基于增強回歸樹的畜禽養殖業減污增效供給側改革分析

王迪　王明新　錢中平　祝孔亮

摘要：采用增強回歸樹（boosting regression tree，簡稱BRT）方法分析了2012—2015年我國除港澳臺之外畜禽養殖業排污強度省際差異的影響因素及其貢獻率，在此基礎上討論了我國畜禽養殖業減污增效的供給側改革對策。結果表明，目前我國華北地區、黑龍江、遼寧、寧夏、山東、上海、廣東、浙江和河南等地的畜禽養殖業排污強度較高，是畜禽養殖業減污增效的關鍵地區；畜禽養殖業排污強度總體上隨著生豬飼養規模和奶業比重的增加而增大，隨著牧業比重和氨氮/總氮比值的增加而降低，隨著奶牛飼養規模、生豬比重、化學需氧量（簡稱COD）/氨氮比值和農牧比值等的增大呈先增大后降低趨勢。東部沿海地區應重點推進規模化生豬養殖場向生態化和零排放轉型；西北牧業、半牧區應充分挖掘優質牧草的生產潛力，做到以草定畜、草畜平衡，從而實現糞污的循環利用；東北和華北糧食主產區應突出農牧結合、以地定畜，優化養殖場空間布局便于糞污無害化處理與就地還田。

關鍵詞：畜禽養殖業；增強回歸樹方法；排污強度；供給側改革；減污增效措施；省際差異

中圖分類號： F062.2；F326.3 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）19-0112-05

收稿日期：2017-08-22

基金項目：教育部人文社會科學研究規劃基金（編號：14YJAZH078）；江蘇省政策引導類計劃（編號：BY2015027-08）；江蘇省高校“青藍工程”學術帶頭人培養對象資助項目。

作者簡介：王 迪（1982—），女，河南南陽人，碩士，講師，主要從事農業、資源與環境經濟學研究。E-mail：wendywang19822000@163.com。

通信作者：王明新，博士，教授，主要從事環境模擬、評價與修復研究。E-mail：wmxcau@163.com。 近20年來我國畜牧業得到了持續穩定的發展，畜牧業總產值從1996年的0.63萬億元上升到2015年的2.98萬億元，年增長率為6.43%，為保障城鄉肉蛋奶供應、繁榮農村經濟作出了重大貢獻，但同時也引發了嚴重的環境污染問題。畜禽養殖糞便和污水中含有大量的耗氧類有機物和氮、磷等營養物質，排入水體后會使水生生物過度繁殖、溶解氧含量急劇下降，容易引發富營養化問題。2015年我國畜禽養殖業排放的廢水中化學需氧量（簡稱COD）和氨氮的排放量分別為10.16×106 t、5.52×105 t，分別是當年工業源排放量的3.46、2.54倍，可見畜禽養殖業已超過工業成為現階段我國水體污染物的主要來源。

2017年中央一號文件《關于深入推進農業供給側結構性改革加快培育農業農村發展新動能的若干意見》指出，農業的主要矛盾由總量不足轉變為結構性矛盾，突出表現為階段性供過于求和供給不足并存，矛盾的主要方面在供給側。我國畜禽產品供需進入了總量基本平衡、階段性過剩與結構性問題并存的新階段，高污染已成為我國許多地區畜禽養殖業持續發展的短板問題[1]。通過供給側改革“補短板”實現增效減污，促進畜禽養殖業由主要滿足量的需求的粗放式發展模式向更加注重滿足質的需求的綠色生態可持續發展模式轉變，是畜禽養殖業污染治理和可持續發展的重要途徑。畜禽養殖業污染負荷可以分解為產值與單位產值排污量的乘積。為保障“菜籃子”供應和農村經濟發展，畜禽養殖業產值仍須繼續增長，因此控制畜禽養殖業單位產值的排污量即排污強度是面向減污增效的畜禽養殖業供給側改革的關鍵。

目前農業供給側改革得到了大量的研究，主要集中在供給側改革的背景、意義、內涵、難點、方向、政策解讀、路徑選擇、推進措施等方面[2-6]。但多數研究為定性研究，很少開展定量分析；通常是關注農業整體的供給側改革，很少聚焦于畜禽養殖業；大部分是對“去庫存、降成本、補短板”等供給側理論內涵的演繹，很少從生態環境視角進行專題研究。在畜禽養殖污染方面，由于我國國家統計部門自2012年以后才開始發布畜禽養殖業污染物排放量數據，因此大量研究側重關注畜禽糞便產生量、農田糞污負荷及其時空特征等，并在此基礎上分析畜禽養殖業污染防治策略，而未能根據實際排污狀況進行深入分析[7-10]。也有學者對畜禽養殖業供給側改革進行了初步研究，但未關注其生態環境問題[1，10-11]。

