基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的土地生態(tài)安全預(yù)警
——以甘肅省張掖市為例

陳英，孔吉吉，路正，王東，邱曉娜，閔文婧，楊潤慈

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730070）

基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的土地生態(tài)安全預(yù)警
——以甘肅省張掖市為例

陳英，孔吉吉，路正，王東，邱曉娜，閔文婧，楊潤慈

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730070）

以張掖市為研究區(qū)域，在借鑒國內(nèi)土地生態(tài)安全研究成果的基礎(chǔ)上，依據(jù)PSR模型，結(jié)合2001—2012年土地利用的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系。運(yùn)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)張掖市2013—2017年土地生態(tài)安全演變趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合預(yù)警指數(shù)和警度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)2001—2017年的安全警況進(jìn)行分析。結(jié)果表明：2001—2012年張掖市土地生態(tài)安全的壓力系統(tǒng)的警度呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，狀態(tài)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)的警度呈下降趨勢(shì)，2013—2017年的壓力系統(tǒng)將逐步由“中警”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鼐保瑺顟B(tài)系統(tǒng)將基本維持在“中警”水平，響應(yīng)系統(tǒng)將處于“無警”狀態(tài)；2001—2017年，張掖市土地生態(tài)安全警度呈略有下降態(tài)勢(shì)，2013—2017年的預(yù)警指數(shù)將處于0.46左右，警度將處于“中警”狀態(tài)。

土地生態(tài)安全；預(yù)警；RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；PSR模型；張掖市

土地生態(tài)安全源于近年來所興起的“生態(tài)安全”研究［1］。生態(tài)安全是21世紀(jì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的一個(gè)新主題［2］，是由資源安全、生物安全、環(huán)境安全等多方面組成的安全體系，土地資源是人類社會(huì)存在和發(fā)展的最基本條件。土地生態(tài)安全是指人類賴以生存和發(fā)展的土地所處的生態(tài)環(huán)境，處于一種不受或少受威脅與破壞的健康、平衡狀態(tài)［3］。土地的生態(tài)安全狀況是決定一個(gè)國家安全程度的重要因素，但國內(nèi)土地生態(tài)安全及其評(píng)價(jià)研究還處于起步階段。目前關(guān)于生態(tài)脆弱區(qū)土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究，主要涉及到黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)［4－5］和北方農(nóng)牧交錯(cuò)生態(tài)脆弱區(qū)［6］，而對(duì)西北干旱區(qū)尤其是張掖市的研究還比較少。

目前，國內(nèi)外土地生態(tài)安全的預(yù)警方法主要有模糊綜合評(píng)判法、層次分析評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)法、主成分投影法、系統(tǒng)聚類分析法、綜合指數(shù)法、土地承載力分析法、生態(tài)模型方法、生態(tài)足跡法、景觀生態(tài)學(xué)方法等［7－9］。這些方法大都采用的是線性或指數(shù)模型等回歸統(tǒng)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但影響土地生態(tài)安全的各因素關(guān)系非常復(fù)雜，往往是非線性的，通過某種確定的數(shù)學(xué)模型來準(zhǔn)確描述是很困難的。而徑向基函數(shù)（Radial Basis Function，簡稱RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有逼近能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、學(xué)習(xí)速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以任意精度逼近任意的非線性函數(shù)［10］，對(duì)提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性具有重要意義，已廣泛運(yùn)用于短時(shí)交通量預(yù)測(cè)、地下水位預(yù)測(cè)、需水量預(yù)測(cè)、中長期負(fù)荷預(yù)測(cè)等諸多領(lǐng)域，并取得了很好的效果，但其在生態(tài)安全預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用仍鮮見報(bào)道?；诖吮尘?，以張掖市為例，對(duì)其土地生態(tài)安全發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警分析，以期為張掖市土地生態(tài)安全的有效調(diào)控與管理提供決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

