水资源约束条件下的农业种植结构优化研究——以河套灌区为例

摘要

现阶段运用工程节水、农艺节水、化控节水等节水措施，存在成本高、易带来生态环境问题等不利因素，难以大规模推广应用。优化调整种植结构，对增加农业生产综合效益，提高水资源利用效率效益具有重要意义。论文以经济效益、社会效益、生态效益和水分生产效益最大为目标函数，以区域粮食安全、种植面积、可利用水资源量和农业总产值等为约束条件，建立水资源约束条件下的农业种植结构优化模型，运用多目标智能优化算法求解;将模型应用于河套灌区，得到不同目标情境下4种种植结构优化方案。本研究取得的主要结果如下:
　　(1)应用模型进行种植结构优化后，河套灌区综合效益与水分生产利用效益均有一定的提高。与种植结构优化前相比，优化后综合效益增加7.61％，其中经济效益增加了14.07％，社会效益增加了11.86％，生态效益增加了0.74％;水分生产效益增加了16.08％。农业可利用水资源量优化后较优化前共节约了5.8亿m3，占河套灌区农业可利用水资源量的11.94％。
　　(2)在不同目标情景下，设置了4种种植结构优化方案，分别侧重经济收益、粮食安全、生态系统服务价值和水资源的高效利用4个方面，经济收益型方案适合于快速发展农村经济，增加农户收入，但社会效益和水分生产效益较其他三种方案小。粮食安全型方案目的是充分保障粮食安全，在粮食安全存在隐患时，推荐使用本方案。生态效益型方案侧重于生态效益目标，注重生态系统所带来的服务价值，该方案综合效益最大，但经济效益较其他方案小，说明注重生态效益，促进可持续发展应是灌区种植业发展方向，但会在一定程度上减少经济效益。水资源高效利用方案侧重于水分生产效益，目的是提高水资源的利用效率和效益，该方案水分生产效益最高，但综合效益较其他方案小，表明水资源已成为灌区经济社会和可持续发展的制约性因素。
　　(3)农业种植结构优化调整既是农业供给侧改革的需要，也是提高种植业综合效益以及提升农业用水效率和效益的重要手段。河套灌区应用实例表明种植结构优化在提高区域综合效益和节约用水方面显示出较大潜力，是缓解河套灌区乃至西北干旱半干旱地区农业生产中水资源短缺的有力措施之一。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的

1．1．3 研究意义

1．2 农业种植结构优化调整的国内外研究进展

1．2．1 水资源约束条件下的农业种植结构现状研究

1．2．2 水资源约束条件下的农业种植结构优化目标研究

1．2．3 水资源约束条件下农业种植结构优化方法研究

1．3 国内外研究现状及存在问题

1．4 主要研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 水资源约束条件下的种植结构优化基本思想和模型构建

2．1 水资源约束条件下的农业种植结构特征

2．1．1 系统性特征

2．1．2 效益性特征

2．1．3 时空差异性特征

2．2 水资源约束条件下的农业种植结构优化相关理论

2．2．1 水资源约束条件下的农业种植结构优化调整需要满足的原则

2．2．2 水资源约束条件下的农业种植结构理论研究

2．3 模型构建

2．3．1 目标函数

2．3．2 约束条件

2．3．3 主要辅助模型的建立

2．4 多目标优化求解算法

2．4．1 古典多目标优化算法

2．4．2 进化算法

2．4．3 多目标群智能优化算法

2．5 小结

第三章 水资源约束条件下的种植结构优化——以河套灌区为例

3．1 研究区概况

3．1．1 自然地理概况

3．1．2 地形地貌特征

3．2 社会经济状况

3．3 水资源现状和农业种植结构现状

3．3．1 水资源量

3．3．2 水资源利用状况

3．3．3 灌区耕地资源状况

3．3．4 灌区灌溉排水状况

3．4 河套灌区农业种植结构关键参数确定

3．4．1 灌区耕地资源

3．4．2 灌区作物需水量、灌溉定额

3．4．3 河套灌区作物产量、价格等相关参数

3．4．4 河套灌区作物单位面积生态效益值

3．4．5 河灌区各规划年人口与作物产量预测

3．5 模型决策变量

3．6 目标函数和约束条件

3．7 自适应混沌粒子群算法求解优化模型

3．7．1 种植结构优化模型迭代求解

3．7．2 水资源约束条件下的农业种植结构优化调整结果

3．7．3 种植结构优化对可利用水资源量的影响分析

3．7．4 种植结构优化对效益的影响分析

3．8 种植结构优化方案分析

3．8．1 种植结构方案

3．9 优化种植方案结果与分析

3．9．1 种植结构优化对可利用水资源量影响分析

3．9．2 种植结构优化对效益影响分析

3．9．3 敏感性分析

3．10 本章小结

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

作者简介