農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展動態(tài)模擬仿真與分析

許宇飛

（湖南涉外經(jīng)濟學(xué)院 管理學(xué)院，長沙 410205）

0 引言

隨著人們收入的不斷提高，居民的閑暇時間有所增加，對生活質(zhì)量有了更高的要求，休閑旅游成為很多人的選擇，從而給旅游業(yè)提供了良好的發(fā)展契機，此種情況下農(nóng)業(yè)旅游應(yīng)運而生并得到快速發(fā)展。農(nóng)業(yè)旅游的快速發(fā)展為地區(qū)經(jīng)濟做出重要貢獻，同時不可避免地產(chǎn)生一些生態(tài)環(huán)境破壞的現(xiàn)象，對經(jīng)濟社會的發(fā)展也造成一定的負面作用，因此旅游的可持續(xù)發(fā)展問題成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點話題。本文基于系統(tǒng)動力學(xué)原理對農(nóng)業(yè)旅游的可持續(xù)性進行研究，通過構(gòu)建系統(tǒng)動力模型設(shè)置相應(yīng)代理變量用我國宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行實證檢驗，設(shè)計不同的方案進行計算機模擬仿真并進行對比以期求出最佳方案，針對所存在的問題提出可操作性的政策建議。

1 模型構(gòu)建

系統(tǒng)動力學(xué)是研究復(fù)雜經(jīng)濟系統(tǒng)的定量分析法，該方法以控制論為基礎(chǔ)，借助現(xiàn)代計算機仿真技術(shù)對經(jīng)濟現(xiàn)象進行模擬，是系統(tǒng)論、控制論、決策論和信息論等理論的綜合運用。系統(tǒng)動力學(xué)方法通過分析歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)實經(jīng)驗等進行動態(tài)仿真模擬，對不同的設(shè)計方案進行對比研究力求達到人力、物力和財力的最佳使用效果。農(nóng)業(yè)旅游的可持續(xù)發(fā)展問題側(cè)重于研究農(nóng)業(yè)資源環(huán)境和經(jīng)濟社會之間的動態(tài)關(guān)系，需要構(gòu)建農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動力模型進行分析，涉及到人口、資源、經(jīng)濟、環(huán)境等不同系統(tǒng)之間的信息交換。農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)模型的基本過程主要包括以下幾個步驟：假設(shè)農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動力模型包括m個狀態(tài)變量x1、x2、…、xm，n個控制變量k1、k2、…、kn，h個輸出變量s1、s2、…、sh，其動力特征可用微分方程組表述如下：

相應(yīng)的輸出方程可以表述為：

sj=gj(x1，x2，…，xm;k1，k2，…，kn;t)(j=1，2，…，h)

狀態(tài)向量X、控制向量K和輸出向量S可以表述為如下形式：

則向量函數(shù)的形式可以表述為：

f(X,K,S)和g(X,K,S)

其中狀態(tài)方程為 f(X，K，S)，(X∈Rm，U∈Rn)，輸出方程為 g(X，K，S)，(S∈Rh)，系統(tǒng)方程的動態(tài)形式可以表述為：

根據(jù)上述構(gòu)建的農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力模型，可以找出相應(yīng)代理變量，設(shè)計不同的解決方案，用相應(yīng)數(shù)據(jù)代入方程進行計算機仿真求解，對不同方案的模擬結(jié)果進行對比分析，以期求出我國農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展的最優(yōu)化模式。農(nóng)業(yè)旅游的發(fā)展受多種因素的共同影響，處于一個包括人口、經(jīng)濟、環(huán)境、科技和資源等子系統(tǒng)的復(fù)雜的動力機制中，把農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游置于系統(tǒng)動力機制框架下，其表達形式可以表述為：

其中狀態(tài)方程為 fj(x1，x2，x3，x4，x5;t)(j=1，2，…，m)，輸出方程為 gj(x1，x2，x3，x4，x5;t)(j=1，2，…，m)，農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游發(fā)展的系統(tǒng)方程動態(tài)形式可以表述為：

