張 蓉,鈕子鵬,馬國強,巨正平,胡 輝

(1．國家林業(yè)和草原局西南調(diào)查規(guī)劃院,650031,昆明;2．寧洱縣林業(yè)和草原局, 665000,云南,普洱)

0 引言

林地是森林的載體,國家重要的自然資源與戰(zhàn)略資源,對控制森林資源消耗,增強森林生態(tài)服務(wù)功能,實現(xiàn)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等均有重要作用。近年來,隨著國民經(jīng)濟高速發(fā)展,各類新建、改擴建基礎(chǔ)設(shè)施項目迅速崛起,林地需求與供給的矛盾日益突出,林地資源管理壓力驟增,對林地需求的分析與預(yù)測,不僅是制定林業(yè)生產(chǎn)中長期規(guī)劃與宏觀政策的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是國土空間規(guī)劃,國民經(jīng)濟長遠(yuǎn)規(guī)劃必須解決的問題之一[1],對加強國土空間宏觀管理,集約節(jié)約利用土地資源,促進(jìn)經(jīng)濟、社會和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展意義重大。國內(nèi)學(xué)者對林地需求的探討與研究主要有林地保護(hù)與利用規(guī)劃中的林地供需平衡[2-3]和林地可持續(xù)利用管理[4-5]。本文運用灰色系統(tǒng)模型研究了寧洱縣國民經(jīng)濟發(fā)展對林地的需求及其影響因素,為優(yōu)化林地資源管理,改善林地供需矛盾,適應(yīng)國民經(jīng)濟和社會環(huán)境發(fā)展提供研究基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

寧洱縣位于云南省南部,地處橫斷山脈南段,地貌縱橫交錯,屬南亞熱帶山地季風(fēng)氣候,兼有熱帶、中亞熱帶、南溫帶等氣候類型。全縣轄6鎮(zhèn)3鄉(xiāng)、85個村民委員會、4個社區(qū)居民委員會,轄區(qū)總面積3 670 km2,山區(qū)面積達(dá)96.8%。研究基于寧洱縣“十三五”期間國民經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)和林業(yè)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。數(shù)據(jù)來源于2016—2020年寧洱縣國民經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒、森林資源管理“一張圖”數(shù)據(jù),具體見表1。

表1 2016—2020年寧洱縣林地需求相關(guān)因素統(tǒng)計表

其中,使用林地面積來源2016—2020年寧洱縣林地審批及相關(guān)使用林地統(tǒng)計數(shù)據(jù),人口密度、縣域GDP和建成區(qū)面積來源于寧洱縣2016—2020年統(tǒng)計年鑒,空閑地面積通過寧洱縣歷年資源調(diào)查數(shù)據(jù)中宜林地、未利用地匯總得到。

1.2 研究方法

1.2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析 灰度關(guān)聯(lián)分析法(Grey Relational Analysis,GRA)是著名學(xué)者鄧聚龍首創(chuàng)的灰色系統(tǒng)理論中的經(jīng)典方法[6-7]。GRA的基本思想是量化特征圖的幾何狀態(tài),再計算出參考序列和比較序列之間的關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度較大時,比較序列的幾何發(fā)展情況與參考序列更為接近。GRA能夠挖掘系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)度,計算量也比較小,能比較方便地應(yīng)用到相關(guān)因素的分析中[8-9]。但灰色關(guān)聯(lián)分析只是根據(jù)序列曲線的幾何形狀相似程度判斷兩者之間聯(lián)系的緊密程度,為進(jìn)一步測算各個變量之間相互協(xié)調(diào)關(guān)系的變化,需要借助灰色系統(tǒng)模型[10-12]。

灰色關(guān)聯(lián)度分析的基本步驟如下[13]:

步驟1:通過對研究對象進(jìn)行定性分析,確定參考因素數(shù)列

x0={x0(k)|k=1,2,3,…,x0(n)}=(x0(1),x0(2),x0(3),…,x0(n))

