基于灰色預(yù)測模型貴州生態(tài)資源預(yù)測

楊園園　魏媛

摘要：以貴州省2005—2017年生態(tài)資源為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析了貴州省生態(tài)資源的現(xiàn)狀，建立灰色預(yù)測模型，對其森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護(hù)區(qū)面積、森林公園面積4個資源指標(biāo)進(jìn)行了預(yù)測分析，其精度檢驗為優(yōu)。結(jié)果顯示：貴州森林覆蓋率、森林蓄積量、森林公園面積在未來2018～2030年將會持續(xù)增加，自然保護(hù)區(qū)面積將可能繼續(xù)下降，在未來時間需加大對自然保護(hù)區(qū)的重視。

關(guān)鍵詞：森林覆蓋率;森林蓄積量;自然保護(hù)區(qū);森林公園;灰色預(yù)測;貴州

中圖分類號：S757 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0145-03

1 引言

基于我國生態(tài)環(huán)境問題日益突出、資源環(huán)境保護(hù)壓力不斷加大的新形勢，必須樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念[1]，走可持續(xù)發(fā)展道路。生態(tài)資源的數(shù)量和質(zhì)量變化直接影響到生態(tài)環(huán)境的變化，掌握生態(tài)資源的現(xiàn)狀，預(yù)測并控制其發(fā)展趨勢，對環(huán)境規(guī)劃和資源配置提供借鑒參考意義[2]。2004年國家林業(yè)局舉辦首屆中國城市生態(tài)論壇，命名貴陽市為中國首個國家生態(tài)城市，2017年《國家生態(tài)文明試驗區(qū)（貴州）實施方案》明確以“多彩貴州公園省”為試驗區(qū)建設(shè)的總體目標(biāo)。

本文以貴州省研究對象，將森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護(hù)區(qū)面積、森林公園面積作為生態(tài)資源指標(biāo)進(jìn)行研究，建立資源指標(biāo)的GM（1，1）灰色預(yù)測模型，并對貴州省生態(tài)資源的動態(tài)變化進(jìn)行預(yù)測，以為貴州省生態(tài)資源的保護(hù)和生態(tài)林業(yè)建設(shè)提供理論依據(jù)。

截至2017年，貴州省森林面積為974.2萬hm2，自然保護(hù)區(qū)個數(shù)119個，自然保護(hù)區(qū)面積89. 79萬hm2，占全省國土面積5.1%。森林公園面積27.8萬hm2，占全省國土面積1. 6%。全省森林覆蓋率達(dá)到55. 30%。

2 灰色預(yù)測模型

2.1 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)貴州省林業(yè)局與生態(tài)環(huán)境廳統(tǒng)計數(shù)據(jù)，收集2005～2017年貴州省森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護(hù)區(qū)面積、森林公園面積等數(shù)據(jù)，繪制了圖1中2005～2017年貴州省生態(tài)資源變化趨勢圖，包括了森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護(hù)區(qū)面積、森林公園面積動態(tài)變化趨勢。

由表1可知，貴州省生態(tài)資源中森林覆蓋率總體呈現(xiàn)上升趨勢。森林蓄積量整體呈小幅度波動增長趨勢，在2012年出現(xiàn)小幅度波動下降，總蓄積量從3. 97億m3下降到3. 81億m3之后2014年又上升到4. 01億m3。自然保護(hù)區(qū)面積呈現(xiàn)先下降后上升的波動性變化態(tài)勢，從2006年的96. 10萬hmz下降到96. 02萬hm2，在2012年出現(xiàn)大幅度波動，面積從96. 02萬hm2下降到89. 51萬hm2，到2015年上升到89. 79萬hm2。森林公園面積的變化趨勢與森林蓄積量大致相同，森林公園面積整體出現(xiàn)小幅度波動增長態(tài)勢，從2005～2016年處于平穩(wěn)增長趨勢，從2016年29. 50萬hm2下降到27. 80萬hm2。

2.2 灰色預(yù)測模型構(gòu)建

灰色預(yù)測是在灰色系統(tǒng)理論的預(yù)測模型[3]的研究作為基礎(chǔ)理論前提下，采用數(shù)學(xué)建模算法與應(yīng)用[4]進(jìn)行操作計算，首先將上文所收集的2005～2017年原始數(shù)據(jù)建立土地利用綜合效益的數(shù)據(jù)時間序列[5];其次建立灰色預(yù)測模型，以獲取預(yù)測模型參數(shù)值，還原數(shù)值與實際值進(jìn)行對比分析;最后為確保所建灰色模型有較高的預(yù)測精度和可信程度，需要進(jìn)行灰色預(yù)測模型檢驗，檢驗方法大多采用殘差檢驗、關(guān)聯(lián)度檢驗及后驗差檢驗[6-8]。

3 結(jié)果與分析

根據(jù)收集統(tǒng)計的貴州省生態(tài)資源的實際數(shù)據(jù)，建立起GM（I，1）預(yù)測模型指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)2005 -2017年生態(tài)資源等數(shù)據(jù)預(yù)測得出2018～2030年貴州省生態(tài)資源數(shù)據(jù)。

