余婧婧，王瑞波，常海濤，高明杰，王占海，莫際仙，高春雨※

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站，北京 100125； 3.大興安嶺農(nóng)場管理局農(nóng)業(yè)處，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021000；4.內(nèi)蒙古呼倫貝爾市農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，內(nèi)蒙古海拉爾 021008)

·區(qū)域農(nóng)業(yè)·

基于種養(yǎng)業(yè)融合的大興安嶺農(nóng)墾種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究*

余婧婧1，王瑞波2，常海濤3，高明杰1，王占海4，莫際仙1，高春雨1※

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站，北京 100125； 3.大興安嶺農(nóng)場管理局農(nóng)業(yè)處，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021000；4.內(nèi)蒙古呼倫貝爾市農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，內(nèi)蒙古海拉爾 021008)

目的種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展是促進我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要方面。文章以大興安嶺農(nóng)墾的種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為研究對象，針對大興安嶺農(nóng)墾種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展失衡等問題，構(gòu)建了基于種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的多目標(biāo)線性規(guī)劃模型。方法根據(jù)Matlab編程求解，模擬提出了該地區(qū)的種養(yǎng)業(yè)優(yōu)化方案，并闡明了促進種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的對策措施。結(jié)果(1)通過優(yōu)化調(diào)整，大興安嶺農(nóng)墾種養(yǎng)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，與2013～2015年平均相比，糧食作物種植面積減少2.26萬hm2，經(jīng)濟作物種植面積增加了1.97萬hm2，其中大豆種植面積減少1.16萬hm2，玉米種植面積減少1.96萬hm2，養(yǎng)殖業(yè)飼養(yǎng)規(guī)模大幅度增加，其中豬的養(yǎng)殖數(shù)量增加5.89倍，牛增加16.62倍，羊增加1.57倍，家禽增加了10.2倍。(2)通過優(yōu)化調(diào)整，與2013～2015年平均水平相比，種養(yǎng)業(yè)綜合效益顯著提升，提高了48.81%，其中經(jīng)濟收益增加了93.92%，社會效益減少了6.06%，生態(tài)效益提高了6.13%，其中總化肥施用量減少13.15%，總作物需水量減少5.74%、相對生態(tài)價值降低0.77%。結(jié)論為進一步推進大興安嶺農(nóng)墾種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，迫切需要加強宣傳，探索種養(yǎng)業(yè)結(jié)合發(fā)展新模式，加快廢棄物處理新技術(shù)推廣，制定扶持政策，促進種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)形成良性循環(huán)。

多目標(biāo)線性規(guī)劃 種養(yǎng)平衡 環(huán)境承載力 結(jié)構(gòu)調(diào)整 優(yōu)化方案

0 引言

2017年中央一號文件指出，要以推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革為主線，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，著重優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，著力推進農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效，要推進綠色生產(chǎn)方式，增強農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。2015年發(fā)布的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進農(nóng)村一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出要加快農(nóng)業(yè)機構(gòu)調(diào)整，以農(nóng)牧結(jié)合、農(nóng)林結(jié)合、循環(huán)發(fā)展為導(dǎo)向，調(diào)整優(yōu)化種養(yǎng)種植養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，加快發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，加快發(fā)展種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)?！掇r(nóng)業(yè)部關(guān)于進一步調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)機構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見(農(nóng)發(fā)[2015]2號)》提出要以“糧草兼顧、農(nóng)牧結(jié)合、循環(huán)發(fā)展”為導(dǎo)向，調(diào)整優(yōu)化種養(yǎng)結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)、推廣種養(yǎng)結(jié)合模式、推進種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)高效發(fā)展已成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。

