基于GIS規劃模型的藥材種植效益問題研究

馮德鴻　黨學鳳

摘要 為綜合規劃全縣中藥材種植的土地資源，盡可能地提高種植效益，從縣農業局調研搜集了5個鎮（福星鎮、碧巖鎮、首陽鎮、宏偉鎮、菜子鎮）5種中藥材（黨參、黃芪、黃芩、柴胡、款冬花）的種植面積限額、種植成本、凈收益和年均產量、可耕種藥材地和可分配的成本等基礎數據，建立了地理信息系統的線性規劃模型，求解并得到基本可行的縣級總體種植方案，并對規劃模型和計算結果進行了科學評估。

關鍵詞 中藥材;種植效益;線性規劃;地理信息系統

中圖分類號 F 326.5;S 127文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）23-0021-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.005

Research on Benefit of Medicinal Material Planting Based on GIS Planning Model—Taking Longxi County，Dingxi City，Gansu Province as an Example

FENG De-hong1，DANG Xue-feng2

（1.3S Institute，College of Science，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002;2.Mathematics Department，College of Science，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002）

Abstract In order to comprehensively plan the land resources for planting Chinese medicinal materials in the county and improve the planting efficiency as much as possible，the basic data such as the planting area limit，planting cost，net income and average annual yield，arable medicinal material land and distributable cost of 5 Chinese medicinal materials （Codonopsis pilosula，Astragalus membranaceus，Scutellaria baicalensis，Bupleurum chinense and Tussilago farfara） in 5 towns （Fuxing Town，Biyan Town，Shouyang Town，Hongwei Town and Caizi Town） were collected from the investigation of the county agriculture bureau，the linear planning model of geographic information system was established，and the basically feasible overall planting scheme at the county level was solved and obtained，the planning model and calculation results were scientifically evaluated.

Key words Chinese herbal medicine;Planting benefit;Linear programming;Geographic information system

種植中藥材，提高種植效率，目前國內對該問題的研究主要包括3方面：①甘肅農業大學以晉小軍等[1]為代表的全局產業鏈結構優化方向，提出上游的中藥材種植業、中游的中藥材企業加工業以及下游的制藥企業，在國家宏觀整體調控政策下，優化全局產業結構，提高各自效益。尤其是上游的種植業，提出觀點：調整中藥材種植結構，種植適宜當地環境，產量高、品質優、經濟效益好的中藥材，實現資源的合理配置，對促進地方經濟的發展有重要意義。②林藥種植模式研究方向[2-4]，應用生態學原理和生態經濟規律，以社會、經濟、生態綜合效益為指標，結合系統工程方法和現代科學技術，因地制宜地設計、布局、生產和管理中藥農業生產的發展模式。如在樹林下種植中草藥材的技術與效益研究，提出觀點：林藥模式也是中草藥材的種植模式之一，對楊樹人工林下種植藥材的林藥種植模式的林分選擇、藥材種類和特性、種植技術和種植效益等進行分析和總結[2]。③從微觀角度方向研究[5]，提出掌握生產技術、購買優良種子、種苗，這是成功種植藥材的三要素。該研究則是應用運籌學規劃建模和GIS技術，從宏觀上研究種植域內如何提高中草藥材種植效益，主要搜集甘肅省定西市隴西縣主要藥材品種（如黨參、黃芪、黃芩、柴胡、款冬花等）、主要藥材種植聚集地（如福星鎮、碧巖、首陽鎮、宏偉鎮、菜子鎮等）的中草藥材的主要種植數據，為取得最大效益，各地區應該分配土地資源，找出現實可行的種植方案。

1 數據準備

通過隴西縣農業局調研，分別得到各類品種藥材的基本種植數據（表1）和隴西縣種植藥材各鎮的種植數據（表2）。

2 建立規劃模型

規劃模型的基本前提條件是：①正常的自然條件下，即在常態自然狀態下研究該問題，不受人為主觀、極端惡劣自然災害（如疾病、地震、蟲災等）因素的影響;②表1和表2中數據可以充分體現隴西縣藥材種植情況。

變量設置：設在福星鎮種植黨參、黃芪、黃芩、柴胡、款冬花的面積分別為X11、X12、X13、X14、X15;在碧巖鎮種植5種中藥材的面積分別為X21、X22、X23、X24、X25;在首陽鎮種植5種中藥材的面積分別為X31、X32、X33、X34、X35;在宏偉鎮種植5種中藥材的面積分別為X41、X42、X43、X44、X45;在菜子鎮種植5種中藥材的面積分別為X51、X52、X53、X54、X55。

