基于3s技术的耕地保护模式研究

基于3s技术的耕地保护模式研究

随着人口的增加、经济的发展和城市化的发展，人口、资源、环境和发展之间的矛盾越来越激烈。耕地作为人类获取食物的主要基地自然成为矛盾的焦点。如果一个时期内生产足够的土地，就值得紧急补充。国家高度重视耕地的保护。“充分利用每一块土地，有效保护耕地”是长期的基本政策。然而，在经济发展和城市化之后，耕地不可避免地占据着。如何协调保护和占用之间的关系是当前国家面临的最大问题之一。新《土地管理法》颁布后，虽然各地区都实现了动态平衡，但效果并不理想。虽然在某些地区，实现了动态平衡，但只是数量上的平衡，不能实现质量的动态平衡，并且投入了大量资金。这种强制性平衡战略不仅经济效益不好，而且有时也是负的，但大多数生态效益是负的，如湿地的干化和边墙的光秃秃。因此，我们必须重新审视耕地保护的内涵和性质，建立有效的保护模式，及时确定、定位、质量和定量评价、反映、监测和管理耕地的状况和变化，实现科学有效的保护。1保护耕地的概念和内涵1.1耕地保护的意义耕地保护缘起于城镇扩张中优质农田的过快损失和土地生产能力的退化及无公害食品生产的环境保护需求,虽早已提出,但并无严格的、公认的统一定义.不同时期、不同地区耕地保护的侧重点不一,20世纪60、70年代,黄土高原、西北区蚀区和南方红黄壤丘陵山区的耕地保护主要针对农田生态环境的改善,20世纪80、90年代初期,沿海经济发达地区的耕地保护主要针对耕地数量上的过快损失,20世纪90年代后期,耕地保护逐渐重视质量保护.国外耕地保护不但考虑农田的自然背景特征,更多是考虑立地条件和机会成本,诸如农田连片性、农业发展相关因子、土地利用有关规定、税收激励机制、可择利用方式、综合开发计划和区位等.因此,笔者认为:耕地保护是为了满足国家计划和区域可持续发展的需要,维持区域人地关系在一定的时间内、一定的社会经济、科学技术和人民生活水平下协调发展,所必需保有的具有较高的生产能力,适宜的生态环境,优越的立地条件,直接服务于农业生产的农田以及立法、管理、监测等手段的总和.1.2农业资源的合理利用从耕地保护的定义可知,耕地保护包括3个方面:①保有适当的量,即根据区域社会和经济发展需要必须维持在农田数量和质量的动态稳定.采取立法、行政、经济手段,防止农田资源的滥用和破坏,降低耕地资源的消耗,保证利用方向的合理,维护耕地资源及依存的生态环境质量;②科学的利用模式,即对耕地资源的合理开发利用,借助先进的科学技术手段,适度扩大的经营规模,积极推进农业产业化进程,切实增加农户收入,实现社会、经济和生态效益协调发展;③监测和管理,即利用先进的科学技术手段,对现有农田环境、基础设施、土壤肥力与利用方式进行监测和管理.同时,利用行政、法律和经济手段,对具体保护工作的实施进行监测和管理.2对于土地可持续发展的实践的目标的确定从耕地保护的3个侧重点出发,要求一般原则必须反映耕地保护的内涵和实践中有指导价值.笔者认为至少包含两个方面原则:供给需求平衡原则和土地可持续管理原则,供给与需求平衡原则针对保有一定的量,土地可持续管理原则针对科学的利用模式和监测与管理.其它诸如保护与利用一致、可持续发展等原则可以纳入土地可持续管理原则的五大目标之中.2.1土壤保护的一般原则2.1.1目标函数的建立耕地保护的实质是为了满足未来人口对食物的需求,这对指导当前保护工作中实施动态平衡和农业结构调整有重要意义.保护耕地并不是一味强调耕地数量不减少,重点是为“养活”未来人口.然而,未来人口的饮食结构会随经济发展、城市化等发生变化,科学技术也不断进步,因此,耕地保护必须考虑科技进步的贡献、饮食结构变化及区域食品贸易等因素,笔者建立了一个耕地保护的目标函数F:F=f(P,B,C,D)F=f(Ρ,B,C,D)式中P是区域内最高峰时期人口总数,B是区域耕地生产潜力函数,C是消费需求函数,D是区域粮食调动函数.2.1.2可持续型农田土地的社会复合化利用将技术、政策和旨在同时关心社会经济效益与环境的活动结合在一起,即同时考虑:保持和提高生产力、降低生产风险、保护自然资源的潜力和防止土壤与水质的退化、经济上可行和社会可以接受.在可持续土地管理指导下,一是保障足够的农田面积,维持农产品的产量稳定和提高;二是加强耕地质量保护和农田水利等基础设施建设,提高农田抵御自然灾害的能力;三是重视农田生态环境的保护,维护耕地自然生产力潜力,防止土壤退化;四是查清耕地后备资源,合理规划,保障耕地生产能力总量的相对稳定;当然,耕地保护的实施方案、利用规划和保护措施应当体现经济上可行、社会上可接受.