摘要：中国如今耕地少人口多，需要对单位土地进行非常高的利用，正是由于对土地的过分利用，使得耕地的质量越来越差，不得不通过使用化肥来促进产量的增加，如此反复形成恶性循环。国家近几年在玉米产量过剩的情况下，尝试建立土地轮耕制度来解决如今在农业发展上存在的问题，针对土地轮耕制度的可行性问题，在考虑多方面的因素下用BP神经网络预测未来最优的可轮耕面积，得出在影响1%的粮食产量时，可以使1.5%的土地得到修养，促进了土地使用的长远发展。
关键词：线性规划；神经网络预测模型；土地轮耕；可轮耕面积
引言
我国从2016年开始推行土地轮耕试点，至今年轮作休耕面积也由2016年的616万亩扩大到2018年2400万亩的计划轮耕。近年来，我国粮食和农业生产连年丰收，但结构性矛盾突出，资源错配和供需脱节的问题亟待解决。轮作休耕就是要压减库存压力大的玉米和稻谷，优化资源配置，调整种植结构，减少无效供给，增加有效供给。
1土地轮耕政策的确立
1.1耕地的现状
国民为了增大粮食产量，长期施用大量化肥，短时间使粮食产量大幅增加，但同时使土壤肥力也随之大幅下降。有关统计显示，从1990年—2000年，化肥用量提高了90%，而粮食产量仅提高了9.2%[1]。土地肥力之所以被过度施肥影响，是因为常年单一施用化肥会破坏正常的土壤营养结构，影响到微量元素氮、磷、钾等在土壤中的含量，进而影响到土地肥力。另外我国部分土地污染严重：据资料显示，由于大量除草剂、农药的施用、工业排放和城市化快速发展导致目前大概有5000万亩的耕地受到了中度或重度污染[2]。
1.2土地轮耕政策的提出
轮作即在同一块田地上，有顺序地在季节间或年间轮换种植不同的作物或复种组合的一种种植方式。轮作是用地养地相结合的一种生物学措施。休耕即指在同一块土地上种一年作物，第二年停一年，第三年再种。
我国玉米产量长期高于需求量，增加了国家的库存压力，而大豆却需要长期从国外进口。轮作休耕就是要压减库存压力大的玉米和稻谷，大豆常年进口的现状，优化资源配置，调整种植结构，减少无效供给，增加有效供给。现在粮食供求状况改善了，负重的耕地、透支的环境也该“歇一歇”了，决定改善大豆常年大量进口的现状，为此主要进行玉米和大豆的轮耕。
2土地轮耕制度的合理性分析
2.1轮作休耕试验点的确定
调查我国各省平均每亩使用量，得到平均每亩化肥使用量前8名依次为北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、黑龙江、上海。
参考化肥使用量以及其他因素，决定进行土地轮作的省份为内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江；休耕的省份为河北、湖南、贵州、云南。
在进行土地轮耕的第二年，及2017年轮作休耕面积达到1200万亩，粮食减产将近80亿斤，但化肥使用量却没有出现增长，而土壤却变得更加肥沃，这说明土地轮耕政策是有利于土地可持续发展的。
2.2未来土地轮耕面积的预测
在国家统计局和国家气象局等网站查找近五年各因素的信息数据，包括国家财政收入、国家人口数量、人均粮食需求、工业用粮、粮食产量、耕地面积、受灾面积等。建立灰色预测模型来分别预测出2018年—2023年的国家财政收入、国家人口数量、人均粮食需求、工业粮食需求、粮食产量、耕地面积变化、天气气候等影响可轮耕土地面积的因素；算法公式在问题（1）中已列出，下面不再重复，预测得出2018—2023年国家的财政收入、国家人口数量、人均粮食需求、工业粮食需求、粮食产量、耕地面积变化、天气气候。
在考虑国家财政收入对土地轮耕补贴和国家人口的数量，人均粮食需求，工业粮食需求，耕地面积变化， 天气气候等多方面因素的情况下，分析未来土地轮耕制度的可行性，采用BP神经网络模型，将2018年—2023年的国家财政、国家人口数量、人均粮食需求、工业粮食需求、粮食产量、耕地面积、天气气候的因素指标作为输入。对应的耕地可轮耕面积作为输出。
得到未来五年（2019至2023）的可轮耕面积（万亩）分别为2923、3115、3180、3205、3213。由此可知未来可轮耕面积逐年增加，预测可轮耕面积的变化趋势图。
2.3补贴资金的确定
据有关资料显示，中国的耕地人均量偏低，预计耕地轮耕面积应控制在5%以内，国家粮食产量基本安全。在国家粮食产量基本安全的条件下，确定轮耕面积达到最大值时的补贴资金金额。
我们计算2018年-2021年粮食生产总量的均值来代表未来时刻的粮食总产量W=（12805+12980+13157+13337）/4=13069.75（亿斤），W可以近似表示短期未来的粮食总产量。查资料可知当轮耕影响粮食产量达到5%时，则可得减产粮食E=W×5%。
根据搜集材料可得我国目前耕地面积为S=20.24（亿亩）。假设短期几年不会有明显变化，则粮食平均亩产量为D=W/S，由于总粮食产量和总耕地面积非常巨大，可以宏观分析的出耕地的轮耕面积为Si=E/D。
通过网上搜集和题目中所给信息以及上文中所预测的信息列出2016年—2018年的土地轮耕面积，补贴金，粮食产量来分析它们之间的相关关系表。
因为如果粮食总产量增加，粮食市场价格会降低，所以政府补贴金也应当降低，因此粮食总产量于单亩平均补贴金有一定的关系，然后根据已求出的粮食总产量W通过一元线性回归模型来预测当轮耕影响粮食产量为5%是的单亩平均补助J。
3结论
综上所述，在未来几年可轮耕面积达到约为3千万亩，占耕地总面积的1.5%。中国的耕地人均量偏低，预计耕地轮耕面积应控制在5%以内，国家粮食产量基本安全。比不实行耕地轮耕粮食产量减产约为100亿斤，相当于粮食产量的1%左右，在相比较于国外发达国家的平均水平为16%的前提下是可以接受的，且随着生产力的提升，粮食亩产量将提高。并且可以使全国大约为1.5%的耕地得到修养，可以极大的改善我国土地质量差的现状，对耕地的可持续发展做出重大贡献，也可以满足在人民解决温饱的前提下人民日益追求高质量的粮食的愿望。
参考文献
[1]杨帆,孟远夺,姜义,崔勇,李荣,董燕,孙钊.2013年我国种植业化肥施用状况分析[J].植物营养与肥料学报,2015,21(01):217-225.
[2]长期施用化肥对土壤质量的影响[J]. 张北赢,陈天林,王兵. 中国农学通报. 2010(11)
论文作者:冯帅1,2 艾乐1,2 张忠硕1,3
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年8月上
论文发表时间:2019/3/13
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