用于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)動力學(xué)模型與相關(guān)的政策建議

1、生態(tài)模型用于分析農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)動力學(xué)模型與相關(guān)的政策建議摘要：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一種尋求生態(tài)與經(jīng)濟(jì)間平衡并促進(jìn)雙方可持續(xù)發(fā)展的一種途徑。這篇文章建議以一種科學(xué)方法來分析生態(tài)農(nóng)業(yè)的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)影響并模擬他們長期發(fā)展的一種趨勢。在這里，我們以甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)的生態(tài)農(nóng)業(yè)為重點，同時我們創(chuàng)建一種名為（AEP-SD)的動力學(xué)模型來評估2009年到2050年該系統(tǒng)的綜合影響。在正常情況下，模擬結(jié)果顯示，直到2027年快速改善并達(dá)到峰值，之后系統(tǒng)性能逐漸下降。該模型顯現(xiàn)出以前農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的缺陷和劣勢，比如過度增加的牛屠宰量、不穩(wěn)定的甲烷生產(chǎn)、緩慢發(fā)展的有機(jī)農(nóng)業(yè)、不可持續(xù)的能源結(jié)構(gòu)。我們提供的系統(tǒng)改進(jìn)策略，之后該

2、模型證明他們確實能夠減少不利影響并且消除系統(tǒng)減弱的潛在危害。1、 介紹 隨著人類經(jīng)濟(jì)活動規(guī)模在地球的增加，人們更加注意生態(tài)經(jīng)濟(jì)方法的交互作用。（蓋爾，2000:；popke，2005）。作為一種經(jīng)濟(jì)活動，農(nóng)業(yè)與環(huán)境擁有更直接更密切的相互作用。農(nóng)業(yè)發(fā)展不僅是人類生存的基礎(chǔ)，同時也直接影響了全球的環(huán)境。提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水品，建立生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，達(dá)到良好的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益對于人類的發(fā)展有著至關(guān)重要的影響。 在最近幾年，生態(tài)農(nóng)業(yè)已經(jīng)被很廣泛的研究（克萊茵曼等人，1995年）。一些研究已經(jīng)從理論角度揭示了生態(tài)農(nóng)業(yè)的含義和前景(Altieri and Anderson, 1986; Yunlong and S

3、mit, 1994)，一些調(diào)查運用了案例研究來證明生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展政策的優(yōu)勢（Larsson and Granstedt,2010; Maurer, 1989; Schroll, 1994)。在農(nóng)業(yè)發(fā)展中，越來越多的研究除了考慮經(jīng)濟(jì)效益外也將生態(tài)效益考慮在內(nèi)，同時，很多因素已經(jīng)可以為決策者提供有用的信息，比如氮利用效率和積累量（Granovsky et al.,2007; Hau and Bakshi, 2004; Hoang and Alauddin, 2011; Libralato et al., 2006; Sciubba, 2003),以不同的尺度，從農(nóng)場和工廠到整個國家再到生物圈的角度來

4、評估農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)度(Hezri and Dovers, 2006; Hoang, 2011; Niemeijer, 2002; Piorr, 2003; Smithet al., 1999). 現(xiàn)在很明顯的是生態(tài)農(nóng)業(yè)是一個包括生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)、人類行為、政策和很多其他因素的復(fù)雜系統(tǒng)。系統(tǒng)的角度可以被用來分析生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的每個相關(guān)因素。（陳等人，2009年） 然而，大多數(shù)的生態(tài)農(nóng)業(yè)研究主要集中在一些外部影響因素上（比如收入變化和土壤肥力等）。 (Shi and Gill, 2005)，很少關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈和物質(zhì)能量在生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的循環(huán)。生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的核心是物質(zhì)能量的產(chǎn)生和消費的過程，

5、這種過程產(chǎn)生了所有的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。如果物質(zhì)能量的生產(chǎn)和消費不能持續(xù)循環(huán)下去，那么生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將會衰弱。因此，從根本上加強(qiáng)生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，綜合模擬和對物質(zhì)能量流動過程以及生態(tài)經(jīng)濟(jì)正負(fù)面影響的發(fā)展趨勢的分析都應(yīng)該被加強(qiáng)重視。 因此，以中國甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)為例，我們創(chuàng)建立一個生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的動力系統(tǒng)模型，并將其命名為“AEP-SD”（農(nóng)業(yè)-效應(yīng)-政策動力系統(tǒng)），用來模擬當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的物質(zhì)與能量流動，分析生態(tài)經(jīng)濟(jì)的影響以及它們長期進(jìn)化的趨勢，明確系統(tǒng)的缺陷并為提高系統(tǒng)性能提供建議。這個系統(tǒng)在尋求區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展模型方面有著重要的理論和實踐價值，同時更重要的是“AEP-SD

