基于生態(tài)效率的農(nóng)田種植模式經(jīng)濟(jì)投入優(yōu)化研究

根據(jù)研究文章《最佳組合方式》和《最佳布局區(qū)》，研究了不同布局區(qū)的布局和生產(chǎn)效率、能量轉(zhuǎn)化效率和養(yǎng)分平衡。在這項(xiàng)工作中，我們模擬研究了不同植物種類的最佳組合方法和最佳布局間隔，以尋求生產(chǎn)目標(biāo)的平衡，并進(jìn)行了優(yōu)化生產(chǎn)過程的控制。尋求生產(chǎn)上的技術(shù)可行范圍,通常是用“黑箱”方法,通過投入變動和產(chǎn)出的響應(yīng)狀況,建立起投入與產(chǎn)出之間技術(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,并據(jù)此作邊際分析。本文采用多項(xiàng)式回歸模型,尋求各種模式的最佳投入?yún)^(qū)間;采用C-D函數(shù)模型,探索技術(shù)上進(jìn)一步優(yōu)化的方向。每種模式各取6戶樣本進(jìn)行模型擬合,以復(fù)相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄M合精度:R≥0.930為達(dá)5%顯著性水準(zhǔn),R≥0.977為達(dá)1%顯著性水準(zhǔn)。1不同植物模型的生產(chǎn)模擬模型1.1同種植模式產(chǎn)出利潤與成本之間的生產(chǎn)函數(shù)模型單位面積(hm2,下同)產(chǎn)量、產(chǎn)值、收益與利潤等反映了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出水平。不同種植模式產(chǎn)值利潤與成本之間的生產(chǎn)函數(shù)模型列于表1,表2。表1和表2反映出,與傳統(tǒng)模式(綠肥-雙季稻,油菜-雙季稻,以下同)相比較,各種模式的產(chǎn)值和利潤都有不同程度的提高,雖然也相應(yīng)地提高了單位面積成本,但每元成本的產(chǎn)值率和利潤率的提高卻更顯著。1.2農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出效率單位物質(zhì)費(fèi)用的產(chǎn)品、產(chǎn)值率、收益率、利潤率以及單位輔助能投入的能量產(chǎn)出效率,反映了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出效率。各種種植模式的物質(zhì)費(fèi)用產(chǎn)值率與物質(zhì)費(fèi)用之間的生產(chǎn)函數(shù)模型列于表3,單位面積經(jīng)濟(jì)學(xué)能產(chǎn)出與輔助能投入間的生產(chǎn)函數(shù)模型列于表4。表3和表4都反映了與傳統(tǒng)模式相比,各種模式均能在較高的投入下,取得更高的費(fèi)用產(chǎn)生報(bào)酬和能量產(chǎn)出報(bào)酬。2結(jié)構(gòu)調(diào)整對農(nóng)戶的實(shí)際利益的表現(xiàn),有利于農(nóng)民從農(nóng)村勞動的收入分農(nóng)戶對調(diào)整種植制度最關(guān)心的是單位面積收益,因?yàn)檫@既包含了生產(chǎn)的利潤,也包含了農(nóng)民自己參加田間勞動的勞務(wù)收入,故能較好地反映出結(jié)構(gòu)調(diào)整給農(nóng)戶帶來的實(shí)際利益。2.1春夏作物經(jīng)濟(jì)效益分析今將6種冬作物(綠肥、油菜、馬鈴薯、洋蔥、豌豆莢、蘿卜)和9種春夏作物的種植模式(雙季稻、中稻-再生稻、制種-二晚、西瓜-二晚、早芋頭-二晚、白蓮-二晚、早稻-荸薺、果蔗、芋頭+竹蓀)分別進(jìn)行模擬。冬作物經(jīng)濟(jì)投入(X1勞務(wù),X2物質(zhì)費(fèi)用)與收益(Y)的C-D模型:Y=0.0003X11.5751X22.0811n=6F=34.5477**(t1=1.50t2=2.8812*)春夏作物經(jīng)濟(jì)投入與收益的C-D模型:Y=0.84X10.2672X21.0497n=9F=61.952**(t1=1.502t2=7.925**)上述兩個模型中,X1(勞動)的偏回歸系數(shù)均不顯著,故僅采用物質(zhì)費(fèi)用作多項(xiàng)式回歸。