基于系统动力学的农业生态经济实证分析<br/>——以“渔猪沼果”生态循环模式为例

基于系统动力学的农业生态经济实证分析
——以“渔猪沼果”生态循环模式为例

2016-12-03□周春

山东农业大学学报（社会科学版） 2016年3期

□周春

基于系统动力学的农业生态经济实证分析
——以“渔猪沼果”生态循环模式为例

□周春

在生态问题频发的情况下，为了分析生态循环模式的经济效益，本文以微观视角即以某一生态农场为例分析农业生态经济的经济效益，采用系统动力学方法进行了实证分析。结果表明随着时间的增加经济效益是线性增加的。推广“渔猪沼果”生态循环模式提高了资源的利用效率，改善了农产品品质，提高经济效益、社会效益、生态效益。同时对其它行业也有合理的借鉴意义。

生态经济；可持续发展；“渔猪沼果”生态循环模式；系统动力学

随着中国经济的高速发展，在取得生产力极大发展的同时，生态问题也令人担忧，如沙漠化、废气污染大气、废水污染河流、废渣污染土壤以及过度使用化肥造成土壤板结、过度使用农药导致水体污染等。据不完全统计2013年全国城市环境综合整治定量考核的595个城市中有200个城市生活污水集中处理率几乎为零[1]。康晓梅[1](2015)认为当前农村污染日趋严重，造成农村污染主要来自于两个方面：一是工业污染转移导致的二次污染，二是农业自身的污染；随着污染程度超过生态承载力，必将造成十分严重的后果。霍艳丽[2](2011)认为生态经济与绿色发展具有内在的一致性，生态经济建设是绿色发展的基本内容、基本目标、基本途径；发展生态经济是实现可持续发展的一种新型发展模式。高红贵[3](2014)认为生态文明建设是全面建成小康社会的必然要求，推进生态文明建设，必须夯实制度基础。黄艳萍[4](2014)认为在生态经济建设理念下实施新型城镇化发展是解决新农村建设中自然与人和谐关系的有效途径。田辉玉[5](2011)认为低碳经济与生态经济是一种环境的合理性与经济效率相统一形态，低碳经济正在社会化；低碳经济是人与自然和谐相处的可持续发展的经济。张华见[6](2011)认为对于资源枯竭型城市应该首要关心的问题是进行体制改革，重中之重是打造生态经济系统，还包括构建生态经济产业结构、消化和转移就业、改善生态软环境、增强城市吸引力等。综上所述，生态环境面临着十分严峻的挑战，因此急需采取一系列措施改变现有的粗放、高投入、低效益的经济模式，发展生态低碳循环经济，既要兼顾经济效益、社会效益，同时也要兼顾生态效益。

本文以微观视角即以某一生态农场为例分析农业生态经济的效益，认为大力发展“渔猪沼果”模式对生态经济可持续发展有极大的意义，通过发展“渔猪沼果”模式一方面可以变废为宝，将牲畜粪便、尸体等污染源以及深加工的废料制成沼气供农户发电和燃料，此外沼渣也是极好的有机肥料，可以减少施用化肥造成的土壤肥力退化。另一方面，“渔猪沼果”模式的成功经验可以促进同类农业的巨大发展，其次扩展到整个农业体系，最后推广到各行业，使生态经济达到较和谐的平衡状态。

一、系统动力学

(一)系统动力学概述

系统动力学最早是由麻省理工学院的福瑞斯特教授于上世纪50年代创立的，系统动力学是系统科学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与行为的一门科学，是系统科学与管理科学的一个重要分支。系统动力学认为，系统的行为模式与特性主要取决于其内部结构与反馈机制，只有把整个系统作为一个反馈系统才能得出正确的结论。系统动力学是一个视角，可以帮助我们理解复杂系统的结构和动态行为特征。系统动力学广泛地应用在工程、社会、经济、政治等领域。

系统动力学的处理对象主要是信息，是一种方法论的科学，它通过详细地分析各要素之间的逻辑关系，寻求系统目标综合最优的实施方案，同时需要有决策者的支持，否则将失去意义。除纵向专业技术外，还需要系统工程技术从横的方向把它们组织起来；系统工程包括三个维度(1)时间维：提出系统目标，系统的初步设计，对所设计的方案进行分析、比较，方案综合优选，系统的设计、安装及调试，运行工作，用新的系统取代旧系统。(2)逻辑维：明确问题，系统指标设计，系统方案综合分析。(3)知识维：各个步骤所需的专业知识。

