养种循环生态农业视角的产业链系统协调与管理策略研究

 长期以来，由于经济发展和人口增长的双重压力，我国农业自然资源处于高负荷运行状态，为保持粮食等农产品的稳定增产，不得不广泛采用“高耗能、高投入、高废物”的“三高”生产方式。种植业农药、化肥等过量使用现象严重，且利用率极低（仅 30%~35%），致使农业内生污染日益严重：土壤质量下降、农产品农药残留量增多，食品安全受到威胁；农机具、化石燃料的广泛应用增加了能源消耗和大气污染
第1章 绪 论

  生态农业强调减少甚至不使用化肥、农药。这不仅涉及种植技术改进、绿色肥料和绿色农药的开发使用，还涉及健康生态系统的有效构建与维持，需要因地制宜地建立有利于农业产业化的现代生态农业体系[1]。

1.1 研究背景

  长期以来，由于经济发展和人口增长的双重压力，我国农业自然资源处于高负荷运行状态，为保持粮食等农产品的稳定增产，不得不广泛采用“高耗能、高投入、高废物”的“三高”生产方式。种植业农药、化肥等过量使用现象严重，且利用率极低（仅 30%~35%），致使农业内生污染日益严重：土壤质量下降、农产品农药残留量增多，食品安全受到威胁；农机具、化石燃料的广泛应用增加了能源消耗和大气污染；规模化养殖业的迅猛发展造成了畜禽粪便不能及时消纳，导致农业环境污染问题日益突出；与农业相关的环境事件及食品安全问题时有发生，农业生态安全逐渐与农产品质量安全问题复杂交织，呈螺旋恶化态势，农业生态环境的恶化已经而且仍将严重制约农业的可持续发展。因此，假如说 30 年前，科学家们提出生态农业建设是一种深思和远虑，那么当前在我国大力推进生态农业产业化则是现代农业可持续发展的十分现实和紧迫的选择。因此，十七届三中全会《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》在确立推进农村改革发展的目标任务中，明确提出“建立资源节约型、环境友好型农业生产体系，到 2020 年资源节约型、环境友好型农业生产体系基本形成”；2013 年底的中央农村工作会议，针对农产品质量安全与农业生态问题，提出要把农产品质量安全作为转变农业发展方式、加快现代农业建设的关键环节，确保广大人民群众“舌尖上的安全”；2014 年《关于全面深化农村改革加快推进农业现代化的若干意见》的中央 1 号文件再次强调：“建立农业可持续发展长效机制，促进生态友好型农业发展”。可见，生态农业取代石油农业己经成为我国现代农业发展的必然趋势。我国是世界上最大的生猪饲养和消费国，近三十年农业产业结构的调整，农村劳动力的转移，生猪由家庭养殖走向规模化、专业化快速发展轨道。以沼气为纽带的“猪-沼-水稻/果/蔬/棉/猪青饲料”等等养种循环生态农业模式是解决农村规模养殖环境污染问题的有效手段已被广泛认可，政府部门制定了大量沼气技术推广的优惠鼓励政策，大力投资规模养殖大中型沼气工程，利用禽畜粪便生产沼气，开发利用沼液、沼渣，治理环境污染。

1.2 问题的提出和目的意义

1.2.1 问题的提出

  农业产业链是一个以农产品的生产、加工、储运与销售紧密相关的网链结构，它由农产品生产的产前、产中与产后三个部分构成[2]。基于此，本文研究的生态农业产业链系统涉及规模养殖、种植、废弃物处理沼气工程、初级农产品生产销售、市场以及养殖、种植主体增收等子系统。在现行以农户家庭经营为主体的制度安排下，将广大的农户有机地组织起来，建立种植户和养殖企业的利益共同体，实现生产、销售各环节的规模化，是一个动态的复杂的过程。这一动态的变化过程中，规模养殖、种植、沼气能源开发利用、初级农产品销售等子系统均出现了一系列亟需解决的具体问题。

