本文關(guān)鍵詞： 土地利用系統(tǒng) 尺度 系統(tǒng)模擬 ABM模型 ECM模型 SFA模型　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：改革開放以來,中國普遍實行高投入、高產(chǎn)出和高利用強度的集約化農(nóng)業(yè)土地利用模式,在保障糧食安全的同時也造成了嚴重的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題�，F(xiàn)在,如何協(xié)調(diào)糧食安全與環(huán)境保護之間的關(guān)系已成為中國農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中面臨的一個重大挑戰(zhàn)。在當前國情下,把農(nóng)業(yè)土地利用作為一個系統(tǒng),從多角度、多尺度、多效應(yīng)對農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)進行全面和系統(tǒng)的研究,是解決這一問題的較好途徑。本文從農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)定義出發(fā),對農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)進行了全面的解析,以人地關(guān)系理論、土地可持續(xù)利用理論、復(fù)雜系統(tǒng)理論及農(nóng)戶理性決策理論為理論基礎(chǔ),基于農(nóng)戶管理單元——小流域——區(qū)域三種不同管理尺度為主線,應(yīng)用線性規(guī)劃模型、ABM模型、輸出系數(shù)模型、SFA模型及"3S"技術(shù)方法等一系列模型和方法,構(gòu)建了一套從農(nóng)戶管理單元尺度,到小流域尺度,再到區(qū)域尺度的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)定量模擬方法體系,實現(xiàn)了定量模擬不同管理尺度的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)變化對糧食生產(chǎn)和環(huán)境污染影響的目標。主要研究成果如下:(1)農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)解析從農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)定義出發(fā),本文構(gòu)建了農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)概念框架,并把農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)解析為輸入、土地利用過程、輸出及反饋與控制四個部分。依據(jù)農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)概念框架和多尺度特征,明晰了三個不同研究尺度的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)模擬的目標:在農(nóng)戶管理單元尺度,主要是以個體農(nóng)戶為研究對象,實現(xiàn)對農(nóng)戶決策過程的模擬,并分析農(nóng)戶決策對糧食生產(chǎn)和環(huán)境效應(yīng)的影響;在小流域尺度,主要是通過對小流域尺度內(nèi)農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)的模擬,研究農(nóng)業(yè)土地利用變化對水環(huán)境污染的影響,為將來通過調(diào)控農(nóng)戶行為控制水質(zhì)環(huán)境奠定基礎(chǔ);在區(qū)域尺度,主要是通過模擬區(qū)域尺度的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)變化,協(xié)調(diào)好農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)的社會-經(jīng)濟效應(yīng)與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)之間的關(guān)系,為未來政府制定農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展政策提供依據(jù)。(2)農(nóng)戶管理單元尺度農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)模擬研究本文選取湖南省桃江縣為案例研究區(qū),采取隨機分層典型抽樣方法,在桃江縣隨機抽取調(diào)研399個農(nóng)戶,并依據(jù)農(nóng)戶主要收入來源和農(nóng)戶經(jīng)營規(guī)模,將農(nóng)戶類型劃分為退耕型、傳統(tǒng)型、休閑型、兼業(yè)型、以農(nóng)為主型、專業(yè)型、大規(guī)模型以及養(yǎng)殖專業(yè)戶型,并全面解析了各個農(nóng)戶類型的土地利用行為和經(jīng)營特征。