本研究以畜禽養殖業單位產值的等標污染負荷來表示排污強度，以2012—2015年除港澳臺之外各省、自治區和直轄市為研究對象，采用增強回歸樹（boosting regression tree，簡稱BRT）方法分析畜禽養殖業排污強度的省際差異及其影響因素，在此基礎上探討畜禽養殖業供給側減污增效措施，旨在為各地區因地制宜制定畜禽養殖業供給側改革政策措施提供參考。

1 材料和方法

1.1 排污強度的計算方法

本研究納入計算的污染物為列入GB 18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》的COD、氨氮和總磷等3種，排污強度采用公式（1）計算：

PI=（∑3i=1PiSi）/Q。（1）

式中：PI為畜禽養殖業排污強度；Pi為第i種污染物排放量；Si為《畜禽養殖業污染物排放標準》中第i種污染物的排放標準限值；Q為畜牧業總產值。

1.2 排污強度影響因素的分析方法

1.2.1 分析方法 采用BRT分析畜禽養殖業排污強度與各影響因素和指標的關系，測算各因素和指標對畜禽養殖業排污強度省際差異的貢獻份額。BRT是基于分類回歸樹算法的一種自學習方法，能夠得出自變量對因變量的影響載荷，及其他自變量取均值或不變的情況下，該自變量與因變量的相互關系，并且輸出的因變量與自變量關系很直觀，結果容易理解，在國內外數據建模方面有較多的應用[11-14]。該方法在運算過程中多次隨機抽取一定量的數據，分析自變量對因變量的影響程度，剩余數據用來對擬合結果進行檢驗，對生成的多重回歸樹取均值并輸出，模型穩定性較高。BRT在處理不同數據格式時具有很大的靈活性，且對預測變量的獨立性無須作出事先假設，能夠適應復雜的非線性關系[15-16]。本研究中BRT分析在R語言中完成，參數設置時，學習速率設置為001，樹的復雜性設置為5。endprint

1.2.2 指標選擇 把影響畜禽養殖業排污強度的因素分解為布局因素、結構因素、規模因素和治理因素，反映各影響因素的指標及其選擇依據如下：

1.2.2.1 布局因素 布局因素主要體現在農牧結合狀況方面。根據養分循環利用的原理，畜牧業糞污中含有大量氮、磷等，它們是植物生長所必需的有機質和營養元素，大部分經適當處理可用作有機肥。然而，通過農牧結合辦法處理，1頭奶牛的糞污需要0.667 hm2地來承載[17]。如果養殖場規劃建設過程中沒有充分考慮周邊農地的配置，再加上有機肥生產企業存在運輸成本等問題，使得糞污難以就近消納于農田，往往未經妥善處理就隨意堆放，很容易因流失而造成污染。因此，本研究采用牧業比重（X11，%）、農牧比值（X12，無量綱）2個指標來反映布局因素的影響。

1.2.2.2 結構因素 畜禽養殖結構直接影響糞便的產生量，進而影響各省（市、區）畜禽糞便的污染結構。具體來說，畜禽養殖業排污強度主要與畜禽類型結構和單位畜禽糞污產生量有關。例如，畜禽類型結構方面，目前我國生豬飼養所占比重較大，2015年全國生豬飼養產值占牧業總產值的28.01%，有的省（市、區）甚至高達近70%；單位畜禽糞污產生量方面，奶牛的生命周期的糞便產生量可高達20.49 t/頭，遠大于生豬、肉牛和禽類等其他畜禽[17]。因此，生豬和奶牛養殖對畜禽養殖業排污強度可能存在較大的影響，本研究采用生豬比重（X21，%）和奶業比重（X22，%）2個因素來反映結構因素的影響。其中生豬比重為各省（市、區）生豬飼養產值占畜牧業總產值的比例，奶業比重為奶業產值占畜牧業總產值的比例。

