基于灰色预测模型贵州生态资源预测

杨园园　魏媛

摘要：以贵州省2005—2017年生态资源为基础数据，分析了贵州省生态资源的现状，建立灰色预测模型，对其森林覆盖率、森林蓄积量、自然保护区面积、森林公园面积4个资源指标进行了预测分析，其精度检验为优。结果显示：贵州森林覆盖率、森林蓄积量、森林公园面积在未来2018～2030年将会持续增加，自然保护区面积将可能继续下降，在未来时间需加大对自然保护区的重视。

关键词：森林覆盖率;森林蓄积量;自然保护区;森林公园;灰色预测;贵州

中图分类号：S757 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（ 2020） 2-0145-03

1 引言

基于我国生态环境问题日益突出、资源环境保护压力不断加大的新形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念[1]，走可持续发展道路。生态资源的数量和质量变化直接影响到生态环境的变化，掌握生态资源的现状，预测并控制其发展趋势，对环境规划和资源配置提供借鉴参考意义[2]。2004年国家林业局举办首届中国城市生态论坛，命名贵阳市为中国首个国家生态城市，2017年《国家生态文明试验区（贵州）实施方案》明确以“多彩贵州公园省”为试验区建设的总体目标。

本文以贵州省研究对象，将森林覆盖率、森林蓄积量、自然保护区面积、森林公园面积作为生态资源指标进行研究，建立资源指标的GM（1，1）灰色预测模型，并对贵州省生态资源的动态变化进行预测，以为贵州省生态资源的保护和生态林业建设提供理论依据。

截至2017年，贵州省森林面积为974.2万hm2，自然保护区个数119个，自然保护区面积89. 79万hm2，占全省国土面积5.1%。森林公园面积27.8万hm2，占全省国土面积1. 6%。全省森林覆盖率达到55. 30%。

2 灰色预测模型

2.1 数据分析

根据贵州省林业局与生态环境厅统计数据，收集2005～2017年贵州省森林覆盖率、森林蓄积量、自然保护区面积、森林公园面积等数据，绘制了图1中2005～2017年贵州省生态资源变化趋势图，包括了森林覆盖率、森林蓄积量、自然保护区面积、森林公园面积动态变化趋势。

由表1可知，贵州省生态资源中森林覆盖率总体呈现上升趋势。森林蓄积量整体呈小幅度波动增长趋势，在2012年出现小幅度波动下降，总蓄积量从3. 97亿m3下降到3. 81亿m3之后2014年又上升到4. 01亿m3。自然保护区面积呈现先下降后上升的波动性变化态势，从2006年的96. 10万hmz下降到96. 02万hm2，在2012年出现大幅度波动，面积从96. 02万hm2下降到89. 51万hm2，到2015年上升到89. 79万hm2。森林公园面积的变化趋势与森林蓄积量大致相同，森林公园面积整体出现小幅度波动增长态势，从2005～2016年处于平稳增长趋势，从2016年29. 50万hm2下降到27. 80万hm2。

2.2 灰色预测模型构建

灰色预测是在灰色系统理论的预测模型[3]的研究作为基础理论前提下，采用数学建模算法与应用[4]进行操作计算，首先将上文所收集的2005～2017年原始数据建立土地利用综合效益的数据时间序列[5];其次建立灰色预测模型，以获取预测模型参数值，还原数值与实际值进行对比分析;最后为确保所建灰色模型有较高的预测精度和可信程度，需要进行灰色预测模型检验，检验方法大多采用残差检验、关联度检验及后验差检验[6-8]。

3 结果与分析

根据收集统计的贵州省生态资源的实际数据，建立起GM（I，1）預测模型指标的原始数据，根据2005 -2017年生态资源等数据预测得出2018～2030年贵州省生态资源数据。

确定参考数据列，设森林覆盖率原始序列为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），其他指标余同。根据GM（I，1）模型计算出贵州省生态资源灰色预测模型参数，并建立贵州省生态资源指标的灰色预测模型，见表1。

