Thương lượng giữa ngăn chặn ô nhiễm nước, lợi nhuận nông nghiệp và thực hành của nông dân—một phương pháp tối ưu để thảo luận về điều chỉnh sử dụng đất ở Trung Quốc

Springer Science and Business Media LLC - Tập 187 - Trang 1-13 - 2014
Liu Jianchang1, Zhang Luoping2, Zhang Yuzhen3, Deng Hongbing4
1Transport Planning and Research Institute, Ministry of Transport, Beijing, China
2State Key Laboratory of Marine Environmental Science, Environmental Science Research Center of Xiamen University, Xiamen, China
3Fujian Research Academy of Environmental Sciences, Environmental Protection Bureau of Fujian Province, Fuzhou, China
4State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

Tóm tắt

Quyết định nông nghiệp để kiểm soát ô nhiễm nước nguồn không điểm (NPS) có thể không được thực hiện hiệu quả nếu không có phân tích chi phí-lợi ích thích hợp về các thực hành quản lý nông nghiệp. Bài báo này trình bày mô hình lập trình tuyến tính khoảng-fuzzy (IFLP) để giải quyết sự cân nhắc giữa doanh thu nông nghiệp, kiểm soát ô nhiễm NPS và các thực hành thay thế thông qua điều chỉnh đất cho lưu vực Wuchuan, một khu vực nông nghiệp điển hình trong lưu vực sông Jiulong, tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc. Từ kết quả, tổ hợp thấp hơn của thực hành 1, thực hành 2, thực hành 3 và thực hành 7 với diện tích đất lần lượt là 12.6, 5.2, 145.2 và 85.3 hm2 có thể giảm tải ô nhiễm NPS xuống 10%. Tổ hợp này mang lại thu nhập 98,580 Nhân dân tệ/năm. Nếu mức giảm ô nhiễm là 15%, tổ hợp cao hơn cần thực hành 1, thực hành 2, thực hành 3, thực hành 5 và thực hành 7 với diện tích đất lần lượt là 54.4, 23.6, 18.0, 6.3 và 85.3 hm2. Thu nhập của tổ hợp này là 915,170 Nhân dân tệ/năm. Phân tích độ nhạy của IFLP cho thấy rằng các thực hành hiệu quả về chi phí được xếp hạng như sau: thực hành 7 > thực hành 2 > thực hành 1 > thực hành 5 > thực hành 3 > thực hành 6 > thực hành 4. Ngoài ra, những bất định trong hệ thống kiểm soát ô nhiễm NPS nông nghiệp có thể được định lượng một cách hiệu quả bởi mô hình IFLP. Hơn nữa, để thực hiện một dự án điều chỉnh sử dụng đất hợp lý và có thể áp dụng, các nhà ra quyết định cũng có thể kết hợp các giải pháp trên với kinh nghiệm của họ và thông tin khác.

Từ khóa

#ô nhiễm nước #nông nghiệp #quyết định nông nghiệp #quản lý nông nghiệp #mô hình IFLP #điều chỉnh sử dụng đất #Phúc Kiến #Trung Quốc

