[0001] 本发明涉及土地承载力计算的技术领域，尤其涉及一种一种融合农户决策意愿的耕地承载力测算方法。

[0002] 耕地是人类从事农业生产活动的重要载体，是土地的精华，为人类提供生命所需要的主要营养成分。目前我国正处于持续发展的关键时期，高速的城市化与产业化使得耕地资源有限性和耕地环境脆弱性愈发凸显，在生产、生活、生态对国土空间的旺盛需求背景下，耕地承载力测算逐渐成为公众关心的热点和研究的难点。同时，现有耕地承载力的研究多集中在以国家、省或市的大、中尺度研究，以乡镇为主的小尺度的耕地承载力研究还相对薄弱，乡镇作为粮食出产的主要地，耕地种植生产是农户的主要经济来源，小尺度的研究能够更加直接、具体的获取农户种植信息，更有利于了解作物的产出情况及能够承载的人口情况。此外，对耕地承载力影响因素的探究也只考虑自然和社会经济因素，缺乏对农户意愿的深入调查和对农民利益诉求的考虑，而当前乡镇耕地承载力变化中，人为因素扮演着重要的角色，农户意愿在耕地承载力变化的研究中不可或缺。

[0003] 现有土地承载力测算方法多集中在综合地类和耕地产能评价上，如公开号为CN107886216A的专利公开了一种基于土地利用适宜性评价的土地承载力分析方法，涉及土地承载力分析领域；公开号为CN111680925A的专利公开了一种耕地产能评价方法，涉及耕地评价领域。本发明提供了如下技术方案：对研究区域进行资料收集，从农户集中居住意愿、种植偏好和投入水平3个方面调查农户意愿；采用传统AEZ法依次计算耕地光温生产潜力和光温水土生产潜力；在此基础上，改进传统的AEZ法，综合考虑农户主体种植偏好(种植作物种类和复种指数)以及社会经济投入水平(化肥投入、农药投入)，计算耕地生产潜力；考虑农户消费水平等，从耕地资源人口承载力与耕地承载力指数两个方面计算并分析耕地承载力。

[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0020] 请参阅图1‑图6，一种融合农户决策意愿的耕地承载力测算方法，包含耕地光温生产潜力计算模块、耕地光温水土生产潜力计算模块、耕地生产潜力测算模块和耕地承载力测算模块，

[0021] 步骤1、耕地光温生产潜力计算：光温生产潜力由光照和温度因素所共同决定，综合考虑不同月份之间气象的差异、温度对作物的影响以及不同作物的生长周期及复种情况，以温度、降水、辐射等气象数据为基础，确定光合有效系数和温度有效系数，采用传统AEZ法计算耕地光温生产潜力，采用以下公式：

[0022] YG＝YQ×f(T)×f(W)×f(S)×f(M)

[0023] ＝YT×f(W)×f(S)×f(M)

[0024] ＝YW×f(S)×f(M)

[0025] ＝YS×f(M)   公式1

[0026] 式中:其中YG、YQ、YT、YW、YS分别为耕地、光合、光温、光温水、光温水土各级生产潜力；f(T)、f(W)、f(S)、f(M)分别为温度、水分、土壤、投入水平各种修正系数。

[0027] 步骤1.1、耕地光合生产潜力计算：利用De Wit方法计算作物光合生产潜力，考虑到不同月份间气象差异较大，分别以每月气象数据进行计算，再分别针对不同作物的生长周期进行累加，不仅考虑了不同月份之间气象的差异，同时还考虑了不同作物的生长周期及复种情况。具体计算公式如下：

[0028] YQ＝Fyo+(1‑F)yc

[0029] F＝(Rse‑0.5Rs)/0.8Rse

[0030] Fs＝Q(aS2+bS+c)/n   公式2

[0031] 式中：YQ代表光合生产潜力(kg/hm2/day)；F为云层遮挡率，Rse为天晴时的有效辐2 2 2
射最大值(cal/cm/day)，Rs短波入射辐射量(cal/cm /day)；Q为日地外辐射量[MJ/(cm /day)]；n为计算月份天数；S为日照百分率，S＝某月日照时数/该月可照总时数；yo为阴天干
2 2
物质生产率(kg/hm/day)；yc是晴天干物质生产率(kg/hm/day)。