由表1可知，森林覆盖率、森林蓄积量、森林公园面积a值小于1，说明预测模型总体上呈现增加态势，自然保护区a值大于0，这说明自然保护区预测模型最终呈现下降的趋势。

结合表1灰色模型参数，预测出贵州2005～2017年生态资源的预测结果，并对比分析贵州生态指标的预测值与实际值，见表2。

由表2可知，预测值和实际值之间虽然存在一定的差异，但是差异较小，具体的情况还要对表2中的数据进行模拟精度的检验。利用GM（1，1）模型建立的贵州生态资源的预测模型是否满足实际情况，由灰色模型的模拟精度所决定。在对预测模型进行模拟精度的校验时，采用单一的检验指标容易对模拟精度的高低做出误判。本文根据贵州生态资源的实际情况和动态预测模型的实际需要，选取平均相对误差、平均绝对误差、均方差比值和小误差概率等4项模拟精度检验指标。贵州生态资源动态预测模型的模拟精度的各个检验指标计算出来的数值以及模拟精度的高低，见表3。由表3可知，均方差比均小于0. 35，小误差概率概率大于0. 95，关联度均大于50%，表明数据是关联的，检验结果是合格的，该模型预测效果较好，可以直接进行预测分析。由表3可知，森林覆盖率、自然保护区面积与森林公园面积预测模拟的精度为优，森林总蓄积量的模拟精度为良;精度都较高。结合表1可知，贵州生态资源各个指标建立的预测模型a> -0.3，由此可以得出各模型均适合中长期预测。

利用贵州省生态资源各个指标的原始数据序列及其对应的预测序列计算得出2018～2030年的生态资源预测值见图2所示。

由图2可知：从2005年起，贵州森林资源覆盖率持续增加。预测表明在未来的13年内，增长趋势维持不变。贵州森林蓄积量、森林公园面积的变化趋势与森林覆盖率变化趋势基本一致，预测结果也基本相同。在2005～2017年期间，自然保护区面积在2007年有所下降，之后继续保持没有变动，从2013年又呈下降态势，直到2015年开始有所回升，预测表明，在未来的13年里自然保护区面积趋于平稳下降的趋势。

4 结语

通过上文灰色预测模型在贵州生态资源的预测中，本文中生态资源指标总体精达到满足模拟精度要求，2005～2017年间的实际值和预测值之间的相差较小，不需要对生态资源各个指标普查数据进行变换处理[6]。可以得到灰色预测模型用于生态资源的预测结果准确度高，可靠性良好，模拟结果可信度较高，因此使用灰色预测模型来预测贵州省2018～2030年后的生态资源的方法可行，使用此方法可以很好地得到较为准确的预测数据。

通过预测模型对2018～2030年贵州生态资源获得如下预测结果：森林蓄积总量、森林覆盖率和自然保护区森林公园面积均会继续增大，自然保护区面积将会持续下降的趋势，在未来时间需要加大对自然保护区的重视。

参考文献：

[1]李春燕，南灵.陕西省土地生态安全动态评价及障碍因子诊断[J].中国土地科学.2015，29（4）：72-81.

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[3]张永波，基于灰色系统理论的预测模型的研究[Dl.哈尔滨：哈尔滨工程大学.2005.

[4]司守奎，孙玺菁.数学建模算法与应用[M].北京：国防工业出版社，2012

[5]张炳彩.基于残差修正GM（1，1）模型的银川市空气质量预测分析[J].绿色科技，2019 （12）：118-122.

[6]宋广军，王立海.伊春林区森林资源的动态灰色预测[J].中南林业科技大学学报.2015，35（2）：1-5，11.

[7]邱微，李崧，赵庆良，等.黑龙江省森林覆盖率的灰色评价和模型预测[J].哈尔滨工业大学学报，2007（10）：1649-1651.

[8]魏晓慧，孙玉军，梅光义，等.基于多功能经營的森林资源评价[J].中南林业科技大学学报.2013，33（11）：103-108.

基金项目：国家商务部联合研究项目（编号：2016SWBZD12）;贵州省高校优秀科技创新人才支持计划（编号：黔教合KY字（20121091号）

作者简介：杨园园（1995-），女，硕士研究生，研究方向为土地资源开发与保护。

通讯作者：魏嫒（1976-），女，教授，研究方向为生态经济与资源可持续利用研究。