(二)系统动力学模型的建立

(1)问题的识别

在低碳经济背景下，大力发展生态循环经济对环境保护和经济可持续发展有十分重要的意义，目前采用“渔猪沼果”生态循环模式后究竟能带来多少经济效益，需要采取科学的方法进行分析预测未来的收益。系统动力学是一门可以用于对未来趋势进行分析的学科，本文将系统动力学模型用于对“渔猪沼果”生态循环模式的经济效益进行预测。

(2)确定系统边界

在“渔猪沼果”生态循环模型中模型边界设定为影响农场经济效益的相关因素。结合项目实际情况，主要选取产品收入、养猪收入、农户节省费用、有机肥节省费用、果树收入以及渔业收入等方面有关的变量作为系统的边界。这6个因素直接影响着“渔猪沼果”生态循环模式的经济效益。

(3)因果关系图

渔业、果树种植、生猪养殖的增加对加工业的产量有正反馈的作用，无论是数量还是单价的增加都对收入有正反馈的作用，所以销售价格的提高以及产量的增加对经济效益的提高都有积极意义。图1为“渔猪沼果”模式系统动力学模型因果回路图，可以看出随着时间的增加经济效益是不断递增的。

图1 “渔猪沼果”模式系统动力学模型因果回路图

(4)系统流图

选取渔业、果树种植、生猪养殖为状态变量，渔业收入、果树收入、养猪收入、沼气池产量、沼气、沼渣、产品收入、加工业以及产品数量等为变量，鱼市场单价、水果市场单价、猪肉市场单价、有机肥市场单价、电费单价、燃料费单价、产品市场单价、其他原材料为外生变量，鱼养殖、果树种植、猪养殖的增加与减少为流率。图2为“渔猪沼果”模式系统动力学模型经济效益流图，可以看出随着“渔猪沼果”生态循环模式规模的扩大，整个系统的经济效益是不断增加的。

图2 “渔猪沼果”模式系统动力学模型经济效益流图

二、“渔猪沼果”系统动力学模型实证分析

(一)模拟仿真试验

本文采用vensim软件对“渔猪沼果”生态循环模式进行模拟仿真，分析产品收入、养猪收入、农户节省费用、有机肥节省费用、果树收入以及渔业收入等变量对“渔猪沼果”生态循环模式经济效益的影响，各模拟仿真函数为：(1)渔业=鱼养殖增加-鱼养殖减少+果树种植*0.01，初始值为50000千克(2)果树种植=种植增加-种植减少，初始值为30000千克(3)生猪养殖=猪养殖增加-猪养殖减少+果树种植*0.02，初始值为10000千克(4)鱼养殖、种植平均每月增加500千克的规模，猪养殖平均每月增加100千克的规模，鱼养殖、种植、猪养殖平均每月减少为0千克(5)渔业收入=渔业*鱼市场单价，鱼市场单价取每千克5元(6)果树收入=果树种植*水果市场单价，水果市场单价取每千克3元(7)养猪收入=猪肉市场单价*生猪养殖，猪肉市场单价取每千克10元(8)加工业=渔业*0.2+果树种植*0.3+生猪养殖*0.3+其他原材料*0.2，其他原材料取每月供应10000千克(9)产品=加工业*0.9(10)产品收入=产品*产品市场单价，产品市场单价取每千克50元(11)沼气池=加工业*0.08+生猪养殖*0.2(12)沼气=沼气池*0.1(13)沼渣=沼气池*0.8(14)发电=沼气*40，即1千克沼气能发40度电(15)电费=发电*电费单价，电费单价取每度0.6元(16)烧水做饭=沼气*0.3(17)燃料费=烧水做饭*燃料费单价，燃料费单价取每千克1元(18)农户节省费用=燃料费+电费(19)沼渣利用=0.7*沼渣(20)有机肥节省费用=有机肥市场单价*沼渣利用，有机肥市场单价取每千克3元(21)经济效益=产品收入+养猪收入+农户节省费用+有机肥节省费用+果树收入+渔业收入。

通过输入各项参数对“渔猪沼果”生态循环模式进行仿真试验，可以得到产品收入、养猪收入、农户节省费用、有机肥节省费用、果树收入、渔业收入以及经济效益随时间的变化，本文以12个月为时间间隔得到仿真结果。