該方程表示農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游在整個系統(tǒng)動力機制中的動態(tài)變化狀況，系統(tǒng)動態(tài)機制中任何一種因素的變化都會影響到整個系統(tǒng)的運行。

2 農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)性的系統(tǒng)動力學(xué)仿真

2.1 目標(biāo)子系統(tǒng)選取及系統(tǒng)模型構(gòu)建

根據(jù)農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展的動態(tài)要求，選取人口、經(jīng)濟、環(huán)境、科技和資源五個子系統(tǒng)，共包括約兩百個變量和若干個相應(yīng)參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)進行計算機動態(tài)仿真模擬最后確定如下五個子模型。

人口子系統(tǒng)。人口是整個模型中最終活躍的變量，農(nóng)業(yè)旅游的發(fā)展和消費都要靠人口，人口的增加是農(nóng)業(yè)旅游發(fā)展的基礎(chǔ)因素。在經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展的時期，人口呈指數(shù)型增長趨勢，對自然資源的需求量迅速擴大，給生態(tài)環(huán)境造成很大壓力，污染指數(shù)相應(yīng)提高。為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)旅游的可持續(xù)發(fā)展，需要大力發(fā)展教育事業(yè)，提高人口素質(zhì)，加大環(huán)境保護意識的宣傳，在農(nóng)業(yè)旅游開發(fā)和消費過程中樹立生態(tài)意識。人口子系統(tǒng)的統(tǒng)計模型設(shè)定如下：

RKt=α1ZYt+α2HJt+α3JYt+εt

其中RK表示人口變量，ZY表示人口對自然資源的需求量，HJ表示人口對生態(tài)環(huán)境造成的影響，JY表示人口的教育水平，α表示待估計參數(shù)，ε表示隨機擾動項。

經(jīng)濟子系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)旅游是建立在第一產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上的第三產(chǎn)業(yè)，地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展是農(nóng)業(yè)旅游的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有一定的物質(zhì)基礎(chǔ)作保障地區(qū)農(nóng)業(yè)旅游無從發(fā)展，經(jīng)濟的快速增長意味著資源能源的大量消耗，石油、礦產(chǎn)等不可再生資源將快速枯竭，最后將導(dǎo)致經(jīng)濟的停滯。只有轉(zhuǎn)換經(jīng)濟增長方式，節(jié)能減排，實現(xiàn)經(jīng)濟的集約式增長，才能保證農(nóng)業(yè)旅游的可持續(xù)性，因此經(jīng)濟增長要注重量的增加更要注重質(zhì)的提高。經(jīng)濟子系統(tǒng)的統(tǒng)計模型設(shè)定如下：

JJt=β1YCt+β2SCt+β3ZYt+β4HJt+τt

其中JJ表示經(jīng)濟變量，YC表示第一產(chǎn)業(yè)變量，SC表示第三產(chǎn)業(yè)變量，ZY表示經(jīng)濟發(fā)展對資源的消耗，HJ表示經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的影響，β表示待估計參數(shù)，τ表示隨機擾動項。

環(huán)境子系統(tǒng)。實現(xiàn)經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展是農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)的最本質(zhì)要求，生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存的場所，如果生態(tài)環(huán)境遭到破壞將會直接或間接影響人類的生存質(zhì)量。經(jīng)濟社會的發(fā)展也會為治理環(huán)境問題提供資金支持，為環(huán)境質(zhì)量的提高提供物質(zhì)保障，同時生態(tài)環(huán)境的保護還要依賴于環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，環(huán)保技術(shù)可以為環(huán)境質(zhì)量的提高提供技術(shù)支持，科技的發(fā)展也能促進生態(tài)環(huán)境的改善。子系統(tǒng)的統(tǒng)計模型設(shè)定如下：

HJt= λ1RKt+λ2JJt+λ3TZt+ λ4JSt+ γt

其中HJ表示環(huán)境變量，RK表示人口對環(huán)境的影響，JJ表示經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境的影響，TZ表示對生態(tài)環(huán)境治理進行的投資，JS表示治理生態(tài)環(huán)境的環(huán)保技術(shù)，λ表示待估計參數(shù)，γ表示隨機擾動項。