因?yàn)榉N植制度是在傳統(tǒng)綠肥—雙季稻的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,故將各種冬作物的收益與費(fèi)用減去綠肥的收益和費(fèi)用后模擬出多項(xiàng)式模型:Y=-15290.1+13.5791X-5.97-4X2n=5F=34.663*以馬鈴薯為例,馬鈴薯每公頃費(fèi)用比綠肥高2319元(X),代入式中得Y=12991.0元,而馬鈴薯的實(shí)際收益比綠肥高13026.0元,說明調(diào)整的實(shí)際效益比預(yù)期的好;此外豌豆莢、蘿卜,也比預(yù)期好。同樣,春夏作物是在雙季稻的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,故將各種春夏模式的每公頃收益與費(fèi)用減去雙季稻的收益與費(fèi)用,得模型:Y=2111.925+3.5493X-7.73-6X2n=8F=93.671**經(jīng)驗(yàn)證,制種—二晚、西瓜—二晚、旱芋頭—二晚等模式,其收益均低于預(yù)期標(biāo)準(zhǔn),芋頭+竹蓀模式接近預(yù)期水平,其余模式的實(shí)際收益均高于預(yù)期指標(biāo)。2.2模擬結(jié)果與分析據(jù)前文中分析的24種種植模式的收益(Y)與用工(X1)、物質(zhì)費(fèi)用(X2),模擬出C-D模型為:Y=0.7514X10.3677X20.9982n=24F=112.687**(t1=2.5392*t2=9.2186**)同樣,將各種模式的收益和費(fèi)用減去綠肥—雙季稻模式的收益和費(fèi)用后,進(jìn)行回歸模擬,得模型:Y=4.253+2.6548X+1.23-4X2-4.91-9X3n=22F=161.48**例如:蘿卜—早稻—荸薺模式每公頃收益比綠肥—雙季稻高16531.5元,費(fèi)用高2368.5元。由模型模擬的每公頃收益增加量為11166.7元,實(shí)際收益比模擬值多5364.8元。由此可以得出如下兩點(diǎn)結(jié)論:(1)調(diào)整種植制度應(yīng)選擇那些實(shí)際產(chǎn)出水平比預(yù)測值更高或接近預(yù)測值的作物和模式。如冬作物馬鈴薯,蘿卜,豌豆莢;春夏作物旱稻-荸薺,中稻-再生稻,芋頭+竹蓀以及旱芋頭-二晚或果蔗等。(2)從3個C-D模型可以看出,3個模型的(b1+b2)均大于1,且b2>b1,表明種植制度調(diào)整能實(shí)現(xiàn)規(guī)模報(bào)酬遞增,而且增加費(fèi)用投入對產(chǎn)出的作用比增加勞動投入的作用大。在3個模型中唯冬作物的b1>1,b2>1,而其它兩個模型b1<1,b2≥1,表明增加勞動投入對于冬作物仍具有很可觀的產(chǎn)出報(bào)酬,證明開發(fā)冬季的潛力很大,不僅要增加資金的投入,也要增加勞動的投入。3不同植物模型的生產(chǎn)函數(shù)分析如何確定經(jīng)濟(jì)最佳投入?yún)^(qū)間?又該如何去調(diào)整投入結(jié)構(gòu),使生產(chǎn)過程更趨優(yōu)化?3.1經(jīng)濟(jì)效益分析根據(jù)生產(chǎn)函數(shù)理論,當(dāng)邊際產(chǎn)出MPP=0時,總產(chǎn)出(TPP)最大,故可以據(jù)此確定TPP最大時對資源投入的需求量。各種種植模式的最佳投入與產(chǎn)出點(diǎn)列于表1和表2。根據(jù)邊際均衡原理,在邊際報(bào)酬遞減階段,當(dāng)邊際收益等于或接近于邊際成本時,獲利最大。即:ΔY·PY=ΔX·PX或ΔYΔX=PXPYΔYΔX=ΡXΡYΔY為產(chǎn)出增加量,ΔX為投入的增加量,PY為產(chǎn)出品的價(jià)格,PX為投入品的價(jià)格。因ΔYΔX=MPPΔYΔX=ΜΡΡ,故MPP=PXPYΜΡΡ=ΡXΡY時獲利最大。