(1) 抗生素及工业饲料输入造成环境与食品双污染

  防疫是规模养殖重要部分，饲料是该子系统主要的物质和能量投入，也是外界环境对整个系统的输入。防疫抗生素的使用和饲料输入对该子系统进而整个系统的作用具有如对图 1.1 所示反馈结构，此反馈结构由左边的饲料时间效益增长正反馈环和右边的抗生素与重金属制约两条负反馈环构成。

第2章 相关理论及方法综述

2.1 系统动力学理论与方法

2.1.1 系统动力学

  系统动力学（SD）又译作“系统动态学”，起源于20世纪50年代Jay W. Forrester及其同事在麻省理工学院斯隆管理学院(MIT Sloan School of Management)的工作，是一门分析研究系统动态复杂行为的学科，也是一门自然科学与社会科学交叉融合的学科[47]。系统动力学理论突出强调整体、联系、运动的观点。就系统方法论而言，系统动力学的方法是结构方法、功能方法和历史方法的统一。系统的行为模式与特性主要地取决于其内部的结构与反馈机制；系统在内外动力和制约因素的作用下按规律演化发展 [47] [48]。系统动力学研究将定性分析与定量分析结合，以定性分析为先导，定量分析为支持。按照系统动力学的理论、原理和方法分析刻画实际系统，建立起概念模型与定量模型一体化的模型，各类决策者就可以借助计算机模拟仿真技术，对社会、经济、生态等一类复杂大系统的问题进行定性与定量的研究和决策。系统动力学反馈结构与动态仿真分析，以控制论为基础，以因果分析和计算机模拟技术为手段，定性与定量结合，模拟复杂系统的动态行为，分析影响系统行为的系统内部反馈环结构和时间延迟，是分析和生成复杂性系统干预政策的有力工具之一。系统动力学反馈结构与动态仿真分析方法，将控制论中的反馈与因果关系的逻辑分析结合，面对复杂的现实问题，从系统的微观结构入手，建立SD仿真模型，并对模型实施某些参数“调控”，通过仿真展示系统的宏观行为，寻找解决问题的途径。应用系统动力学反馈结构有仿真分析方法解决实际系统问题通常包括五个主要步骤为[48] [49]：第一步，系统分析，其主要任务是对被研究的对象进行系统、全面的了解、调查，分析问题，剖析要因，初步划定系统的边界，确定内外变量及系统行为的参考模式；第二步，系统结构分析，划分系统层次，确定系统总体与局部的反馈机制，分析变量和变量间关系，定义变量（包括常量），确定主要变量及种类，确定回路及回路间关系；

2.2 博弈与演化博弈理论与模型

2.2.1 博弈理论与模型
  博弈论（Game Theory）是研究决策者的行为间发生交互作用（冲突或合作）时的决策以及相关决策的均衡问题。也就是说，当一个行为主体在进行选择时受到来自其他主体选择的影响，而且反过来这种选择同样会影响到其他主体选择时的决策问题及均衡问题，从这个意义上说，博弈论又称作“对策论”[128]。博弈论的发展经历了萌芽、产生、发展、繁荣与成熟四个阶段。萌芽阶段可追溯到古诺、伯特兰德、斯坦克尔伯格等人关于寡头垄断产品的博弈模型研究，他们的研究分别建立了著名的 Cournot 产量竞争模型博弈（Cournot ,1838）、Bertrand 价格竞争模型（Bertrand ,1883）和 Stackelberg 产量竞争模型（Stackelberg，1934）。经济博弈理论是以 20 世纪 40 年代 John von Neumann 和 OskarMorgenstern 的著作《博弈论和经济行为》为创立标志，该书奠定了博弈理论与方法的基础。这本著名的博弈论著作提出了标准型、策略型和扩展型等基本博弈模型，并证明了最大最小定理。1953 年再版时补充了效用理论与期望效用最大化原则，期望效用最大化原则已被广泛应用于多个领域，同时也是在博弈论研究中被视为局中人的一般决策准则。本文研究中即利用效用最大化原则，通过比较消费者绿色和常规初级农户产品消费的效用函数，获得绿色初级农产品与常规初级农产品的市场需求函数。