張掖市地處河西走廊中段，東臨巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠，按照地形地貌特征可分為祁連山區(qū)、走廊平原區(qū)、北部山區(qū)。全市國土總面積4.2萬km2，耕地面積25.3萬hm2，森林面積44.9萬hm2，森林覆蓋率10.71%。區(qū)域多年平均氣溫7.6℃，降水量110mm，蒸發(fā)量2002.5mm，為典型的大陸性溫帶干旱氣候，生態(tài)環(huán)境脆弱。近些年來隨著人口的快速增長和城市化、工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，張掖市的生態(tài)環(huán)境遭到了極大的破壞。水土流失、土地沙化、土地污染、濕地和優(yōu)質(zhì)土地的銳減以及土壤鹽漬化等土地退化問題已直接和間接導(dǎo)致了河流斷流、湖泊淤積、土地生產(chǎn)力降低、森林功能衰退、生物多樣性減少等土地生態(tài)問題。而所有的這一切也都直接或間接地與土地資源不合理開發(fā)利用密切相關(guān)，土地利用結(jié)構(gòu)不盡合理，城郊農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥的大量施用和工業(yè)三廢的超負(fù)荷排放，環(huán)保和技術(shù)投入水平較低等導(dǎo)致土地集約利用水平不高，土地生態(tài)環(huán)境惡劣。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于2001—2012年《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》［11］、《甘肅發(fā)展年鑒》［12］及2001—2012年《張掖市環(huán)境狀況公報(bào)》［13］、《張掖市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》［14］和張掖市土地利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 層次分析法與熵權(quán)法

土地生態(tài)安全具有系統(tǒng)性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)融合人口、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境和社會(huì)等方面的復(fù)合系統(tǒng)［15］。土地生態(tài)安全預(yù)警作為土地生態(tài)安全研究的重要內(nèi)容之一，其指標(biāo)的選擇不僅要考慮土地生態(tài)現(xiàn)狀，還要反映對(duì)土地生態(tài)安全有潛在影響的因素和人類活動(dòng)的影響。該研究基于PSR模型，根據(jù)指標(biāo)選取的科學(xué)性、完整性、相對(duì)獨(dú)立性、可操作性等原則，參考相關(guān)研究成果［16］，結(jié)合張掖市實(shí)際，考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，構(gòu)建張掖市土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層、指標(biāo)層、權(quán)重和指標(biāo)性質(zhì)6個(gè)層次，指標(biāo)體系如表1所示。

其中“壓力”是指造成土地生態(tài)安全惡化的原因，包括自然原因和人為原因，從人口壓力、社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力、環(huán)境壓力、自然壓力等方面構(gòu)建；“狀態(tài)”即土地生態(tài)安全在上述壓力下所處的狀況，從資源狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、利用狀態(tài)等方面構(gòu)建；“響應(yīng)”即人們?cè)诖龠M(jìn)土地生態(tài)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中所采取的對(duì)策措施，從經(jīng)濟(jì)響應(yīng)、環(huán)境響應(yīng)、社會(huì)響應(yīng)等方面構(gòu)建。P－S－R模型能反映人類社會(huì)與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，將自然資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)有效地聯(lián)系起來，因此實(shí)用性較強(qiáng)［17－18］。

指標(biāo)權(quán)重反映了指標(biāo)對(duì)所研究問題的重要程度，對(duì)區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警結(jié)果有重要影響。目前，存在的指標(biāo)權(quán)重確定方法總體可分為客觀賦權(quán)法和主觀賦權(quán)法，客觀賦權(quán)法能夠根據(jù)已有數(shù)據(jù)較為客觀地反映指標(biāo)權(quán)重，所以本文采用熵權(quán)法來確定土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)權(quán)重。

①對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)值。正向指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算見公式（1）：

對(duì)于越小越安全的負(fù)向生態(tài)安全指標(biāo)，計(jì)算見公式（2）：

式中，Xij為第i年第j個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值；Yij為第i年第j指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；Xjmin為第j項(xiàng)指標(biāo)的最小值；Xjmax為第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值。

②熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重如下：定義fij為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值占總標(biāo)準(zhǔn)化值的比重，則有公式（3）：

令ej為第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值，則有公式（4）：

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)wj，即公式（5）：

由此可得出各指標(biāo)權(quán)重，如表1所示。

表1 張掖市土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系Table 1 Index system of land ecological security early warning in Zhangye City

2.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以函數(shù)逼近理論為基礎(chǔ)而構(gòu)成的一類前向網(wǎng)絡(luò)。能夠以任意精度逼近任意有限函數(shù)，且相比于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有收斂速度快、不易陷入局部極小點(diǎn)、魯棒性好和易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于預(yù)測(cè)非線性時(shí)間序列，進(jìn)而得到廣泛地應(yīng)用。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、中間層和輸出層3部分。網(wǎng)絡(luò)具有n個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，p個(gè)隱節(jié)點(diǎn)，m個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，隱節(jié)點(diǎn)的激活函數(shù)為“基函數(shù)”，一般選用Green函數(shù)，輸入層到中間層的權(quán)值不變，而中間層到輸出層的突觸權(quán)值是可調(diào)整的。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最常用的基函數(shù)是高斯函數(shù)，即對(duì)于任意的輸入向量x∈Rn（Rn為輸入樣本集），有：Ri（x）＝exp［－｜｜x－Ci］｜｜2／（2ɑi2）］，i＝1，2，…r；式中：Ri（x）為隱含層第i個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的輸出；x為n維輸入向量；Ci為第i個(gè)隱節(jié)點(diǎn)高斯函數(shù)的中心點(diǎn)；ɑi為第i個(gè)隱節(jié)點(diǎn)的歸一化參數(shù)；r為隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)［10，19］。