6、”模型以及方法能夠為相識的生態(tài)經(jīng)濟(jì)模型奠定基礎(chǔ)。2、 研究領(lǐng)域 中國甘肅省平?jīng)鍪嗅轻伎h（東經(jīng)1062510721，北緯35123545）位于六盤山的東部，以及涇河的上游（圖1）。崆峒縣是半干旱半濕潤的大陸性季風(fēng)氣候；平均每年日照長度為2425小時；全年太陽輻射為129.20千卡每平方厘米，每年平均氣溫為8.6攝氏度，無霜期為165天，每年降水量為511毫米，崆峒區(qū)在黃土高原丘陵溝壑區(qū)，有嚴(yán)重的土壤流失和脆弱的生態(tài)環(huán)境。由于資源和環(huán)境的嚴(yán)格限制，以及低生活水平，崆峒區(qū)面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。 從2003年開始，崆峒區(qū)采取了“紅?！辈呗?，以家庭生產(chǎn)的沼氣、有機(jī)水果、蔬菜和由秸稈造紙作為

7、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體，最終形成一種“牛-沼氣-水果和蔬菜-秸稈循環(huán)利用”的發(fā)展模式。直到2009年，經(jīng)過7年的發(fā)展，牛肉飼養(yǎng)數(shù)量達(dá)到300000頭，沼氣用戶達(dá)到20000戶，水果和蔬菜產(chǎn)量分別達(dá)到69466噸和250732噸。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式相比，在2009年燃煤減少15597.54噸標(biāo)準(zhǔn)煤；二氧化碳排放量減少了2164400噸，氮肥磷肥和鉀肥的用量由于農(nóng)田有機(jī)肥利用率的降低，分別減少了99600/53100/33200噸；秸稈回收率達(dá)到180900噸。因此，良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益得以實現(xiàn)。但是，仍然有很多的負(fù)面影響，如較低的秸稈回收率，沼氣不完全利用產(chǎn)生的CDU2（牛糞和尿液）污染和排放。尤其是

8、近些年大規(guī)模的肉牛屠宰、不穩(wěn)定的沼氣生產(chǎn)以及其他的關(guān)鍵問題都有可能在將來造成資源枯竭和嚴(yán)重的二次污染，并導(dǎo)致系統(tǒng)面臨不可持續(xù)發(fā)展的潛在危害。3、 方法和模型描述 3.1 目標(biāo)和模型要求生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)帶來了很多好處。然而，也有一些負(fù)面影響和潛在危害。因此，它急需我們建立一種系統(tǒng)分析模型來分析這種危害和消極影響的原因，明確限制及影響因素并為減少負(fù)面影響提供改進(jìn)政策，增強(qiáng)積極影響和促進(jìn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，這就要求這個模型的建立能夠動態(tài)并定量的模擬系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，能夠反映工業(yè)發(fā)展模式和整體效果之間的相互作用；可以為制定改善措施提供關(guān)鍵的影響因素；可以測試改善效果來確定改進(jìn)政策的可行性和有

9、效性。3.2、系統(tǒng)動力學(xué)方法 根據(jù)以上目標(biāo)和要求，我們運用系統(tǒng)動力學(xué)方法來建立一種生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)分析模型。這種系統(tǒng)動力學(xué)方法是由麻省理工學(xué)院的福雷斯特教授在1950中期創(chuàng)建的（福雷斯特，1958）。經(jīng)過幾十年的發(fā)展與提高，這種系統(tǒng)動力學(xué)模型已經(jīng)廣泛用于經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)和很多復(fù)雜系統(tǒng)的研究（chang等人，2008；王和張，2001年）。這種系統(tǒng)模型能夠揭示系統(tǒng)的動態(tài)變化、反饋、延遲系統(tǒng)的其他過程，同時它的特性是可定量化和可控性。因此，他在分析、改進(jìn)、以及管理系統(tǒng)的較長的開發(fā)周期以及復(fù)雜的反饋效果方面擁有截然不同的優(yōu)勢。（tao，2010）。因此，該系統(tǒng)的動力學(xué)方法在我們的研究領(lǐng)域符合模型的要求。

