基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的區(qū)域水土資源優(yōu)化配置與糧食安全風(fēng)險(xiǎn)分析.pdf

1、黑龍江省位于世界有名的三大黑土帶之一，其自然條件適宜各種農(nóng)作物生長(zhǎng)。自2003年以來(lái)糧食產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，到2013年糧食總產(chǎn)量達(dá)到1.2×1011斤，超過(guò)河南省，成為全國(guó)糧食增長(zhǎng)最快、貢獻(xiàn)最大的區(qū)域，對(duì)保障我國(guó)的糧食安全具有舉足輕重的作用。伴隨著糧食產(chǎn)量的逐年增加，黑龍江省部分地區(qū)由于地下水嚴(yán)重超采、農(nóng)田掠奪性經(jīng)營(yíng)以及化肥、農(nóng)膜的長(zhǎng)期大量使用，導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，土壤沙化退化，水土流失加重，面源污染增加，水環(huán)境惡化等一系列環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重影響

2、著黑龍江省的糧食生產(chǎn)與水土資源的可持續(xù)利用。
　　針對(duì)黑龍江省水土資源開發(fā)利用中存在的諸多問(wèn)題，本文以區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展為指導(dǎo)思想，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域糧食產(chǎn)量的穩(wěn)定增長(zhǎng)為目標(biāo)，進(jìn)行了黑龍江省水土資源優(yōu)化配置方面的研究，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同的區(qū)域用水方案對(duì)黑龍江省的糧食安全進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，為黑龍江省水土資源的可持續(xù)利用、糧食產(chǎn)能的穩(wěn)定提高以及區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的合理化提供一定的理論研究基礎(chǔ)。
　　本研究的主要內(nèi)容及成果如下:
　　(1)通

3、過(guò)對(duì)黑龍江省水、土地資源開發(fā)利用現(xiàn)狀和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)概況的分析，提煉出黑龍江省水土資源開發(fā)利用中存在的問(wèn)題。在分析國(guó)際和國(guó)家水資源承載力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，與我國(guó)的實(shí)際情況相結(jié)合，給出黑龍江省水資源承載力各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為評(píng)價(jià)結(jié)果在各區(qū)域間的比較提供一個(gè)較可靠的標(biāo)準(zhǔn)?；谛畔㈧乩碚?，利用研究區(qū)域的實(shí)際數(shù)據(jù)所反映的信息確定各指標(biāo)的權(quán)重，并通過(guò)云模型實(shí)現(xiàn)黑龍江省不同行政區(qū)的水資源承載力的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:2011年黑龍江整體水資源承載力處于Ⅱ級(jí)

4、，區(qū)劃內(nèi)的大興安嶺地區(qū)水資源承載力為Ⅰ級(jí);雞西、七臺(tái)河和牡丹江水資源承載力處于Ⅱ級(jí);哈爾濱、齊齊哈爾、鶴崗、雙鴨山、大慶、黑河水資源承載力處于Ⅲ級(jí);伊春、佳木斯和綏化水資源承載力等級(jí)為Ⅳ級(jí)，本結(jié)果可為區(qū)域進(jìn)行水資源的合理開發(fā)提供政策導(dǎo)向。
　　(2)依據(jù)整體可操作性、客觀系統(tǒng)性、層次性以及地域特點(diǎn)等指標(biāo)體系建立的基本原則，結(jié)合區(qū)域社會(huì)發(fā)展概況、土地資源使用的實(shí)際情況、經(jīng)濟(jì)保障能力和自然條件等影響因素，構(gòu)建了區(qū)域土地資源承載力綜合評(píng)

5、價(jià)的指標(biāo)體系，基于逆向云理論，利用研究區(qū)本身的數(shù)據(jù)特征尋求客觀、科學(xué)地土地資源承載力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并利用正向云發(fā)生器對(duì)研究區(qū)土地資源的承載能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示:黑龍江省土地資源承載力呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)，到2012年土地資源承載力等級(jí)超過(guò)最高級(jí)別，對(duì)區(qū)域發(fā)展的支撐能力極差，同時(shí)，區(qū)域內(nèi)不同地區(qū)的承載力也存在較大差異。該方法不僅避免了制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的主觀性，而且評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀有效，具有較高的可信度?？梢詾橥恋刭Y源承載力的客觀評(píng)價(jià)與決策提

