基于3s技術(shù)的耕地保護(hù)模式研究

基于3s技術(shù)的耕地保護(hù)模式研究

隨著人口的增加、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的發(fā)展，人口、資源、環(huán)境和發(fā)展之間的矛盾越來越激烈。耕地作為人類獲取食物的主要基地自然成為矛盾的焦點(diǎn)。如果一個時期內(nèi)生產(chǎn)足夠的土地，就值得緊急補(bǔ)充。國家高度重視耕地的保護(hù)?！俺浞掷妹恳粔K土地，有效保護(hù)耕地”是長期的基本政策。然而，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化之后，耕地不可避免地占據(jù)著。如何協(xié)調(diào)保護(hù)和占用之間的關(guān)系是當(dāng)前國家面臨的最大問題之一。新《土地管理法》頒布后，雖然各地區(qū)都實(shí)現(xiàn)了動態(tài)平衡，但效果并不理想。雖然在某些地區(qū)，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)平衡，但只是數(shù)量上的平衡，不能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的動態(tài)平衡，并且投入了大量資金。這種強(qiáng)制性平衡戰(zhàn)略不僅經(jīng)濟(jì)效益不好，而且有時也是負(fù)的，但大多數(shù)生態(tài)效益是負(fù)的，如濕地的干化和邊墻的光禿禿。因此，我們必須重新審視耕地保護(hù)的內(nèi)涵和性質(zhì)，建立有效的保護(hù)模式，及時確定、定位、質(zhì)量和定量評價、反映、監(jiān)測和管理耕地的狀況和變化，實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的保護(hù)。1保護(hù)耕地的概念和內(nèi)涵1.1耕地保護(hù)的意義耕地保護(hù)緣起于城鎮(zhèn)擴(kuò)張中優(yōu)質(zhì)農(nóng)田的過快損失和土地生產(chǎn)能力的退化及無公害食品生產(chǎn)的環(huán)境保護(hù)需求,雖早已提出,但并無嚴(yán)格的、公認(rèn)的統(tǒng)一定義.不同時期、不同地區(qū)耕地保護(hù)的側(cè)重點(diǎn)不一,20世紀(jì)60、70年代,黃土高原、西北區(qū)蝕區(qū)和南方紅黃壤丘陵山區(qū)的耕地保護(hù)主要針對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的改善,20世紀(jì)80、90年代初期,沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的耕地保護(hù)主要針對耕地數(shù)量上的過快損失,20世紀(jì)90年代后期,耕地保護(hù)逐漸重視質(zhì)量保護(hù).國外耕地保護(hù)不但考慮農(nóng)田的自然背景特征,更多是考慮立地條件和機(jī)會成本,諸如農(nóng)田連片性、農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)因子、土地利用有關(guān)規(guī)定、稅收激勵機(jī)制、可擇利用方式、綜合開發(fā)計劃和區(qū)位等.因此,筆者認(rèn)為:耕地保護(hù)是為了滿足國家計劃和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的需要,維持區(qū)域人地關(guān)系在一定的時間內(nèi)、一定的社會經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)和人民生活水平下協(xié)調(diào)發(fā)展,所必需保有的具有較高的生產(chǎn)能力,適宜的生態(tài)環(huán)境,優(yōu)越的立地條件,直接服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)田以及立法、管理、監(jiān)測等手段的總和.1.2農(nóng)業(yè)資源的合理利用從耕地保護(hù)的定義可知,耕地保護(hù)包括3個方面:①保有適當(dāng)?shù)牧?即根據(jù)區(qū)域社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要必須維持在農(nóng)田數(shù)量和質(zhì)量的動態(tài)穩(wěn)定.