因此,建立以可持续土地管理为基础的保护模式是实现保护目标的根本保证.2.2现有耕地资源的保护2.2.1从资源不可再生性角度分析耕地的可持续利用.一定意义上耕地具有不可再生性,一旦利用方式发生转变,这种转变在可预见的时间内是很难逆转的.为持续利用耕地这一宝贵资源,维持农业生产的稳定,在发生非农化转变之前,应当寻找足够的后备资源来补充被占用耕地损失的土地生产力.2.2.2维持持定的实际现存量(质量、数量两个方面),以此达到耕地资源的可持续利用目标.当一个地区的土地后备资源严重不足,其它地区不能够满足经济发展需求的情况下,为了保持耕地的长久存在价值,必须保护现有的实际存量.2.2.3保护耕地资源的理论现存量.可持续土地管理的基本目标是既寻求满足当代人的需求,又不危害后代人满足需求能力的资源利用方式.从理论上,评估和预测后代人(高峰期人口总量)对耕地资源的需求量,并在当代人利用耕地资源的同时,保护这个需求量.因此,耕地保护必须首先预测区域人口状况和消费需求.3耕地保护的规划方法模式的目标是保护耕地,在可持续土地管理原则指导下,根据国家宏观政策和市场经济原则,借助人地关系均衡的有关模型,采用计算机辅助及GIS、RS、ES和DSS等技术途径,对耕地保护量划定、监测和管理等有关环节进行科学论证,达到对区域耕地数量、质量、农田环境与利用状况实时调控和管理,维护农田功能现存量,实现耕地有效保护与持续利用.这也是本研究的技术路线(图1).4马权镇农村经济发展现状无锡市马山镇位于东经120°03′12″～120°08′24″,北纬31°21′48″～31°30′24″,地处太湖西北角,距市区20km.陆地面积30.01km2,下辖9个村民委员会,人口9458人.1998年,全镇社会经济总值4.04亿元,人均生产总值4.27万元.1998年,第一、二、三产比重为6.31∶60.35∶33.34,农民人均纯收入3573元.选择马山镇作为研究区,原因是地处经济发展十分迅速的长江三角洲,耕地变化相对较大.耕地资源又比较紧张,耕地保护与建设发展的矛盾大,具有典型性.4.1一般模式的实践4.1.1马权山镇的减少根据1992年土地详查及各年变更调查,1992-1999年马山镇共减少99.9hm2,占1992年总量的17.91%,年均递减率2.24%,远远高于全国平均水平(表1).4.1.2种植杂粮、粮食产粮食的护后农田包括农民这是耕地总量动态平衡实施的难点,尽管学者论述了质量的重要性,但是实际工作中还没有一个比较好的解决方案.本文采用两个方案反映质量变化,一是内部结构变化,一是土地级别变化.它们的立足点是反映耕地的生产能力,这非常符合耕地保护的初衷,但缺陷是不能反映生产粮食的品质变化.根据统计数据,1998年水稻单产8265kg/hm2,小麦单产4095kg/hm2,油菜籽单产1095kg/hm2.马山镇的种植制度是一年两熟,即水稻?小麦组合或水稻?油菜组合,旱地比较贫脊,大都是种植杂粮(表2).耕地定级研究已有多次尝试,国家也颁布了《农用地分等定级规程(试行)》.耕地定级不是本文研究的重点,笔者引用基金项目结果(表3).一、二级面积下降,这是稳产、高产、设施齐全的标准生产方农田;三、四、五级上升,四、五级地主要是山坡脚的水田和旱地.根据马山镇农业和水利管理局调查,平原水田与坡地水田产量相差达3600kg/hm2.因此,1992至1999年马山镇实际大约损失粮食生产能力18万公斤.4.1.3居民食物消费结构变化①农田生产潜力估算.这是模拟和预测一定生产条件下,农田作物充分利用当地资源,所能产出的最大经济产量.《农田土地定级规程(试行)》已列出全国各大生态区的主要作物生产潜力,一些学者对太湖地区的农田生产潜力进行了研究.结合马山镇农业投入、科技推广等实际情况,确定了农田生产潜力;②人口预测.结合马山镇计划生育办规划,至2010年人口自然增长低于4‰,2030年实现零增长,采用统计外推法,估算2030年高峰年人口达10450人;③消费结构变化.与生活水平、消费习惯、城市化等诸多因素相关.一般认为“中国居民的食物构成将是中热量、高蛋白和低脂肪模式,人均年粮食400kg可以满足人民生活提高和营养要求,口粮为200kg,另200kg转化为动物性食品”.