國內(nèi)外有不少學(xué)者對種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行了研究。牛凱等[1]對全國農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)水資源、土地資源進行優(yōu)化研究；胡霄楠等[2-7]以地州、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究單元，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行分析并提出優(yōu)化配置方案。陳玉香等[8]對吉林省長嶺縣種馬場、陳海霞等[9]對江蘇循環(huán)農(nóng)業(yè)示范基地農(nóng)業(yè)發(fā)展分別進行了優(yōu)化設(shè)計。國外對農(nóng)業(yè)種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu)的研究著重于產(chǎn)業(yè)優(yōu)化政策和優(yōu)化效率研究，主要政策研究包括法律制定、種養(yǎng)規(guī)劃、環(huán)境風(fēng)險評估等方面。Chichilnisky[10]利用投入產(chǎn)出方法對美國行業(yè)活動中的能源投入和污染物排放進行了定量分析。筱原三代平[11]提出了“需求收入彈性基準(zhǔn)”和“生產(chǎn)率上升基準(zhǔn)”概念，使得產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級理論基本成形，之后，今村奈良臣[12]提出了“六次產(chǎn)業(yè)化”概念。印度學(xué)者Shin等[13]運用線性規(guī)劃模型，對奧里薩邦沿海地區(qū)的農(nóng)作物種植與水資源分配進行了優(yōu)化研究。

種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化現(xiàn)有研究中，主要以種養(yǎng)殖經(jīng)濟效益評價為主，同時考慮種養(yǎng)業(yè)經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益的研究較少，且大多數(shù)研究以市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究單元，指導(dǎo)性和可操作性較差。而大興安嶺農(nóng)墾屬于國企，計劃性強，相關(guān)計算結(jié)果可有效指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。該研究通過建立大興安嶺農(nóng)墾多目標(biāo)線性規(guī)劃種養(yǎng)平衡結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，應(yīng)用Matlab編程對模型進行求解，提出了優(yōu)化方案和對策措施，對于推進大興安嶺農(nóng)墾農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，提升農(nóng)業(yè)效益，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

大興安嶺農(nóng)墾位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市東部，2016年，總?cè)丝?.4萬人，耕地面積8.36萬hm2，農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值6.17億元。種植業(yè)以玉米、大豆、小麥、馬鈴薯等糧食作物為主，是國家重要商品糧生產(chǎn)戰(zhàn)略基地，農(nóng)作物播種總面積8.87萬hm2，養(yǎng)殖業(yè)以豬、牛、羊、家禽為主，豬年末存欄3 664頭、牛存欄3 618頭、羊存欄17.8萬只、家禽存欄5.98萬羽，肉類總產(chǎn)量3 805t。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在種養(yǎng)業(yè)脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)廢棄物利用不合理，農(nóng)業(yè)綜合效益偏低等問題。主要表現(xiàn)在糧食作物面積大，經(jīng)濟作物面積小，養(yǎng)殖規(guī)模小，一般、低效益種養(yǎng)殖品種多、高效益種養(yǎng)殖品種少，秸稈焚燒等生態(tài)環(huán)境問題較為嚴(yán)重，總體上，缺乏對種養(yǎng)業(yè)的統(tǒng)籌安排，對大興安嶺墾區(qū)的種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與調(diào)整勢在必行。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

文章以大興安嶺農(nóng)墾2013～2015年種養(yǎng)業(yè)的實際投入產(chǎn)出情況作為基礎(chǔ)研究對象，對大興安嶺農(nóng)墾3年的平均數(shù)據(jù)進行研究。其中，玉米、小麥等11種農(nóng)作物種植面積、產(chǎn)量、收益來自大興安嶺農(nóng)墾管理局農(nóng)業(yè)處，畜禽養(yǎng)殖品種、數(shù)量、肉類產(chǎn)量等數(shù)據(jù)來自大興安嶺農(nóng)墾管理局畜牧處，種養(yǎng)業(yè)的種苗、化肥、農(nóng)藥、種畜、飼料、人工成本等8項數(shù)據(jù)以調(diào)查問卷的形式從農(nóng)戶、農(nóng)場職工調(diào)研獲取，作物需水量及相對生態(tài)價值以文獻分析法的方式獲取。同時，還借鑒了大興安嶺農(nóng)墾管理局農(nóng)業(yè)處2016年統(tǒng)計年報、《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2015》、《NY/T 816-2004肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》、《中國飼料成分及營養(yǎng)價值表(2013年第24版)》及大興安嶺墾區(qū)其他相關(guān)部門的統(tǒng)計資料等。

2.2 研究方法

目前，關(guān)于種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的模型主要包括多目標(biāo)線性規(guī)劃模型、投入產(chǎn)出分析模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型、大道模型、數(shù)學(xué)規(guī)劃和可計算一般均衡模型等。該文選擇的研究方法為多目標(biāo)線性規(guī)劃模型和層次分析法。

