论文部分内容阅读
摘 要:为了解河南省化肥施用量历年的增长趋势,选取2000—2012年河南省化肥施用折纯量作为研究对象,运用灰色预测理论,建立起相应的优化始点离散灰色模型,通过平均相对误差检验等对预测函数进行了检验,并给出2013—2016年河南省化肥施用量预测值,其中2016年河南省化肥施用量预计约为830万t。分析实际数据与预测结果后认为,未来若干年河南省化肥施用量不会出现较大下降。建议科学合理施肥,提高化肥有效利用率。
关键词:优化始点离散灰色模型;化肥施用折纯量;灰色预测;模型检验
中图分类号:S143 文献标识码:A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.018
河南是全国农业大省,粮食主产区之一,素有“中国粮仓”之称。河南农业的持续健康发展,对确保国家粮食安全无疑起着重要作用。化肥作为粮食生产中的重要影响因素之一,受到了相关学者、研究机构的广泛关注。农业部“十一五”农业和农村经济发展重大问题研究组通过对中国近30年粮食产量及其影响因素间关系的分析得出,化肥在粮食产量影响因素中位居第三[1]。王兴仁等[2]认为作物高产与施肥、灌溉、育种等多种因素有关,其中每增产100 kg粮食,约有50 kg是施用化肥的结果。赵鹏等[3]曾对省域(河南省)、市域(安阳市)、县城(滑县)3级粮食产量影响因素的灰色关联分析及其贡献率比较,认为化肥对省市县3级粮食产量的贡献率都居第三位。
化肥对粮食生产的贡献是重要的,但粮食生产过于依赖化肥,会加大资源与环境成本,不利于农业的可持续发展。现选取《河南统计年鉴2013》(《河南统计年鉴2014》尚未发布,无法获得2013年河南省化肥施用折纯量实际值。故下文以2013年为预测起始年份)中2000—2012年河南省化肥施用折纯量作为研究对象,建立相应的灰色预测模型,并给出未来几年河南省化肥施用量预测值(模型值),旨在为科学合理施肥、农业可持续发展提供一定的参考。
1 模型选择
灰色系统理论[4-5]是邓聚龙教授于1982年在国际上首先提出的一种研究小样本、贫信息的不确定性系统的方法。灰色预测是该理论的主要内容之一。传统GM(1,1)模型作为灰色预测中的常用模型,在运用时其预测稳定性不甚理想。鉴于此,谢乃明等[6]经过研究,提出了离散灰色预测模型(Discrete grey model,DGM)。在离散灰色预测模型建模过程中,参数估计、模拟、预测均采用离散形式的方程,不存在离散模型与连续模型之间的近似代替,通常具有较高的精度[7]。
一般的灰色离散模型以初始值为迭代基准,为提高模型预测精度,还可适当选择迭代基准。根据迭代基准的不同,可建立始点固定的离散灰色模型、中间点固定的离散灰色模型、终点固定的离散灰色模型。同时为了尽可能消除迭代初始值对模型拟合值的影响,通过增加一个修正项来反向消除初始值带来的偏差,则原离散灰色模型的3种形式变为优化始点离散灰色模型(Optimized starting-point fixed discrete grey model,OSFDGM)、优化中间点离散灰色模型(Optimized middle-point fixed discrete grey model,OMFDGM)、优化终点离散灰色模型(Optimized ending-point fixed discrete grey model,OEFDGM)。优化后的OSFDGM、OMFDGM和OEFDGM都可以与最优的拟合曲线重合,对于同一数据序列,分别建立这3种模型可获得相同的模拟和预测效果,因此在模拟和预测时可任选一种进行建模[7]。现选择优化始点离散灰色模型进行建模。
2 优化始点离散灰色模型
2.1 模型的建立
2.2 模型的检验
3 模型求解
4 结论与讨论
从分析预测结果可看出,河南省化肥施用量呈现较快增长趋势,从2000年的420.71万t到2016年预计的约830万t,年均增长约25.6万t。
分析实际数据,除2003年河南省化肥施用量稍低于上年外,其余年份均呈增长趋势。对比预测结果,可认为未来若干年河南省化肥施用量不会出现较大下降。
不科学、不合理地施用化肥,会对农业可持续发展带来压力。2012年河南省农用化肥施用量约占全国化肥施用总量的11.7%;河南省化肥施用量已达到同为农业大省的山东省的1.44倍,占居全国第一[10-11]。化肥对粮食增产的影响始终不会是无限的。不科学、不合理地施用,除浪费资源外,还可造成水体环境面源污染等不良影响。因此,科学合理施肥、提高化肥有效利用率在粮食生产中不容忽视,亦能在一定程度上减轻资源、环境压力。
参考文献:
[1] 张福锁.中国肥料产业与科学施肥战略研究报告[M].北京:中国农业大学出版社,2008:34-35.