10、 3.3、模型的邏輯框架崆峒縣的生態(tài)模型系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成：農(nóng)業(yè)、效應(yīng)和政策。農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)主要由肉牛飼養(yǎng)，沼氣的生產(chǎn)和利用，農(nóng)作物，水果和蔬菜的種植組成。這形成了一個循環(huán)型產(chǎn)業(yè)鏈“肉牛-沼氣-作物，水果和蔬菜-稻草飼料（或紙） - 肉?！?。這種農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)的運行形成了一些積極影響（比如經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)量的增長）以及一些消極的影響（比如資源的消耗，污染以及溫室氣體的排放）。這些效應(yīng)構(gòu)成了“效應(yīng)子系統(tǒng)”，他可以通過影響生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會和其他因素與“農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)”相互抵消。例如，嚴(yán)重的污染可能造成生態(tài)退化甚至限制農(nóng)業(yè)發(fā)展。為了增加積極影響和減弱消極影響，決策者將根據(jù)“影響子系統(tǒng)”和“農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)”之間的相互作用制

11、定改善政策。這些政策構(gòu)成了“政策子系統(tǒng)”，它可以調(diào)整“效應(yīng)子系統(tǒng)”并最終促進(jìn)整個生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。（圖2）根據(jù)農(nóng)業(yè)、效應(yīng)和政策之間的相互影響，我們建立了一種名為“AEP-SD”（農(nóng)業(yè)-效應(yīng)-政策-動力學(xué)系統(tǒng)）的系統(tǒng)動力學(xué)模型。3.4、數(shù)據(jù)資源 這個模型中用的數(shù)據(jù)主要來自實地調(diào)查中的第一手資料，問卷調(diào)查和局部地區(qū)的面對面訪談，“2000-2009年平?jīng)鍪嗅轻伎h的統(tǒng)計年鑒”，和“2000-2009年平?jīng)鍪嗅轻伎h農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計報告”。模型中能量的轉(zhuǎn)化系數(shù)主要是以“中國能源統(tǒng)計年鑒”的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，秸稈和沼氣的燃燒產(chǎn)生的碳排放因素是基于“2006年ipcc（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）的

12、指導(dǎo)方針中國家溫室氣體排放清單”。根據(jù)當(dāng)?shù)仉姀S提供的測試結(jié)果顯示煤的熱值和碳排放系數(shù)分別為4933千卡/千克、1.9779.4、 AEP-SD的建模過程 4.1、循環(huán)圖 根據(jù)邏輯框架和物質(zhì)能量在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的流動，AEP-SD模型的循環(huán)圖被設(shè)計出來了。在該圖中，藍(lán)色的箭頭的生成路徑表明一些積極的效果，例如生態(tài)農(nóng)業(yè)輸出，二氧化碳排放減少等等；綠色箭頭的生產(chǎn)路徑表明一些消極的影響，比如能源消耗、污染排放等等；紅色箭頭的生產(chǎn)路徑表明系統(tǒng)改善政策中的計劃和實現(xiàn)的路徑。（圖3）4.2樹狀流動圖樹狀流動圖是AEP-SD模型的核心，同時是因果環(huán)流圖的量化和物化過程。在生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)2003至2008年實際數(shù)據(jù)

13、以及由樹狀流動圖建立的差分方程的基礎(chǔ)上，整個生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)被定量且動態(tài)的模擬（所有的功能和參數(shù)在附錄A和B分別列出（系統(tǒng)動力學(xué)軟件格式）。為了便于討論，將模型按照產(chǎn)業(yè)鏈分為四個部分。4.2.1 模塊一：肉牛的飼養(yǎng)和屠宰 這個模塊反映了牛的飼養(yǎng)、屠宰以及其它相關(guān)因素的變化。模型的這個模塊包括三級變量：小牛，成熟牛和市場牛。這些變量由四種效率的變量控制，同時，受其他22中輔助變量影響。（圖4.1） 在牛飼養(yǎng)鏈中，小牛被飼養(yǎng)成成熟牛并投入市場進(jìn)行屠宰。屠宰能力和牛市場數(shù)量，決定了肉牛的供求關(guān)系，進(jìn)而影響肉牛的購買價格和飼養(yǎng)利潤，利潤影響了農(nóng)民在增加肉牛數(shù)量的積極性，同時也決定繁殖率和小牛數(shù)量。這些過程