1.2.2.3 規模因素 我國畜禽養殖業規模化發展較快，2016年我國畜禽養殖規模化率達到56%以上[1]。規模化經營是標準化生產的內在要求，有助于提高養殖場（戶）的生產管理水平和污染治理能力，但另一方面也容易造成農牧脫節，這主要是由于畜禽糞污的運輸半徑較小，規模化發展往往給糞污還田利用帶來困難，許多畜禽養殖場的糞污未經處理或簡單處理后就把污染物直接排放到環境中。目前大中型畜禽養殖場80%分布在人口集中、水系發達的大城市周邊和東部沿海地區，對環境構成嚴重的潛在威脅。本研究采用生豬飼養規模（X31，頭/場）和奶牛飼養規模（X32，頭/場）2個指標來反映養殖場（戶）規模因素的影響。其中生豬飼養規模為各省（市、區）生豬年末出欄數與生豬養殖場（戶）數的比值，奶牛飼養規模為奶牛年末存欄數與奶牛養殖場（戶）數的比值。

1.2.2.4 治理因素 目前我國畜禽養殖業糞污處理方式主要有生化處理、生態處理或生物-生態綜合處理，以生化處理尤其是厭氧發酵處理為主，大多數是進入化糞池或大中型沼氣工程進行厭氧發酵，附產物沼渣用于制取有機肥，沼液則直接還田或進行深度處理后達標排放，少數養殖場則采用發酵床生態養殖技術實現了糞污的零排放。厭氧處理方式對COD的去除率較高，但脫氮除磷效果不佳，厭氧好氧相結合的生化處理方式或生物-生態綜合處理方式則有較好的脫氮除磷效果[18-19]。因此本研究采用COD/氨氮比值（X41）和氨氮/總氮比值（X42）2個指標來反映治理因素的影響。

1.3 數據收集

由于我國統計部門從2012年才開始發布農業源污染物排放量統計數據，因此本研究的時段設定為2012—2015年，COD、氨氮和總磷排放量數據來自歷年的《中國環境年鑒》。農林牧漁總產值、畜牧業總產值、農業總產值、生豬養殖場和奶牛養殖場數量、生豬飼養產值、奶業產值、生豬出欄量、奶牛存欄量等來自歷年的《中國農業統計資料》或《中國畜牧獸醫年鑒》，其他指標采用以上指標計算得出，其中農林牧漁總產值和畜牧業總產值統一折算為2012年不變價以消除通貨膨脹的影響，各指標的統計值見表1。

2 結果與分析

2.1 我國畜禽養殖污染負荷、排污強度及其省際差異

我國2012—2015年各省（市、區）畜禽養殖業等標污染負荷和排污強度分別見圖1、圖2。畜禽養殖等標污染負荷年際變化總體上呈下降趨勢，等標污染負荷最大的省（市、區）包括山東、河南、河北、黑龍江、遼寧等，2015年這些省（市、區）等標污染負荷均在500億t以上，等標污染負荷小于50億t 的省（市、區）則有上海、西藏、貴州和青海。

由于等標污染負荷與畜禽養殖業總規模有關，因此采用排污強度可更好地反映畜禽養殖業的環境經濟效率。2012—2015年排污強度平均值為29.6～31.2 kg/元，其中華北、東北、西北和華東地區的排污強度總體較高，4年平均值分別為46.74、35.46、32.03、31.62 kg/元；排污強度較低的地區為西南，4年平均值僅為11.53 kg/元，其次是華南地區的 25.06 kg/元 和華中地區的27.76 kg/元。

2.2 畜禽養殖業排污強度與各影響因素的關系

采用BRT方法模擬畜禽養殖業排污強度與各影響因素之間的關系，結果見圖3。圖3中的曲線表示某指標在其他指標取均值時，該指標與畜禽養殖業排污強度之間的關系。

布局因素中，牧業比重對排污強度省際差異的貢獻率為13.0%。目前我國80%以上的省（市、區）牧業比重在 15%～20%之間，排污強度總體上隨著牧業比例的增加而下降，可見畜禽養殖業比重較大地區其排污強度反而有所下降，因此牧業比重較高并不意味著畜禽養殖污染就會較嚴重。目前我國80%以上的省（市、區）農牧比值在0.85～2.27之間，農牧比值對排污強度省際差異的貢獻率為9.0%，排污強度總體上隨著農牧比值的增加呈先升高后降低趨勢，在農牧比值為1.0～1.5時畜禽養殖排污強度最低。農牧比值在 2.0～2.5之間時畜禽養殖排污強度則達到了峰值，此類省（市、區）種植業比重較大而畜牧業比重較低，排污強度較大的原因主要是管理較為粗放，生產效率較低，減污增效的關鍵是提高生產效率。endprint