2.2.1 多目標(biāo)線性規(guī)劃模型

1947年，丹捷格[14]以運籌學(xué)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了線性規(guī)劃模型，由單目標(biāo)線性規(guī)劃逐漸發(fā)展為多目標(biāo)線性規(guī)劃模型，該模型主要由決策變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件3部分組成，即是求線性函數(shù)在線性不等式或等式約束條件下達到最大值或最小值的問題，它廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、決策管理與規(guī)劃、交通運輸、科學(xué)實驗等多個領(lǐng)域。與其它方法相比，多目標(biāo)線性規(guī)劃方法較為成熟，具有較強的靈活性，能在多組約束條件下有效求解多個目標(biāo)函數(shù)，適用于求解該研究包含的多個目標(biāo)函數(shù)，使得經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益3個方面取得共同效益，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的優(yōu)化配置。

2.2.2 層次分析法

層次分析法是將決策問題的有關(guān)元素分解為目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，并結(jié)合了定性與定量分析的一種決策方法[15]。層次分析法把人的思維過程層次化、數(shù)量化，并用數(shù)學(xué)為分析、決策、預(yù)報或控制提供定量依據(jù)，有利于求解多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題。該方法層次清晰、結(jié)構(gòu)簡單、計算便捷，能有效對該研究中經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益3個方面進行結(jié)構(gòu)劃分，并對各目標(biāo)函數(shù)的重要性進行科學(xué)判斷，有利于多目標(biāo)線性規(guī)劃模型求解。

3 模型構(gòu)建

3.1 決策變量選擇

根據(jù)大興安嶺農(nóng)墾2013～2015年的統(tǒng)計資料，分析該地區(qū)的種養(yǎng)業(yè)實際情況，該文確定了11種大興安嶺農(nóng)墾種植規(guī)模及發(fā)展?jié)摿^大的農(nóng)作物與4種養(yǎng)殖規(guī)模較大且具有比較優(yōu)勢的畜禽種類作為該研究的決策變量。數(shù)學(xué)形式如下：

表1 決策變量

X={xi}i=1，2，…，15

(1)

式(1)中，xi代表第i個決策變量，是種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)中的農(nóng)作物種植單位面積或畜禽數(shù)量；i為決策變量的序數(shù)(表1)。

3.2 目標(biāo)函數(shù)設(shè)定

該文綜合考慮經(jīng)濟、社會、生態(tài)3方面效益，立足于種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，設(shè)定了總收益、糧食產(chǎn)量、總化肥施用量、總作物需水量及相對生態(tài)價值5個目標(biāo)函數(shù)。經(jīng)濟目標(biāo)函數(shù)為種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)收益之和；社會效益主要指農(nóng)墾能為社會提供的糧食產(chǎn)量；生態(tài)目標(biāo)函數(shù)包括總化肥施用量、總作物需水量及相對生態(tài)價值3個指標(biāo)。具體目標(biāo)函數(shù)如下：

(2)

式(2)中，f1為總收益，其系數(shù)為單位面積農(nóng)作物或畜禽凈收益；f2為糧食產(chǎn)量，其系數(shù)為單位面積糧食作物平均產(chǎn)量；f3為總化肥施用量，其系數(shù)為農(nóng)作物單位種植面積使用的平均化肥量；f4為總作物需水量，其系數(shù)為各作物全生育期需水量[16-18]；f5為相對生態(tài)價值，其系數(shù)為作物單位種植面積對應(yīng)的相對生態(tài)價值之和[19-21]。

(3)

其次，通過層次分析法計算得到各目標(biāo)函數(shù)權(quán)重，經(jīng)一致性檢驗后，最終各權(quán)重分別為：

(4)

再次，根據(jù)各目標(biāo)函數(shù)極值與權(quán)重構(gòu)造新的單目標(biāo)線性規(guī)劃模型：

(5)

式(4)～(5)中，wi(1，2，3...5)為權(quán)重。

最終得到總目標(biāo)函數(shù)為：

MaxF(xi)=1.03×10-7x1+3.63×10-7x2+4.67×10-7x3+1.80×10-7x4+1.79×10-76x5+5.63×10-7x6+3.54×10-7x7+5.2×10-7x8+1.68×10-7x9+1.80×10-7x10+1.68×10-7x11+3.35×10-7x12+1.09×10-7x13+1.06×10-7x14+8.26×10-7x15