14、形成了一個消極的反饋鏈。另外，肉牛的整體數(shù)量決定秸稈飼料的需求，并影響秸稈飼料工業(yè)的上成工業(yè)發(fā)展?！癈DR”總體上影響下游沼氣的產(chǎn)量。 近幾年，崆峒縣的牛飼養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，由于政府對養(yǎng)牛戶和屠宰企業(yè)的財政支持和政策優(yōu)惠，導(dǎo)致肉牛繁殖率和屠宰數(shù)量持續(xù)上升。然而，屠宰企業(yè)數(shù)量少且規(guī)模小，且肉牛是由自己屠宰的，因此，屠宰率低于飼養(yǎng)率，肉牛的整體數(shù)量迅速上升。 直到2009年，肉牛的整體數(shù)量達(dá)到了310084頭，牛飼養(yǎng)利潤達(dá)到182.6百萬元,其排便總量達(dá)到2945800噸主要用于沼氣生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)施肥，牛骨的副產(chǎn)品達(dá)到14506.8噸，牛血和內(nèi)臟達(dá)到了38684.8噸。然而，由于不良的衛(wèi)生狀況和農(nóng)民低技

15、術(shù)的屠宰方法，這些副產(chǎn)品不能滿足生物制藥和食品的要求。因此他們不能被有效率的利用甚至當(dāng)垃圾丟掉，導(dǎo)致資源的大量浪費和生態(tài)污染，這都成為生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的消極影響。4.2.2模塊二：沼氣的生產(chǎn)和利用 這部分反映了甲烷的生產(chǎn)和利用，以及有機(jī)肥料的產(chǎn)生，和有機(jī)水果蔬菜的發(fā)展，同時他也是生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中產(chǎn)生積極效果的主要單元。模型的這個模塊包括 3級變量：沼氣存儲；沼氣漿料和殘渣的存儲；有機(jī)水果和蔬菜收入的增加量，9種速率變量（比如沼氣生產(chǎn)率）和25種輔助變量。（圖4.2）這該模型中，“應(yīng)用于沼氣生產(chǎn)的CDR比率“決定“沼氣產(chǎn)出率”?！罢託馐褂寐省胺从趁磕甑睦昧俊Ｔ?009年，沼氣的產(chǎn)量和消耗量分別達(dá)到了

16、7084640立方米和4959250立方米使得燃煤量減少15531.4噸。良好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益得以實現(xiàn)。然而，由于晝夜和季節(jié)溫度的差異，以及家庭生產(chǎn)的低科技設(shè)備，沼氣生產(chǎn)量和濃度是非常的不穩(wěn)定的，每年大約有30%的沼氣由于泄漏或者是不符合標(biāo)準(zhǔn)不能被利用。未使用沼氣的排放導(dǎo)致浪費和污染，這些在模型中通過“每年沼氣排放損失量”來計算。沼氣生產(chǎn)中未被利用的動物糞便和沼氣生產(chǎn)中的MSR除了一小部分被排出，其他的都作為有機(jī)肥料用于農(nóng)田。在2009年，“有機(jī)肥料總量”等同于99600噸氮肥、53100噸磷肥和33200噸鉀肥，替代了大量化肥的使用，同時他也為有機(jī)水果和蔬菜的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。然而，“農(nóng)民認(rèn)可

17、度”和“市場完善程度”限制了有機(jī)水果和蔬菜的發(fā)展。通過實地調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)80%的農(nóng)民不知道市場對有機(jī)水果和蔬菜的需求，同時也沒有形成有機(jī)水果和蔬菜的交易頻道，導(dǎo)致種植面積知道現(xiàn)在仍舊很小。（圖4.2）。4.2.3模塊3：作物生產(chǎn)和秸稈回收 這個模塊反映了作物的產(chǎn)量和秸稈回收。模型的這個模塊包括3級變量：“秸稈的存量”、“飼料存量”“廢水存量”以及8種變量速率 例如：秸稈利用率、和24種輔助變量（圖4.3）。 假設(shè)作物播種的面積不變，技術(shù)的普及度和進(jìn)步是作物、秸稈產(chǎn)量增加的主要推動力。崆峒縣的秸稈回收被用于造紙和飼料?！袄寐省睕Q定了紙和飼料的年產(chǎn)量。造紙產(chǎn)生的大量污水在處理后被重新利用，有一小