采取立法、行政、經(jīng)濟(jì)手段,防止農(nóng)田資源的濫用和破壞,降低耕地資源的消耗,保證利用方向的合理,維護(hù)耕地資源及依存的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量;②科學(xué)的利用模式,即對耕地資源的合理開發(fā)利用,借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段,適度擴(kuò)大的經(jīng)營規(guī)模,積極推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,切實(shí)增加農(nóng)戶收入,實(shí)現(xiàn)社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益協(xié)調(diào)發(fā)展;③監(jiān)測和管理,即利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段,對現(xiàn)有農(nóng)田環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、土壤肥力與利用方式進(jìn)行監(jiān)測和管理.同時,利用行政、法律和經(jīng)濟(jì)手段,對具體保護(hù)工作的實(shí)施進(jìn)行監(jiān)測和管理.2對于土地可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐的目標(biāo)的確定從耕地保護(hù)的3個側(cè)重點(diǎn)出發(fā),要求一般原則必須反映耕地保護(hù)的內(nèi)涵和實(shí)踐中有指導(dǎo)價值.筆者認(rèn)為至少包含兩個方面原則:供給需求平衡原則和土地可持續(xù)管理原則,供給與需求平衡原則針對保有一定的量,土地可持續(xù)管理原則針對科學(xué)的利用模式和監(jiān)測與管理.其它諸如保護(hù)與利用一致、可持續(xù)發(fā)展等原則可以納入土地可持續(xù)管理原則的五大目標(biāo)之中.2.1土壤保護(hù)的一般原則2.1.1目標(biāo)函數(shù)的建立耕地保護(hù)的實(shí)質(zhì)是為了滿足未來人口對食物的需求,這對指導(dǎo)當(dāng)前保護(hù)工作中實(shí)施動態(tài)平衡和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有重要意義.保護(hù)耕地并不是一味強(qiáng)調(diào)耕地數(shù)量不減少,重點(diǎn)是為“養(yǎng)活”未來人口.然而,未來人口的飲食結(jié)構(gòu)會隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化等發(fā)生變化,科學(xué)技術(shù)也不斷進(jìn)步,因此,耕地保護(hù)必須考慮科技進(jìn)步的貢獻(xiàn)、飲食結(jié)構(gòu)變化及區(qū)域食品貿(mào)易等因素,筆者建立了一個耕地保護(hù)的目標(biāo)函數(shù)F:F=f(P,B,C,D)F=f(Ρ,B,C,D)式中P是區(qū)域內(nèi)最高峰時期人口總數(shù),B是區(qū)域耕地生產(chǎn)潛力函數(shù),C是消費(fèi)需求函數(shù),D是區(qū)域糧食調(diào)動函數(shù).2.1.2可持續(xù)型農(nóng)田土地的社會復(fù)合化利用將技術(shù)、政策和旨在同時關(guān)心社會經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境的活動結(jié)合在一起,即同時考慮:保持和提高生產(chǎn)力、降低生產(chǎn)風(fēng)險、保護(hù)自然資源的潛力和防止土壤與水質(zhì)的退化、經(jīng)濟(jì)上可行和社會可以接受.在可持續(xù)土地管理指導(dǎo)下,一是保障足夠的農(nóng)田面積,維持農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量穩(wěn)定和提高;二是加強(qiáng)耕地質(zhì)量保護(hù)和農(nóng)田水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),提高農(nóng)田抵御自然災(zāi)害的能力;三是重視農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的保護(hù),維護(hù)耕地自然生產(chǎn)力潛力,防止土壤退化;四是查清耕地后備資源,合理規(guī)劃,保障耕地生產(chǎn)能力總量的相對穩(wěn)定;當(dāng)然,耕地保護(hù)的實(shí)施方案、利用規(guī)劃和保護(hù)措施應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上可行、社會上可接受.因此,建立以可持續(xù)土地管理為基礎(chǔ)的保護(hù)模式是實(shí)現(xiàn)保護(hù)目標(biāo)的根本保證.2.2現(xiàn)有耕地資源的保護(hù)2.2.1從資源不可再生性角度分析耕地的可持續(xù)利用.