第一章 绪论
1.1 研究背景
退耕还林工程的实施一方面通过减少水土流失、涵养水源、固碳释氧、改善区域小气候[2-7]等改善着生态环境，另一方面通过改变土地利用结构调整农业产业结构与布局，驱动农业经济系统与农业生态系统之间的耦合，使得它们之间耦合程度越来越高[8,9]。虽然退耕还林工程促进了商品型生态农业的发展，使系统形成了基本结构，但由于农业资源的利用率低的现实使得养殖业与林草资源未能形成有效产业链，从而使商品型生态农业链网结构不完善，农业产业与农业资源相悖。另外，退耕生态林的经济效益仅仅是退耕补偿款，在给政府造成巨大财政压力的同时给农户带来的经济补偿作用逐渐减小。可见，退耕生态林对农户商品型生态农业建设的激励作用在减弱，阻碍了系统的健康发展。已有的研究结论也证明了这一观点。例如李奇睿等[10]利用结构方程模型分析了安塞县及其南、中、北部商品型生态农业系统的耦合关系，发现生态环境改善未对系统耦合起到支撑，农业产业与农业资源相悖；他的相关研究[11]还表明通过提高资源利用效率，协调产业与资源的关系，可使商品型生态农业系统进一步发展；杜建宾[12]的研究表明刚性的补偿机制具有弱激励性，而只有当生态—经济生产呈互补关系时，退耕补偿才能够促使农户参与退耕还林。可见，资源利用效率不足、产业与资源相悖、生态林补偿激励弱已经成为制约商品型生态农业系统健康发展的关键，商品型生态农业系统亟待优化。
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1.2 国内外研究概况
商品型生态农业（Ecological agricultural system with commodity, EASC）是生态农业在黄土高原的特有发展模式，所以关于商品型生态农业的研究要从生态农业说起。生态农业( Ecological agriculture)起源于欧洲，鲁道夫•斯蒂纳于 1924 年主讲的“生物动力农业”课程是生态农业兴起的标志[13]。在之后的 20 年中，生态农业在瑞士、英国、日本等国家得到发展[14]。而在生态农业理论研究方面，是由美国土壤学家W•Albreche 在 1970 年率先提出的[15]。之后北大西洋公约组织开始对生态农业进行相关研究，并且得到了许多东南亚国家的响应。而这一概念得到明确的定义则是在1981 年由英国农业学家 M. Worthington 提出的“生态上能自我维持，低输入，经济上有生命力，在环境、伦理和审美方面可接受的小型农业”[16]。随后有机农业、生物农业、自然农业、持续农业的概念相继出现，这些农业生产模式都是以生态学原理为理论指导，把自然资源保护和农业协调发展作为主要内容，因此它们统称为生态农业[17]。它们的宗旨都是在洁净的土地上，用洁净的生产方式生产洁净的食品，以提高人们的健康水平，协调经济发展与环境之间、资源利用与保护之间的关系，形成生态和经济的良性循环，实现农业的可持续发展[18]。中国生态农业的由来并非源自发达国家生态农业的引入，而是和我国是一个具有深厚、古老的农业背景有关[19]。我国于 1980 年首次提出生态农业，并于 1982 年开始生态农业试点工作[16]。我国生态农业汲取了传统农业的精华并将其发展，通过不断吸收和运用现代科技，实现了与中国农村经济体制的融合，走出了一条中国农业可持续发展的道路[20,21]。我国生态农业的发展经历了三个阶段：原始阶段、试验阶段和快速发展阶段[17]。在经济发展水平较低的时期，生态农业的发展受到限制，经济效益的发展以牺牲部分生态环境来换取农业的发展。但随着科学技术的不断进步，生态农业技术得以完善和发展，人们的目标也由温饱转向对生活环境、农副产品的高质量要求上，更加注重生态效益、经济效益和社会效益的统一，强调农业的可持续发展。
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第二章 研究区概况
2.1 自然概况
县南沟流域海拔 1100~1400m，平均海拔 1200m，相对高差 100~300m[81]。流域地貌受基础地形和现代侵蚀影响，流域地形破碎复杂，地貌多样，侵蚀沟充分发育，梁脊起伏明显，因此县南沟流域是陕北黄土丘陵沟壑区的典型代表。流域沟头处地势开阔，适合商品型生态农业发展。县南沟流域属于典型暖温带干旱半干旱气候区，年平均气温 8.8℃，≥0℃积温3733.5℃，无霜期为 157 天，年降水量在 500~550 mm，年际差异较大，且年内分配不均，60%~80%降雨集中在 7—9 月份，多暴雨、冻害、雹灾、风灾等自然灾害，曾在 2004 年出现 126mm 的日最大降水量，平均地面蒸发量为 1800～2200mm。土壤以黄绵土为主，土壤贫瘠且有机质含量低。该流域为暖温带落叶阔叶林区向暖温带草原区的过渡带—森林草原区。在 20世纪 30~70 年代，由于人口增加给环境带来的破坏导致流域内已无天然次生林。在中国科学院与安塞县合作项目和退耕还林工程的双重推动下逐渐形成了县南沟流域生态建设示范区，以推动黄土高原生态环境建设的步伐，水土流失得到有效遏制。目前流域内天然灌草群落主要有白羊草(Bothriochloa ischcemum)-茭蒿(Artemisiagiraldii)+铁杆蒿(Artemisia sacrorum)群丛，铁杆蒿+茭蒿群丛 (A.sacrorum+A.giraldiiassociation)、茵陈蒿(Artemisia capillaries)+狗尾草(Setaria viridis)群丛，狼牙刺群落(Sophora viciifolia)。人工群落主要有刺槐(Robinia pseudoacacia)、小叶杨(Populussimonii)、旱柳(Salix matsudana)、柠条(Caragana Korshinskii)、沙棘群落(Hippophaerhamnoides)、刺槐(R. pseudoacacia)+小叶杨(P. simonii)混交林、刺槐(R. pseudacacia)+旱柳(S. matsudana)混交林[82-84]。
