梅里斯八旗村土地利用线性规划模型的生态优化研究

孙喜林 ¹ ，何洪涛 ² ，刘炳友 ³ ，张春娣 ² ，张庆红 ³

（ 1 ．齐市梅里斯乡政府，黑龙江 齐齐哈尔 161021 ； 2 ．齐齐哈尔市雅尔塞镇政府，黑龙江 齐齐哈尔 161024 ； 3 ．齐齐哈尔市建华区农委，黑龙江 齐齐哈尔 161000 ）

摘 要： 从八旗村土地资源及其利用现状出发，在深入分级评价的基础上，用线性规划建立梅里斯八旗村土地利用的优化模式，这种模式的具有合理性和实践性。在此基础上，逐步调整农林牧业发展比例，以建成一个最优的大农业生态系统。

关键词： 线性规划；土地利用；优化模型

1. 前言

    土地资源是农业这个大系统中最基本的不可代替的自然资源和生产资料，土地的开发利用直接影响着生态系统的平衡。欲实现合理利用土地，只有全面调查并在深入分析评价的基础上，借助现代数学工具进行定性定量分析和研究，通过建立数学模型和多种方案比较使之合理化和最优化，才能在实践中起指导作用。因此，我们依据农业系统工程原理，运用线性规划的理论方法，对八旗村农林牧业有关数据进行优化计算，并对该村的土地合理利用问题做了分析研究，确定最优化的土地利用模式。

2. 八旗村土地资源及其利用现状

     梅里斯八旗村位于鹤城西侧，属齐齐哈尔市郊，处于东经 123 ° 33 ˊ — 123 ° 45 ˊ ，北纬 47 ° 00 ˊ — 47 ° 22 ˊ ，地势北高南低，气候属于温带半干旱大陆性气候，年平均气温 3.2 ℃ ，平均积温 2718 ℃ ，日照 2872 小时，年平均降水量 415.5mm ，土壤为暗棕壤，黑土、草甸土和沼泽土。 八旗村总人口约 2700 人，总土地面积 70500 亩，人均 26.11 亩。该村现有农田 45600 亩，占总土地面积的 64.6 8％ ；水土保持林 7800 亩， 占总土地面积的 11.6 ％ ；农田防护林 407 亩， 占总土地面积的 0.57 ％ ；薪炭林 1340 亩， 占总土地面积的 1.9 ％ ；经济林 300 亩， 占总土地面积的 0.43 ％ ；草地 10600 亩， 占总土地面积的 15.04 ％ ；其它 4453 亩， 占总土地面积的 6.31 ％ 。

表 1 八旗村土地利用现状

3. 八旗村土地利用模型的建立

3.1 线性规划的数学模型

c;x; =min 或 max

式中： x1 — 决定变量

f— 目标函数

aij— 投入产出系数

cj— 利用系数

bi— 约束方程右边项

3.2 八旗村土地利用模型的建模

3.2.1 土地利用方式结构层次分析

八旗村土地利用方式主要由农地、林地、牧地构成。由于各类土地适宜性和经营方式不同，表现在经济效益、生物产量上差异很大，其构成层次及效能见表 2 。

表 2 中是近年粮食产量的平均数，水土保持林的木材产量是当地资料历年生长量加权平均计算所得，农防林主要由小叶杨组成，小叶杨的木材产量是按照小叶杨速生丰产林地方标准计算所得。表 2 中生产总值粮食和经济作物按 98 年亩产值计算；木材 270 元 / 米 ³ 薪柴按 0.07 元 / 斤，林果按 0.5 元 / 斤，干草按 0.04 元 / 斤计算所得。

3.2.2 目标函数的确定

八旗村土地利用构成可分为生物产量和生产总值两个层次，而生产总值就经济价值上讲更能深刻反映土地生产力水平的合理性，因此将生产总值物作为目标函数 , 将生物产量作为约束条件 , 则目标函数为： mexf=297x₁+459.4x₂+101.3x₃+175.2x₄+37x₅+550x₆+4x₇