一定意義上耕地具有不可再生性,一旦利用方式發(fā)生轉(zhuǎn)變,這種轉(zhuǎn)變在可預(yù)見的時間內(nèi)是很難逆轉(zhuǎn)的.為持續(xù)利用耕地這一寶貴資源,維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定,在發(fā)生非農(nóng)化轉(zhuǎn)變之前,應(yīng)當(dāng)尋找足夠的后備資源來補(bǔ)充被占用耕地?fù)p失的土地生產(chǎn)力.2.2.2維持持定的實(shí)際現(xiàn)存量(質(zhì)量、數(shù)量兩個方面),以此達(dá)到耕地資源的可持續(xù)利用目標(biāo).當(dāng)一個地區(qū)的土地后備資源嚴(yán)重不足,其它地區(qū)不能夠滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的情況下,為了保持耕地的長久存在價值,必須保護(hù)現(xiàn)有的實(shí)際存量.2.2.3保護(hù)耕地資源的理論現(xiàn)存量.可持續(xù)土地管理的基本目標(biāo)是既尋求滿足當(dāng)代人的需求,又不危害后代人滿足需求能力的資源利用方式.從理論上,評估和預(yù)測后代人(高峰期人口總量)對耕地資源的需求量,并在當(dāng)代人利用耕地資源的同時,保護(hù)這個需求量.因此,耕地保護(hù)必須首先預(yù)測區(qū)域人口狀況和消費(fèi)需求.3耕地保護(hù)的規(guī)劃方法模式的目標(biāo)是保護(hù)耕地,在可持續(xù)土地管理原則指導(dǎo)下,根據(jù)國家宏觀政策和市場經(jīng)濟(jì)原則,借助人地關(guān)系均衡的有關(guān)模型,采用計算機(jī)輔助及GIS、RS、ES和DSS等技術(shù)途徑,對耕地保護(hù)量劃定、監(jiān)測和管理等有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)論證,達(dá)到對區(qū)域耕地數(shù)量、質(zhì)量、農(nóng)田環(huán)境與利用狀況實(shí)時調(diào)控和管理,維護(hù)農(nóng)田功能現(xiàn)存量,實(shí)現(xiàn)耕地有效保護(hù)與持續(xù)利用.這也是本研究的技術(shù)路線(圖1).4馬權(quán)鎮(zhèn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀無錫市馬山鎮(zhèn)位于東經(jīng)120°03′12″～120°08′24″,北緯31°21′48″～31°30′24″,地處太湖西北角,距市區(qū)20km.陸地面積30.01km2,下轄9個村民委員會,人口9458人.1998年,全鎮(zhèn)社會經(jīng)濟(jì)總值4.04億元,人均生產(chǎn)總值4.27萬元.1998年,第一、二、三產(chǎn)比重為6.31∶60.35∶33.34,農(nóng)民人均純收入3573元.選擇馬山鎮(zhèn)作為研究區(qū),原因是地處經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速的長江三角洲,耕地變化相對較大.耕地資源又比較緊張,耕地保護(hù)與建設(shè)發(fā)展的矛盾大,具有典型性.4.1一般模式的實(shí)踐4.1.1馬權(quán)山鎮(zhèn)的減少根據(jù)1992年土地詳查及各年變更調(diào)查,1992-1999年馬山鎮(zhèn)共減少99.9hm2,占1992年總量的17.91%,年均遞減率2.24%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國平均水平(表1).4.1.2種植雜糧、糧食產(chǎn)糧食的護(hù)后農(nóng)田包括農(nóng)民這是耕地總量動態(tài)平衡實(shí)施的難點(diǎn),盡管學(xué)者論述了質(zhì)量的重要性,但是實(shí)際工作中還沒有一個比較好的解決方案.本文采用兩個方案反映質(zhì)量變化,一是內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化,一是土地級別變化.它們的立足點(diǎn)是反映耕地的生產(chǎn)能力,這非常符合耕地保護(hù)的初衷,但缺陷是不能反映生產(chǎn)糧食的品質(zhì)變化.根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),1998年水稻單產(chǎn)8265kg/hm2,小麥單產(chǎn)4095kg/hm2,油菜籽單產(chǎn)1095kg/hm2.馬山鎮(zhèn)的種植制度是一年兩熟,即水稻?小麥組合或水稻?油菜組合,旱地比較貧脊,大都是種植雜糧(表2).耕地定級研究已有多次嘗試,國家也頒布了《農(nóng)用地分等定級規(guī)程(試行)》.