基于灰色模型的中國甘蔗產業生態服務價值預測

林克濤+朱朝枝+陳如凱

摘要：在分析中國甘蔗產業生態服務價值的基礎上，采用灰色預測模型對中國甘蔗產業2014—2018年的生態服務價值進行預測。結果發現，中國甘蔗產業生態服務價值在未來幾年仍將高速增長，其中工農業原材料價值與社會保障價值增長較快。此外，在主要種植省份中廣西在研究區間內增長幅度較大，廣東、海南、云南呈穩定增長，在未來廣西對于中國甘蔗產業的影響也將增大。最后，2014—2018年4個甘蔗優勢種植省份在單位面積生態服務價值上的差異不大。根據上述預測提出如下建議：對于甘蔗產品實行目標價政策；對甘蔗產業進行生態補償；改良現有種植技術。

關鍵詞：甘蔗；生態服務價值；灰色模型；預測

中圖分類號： F326.12

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0505-04

甘蔗是中國乃至全世界最主要的糖料作物，目前供應中國90%以上的糖料需求，隨著中國對糖料的需求逐年增長，甘蔗產業對于穩定中國糖料市場重要性日臻凸顯。中國社會經濟的高速發展，對于工農業原料的旺盛需求，使得甘蔗產業也面臨越來越大的壓力。首先是經濟發展對于從甘蔗產業中獲得足夠原料（蔗糖、蔗渣）的壓力，另一方面是社會對于甘蔗生態穩定的威脅，使得關于甘蔗產業生態服務價值的時空變遷的研究顯得日趨重要。生態服務價值最早是在20世紀70年代被作為科學名詞提出，直至20世紀90年代中期Constanza等通過運用生態學及生態經濟學方法對全球生態系統進行研究之后[1]，該學科被極大地推進，之后不同國家的研究人員逐步開始關注該領域。生態服務價值主要指人能夠直接或者間接從生態系統獲得的利益，包括對經濟社會帶來的物質、能量、水、空氣、廢棄物等，這些與人類社會生活緊密相關[2]。在國內，研究人員分別以中國農田生態系統和中國區域生態系統的生態服務價值為對象進行研究[3-4]，均取得了比較顯著的成果，一定程度上推動了國內對生態服務價值的研究?；疑Ｐ妥鳛槠渲幸环N重要的數學工具能夠克服數理分析方法中的一些缺陷，同時對于數據數量要求程度低，因此在近年的一些研究中被廣泛地運用；在一些利用灰色模型對農業產業的預測研究中，國內研究人員以該模型為基礎分別對新疆、湘西、大慶地區的農業產業進行研究[5-7]。

綜觀已有的生態服務價值研究與運用灰色模型的研究可以發現，目前還較缺乏單一農業生態系統的生態服務價值研究，也還未出現將預測方法與生態服務價值相結合的研究。本研究基于灰色模型對2014—2018年甘蔗產業生態系統服務價值進行預測，有利于深入了解中國甘蔗產業生態服務價值在未來的變化趨勢，了解各項功能未來對中國社會、環境及甘蔗產業的影響。針對甘蔗產業近年來虧損的經營現狀，期望甘蔗產業生態服務價值的預測結果能夠成為甘蔗產業生態補償的數據基礎，以有利于甘蔗產業補償政策的制定；同時通過研究發現產業的不足，并提出甘蔗產業的改進措施，以更好地穩定與提高甘蔗產業的生產能力與國內糖料供應能力。

1 中國甘蔗產業生態服務價值現狀

1.1 研究區域與數據來源說明

本研究選取中國農業部“十二五”規劃的中國甘蔗四大優勢產區（廣西、廣東、海南、云南）作為研究對象。這些區域內甘蔗種植面積在近十幾年來占到全國甘蔗總種植面積的95%以上，對中國甘蔗總產量以及糖產量均起決定性作用。由于其他種植區域種植規模小，因此對于整個甘蔗產業影響較小，而四大優勢產區從甘蔗生態服務價值的研究上已經可以基本上體現國內整體甘蔗產業的現狀，因此本研究將其他小規模種植省份剔除出本研究范圍。

