1 绪论
1.1立题依据
“基于 CAS 理论的区域水土资源复杂整体系统优化配置模型研究”（NO. 20092325110014）黑龙江省普通高校新世纪优秀人才培养计划“基于 CAS 理论的三江平原水土资源优化匹配格局与可持续承载能力研究”（NO.1155-NCET-004）3、国家“十一五”科技支撑计划子课题“区域农业水土资源匹配格局与作物种植结构优化”（No. 2009BADB3B0205）
1.2研究背景及意义
水土资源是人类赖以生存的最基本的物质条件，是社会经济发展的基础保障。随着人口的不断增加和经济的飞速发展，人类对水土资源利用的强度持续增加，造成了水土资源数量和质量的急剧下降，同时也引起了生态环境的急剧恶化。我国人均水资源只有 2200 立方米，仅为世界平均水平的 1/4，是全球 13 个人均水资源最贫乏的国家之一，而我国人均耕地还不到 1.4 亩，仅为世界平均水平的 40%；我国水土资源时空分布严重不平衡，长江以南耕地只占全国的 36%，水资源总量却占全国的 81%，而占国土面积 50%的北方，地下水只占全国的31%，这些水土资源问题已严重制约了我国社会经济的快速发展。*********总理说：“水土资源短缺是中华民族的心腹之患”。由于缺水，60%的耕地至今靠天吃饭；而占国土面积 40%左右的荒漠化和沙化土地的生态状况难以改善。现在全国 600 多个建制城市中有 400 多个缺水，其中严重缺水的城市有 110个；农村 2600 万人缺水。因为缺水，正常年份粮食减产 100～250 亿公斤；严重干旱年减产500 亿公斤；缺水直接影响工业产值高达 2000 多亿元。
据预测，中国人口在 2030 年将达到16 亿的高峰，届时人均水资源量仅有 1750 立方米（目前人均水资源占有量为 2200 立方米），我国将成为严重缺水国家。中国人均耕地面积只有 1.38 亩，其中有 9 个省区人均耕地面积低于 1 亩，3 个省区人均耕地面积低于 0.5 亩。在全世界 26 个人口超过 5000 万的国家中，我国人均耕地量仅比孟加拉国和日本略胜一点，排在倒数第三位。据国土资源部发布的数据，2009 年初全国耕地面积为 18.25 亿亩，和 10 年前相比，减少了 1 亿亩。耕地是农业的基础，耕地资源数量和质量不仅影响农业发展和农民增收、动摇农业的基础地位，而且会影响工业、服务业等二、三产业的发展，进而直接影响整个国民经济的发展。因此，可以说，耕地资源是我国国民经济基础的基础，保证耕地资源安全是实现我国国民经济健康发展的前提和保障。
我国是农业大国，2008 年农业人口占总人口比重为 54.32%。农业、农民和农村问题，始终是我国社会主义建设和经济发展中必须解决的根本问题，归根到底就是耕地问题、土地问题，现在全国耕地面积比 1952 年减少了 40%，粮食播种面积降到建国以来的最低水平。我国人均粮食产量只有加拿大的 1/5，我国现有耕地面积 18.27 亿亩。为了粮食安全，2007年中央提出到 2020 年全国耕地面积不得低于 18 亿亩的底线。据专家分析，这个底线到 2013年之前将被突破。因此，我们必须充分认识到我国的农业基础地位还很不稳固，粮食安全问题是一个必须高度重视的重大民生问题。三江平原位于黑龙江省东北部，现有耕地面积 383.24 万公顷，占三江平原总面积的35.08%，年产粮食 129 亿公斤，向国家提供商品粮 97 亿公斤，粮食商品率已高达 75%，农业机械化程度达到 80%以上，是我国重要的粮食生产基地和粮食战略后备基地，担负着保障国家粮食安全和国民经济稳定的重任。黑龙江省委十届五次全会提出：“把土地资源优势发挥好，推进农业再上新台阶。通过三到五年的努力，使粮食产量登上一千亿斤大台阶。”三江平原是实现黑龙江省千亿斤粮食发展战略目标及保障我国粮食安全的关键所在。三江平原水资源总量为 287.64 亿立方米，但由于缺少控制性工程，长期以来农业灌溉主要以开发地下水为主，地表水、过境水利用率仅为 6%和 24%，尚处于较低水平。
近些年来，在经济利益的驱动下，三江平原水田面积迅速增加。据统计，2008 年三江平原地区总供水量 111.3 亿立方米，其中地下水源供给占总供水量的 78%。由于近年水田面积的迅速增加，地下水开采量也迅速增大，地下水开采率已高达 92.18%，加之大规模的井灌水稻缺乏科学的规划和管理，导致三江平原出现地下水位严重下降和局部超采的现象，三江平原地下水资源的动态平衡已受到了严重的破坏。由于地下水开发强度过高，已经诱发了地下水位下降、水环境恶化等一系列生态环境问题。三江平原水资源开发利用率总体较低，地下水可开采量开发殆尽，而地表水利用不足，导致三江平原地表水、地下水利用存在较严重的不平衡问题。同时，由于过分强调“以粮为纲”、忽视生态服务功能，三江平原长期大面积开垦沼泽湿地、林地和草地，盲目开发、过度垦殖，甚至将地势、土壤条件较差、不宜作为农田的区域也开垦为农田，由此导致三江平原风蚀严重、水土流失加剧、土地贫瘠沙化、湿地生态功能退化。另外，由于管理不善、耕作方式粗放等原因，三江平原滥占耕地及土地资源浪费现象比较严重。总体来说，目前的三江平原水土资源开发利用不尽合理，人为的阻碍了其系统功能的最大发挥；同时，在高强度人类活动的干扰下，三江平原水土资源面临的压力不断增大，水土资源可持续利用程度和承载能力逐渐降低。
2农业水土资源承载力评价基本理论分析
农业水土资源承载力的研究目的是试图将农业水资源和耕地资源作为一个统一的整体系统来反映农业水土资源对社会、生态环境和经济的贡献，从一个侧面来表征农业水土资源与社会、生态环境和经济的协调发展程度。可持续发展理论是农业水土资源承载力研究的指导思想，农业水土资源承载力研究是可持续发展理论在农业水土资源领域的具体应用；农业水土资源承载力的研究要求与需求相联系的社会经济系统和供求相联系的农业水土资源系统结合起来研究，经济系统的规模、结构、布局及发展水平成为农业水土资源承载力必不可少的研究内容；农业水土资源社会经济系统是一个多层次的复杂巨系统，对这一系统的分析研究需运用系统分析原理。因此，农业水土资源承载力评价研究的理论主要是可持续发展理论和系统理论。通过分析相关基础理论和支撑理论，分析其结构、功能和特性，对正确理解、合理建立农业水土资源承载力指标体系和度量模型、恰当地度量区域农业水土资源承载力对社会、环境、经济的支撑容量，完善农业水土资源承载力从基础理论、概念、量化和评价，到实际应用的一整套系统体系都是十分必要的。