[0032] 步骤1.2、耕地光温生产潜力计算：光温生产潜力是在光照条件最优的状态下加入温度对作物生长影响的考虑，即由光照和温度因素所共同决定。光温生产潜力是在光合生产潜力的基础上对温度进行修正，温度有效系数的确定方法较多，综合考虑日均温对作物的影响以及不同作物的自身的生理特性，计算的结果更具针对性，其计算公式如下：

[0033] 当ym≥20(kg·hm2·h‑1)时，

[0034] YT＝Lc·Nc·Hc·G[F(0.8+0.01ym)yo+(1‑F)(0.5+0.025ym)yc]   公式3[0035] 当ym<20(kg·hm2·h‑1)时，

[0036] YT＝Lc·Nc·Hc·G[F(0.5+0.025ym)yo+(1‑F)0.5ym·yc]   公式4

[0037] 其中ym为干物质生产率；Lc为叶面积指数校正值；Nc为净干物质生产量，当平均温度<20℃时，Nc＝0.6，当平均温度≥20°；Hc为收获指数，G为作物生长期。

[0038] 步骤2、耕地光温水土生产潜力计算：即土地生产潜力计算，在光温生产潜力计算的基础上，考虑水分、土壤等自然因素，即社会经济条件处于理想状态下作物的生产潜力。通过分析作物冠层表面净辐射、饱和水气压、土壤性状、养分条件、立地条件等，得出水分修正系数和土壤有效修正系数，采用传统AEZ法计算耕地光温水土生产潜力；

[0039] 步骤2.1、耕地光温水生产潜力计算：光温水生产潜力又叫气候生产潜力，是在光温生产潜力的基础上进行水分衰减得到的，其计算公式如下：

[0040] YW＝YT*f(w)   公式5

[0041] 其中f(w)代表水分修正系数。

[0042] 步骤2.2、耕地光温水土生产潜力计算：光温水土生产潜力又叫土地生产潜力，是仅考虑光照、温度、水分、土壤等自然因素，即社会经济条件处于理想状态下作物的生产潜力。其计算公式为：

[0043] YS＝Yw*f(s)   公式6

[0044] 步骤3、耕地生产潜力测算：即耕地社会生产潜力测算。在考虑自然因素影响计算耕地光温水土生产潜力的基础上，综合考虑农户种植偏好和社会经济投入水平的影响，采用改进的AEZ法测算耕地生产潜力。此处的农户种植偏好包括农户种植的作物种类和复种指数，社会经济投入水平重点考虑作物种植到收割过程中农户的常规生产性投入(包括施肥量和农药使用量等)。其计算公式如下：

[0045] YG＝YS*f(m)   公式7

[0046] 式中，f(m)是社会生产系数。

[0047] 步骤4、耕地承载力测算：从耕地资源人口承载力与耕地承载力指数两个方面计算并分析耕地承载力。在耕地生产潜力测算的基础上，考虑农户主体的人均消费水平，计算区域内所生产的作物能够供养的总人口数量，即耕地资源人口承载力；将实际人口与此承载人口对比，得到耕地承载力指数，据此可判断人地关系是否失衡。

[0048] 实施例介绍：

[0049] 1、案例区介绍：甘肃省张掖市甘州区地处干旱、半干旱过渡区，又加之处于西部大开发范围内，自然环境极易受干扰，十分脆弱，是典型的生态脆弱区。甘州区经济发展落后，人口增长、资源开采过度等问题没有得到有效缓解，生态系统的结构和功能严重失调，耕地生态系统遭受严重破坏，加之近年来自然灾害严重，土壤退化、水土流失、耕地质量退化等问题日益突出，已成为耕地可持续发展的重大瓶颈制约，研究该区域的耕地承载力十分有必要。