(二)不同参数下的模拟仿真

在现实情况中，由于自然资源和地理位置的限制，不可能完全做到生态循环模式规模的无限增加，即存在生态承载力的限制。因此本文假设如果经济效益大于350万元，则将渔业、果树种植的规模每月平均增加调整为200千克，生猪养殖的规模每月平均增加调整为0千克；当经济效益大于500万元时，则将渔业、果树种植、生猪养殖的规模每月平均增加调整为0千克。

调整后的仿真函数为：(1)鱼养殖增加=IF THEN ELSE(经济效益<=3.5e+006 , 500 , IF THEN ELSE(经济效益<=5e+006, 200 , 0 ) )(2)种植增加=IF THEN ELSE(经济效益<=3.5e+006 , 500 , IF THEN ELSE(经济效益<=5e+006, 200 , 0 ) )(3)猪养殖增加=IF THEN ELSE(经济效益<=3.5e+006 , 100 , 0 )。

通过对各项参数的调整，可以更加准确地预测未来的收益情况。同时也可以更好地指导实践活动，促进生态经济可持续发展，改善环境质量。

三、模拟仿真结果

(一)模拟仿真试验结果

“渔猪沼果”生态循环模式对提高资源利用效率、改善生态环境有十分重要的意义。由表1的模拟仿真试验结果可知随着时间的增加产品收入、养猪收入、农户节省费用、有机肥节省费用、果树收入、渔业收入以及经济效益都是线性增加的，其中各影响因素的增长率从低到高依次为：果树收入、养猪收入、产品收入、渔业收入、经济效益、农户节省费用、有机肥节省费用，表明依次有更高的收益。第一年产生了153万的经济效益，第二年产生了196万的经济效益，第三年产生了244万的经济效益，第四年产生了296万的经济效益，第五年产生了353万的经济效益，第六年产生了414万的经济效益，第七年产生了480万的经济效益，第八年产生了550万的经济效益，第九年产生了625万的经济效益，表明生态农场在提高规模的同时也提高了整体的经济效益，其中第九年比第一年增长了3.085倍。

表1 模拟仿真试验结果表

图3为主要指标的动态模拟，可以看出产品收入占经济效益的70.74%，养猪收入占经济效益的6.55%，农户节省费用占经济效益的0.014%，有机肥节省费用占经济效益的0.43%，果树收入占经济效益的5.89%，渔业收入占经济效益的16.37%；产品收入、养猪收入、果树收入和渔业收入就占了整个经济效益的99.55%，说明前四项是经济效益产生的主要来源，而有机肥节省费用和农户节省费用虽然所占比例不大，但减少木柴的燃烧、化肥的使用以及牲畜粪便的合理处理对改善生态环境所产生的生态效益远比其经济效益大。

通过采用“渔猪沼果”生态循环模式后，每天猪粪、深加工后的废料源源不断地注入沼气池，沼气池处理了粪便和废料，净化了环境；产生的沼气，可用于炊事照明，同时沼液喂猪或对果树进行叶面喷施，沼渣给果树进行施肥。实践表明:沼液作添加剂喂猪，猪毛色光亮，增重快，可提前出栏，节约饲料1/5；施用沼肥的果树，能多长5一10个枝梢，提高产量15%以上:而且抗旱、抗寒和抗病能力增强，水果品质提高1一2个等级，成为真正的无公害绿色食品[7]。

(二)不同参数下的模拟仿真结果

通过对表1与表2的仿真结果进行对比可知，经济效益从第50个月开始较变化前减少，产品收入从第55个月开始较变化前减少，养猪收入从第70个月开始较变化前减少，农户节省费用从第50个月开始较变化前减少，有机肥节省费用从第50个月开始较变化前减少，果树收入从第50个月开始较变化前减少，渔业收入从第50个月开始较变化前减少。各影响因素的变化率按以下顺序依次递减：果树收入、渔业收入、经济效益、产品收入、有机肥节省费用、农户节省费用、养猪收入。

图3 主要指标的动态模拟

表2 不同参数下的模拟仿真结果表

从图4中可知由于资源和地理位置的限制，经济效益明显有所减少。但在关注经济效益的同时也应该加强对生态效益的重视。在实行生态养殖的过程中，合理轮作、科学化管理是实现生态可持续发展的重要途径。在可持续发展模式下，社会生产的经济效益和生态效益之间不仅有共存共生的关系，而且还有矛盾对立的关系；它们的相互作用促进了社会经济与自然生态的协调发展，使社会经济与自然生态有机统一起来，把现代社会推进到人与自然和谐共处、经济与生态共同发展的生态文明时代[8]。