王迪　王明新　钱中平　祝孔亮

摘要：采用增强回归树（boosting regression tree，简称BRT）方法分析了2012—2015年我国除港澳台之外畜禽养殖业排污强度省际差异的影响因素及其贡献率，在此基础上讨论了我国畜禽养殖业减污增效的供给侧改革对策。结果表明，目前我国华北地区、黑龙江、辽宁、宁夏、山东、上海、广东、浙江和河南等地的畜禽养殖业排污强度较高，是畜禽养殖业减污增效的关键地区；畜禽养殖业排污强度总体上随着生猪饲养规模和奶业比重的增加而增大，随着牧业比重和氨氮/总氮比值的增加而降低，随着奶牛饲养规模、生猪比重、化学需氧量（简称COD）/氨氮比值和农牧比值等的增大呈先增大后降低趋势。东部沿海地区应重点推进规模化生猪养殖场向生态化和零排放转型；西北牧业、半牧区应充分挖掘优质牧草的生产潜力，做到以草定畜、草畜平衡，从而实现粪污的循环利用；东北和华北粮食主产区应突出农牧结合、以地定畜，优化养殖场空间布局便于粪污无害化处理与就地还田。

关键词：畜禽养殖业；增强回归树方法；排污强度；供给侧改革；减污增效措施；省际差异

中图分类号： F062.2；F326.3 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）19-0112-05

收稿日期：2017-08-22

基金项目：教育部人文社会科学研究规划基金（编号：14YJAZH078）；江苏省政策引导类计划（编号：BY2015027-08）；江苏省高校“青蓝工程”学术带头人培养对象资助项目。

作者简介：王 迪（1982—），女，河南南阳人，硕士，讲师，主要从事农业、资源与环境经济学研究。E-mail：wendywang19822000@163.com。

通信作者：王明新，博士，教授，主要从事环境模拟、评价与修复研究。E-mail：wmxcau@163.com。 近20年来我国畜牧业得到了持续稳定的发展，畜牧业总产值从1996年的0.63万亿元上升到2015年的2.98万亿元，年增长率为6.43%，为保障城乡肉蛋奶供应、繁荣农村经济作出了重大贡献，但同时也引发了严重的环境污染问题。畜禽养殖粪便和污水中含有大量的耗氧类有机物和氮、磷等营养物质，排入水体后会使水生生物过度繁殖、溶解氧含量急剧下降，容易引发富营养化问题。2015年我国畜禽养殖业排放的废水中化学需氧量（简称COD）和氨氮的排放量分别为10.16×106 t、5.52×105 t，分别是当年工业源排放量的3.46、2.54倍，可见畜禽养殖业已超过工业成为现阶段我国水体污染物的主要来源。

2017年中央一号文件《关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》指出，农业的主要矛盾由总量不足转变为结构性矛盾，突出表现为阶段性供过于求和供给不足并存，矛盾的主要方面在供给侧。我国畜禽产品供需进入了总量基本平衡、阶段性过剩与结构性问题并存的新阶段，高污染已成为我国许多地区畜禽养殖业持续发展的短板问题[1]。通过供给侧改革“补短板”实现增效减污，促进畜禽养殖业由主要满足量的需求的粗放式发展模式向更加注重满足质的需求的绿色生态可持续发展模式转变，是畜禽养殖业污染治理和可持续发展的重要途径。畜禽养殖业污染负荷可以分解为产值与单位产值排污量的乘积。为保障“菜篮子”供应和农村经济发展，畜禽养殖业产值仍须继续增长，因此控制畜禽养殖业单位产值的排污量即排污强度是面向减污增效的畜禽养殖业供给侧改革的关键。

目前农业供给侧改革得到了大量的研究，主要集中在供给侧改革的背景、意义、内涵、难点、方向、政策解读、路径选择、推进措施等方面[2-6]。但多数研究为定性研究，很少开展定量分析；通常是關注农业整体的供给侧改革，很少聚焦于畜禽养殖业；大部分是对“去库存、降成本、补短板”等供给侧理论内涵的演绎，很少从生态环境视角进行专题研究。在畜禽养殖污染方面，由于我国国家统计部门自2012年以后才开始发布畜禽养殖业污染物排放量数据，因此大量研究侧重关注畜禽粪便产生量、农田粪污负荷及其时空特征等，并在此基础上分析畜禽养殖业污染防治策略，而未能根据实际排污状况进行深入分析[7-10]。也有学者对畜禽养殖业供给侧改革进行了初步研究，但未关注其生态环境问题[1，10-11]。