目標函數：

MAX Z =124 094.94（X11+X21+X31+X41+X51）+58 721.22（X12+X22+X32+X42+X52）+54 822.57（X13+X23+X33+X43+X53）+110 393.94（X14+X24+X34+X44+X54）+106 987.45（X15+X25+X35+X45+X55）

約束條件如下：

土地資源約束：

X11+X12+X13+X14+X15≤6 666.67

X21+X22+X23+X24+X25≤2 000.00

X31+X32+X33+X34+X35≤5 200.00

X41+X42+X43+X44+X45≤1 866.67

X51+X52+X53+X54+X55≤3 466.67

成本約束：

60 899.97X11+54 899.97X12+56 399.97X13+36 899.98X14+58 499.97X15≤410 000 000

60 899.97X21+54 899.97X22+56 399.97X23+36 899.98X24+58 499.97X25≤12 000 000

60 899.97X31+54 899.97X32+56 399.97X33+36 899.98X34+58 499.97X35≤275 000 000

60 899.97X41+54 899.97X42+56 399.97X43+36 899.98X44+58 499.97X45≤69 000 000

60 899.97X51+54 899.97X52+56 399.97X53+36 899.98X54+58 499.97X55≤195 600 000

種植面積約束（各品種藥材種植面積約束）：

X11+X21+X31+X41+X51≤5 666.67

X12+X22+X32+X42+X52≤5 166.67

X13+X23+X33+X43+X53≤3 333.34

X14+X24+X34+X44+X54≤1 666.67

X15+X25+X35+X45+X55≤1 500.00

非負約束：

Xij≥0;i=1，2，…，5; j=1，2，…，5。

3 模型求解與評估

因為模型是確定型的線性規劃模型，求解算法是表上作業的單純形法[6]，所以為了求解方便可用Lingo規劃軟件[7]，或規劃模型求解的專用軟件包WinQSB[8]，

或 Office Excel加載宏規劃求解[9]得到模型的滿意可行解。求解結果如表3所示。

因此要合理地利用有限的資源條件使得隴西縣藥材種植效益最大化，需要在福星鎮種植黨參5 666.67 hm2，款冬花1 000.00 hm2;在碧巖鎮種植黃芪157.56 hm2、黃芩59.40 hm2;在首陽鎮種植黃芪5 009.10 hm2;在宏偉鎮種植黃芩165.52 hm2、柴胡1 616.92 hm2;在菜子鎮種植黃芩2 916.92 hm2、柴胡49.74 hm2、款冬花500.00 hm2。應用ArcGIS地理信息系統分析軟件[10]，可直觀到隴西縣藥材總體種植方案（圖1）。

規劃模型的優點：①模型是在有限的約束條件下建立的，與實際情況比較貼近，能夠較好地反映出現實情況;②該模型數據是隴西縣藥材種植實際數據，具有很好的真實性，所以模型的結果能為隴西縣藥材種植提供一定的科學依據，具有很好的現實意義;③模型用Lingo軟件計算求解，使得計建立的，但是影響隴西縣藥材種植的因素有很多，不能每種因素都考慮進去，所以相對于現實還是有差距;②模型求解結果只是為隴西縣藥材種植提供總體上的科學的種植方案，至于具體到各鄉鎮來決定具體詳細的藥材種植方案，還不能完全依靠該模型來規劃，所以具有一定的局限性。

4 小結

該研究應用GIS線性規劃建模技術，從宏觀角度研究種植域內如何規劃種植區域內的土地資源，提高中草藥材種植效益，可供農業主管部門參考決策。由于所建模型是確定型的線性規劃模型，所以對氣候天氣外界環境的變化可能造成的干擾等因素沒考慮進去，依靠模型求解得到的總體種植方案剛性有余，柔性不足，還有待于繼續從隨機規劃（如模糊規劃等）方向進行深入研究。

參考文獻

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[8] 焦寶聰，陳蘭平.運籌學的思想方法及應用[M].北京：北京大學出版社，2008：54-57.

[9] 劉滿鳳.數據、模型與決策——基于Excel的應用與求解[M].北京：清華大學出版社，2015：36-41.

[10] 牟乃夏，劉文寶，王海銀，等.ArcGIS10地理信息系統教程——從初學到精通[M].北京：測繪出版社，2012：203-216.

算結果的可信度較高。

規劃模型的缺點：①該模型是在給定的有限約束條件下

作者簡介 馮德鴻（1969—），男，湖北宜昌人，副教授，碩士，從事遙感影像與GIS空間數據分析、GIS系統仿真研究。

鳴謝 感謝甘肅省定西市隴西縣農業局的資助。

收稿日期 2020-05-15;修回日期 2020-07-01