表1反映出,與傳統(tǒng)模式比較,經(jīng)濟(jì)最佳點(diǎn)的成本產(chǎn)值率馬鈴薯-早稻-荸薺模式提高3.2%,洋蔥-中稻-再生稻模式提高14.66%,早芋頭-二晚模式提高62.07%,洋蔥-果蔗模式提高126.33%。說明調(diào)整種植制度,增加生產(chǎn)投入,能獲得更豐厚的利潤。表2也同樣說明了這一結(jié)論。結(jié)合表1和表2,便可確定各種模式的最佳成本投入?yún)^(qū)間:綠肥-雙季稻模式在10869元/hm2~14530.5元/hm2,油菜-雙季稻模式在13415元/hm2~17205元/hm2,馬鈴薯-早稻-荸薺模式在43657.5元/hm2~64828.5元/hm2,洋蔥-中稻-再生稻模式在19939.5元/hm2~26427元/hm2,蘿卜-春制-二晚模式在22317元/hm2~27139.5元/hm2,豌豆莢-西瓜-二晚在18669元/hm2~21708元/hm2。以上是1999年價(jià)格下的經(jīng)濟(jì)最佳投入與產(chǎn)出,如果價(jià)格發(fā)生變化,經(jīng)濟(jì)最佳投入與產(chǎn)出自然也會隨之變化。根據(jù)邊際均衡原理,經(jīng)濟(jì)最佳點(diǎn)在dydx=PXPYdydx=ΡXΡY時。以白蓮-二晚模式為例。1999年的經(jīng)濟(jì)最佳投入為12471元/hm2,最佳產(chǎn)出為26712元/hm2。倘若農(nóng)資價(jià)格上漲15%,而產(chǎn)品(蓮子晚谷)價(jià)格只上漲10%,那么:dydx=12.1328?2×4.86?4XPXPY=1.151.10=1.045512.1328?9.72?4X=1.0455dydx=12.1328-2×4.86-4XΡXΡY=1.151.10=1.045512.1328-9.72-4X=1.0455經(jīng)濟(jì)最佳投入為X=11406.7元/hm2,減少1064.3元/hm2,最佳投入引起的最優(yōu)產(chǎn)出為Y=26222.4元/hm2,減少489.6元/hm2。3.2社會主義勞動模式下生產(chǎn)投入對生產(chǎn)力的影響.逐步推進(jìn),見表1以單位面積收益Y為因變量,以單位面積用工(X1)和物質(zhì)費(fèi)用(X2)為自變量,模擬出各種種植模式的C-D函數(shù)模式(表5)。先看勞動X1投入的生產(chǎn)彈性:b1>1的有馬鈴薯-早稻-荸薺模式和洋蔥-果蔗模式,說明繼續(xù)增加勞動投入有助于產(chǎn)量的提高;b1<0的有蘿卜-春制-二晚模式,豌豆莢-西瓜-二晚模式,蘿卜-芋頭+竹蓀模式,表明這些模式勞動投入已經(jīng)太多,進(jìn)入了生產(chǎn)函數(shù)第三階段。再看物質(zhì)費(fèi)用X2投入的生產(chǎn)彈性:b2>1的有油菜-雙季稻模式,蘿卜-春制-二晚模式,豌豆莢-西瓜-二晚模式,蘿卜-芋頭+竹蓀模式,早芋頭-二晚模式,白蓮-二晚模式等,應(yīng)繼續(xù)增加物質(zhì)費(fèi)用的投入量,以促使生產(chǎn)力提高;b2<0的只有洋蔥-果蔗模式,說明物質(zhì)費(fèi)用投入過量,進(jìn)入了生產(chǎn)函數(shù)第三階段,應(yīng)該注意投入物資的協(xié)同配合。此外,洋蔥-中稻-再生稻模式對勞動X1和物質(zhì)費(fèi)用X2的投入都應(yīng)適當(dāng)增加,使生產(chǎn)從總體上進(jìn)入第二階段。4價(jià)值增值指標(biāo)的綜合評價(jià)合理的種植制度應(yīng)以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)和價(jià)值增值這三大功能的更加優(yōu)化為客觀標(biāo)準(zhǔn),因而屬于多屬性、多指標(biāo)的綜合評價(jià)。本文采用Topsis法對24種種植模式進(jìn)行評價(jià)。