本研究以畜禽养殖业单位产值的等标污染负荷来表示排污强度，以2012—2015年除港澳台之外各省、自治区和直辖市为研究对象，采用增强回归树（boosting regression tree，简称BRT）方法分析畜禽养殖业排污强度的省际差异及其影响因素，在此基础上探讨畜禽养殖业供给侧减污增效措施，旨在为各地区因地制宜制定畜禽养殖业供给侧改革政策措施提供参考。

1 材料和方法

1.1 排污强度的计算方法

本研究纳入计算的污染物为列入GB 18596—2001《畜禽养殖业污染物排放标准》的COD、氨氮和总磷等3种，排污强度采用公式（1）计算：

PI=（∑3i=1PiSi）/Q。（1）

式中：PI为畜禽养殖业排污强度；Pi为第i种污染物排放量；Si为《畜禽养殖业污染物排放标准》中第i种污染物的排放标准限值；Q为畜牧业总产值。

1.2 排污强度影响因素的分析方法

1.2.1 分析方法 采用BRT分析畜禽养殖业排污强度与各影响因素和指标的关系，测算各因素和指标对畜禽养殖业排污强度省际差异的贡献份额。BRT是基于分类回归树算法的一种自学习方法，能够得出自变量对因变量的影响载荷，及其他自变量取均值或不变的情况下，该自变量与因变量的相互关系，并且输出的因变量与自变量关系很直观，结果容易理解，在国内外数据建模方面有较多的应用[11-14]。该方法在运算过程中多次随机抽取一定量的数据，分析自变量对因变量的影响程度，剩余数据用来对拟合结果进行检验，对生成的多重回归树取均值并输出，模型稳定性较高。BRT在处理不同数据格式时具有很大的灵活性，且对预测变量的独立性无须作出事先假设，能够适应复杂的非线性关系[15-16]。本研究中BRT分析在R语言中完成，参数设置时，学习速率设置为001，树的复杂性设置为5。endprint

1.2.2 指标选择 把影响畜禽养殖业排污强度的因素分解为布局因素、结构因素、规模因素和治理因素，反映各影响因素的指标及其选择依据如下：

1.2.2.1 布局因素 布局因素主要体现在农牧结合状况方面。根据养分循环利用的原理，畜牧业粪污中含有大量氮、磷等，它们是植物生长所必需的有机质和营养元素，大部分经适当处理可用作有机肥。然而，通过农牧结合办法处理，1头奶牛的粪污需要0.667 hm2地来承载[17]。如果养殖场规划建设过程中没有充分考虑周边农地的配置，再加上有机肥生产企业存在运输成本等问题，使得粪污难以就近消纳于农田，往往未经妥善处理就随意堆放，很容易因流失而造成污染。因此，本研究采用牧业比重（X11，%）、农牧比值（X12，无量纲）2个指标来反映布局因素的影响。

1.2.2.2 结构因素 畜禽养殖结构直接影响粪便的产生量，进而影响各省（市、区）畜禽粪便的污染结构。具体来说，畜禽养殖业排污强度主要与畜禽类型结构和单位畜禽粪污产生量有关。例如，畜禽类型结构方面，目前我国生猪饲养所占比重较大，2015年全国生猪饲养产值占牧业总产值的28.01%，有的省（市、区）甚至高达近70%；单位畜禽粪污产生量方面，奶牛的生命周期的粪便产生量可高达20.49 t/头，远大于生猪、肉牛和禽类等其他畜禽[17]。因此，生猪和奶牛养殖对畜禽养殖业排污强度可能存在较大的影响，本研究采用生猪比重（X21，%）和奶业比重（X22，%）2个因素来反映结构因素的影响。其中生猪比重为各省（市、区）生猪饲养产值占畜牧业总产值的比例，奶业比重为奶业产值占畜牧业总产值的比例。