數據上采用了2005—2014年中國農產品成本收益匯編中甘蔗4大優勢產區的甘蔗每畝主副產品價值、甘蔗產量、化肥用量、農藥使用量、灌溉費用、農膜使用量、農作物畝產量、耕作柴油消費、單位面積用工價格等統計數據；甘蔗播種面積采用中國國家統計局2004—2013年4個研究省份的統計數據；降雨量數據來源于各省域氣象局網站。

1.2 中國甘蔗產業生態服務價值

1.2.1 中國甘蔗產業的生態服務功能 本研究通過運用Constanza所提出的指標結合中國甘蔗產業的生產特點和服務對象對中國甘蔗產業進行分析，認為中國甘蔗產業目前主要有六大不同的生態服務功能，即農產品及工業原料來源功能、社會保障功能、碳匯功能、維持區域生態穩定功能（該功能中包含土壤保持功能與水源涵養功能）、環境破壞功能、美學及旅游功能。

1.2.2 相關評價指標的計算方法 （1）工農業原料價值來源運用單位面積工農業產值與播種面積的相乘計算而來，即計算整個產業產品的產值：Vi=A×Pi 。其中，Vi為農產品及原來來源的總價值；A為生產面積；Pi為單位面積主副產品價值。

（2）在社會保障價值的研究中，由于甘蔗產業的從業人員具有流動性，為了研究準確，本研究采用以單位面積用工成本與種植面積的乘積而來的運算方法，即計算產業的總用工成本：Vj=A×Pj。其中，Vj為社會保障價總值；A為生產面積；Pj為單位面積上的用工價格。

（3）在碳匯價值的評價上，將王修蘭作物固碳計算方法[8]與West全碳循環法[9]相結合而來，綜合兩者方法可得式子：Vk=A×Pk×（Cd-E）。其中，A為種植面積；Cd為單位面積固碳量；E為單位面積排放量；Pk為碳匯價格[8-9]。

（4）維持區域生態功能評價涉及到2個內容的評價，其中一方面為土壤保持功能價值評價，運用Vh=A×ΔE×Ph進行計算；另一方面為水源涵養價值評價，運用降水存儲法，Vw=A×J0×k×R×Pw。式中，A為生產面積；ΔE為減少土壤侵蝕的模數；Ph為單位質量的土壤保持價值；J0為研究區域多年平均降雨總量；k為研究區域產流雨量占降雨總量的比例；R為和落地比較減少徑流的效益系數；Pw為水資源價格。

（5）環境破壞功能的價值評價主要以化肥農藥的利用率與實際情況相結合的方法進行定量分析，將陳同斌等研究所得數據與實際生產情況相結合，可得化肥農藥利用率為35%，計算式為：Vp=A×D×（1-r）。式中，A為種植面積；D為單位面積農資總價；r為農資產品的利用率[10]。

（6）維持生物多樣性價值的評價主要依照Constanza等對全球生態系統服務價值中農田生態系統維持生物多樣性的價值，與我國謝高地等研究得到的我國農田生態系統維持生物多樣性價值相結合得出農田系統單位面積的維持生物多樣性的價值，再與面積相乘得到相應的總價值，式子為：Vs=A×Ps，其中Vs為甘蔗生態系統維持生物多樣性的價值；A為種植面積；Ps為農田生態系統維持生物多樣性的價值[4，11]。

（7）在美學及旅游功能評價中，一方面，目前在美學及精神價值的評價上沒有可靠的方法，同時涉及的領域也有很大的不確定性；另一方面，以甘蔗為主的旅游園區形式為主的園區分布和數量較難統計，因此對該項指標的定量分析有相當的難度，為了研究的準確性，本研究未對甘蔗產業的旅游功能進行定量分析。