(6)

3.3 確定約束條件

該文基于種養(yǎng)平衡、耕地承載力、勞動力供給等方面，將秸稈載畜量、農(nóng)田納畜量、作物播種面積、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量、勞動力作為約束條件。

3.3.1 秸稈載畜量

該研究參考草地載畜量標(biāo)準(zhǔn)[22]，將畜禽統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)羊單位，以農(nóng)作物秸稈包含的營養(yǎng)成分為折算依據(jù)，以消化能為指標(biāo)來評價作物的秸稈載畜量。計算公式為：

Z=(w×g)/(p1×Gs)

(7)

式(7)中，Z為秸稈載畜量，羊單位/(hm2·年)；W為單位種植面積收獲秸稈數(shù)量，單位kg/hm2，通過草谷比[23]計算得到；g為作物秸稈的消化能含量[24]，單位MJ/kg；p1為畜禽年所需營養(yǎng)由秸稈提供比例，取33%，為實地調(diào)研數(shù)據(jù)；Gs為標(biāo)準(zhǔn)羊的年消化能需求量，單位MJ/(頭·年)，根據(jù)農(nóng)業(yè)部肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[25]計算得出。

3.3.2 農(nóng)田納畜量

農(nóng)田納畜量指農(nóng)作物在單位種植面積下，一周年消納的畜禽糞污量，其對應(yīng)的通常營養(yǎng)水平及飼養(yǎng)條件下能承載的最大畜禽數(shù)量。將畜禽糞污中所含氮磷養(yǎng)分作為評價指標(biāo)，以木桶效應(yīng)為判斷標(biāo)準(zhǔn)，選取匹配農(nóng)田種植面積的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量[26-27]。計算公式為：

N=(A×p2×f)/(S×r)

(8)

式(8)中，N為農(nóng)田納畜量，羊單位/(hm2·年)；A為預(yù)期單位面積產(chǎn)量下作物吸收的營養(yǎng)元素，單位kg/hm2；p2為由施肥創(chuàng)造的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比例，設(shè)定為50%[28]；S為標(biāo)準(zhǔn)羊的糞便養(yǎng)分年產(chǎn)量，單位kg/(頭·年)；r為畜禽糞污養(yǎng)分當(dāng)季利用率，取28%[28]；f為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)施于農(nóng)田畜禽糞污養(yǎng)分含量占施肥總量的百分比，因養(yǎng)分木桶效應(yīng)，取100%。

其中，參數(shù)A、S的計算公式為：

A=y×a×10-2

(9)

S=365×Q×P×L

(10)

式(9)～(10)中，y為作物預(yù)期單位面積產(chǎn)量，a為作物形成100kg產(chǎn)量吸收的營養(yǎng)元素數(shù)量[28，30]，通過計算得到；Q為畜禽每日的糞便排泄量[31]，單位kg/d；P為糞便養(yǎng)分占比，并以各畜禽糞污中的養(yǎng)分含量統(tǒng)一折算畜禽系數(shù)[32-33]；L為養(yǎng)分保持率(%)，采取最低損失率，取95%[29]。

3.3.3 勞動力約束

當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)從業(yè)人數(shù)2.654 8萬人，每人勞作日為240d/年(根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，農(nóng)戶每年勞作時間約8個月，計每月30d)，則勞動力約束上限為637.152萬d。各作物及畜禽的用工數(shù)參考[34]《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2015》。

該文總體約束條件如下，其中，第1、2項為秸稈載畜量與農(nóng)田納畜量的約束條件，第3～15項為該地區(qū)的耕地面積、作物種植面積及畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的約束范圍，最后一項則為該地區(qū)的為種養(yǎng)業(yè)所能提供的勞動力。

(11)

表2 優(yōu)化方案與實際方案對比情況

4 結(jié)果與分析

根據(jù)建立的多目標(biāo)線性規(guī)劃模型，利用Matlab軟件編程求解，最終得到大興安嶺農(nóng)墾種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。并與地區(qū)的實際方案，即大興安嶺農(nóng)墾3年(2013～2015年)種養(yǎng)業(yè)平均投入產(chǎn)出情況進行對比，分析得到優(yōu)化方案中種養(yǎng)業(yè)的實際變化情況，具體結(jié)果見表2。