科技子系統(tǒng)。作為第一生產(chǎn)力的科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展中扮演重要角色，科技進步可以直接促進經(jīng)濟增長，經(jīng)濟增長可以為科技的進一步發(fā)展提供物質(zhì)支持。生態(tài)環(huán)境的保護也要受科技進步的影響，因此要想實現(xiàn)農(nóng)業(yè)旅游的可持續(xù)發(fā)展要不斷加大研發(fā)投入，大力發(fā)展環(huán)境友好型技術(shù)，培養(yǎng)高層次的科技人才，加速科技成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的步伐。

KJt=φ1RKt+φ2JJt+φ3TZt+φ4HJt+κt

其中KJ表示科技變量，RK表示人口增加對科技發(fā)展的影響，JJ表示經(jīng)濟發(fā)展中使用的科技，TZ表示對科技發(fā)展的投資，HJ表示環(huán)保技術(shù)，φ表示待估計參數(shù)，κ表示隨機擾動項。

資源子系統(tǒng)。資源是農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展的前提，經(jīng)濟的快速增長和資源的有限性存在對立統(tǒng)一關(guān)系，資源包括可再生和不可再生資源，可再生資源的利用要注重利用的周期和程度，不可再生資源更要節(jié)約使用，任何不合理的資源利用和資源浪費都不利于經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)旅游的發(fā)展是對自然資源的開發(fā)和利用，因此在大力發(fā)展農(nóng)業(yè)旅游的同時要注重資源的有效利用。

ZYt=ρ1RKt+ρ2JJt+ρ3KJt+υt

其中ZY表示資源變量，RK表示人口增加對資源的影響，JJ表示經(jīng)濟發(fā)展對資源的影響，KJ表示科技發(fā)展對資源的影響，ρ表示待估計參數(shù)，υ表示隨機擾動項。

2.2 變量選取及數(shù)據(jù)來源

基于以上目標(biāo)子系統(tǒng)的選取和設(shè)定，本文最終選定人口出生率（RK）作為人口子系統(tǒng)的代理變量，三次產(chǎn)業(yè)投資比（SC）和經(jīng)濟規(guī)模（GDP）作為經(jīng)濟子系統(tǒng)的代理變量，科技投資比例（KT）作為科技子系統(tǒng)的代理變量，生態(tài)農(nóng)業(yè)指標(biāo)（SN）作為資源子系統(tǒng)的代理變量，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量（SH）作為資源子系統(tǒng)的代理變量，各變量的含義及符號見表1所示。人口出生率（RK）、三次產(chǎn)業(yè)投資比（SC）、科技投資比例（KT）和經(jīng)濟規(guī)模（GDP）四個變量數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》，生態(tài)農(nóng)業(yè)指標(biāo)（SN）和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量（SH）兩個變量數(shù)據(jù)來源《中國生態(tài)環(huán)境發(fā)展報告》，系統(tǒng)動力學(xué)模型的仿真時間設(shè)定為1990～2020年，研究步長為一年。

