基于农户-地块尺度的山区耕地利用ABM模型研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李明
|
| 答辩日期 | 2018 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王玉宽 |
| 关键词 | 土地利用强度 耕地扰动强度 农户行为 农村环境保护 ABM |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 其他题名 | Studying plot-scale agricultural land use change in mountain areas by using agent-based modeling and simulation |
| 英文摘要 | 土地利用变化既是全球变化的重要组成部分，也是全球环境变化的主要原因。然而，土地变化科学发展至今，存在明显的重数量变化、轻质量变化研究的缺陷，而这两方面的变化均可能产生明显的生态环境效应。对于我国山区农村而言，受农村经济改革、城镇化发展、退耕还林政策和土地流转政策等因素影响，农户的生计策略和生产行为发生了显著改变，导致耕地的利用方式和利用强度发生了明显变化，这是引起农村环境变化的直接原因。本文主要围绕山区耕地“种不种、种什么、怎么种，以及其环境效应如何”这一系列问题，基于智能体模型（Agent based model, ABM）开展耕地利用方式变化模拟研究，并结合ABM和耕地扰动强度评估，模拟耕地利用强度的变化趋势，以期为山区农村环境治理和山区可持续发展提供科学参考。主要内容和结论如下：（1）运用多维偏好分析和聚类分析方法，开展了基于耕地利用行为影响因素的农户类型定量划分研究。结果表明：家庭劳动力整体受教育程度、耕地面积、劳均耕地面积、退耕还林地占比、家庭稳定性现金收入、非农收入占比、畜牧业收入占比和补贴占比等8个指标是影响农户行为的关键变量。基于聚类分析结果和分类树方法，分别依据非农收入占比（≥90%和50~90%）、养殖占比（≥50%）、耕地面积（≥30亩）和补贴占比（≥50%），将研究区的农户划分为非农型、兼业型、养殖型、种植大户、补贴型和传统型共6种类型。最后对比分析了上述6种类型农户的耕地利用行为差异。（2）为了解决山区耕地“种不种”和“种什么”的问题，本研究从农户行为的视角，通过构建具有“自下而上”建模机制的ABM模型，模拟和预测未来不同发展情境下耕地利用方式的变化。本模型包括模型初始化、农户类型判断、耕地弃耕预测和作物选择决策等子模块，共涉及18个关键步骤。智能体的学习过程基于经历-权重吸引模型（EWA）模拟；农户的弃耕行为通过综合考虑各类型农户的弃耕意愿和各地块的被弃耕概率模拟；农户的作物选择行为基于信念-愿望-意图（BDI）开放性决策框架模拟。（3）以宝兴县咔日村为例，对2000~2015年的耕地弃耕过程和地块作物演变过程进行模拟试验，并选取多个指标对模型结果进行检验。结果显示，本模型对弃耕地数量和耕地地块作物的播种面积模拟精度较高（误差分别为1%和18%），但在空间格局上存在一定的差异。这主要是由于模型对耕地权属的分配与现实之间存在差异。基于率定后的模型，分别设置了历史发展、生态保护和适度发展3个未来不同发展情景，模拟耕地利用方式的变化趋势。结果表明，生态保护情景下，农户的生计策略由种养混合型转变为维持经济作物种植型；相对于历史发展和适度发展情景，退耕还林地面积增加1.9%，主要作物类型由饲料作物转变为经济作物，牲畜数量明显减少（95.0%），且农户的生计质量能够得到明显改善。（4）为了量化山区耕地“怎么种及其环境效应如何”，本研究创新性地提出耕地扰动强度（CLDI）的概念，并给出地块尺度的定量评估方法。本文将耕地扰动类型区分为物理扰动和化学扰动，其对应的主要环境问题分别为水土流失和面源污染。对我国西南山区的宝兴县、普格县的耕地扰动强度研究发现：耕地受到的化学扰动强度（d_C）明显高于物理扰动强度（d_P），中高等d_C的地块占60.5%，中高等d_P的地块占43.4%；以非农活动为主的区域，耕地的d_C更高，而传统农耕区耕地的d_P更高；翻地阶段和施肥阶段分别对耕地的d_P和d_C的贡献程度最大（分别为69.5%和49.1%）；不同作物类型和不同轮作模式的耕地地块受到的理化扰动差异显著；耕地扰动强度显著受农户和地块层面因素的共同影响，农户参与非农活动导致耕地的d_C增大d_P减小，距农户150 m和800 m的地块受到的d_P和d_C最高。（5）最后，结合ABM模型研究和耕地扰动强度研究结果发现，历史发展情景下，研究区有69.1%的耕地地块受到中-高等强度的物理扰动，23.5%的耕地受到中-高等强度的化学扰动。而在生态保护情景下，仅有14.3%的耕地受到中等程度的物理扰动，无耕地地块受到中-高等强度的化学扰动。本研究表明，对于当前的西南山区农村环境治理工作而言，水土流失和面源污染防治的重点区分别为距农户150 m和800 m范围的耕地地块，最有效的非工程防治措施为推广少耕或免耕法、施用农家肥和新型高效有机复合肥。对于未来的农村环境治理工作，除上述建议外，政府加强对部分环境友好型经济作物的引导，合理调控种植业和畜牧业的比重，将是减缓区域环境风险和实现山区可持续发展的有效途径。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 146 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/24795]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山区发展研究中心 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李明. 基于农户-地块尺度的山区耕地利用ABM模型研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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