[2] 王兴仁,曹一平,赵绍华.中化化肥免费电话咨询答选:有机肥和化肥的施前准备[J].磷肥与复肥,2009,24(1):82-84.
[3] 赵鹏,陈阜,刘斌,等.粮食产量影响因素的灰色关联分析及其贡献率比较[J].农业系统科学与综合研究,2008,24(2):217-222.
[4] 邓聚龙.灰色系统理论教程[M].武汉:华中理工大学出版社,1990:1-20.
[5] 肖新平,宋中民,李峰.灰技术基础及其应用[M].北京:科学出版社,2005:1-10.
[6] 谢乃明,刘思峰.离散GM(1,1)模型与灰色预测模型建模机理[J].系统工程理论与实践,2005(1):93-99.
[7] 刘思峰,党耀国,方志耕,等.灰色系统理论及其应用[M].5版.北京:科学出版社,2010:182,187-192,227.
[8] 宋新山,邓伟,张琳.MATLAB在环境科学中的应用[M].北京:化学工业出版社,2008:201-208.
[9] 杨旭.改进的灰色预测GM(1,1)模型的MATLAB实现[J].江苏科技信息,2014(7):69-70.
[10] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴2013[M].北京:中国统计出版社,2013:442.
[11] 刘钦普. 河南省化肥施用强度地理分布及其环境风险评价[J]. 河南农业科学,2014,43(6):66-70.
关键词:优化始点离散灰色模型;化肥施用折纯量;灰色预测;模型检验
中图分类号:S143 文献标识码:A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.018
河南是全国农业大省,粮食主产区之一,素有“中国粮仓”之称。河南农业的持续健康发展,对确保国家粮食安全无疑起着重要作用。化肥作为粮食生产中的重要影响因素之一,受到了相关学者、研究机构的广泛关注。农业部“十一五”农业和农村经济发展重大问题研究组通过对中国近30年粮食产量及其影响因素间关系的分析得出,化肥在粮食产量影响因素中位居第三[1]。王兴仁等[2]认为作物高产与施肥、灌溉、育种等多种因素有关,其中每增产100 kg粮食,约有50 kg是施用化肥的结果。赵鹏等[3]曾对省域(河南省)、市域(安阳市)、县城(滑县)3级粮食产量影响因素的灰色关联分析及其贡献率比较,认为化肥对省市县3级粮食产量的贡献率都居第三位。
化肥对粮食生产的贡献是重要的,但粮食生产过于依赖化肥,会加大资源与环境成本,不利于农业的可持续发展。现选取《河南统计年鉴2013》(《河南统计年鉴2014》尚未发布,无法获得2013年河南省化肥施用折纯量实际值。故下文以2013年为预测起始年份)中2000—2012年河南省化肥施用折纯量作为研究对象,建立相应的灰色预测模型,并给出未来几年河南省化肥施用量预测值(模型值),旨在为科学合理施肥、农业可持续发展提供一定的参考。
1 模型选择
灰色系统理论[4-5]是邓聚龙教授于1982年在国际上首先提出的一种研究小样本、贫信息的不确定性系统的方法。灰色预测是该理论的主要内容之一。传统GM(1,1)模型作为灰色预测中的常用模型,在运用时其预测稳定性不甚理想。鉴于此,谢乃明等[6]经过研究,提出了离散灰色预测模型(Discrete grey model,DGM)。在离散灰色预测模型建模过程中,参数估计、模拟、预测均采用离散形式的方程,不存在离散模型与连续模型之间的近似代替,通常具有较高的精度[7]。
