【摘要】：農(nóng)業(yè)水土資源是維持社會經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展的重要資源,是保障糧食生產(chǎn)安全的關(guān)鍵因素。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的不斷發(fā)展,農(nóng)業(yè)水土資源受到的干擾日益增強,引發(fā)的農(nóng)業(yè)水土資源系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境問題日益增多,前景不容樂觀。建三江管理局是我國重要的糧食儲備基地和商品糧生產(chǎn)基地。在高強度農(nóng)業(yè)開發(fā)的影響下,地下水水位下降、農(nóng)業(yè)面源污染加劇、水土流失加劇等負面影響逐步顯現(xiàn),水土資源壓力日漸增加。此種背景下,評價地區(qū)水土環(huán)境質(zhì)量,構(gòu)建區(qū)域水土資源系統(tǒng)風(fēng)險評價指標體系,評價區(qū)域水土資源系統(tǒng)風(fēng)險,篩選區(qū)域水土資源系統(tǒng)風(fēng)險演進的關(guān)鍵驅(qū)動因子,優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),可以為區(qū)域農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險相關(guān)研究提供一定的科學(xué)依據(jù),對于維護水土資源可持續(xù)利用和保障糧食安全、生態(tài)安全具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以建三江下轄的15農(nóng)場為例,評價了管理局下轄15個農(nóng)場的地下水質(zhì)量和土壤質(zhì)量,測度了區(qū)域農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險等級,分析了系統(tǒng)風(fēng)險的關(guān)鍵驅(qū)動因子,并優(yōu)化了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),主要研究及內(nèi)容如下:(1)分別建立了基于磷蝦群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地下水水質(zhì)、土壤質(zhì)量的綜合評價模型,對建三江管理局2016年的地下水水質(zhì)、土壤質(zhì)量進行了評價,并根據(jù)2016年相關(guān)數(shù)據(jù)分別建立了地下水質(zhì)量指數(shù)和土壤質(zhì)量指數(shù)的偏最小二乘回歸方程,對數(shù)據(jù)進行延展,進而對建三江管理局地下水質(zhì)量和土壤質(zhì)量的演化特征進行分析。結(jié)果表明:建三江管理局下各農(nóng)場地下水水質(zhì)基本良好,均處于III類(包括III類)以上,I類水質(zhì)主要集中在管理局西南位置,II類水質(zhì)主要集中在北部和南部,III類水質(zhì)主要分布于中東部和中西部;土壤質(zhì)量總體較好,所有農(nóng)場土壤質(zhì)量均處于III級以上(包括III級),土壤質(zhì)量等級為II級的農(nóng)場主要分布于管理局西南和東北位置,土壤質(zhì)量等級為III類的農(nóng)場除主要分布于西北與東南位置,建三江管理局地下水質(zhì)量從1997~2016年呈下降趨勢,但2013~2016年建三江管理局地下水水質(zhì)有好轉(zhuǎn)的跡象,建三江管理局土壤質(zhì)量從1997~2016年逐年下降,但是2013~2016年土壤質(zhì)量指數(shù)還有略微增大的趨勢,說明建三江管理局土壤質(zhì)量有好轉(zhuǎn)的趨勢。(2)分別建立了基于改進魚群優(yōu)化算法的投影尋蹤農(nóng)業(yè)水土資源系統(tǒng)風(fēng)險評價模型和基于實數(shù)編碼加速遺傳算法的農(nóng)業(yè)水土資源系統(tǒng)風(fēng)險評價模型對建三江管理局15個農(nóng)場2016年的水土資源風(fēng)險進行了測度分析,通過對比篩選出最優(yōu)評價模型,進而通過對建三江管理局的15個農(nóng)場1997~2015年的農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險進行了逐年評價,分析了1997~2016年間各農(nóng)場水土資源風(fēng)險的時空變異特征,最后利用主成分分析法篩選出建三江管理局農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險的關(guān)鍵驅(qū)動因子。結(jié)果表明:2016年建三江管理局各農(nóng)場水土資源風(fēng)險等級均處于III級以上(包括III級),AAFSA-PPE模型可靠性、穩(wěn)定性均優(yōu)于RAGA-PPE模型,更適用于區(qū)域水土資源風(fēng)險評價,從1997~2016年,建三江管理局農(nóng)業(yè)水土資源系統(tǒng)風(fēng)險總體上呈上升的趨勢。1997年建三江管理局農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險等級為II級的農(nóng)場主要集中分布于管理局北部以及中部,水土資源風(fēng)險等級為III級的農(nóng)場主要分布在管理局南部,風(fēng)險等級為II級的農(nóng)場與III級農(nóng)場比例為3:2,到2016年建三江管理局農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險等級為II級的農(nóng)場僅剩3個,風(fēng)險等級為II級的農(nóng)場與III級農(nóng)場比例為1:4。建三江管理局農(nóng)業(yè)水土資源系統(tǒng)風(fēng)險評價的關(guān)鍵驅(qū)動因子為單位耕地面積水資源量、土地利用率、墾殖率、農(nóng)業(yè)土地利用率、未利用地率、單位耕地面積農(nóng)藥施用量、單位耕地面積化肥施用量、單位面積糧食產(chǎn)量。(3)以建三江管理局各農(nóng)場主要糧食作物種植面積為決策變量,總產(chǎn)值最大、糧食作物總產(chǎn)量最大以及總灌溉用水量最小為目標,以耕地資源、農(nóng)業(yè)灌溉用水量、種植業(yè)凈產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險等為約束條件,構(gòu)建了基于多目標粒子群算法的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。結(jié)果表明:經(jīng)過種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化,建三江管理局2020、2030和2040年三種主要糧食作物總產(chǎn)量、總凈效益、灌溉用水量3個目標函數(shù)均可得到一定程度的提高,多目標粒子群農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)模型具有可行性;經(jīng)過調(diào)整以后,建三江管理局2020、2030和2040年水稻的種植比例有所下降、玉米、大豆比例有所增加。要實現(xiàn)增產(chǎn)、增收以及農(nóng)業(yè)節(jié)水,建三江管理局今后應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制水稻種植比例,穩(wěn)定玉米和大豆種植比例。加入懲罰系數(shù)的多目標種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型在保證糧食總產(chǎn)量和總效益值增加、灌溉用水量減小前提下,還能夠進一步降低農(nóng)業(yè)水土資源壓力,從而降低了建三江管理局農(nóng)業(yè)水土資源風(fēng)險。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

