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1、北京大学学报(自然科学版),第41卷,第4期,2005年7月述评ActaScientiarumNaturaliumReviewUniversitatisPekinensis,Vol.41,No.4(July2005)1)土地利用结构优化方法述评刘荣霞薛安韩鹏倪晋仁(北京大学环境工程系,水沙科学教育部重点实验室,北京,100871)摘要土地是人类生存和发展且不可替代的、短期内不可再生的自然环境资源,它既是环境的重要组分,又是其他自然环境资源和社会环境资源的载体。在对全球土地利用结构优化研究背景进行回顾的基础上,系统分析了土地利用结构优化过程的逻辑体
2、系、土地利用数量结构与空间结构的优化决策模型,比较了这些模型在应用上的优点与局限性,指出多目标优化模型在土地利用结构优化应用中的实践意义与土地利用空间格局优化研究匮乏的问题。关键词土地利用;结构;优化;模型中图分类号F29320引言土地资源的可持续利用是实现可持续发展的重要环节之一。然而传统的土地利用只注重土地本身的经济价值,即以单位土地面积产值为最终目标,追求利润的增长,物质财富的增加。在这一观念的支配下,为追求最大的经济利益,人们投入各种技术手段,化肥、农药等技术革命时代诞生的产物。土地资源是稀缺的经济资源,为了增加有限的农用地资源,人们开始围湖造
3、田,砍伐森林,结果引发全球性的森林退化、生物多样性丧失、土地退化等生态问题。据估计,人类活动导致[1]约有40%的农业用地退化。随着环境问题的不断加剧,土地资源的环境生态效益逐渐得到重视。20世纪80年代可持续发展思想的提出,促使土地资源的可持续利用与有效管理成为[2]世界各国共同关注的目标。为此,实现土地资源生态优化,研究土地利用结构优化对实现土地资源持续利用,具有至关重要的作用。关于土地利用结构优化的概念,PlummerLN在1993年给出了定义的具体表述:土地利用结构优化是为了达到一定的生态经济最优目标,依据土地资源的自身特性和土地适宜性评价,对区域
4、内土地资源的各种利用类型进行更加合理的数量安排和空间布局,以提高土地利用[3]效率和效益,维持土地生态系统的相对平衡,实现土地资源的可持续利用,其过程是在地区性土地适宜性评价的基础上优化研究区内土地利用的数量结构及空间格局,优化目的是实现区域土地资源的可持续利用。但迄今为止,土地利用结构优化研究多关注土地利用数量结构优化,却忽视了土地利用空间格局对诸多生态过程的影响。本文系统阐述了近几十年在土地1)国家自然科学基金重点资助项目(50239080和90102016)收稿日期:20040329;修回日期:20041028655北京大学学报(自然科学版)
5、第41卷利用结构优化研究中所形成的主要模型方法,并指出了目前土地利用结构优化研究中空间格局优化的弱势。1土地利用结构优化研究背景1120世纪70年代联合国粮农组织(FAO)土地评价纲要的提出从土地利用结构优化的基本定义看,区域内的土地利用结构优化建立在土地适宜性评价基础之上。土地评价是进行区域土地利用结构优化的先决条件,并为优化提供必要的土地适宜性信息支持。现代土地评价实践由农用地承载力分级发展形成。早在20世纪50年代,大多数欧洲土壤学家就对土地评价实践开展了研究工作。在此期间联合国粮农组织(FAO)多次发起土地评[4]价调研活动,并于1976年出
6、版了土地评价纲要一书。随后,FAO多次组织国际研讨会,旨[59]在制定出版一系列土地评价方针,为各地区土地评价实践提供必要的理论依据。此后,FAO的土地评价纲要被认为是农用地评价的参考标准。评价现有的土地资源,可以获取制定农业土地利用决策方案所需的土地适宜性信息。McHarg曾建立了基于适宜性评价的土地资源优化配置模型,该方法的核心是构建区域土地生[10]态适宜性图件,为合理分配土地资源提供信息依据。Wood等人根据FAO评价体系建立了[11]LECS系统,用于农业土地利用配置管理。David分析了土地评价理论框架体系,指出进行土[11]地评价并进而建
7、立合理的土地利用规划方案是解决土地利用问题的一部分措施。一旦土地使用潜力等信息被确定,土地利用结构优化就能在合理的基础上进行,因此土地评价成为土地利用结构优化的必要提前依据。12农业生态分区优化法(AEZ)在1976年的土地评价纲要基础上,FAO与IIASA联合建立了农业生态分区优化法(AEZ)。20世纪80年代,两个机构又联合拓展了该方法的功能模块,建立了土地利用数量结构优化决策支持工具,该工具核心技术为线性优化技术。最初,决策工具只分析基于单目标函数的土地利用情景,譬如在特定物质环境、社会经济条件约束下,寻求单位面积农产品产量最大化或农业生产成本最小
8、化。然而,只基于具体单目
