[发明专利]一种兼顾生产、环境和经济效益的区域农业种植结构多目标优化方法

权利要求书

1.一种兼顾产量、减排和经济效益的区域农业种植结构多目标优化方法，包括如下步骤：

S1:获取研究区内多年的农业种植系统相关资料，包括该研究区内可选的农业种植系统、各农业种植系统的种植面积、产量，灌溉和施肥基础数据；

S2：根据研究区内作物实验观测资料，对各种经验或农业系统模型进行参数优化和验证，实现模型的本地化；

S3:根据经验或农业系统模型，计算研究区内所述可选的农业种植系统的在作物产量、环境和经济方面的指标表现，经济方面包括经济投入和产出，环境方面包括土壤有机碳、温室气体CO₂，N₂O和CH₄的特征排放量；

S4：采用线性规划模型开展研究区内农业种植系统多目标优化，以种植结构调整引起的净温室气体排放变化量最小为优化目标，以所述可选的农业种植系统的种植面积的相互转移量为变量，同时设置次要目标作为限制条件；以及

S5：利用线性规划模型求出最优解，即研究区满足上述多目标的最优的可选的农业种植系统的种植面积的转移量，从而确定各个作物的最终优化面积和调整的方向，实现农作物种植结构优化；

S5步骤中，求解过程分为两个阶段，在第一阶段，确定每个地区的各农业种植系统的面积是增加还是减少，决策变量为各农业种植系统之间的转移面积；所有满足约束的农业种植系统可以相互转换；在第二阶段，决策变量为第一阶段中耕地面积减少的农业种植系统向耕地面积增加的农业种植系统的转换；第一阶段中面积增加的农业种植系统不转化为其他农业种植系统，而第一阶段中面积减少的农业种植系统转为其他农业种植系统；

其中，设定的第一阶段目标函数如下：

其中，ΔTNGB_c，opt表示种植结构变化引起的净温室气体排放总量的变化量，N表示研究区所述可选的农业种植系统数量,T_i，j，opt表示从农业种植系统i到农业种植系统j转移的耕地面积，作为该目标函数的决策变量，不满足限制条件的转移面积为0,ΔNGB_i，j＝NGB_j-NGB_i表示由农业种植系统i到农业种植系统j转化后造成的单位净温室气体排放量；当i＝j时，单位属性的变化为0；

其中，设定的第二阶段目标函数如下：

其中，min TNGB_c，opt表示最小的净温室气体排放量变化量，DeN表示在第一阶段中面积下降的农业种植系统的数量，N表示研究区所述可选的农业种植系统数量；T_i，j，opt表示从农业种植系统i到农业种植系统j转移的耕地面积，作为该目标函数的决策变量，不满足限制条件的转移面积为0；ΔNGB_i，j＝NGB_j-NGB_i表示由农业种植系统i到农业种植系统j转化后造成的单位净温室气体排放量；当i＝j时，单位属性的变化为0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，次要目标包括作物产量、灌溉用水和经济收益改进或不受损。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述经验和农业系统模型包括DNDC模型、CH4MOD模型，SRNM模型、DAYCENT或Soil-C模型、GCWM模型以及生命周期分析方法。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述农业种植系统选自水稻、棉花、甘蔗、烟草、小麦、甜菜、玉米、花生、大豆和油菜。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一阶段目标函数受到以下的条件限制：种植系统的适宜性、耕地安全限制、作物生产限制、经济收益限制以及灌溉耗水量限制。