表 2 八旗村农林牧各层次分析、生物产量、年生产总值对比表

3.2.3 农业生产的约束条件分析

（ 1 ） 土壤资源约束

设农林牧用地面积 S=100

则 X₁+X₂+X₃+X₄+X₅+X₆+X₇=100

（ 2 ） 土地面积约束

八旗村现有耕地 45600 亩，占可利用面积的 69% ，所以耕地面积不能超过 69% 。

即： x₁+x₂ ≤ 69

(3) 经济作物面积约束

经济作物主要是甜菜、元葱，葵花和玉米，参照粮食作物与经济作物面积之比为 6 ： 1 ，即： x₁ - 6x₂=0

(4) 粮食生产约束

按每人平均生产粮食 2500 斤，以粮作物亩产 300 斤计，应满足条件：

300x₁ -2500x₈≥0

(5) 林地面积约束

根据现有林业基础及林业发展前景，确定林地面积不应超过 15% 。即： x₃+x₄+x₅+x₆≤15%

(6) 用材林约束

根据现实用材水保林与经济林之比为 26：1

即： x₃-26x₆=0

(7) 农防林面积约束

根据国家规定的农田防护林占地面积不应超过 5% 的要求，有以下约束式：

X₁+X₂-20X₄+X₇≥0

（ 8） 薪炭林约束

为解决农村燃柴问题，每人每年约需薪柴 1500 斤，用材林，防护林每年每亩修枝产柴分别为 140 和 50 斤计，薪炭林每年每亩产柴 430 斤计，应满足： 140x₃+58x₄+4300x₅-1500x₈≥0

（ 9） 草地面积约束

根据畜牧发展的饲草需要，其面积不应小于 7%

即 x₇≥7

(10) 饲草平衡

以每年每头大牲畜需饲草 5000 斤，每只羊 1000 斤，每头猪 360 斤计，得以下关系式：

500x₁+210x₂+50x₃+50x₄+50x₅+100x₇-5000x₉-1000x₁₀-360x₁₁≥0

(11) 肥料平衡

粮食作物、经济作物和经济林亩施农家肥分别为 1000 斤、 1500 斤和 800 斤计，以每人每年大约产粪 1000 斤、大牲畜每年每头产粪 10000 斤，羊每年每只产粪 800 斤、猪每年每头产粪 8000 斤计算，得以下关系式：

1000x₁-1500x₂-800x₆+1000x₈+10000x₉+800x₁₀+8000x₁₁≥0

(12) 饲料平衡

以每年每头大牲畜需精饲料 300 斤，每只羊需 30 斤、每头猪需 200 斤计算，人均提供饲料粮 350 斤，得以下关系式：

350x₈-300x₉-30x₁₀-200x₁₁≥0

(13) 人口约束

八旗 村现人口密度为 2.61 人 /百亩，到2008年人口密度为：

X₈=2.61(1+1.3%)⁴=5.1 人 /百亩

（ 14） 大牲畜约束

大牲畜作为役畜，需要量不大，按现实条件，大牲畜与羊之比为 1：12

即： 12x₉-x₁₀=0

(15) 羊猪、羊约束

按现实养羊与猪之比为 4：1 ，即 x₁₀-4x₁₁=0

3.2.4 根据上述约束条件列出 八旗 村土地利用模型矩阵

S=297x₁+459.4x₂+101.3x₃+175.2x₄+37x₅+550x₆+4x₇

按照线性规划计算程序，将矩阵数据输入计算机求解，得出土地利用最佳比例和优化方案。

电算优化结果，农地比现状减少 14% ，林地比现状增加了 16.7% ，草地减少了 1.7% ，这样优化以后，薪柴、载畜量均有提高。这说明这个优化的土地利用模式是合理的，是符合优化目标的。

4.小结讨论

4.1 经过上述分析研究，得出 八旗 生态村土地利用的优化模式。优化后的农、林、牧等各业用地比例参见表 3。

4.2 由表 3 看出 八旗 村土地利用现状与优化差距不大，只要天然草地中的部分宜林地用于发展林业就基本接近优化，这说明这种土地利用现状具有很好的发展基础，今后的发展就是要在现有这种基础上逐步朝着最优化方向调整农、林比例及林业自身林种比例布局等建成一个最优的农业生态系统。

表 3 八旗 村土地利用现与优化模型对比

参考文献

[1] 林业资源篇理编辑委员会 .林业资源管理[C].林业部调查规划设计院出版社，1993

[2] 孟宪宇 .测树学[M].中国林业出版社，1996

[3] 亢新刚 .森林资源经营管理[M].中国林业出版社，2001

                                       ——  《中国西部科技》 ——                 二零零七年第一期