6、供一種新的研究思路。
　　(3)針對(duì)水土資源的復(fù)雜系統(tǒng)特征，基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論對(duì)區(qū)域水土資源進(jìn)行優(yōu)化配置，將區(qū)域水土資源的使用者劃分為具有不同適應(yīng)能力的主體，區(qū)域水土資源的配置過(guò)程實(shí)質(zhì)就是基于利益追求的主體在適應(yīng)性選擇下相互競(jìng)爭(zhēng)、相互協(xié)作的過(guò)程，主體基于利益追求的適應(yīng)性選擇成為水土資源優(yōu)化配置的演化機(jī)制，利用信息熵計(jì)算主體對(duì)各目標(biāo)的貢獻(xiàn)度，并以此為基礎(chǔ)確定各目標(biāo)在綜合效益中的權(quán)重，在區(qū)域水土資源總量不變的前提下，提出了區(qū)域水土資

7、源優(yōu)化配置的適應(yīng)性模式，以期為區(qū)域水土資源的高效利用和相關(guān)地區(qū)開展類似研究提供一種新的研究思路和模式。
　　(4)以黑龍江省三江平原的糧食主產(chǎn)區(qū)佳木斯市為例進(jìn)行模型的實(shí)證研究，將區(qū)域水土資源系統(tǒng)的諸多實(shí)體化分為系統(tǒng)級(jí)主體、部門級(jí)主體與用戶級(jí)主體三個(gè)層次，其中包括一個(gè)系統(tǒng)級(jí)主體;生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)與生態(tài)四個(gè)部門級(jí)主體;用戶級(jí)主體分別為:生活部門的城市家庭和農(nóng)村家庭;工業(yè)部門的全部用水企業(yè);農(nóng)業(yè)部門的水稻、玉米、豆類、薯類和蔬菜瓜果;生

8、態(tài)部門的森林、草地與水域?yàn)┩俊２⑼ㄟ^(guò)嵌套遺傳算法實(shí)現(xiàn)模型求解。結(jié)果表明:模型的演化發(fā)展過(guò)程符合主體的適應(yīng)性行為;而且，在水土資源適應(yīng)性配置之后，區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計(jì)可以取得3.34％的增長(zhǎng)，用水部門的綜合用水滿意度由0.61提升至0.73，生態(tài)部門的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)面積也提高了5.6％。研究成果對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域水土資源的可持續(xù)利用具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。
　　(5)在區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的原則下，依據(jù)黑龍江省2003-2010年糧食產(chǎn)量、水資源量以及人口等原始

9、數(shù)據(jù)，采用復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論中的多主體(Agent)建模方法對(duì)水資源的4種利用方案分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)不同氣候條件下黑龍江省2020年的人均糧食占有量、人均收益和用水保障率的預(yù)測(cè)。并利用黑龍江省2011年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。研究結(jié)果表明:技術(shù)革新與政策調(diào)控相結(jié)合的綜合方案是不同氣候條件下實(shí)現(xiàn)糧食安全的最佳方案，因此，要進(jìn)一步減輕黑龍江省水資源的壓力，以及氣候條件對(duì)糧食產(chǎn)量的影響，應(yīng)加大先進(jìn)科技與政策調(diào)控在各產(chǎn)業(yè)中的綜合運(yùn)用

10、，才能保證水資源對(duì)區(qū)域糧食生產(chǎn)的可持續(xù)供給能力。
　　綜上所述，通過(guò)黑龍江省水土資源使用情況以及水土資源承載力的研究分析，可以對(duì)黑龍江省水土資源開發(fā)利用程度、以及區(qū)域水土資源對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的支撐能力有一個(gè)充分的了解。針對(duì)黑龍江省水土資源開發(fā)利用中存在的地下水超采、水土資源匹配差、耕地質(zhì)量下降和環(huán)境污染等問(wèn)題，以黑龍江省佳木斯市為例，基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論對(duì)區(qū)域水土資源系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性配置模式的實(shí)例研究，并在此基礎(chǔ)上，利用構(gòu)建的多主體模