18、部分排放或蒸發(fā)出去。昂貴的污水處理限制了秸稈的購買價格更甚于秸稈利用率。秸稈被農(nóng)民作為燃料燃燒同時排放了大量的二氧化碳。4.2.4模塊4：能源結(jié)構(gòu)和碳排放這個模塊反映了不同種類生活能源的需求和消耗，以及崆峒縣農(nóng)村地區(qū)二氧化碳的排放。模型的這個模塊包括3級變量：“農(nóng)村總?cè)丝凇薄ⅰ半娔芸傆昧俊焙汀疤柲芷占熬G”5種變量率和28中輔助變量（圖4.4）。人口數(shù)量和崆峒區(qū)人均能源需求決定了總的能源需求。在運用生態(tài)模型之前崆峒縣的能源類型主要有：煤炭、電和秸稈?，F(xiàn)在，由于秸稈回收利用，沼氣的普及以及太陽能的利用，使得煤和秸稈的燃燒以及二氧化碳的排放都顯著地減少，能源消費結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。當(dāng)前，煤炭、電力、

19、沼氣、秸稈和太陽能成為主要的能源類型。根據(jù)模型假設(shè)（5），煤炭消耗是非煤炭能源消耗總量和能源總需求量之間的差值。、在該模型中，二氧化碳實際排放量是各種化石能源產(chǎn)生的二氧化碳排放量的總和，諸如煤炭、電力和秸稈之類的傳統(tǒng)能源造成的二氧化碳排放量與二氧化碳實際排放量的差值是減少的二氧化碳排放量，它可以用來衡量由生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式所帶來的二氧化碳減排所帶來的好處。4.3假設(shè)和模型的局限（1）模型中的肉牛是崆峒區(qū)及其周邊地區(qū)所有經(jīng)過特殊處理的“平凌紅牛”。（2）飼養(yǎng)區(qū)和屠宰企業(yè)都集中在崆峒區(qū)及周邊縣市，此外，其它城鎮(zhèn)的肉牛卻很少。因此，模型推測牛的價格是由當(dāng)?shù)毓?yīng)和屠宰決定的。該假設(shè)符合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況。（

20、3）該模型沒有考慮到由于緊急情況導(dǎo)致的肉牛數(shù)量突然改變，例如大規(guī)模的動物疾病。（4）根據(jù)中國的農(nóng)用地政策，一塊土地被占用，需要一塊該行政區(qū)內(nèi)相同面積的土地進(jìn)行補(bǔ)償。因此，該模型假設(shè)崆峒區(qū)的農(nóng)用地面積是不變的。（5）在當(dāng)?shù)厣钅茉粗?，煤具有最高的購買價格，該模型假設(shè)農(nóng)民會選擇一種相對較便宜的能源來代替煤。4.4模型測試和驗證 模型測試和驗證旨在于證明模型和進(jìn)行模型運用的信心的可靠性。 使用Vensim軟件中的“運行現(xiàn)實檢查”工具，我們輸入并運行“現(xiàn)實檢查功能“來檢查變量間的邏輯關(guān)系是否符合邏輯和現(xiàn)實。檢查結(jié)果可以自動輸出。例如，我們輸入的功能“狀態(tài)=?？倲?shù)=0，意思就是：沼氣能為0”來檢測在牛總

21、數(shù)為零的情況下沼氣能是否也為零。如果沼氣能為零，檢測結(jié)果就可以通過（因為沼氣是由牛的糞便產(chǎn)生的，沒有牛，是不能獲得沼氣能的）。測試表明，在假設(shè)情況下，“沼氣能”確實為零，模擬是正確的。用同樣的方法，我們檢查了模型中所有的變量。結(jié)果表明所有的實際檢查都可以通過。 此外，我們也做了一個模型的敏感性測試。我們運用“變化的自動模擬”工具，雖然在Vensim軟件中沒有進(jìn)行敏感性測試的特別工具。通過從最大到最小的改變各個參數(shù)值，我們測試相關(guān)變量的模擬結(jié)果是否符合邏輯。例如，我們將沼氣生產(chǎn)中CDU的使用比率的參數(shù)值從0到1進(jìn)行改變，然后加以模擬。當(dāng)參數(shù)值等于0（CDR完全未在沼氣生產(chǎn)中運用）時，“沼氣的存儲