4.1 種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu)分析

4.1.1 高效經(jīng)濟作物、糧食作物“一增一減”

優(yōu)化方案顯示，在種植業(yè)內(nèi)部變化較大，糧食作物種植規(guī)模減小，經(jīng)濟作物種植規(guī)模增加。玉米、大豆兩種糧食作物面積共計減少3.13萬hm2，其中玉米播種面積減少1.96萬hm2，占糧食作物減少總面積的62.75%；大豆播種面積減少1.16萬hm2，占糧食作物減少總面積的37.25%。而馬鈴薯、小麥、高粱3種作物有一定幅度的增加，其中馬鈴薯播種面積增幅最大，增加了0.68萬hm2。從優(yōu)化方案可看出，經(jīng)濟作物播種面積增幅較大，共計增加1.97萬hm2，蔬菜、苜蓿、紫蘇、水飛薊、蕓豆、白瓜等均有一定幅度增加，其中蕓豆、蔬菜、苜蓿等增長較快，分別增加0.51萬hm2、0.44萬hm2、0.43萬hm2，合計占經(jīng)濟作物增加播種面積的70.28%。出現(xiàn)以上變化的原因是，糧食作物價格連年下降，相比較而言，經(jīng)濟作物的種植收益較高。以紫蘇為例，凈收益為1.467萬元/hm2，是小麥、玉米等五種糧食作物平均凈收益的2.88倍。此外，該地區(qū)的大棚蔬菜、苜蓿、紫蘇等經(jīng)濟作物已通過試驗種植期，取得了較好的成效，適宜較大規(guī)模推廣。

4.1.2 畜禽養(yǎng)殖規(guī)模大幅度增加

在優(yōu)化方案中，豬、牛、羊、家禽的養(yǎng)殖規(guī)模明顯增大，其中牛的飼養(yǎng)數(shù)量漲幅最大，達到12.26萬頭，是2013～2015年平均養(yǎng)殖數(shù)量的17.72倍；家禽養(yǎng)殖數(shù)量超過140萬只，是2013～2015年平均養(yǎng)殖數(shù)量的11.2倍；羊飼養(yǎng)數(shù)量達40萬只，是2013～2015年平均養(yǎng)殖數(shù)量的2.57倍；豬飼養(yǎng)數(shù)量達6.21萬頭，是2013～2015年平均養(yǎng)殖數(shù)量的6.89倍。大興安嶺農(nóng)墾處于東北農(nóng)牧交錯地區(qū)，既擁有連片的林間草地和大片的可種植苜蓿等牧草的農(nóng)田，又可向周邊地區(qū)購進牧草，飼草資源相對豐富，這有利于發(fā)展舍飼規(guī)模化養(yǎng)殖。通過引進新品種發(fā)展優(yōu)質(zhì)養(yǎng)殖業(yè)，打造大興安嶺農(nóng)墾“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價”畜牧品牌，延長產(chǎn)業(yè)鏈，提高市場競爭力，有利于推動畜牧業(yè)跨越式發(fā)展。

4.1.3 種養(yǎng)業(yè)均衡發(fā)展

優(yōu)化模型將秸稈載畜量和農(nóng)田納畜量作為約束條件，充分考慮農(nóng)田消納能力，有利于實現(xiàn)種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。優(yōu)化方案顯示，小麥、高粱、玉米、大豆、苜蓿五種作物共5.58萬hm2耕地所產(chǎn)生的約20.76萬t秸稈及3.87萬t苜蓿干草，能滿足12.26萬頭牛、39.99萬只羊的粗飼料需求。對畜禽糞污中氮的含量進行折純，約為1.45萬t，平均可施氮肥12.04kg/hm2，可完全被農(nóng)田消納，改善土壤質(zhì)量，提高農(nóng)田生產(chǎn)，實現(xiàn)了種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)之間的良性循環(huán)發(fā)展。

