湖北省低碳土地利用结构优化配置研究①
李红霞1熊丽玲2
(1.长沙学院经济管理学院 湖南长沙 410022;2.华中科技大学经济学院 湖北武汉 430074)
摘 要： 土地是人类赖以生存和发展的物质基础，是可持续发展的前提条件，又是重要的碳排放源和碳吸收汇。土地利用变化对全球碳循环起着重要的作用，通过优化土地利用结构来实现减排目标是发展低碳经济的重要措施。该文以湖北省为例，将低碳目标与经济效益最大化目标相结合，应用多目标粒子群算法构建研究区低碳土地利用结构优化模型，设置了模型的具体目标函数、约束条件以及模型数据的处理流程。最后对模型运算得到的多个低碳土地利用优化方案进行比较和分析，提出实现优化方案的建议措施。
关键词： 土地利用结构优化配置 低碳 粒子群算法 湖北省
1 概述
低碳土地利用模式是指在土地利用过程中转变土地利用模式和方式、优化配置各业各类用地，科学规划发展建设用地、实行建设用地的节约与集约利用，加强土地生态建设、改善土地生态环境，采用先进节能减排技术减少碳排放、降低人为碳排放的速率，建设大面积、集中连片的森林与草地，实现土地生物碳汇功能的发挥，最终达到土地的可持续利用。低碳土地利用结构优化配置是要在满足人民各类生产、生活需求用地的条件下，实现碳排放量最小化和区域利益或效益最大化两个目标，同时还要兼顾满足土地可持续利用指标。
低碳土地利用结构优化配置是一个典型的约束多目标优化问题，每一种优化配置方案都对应约束多目标优化问题的一个解。粒子群优化算法是一种模拟自然界中某种生物群体觅食等行为的智能优化算法，具有搜索速度快、效率高，算法简单等特点。粒子群在土地利用管理、复垦土地利用结构优化、常规农用地分等模型等方面得到了广泛应用[1,2]。
2 低碳土地利用结构优化配置模型
土地利用结构优化配置是基于土地可持续利用特性，通过土地可持续利用评价指标判断现状条件下土地利用的低碳可持续程度，以此作为土地利用优化配置的基础和依据，并找出它们之间的最佳结合途径。
随后，医院管理层拍板，把上述预约服务扩大到门诊患者，并且进一步把服务量较大的内镜检查、核医学检查等项目纳入集中预约管理。在再次运行稳定之后，医院又逐步纳入相对零散的动态心电图、动态血压等检查项目。
2.1 低碳土地利用结构优化配置目标
低碳土地利用结构优化配置最终目的要实现经济、社会和生态环境效益目标的协调与统一，但这种目的并非是各目标间的均衡或同时获得多目标的最大化，而是要视具体地区、层次和配置的目的而选择具体的目标。该文针对省级区域的低碳土地利用而设置了如下优化目标。
《中国钼业》为中国科技核心期刊，是中国钼行业唯一的一份权威性学术期刊，也是金堆城钼业集团有限公司乃至陕西有色的一张名片，期刊影响力不断提升，是国家权威机构对期刊质量和学术水平的充分认可，也是金堆城钼业集团有限公司科研实力、管理能力和社会影响力的集中体现。
没有野鱼有野味。野鸭野鸡野猪肉，飞鼠果狸梅花鹿。一桌菜上得色香味应有尽有，极尽豪华。好菜岂能不配好酒？酒是本地驰名的极品一号，开瓶透香，被服伺小姐满满地酌了两杯。
（1）基于低碳的优化目标。
（2）耕地保有量的约束。
X2、X3、X4≥现状面积或规划面积
优化营商环境需要持之以恒，久久为功，坚持问题导向，在切实解决企业和群众反映最突出最强烈的问题中，实现营商环境根本好转，引导社会预期向好，同步推进产业结构调整和体制机制改革。
式中，f(x)为目标年单位GDP碳排放量；ai为变量i的碳排放系数；xi为变量i的用地面积。
（2）基于最大经济收益的优化目标。
注意到，当f≫NΔf时，第三项相比较前两项带来的相位差可忽略不计。因此，不考虑幅度信息，则FDA的发射方向图可近似表示为
根据各类用地的现状、自然经济特点和当地市场发展趋势，通过实际调查分析，确定该模型的收益函数g(x)。决策变量的系数根据历年统计数据确定，用地经济效益目标函数公式如下：
式中，g(x)为目标年经济收益；bi为各类型土地收益系数；xi为各类用地面积。
2.2 低碳土地利用结构优化的约束条件设计
模型中的约束条件是指实现目标函数的限制因素。该文确定了与设定目标关系密切的碳排放、土地利用、社会经济生态因素等7个约束条件，共建立9组约束方程。
（1）土地总面积的约束。
挡土墙广泛应用于水利、土木和交通等行业当中，其上的土压力是挡土墙设计的重要依据。目前，挡土墙土压力的计算理论仍不完善，一是挡土墙绝大多数情况下回填土体处于非极限状态[1]，二是由于地基不均匀沉陷和水压力的作用等，使挡土墙可能发生平移（T）、绕墙顶转动（RT）、绕墙底转动（RB）或组合移动[2]，这使得挡土墙土压力计算没能形成系统理论。对不同墙体位移模式的非极限状态土压力进行研究，具有一定的实际价值和理论意义。本文拟对绕墙顶转动（RT）位移模式的挡土墙非极限状态被动土压力计算进行探讨。