22、量”、“沼氣燃燒的二氧化碳排放量”和其它沼氣的相關(guān)變量均為零；當(dāng)數(shù)值為1時（CDR完全用于沼氣的生產(chǎn)），“沼氣的存儲量”、“沼氣燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量”和其他沼氣相關(guān)變量都增加了大約十倍，區(qū)域二氧化碳排放量增加50%，在極端條件下根據(jù)系統(tǒng)的可能變化。而且，參數(shù)變化時相關(guān)變量的模擬趨勢并沒有改變，這就表明模型對相關(guān)變量的參數(shù)變化的響應(yīng)是敏銳的、符合邏輯的。以同樣的方法， 模型中所有的變量都進(jìn)行了測試，并通過了敏感性測試。5、 AEP-SD模型應(yīng)用的系統(tǒng)分析通過該模型，2009年至2050年間生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)下的企業(yè)可能的發(fā)展趨勢，在通常條件下，在崆峒縣被模擬和分析，這種仿真過程被稱為“趨勢”。5.

23、1 肉牛的飼養(yǎng)和屠宰 仿真結(jié)果顯示，由于稅收減免，將來，屠宰企業(yè)將會迅速發(fā)展，屠宰率將會快速上升并逐步超過肉牛的繁殖率。到2026年，肉牛的總數(shù)將會增加并達(dá)到頂峰392116頭，之后會快速下降。 2050年之后，牛的供應(yīng)量將會減少，屠宰率大大低于屠宰量 ，肉牛的總體數(shù)量將會穩(wěn)步小于100000，導(dǎo)致CDR的產(chǎn)量、秸稈的需求量、沼氣產(chǎn)業(yè)的下游、秸稈回收利用的上游的相應(yīng)減少。系統(tǒng)可能衰退。另外，如果屠宰方式?jīng)]有改變，將來，牛骨、牛血和其它副產(chǎn)品將會仍舊很難被完全利用，并造成巨大的浪費和污染。（圖5） 5.2沼氣的生產(chǎn)和利用 仿真結(jié)果顯示，隨著肉牛數(shù)量的變化，CDU總量上升然后減少，使得沼氣的年產(chǎn)量

24、逐步增加并在2026年達(dá)到峰值8958860立方米，然后逐步減少到少于2500000立方米。另外，如果農(nóng)戶生產(chǎn)方式?jīng)]有改變，很多MSR將會很難被完全利用，并由于落后的設(shè)備和操作不便和其它缺點導(dǎo)致污染。而且，每年將會有2百萬立方米的沼氣被直接釋放導(dǎo)致大量的浪費和污染，使得沼氣產(chǎn)業(yè)很難發(fā)展。2027之后，農(nóng)用地有機(jī)化肥的使用也會大量減少，導(dǎo)致有機(jī)農(nóng)業(yè)很難發(fā)展，并最終導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍舊取決于化學(xué)肥料。（圖6）。5.3谷物生產(chǎn)和秸稈回收未來，隨著旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及和進(jìn)步，作物產(chǎn)量和秸稈回收將會逐年增長，生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益將會不斷上升。然而，2009到2040年由于造紙業(yè)所形成的污水從2.33噸增長到5.4噸

25、，只有70%的污水被重復(fù)利用。較高的污水治理成本導(dǎo)致秸稈購買價格很難增長，也限制了秸稈的利用率。將來，崆峒縣的秸稈焚燒量將會不斷上升，2039年將會多于到50000噸。二氧化碳年排放量將超過77600噸。（圖7）5.4 能源結(jié)構(gòu)和二氧化碳排放 通過開發(fā)沼氣和太陽能，以及增加電力消耗比率，崆峒區(qū)的煤炭將會大大被節(jié)約。直到2036年，非煤能源利用將會達(dá)到52558.46噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能量成本和二氧化碳排放將會大量減少。直到2027年，二氧化碳排放減少量將達(dá)到32500噸。然而，隨著沼氣能的下降，能源結(jié)構(gòu)將會逐步恢復(fù)到碳的燃燒，減少的二氧化碳排放量在2028年之后將會逐漸增加，節(jié)能減排將不會繼續(xù)。（圖8

26、） 5.5 潛在危害和消極影響 基于預(yù)測和分析，一些潛在的危害和消極影響將會在崆峒區(qū)的生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)被明確。（1） 屠宰量快速增加并超過繁殖率，這可能導(dǎo)致當(dāng)?shù)厝馀?shù)量急劇減少，造成沼氣產(chǎn)量和有機(jī)農(nóng)業(yè)以及秸稈回收的下降，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的不可持續(xù)發(fā)展。另外，飼養(yǎng)戶在惡劣的衛(wèi)生環(huán)境下進(jìn)行收集、處理，可能導(dǎo)致副產(chǎn)品（如牛血）的浪費和排放污染。（2） 政府對家庭生產(chǎn)沼氣的補(bǔ)貼不利于先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)，導(dǎo)致沼氣生產(chǎn)的不穩(wěn)定和沼氣泄漏以及MSR污染物和其他消極影響。（3） 農(nóng)民沒有意識到有機(jī)農(nóng)業(yè)的效益，以及市場的不成熟，這些都限制了有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，并帶來了一些消極影響例如大量化肥的使用，有機(jī)肥的低利用率以及C