Tài liệu tham khảo

Arnold, J. G., Allen, P. M., & Bernhardt, G. A. (1993). Comprehensive surface-groundwater flow model. Journal of Hydrology, 142, 47–69. Bartfeld, E. (1993). Point-nonpoint source trading: looking beyond the potential cost savings. Environmental Law, 23(1), 43–106. Bhuyan, S. J., Koelliker, J. K., Marzen, L. J., & Harrington, J. A., Jr. (2003). An integrated approach for water quality assessment of a Kansas watershed. Environmental Modelling & Software, 18(5), 473–484. Cao, W. Z., & Zhu, H. J. (2000). Characteristics and control of regional agricultural ecosystems in Fujian province. Beijing: China Agriculture Press. Carpenter, S. R., Caraco, N. F., Correl, D. L., Howarth, R. W., Sharpley, A. N., & Smith, V. H. (1998). Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Ecological Applications, 8, 559–568. Chanas, S., & Zielinski, P. (2000). On the equivalence of two optimization methods for fuzzy linear programming problems. European Journal of Operational Research, 121(1), 56–63. Chang, N. B., & Lu, H. Y. (1997). A new approach for long-term planning of solid waste management system using fuzzy global criterion. Journal of Environmental Science and Health-A, 32(4), 1025–1047. Chen, N. W., Hong, H. S., Cao, W. Z., Zhang, Y. Z., Zeng, Y., & Wang, W. P. (2006). Assessment of management practices in a small agricultural watershed in southeast China. Journal of Environmental Science and Health-A, 41(7), 1257–1269. Correll, D. L. (1996). Buffer zones and water quality protection: general principles. In N. E. Haycock, T. P. Burt, K. W. T. Goulding, & G. Pinay (Eds.), Buffer zones: their processes and potential in water protection (pp. 7–20). Hertfordshire: Quest Environmental. Cui, L., Chen, L. R., Li, Y. P., Huang, G. H., Li, W., & Xie, Y. L. (2011). An interval-based regret-analysis method for identifying long-term municipal solid waste management policy under uncertainty. Journal of Environmental Management, 92(6), 1484–1494. Hassen, M., Fekadu, Y., & Gate, Z. (2004). Validation of agricultural non-point source (AGNPS) pollution model in Kori watershed, South Wollo, Ethiopia. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 6(2), 97–109. Hu, Q., Huang, G. H., Cai, Y. P., & Sun, W. (2014). Planning of electric power generation systems under multiple uncertainties and constraint-violation levels. Journal of Environmental Informatics, 23(1), 55–64. Huang, G. H., Baetz, B. W., & Patry, G. G. (1993). A grey fuzzy linear programming approach for municipal solid waste management planning under uncertainty. Civil Engineering Systems, 10, 123–146. Huang, G. H., Baetz, B. W., & Patry, G. G. (1994a). Grey dynamic programming for solid waste management planning under uncertainty. Journal of Urban Planning and Development, 120(3), 132–156. Huang, G. H., Baetz, B. W., & Patry, G. G. (1994b). Grey chance-constrained programming: application to regional solid waste management planning. In K. W. Hipel & L. Fang (Eds.), Effective environmental management for sustainable development (pp. 267–280). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. Huang, G. H., Baetz, B. W., & Patry, G. G. (1995a). Grey quadratic programming and its application to municipal solid waste management planning under uncertainty. Engineering Optimization, 23, 201–223. Huang, G. H., Baetz, B. W., & Patry, G. G. (1995b). Grey integer programming: an application to waste management planning under uncertainty. European Journal of Operational Research, 83, 594–620. James, W. L., Morton, A. B., Joseph, F. D., & Ranjithan, S. R. (2013). A generalized multistage optimization modeling framework for life cycle assessment-based integrated solid waste management. Environmental Modelling & Software, 50, 51–65. Jeroen, C. J. G., Walter, A. H. R., Andre, J., Derk, J. S., Henk, R., & Martin, K. V. I. (2007). Exploring multi-scale trade-offs between nature conservation, agricultural profits and landscape quality—a methodology to support discussions on land-use perspectives. Agriculture Ecosystems and Environment, 120, 58–69. Lee, Y. W., Bogardi, I., & Stansbury, J. (1991). Fuzzy decision making in dredged-material management. Journal of Environmental Engineering, ASCE, 117(2), 614–628. Li, J. B. (2003). Integration of stochastic programming and factorial design for optimal reservoir operation. Journal of Environmental Informatics, 1(2), 12–17. Li, Y. P., Huang, G. H., Li, H. Z., & Liu, J. (2014). A recourse-based interval fuzzy programming model for point–nonpoint source effluent trading under uncertainty. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 1–17. doi:10.1111/jawr.12183. LINDO Systems Inc. (2006). LINGO. http://lindo.com/products/lingo/lingom.html. Liu, J. C., Zhang, L. P., Zhang, Y. Z., Chen, N. W., & Hong, H. S. (2005). A treatment system of livestock drainage by improving land-use in dense hoggery aera, southeast China. Conference of the International-Water-Association (IWA), Future of Urban Wastewater Systems - Decentralisation and Reuse, 219–224. Liu, J. C., Zhang, L. P., Zhang, Y. Z., & Hong, H. S. (2005). An inexact system programming for agricultural land utilization based on non-point source pollution control in Wuchuang watershed. Conference of the International Society for Environmental Information Sciences on Environmental Informatics, Environmental Informatics, 391–397. Liu, J. C., Zhang, L. P., Zeng, Y., Chen, N. W., Chen, W. C., Li, Y. Y., & Hong, H. S. (2006). Mixed integer programming for a swine manure handling system in the Jiulong River Watershed. Aquatic Ecosystem Health and Management, 9(1), 33–38. Liu, J. C., Zhang, L. P., Zhang, Y. Z., Hong, H. S., & Deng, H. B. (2008). Validation of agricultural non-point source pollution model (AGNPS) on a catchment in Jiulong river watershed, China. Journal of Environmental Sciences, 20(5), 599–606. Luo, B., Maqsood, I., Yin, Y. Y., Huang, G. H., & Cohen, S. J. (2003). Adaption to climate change through water trading under uncertainty—an inexact two-stage nonlinear programming approach. Journal of Environmental Informatics, 2(2), 58–68. Malik, A. S., Letson, D., & Crutchfield, S. R. (1993). Point/nonpoint source trading of pollution abatement: choosing the right trading ratio. American Journal of Agricultural Economics, 75, 959–967. Maqsood, I., & Huang, G. H. (2003). A two-stage interval-stochastic programming model for waste management under uncertainty. Journal of the Air and Waste Management Association, 53, 540–552. Nixon, S. W., Granger, S. L., & Nowicki, B. L. (1995). An assessment of the annual mass balance of carbon, nitrogen and phosphorus in Narragansett Bay. Biogeochemistry, 35, 15–61. Pionke, H. B., Gburek, W. J., & Sharpley, A. N. (2000). Critical source area controls on water quality in an agricultural watershed located in the Chesapeake Basin. Ecological Engineering, 14, 325–335. Stewart, B. A., Woolhiser, D. A., Wischmeier, W. D., Caro, J. H., & Frere, M. H. (1975). Control of water pollution from cropland, Volume 1, A manual for guideline development, Report Nos. EPA-600/2-75 026a and ARS H-5-1. USEPA/USDA, Washington, D C. Su, J., Xi, B. D., Yao, B., Huang, G. H., Lu, H. W., He, L., & Ji, D. F. (2011). Inexact fuzzy full-infinite mixed-integer programming method for an integrated air and waste management system. Journal of Urban Planning and Development, 137(4), 370–380. Sugiharto, T., McIntosh, T. H., Uhrig, R. C., & Lardinois, J. J. (1994). Modeling alternatives to reduce dairy farm and watershed NPS pollution. Journal of Environmental Quality, 23, 18–24. US-NRC (United States National Research Council). (1993). Soil and water quality, an agenda for agriculture. Committee on Long-Range Soil and Water Conservation. Washington, DC: National Academy Press. Vitousek, P. M., Aber, J. D., Howarth, R. W., Likens, G. E., Matson, P. A., Schindler, D. W., Schlesinger, W. H., & Tilman, D. G. (1997). Human alteration of the global nitrogen cycle: sources and consequences. Ecological Applications, 7, 737–750. Wang, S., & Huang, G. H. (2013a). A two-stage mixed-integer fuzzy programming with interval-valued membership functions approach for flood-diversion planning. Journal of Environmental Management, 117, 208–218. Wang, S., & Huang, G. H. (2013b). An interval-parameter two-stage stochastic fuzzy program with type-2 membership functions: an application to water resources management. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 27, 1493–1506. Wang, S., Huang, G. H., Lu, H. W., & Li, Y. P. (2011). An interval-valued fuzzy linear programming with infinite α-cuts method for environmental management under uncertainty. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 25(2), 211–222. Wang, X. W., Cai, Y., Chen, J. J., & Dai, C. (2013). A grey-forecasting interval-parameter mixed-integer programming approach for integrated electric-environmental management—a case study of Beijing. Energy, 63, 334–344. Yeomans, J. S., & Huang, G. H. (2003). An evolutionary grey, hop, skip, and jump approach: generating alternative policies for the expansion of waste management. Journal of Environmental Informatics, 1(1), 37–51. Yeomans, J. S., Huang, G. H., & Yoogalingam, R. (2003). Combining simulation with evolutionary algorithms for optimal planning under uncertainty: an application to municipal solid waste management planning in the regional municipality of Hamilton-Wentworth. Journal of Environmental Informatics, 2(1), 11–30. Zhang, Y. Z. (2003). Study on agricultural non-point source pollution of Wuchuan catchment in upstream Jiulong River. Xiamen: Xiamen University. Zhang, M., Liu, Q. Y., Chen, D. Y., Li, J. Y., & Ao, Y. H. (2009). Environmental pressure of contamination from livestock and poultry and its risk assessment in Shenyang. Journal of Shenyang Agricultural University, 40(6), 698–702. Zou, R., Lung, W. S., Guo, H. C., & Huang, G. H. (2000). Independent variable controlled grey fuzzy linear programming approach for waste flow allocation planning. Engineering Optimization, 33(1), 87–111.