4.2 種養(yǎng)業(yè)效益

4.2.1 綜合效益顯著提升

優(yōu)化結(jié)果顯示，種養(yǎng)業(yè)綜合效益指數(shù)為4.14，提高了48.81%，其中經(jīng)濟效益、生態(tài)效益明顯高于優(yōu)化前，社會效益略有下降。具體看，總收益增長了93.92%，糧食產(chǎn)量僅下降了6.06%，總化肥施用量大幅度下降13.15%，總作物需水量減少了5.74%，相對生態(tài)價值下降0.77%。該地區(qū)的種養(yǎng)業(yè)在經(jīng)濟總收益大幅度提升的前提下，小幅度減少了地區(qū)的糧食產(chǎn)量，同時也降低了該地區(qū)種植業(yè)所需的總化肥施用量和總作物需水量，還充分利用農(nóng)作物秸稈與畜禽糞污等農(nóng)業(yè)廢棄物資源，最大限度地實現(xiàn)了經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益“三贏”。

4.2.2 經(jīng)濟效益顯著提高

圖1 種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后效益對比

4.2.3 社會效益略有降低

優(yōu)化后糧食產(chǎn)量達29.68萬t，與2013～2015年平均糧食產(chǎn)量相比減少了1.91萬t，僅下降了6.06%，這主要是由經(jīng)濟作物播種面積增加、糧食播種面積下降所引起的。根據(jù)對該地區(qū)的實地調(diào)研，農(nóng)墾年人均糧食需求量約164.25kg、年均糧食需求總量約1.05萬t。優(yōu)化后糧食產(chǎn)量遠遠超過了農(nóng)墾所需的糧食量，可為社會提供的糧食達28萬t，在保障該地區(qū)的糧食安全后可進行農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易。因此，優(yōu)化方案較好地兼顧了該地區(qū)與社會效益，有利于促進社會的和諧發(fā)展。

4.2.4 生態(tài)效益總體有所提高

對該地區(qū)種養(yǎng)業(yè)所產(chǎn)生的整體生態(tài)效益進行分析，可看出地區(qū)的生態(tài)效益有所上漲，提高了6.13%。其中總化肥施用量為1.92萬t，與2013～2015年平均化肥施用量相比減少13.15%，這主要是由于減少了化肥施用量較高的玉米播種面積，增加了化肥施用量較少的白瓜、紫蘇、苜蓿等經(jīng)濟作物播種面積?？傋魑镄杷窟_到31.8萬t，與2013～2015年平均相比減少5.74%，這主要是由于減少了需水量較高的玉米作物，增加了需水量低于玉米的蕓豆、紫蘇、水飛薊等作物的播種面積。相對生態(tài)價值僅下降了1 730點，與2013～2015年平均僅減少0.77%，這主要由于優(yōu)化方案中農(nóng)作物播種面積有所減少。優(yōu)化方案有利于推動種養(yǎng)業(yè)融合發(fā)展，實現(xiàn)秸稈、畜禽糞污的全量化利用，提高耕地生產(chǎn)能力，緩解秸稈焚燒所造成的大氣污染，有效治理農(nóng)田面源污染。

5 結(jié)論與對策建議

5.1 結(jié)論

優(yōu)化方案實現(xiàn)了綜合效益顯著提升。通過優(yōu)化調(diào)整，與2013～2015年平均水平相比較，種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)的綜合效益有了較大的提升，綜合效益指數(shù)提高了48.81%。其中經(jīng)濟收益增加了93.92%，社會效益減少了6.06%，生態(tài)效益提高了6.13%，秸稈、畜禽糞便資源得到高效利用。調(diào)整后該地區(qū)的種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)能獲得較大的經(jīng)濟效益，同時可保證該地區(qū)的糧食產(chǎn)量，促進了種養(yǎng)融合和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

