 ，按每羊单位 550kg的较 高水平 计算 ，人均可养羊单 位 3．6个 。
参 考 文 献
l 焦 锋 ，杨勤科，雷会珠 土地资源动态监测系统—— 以延安安塞七分镇为例 水土保持研究，2000，7(2)：172～175
2 徐学选 ，蒋定生，高 鹏 延安生态农业建设中的水问题初步分析 水土保持研究 ，2000，7(2)：70～73
3 邓 西平 ，张成娥，王栓全等 延安 中尺度生态农业研究区域中不同土地类型粮食生产潜力的评估 水土保持学报，2000，6(5)：87～91
4 彭祥 林 ，贾恒 义 著 黄 土高 原草地 土壤 生 态 西 安 ：世 界 图书 出版社 ，1997．214～257
5 梁一 民，田均良，刘普灵 黄土高原中部丘陵区生态农业建设的模式研究．水土保持研究，2000，7(2)：30～33
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由著名小麦遗传育种学家、中国科学院院士庄巧生 、李振声先生作序，张正斌博士、研究员编著的《小麦
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要研究方向，系统地从性状数量遗传到染色体基因定位以及分子遗传和基 因工程方面介绍 了国内外研究成
果 ，即小麦农艺性状的遗传 ；小麦矮秆遗传 ；小麦抗病性遗传；小麦抗逆性遗传；小麦品质遗传 ；小麦阶段发育
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