(1)

式中,x0為參考數(shù)列,反映研究對象的性質(zhì),k表示時刻。

假設(shè)有m個比較數(shù)列

xi={xi(k)|k=1,2,3,…,i}=(xi(1),xi(2),xi(3),…,xi(n)),

(2)

式中,k表示時刻,i=1,2,3,…,m。

(3)

步驟4:計算指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)度,具體公式為

(4)

式中,ri(i=1,2,3…,m)表示比較數(shù)列xi(i=1,2,3…,m)對參考數(shù)列x0的關(guān)聯(lián)度;k表示時刻。利用關(guān)聯(lián)度這個概念,可以對研究對象進(jìn)行因素分析。

1.2.2 灰色模型預(yù)測

1)灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型原理。

GM(1,1)模型是通過對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)處理,將沒有規(guī)律或規(guī)律性不強的原始數(shù)據(jù)序列變得具有明顯的規(guī)律性。通過灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型的運用,可使預(yù)測精度提高,也解決了數(shù)學(xué)界一直認(rèn)為不能解決的微積分方程建模問題。灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型為:

(5)

式(5)為一階灰色微分方程,記作GM(1,1)模型,其中a,u是待定系數(shù),采用最小二乘法解出。

2)灰色生成(1-AGO)。

3)模型參數(shù)求解。

對式(5)進(jìn)行求解,可以得到式(6):

(6)

式(2)中,k=1,2,3,…,n利用一次累加數(shù)據(jù)序列x(1)代式(6),并對式(6)按最小二乘法進(jìn)行求解得:

(7)

式(7)中:

yn=[x(0)(2),x(0)(3),…,x(0)(n)]T也為已知數(shù)。

4)累減還原。

(8)

5)殘差檢驗。

如果GM(1,1)模型擬合精度不高,還可以通過擬合殘差建立殘差GM(1,1)模型來對原模型進(jìn)行修正,以提高預(yù)測精度。

一般以實測值為基礎(chǔ)計算其相對誤差。當(dāng)誤差較大且不能滿足實際需要時,可利用其殘差系列建立一個修正模型來消除誤差。記0階殘差為:

(9)

(10)

原始數(shù)據(jù)序列的均值和方差為:

(11)

計算的后驗差檢驗比值c和小誤差概率P分別為:

(12)

按照式(12)兩項指標(biāo),可從表2中查出精度檢驗等級。

表2 精度檢驗等級

2 結(jié)果與分析

2.1 灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果

本研究使用林地面積為參考數(shù)列,比較數(shù)列為人口密度、縣域GDP、建成區(qū)面積、空閑地面積,對各數(shù)列進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析,結(jié)果見表3。

表3 灰色關(guān)聯(lián)分析

由表3可知,縣域林地需求與4個相關(guān)因子的關(guān)聯(lián)度大小分別是0.885 2,0.855 4,0.704 4,0.620 8。關(guān)聯(lián)度排序為:建成區(qū)面積>人口密度>縣域GDP>空閑地面積。4個相關(guān)因子的關(guān)聯(lián)度均大于0.6,有2個指標(biāo)大于0.8,說明這4個指標(biāo)對縣域林地需求有顯著影響。1)建成區(qū)面積和人口密度直接反映了用地需求空間,表3中高度關(guān)聯(lián)說明了經(jīng)濟社會建設(shè)和人口與林地需求密切相關(guān),應(yīng)作為管理部門決策的關(guān)鍵指標(biāo);2)縣域GDP反映了地區(qū)經(jīng)濟社會的活躍度,與用地需求存在一定關(guān)聯(lián);3)空閑地面積的關(guān)聯(lián)度是4個指標(biāo)中最低,說明其存在最優(yōu)規(guī)模,并不是空閑地越大越能滿足林地需求,只有處于最優(yōu)規(guī)模,空閑地面積才能更大限度地反映林地需求。