X1+X2+X3+…+X8=研究区域土地总面积
治疗方法:1.控制血糖:每个病人根据病情,选择口服降血糖药或胰岛素降血糖治疗,使血糖控制在:FBG<7mmol/L,PBG<10mmol/L.2.用药方法:所有病人均给予常规降血糖、改善微循环、抗凝、营养神经等对症处理(阿司匹林0.1qd,双嘧达莫50mgtid腺苷钴胺1.5mgtid)治疗组在对照组常规西药治疗基础上予以芪桂通痹汤(黄芪50g、桂枝15g、赤芍50g、丹参50g、白术50g、川断30g、枸杞24g、山药30g、麦冬30g、鸡血藤30g、金樱子24g),水煎bid口服,四周为一疗程。
1.1 一般资料 选取2017年3月～5月在广东三九脑科医院住院的脑瘫儿童家长42名。诊断标准：住院儿童必须符合中国脑性瘫痪康复指南脑瘫诊断标准[3]；纳入标准：符合诊断标准的脑瘫儿童家长；且未曾接受过相关心理干预和辅导。排除标准：因视力、手部残疾等因素限制不能完成问卷填写的家长。
X1≥目标年研究区域耕地保有面积
（3）碳汇用地约束。
所有的决策变量均不能为负，即xi≥0，(i=1，2，…，8)。
图1 粒子群算法与土地利用优化配置结合模型
碳排放系数（ai）是指不同类型土地的单位碳排放量（t/hm2），是根据各类型用地排放/吸收碳量来确定的，通过确定目标年各项决策变量的碳排放系数最终可构建低碳目标函数：
（4）建设用地情况约束。
根据城市化进程发展的需要，城镇建设用地面积应大于现状面积；人均农村居民点面积则不低于《村镇规划标准》规定的标准。
通过预测至2020年研究区域GDP总产值来确定单位GDP的约束条件：
（5）单位GDP碳排放比的约束。
X5＞现状城镇建设用地面积；X6≥《村镇规划标准》规定的人均农村居民点面积标准。
Y2020≤αY2005，45%≥α≥40%
（6）耕地后备资源约束。
可进行开发的耕地后备资源量的数量都是有限制的，即：
X8≥不可开发利用的耕地后备资源
有幸能够较为系统就地拜观画家客岁金秋在西德首都波恩以及名城科隆几处展出的大批作品，如行山阴道中，目不暇接，眼福委实匪浅。尽管我对画家相当熟悉，却从未一次观赏过如此全面而又自成体系之作，心情之激动可想而知，无怪对素有艺术修养的德国人民，为此掀起一股热潮，当属意料中事。
湖北省位于中国中部，长江中游、洞庭湖以北，全省土地面积18.59万km2。现行的《湖北省土地利用总体规划》以2006—2020年为规划期，以2005年为基期年，以2020年为远期目标年。该文通过对2005—2009年连续5年的土地资源管理、土地利用碳排放/吸收、经济发展等相关数据的研究，构建湖北省低碳土地利用结构优化配置模型，提出2020年的低碳土地利用目标，以期对当前湖北省土地利用总体规划实施的有所借鉴作用。
碳吸收主要来源于园地、林地、牧草地，此类用地约束条件设定应根据生态建设规划和区域土地利用的情况进行设定，一般应不低于规划水平或现状水平，即：
3 基于多目标粒子群优化算法的低碳土地利用结构优化设计
利用多目标粒子群优化算法进行土地利用优化配置，首先，要按照配置模型中各种用地类型来确定粒子的形式；其次，要根据配置模型中的目标函数确定算法对粒子个体的适应度评价方法和选择策略；最后，根据配置模型的各种约束条件和各地区的具体情况确定粒子群算法的各种参数（见图1）。
（3）凌文辁、张治灿与方俐洛通过对5000名员工的7轮预测和2000名员工的正式测验，编制出了由情感承诺、理想承诺、规范承诺、机会承诺和经济承诺五因素构成的“中国职工组织承诺量表”。该量表的总方差解释量达66.11%，相关分析也表明，各因素与效标的相关均达到非常显著水平，各因素的信度在0.7-0.89之间，量表的信度和效度良好。因为此份量表是在中国文化背景下编制的，因而对国内的研究有很大的指导意义。
4 湖北省低碳土地利用结构优化配置
（7）决策变量非负要求约束。
到了下午时刻，左小龙来到了大毛土菜馆，找到了刘必芒。刘必芒在向东的包厢里等候。这间包厢是刘必芒亲嘴设计的，但是估计员工在执行方面产生了一点误会，所以居然很有非主流的风格。刘必芒的设计理念是星光，他要求屋顶漆黑，然后画上白色的星星，后来有人告诉他，画上去不太好，感觉像发霉了，刘必芒就要求索性到位，用LED灯做成闪烁的星星。一年以后，劳斯莱斯的新款轿跑车也使用了这个设计——星空车顶。
4.1 土地利用碳排放量估算
采用2005—2009年湖北省能源消费、农业投入、土地利用等统计数据，依据排放系数法进行湖北省土地利用碳排放/吸收量估算，估算2005年、2009年湖北省土地利用碳源/碳汇量如表1所示。