1.3 中國甘蔗產業生態服務價值現狀

通過以上的方法可以計算得出，中國甘蔗產業2004—2013年的生態服務價值變化趨勢（表1），主要種植省份生態服務價值變化趨勢（表2）和主要種植省份單位面積生態服務價值變化趨勢（表3）。

2 灰色預測模型理論與步驟

2.1 灰色系統及灰色預測理論

灰色預測是指對已有系統行為特征的發展變化進行預測，對既含有已知信息又含有不確定信息的系統進行預測，也就是對在一定范圍內變化的、與時間序列有關的灰過程進行預測，該理論自1982年由鄧聚龍教授提出后，經過20多年的發展現已廣泛地應用于國民經濟的各個領域[12]。盡管預測過程中所顯示的部分現象是隨機的、雜亂無章的，但畢竟大部分現象是有序的、有界的，因此得到的數據集合具備潛在的規律。目前使用最廣泛的灰色預測模型就是關于數列預測的一個變量、一階微分的 GM（1，1） 模型。它是指基于隨機的原始時間序列，經按時間累加后所形成的新的時間序列呈現的規律可用一階線性微分方程的解來逼近。結果證明，經階線性微分方程的解逼近所揭示的原始時間序列呈指數變化規律。

2.2 灰色預測模型預測步驟

第4步，殘差檢驗。在預測研究中所關注的主要問題是它的預測精度。在一般情況下可以計算方差比C=Sε/SX檢驗預測公式是否達到精度要求，如果C值在允許范圍內，則可以計算預測值；如果超出范圍，則通過殘差序列{ε（0）（t）}N 分析進行修正（表4）。

3 基于灰色模型中國甘蔗生態服務價值的預測

由于中國甘蔗產業在發展過程中是一個自東向西遷移的過程，到近10年中國大部分甘蔗產業才逐步穩定在廣東、廣西、海南與云南4個省內，為了研究的準確性，本研究只采納2004—2013年的數據；同時，在灰色模型的預測中，為了預測的準確性，將預測2013年之后5年即2014—2018年的數據。

通過預測可得中國甘蔗產業生態服務價值灰色預測檢驗指標值及等級效果（表5）、主要種植省份生態服務價值及單位面積生態服務價值中國甘蔗產業各生態服務價值灰色預測檢驗指標值及等級效果（表6、表7）、2014—2018年中國甘蔗生態服務價值變化趨勢（表8）、主要種植省份生態服務價值變化趨勢（表9）和主要種植省份單位面積生態服務價值（表10）。

4 結論與討論

4.1 結論

從各生態服務價值指標的預測效果以及各主要種植省份的整體或單位面積生態服務價值的預測效果上看均為好，由此可以判斷2014—2018年中國甘蔗產業生態服務價值及各省甘蔗產業生態服務價值的預測值較為準確、可靠，因此本研究運用中國甘蔗產業2014—2018年預測結果對中國甘蔗產業生態服務價值的變化趨勢進行分析。

2014—2018年中國甘蔗產業生態服務價值與其各類生態服務價值指標呈正增長趨勢，其社會保障價值增長速度最快，工農業原料價值次之，環境負面效應增長速度排在第3，其余3個環境正面的價值增長較為緩慢。從中可以相應看出甘蔗產業未來可能面臨的3個問題：首先，由社會保障功能價值的快速增長，可以斷定甘蔗產業的用工成本將快速增加；其次，中國甘蔗產業所生產的糖料在將來無法滿足國內需求，因此糖料價格大致呈上漲趨勢；最后，甘蔗產業對環境的破壞功能快速增長，甘蔗產業將面臨一系列環境問題。