2.2 林地需求預(yù)測結(jié)果分析

林地需求預(yù)測選用2016—2020年寧洱縣“十三五”期間使用林地面積數(shù)據(jù),通過灰色模型預(yù)測后,得到表4的預(yù)測結(jié)果。

表4 寧洱縣GM(1,1)模型預(yù)測值/hm2

根據(jù)2016—2020年寧洱縣使用林地面積數(shù)據(jù)及預(yù)測值,計算出后驗差檢驗比值c為0.242 3,小誤差概率P為0.8,模型精度能夠滿足應(yīng)用需求,參考精度檢驗等級(表2)可知,系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果具有一定可信性,故可以使用該模型對林地需求進(jìn)行預(yù)測。寧洱縣“十四五”期間使用林地面積預(yù)測數(shù)據(jù)見表5。

表5 寧洱縣“十四五”期間使用林地面積預(yù)測/hm2

預(yù)測結(jié)果顯示,寧洱縣“十四五”期間使用林地面積預(yù)計在811.432 9 hm2,呈緩慢下降趨勢。

圖1 寧洱縣林地使用面積灰色模型預(yù)測值與真實值對比情況

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計,2021年、2022年寧洱縣實際使用林地面積為192.587 6 hm2和170.664 5 hm2,呈波動下降趨勢,真實值與預(yù)測值有一定相關(guān)性,反映出2020年后受新冠疫情和用地政策影響,“十四五”初期使用林地需求的變化趨勢,也契合我國建立國土空間規(guī)劃體系,平衡社會需求與生態(tài)保護(hù),逐步優(yōu)化國土空間開發(fā)利用結(jié)構(gòu)的新動向。

3 結(jié)語

針對縣域尺度使用林地的影響因素和需求預(yù)測,本研究基于灰色系統(tǒng)模型選取寧洱縣“十三五”期間林地管理及社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)作為影響因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析,關(guān)聯(lián)度排序為:建成區(qū)面積>人口密度>縣域GDP>空閑地面積,通過預(yù)測和擬合計算得到后驗差比值為0.242 3,預(yù)測結(jié)果顯示,寧洱縣“十四五”期間使用林地需求呈緩慢下降趨勢,具有一定可信性。

我國經(jīng)濟社會形勢正面臨著可持續(xù)發(fā)展的諸多挑戰(zhàn),土地利用方式已從快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程邁向高質(zhì)量發(fā)展階段,自然資源用途管制由強調(diào)生產(chǎn)空間向強調(diào)生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變。隨著我國自然生態(tài)空間占補平衡制度的出臺,《森林法》明確規(guī)定“實行占用林地總量控制,確保林地保有量不減少”,使得林地資源的需求量和補給量測算要求愈加精準(zhǔn),而目前對林地需求的預(yù)測往往因數(shù)據(jù)量過少、數(shù)據(jù)不完整、信息不充分等原因難于滿足精度要求,灰色系統(tǒng)理論[14-15]的出現(xiàn)恰好解決了這一問題。本文以寧洱縣為研究區(qū)域,依據(jù)社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料、空閑地數(shù)據(jù)、2016—2020年使用林地數(shù)據(jù)等資料,采用灰色模型進(jìn)行預(yù)測,模型精度合格,結(jié)果具有一定可信度。對縣域林地需求的預(yù)測模型雖然滿足精度要求,但由于林地需求量受國家宏觀政策、地方發(fā)展戰(zhàn)略、經(jīng)濟社會發(fā)展?fàn)顩r以及市場等多方面的影響較大,需求量并不等于實際的使用量,“十四五”期間的林地使用量仍要根據(jù)自然資源部門的相關(guān)政策和規(guī)劃審批等條件決定[16]。本研究的預(yù)測結(jié)果可為決策者提供社會經(jīng)濟發(fā)展和林地需求的參考借鑒,避免開發(fā)過度,為合理調(diào)控林地保護(hù)與利用的關(guān)系,規(guī)范自然資源管理提供理論基礎(chǔ)。