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2.2 社会经济概况
县南沟流域包括 5 个行政村（砖窑沟、方家河、畔坡山、崖窑、寨子湾）和 1个自然村（何塌）。截止到 2012 年，县南沟流域有人口 2520 人，其中劳动力 791人，人口密度为 49.78 人/km2。该流域劳动力受教育程度较低，多集中在小学、初中及以下水平。农户受教育程度直接影响到其所从事的产业和经济收入，受教育程度越高，越倾向于集约化程度高的生产，实现的经济价值也较高[85,86]。该流域农户收入主要来自于林果业、种植业、工副业以及养殖业。在商品型生态农业发展的不同阶段，各行业收入所占比例有所不同。如在退耕伊始 1999 年，农林牧土地利用结构为 1:0.65:3.71，种植业纯收入占总纯收入的 49%，而林果业只占到 10%。到 2012 年时农林牧土地利用结构变为 1:6.31:7.66，种植业与林果业收入比例分别为 27%和 31%，收入结构变得比较均衡，且人均纯收入逐年增加，由 1999年的 1300 多增长到 2012 年的 8800 多元。
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第三章 商品型生态农业系统与碳汇生产潜力分析.....17
3.1 县南沟流域资源与产业结构 .... 17
3.1.1 土地资源变化 ....... 17
3.1.2 农业产业结构变化 .... 19
3.1.3 商品型生态农业产业-资源耦合中存在的问题.... 21
3.2 县南沟流域商品型生态农业系统固碳能力与碳汇生产潜力 ....... 22
3.3 小结与讨论....... 33
第四章 商品型生态农业系统优化........ 35
4.1 优化思路...... 35
4.2 优化模型的建立及求解....... 35
4.3 经济系数与情境模式设置........ 40
4.4 优化结果与分析.... 43
4.5 小结与讨论....... 45
第五章 基于优化结构下的商品型生态农业系统耦合关系分析..... 47
5.1 研究思路...... 47
5.2 研究方法...... 47
5.3 数据处理...... 49
5.3.1 指标体系..... 49
5.3.2 数据来源与处理........ 50
5.4 结果与分析....... 50
5.5 小结与讨论....... 55
第六章 县南沟流域商品型生态农业可持续发展策略
6.1 提高资源利用效率，完善系统产业链网结构
商品型生态农业建设的目的在于协调农业经济系统与农业生态系统之间的关系，从而实现改善当地农民的生产生活条件，提高群众的生活质量。退耕还林工程实施后农业劳动力的转移使得大量农业资源浪费，如草地资源未得到有效利用、作物秸秆大都焚烧浪费等，为此应当在生态修复的基础上，充分利用现有资源，发展高效高产农业。目前流域资源构成基本稳定，商品型生态农业系统基本结构构建基本完成，可以通过增大山地苹果种植面积、建设高效设施农业基础设施、合理利用草地资源发展畜牧业和林产业等，使商品型生态农业建设逐渐规模化、产业化、多元化，从而为农户带来可观的经济效益。根据优化研究结果，林地面积可增加1000hm2，园地可增加 178.53hm2，高效设施农业可增加 10.7hm2，养殖业可增加约850 只羊，经济效益可提高 1500 多万元。
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结论
（1）退耕还林工程的实施，改变了县南沟流域土地利用结构和产业结构，使商品型生态农业得到发展，但农业产业与农业资源相悖态势仍然存在。退耕还林工程使流域耕地：林地：草地由 1：0.65：3.71 变为 1：6.31：7.66；大量坡耕地转化为林草地与梯田；林草覆盖率的显著提高使得流域水土流失得到有效控制；林果业与高效设施农业的发展使得农民生活水平显著提高；林果业与种植业、工副业成为流域经济来源的三大支柱，占总纯收入的 96%。虽然商品型生态农业系统取得发展，但是农业资源的不充分利用与养殖业的发展滞后使得系统有待进一步优化。
（2）碳汇生产因土地利用类型及区位差异而发生变化，县南沟流域总碳汇量在不断增加，碳汇潜力较大。2012 年流域净碳汇量比 1999 年多 4451.41t；不同土地利用类型的净碳汇量表现出林地>耕地>草地>园地>建设用地；退耕林地是主要的碳汇用地，林地碳汇比例由 1999 年的 56.81%增加到 2012 年的 87.11%，为进一步提高流域固碳能力，可将重点放到提高退耕林生长质量上；耕地是除林地外最大的碳汇用地，但其碳汇产品粮食籽粒和秸秆大部分被农户食用、出售、焚烧及饲草的方式消耗掉，参与下一步的大气循环。流域不同区位、不同退耕力度形成了土地利用结构的差异，从而导致了碳汇的区位差异，总体表现出碳汇能力寨子湾>砖窑沟>畔坡山>崖窑>方家河>何塌村，沟口与沟头的村庄碳汇能力较强。
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参考文献（略）