2.3 預(yù)警指數(shù)的計(jì)算

其公式為：

式中，Ep（p＝1，2，3）為各子系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)；E為土地生態(tài)安全總預(yù)警指數(shù)；wp為p系統(tǒng)的權(quán)重。Ep和E均介于0～1之間，其值越大，表明土地生態(tài)安全警度越嚴(yán)重。

圖1 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of RBF neural network

2.4 警度的確定

按照等分的原理，依據(jù)預(yù)警指數(shù)將張掖市土地生態(tài)安全警度分為5等，確定其警度及指示燈劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 張掖市土地生態(tài)安全警度及指示燈標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The warning degree of land ecological security and the standard of indicating lamp inZhangye City

3 結(jié)果與分析

運(yùn)用前述預(yù)警方法計(jì)算得2001—2012年張掖市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)（圖2），將計(jì)算的各子系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)作為預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按年限為時(shí)間序列建立預(yù)測(cè)模型，采用迭代一步滾動(dòng)預(yù)測(cè)方式對(duì)2013—2017年張掖市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)步長取1步，即相當(dāng)于1年。由于滾動(dòng)預(yù)測(cè)中輸入層的神經(jīng)元數(shù)可確定為多個(gè)值，一般是根據(jù)學(xué)習(xí)樣本數(shù)量的多少，采用試驗(yàn)法確定［20］，本研究在對(duì)張掖市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)分別選擇3、4、5等值進(jìn)行大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合確定各系統(tǒng)的最佳輸入層神經(jīng)元數(shù)為4（即用各子系統(tǒng)前4年的預(yù)警指數(shù)預(yù)測(cè)其第5年的預(yù)警指數(shù)，依此類推），輸出層神經(jīng)元數(shù)為1（即預(yù)測(cè)目標(biāo)年各子系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)）。

在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用MatlabR2010a應(yīng)用軟件的newrb工具箱［21］設(shè)計(jì)程序，用2001—2011年張掖市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)構(gòu)造輸入樣本集，以2001—2012年12個(gè)年份張掖市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)作為期望輸出值，構(gòu)造RBF網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)結(jié)果顯示張掖市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的R均遠(yuǎn)大于0.95，RMSE則小于0.4，說明模型學(xué)習(xí)效果好，可信度高，可用其對(duì)張掖市土地生態(tài)安全發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。據(jù)此預(yù)測(cè)得2013—2017年張掖市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖3，并由此計(jì)算得張掖市土地生態(tài)安全預(yù)警總指數(shù)。

圖2 張掖市土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)及警度Fig.2 The early warning index and warning degree of land ecological security in Zhangye City

圖3 張掖市土地生態(tài)安全預(yù)警各系統(tǒng)RBF學(xué)習(xí)情況Fig.3 RBF study situation of each land ecological security early-warning subsystem in Zhangye City

3.1 各子系統(tǒng)生態(tài)安全警況分析

3.1.1 壓力系統(tǒng)生態(tài)安全警況分析2001—2012年，張掖市土地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)，警度由“輕警”上升到“中警”再到“重警”，指示燈則由“藍(lán)燈”逐步變至“黃燈”再至“橙燈”（表3）。不過大致可以分為兩個(gè)階段：2001—2009年為迅速上升期，進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，張掖市逐步進(jìn)入工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展時(shí)期，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平隨之得到快速提高，農(nóng)藥、化肥和地膜使用量急劇增加，另外建設(shè)占用耕地日益嚴(yán)重，都導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)資源的破壞。耕地面臨蠶食和面源污染的雙重壓力，使得土地生態(tài)負(fù)荷加大，警度由“輕警”迅速上升到“中警”，逐步靠近“重警”。2010—2012年為波動(dòng)上升期，較前幾年化肥、農(nóng)藥以及地膜使用量等趨于穩(wěn)定，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)比重的下降和農(nóng)民應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害能力的增強(qiáng)，近幾年人們所面對(duì)的土地生態(tài)壓力有所平緩，但不會(huì)降低，預(yù)警指數(shù)基本保持在0.60左右。通過對(duì)2013—2017年的預(yù)測(cè)可知，其預(yù)警指數(shù)會(huì)在前三年的基礎(chǔ)上波動(dòng)上升，警度會(huì)保持在“重警”，指示燈為“橙燈”。因?yàn)樵谖磥韼啄?，工業(yè)化和城市化水平會(huì)穩(wěn)步提高，人口密度及人口增長率也不會(huì)降低，人地矛盾日益突出，土地生態(tài)安全的維護(hù)壓力只會(huì)越來越大。