該文的優(yōu)化調(diào)整具一定的科學(xué)性，與國家的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革及大興安嶺農(nóng)墾的實際相符合。大興安嶺農(nóng)墾屬于國家“鐮刀灣”地區(qū)，減少玉米等糧食作物播種面積，擴大經(jīng)濟作物播種面積，增加牛、羊、豬等草食畜的養(yǎng)殖數(shù)量，是推進大興安嶺農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高農(nóng)業(yè)供給體系質(zhì)量和效益的必然要求。優(yōu)化方案以種養(yǎng)結(jié)合為紐帶，推動種植業(yè)-秸稈-養(yǎng)殖業(yè)-糞便-還田的循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)了秸稈、畜禽糞污等廢棄物資源的全量化利用，使農(nóng)業(yè)廢棄物在種養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)自我消納，形成種養(yǎng)業(yè)間的良性循環(huán)發(fā)展，提升了耕地生產(chǎn)能力，推進了綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，增強了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。大興安嶺農(nóng)墾屬于北方農(nóng)牧交錯帶，土地資源豐富，飼草資源充足，種養(yǎng)殖業(yè)基礎(chǔ)較好，積極推動種養(yǎng)結(jié)合，有利于延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條，符合國家在北方農(nóng)牧交錯區(qū)打造“生態(tài)農(nóng)牧區(qū)”的戰(zhàn)略定位。

種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，受地區(qū)農(nóng)作物與畜禽種類、氣候、生產(chǎn)技術(shù)等多種因素的交叉影響。該研究假定農(nóng)作物與畜禽種類、生產(chǎn)技術(shù)等因素不變，設(shè)立了5個獨立的線性規(guī)劃目標(biāo)，秸稈載畜量、農(nóng)田納畜量、水資源、勞動力等5個約束條件，相比以往研究更加強調(diào)種養(yǎng)業(yè)結(jié)合、平衡發(fā)展，在計劃性質(zhì)更強的農(nóng)墾借鑒意義更為明顯。需要說明的是該研究是在理想狀態(tài)下進行的種養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，但現(xiàn)實中同時需要考慮國家政策、勞動力報酬變化、農(nóng)產(chǎn)品比較優(yōu)勢等多方面的影響。因此，在今后研究中要加強種養(yǎng)結(jié)合線性規(guī)劃與國家農(nóng)業(yè)政策、市場動態(tài)等協(xié)同研究，使得模擬結(jié)果與現(xiàn)實情況更加吻合。

5.2 對策建議

(1)科學(xué)制定種養(yǎng)業(yè)融合發(fā)展規(guī)劃。目前，大興安嶺農(nóng)墾的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向不明確，種養(yǎng)業(yè)發(fā)展失衡的矛盾日益突出，農(nóng)業(yè)廢棄物利用不合理，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條較短，農(nóng)牧產(chǎn)品比較效益偏低。迫切需要結(jié)合國家政策及地區(qū)實際，科學(xué)制定種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)、高效發(fā)展規(guī)劃方案，統(tǒng)籌考慮大興安嶺農(nóng)墾各農(nóng)場的資源稟賦和生態(tài)環(huán)境差異，明確種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的總體思路和目標(biāo)，提出種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展重點任務(wù)、發(fā)展模式，制定推動種養(yǎng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的政策措施，引領(lǐng)大興安嶺農(nóng)墾農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

(2)積極推廣種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)模式。探索“種植-提供飼料-養(yǎng)殖-糞便還田-種植”種養(yǎng)業(yè)發(fā)展的大循環(huán)，對農(nóng)業(yè)廢棄物資源的進行多級循環(huán)利用，努力實現(xiàn)大興安嶺農(nóng)墾全域范圍秸稈、畜禽糞污全量化利用。推廣廢棄物資源化利用小循環(huán)，發(fā)展“糧食-畜禽-果園”“飼草-畜禽-農(nóng)田”“秸稈-發(fā)酵-大棚”“秸稈-畜禽-農(nóng)田”等種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)模式，充分利用作物秸稈制作飼料、畜禽糞污制作有機肥、發(fā)展優(yōu)質(zhì)牧草種植，探索種養(yǎng)循環(huán)生態(tài)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展新途徑。

(3)加快出臺推動種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展政策支持體系。統(tǒng)籌考慮環(huán)境承載力及畜禽養(yǎng)殖污染防治要求，制定養(yǎng)分綜合管理計劃，出臺《大興安嶺農(nóng)墾關(guān)于促進養(yǎng)殖業(yè)布局優(yōu)化的管理辦法》，嚴(yán)格落實制定監(jiān)督考核任務(wù)。積極爭取農(nóng)業(yè)部和自治區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)等項目，扶持種養(yǎng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營的合作社、大戶、企業(yè)等。設(shè)立重點支持符合墾區(qū)種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展的引導(dǎo)資金，采取稅收優(yōu)惠、貸款貼息、風(fēng)險補償、擔(dān)保補貼、保費補貼等多種形式支持，對有意愿發(fā)展種養(yǎng)結(jié)合模式的農(nóng)戶實行政策傾斜。