建三江管理局作為黑龍江糧食生產(chǎn)核心區(qū)，長期以來農(nóng)業(yè)用水效率不高，地下水開采強度大，加之土地資源長期掠奪性經(jīng)營，農(nóng)民長期過量不合理使用化肥、農(nóng)藥，建三江管理局水土環(huán)境遭受巨大的威脅，因此，開展對三江平原的水土環(huán)境質(zhì)量評價勢在必行。分別建立基于 KHA 優(yōu)化 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地下水水質(zhì)、土壤質(zhì)量的綜合評價模型，，對建三江管理局 201年的地下水水質(zhì)、土壤質(zhì)量進行評價，獲取地下水質(zhì)量指數(shù)和土壤質(zhì)量指數(shù)，并根據(jù)上述數(shù)據(jù)分別建立地下水質(zhì)量指數(shù)和土壤質(zhì)量指數(shù)的偏最小二乘回歸方程，對建三江管理局地下水質(zhì)量和土壤質(zhì)量的演化特征進行分析。2.1 研究區(qū)域概況建三江管理局位于黑龍江省東北部，地處三江平原腹地，在黑龍江、松花江、烏蘇里江匯流的河間地帶[6]。地理坐標為東經(jīng) 132°31′38″㧟134°32′19″，北緯 46°49′47″㧟48°12′58″。轄區(qū)總面積 1.24 萬 km2，全區(qū)地勢平緩，西南高、東北低，除少數(shù)山丘外，絕大部分是平原沼澤地帶，其面積為 11291km2。區(qū)內(nèi)水系發(fā)達，河網(wǎng)縱橫交錯，水資源豐富，其中耕地面積75.3 萬 hm2。建三江下轄 15 個國營農(nóng)場，分別為：八五九、勝利、七星、勤得利、大興、青龍山、前進、創(chuàng)業(yè)、紅衛(wèi)、前哨、前鋒、洪河、鴨綠河、二道河、濃江。具體行政分區(qū)圖見圖 2-1。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：F327;S27;S15

【參考文獻】

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1 王慧;李靜;李印海;王宏;;基于粒子群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高技術(shù)企業(yè)技術(shù)項目選擇研究[J];科技管理研究;2013年23期

2 劉瀟;郭萍;;基于不確定性的旱作作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;2013年06期

3 李建芳;粟曉玲;;基于虛擬水細分的多目標種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型[J];灌溉排水學(xué)報;2013年05期

4 劉名沖;劉瑞卿;張路路;許v

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