4.1評估指標(biāo)和權(quán)重4.1.1農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化功能的評價(jià)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值增值功能以經(jīng)濟(jì)效益表示,選擇每公頃收益(產(chǎn)值-物質(zhì)費(fèi)用)、費(fèi)用產(chǎn)值率(產(chǎn)值/物質(zhì)費(fèi)用)和勞動收益率(收益/用工)等3個指標(biāo);農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化功能以輔助能投入效率表示,選擇有機(jī)能/無機(jī)能投入比和能量產(chǎn)投比2個指標(biāo)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)功能以農(nóng)田養(yǎng)分利用效率表示,選擇N、P2O5、K2O等營養(yǎng)元素的產(chǎn)投比3個指標(biāo)。4.1.2評價(jià)因素權(quán)重的確定Wj=∏r=jn?1Kr,v+11+Σj=1h?1∏r=jn?1Kr,r+1Wj=∏r=jn-1Κr,v+11+Σj=1h-1∏r=jn-1Κr,r+1式中:Wj為第j個評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,Kr,r+1為第r個評價(jià)因素的重要性程度是其下一因素(r+1)重要性的倍數(shù)。4.2各標(biāo)標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系Topsis評價(jià)方法即雙基點(diǎn)法,是一種基于貼近度分析的評價(jià)方法。根據(jù)評價(jià)指標(biāo)的性質(zhì)(越大越好的指標(biāo),越小越好的指標(biāo),越接近某一定值越好的指標(biāo)),先人為地設(shè)定一個最優(yōu)方案和最劣方案,使之成為確定的理想點(diǎn)和反理想點(diǎn),并通過換算使反理想點(diǎn)變換成原點(diǎn)(各指標(biāo)皆為0),然后計(jì)算各種模式與理想點(diǎn)之間的貼近度。4.3對評價(jià)排序的評價(jià)分析各種種植模式與理想點(diǎn)的貼近度依次是:蘿卜-芋頭+竹蓀>馬鈴薯-芋頭+竹蓀>豌豆莢-芋頭+竹蓀>洋蔥-芋頭+竹蓀>洋蔥-果蔗>馬鈴薯-早稻-荸薺>馬鈴薯-中稻-再生稻>馬鈴薯-西瓜-二晚>馬鈴薯-雙季稻>蘿卜-早稻-荸薺>蘿卜-中稻-再生稻>早芋頭-二晚>豌豆莢-早稻-荸薺>蘿卜-西瓜-二晚>蘿卜-春制種-二晚>蘿卜-雙季稻>豌豆莢-中稻-再生稻>洋蔥-中稻-再生稻>豌豆莢-西瓜-二晚>油菜-西瓜-二晚>豌豆莢-雙季稻>綠肥-雙季稻>油菜-雙季稻>白蓮-二晚。從評價(jià)排序可以得出如下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)一年之中三季都種植蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物的制度,其綜合效益最好;全年只種植一季水稻的優(yōu)于種植兩季水稻的制度;早晚二季水稻又以種植中稻-再生稻或春季制種-二晚模式優(yōu)于早稻-二晚模式。(2)排在前幾名的都是冬作物-芋頭+竹蓀模式等。這表明,早晚兩季水稻改種一季芋頭套種竹蓀的綜合效益最好。竹蓀的投入產(chǎn)出比高達(dá)1∶4以上,套種在芋頭行間不僅對芋頭無礙,還能使芋頭產(chǎn)量提高。而且,大量的竹屑、木屑、谷殼、菌絲體也改善了芋田生態(tài)環(huán)境,增加了農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量。(3)綜合效應(yīng)位居其次的是馬鈴薯-早稻-荸薺,馬鈴薯-中稻-再生稻,馬鈴薯-西瓜-二晚和馬鈴薯-雙季稻等,這顯然是因?yàn)槎魑锺R鈴薯的效益突出所致。冬種馬鈴薯,生育期短,產(chǎn)量高,效益好,還向農(nóng)田歸還了與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量相等的莖葉,改善了土壤環(huán)境,就連雙季稻也因冬種馬鈴薯而使綜合效益大為提高。(4)白蓮-二晚模式的綜合效益屈居最后,甚至落后于傳統(tǒng)綠肥-雙季稻和油菜-雙季稻模式。這并不是模式本