[0050] 2、案例区耕地承载力测算过程：

[0051] (1)耕地光合生产潜力计算。采用公式2计算光合生产潜力，其中，不同纬度的最大有效辐射量(Rse)如表1所示，不同天气下干物质生产率(yo和yc)如表2所示。

[0052] 表1最大有效短波入射辐射量(Rse)表，

[0053]

[0054] 表2某种标准作物在阴天(yo)和晴天(yc)里的干物质总产量表；

[0055] 单位：kg/hm2/day

[0056]

[0057]

[0058] 甘州区2018年光合生产潜力如图2所示。其最高值和最低值分别为6.54*104kg/2 2
hm、4.21*104kg/hm。

[0059] (2)耕地光温生产潜力计算。根据公式4和公式5计算光温生产潜力，其中，不同作物及温度下的干ym如表3所示，不同叶面指数下的作物生长量校正值如表4所示，收获指数(Hc)如表5所示；

[0060] 表3：不同作物及温度下的干物质生产率(ym)表；

[0061] 单位：kg/hm2/h

[0062]作物种类 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 30℃ 35℃ 40℃ 45℃
Ⅰ类耐寒作物 5 15 20 20 15 5 0 0 0
Ⅰ类喜温作物 0 0 15 32 5 35 35 32 5
Ⅱ类耐寒作物 0 5 45 65 65 65 45 5 0
Ⅱ类喜温作物 0 0 5 45 65 65 65 45 5

[0063] 表4：不同叶面指数下的作物生长量校正值(Lc)表；

[0064]叶面指数Lai 1 2 3 4 ≥5
校正值Lc 0.2 0.3 0.4 0.48 0.5

[0065] 表5：不同作物收获指数表；

[0066]

[0067]

[0068] 2018年甘州区的光温生产潜力如图3所示，其中，最高值和最低值分别为10.74*2 2
103kg/hm、2.24*103kg/hm。

[0069] (3)耕地光温水生产潜力计算：采用公式5计算光温水生产潜力，其中，修正系数(f(w))的大小反映了水分对产量的影响程度高低。采用近似公式求解水分订正系数，该表达式为：

[0070]

[0071] 式中，P为月均降水量；E为蒸发量，E＝0.0018(T+25)2(100‑R)；R为月平均湿度；T为月平均温度。

[0072] 2018年甘州区光温水生产潜力如图4所示。其最高值和最低值分别为1.65*103kg/2 3 2
hm、0.29*10kg/hm。

[0073] (4)耕地光温水土生产潜力计算：采用公式6计算光温水土生产潜力，其中，土地生产潜力是在气候生产潜力的基础上衰减得到的，因而土壤修正系数的确定是土地生产潜力计算的关键。土壤修正系数确定的方法比较多样，本案例选取不同的土壤指标进行加权平均获得，指标分值越高，土壤的有效修正系数则越大。土壤有效修正系数表达式为：

[0074] f(s)＝∑Ai*Wi   公式9

[0075] 式中Ai为土壤质量评价指标的分值，Wi为各个指标的权重。选取12个影响土壤有效性的指标进行分析，按照不同指标的属性从土壤性状、养分条件、立地条件分析其重要性并建立判断矩阵获取不同指标的权重，各指标等级及评分如表6‑表8所示。

[0076] 表6：土壤性状分值划分表；

[0077]等级 土壤质地 PH值 耕层厚度 分值
1 L 6.5～7.5 ≥20 1
2 LS,SL 5.5～6.5 16～20 0.9
3 LC,CL 7.5～8.5 12～16 0.7
4 SLC,SCL 4.5～5.5 8～12 0.6
5 SC,C 8.5～9.0 4～8 0.5
6 S <4.5,>9.5 <4 0.4

[0078] 表7：土壤养分分值划分表；

[0079]