表1 變量符號及含義

2.3 實證結(jié)果

根據(jù)研究需要本文設(shè)計3種不同方案，方案1的人口出生率設(shè)定為百分之一，三次產(chǎn)業(yè)的投資比例為0.25:0.35:0.40，方案2的人口出生率設(shè)定為百分之0.8，三次產(chǎn)業(yè)的投資比例為0.35:0.25:0.40，方案3的人口出生率設(shè)定為百分之0.8，三次產(chǎn)業(yè)的投資比例為0.30:0.25：0.45，具體設(shè)定數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)數(shù)據(jù)使用系統(tǒng)動力學(xué)分析方法把相應(yīng)變量進行計算機仿真模擬，三個不同方案的模擬結(jié)果見表2，表中列出了2005、2010、2015和2020年共四年的模擬數(shù)據(jù)。從表2可以看出，方案1是現(xiàn)有的經(jīng)濟發(fā)展模式，GDP呈現(xiàn)粗放型增長模式，雖然產(chǎn)出有較大增長，但是生態(tài)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重，違背了農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。方案2中第一產(chǎn)業(yè)的投入有所增加，同時科技投入也相應(yīng)增加，農(nóng)產(chǎn)品施藥量有所減少，出現(xiàn)了初步的生態(tài)農(nóng)業(yè)，在保持經(jīng)濟增長的前提下，生態(tài)環(huán)境也有一定改善。方案3加強了人口的控制，科技投資進一步增加，農(nóng)產(chǎn)品施藥量進一步下降，生態(tài)農(nóng)業(yè)特征更加明顯，以農(nóng)業(yè)旅游為龍頭的服務(wù)業(yè)是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的重要推動力，充分發(fā)揮了農(nóng)業(yè)自然資源的優(yōu)勢，工業(yè)的投資比例有所降低，經(jīng)濟實現(xiàn)了快速增長，生態(tài)環(huán)境指標(biāo)逐步提高，人們的生活質(zhì)量也提高一個檔次。經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部存在非常密切的聯(lián)系，投資規(guī)模的擴大促進了經(jīng)濟增長，科技研發(fā)投資的提高使生態(tài)環(huán)境得到一定改善，但環(huán)境質(zhì)量的提高程度有限，如果進一步增加科技投資對環(huán)境污染進行治理，則會影響經(jīng)濟增長速度。當(dāng)環(huán)境污染減少時，治污費用也會有所降低，有利于經(jīng)濟增長，科技投資的增加，不但可以提高環(huán)境友好型技術(shù)的研發(fā)水平，而且可以增加綠色國民生產(chǎn)總值的增加，因此只有使農(nóng)業(yè)旅游和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展才能實現(xiàn)可持續(xù)的“多贏”局面。

表2 農(nóng)業(yè)旅游系統(tǒng)動力學(xué)仿真結(jié)果

3 結(jié)論及建議

本文利用系統(tǒng)動力學(xué)原理對我國農(nóng)業(yè)旅游的可持續(xù)發(fā)展問題進行實證研究，通過構(gòu)建包含人口、經(jīng)濟、環(huán)境、科技和資源五要素的系統(tǒng)動力學(xué)模型，利用計算機進行反復(fù)模擬仿真最后選擇人口出生率、三次產(chǎn)業(yè)投資比、科技投資比例、生態(tài)農(nóng)業(yè)指標(biāo)、經(jīng)濟規(guī)模和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等六個代理變量，設(shè)計三種不同方案，對不同方案的模擬結(jié)果進行比較分析可以得到以下結(jié)論：（1）農(nóng)業(yè)旅游的發(fā)展必須以生態(tài)環(huán)境保護為前提，農(nóng)業(yè)旅游的可持續(xù)發(fā)展可以實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的有效利用，否則將會對生態(tài)環(huán)境保護造成很大壓力。只有通過提高人口素質(zhì)、增加環(huán)境友好型技術(shù)的研發(fā)投入、優(yōu)化三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高農(nóng)業(yè)資源利用率，才能減少環(huán)境污染給經(jīng)濟社會造成的損失，實現(xiàn)綠色國民生產(chǎn)總值的增加。（2）環(huán)境質(zhì)量的提高可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的進一步良性循環(huán)。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高不但可以降低經(jīng)濟社會的污染水平，而且可以提高人們生活水平，促進農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)旅游和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是農(nóng)業(yè)旅游可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

[1]Henghuer A K.Saysel Yaman Barlas,OrhanYenijun.Environmental Sustainability in An Agricultural Development Project:A System Dynamics Approach[J].Environment Management,2013,(4).

[2]王其藩.系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1994.

[3]江濤,袁健華,何林等.人口、經(jīng)濟與資源環(huán)境系統(tǒng)分析模型體系[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2012,(12).

[4]陳成棟,嚴(yán)光樂.我國水資源可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)模型研究[J].經(jīng)濟研究,2012,(2).

[5]馮海玉,王華為.區(qū)域人口資源環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展定量研究[J].中國環(huán)境科學(xué),2012,(5).