3.1.2 狀態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全警況分析2001—2012年，張掖市土地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，警度由2001—2002年的“重警”逐漸過渡到“中警”，指示燈也由“橙燈”轉(zhuǎn)變?yōu)椤包S燈”（表3），雖然近幾年警度都處于“中警”格局，但是預(yù)警指數(shù)總體在下降。2001年以來，雖然張掖市人均建設(shè)面積在急劇增加，大量農(nóng)田免不了被占用，但是隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平的提高、農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，大量未利用地得到了很好的開發(fā)利用，人均耕地面積不但沒有減少反而略有逐步增加的趨勢(shì)。此外，近年來張掖市政府和人民的生態(tài)意識(shí)和資源意識(shí)增強(qiáng)，建成區(qū)綠化覆蓋率由2001年的20.20%上升到2012年的41.25%，增加了一倍；森林覆蓋率和土地利用率也呈現(xiàn)穩(wěn)步提高的趨勢(shì)，使得張掖市土地生態(tài)安全的狀態(tài)系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)波動(dòng)下降。未來幾年，十八大從新的歷史起點(diǎn)出發(fā)，做出了“大力推薦生態(tài)文明建設(shè)”的重大戰(zhàn)略決策以后，張掖市政府在土地利用規(guī)劃和城市規(guī)劃過程中會(huì)更加重視土地利用率、森林利用率和綠化覆蓋率的提高。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可知，2013—2017年其預(yù)警指數(shù)將繼續(xù)波動(dòng)下降，警度將由“中警”逐漸過渡到“輕警”，指示燈也由“黃燈”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤八{(lán)燈”。

3.1.3 響應(yīng)系統(tǒng)生態(tài)安全警況分析2001—2012年張掖市土地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)呈明顯下降態(tài)勢(shì)。由2001年的0.837下降到2012年的0.355，警度也由“巨警”逐漸下降至“輕警”狀態(tài)，指示燈則由“紅燈”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八{(lán)燈”（表3）。進(jìn)入21世紀(jì)以來，尤其是中國加入世界貿(mào)易組織以來，中國經(jīng)濟(jì)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在這個(gè)大的背景下，中國的西部城市尤其是農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)的張掖市經(jīng)濟(jì)水平也得到了迅速提高。張掖市人均GDP由2001年的4 986元·人－1提高至2012年的24 235元·人－1，十二年時(shí)間增加了將近原來的四倍之多；環(huán)保投入占GDP比重也由2001年的1.08%上升到2012年的2.16%；此外，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和“三廢”治理率也相應(yīng)提高。這些都對(duì)全市土地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)持續(xù)下降做出了貢獻(xiàn)。未來幾年，人均GDP會(huì)持續(xù)增長，生態(tài)環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平也在不斷提高都使得張掖市響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)會(huì)像預(yù)測(cè)的那樣持續(xù)下降。

3.2 土地生態(tài)系統(tǒng)總體安全警況分析

2001—2012年，張掖市土地生態(tài)安全警度維持在“中警”水平，指示燈則處于“黃燈”狀態(tài)（表3）。其中2001—2008年上下波動(dòng)，漲幅不大，2008年預(yù)警指數(shù)達(dá)到最大值0.559，之后到2012年呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)，與這幾年?duì)顟B(tài)系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)變化趨勢(shì)基本一致，說明狀態(tài)系統(tǒng)在全市土地生態(tài)安全格局變化中具有重要地位。2008年以來，土地生態(tài)保護(hù)的重要性日益凸顯，工業(yè)“三廢”治理率不斷提高，環(huán)保投入占GDP比重持續(xù)增加，自然保護(hù)區(qū)面積也有所擴(kuò)大，使得土地生態(tài)安全狀況有所好轉(zhuǎn)，預(yù)警指數(shù)略有下降，但幅度有限，仍處于0.499～0.559之間。

按照這種趨勢(shì)發(fā)展，根據(jù)預(yù)警結(jié)果可知，2013—2017年，全市土地生態(tài)安全的總體警度仍將基本保持這一發(fā)展態(tài)勢(shì)，變化幅度有限，預(yù)警指數(shù)將保持在0.46左右，基本維持在“中警”水平，指示燈處于“黃燈”狀態(tài)（表3），需要采取相應(yīng)措施予以改善。