27、DU污染。（4） 污水治理技術(shù)的成本是高昂的，同時污水的重復(fù)利用率較低，限制了秸稈的購買價格，導(dǎo)致低效的秸稈回收率以及由于燃燒產(chǎn)生的大量的二氧化碳的排放。6、 改進(jìn)的政策和前景預(yù)測 通過AEP-SD模型，不僅企業(yè)的生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在通常情況下能夠模擬和分析，而且，系統(tǒng)的改進(jìn)政策可以根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行測試，然后可以模擬在執(zhí)行政策條件下綜合作用的改變，這樣來判斷政策的有效性，并最終確定調(diào)整政策的科學(xué)性和可行性。系統(tǒng)改進(jìn)政策可以在模型中對一些變量和功能進(jìn)行直接更改，同時提出一些新的變量和增加物質(zhì)流過程。這些變量在圖4中是由紅色箭頭和紅色框所表示的，并在附錄C中展示（VEISIM格式）。 6.1 關(guān)于牛飼養(yǎng)

28、和屠宰的改進(jìn)政策 改進(jìn)目標(biāo)是消除潛在危害，例如當(dāng)?shù)嘏?shù)量的急劇減少，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的消退，減少副產(chǎn)品如牛血的 浪費和污染。6.1.1 改善措施 （1）政府應(yīng)該停止扶持家庭養(yǎng)殖業(yè)，轉(zhuǎn)而支持40-50個大中型養(yǎng)殖業(yè)的建設(shè)。到2020年，區(qū)域內(nèi)超過95%的牛應(yīng)該被集中在養(yǎng)牛場，農(nóng)民應(yīng)該在養(yǎng)牛場或農(nóng)產(chǎn)工作。（2）政府應(yīng)該取消財政補(bǔ)貼，直到養(yǎng)牛場建成，然后實施5年的稅收優(yōu)惠政策；（3）政府需要建設(shè)畜牧業(yè)的交易市場和物流中心。6.1.2 模型調(diào)整 模型中新增加的變量“牛場建設(shè)”表示牛場建設(shè)進(jìn)度。牛場的增加使得牛場養(yǎng)殖變得更加的科學(xué)化和有效化，從而減少了“除飼料外的成本花費”。根據(jù)實地調(diào)查，農(nóng)場的“除飼料外的

29、成本花費”在農(nóng)場建設(shè)中比家庭飼養(yǎng)要低5.5-10.5。因此，到2020年，每頭牛的平均飼養(yǎng)成本將會至少降低5%，繁殖率增加11.52%；同時，稅收調(diào)控政策能使“屠宰能力“的增長速度在2020年之前降低13.165%，之后到2050年再平穩(wěn)上升，是“出欄率”和“屠宰率”保持長期平衡，牛的整體數(shù)量持續(xù)上升。交易市場和物流中心的建立可能吸引了很多“其他地區(qū)牛相關(guān)企業(yè)”大大緩解了當(dāng)?shù)毓┡毫Α?此外，通過牛場和牛屠宰企業(yè)間的合作，所有的肉牛都可以在屠宰期內(nèi)屠宰，衛(wèi)生條件和處理能力都可以大大的提高，使得牛骨和牛血得到綜合應(yīng)用，生物醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成為可能，消除了副產(chǎn)品的浪費和污染，并創(chuàng)造了新的價值。6.1