但对这个标准是满足小康,还是富裕?从未界定.现实中许多研究已证实人均年400kg是不合适的,1991年全国不同收入组食物消费量也反映了这一点.中国台湾从1950-1992年居民饮食结构发生了根本性变化,大陆同样发生了巨大变化.借助台湾等实际情况和无锡市经济发展、城市化等多种因素综合分析,确定了2030年马山镇居民食物消费结构(表4);④耕地需求量估算.饲料转化为肉类产品的转化率一般约为20%,水果生产靠丘陵种植,可以不占用耕地.同时,马山镇无国家征购粮任务,仅负担无锡市菜篮子工程中30hm2反季节蔬菜生产任务.根据公式(1),不考虑远期资金投入对农田设施的改进,且优选占用优质耕地,则2030年马山镇需要口粮地75.24hm2,均为一级地;需要饮料粮地157.11hm2,一级地占90.77hm2,二级66.34hm2.蔬菜生产需要耕地为39.41hm2.总共需要保护耕地量为271.76hm2.这个预测结果尚未考虑农田资金投入改造,如果今后投入足够的资金,保证农田级别能够上升一级,则需要耕地保护量将更小,为265.13hm2.4.1.4耕地数量、耕地数量马山镇现有耕地总量为458.03hm2,至2030年需要保有耕地量为271.76hm2,耕地保护率仅为59.33%.这个保护目标是可以实现的.尽管马山镇无可供开发的后备资源,但是农村居民和独立工矿复垦、整理尚有一定潜力,同时耕地自身尚有186.27hm2可以占用.与此同时,我们收集了1992-1999年土地利用变化数据,采用灰色系统动态模型GM(1,1)进行模拟预测.预测方程如下:x1(i+1)=−10.186l−0.04308i+12.672(2)x1(i+1)=-10.186l-0.04308i+12.672(2)马山镇耕地数量仍呈一定的减少趋势,但是变化是相当有限的,可以保住271.76hm2耕地面积.独特的地理环境导致耕地保护与其它地区的一定的差异性和特殊性,马山镇是伸入太湖的一个半岛,优质耕地主要集中于半岛南部的迎湖方向,是一个连片集中的湖滨平原.这一大片约有200hm2多,目前已划入基本农田保护区,对这一片耕地的威胁是月亮湖国际旅游度假区的再扩大和灵山大佛景点的南伸.月亮湖国际旅游度假区是水上娱乐项目,即使再扩大,占用耕地的数量也是有限的,灵山大佛景点已基本形成,估计再南伸的可能性不大.因此,这一片耕地作为永久性保护是可行的.位于桃坞村的30hm2反季节蔬菜基地的自然、区位条件也很优越,交通方便,距无锡市和马山镇距离均比较短,但又与马山镇区不相连,这样城镇发展不会占用这个蔬菜生产基地.今后,马山镇城镇建设必定会进行一步发展,要求城镇发展完全“上丘陵占林地”是不现实.目前,城镇发展主要集中于古竹村附近,古竹村耕地本来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,可以满足近5年镇区发展需求.远期发展将古竹村整个纳入镇区,再加大集约利用和村庄整理等可以满足城镇发展对土地的需求.4.2马三和土地保护的关系1994-1999年马山镇投入大量资金用于土地复垦、整理和荒地开垦,至今成本都未收回,丘陵开垦却加大了水土流失.马山镇地处经济发展的长江三角洲地区,耕地人均仅0.048hm2,研究发现该镇不但能养活自身,尚为市里提供蔬菜,还有许多劣质耕地可供占用.因此,我们认为当前片面强调数量上的“占补平衡”是不科学的.这并非反对保护耕地,保护优质耕地才是世界各国的共同目标.耕地保护是一项涉及人口、经济、环境等多方面因素的综合性问题,通过马山镇的实际工作,笔者认为:(1)耕地保护必须考虑未来人口饮食结构的变化,明确“养活”的基本内涵.否则一味注重粮食生产,会赞成粮食结构性过剩,其它食品需求得不到满足.因此,对未来人口需求和消费的习惯的转变要进行适当的研究,提出更为科学的“食品安全”问题.(2)耕地保护中必须强调质量保护的重要意义,质量保护不仅可以保护耕地的生产能力,更为非农建设提供更大面积的劣质耕地供占用.提倡质量保护可改变现行“占一补一”强制性数量平衡战略,实现耕地保护的经济效益、社会效益和生态效益最大化.(3)耕地保护必须分区、分阶段和差别对待.各地经济发展对耕地需要和耕地自身紧张程度不一,实施耕地保护战略时,必须有所选择.不能实行“一刀切”的保护政策,对经济发展快速的地区和落后的地区占用耕地问题不可采