4.2 目标函数参数设置
（1）低碳目标函数。
依据低碳目标函数公式测算，至目标年2020年，湖北省各类型用地碳排放/吸收率，采用灰色GM(1，1)模型进行预测计算，并用专家打分法、综合平衡法等方法验证可得：
高敦施工是公路桥梁建设中的重要环节，我国高敦施工工艺技术得到极大提高，高墩施工关系着桥梁建设的安全性，在高墩施工中要严格按相关技术标准执行，避免出现工程质量安全问题，促进我国公路桥梁建设的稳健发展。
ai=[（10.54，-0.35），3.81，3.81，0.95，-399.10，-2.67，-15.84，0]
（2）最大经济收益目标函数。
依据用地经济效益目标函数公式测算取研究区域目标年期末的国内生产总值（GDP）作为规划的优化目标。
应用GM（1,1）、层次分析法、专家打分法等方法来计算各类用地的效益，构成效益集wi（i=1，2，3……）。其中未利用地的用地效益可视为0，参与评判。
wi=（0.1389，0.0883，0.0916，0.0555，0.3185，0.0677，0.2396）
选用耕地效益乘以各类型土地的相对权益系数来求得相应的单位面积上的产出效益。
bi=(20.11，12.78，13.26，8.04，46.11，9.8，34.69，0)
4.3 确定湖北省低碳土地利用结构优化配置约束条件
模型中的约束条件是指实现目标函数的限制因素。根据哥本哈根气候变化大会前夕中国所做承诺制定的目标年为2020年中国将单位GDP碳排放减少40%～45%，同时2020年也是《土地利用总体规划》制定的目标年，该文将约束目标年定为2020年。同时确定其他7个约束条件具体值。
表1 2005年、2009年湖北省土地利用碳源/碳汇量
表2 土地利用结构优化结果表
4.4 湖北省低碳土地利用结构优化配置结果
该文设定目标函数为满足减排目标下的经济效益最大化，即在优化结构条件下，得到若干配置方案，经过分析计算和修正，选取同时满足目标函数和约束条件的3个供选方案，结果见表2。
5 结论
由表2可知，在2005年湖北省单位GDP碳排放量为0.9t/万元的情况下，至2020年，在满足各项约束条件的情况下，得到3个优化方案，3个方案预计实现GDP总产值差距不大，都较2005年增长4倍，较2009年增长约3倍，但是各类用地结构安排上有一定差异。
3个方案的共同点在于：一是通过农村居民点的整理来增加其他用地，这也与当前湖北省农村居民点用地面积过大、整理潜力巨大的现状相符，是比较合理的优化途径之一；二是城镇建设用地和交通水利用地均有所增加，也与湖北省目前经济发展相适应的。此外，3个方案在园地、林地、牧草地等净碳汇用地方面都有所增长，这表示植树造林种草是实现增汇减排的必要途径。总而言之，必须从社会经济建设和土地利用多方面采取有效措施实现低碳土地利用结构优化方案。
参考文献
[1] 刘贺同,莫愿斌.基于粒子群复形法优化复垦土地结构[J].农业网络信息,2006(12):16-19.
[2] 马世发,何建华,念沛豪,等.粒子群神经网络混合模型在农用地分等中的应用[J].地理与地理信息科学,2011,27(1):105-108.
[3] 文瑛,廖伟志,闭应洲.求解多目标优化问题的自适应粒子群算法[J].计算机工程与应用,2010,46(23):38-40.
[4] 纪震,廖惠连,吴青华.粒子群算法及应用[M].北京:科学出版社,2009.
[5] 刘英,赵荣钦,焦士兴.河南省土地利用碳源/汇及其变化分析[J].水土保持研究,2010,17(5):154-157.
[6] 孙宇杰,张宇辰,李鹏.低碳背景下区域土地合理利用评价研究[J].地域研究与开发,2011,30(5):93-96.
[7] 吴晗晗,刘传江.低碳经济背景下江西省工业发展与碳排放研究[J].湖北社会科学,2014(9):65-69.
[8] 肖主安,彭欢.我国低碳经济型土地利用模式的路径选择[J].求索,2010(4):81-82.
中图分类号： F301.23
文献标识码： A
文章编号： 1672-3791(2019)07(c)-0194-03
DOI： 10.16661/j.cnki.1672-3791.2019.21.194
①基金项目：湖南省教育厅科学研究一般项目——基于投影寻踪法的洞庭湖区土地生态安全评价及预警研究（项目编号：13 C1094）；长沙学院人才引进项目——基于模糊理论的二手房价格预警体系研究（项目编号：12016）。
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