(4)加強引進種養(yǎng)殖循環(huán)利用技術(shù)。加強與科研院所、大專院校合作，開展種養(yǎng)業(yè)科學(xué)技術(shù)交流，引進農(nóng)業(yè)廢棄物專業(yè)處理人才，建立農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用技術(shù)體系，積極引進秸稈青貯、黃貯、微貯等不同原料配方的秸稈飼料綜合利用技術(shù)，畜禽糞污制作有機肥、沼氣發(fā)電、沼渣沼液綜合利用等畜禽糞污綜合利用技術(shù)，形成作物秸稈與畜禽糞污的有效儲存、收運、處理和綜合利用全產(chǎn)業(yè)鏈條，提高農(nóng)業(yè)廢棄物處理效率與利用率。

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OPTIMIZATIONOFCROPANDLIVESTOCKINDUSTRYINDAXINGANLINGAGRICULTURALRECLAMATIONBASEDONPLANTING-BREEDINGBALANCE*

YuJingjing1，WangRuibo2，ChangHaitao3，GaoMingjie1，WangZhanhai4，MoJixian1，GaoChunyu1※

(1.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China;2.Rural Energy and Environment Agency,Ministry of Agriculture,Beijing 100125,China;3.Daxinganling Agricultural Reclamation,Management Bureau of Agriculture,Hulunbeier,Neimenggu 021000,China;4.Hulun Buir Agricultural Radio and TV School,Hailar 021008)

The coordinated development of the crop and livestock industry is an important aspect to promote the structural reform of agricultural supply side in China.Taking the structure optimization of crop and livestock industry in Daxinganling agricultural reclamation as an example,aiming at the imbalance development of the crop and livestock structure in Daxinganling agricultural reclamation,this paper constructed the multi-objective linear programming model based on the coordinated development of crop and livestock.According to the Matlab programming solution,the optimization plan of the crop and livestock industry in the region was put forward,and the countermeasures to promote the coordinated development of the crop and livestock industry were clarified.The results showed that: (1) Through the optimization and adjustment,the crop and livestock industry achieved balance in the region.From 2013 to 2015,the area of grain crops reduced by 339.6 thousand acres,the area of economic crops increased by 295.5 thousand acres,but the area soybean and corn acreage decreased by 174.7 thousand acres and 294.3 thousand acres.The livestock industry increased significantly.The number of pig breeding increased by 5.89 times,cattle increased by 16.62 times,sheep increased by 1.57 times,poultry increased by 10.2 times.(2) The comprehensive benefit of the crop and livestock industry increased by 48.81%,of which the economic,social and ecological benefits increased by 93.92%,6.06% and 6.13% respectively.And the use of chemical fertilizer,the crop water demand and the relative ecological value reduced by 13.15%,5.74% and 0.77%.In order to promote the structural adjustment of crop and livestock industry in Daxinganling agricultural reclamation,it was urgent to strengthen the publicity,explore the new model of the combination of the crop and livestock industry,accelerate the promotion of new technologies,formulate support policies,and promote the virtuous circle of the crop and livestock industry.

the multi-objective linear programming; planting-breeding balance; environmental carrying capacity; structural adjustment; optimization plan

10.7621/cjarrp.1005-9121.20171032

2017-08-17

余婧婧(1991—)，女，布依族，貴州安龍人，碩士研究生。研究方向：產(chǎn)業(yè)組織與供應(yīng)鏈管理

※通訊作者：高春雨(1978—),男，黑龍江哈爾濱人，副研究員。研究方向：生態(tài)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。Email：gaochunyu@caas.cn

*資助項目：國家自然科學(xué)基金“麥玉輪作系統(tǒng)測土配方施肥碳貿(mào)易研究”(31200337)；國家自然科學(xué)基金“北方地區(qū)秸稈沼氣集中供氣工程冬季增溫保溫能源邊際報酬分析”(41301626)

F303;F302.2

A

1005-9121[2017]10228-09