耕地定級不是本文研究的重點(diǎn),筆者引用基金項(xiàng)目結(jié)果(表3).一、二級面積下降,這是穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、設(shè)施齊全的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方農(nóng)田;三、四、五級上升,四、五級地主要是山坡腳的水田和旱地.根據(jù)馬山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)和水利管理局調(diào)查,平原水田與坡地水田產(chǎn)量相差達(dá)3600kg/hm2.因此,1992至1999年馬山鎮(zhèn)實(shí)際大約損失糧食生產(chǎn)能力18萬公斤.4.1.3居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化①農(nóng)田生產(chǎn)潛力估算.這是模擬和預(yù)測一定生產(chǎn)條件下,農(nóng)田作物充分利用當(dāng)?shù)刭Y源,所能產(chǎn)出的最大經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量.《農(nóng)田土地定級規(guī)程(試行)》已列出全國各大生態(tài)區(qū)的主要作物生產(chǎn)潛力,一些學(xué)者對太湖地區(qū)的農(nóng)田生產(chǎn)潛力進(jìn)行了研究.結(jié)合馬山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)投入、科技推廣等實(shí)際情況,確定了農(nóng)田生產(chǎn)潛力;②人口預(yù)測.結(jié)合馬山鎮(zhèn)計劃生育辦規(guī)劃,至2010年人口自然增長低于4‰,2030年實(shí)現(xiàn)零增長,采用統(tǒng)計外推法,估算2030年高峰年人口達(dá)10450人;③消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化.與生活水平、消費(fèi)習(xí)慣、城市化等諸多因素相關(guān).一般認(rèn)為“中國居民的食物構(gòu)成將是中熱量、高蛋白和低脂肪模式,人均年糧食400kg可以滿足人民生活提高和營養(yǎng)要求,口糧為200kg,另200kg轉(zhuǎn)化為動物性食品”.但對這個標(biāo)準(zhǔn)是滿足小康,還是富裕?從未界定.現(xiàn)實(shí)中許多研究已證實(shí)人均年400kg是不合適的,1991年全國不同收入組食物消費(fèi)量也反映了這一點(diǎn).中國臺灣從1950-1992年居民飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變化,大陸同樣發(fā)生了巨大變化.借助臺灣等實(shí)際情況和無錫市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化等多種因素綜合分析,確定了2030年馬山鎮(zhèn)居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)(表4);④耕地需求量估算.飼料轉(zhuǎn)化為肉類產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率一般約為20%,水果生產(chǎn)靠丘陵種植,可以不占用耕地.同時,馬山鎮(zhèn)無國家征購糧任務(wù),僅負(fù)擔(dān)無錫市菜籃子工程中30hm2反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)任務(wù).根據(jù)公式(1),不考慮遠(yuǎn)期資金投入對農(nóng)田設(shè)施的改進(jìn),且優(yōu)選占用優(yōu)質(zhì)耕地,則2030年馬山鎮(zhèn)需要口糧地75.24hm2,均為一級地;需要飲料糧地157.11hm2,一級地占90.77hm2,二級66.34hm2.蔬菜生產(chǎn)需要耕地為39.41hm2.總共需要保護(hù)耕地量為271.76hm2.這個預(yù)測結(jié)果尚未考慮農(nóng)田資金投入改造,如果今后投入足夠的資金,保證農(nóng)田級別能夠上升一級,則需要耕地保護(hù)量將更小,為265.13hm2.4.1.4耕地數(shù)量、耕地數(shù)量馬山鎮(zhèn)現(xiàn)有耕地總量為458.03hm2,至2030年需要保有耕地量為271.76hm2,耕地保護(hù)率僅為59.33%.這個保護(hù)目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的.盡管馬山鎮(zhèn)無可供開發(fā)的后備資源,但是農(nóng)村居民和獨(dú)立工礦復(fù)墾、整理尚有一定潛力,同時耕地自身尚有186.27hm2可以占用.