在各主要甘蔗種植省份中，廣西甘蔗產業生態服務價值在2014—2018年增長速度最快，達8.47%；云南次之，為7.27%；廣東、海南分別為6.61%、6.21%。在2014—2018年，廣西占中國甘蔗生態服務價值的比例逐步增大，可見廣西對于中國甘蔗產業的意義也變得越發重要。在各甘蔗主要種植省份的單位面積生態服務價值的預測中，各省之間的單位生態服務價值的差異較小，從長遠來看也反映出各省在種植水平上可能趨于接近。

4.2 討論

當前，中國對于甘蔗產業的主產品蔗糖和副產品甘蔗渣的需求十分旺盛，2010年之后中國食糖消費普遍在1 350萬t以上，而劉曉雪等預測我國2015年食糖的需求將在1 600萬t左右，我國將成為世界上第二大食糖消費國[13]。基于目前甘蔗產業的蔗糖產能將出現供不應求的現象，甘蔗主產品的總價值在將來幾年有可能呈上升趨勢；另外，由于中國政府及社會對環境保護的逐步重視，木質紙漿已不被提倡，蔗渣生產的紙漿已在市場上廣泛運用，并且這幾年已經出現供不應求的現象，甘蔗渣產值在將來總產值中呈上升趨勢幾乎不可避免。當前現實條件主副產品整體價值在將來幾年增長不可避免，這與預測的工農業產品功能價值快速增長趨勢吻合。

甘蔗社會保障價值主要體現在滿足當地就業和提升農民收入上，隨著農民對增加收入意愿的加強，以及產業整體工資水平的逐年提升，使得產業對于社會保障的意義也將逐年放大。甘蔗產業對于環境的正面的服務價值于2014—2018年持續增長，增長速率保持比較穩定的狀態，說明隨著中國甘蔗產業基礎設置、生產方式的逐步完善與提升，產業對環境保護的正面價值也保持在一個比較穩定的狀態。在預測時間區間內，負面價值增長也保持一個較穩定的速率，則可以說明其一，甘蔗產業在種植的方法上還有很大的改良空間；其二，各類農藥、化肥、農膜等價格在未來也很可能呈現出上漲的情況。

5 建議

5.1 對甘蔗產品實行目標價政策

近年來由于我國甘蔗產業受國外甘蔗產業的沖擊十分嚴重，主產品蔗糖的價格也波動非常劇烈，過低的蔗糖價格已嚴重影響到蔗農蔗糖種植的積極性，甚至威脅到國內糖料市場的安全。歐美國家的目標價政策對于穩定農產品價格的作用非常明顯，在保證甘蔗價格穩定方面可以一定程度上借鑒歐美國家的目標價政策經驗，通過穩定蔗糖的價格來穩定產業的收益水平，才能保證產業在將來穩中有升。

5.2 對甘蔗產業進行生態價值的補償

通過預測可以發現，甘蔗產業對環境價值及社會保障價值在大部分年限超越了直接工農產品原料價值。甘蔗產業目前處于虧損狀態，長期的虧損有可能導致整個產業萎縮，這必將導致國內糖產量下降，與中國持續增長的糖料需求相悖，也將波及到中國糖料市場的穩定。鑒于甘蔗對于工農業原料供應、社會穩定、生態環境保護所作出的巨大貢獻，以及從業人員為穩定蔗糖供應所付出的犧牲，本研究認為應從生態補償方面入手，以調動農戶的積極性來更好地推動整個產業的良性循環。

5.3 改良現有種植技術

首先，加快培育新品種。鑒于目前極端氣候時間變長以及病蟲害對甘蔗的影響，應加強對于高產、耐旱、耐寒、抗病蟲害等新品種的培育，以更好應對自然災害等所帶來的影響，保障甘蔗的產量。其次， 對于種植制度也應根據實際情況進行

改良，合理化肥、農藥等農資的使用量，將排灌設置進行現代化更新。最后，就甘蔗目前機械化較低的現狀，也應努力提升甘蔗產業整體的機械化水平，更有利于甘蔗產業又好又快地發展。

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