30、.3 改善效果的預(yù)測模擬結(jié)果顯示，到2050年，平均飼料成本將會減少13%，繁殖率將會上升129%；屠宰率和繁殖率將會保持基本平衡，?？偭繉€(wěn)步增長到772932頭，到2050年，牛屠宰數(shù)將會高于290000頭，避免了可能產(chǎn)生的牛品種急劇降低的壞的生態(tài)結(jié)果。（圖9）6.2 關(guān)于沼氣生產(chǎn)和綜合利用的改進(jìn)政策 改進(jìn)的目標(biāo)是提高沼氣生產(chǎn)的穩(wěn)定性和減少沼氣、CDR和MSR泄漏污染，促進(jìn)有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和減少化學(xué)肥料的使用。6.2.1 改善措施（1） 政府應(yīng)該停止補(bǔ)貼家用沼氣池建設(shè)，轉(zhuǎn)而對牛肉養(yǎng)殖場集中建設(shè)進(jìn)行補(bǔ)貼，然后埋設(shè)沼氣運輸管線。到2020年，政府應(yīng)該完成覆蓋農(nóng)村沼氣供應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)。（2）農(nóng)業(yè)管

31、理部門建立貿(mào)易融資市場以及為有機(jī)水果和蔬菜構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)銷售平臺。（3）應(yīng)為建立對農(nóng)民進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和有機(jī)產(chǎn)品宣傳的特定部門，來提高農(nóng)民對有機(jī)農(nóng)業(yè)的認(rèn)識水平。6.2.2模型的變更 模型中新增的變量“大、中型沼氣池建設(shè)”表示建設(shè)速度。先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)在大型沼氣池建設(shè)中能夠消除季節(jié)溫差，確保沼氣生產(chǎn)、供應(yīng)的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為農(nóng)戶的利用帶來方便和安全，同時是MSR、CDU得到集中處理，這可能是“沼氣生產(chǎn)中CDU利用比例”、“沼氣利用率”以及“MSR利用率”逐步上升接近100%。另外，所有的CDU都被轉(zhuǎn)化為MSR，MSR的綜合應(yīng)用不僅能夠提高繁殖能力，而且可以用于浸種和病蟲害防治，提高“農(nóng)業(yè)技術(shù)因素”4

32、.51-22.3%，大大的促進(jìn)了作物水果和蔬菜產(chǎn)量的增加。建立和運行交易市場以及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)可能逐步改善“市場成熟度”“農(nóng)民認(rèn)知度”以及“廠房面積比”。6.2.3 改善效果預(yù)測 模擬結(jié)果顯示，到2020年，每年的沼氣產(chǎn)量將達(dá)到55385800立方米，相當(dāng)于173457噸標(biāo)準(zhǔn)煤；2041年之后，沼氣年產(chǎn)量將會逐步增加到300百萬立方米，相當(dāng)于929540噸標(biāo)準(zhǔn)煤，到2021年，沼氣損失將會減少到851600立方米，大約是農(nóng)戶生產(chǎn)損失量的30%，到2030年，沼氣排放污染將會逐步消除。 在有機(jī)水果和蔬菜市場的早期發(fā)展階段，農(nóng)民對有機(jī)農(nóng)業(yè)的認(rèn)知大大落后于市場成熟度。然而，到2022年當(dāng)市場的成熟度達(dá)到0

33、.827，有機(jī)產(chǎn)品可以獲得更高收入的信息可能會很快傳播。然后，有機(jī)農(nóng)業(yè)可能會被快速接受，在2028年農(nóng)民的認(rèn)可最終符合市場成熟度。到那時，有機(jī)水果和蔬菜的種植面積可能擴(kuò)大到7598英畝；收入增量將達(dá)到140.036百萬；MSR形成的有機(jī)肥用于農(nóng)田的量可能將達(dá)到4422380噸，是通常情況下的30倍左右。在2035年之后，他可能達(dá)到5500000噸以上，這相當(dāng)于330000噸的氮肥、170000噸的磷肥、110000噸的鉀肥，大大的減少了整個區(qū)域的化學(xué)肥料施用量。（圖10） 6.3 關(guān)于能源、碳排放、秸稈回收的改進(jìn)措施改進(jìn)目標(biāo)是減少污水治理成本，改善造紙廠污水的回收利用率，以及增加秸稈的使用，減少秸稈燃燒，減少區(qū)域二氧化碳排放。6.3.1 改進(jìn)措施 （1）政府應(yīng)該提供低利率的貸款來鼓勵造紙行業(yè)引進(jìn)相關(guān)黑水制肥技術(shù)。（2）政府應(yīng)提供土地優(yōu)先使用權(quán)，來幫助牛場建立由微生物發(fā)酵飼料的加工廠。（3）政府應(yīng)推廣新能源，和補(bǔ)貼沼氣能發(fā)電和太陽能發(fā)電。 6.3.2模型變化通過低利率貸款，造紙廠可以引進(jìn)專門的技術(shù)和設(shè)備，來將造紙中產(chǎn)生的黑