第 3 章规模养殖子系统生产稳定性影响因素的实证分析

3.1规模养殖子系统生产稳定性影响因素的确定

3.2数据来源与预处理 

3.3玉米价格、生猪价格对生猪生产影响的实证分析

3.4生猪价格、玉米价格指数对生猪年出栏数的动态影响分析

3.5本章小结 

第 4 章生态农业产业链系统管理策略生成的子系统流位反馈环结构分析

4.1动态性复杂系统管理策略生成的子系统流位反馈环结构分析法 

4.2生态农业产业链生产系统流率基本入树模型的建立

4.3生态农业产业链生产系统结构流图模型 

4.4系统全部反馈环的树枝向量行列式计算

4.5子系统流位反馈环结构分析 

4.6三个子系统流位反馈环结构调控变量的综合分析 

4.7生态农业产业链管理策略的确定

4.8本章小结 

第 5 章农户有机生产选择行为的市场演化博弈分析与生态农业产业链协调策略生成研究 

5.1有机农产品与常规农产品市场差异化分析 

5.2种植方式决策过程的市场演化模型 

5.3绿色补贴与承担环境责任机制下种植方式选择的演化博弈模型 

5.4生态农业产业链协调策略生成

5.5本章小结 

第 6 章生态农业产业链协调与管理策略实施效应的仿真评价研究

6.1银河杜仲生态农业产业链系统问题分析及协调管理对策确定 

6.2银河杜仲生态农业系统结构流率基本入树模型的建立 

6.3银河杜仲生态农业产业链系统结构流图模型

6.4模型检验 

6.5生态农业产业链系统管理策略仿真分析 

6.6本章小结

第 7 章银河杜仲生态农业产业链系统管理对策实施工程设计

7.1管理对策实施工程的总体思路

7.2银河杜仲生态农业养种循环规模化生产环节对策工程 

7.3沼气能源综合利用工程设计与实施效益 

7.4生态农业规模化经营销售环节对策实施 

7.5本章小结 

第 8 章基于能值理论与方法的对策工程生态效益评价

8.1能值分析理论与方法概述 .

8.2银河杜仲生态农业产业链系统管理对策工程能流状况分析

8.3工程系统能值计算 

8.4综合利用工程系统投入与产出的能值 

8.5能值计算结果与分析 

8.6本章小结 

第9章 结论与研究展望

  生态农业是现代农业的发展方向，以沼气为纽带的“猪-沼-作物”循环生态农业模式是解决农村规模养殖环境污染问题的有效手段。适应现代农业适度规模化经营的要求，拓宽生态农业的范畴，改变传统生态农业自我循环、生态工程的小型农业模式，从着眼生产环节为主转向规模化与产业化，是农村经济、社会、生态可持续发展的需要，也是生态农业可持续发展的需要。生态农业产业链是一条贯穿农业产前、产中、产后，以经营品牌农业项目为主线，构建以品牌农产品规模化生产、加工、储运、市场开发以及相关服务等多节点组成的产业链条。本文研究重点关注生态农业产业链协调与管理问题。以江西银河杜仲生猪规模养殖区域养种循环生态农业为例，从生态农业产业链系统发展中提出理论问题，进行反馈理论研究，提出新的反馈分析理论方法，并用该理论方法指导生态农业产业链系统发展，生成生态农业产业链系统发展的组织管理与协调策略，提出南方农村规模养种区域实施生态农业的有效运行模式和具有实际意义的管理对策。为农村规模养种区域生态经济环境的可持续发展，提供具有推广价值的理论及应用成果。