1.2.2.3 规模因素 我国畜禽养殖业规模化发展较快，2016年我国畜禽养殖规模化率达到56%以上[1]。规模化经营是标准化生产的内在要求，有助于提高养殖场（户）的生产管理水平和污染治理能力，但另一方面也容易造成农牧脱节，这主要是由于畜禽粪污的运输半径较小，规模化发展往往给粪污还田利用带来困难，许多畜禽养殖场的粪污未经处理或简单处理后就把污染物直接排放到环境中。目前大中型畜禽养殖场80%分布在人口集中、水系发达的大城市周边和东部沿海地区，对环境构成严重的潜在威胁。本研究采用生猪饲养规模（X31，头/场）和奶牛饲养规模（X32，头/场）2个指标来反映养殖场（户）规模因素的影响。其中生猪饲养规模为各省（市、区）生猪年末出栏数与生猪养殖场（户）数的比值，奶牛饲养规模为奶牛年末存栏数与奶牛养殖场（户）数的比值。

1.2.2.4 治理因素 目前我國畜禽养殖业粪污处理方式主要有生化处理、生态处理或生物-生态综合处理，以生化处理尤其是厌氧发酵处理为主，大多数是进入化粪池或大中型沼气工程进行厌氧发酵，附产物沼渣用于制取有机肥，沼液则直接还田或进行深度处理后达标排放，少数养殖场则采用发酵床生态养殖技术实现了粪污的零排放。厌氧处理方式对COD的去除率较高，但脱氮除磷效果不佳，厌氧好氧相结合的生化处理方式或生物-生态综合处理方式则有较好的脱氮除磷效果[18-19]。因此本研究采用COD/氨氮比值（X41）和氨氮/总氮比值（X42）2个指标来反映治理因素的影响。

1.3 数据收集

由于我国统计部门从2012年才开始发布农业源污染物排放量统计数据，因此本研究的时段设定为2012—2015年，COD、氨氮和总磷排放量数据来自历年的《中国环境年鉴》。农林牧渔总产值、畜牧业总产值、农业总产值、生猪养殖场和奶牛养殖场数量、生猪饲养产值、奶业产值、生猪出栏量、奶牛存栏量等来自历年的《中国农业统计资料》或《中国畜牧兽医年鉴》，其他指标采用以上指标计算得出，其中农林牧渔总产值和畜牧业总产值统一折算为2012年不变价以消除通货膨胀的影响，各指标的统计值见表1。

2 结果与分析

2.1 我国畜禽养殖污染负荷、排污强度及其省际差异

我国2012—2015年各省（市、区）畜禽养殖业等标污染负荷和排污强度分别见图1、图2。畜禽养殖等标污染负荷年际变化总体上呈下降趋势，等标污染负荷最大的省（市、区）包括山东、河南、河北、黑龙江、辽宁等，2015年这些省（市、区）等标污染负荷均在500亿t以上，等标污染负荷小于50亿t 的省（市、区）则有上海、西藏、贵州和青海。

由于等标污染负荷与畜禽养殖业总规模有关，因此采用排污强度可更好地反映畜禽养殖业的环境经济效率。2012—2015年排污强度平均值为29.6～31.2 kg/元，其中华北、东北、西北和华东地区的排污强度总体较高，4年平均值分别为46.74、35.46、32.03、31.62 kg/元；排污强度较低的地区为西南，4年平均值仅为11.53 kg/元，其次是华南地区的 25.06 kg/元 和华中地区的27.76 kg/元。

2.2 畜禽养殖业排污强度与各影响因素的关系

采用BRT方法模拟畜禽养殖业排污强度与各影响因素之间的关系，结果见图3。图3中的曲线表示某指标在其他指标取均值时，该指标与畜禽养殖业排污强度之间的关系。

布局因素中，牧业比重对排污强度省际差异的贡献率为13.0%。目前我国80%以上的省（市、区）牧业比重在 15%～20%之间，排污强度总体上随着牧业比例的增加而下降，可见畜禽养殖业比重较大地区其排污强度反而有所下降，因此牧业比重较高并不意味着畜禽养殖污染就会较严重。目前我国80%以上的省（市、区）农牧比值在0.85～2.27之间，农牧比值对排污强度省际差异的贡献率为9.0%，排污强度总体上随着农牧比值的增加呈先升高后降低趋势，在农牧比值为1.0～1.5时畜禽养殖排污强度最低。农牧比值在 2.0～2.5之间时畜禽养殖排污强度则达到了峰值，此类省（市、区）种植业比重较大而畜牧业比重较低，排污强度较大的原因主要是管理较为粗放，生产效率较低，减污增效的关键是提高生产效率。endprint