與此同時,我們收集了1992-1999年土地利用變化數(shù)據(jù),采用灰色系統(tǒng)動態(tài)模型GM(1,1)進(jìn)行模擬預(yù)測.預(yù)測方程如下:x1(i+1)=?10.186l?0.04308i+12.672(2)x1(i+1)=-10.186l-0.04308i+12.672(2)馬山鎮(zhèn)耕地數(shù)量仍呈一定的減少趨勢,但是變化是相當(dāng)有限的,可以保住271.76hm2耕地面積.獨(dú)特的地理環(huán)境導(dǎo)致耕地保護(hù)與其它地區(qū)的一定的差異性和特殊性,馬山鎮(zhèn)是伸入太湖的一個半島,優(yōu)質(zhì)耕地主要集中于半島南部的迎湖方向,是一個連片集中的湖濱平原.這一大片約有200hm2多,目前已劃入基本農(nóng)田保護(hù)區(qū),對這一片耕地的威脅是月亮湖國際旅游度假區(qū)的再擴(kuò)大和靈山大佛景點(diǎn)的南伸.月亮湖國際旅游度假區(qū)是水上娛樂項(xiàng)目,即使再擴(kuò)大,占用耕地的數(shù)量也是有限的,靈山大佛景點(diǎn)已基本形成,估計再南伸的可能性不大.因此,這一片耕地作為永久性保護(hù)是可行的.位于桃塢村的30hm2反季節(jié)蔬菜基地的自然、區(qū)位條件也很優(yōu)越,交通方便,距無錫市和馬山鎮(zhèn)距離均比較短,但又與馬山鎮(zhèn)區(qū)不相連,這樣城鎮(zhèn)發(fā)展不會占用這個蔬菜生產(chǎn)基地.今后,馬山鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建設(shè)必定會進(jìn)行一步發(fā)展,要求城鎮(zhèn)發(fā)展完全“上丘陵占林地”是不現(xiàn)實(shí).目前,城鎮(zhèn)發(fā)展主要集中于古竹村附近,古竹村耕地本來已被占用得差不多了,但古竹村尚有旱地和零星蔬菜地近20hm2,已撂荒地20hm2及有林平地40hm2,可以滿足近5年鎮(zhèn)區(qū)發(fā)展需求.遠(yuǎn)期發(fā)展將古竹村整個納入鎮(zhèn)區(qū),再加大集約利用和村莊整理等可以滿足城鎮(zhèn)發(fā)展對土地的需求.4.2馬三和土地保護(hù)的關(guān)系1994-1999年馬山鎮(zhèn)投入大量資金用于土地復(fù)墾、整理和荒地開墾,至今成本都未收回,丘陵開墾卻加大了水土流失.馬山鎮(zhèn)地處經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長江三角洲地區(qū),耕地人均僅0.048hm2,研究發(fā)現(xiàn)該鎮(zhèn)不但能養(yǎng)活自身,尚為市里提供蔬菜,還有許多劣質(zhì)耕地可供占用.因此,我們認(rèn)為當(dāng)前片面強(qiáng)調(diào)數(shù)量上的“占補(bǔ)平衡”是不科學(xué)的.這并非反對保護(hù)耕地,保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地才是世界各國的共同目標(biāo).耕地保護(hù)是一項(xiàng)涉及人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面因素的綜合性問題,通過馬山鎮(zhèn)的實(shí)際工作,筆者認(rèn)為:(1)耕地保護(hù)必須考慮未來人口飲食結(jié)構(gòu)的變化,明確“養(yǎng)活”的基本內(nèi)涵.否則一味注重糧食生產(chǎn),會贊成糧食結(jié)構(gòu)性過剩,其它食品需求得不到滿足.因此,對未來人口需求和消費(fèi)的習(xí)慣的轉(zhuǎn)變要進(jìn)行適當(dāng)?shù)难芯?提出更為科學(xué)的“食品安全”問題.(2)耕地保護(hù)中必須強(qiáng)調(diào)質(zhì)量保護(hù)的重要意義,質(zhì)量保護(hù)不僅可以保護(hù)耕地的生產(chǎn)能力,更為非農(nóng)建設(shè)提供更大面積的劣質(zhì)耕地供占用.提倡質(zhì)量保護(hù)可改變現(xiàn)行“占一補(bǔ)一”強(qiáng)制性數(shù)量平衡戰(zhàn)略,實(shí)現(xiàn)耕地保護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益最大化.(3)耕地保護(hù)必須分區(qū)、分階段和差別對待.各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地需要和耕地自身緊張程度不一,實(shí)施耕地保護(hù)戰(zhàn)略時,必須有所選擇.不能實(shí)行“一刀切”的保護(hù)政策,對經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速的地區(qū)和落后的地區(qū)占用耕地問題不可采