研究表明市場因素、政策因素、技術(shù)因素、自然條件、社會因素以及農(nóng)戶自身因素對農(nóng)戶作物種植制度的選擇具有重要影響;而家庭勞動力個數(shù)、戶主年齡、耕地面積以及家庭主要收入來源等因素對農(nóng)戶的農(nóng)地流轉(zhuǎn)決策行為有較顯著的影響。在此基礎(chǔ)上,本文還建立了基于線性規(guī)劃方法的農(nóng)戶土地利用的決策模型和基于物質(zhì)流分析的耕作單元尺度農(nóng)業(yè)土地利用環(huán)境效應(yīng)模型,并從社會、經(jīng)濟和環(huán)境3個方面選取9項指標,構(gòu)建了農(nóng)業(yè)土地利用綜合效應(yīng)指標體系,對不同農(nóng)戶類型的農(nóng)業(yè)土地利用綜合效應(yīng)進行分析和比較。研究還表明,在現(xiàn)有的經(jīng)濟技術(shù)條件下,專業(yè)型農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)土地利用綜合效應(yīng)最佳。(3)小流域尺度農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)模擬研究本文選取桃江縣花園洞小流域為案例研究區(qū),在流域基本特征分析的基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建ABM-IECM耦合模型,研究2000—2014年間因農(nóng)戶生計策略轉(zhuǎn)型導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)變化對流域內(nèi)非點源污染的影響,研究結(jié)果表明:在2000年至2014年間,隨著水稻價格、生豬價格以及勞動力價格的變化,流域內(nèi)農(nóng)戶生計策略發(fā)生了轉(zhuǎn)型,導(dǎo)致該小流域內(nèi)作物種植制度、土地利用強度、常住人口以及生豬數(shù)量均發(fā)生了顯著變化。隨著這些因素的變化,花園洞小流域內(nèi)輸入到河流中的總氮負荷呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。此外,在此期間農(nóng)村生活、家畜養(yǎng)殖以及降雨輸入方式交替成為該小流域內(nèi)主要污染源。盡管該耦合模型還存在一定的局限性,但是通過ABM-IECM耦合模型不僅可以模擬農(nóng)戶生計轉(zhuǎn)型的動態(tài)過程及其對流域農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)變化的影響,估算非點源污染狀況,而且還能研究社會-經(jīng)濟因子與非點源污染的關(guān)系,識別關(guān)鍵污染區(qū),為將來通過調(diào)控農(nóng)戶的行為降低流域內(nèi)的農(nóng)業(yè)環(huán)境風險提供科學支持。(4)區(qū)域尺度農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)模擬及其調(diào)控研究本文選取桃江縣大栗港鎮(zhèn)為案例研究區(qū),通過構(gòu)建ABM-SFA耦合模型,模擬農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)變化對糧食生產(chǎn)和環(huán)境效應(yīng)的影響,以權(quán)衡糧食安全與環(huán)境風險兩者之間的關(guān)系,為將來制定合理的調(diào)控政策提供依據(jù)等。研究結(jié)果表明:隨著農(nóng)地的流轉(zhuǎn),耕地資源逐漸向規(guī)模種植農(nóng)戶轉(zhuǎn)移,雙季稻種植比例和區(qū)域水稻總產(chǎn)量予以提高,氮素通過揮發(fā)、反硝化、徑流以及淋失方式損失的環(huán)境輸出量呈現(xiàn)先減少后增加的變化趨勢,但是氮素盈余量增長幅度低于先前的減少幅度。另外,還對ABM-SFA耦合模型進行相關(guān)驗證,其驗證結(jié)果均在可接受的范圍內(nèi),表明該耦合模型可以被用來研究區(qū)域內(nèi)尺度農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)變化對糧食產(chǎn)量與環(huán)境效應(yīng)的影響。在上述基礎(chǔ)上,基于已構(gòu)建的ABM-SFA耦合模型,根據(jù)大栗港的實際情況及參考過去十年補貼增長的速率,研究了 2014年至2029年間不同政策情景下大栗港鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)變化及其對糧食安全和環(huán)境可持續(xù)的影響。研究表明,四種政策情景均具有不同的作物種植制度變化、糧食產(chǎn)量以及環(huán)境效應(yīng),其中趨勢(TD)情景因其具有相對較高的糧食產(chǎn)量和補貼效率、較少的化肥和農(nóng)藥投入量以及相對較低的氮盈余量和氮淋失量,被認為是大栗港鎮(zhèn)最優(yōu)的政策方案選擇。
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【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：F321.1

【參考文獻】

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本文編號：1524129