[0080] 表8：立地条件分值划分表；

[0081]

[0082] 光温水土生产潜力是在光温水生产潜力的基础上对土壤参数进行修正，土壤的演化是一个较漫长过程，短时间内土壤变化不明显，因此本案例默认十年内土壤性质不改变，对甘州区2018年光温水生产潜力采用统一的土壤修正系数进行修正后得到其光温水土生2 2
产潜力如图5所示。其最大值和最小值分别为1.24*103kg/hm、0.21*103kg/hm。

[0083] (4)耕地生产潜力即耕地社会生产潜力计算：采用公式7计算。在本案例中，生产潜力与投入水平是成正比的，投入水平越高，作物的产量越大，生产潜力就越大。社会经济投入水平主要指农户的经济投入状况，主要可以分为两个方面，一方面是指基础性农田建设的投入，包括修建水渠、土地平整等；另一方面是指作物种植到收割过程中的常规生产性投入，肥料、农药、农机等。其中灌溉、肥料、农药是导致作物的生产潜力增加的直接因素，灌溉是对作物水资源供需的考虑，由于在气候生产潜力中对作物生长所需的重要水资源已经做了分析，在此不多加赘述，因此本案例主要考虑的农户投入水平主要为施肥量和农药使用量。其中，施肥量和农药使用量主要参考国家安全使用标准，投入水平系数由施肥量和农药使用量的影响系数共同决定，本案例综合农户意见后认为施肥量和农药使用量对作物生产潜力影响的重要性相同，因此取二者均值作为社会生产潜力影响系数，见表9。

[0084] 表9：投入水平对农业生产力的影响系数表；

[0085]   高用量 中用量 低用量2
施肥量(kg/hm) >300 200～300 <200
2
农药用量(g/hm) >100 40～100 <40
影响系数 1.2 1.3 1.1

[0086] 2018年甘州区社会生产潜力如图6所示。其最高值和最低值分别为1.60*103kg/2 2
hm、0.26*103kg/hm。

[0087] (6)耕地承载力计算：计算耕地承载力时，作物的生产量是预估的生产量，即上一节中所计算的社会生产潜力；消费水平主要分为温饱型、小康型、富裕型三种，本案例参照联合国粮农组织公布的人均营养热值标准、国际卫生组织公布的营养标准以及结合研究区实际情况，将温饱型、小康型、富裕型三级消费水平下分别划分为400kg、450kg、525kg，耕地承载力指数是实际人口与承载人口的比值，其值越低，作物盈余越多，人地关系也就越平衡；反之，耕地承载力指数越高，区域作物不能承载当前人口，人地关系失衡。耕地资源人口承载力及耕地承载力指数的计算公式如下：

[0088] LCC＝YG*S/Gpc       公式10

[0089] LCCI＝Pa/LCC      公式11

[0090] 式中，LCC为研究区的耕地资源人口承载力；YG为研究区耕地生产潜力，为即社会生产潜力；S为各行政区的作物种植面积；Gpc为人均消费水平；LCCI为耕地承载力指数；Pa为实际人口。当LCCI≤0.875时，处于盈余状态；0.8751.125时，处于超载状态。

[0091] 分别用温饱型、小康型、富裕型三种消费水平对甘州区的耕地资源人口承载力和耕地承载力指数进行测算，发现当期耕地资源基本无法满足当期人口最低消费水平需求，因此仅对温饱型消费水平下的耕地承载力进行分析。经计算，2018年甘州区全区耕地资源人口承载力为255404.17人，耕地承载力指数为1.98，甘州区耕地供需失衡，处于超载状态，这主要是因为甘州区耕地面积少，荒漠、滩涂等未利用地面积较多，土壤质量较差，甘州区所处的西北地区降雨量较少，水资源缺乏较严重，加之人口数量较多，农户文化水平低，经济投入少，耕地利用不合理等问题使得其耕地资源人口承载力较低，耕地承载力指数偏高，基本处于超载状态。

[0092] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0093] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。