3 模型构建、数据及变量说明.......................... 25-39
3.1 DEA 模型构建.......................... 25-28
3.1.1 环境技术.......................... 25-26
3.1.2 方向性距离函数.......................... 26-27
3.1.3 环境技术效率.......................... 27
3.1.4 Malmquist-Luenberger.......................... 27-28
3.2 Matlab 简介及ML 模型的程序实现.......................... 28-31
3.2.1 Matlab 简介 .......................... 28-29
3.2.2 Matlab 优化工具箱 .......................... 29
3.2.3 线性规划问题.......................... 29-30
3.2.4 ML 模型的程序实现.......................... 30-31
3.3 数据及投入产出变量说明 .......................... 31-39
3.3.1 投入产出变量 .......................... 31-33
3.3.2 数据说明.......................... 33-39
4 中国农业环境技术效率.......................... -46
4.1 农业环境技术效率分析.......................... 39-41
4.1.1 各省农业环境技术效率状况 .......................... 39-40
4.1.2 农业环境技术效率区域分布状.......................... 况 40-41
4.2 农业Malmquist-Luenberger.......................... 41-44
4.3 环境因素对生产率测度的影响.......................... 44-46
结论
为了保障三江平原农业水土资源的可持续利用和区域粮食生产安全，本文以三江平原农垦建三江分局为例，系统分析了农业水土资源承载力的理论内涵，通过建立宏观和微观农业水土资源承载力评价指标体系及相应的求解模型后，对建三江分局各农场现状年 2008 年、预测年 2010 年、2020 年、2030 年的农业水土资源承载力进行评价和预测研究，最后根据评价结果提出了相应的提高承载力意见及措施。主要结论有以下几点：1、在系统分析了水资源承载力和耕地资源承载力理论内涵的基础上，初步提出了农业水土资源承载力的概念：农业水土资源承载力是指一个国家或地区的农业水土资源，在一定社会历史和科学技术发展阶段，以可预见的技术和社会经济发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维持生态环境良性循环为条件，最大可生产的粮食产量或承载最大人口数量的能力，是一个随着社会、经济、科学技术发展而变化的综合目标。
2、将可持续发展理论同农业水土资源承载力评价研究有机的结合在了一起：可持续发展是农业水土资源承载力研究的指导思想。农业水土资源承载力理论研究是可持续发展理论在农业水土资源管理领域中的一个具体体现和具体应用，而且农业水土资源承载力是可持续发展理论的一个结论。实现农业水土资源的可持续利用是社会可持续发展的必要条件，要想使农业水土资源开发达到可持续，必须进行农业水土资源可持续承载力研究。
3、建立了农业水土资源——社会——粮食生产——生态环境复合系统理论，系统的目标不是单纯的追求经济效益的最大化，而是要全面的考虑到经济、社会、资源、环境等多方面相互关系的协调发展和可持续发展。农业水土资源既是该复合系统的基本组成要素，又是社会子系统、粮食生产子系统和生态环境子系统存在和发展的支撑条件，最终目标是实现各子系统的全面提高。
参考文献
曹玉升，陈晓楠，张伟等. 2010. 云综合评判模型在区域水资源承载力评价中的应用. 华北水利水电学院学报，31（4）：17-20
陈传美. 1999. 区域可持续发展系统研究. 南京：河海大学陈春生. 1987.
环境容量受力分析与都市成长管理之研究——以台北都会区水资源个案为例. 国立台湾大学建筑与城乡研究学报，3（1）：133-144
陈念平. 1989. 土地资源承载力若干问题浅析. 自然资源学报，4（4）：371-380.
陈国南. 1987. 用迈阿密模型测算我国生物生产量的初步尝试. 自然资源学报，2（3）：270-278.
陈惠，蔡文华，张春桂等. 2002. 福建省粮食作物气候-土壤生产力及人口承载量的研究.资源科学，24（1）：62-67
陈南祥，陈可飞. 2010. 基于物元分析法的水资源承载力评价方法研究. 人民黄河，3（28）：71-75
陈洋波，陈俊合，李长兴等. 2004. 基于 DPSIR 模型的深圳市水资源承载能力评价指标体系. 水利学报，（7）：98-103
陈洋波，李长兴，冯智瑶等. 2004. 深圳市水资源承载能力模糊综合评价. 水力发电，30（3）：10-14
程国栋. 2002. 承载力概念的演变及西北水资源承载力的应用框架. 冰川冻土，24（4）：361-367