確定參考數(shù)據(jù)列，設(shè)森林覆蓋率原始序列為Xo（k）一{ 34. 90， 39. 93， 39. 93， 39. 93， 39. 93， 40. 52， 41. 53，47. 00，48. 00，49. 00，50. 00，52. 00，55. 30），其他指標(biāo)余同。根據(jù)GM（I，1）模型計算出貴州省生態(tài)資源灰色預(yù)測模型參數(shù)，并建立貴州省生態(tài)資源指標(biāo)的灰色預(yù)測模型，見表1。

由表1可知，森林覆蓋率、森林蓄積量、森林公園面積a值小于1，說明預(yù)測模型總體上呈現(xiàn)增加態(tài)勢，自然保護(hù)區(qū)a值大于0，這說明自然保護(hù)區(qū)預(yù)測模型最終呈現(xiàn)下降的趨勢。

結(jié)合表1灰色模型參數(shù)，預(yù)測出貴州2005～2017年生態(tài)資源的預(yù)測結(jié)果，并對比分析貴州生態(tài)指標(biāo)的預(yù)測值與實際值，見表2。

由表2可知，預(yù)測值和實際值之間雖然存在一定的差異，但是差異較小，具體的情況還要對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬精度的檢驗。利用GM（1，1）模型建立的貴州生態(tài)資源的預(yù)測模型是否滿足實際情況，由灰色模型的模擬精度所決定。在對預(yù)測模型進(jìn)行模擬精度的校驗時，采用單一的檢驗指標(biāo)容易對模擬精度的高低做出誤判。本文根據(jù)貴州生態(tài)資源的實際情況和動態(tài)預(yù)測模型的實際需要，選取平均相對誤差、平均絕對誤差、均方差比值和小誤差概率等4項模擬精度檢驗指標(biāo)。貴州生態(tài)資源動態(tài)預(yù)測模型的模擬精度的各個檢驗指標(biāo)計算出來的數(shù)值以及模擬精度的高低，見表3。由表3可知，均方差比均小于0. 35，小誤差概率概率大于0. 95，關(guān)聯(lián)度均大于50%，表明數(shù)據(jù)是關(guān)聯(lián)的，檢驗結(jié)果是合格的，該模型預(yù)測效果較好，可以直接進(jìn)行預(yù)測分析。由表3可知，森林覆蓋率、自然保護(hù)區(qū)面積與森林公園面積預(yù)測模擬的精度為優(yōu)，森林總蓄積量的模擬精度為良;精度都較高。結(jié)合表1可知，貴州生態(tài)資源各個指標(biāo)建立的預(yù)測模型a> -0.3，由此可以得出各模型均適合中長期預(yù)測。

利用貴州省生態(tài)資源各個指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)序列及其對應(yīng)的預(yù)測序列計算得出2018～2030年的生態(tài)資源預(yù)測值見圖2所示。

由圖2可知：從2005年起，貴州森林資源覆蓋率持續(xù)增加。預(yù)測表明在未來的13年內(nèi)，增長趨勢維持不變。貴州森林蓄積量、森林公園面積的變化趨勢與森林覆蓋率變化趨勢基本一致，預(yù)測結(jié)果也基本相同。在2005～2017年期間，自然保護(hù)區(qū)面積在2007年有所下降，之后繼續(xù)保持沒有變動，從2013年又呈下降態(tài)勢，直到2015年開始有所回升，預(yù)測表明，在未來的13年里自然保護(hù)區(qū)面積趨于平穩(wěn)下降的趨勢。

4 結(jié)語

通過上文灰色預(yù)測模型在貴州生態(tài)資源的預(yù)測中，本文中生態(tài)資源指標(biāo)總體精達(dá)到滿足模擬精度要求，2005～2017年間的實際值和預(yù)測值之間的相差較小，不需要對生態(tài)資源各個指標(biāo)普查數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理[6]。可以得到灰色預(yù)測模型用于生態(tài)資源的預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確度高，可靠性良好，模擬結(jié)果可信度較高，因此使用灰色預(yù)測模型來預(yù)測貴州省2018～2030年后的生態(tài)資源的方法可行，使用此方法可以很好地得到較為準(zhǔn)確的預(yù)測數(shù)據(jù)。

通過預(yù)測模型對2018～2030年貴州生態(tài)資源獲得如下預(yù)測結(jié)果：森林蓄積總量、森林覆蓋率和自然保護(hù)區(qū)森林公園面積均會繼續(xù)增大，自然保護(hù)區(qū)面積將會持續(xù)下降的趨勢，在未來時間需要加大對自然保護(hù)區(qū)的重視。

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基金項目：國家商務(wù)部聯(lián)合研究項目（編號：2016SWBZD12）;貴州省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才支持計劃（編號：黔教合KY字（20121091號）

作者簡介：楊園園（1995-），女，碩士研究生，研究方向為土地資源開發(fā)與保護(hù)。

通訊作者：魏嬡（1976-），女，教授，研究方向為生態(tài)經(jīng)濟(jì)與資源可持續(xù)利用研究。