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土地作为一种稀缺的自然资源,是人类重要的一种生产资料,也是人类生存和发展的物质基础。随着社会经济的不断发展以及人口的不断增加,两者之间的矛盾也日益尖锐,并出现了一系列土地资源生态环境问题,制约社会经济可持续发展。这些问题与土地利用结构不合理有关。因此,为实现土地资源的可持续利用和区域的可持续发展,必须加强土地利用总体规划的约束力度,优化配置土地资源。土地利用结构优化势在必行。
青海省海北州地处西部青藏高原,属于生态脆弱区,又处于我国大河大江的源头,因此土地生态环境问题较突出。在生态效益优先的前提下,我国学者对该地区的土地利用结构优化研究还较少。海北州作为“三河一湖”(三河为大通河、黑河、湟水河,一湖为青海湖)的水源涵养区和祁连山自然保护区组成部分,自然环境得天独厚。然而近年来,随着西部大开发、国家扶持藏区发展等相关政策的落实,社会经济也得到较快发展,由此也引发了一系列生态环境问题。因此,以生态效益优先,并综合考虑经济、社会效益来进行土地利用结构优化具有重要的理论和实践意义。
传统的生态足迹法由于忽略本地区的综合生态承载功能,所得的生态承载力偏小；同时涉及均衡因子、产量因子等较多参数,参数的不稳定性影响该方法的准确性。而将能值理论引入生态足迹模型,将各种物质的能量都转换成太阳能,并采用区域平均能值密度、能值转换系数等相关参数,这对已达较高组织化程度的自然生态系统来说,其生物及非生物的能值转换率也相对较稳定,更能反映区域实际生态承载力状况。
因此本文以青海省海北州为例,运用能值理论改进后的生态足迹模型分析并预测海北州的生态承载力及生态足迹。在此基础上,建立灰色多目标动态土地利用结构优化模型,以生态赤字最小化、经济效益和社会效益最大化为约束目标,设置6个变量及11个约束方程。根据模型求解最优方案,并提出优化土地利用结构的保障措施。
本论文研究主要包括以下几部分内容:
第一部分,绪论,主要阐述本文的研究背景、目的及意义,国内外能值、生态足迹理论、土地利用结构优化的研究进展,提出了论文的研究方法与技术路线。
第二部分,阐述生态足迹、能值理论体系,包括基本概念、计算方法及模型的优缺点等。
第三部分,生态足迹的计算与预测。以海北州为例,依据能值—生态足迹理论,进行生态承载力、生态足迹及生态赤字/盈余的计算与分析。并采用相关数学模型,对海北州2015年与2020年的生态足迹,包括人口、生态足迹及生态承载力进行预测,为下文的土地结构优化研究做好铺垫。
第四部分,论文的核心部分。设置变量、预测变量需求浮动区间,以生态赤字最小化,经济效益和社会效益最大化为约束目标,设置6个变量及11个约束方程,采用基于WinQSB的灰色多目标线性规划模型对海北州土地利用结构进行优化,提出优化方案,并对方案进行对比评价。
第五部分,基于前文的研究成果,对海北州土地可持续利用提出四点保障措施。
第六部分,结论与展望。简要说明了论文研究的结论、创新点、不足之处及展望。