一般的灰色离散模型以初始值为迭代基准,为提高模型预测精度,还可适当选择迭代基准。根据迭代基准的不同,可建立始点固定的离散灰色模型、中间点固定的离散灰色模型、终点固定的离散灰色模型。同时为了尽可能消除迭代初始值对模型拟合值的影响,通过增加一个修正项来反向消除初始值带来的偏差,则原离散灰色模型的3种形式变为优化始点离散灰色模型(Optimized starting-point fixed discrete grey model,OSFDGM)、优化中间点离散灰色模型(Optimized middle-point fixed discrete grey model,OMFDGM)、优化终点离散灰色模型(Optimized ending-point fixed discrete grey model,OEFDGM)。优化后的OSFDGM、OMFDGM和OEFDGM都可以与最优的拟合曲线重合,对于同一数据序列,分别建立这3种模型可获得相同的模拟和预测效果,因此在模拟和预测时可任选一种进行建模[7]。现选择优化始点离散灰色模型进行建模。
2 优化始点离散灰色模型
2.1 模型的建立
2.2 模型的检验
3 模型求解
4 结论与讨论
从分析预测结果可看出,河南省化肥施用量呈现较快增长趋势,从2000年的420.71万t到2016年预计的约830万t,年均增长约25.6万t。
分析实际数据,除2003年河南省化肥施用量稍低于上年外,其余年份均呈增长趋势。对比预测结果,可认为未来若干年河南省化肥施用量不会出现较大下降。
不科学、不合理地施用化肥,会对农业可持续发展带来压力。2012年河南省农用化肥施用量约占全国化肥施用总量的11.7%;河南省化肥施用量已达到同为农业大省的山东省的1.44倍,占居全国第一[10-11]。化肥对粮食增产的影响始终不会是无限的。不科学、不合理地施用,除浪费资源外,还可造成水体环境面源污染等不良影响。因此,科学合理施肥、提高化肥有效利用率在粮食生产中不容忽视,亦能在一定程度上减轻资源、环境压力。
参考文献:
[1] 张福锁.中国肥料产业与科学施肥战略研究报告[M].北京:中国农业大学出版社,2008:34-35.
[2] 王兴仁,曹一平,赵绍华.中化化肥免费电话咨询答选:有机肥和化肥的施前准备[J].磷肥与复肥,2009,24(1):82-84.
[3] 赵鹏,陈阜,刘斌,等.粮食产量影响因素的灰色关联分析及其贡献率比较[J].农业系统科学与综合研究,2008,24(2):217-222.
[4] 邓聚龙.灰色系统理论教程[M].武汉:华中理工大学出版社,1990:1-20.
[5] 肖新平,宋中民,李峰.灰技术基础及其应用[M].北京:科学出版社,2005:1-10.
[6] 谢乃明,刘思峰.离散GM(1,1)模型与灰色预测模型建模机理[J].系统工程理论与实践,2005(1):93-99.
[7] 刘思峰,党耀国,方志耕,等.灰色系统理论及其应用[M].5版.北京:科学出版社,2010:182,187-192,227.
[8] 宋新山,邓伟,张琳.MATLAB在环境科学中的应用[M].北京:化学工业出版社,2008:201-208.
[9] 杨旭.改进的灰色预测GM(1,1)模型的MATLAB实现[J].江苏科技信息,2014(7):69-70.
[10] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴2013[M].北京:中国统计出版社,2013:442.
[11] 刘钦普. 河南省化肥施用强度地理分布及其环境风险评价[J]. 河南农业科学,2014,43(6):66-70.