表3 2001—2017年張掖市土地生態(tài)安全警度指示燈狀況Table 3 Situation ofwarning degree’indicator lamp of land ecological security in Zhangye in 2001—2017

4 討論

張掖市作為河西走廊的重要生態(tài)屏障，屬典型的生態(tài)脆弱區(qū)，土地生態(tài)問題顯得尤為重要。土地生態(tài)安全狀況評(píng)價(jià)結(jié)果顯示2001—2012年，張掖市土地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)，狀態(tài)系統(tǒng)的預(yù)警指數(shù)整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)呈明顯下降態(tài)勢(shì)，土地生態(tài)安全警度維持在“中警”水平。研究結(jié)果與實(shí)際情況相符，與劉凌冰［22］的“張掖市土地生態(tài)安全處于敏感級(jí)”的研究結(jié)論吻合，而且文章對(duì)2013—2017年張掖市土地生態(tài)安全變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)也通過了效度檢驗(yàn)，證明了該方法具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。研究僅在區(qū)域尺度上從生態(tài)安全的視角對(duì)研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究，但區(qū)域土地生態(tài)安全受多方面因素的影響，文章所構(gòu)建的指標(biāo)體系還存在一定的局限性，有待進(jìn)一步完善。

5 結(jié)論

1）運(yùn)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)張掖市土地生態(tài)安全各系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行學(xué)習(xí)模擬與預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，RBF模型擬合精度高，預(yù)測(cè)結(jié)果符合張掖市實(shí)際情況，能夠基本反映張掖市土地生態(tài)安全的整體發(fā)展趨勢(shì)，說明RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是土地生態(tài)安全預(yù)測(cè)預(yù)警的有效方法之一。

2）近十幾年來，張掖市土地生態(tài)安全發(fā)展態(tài)勢(shì)未得到根本性轉(zhuǎn)變，這與其城市化快速擴(kuò)張、工業(yè)化迅速發(fā)展、人口快速增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不優(yōu)、土地利用方式不合理等因素有重要聯(lián)系。今后一段時(shí)期，在“兩型社會(huì)”縱深推進(jìn)、糧食安全問題日趨嚴(yán)峻、新型城市化和新型工業(yè)化全面推進(jìn)及生態(tài)重要性日趨明顯的形勢(shì)下，積極采取應(yīng)對(duì)措施緩解全市土地生態(tài)壓力，推進(jìn)人地協(xié)調(diào)和土地可持續(xù)利用，應(yīng)成為張掖市發(fā)展中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容之一。

3）改善張掖市土地生態(tài)安全狀況，需要加大資金投入力度，加快生態(tài)建設(shè)，牢固樹立土地生態(tài)安全的觀念，做好宣傳教育工作，使保護(hù)土地生態(tài)安全的觀念深入人心；控制人口增長，緩解人地矛盾，做到人與土地資源的協(xié)調(diào)共處，為實(shí)現(xiàn)土地資源生態(tài)安全的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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Land ecological security early-warning based on RBF neural network——A case of Zhangye in Gansu province

CHEN Ying，KONG Zhe，LU Zheng，WANG Dong，QIU Xiao-na，MINWen-jing，YANG Run-ci
（College of Resourcesɑnd Environment Science，Gɑnsu Agriculturɑl University，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ）

For the target area of Zhangye area for research，the land ecological security early warning index system is established based on PSRmodel and the relevant data of land use from 2001 to 2012.Using the RBF neural network model to Zhangye from 2013 to 2017，we predicted the evolution trend of land ecological security in combination with the analysis of the early warning alert degree of the index and standard for2001—2017 safety warning condition.The results showed thatthe land ecological security alertdegree of the pressure system for Zhangye from 2001 to 2012 exhibited a tendency of fluctuations rise and alert degree of the state system and response system is on the decline，and the 2013—2017 pressure system shows the pattern of“moderatewarning”to“severe warning”，the state system will bemaintained in the“moderatewarning”in the level，the response system will be in a state of“nowarning”.In 2001—2017，Zhangye alert degree of the land ecological security will be slightly decreasing，with early warning index in 2013—2017 being about0.46 and warning degrees in a state of“moderatewarning”.

land ecological security；warning；RBF neural network；PSR model；Zhangye City

S181；F301.2

：A

1000-7601（2017）01-0264-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.39

2016-04-12

國家自然科學(xué)基金（71263003）

陳英（1969—），男，甘肅武威人，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橥恋刭Y源管理。E-mail：cheny＠gsau.edu。

孔吉吉（1989—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橥恋刭Y產(chǎn)管理。E-mail：751242399＠qq.com。