基于BP 濾波下的我國(guó)苜蓿草進(jìn)口數(shù)量增長(zhǎng)分析

徐惠榮，劉亞釗，2*

（1. 北京農(nóng)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 102206 ；2. 北京新農(nóng)村建設(shè)研究基地，北京 102206）

苜蓿是奶牛的優(yōu)質(zhì)飼料，可增強(qiáng)奶牛身體體質(zhì)、提高奶牛單產(chǎn)水平與生鮮乳蛋白含量[1-2]。優(yōu)質(zhì)苜蓿作為奶牛的日糧可增加奶業(yè)生產(chǎn)效益，對(duì)奶牛產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要作用。我國(guó)養(yǎng)殖場(chǎng)飼喂國(guó)產(chǎn)苜蓿的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于進(jìn)口苜蓿[3-4]，且由于國(guó)產(chǎn)苜蓿供不應(yīng)求、供需失衡，我國(guó)開始進(jìn)口國(guó)外優(yōu)質(zhì)苜蓿[5-6]。隨著國(guó)內(nèi)畜牧業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求不斷增加，我國(guó)進(jìn)口苜蓿數(shù)量正不斷提高，進(jìn)而促進(jìn)了優(yōu)質(zhì)生鮮乳的產(chǎn)出，保障奶牛業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[7-9]。

2010年，國(guó)內(nèi)學(xué)者開始利用BP濾波法研究經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，如何佳霖等[10]研究了海洋經(jīng)濟(jì)周期；蔣迪娜[11]研究了海運(yùn)價(jià)指數(shù)（BDI）周期性問(wèn)題。2015年，國(guó)內(nèi)學(xué)者開始利用BP濾波法研究農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量問(wèn)題，如王桂芝等[12]研究糧食產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)，實(shí)用性強(qiáng)。2017年，李琳玉[13]運(yùn)用BP濾波研究農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格特征，研究我國(guó)牧草、草種進(jìn)出口的短期趨勢(shì)和周期波動(dòng)。基于此，本研究結(jié)合我國(guó)苜蓿發(fā)展情況，參考影響我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量變化的因素，采用BP濾波法，研究2008—2021年期間我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量的波動(dòng)特征與周期劃分情況，得出相應(yīng)結(jié)論，提出可行對(duì)策。

1 材料與方法

1.1 選取數(shù)據(jù)

本文選取2008—2021 年我國(guó)苜蓿草進(jìn)口數(shù)量（quantity of imported alfalfa grass，QIA）的月度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源荷斯坦網(wǎng)（http://www.hesitan.com/）。

1.2 試驗(yàn)方法

采用Census X-12季節(jié)調(diào)整乘法模型處理原始月度數(shù)據(jù)，得到原始時(shí)間序列的循環(huán)趨勢(shì)序列、季節(jié)性序列與不規(guī)則序列；通過(guò)BP濾波法處理循環(huán)趨勢(shì)序列，經(jīng)過(guò)濾波分解得到循環(huán)序列與趨勢(shì)序列，分析兩種序列的波動(dòng)特征得出結(jié)果。

原始月度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，利用BP 濾波對(duì)循環(huán)趨勢(shì)時(shí)間序列Yt的循環(huán)成分進(jìn)行分析，分解得到趨勢(shì)時(shí)間序列Tt和循環(huán)時(shí)間序列Ct，即保留循環(huán)要素，剔除其他的高頻要素與低頻趨勢(shì)要素，見公式（1）[10-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 原始數(shù)據(jù)分析（見圖1、表1）

選取我國(guó)2008年1月—2021年10月苜蓿草進(jìn)口數(shù)量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀分析。

由圖1 可知，自2008 年起，我國(guó)苜蓿草進(jìn)口數(shù)量開始增長(zhǎng)，隨時(shí)間在波動(dòng)中增長(zhǎng)。自2008 年1 月起至2011 年8 月，苜蓿進(jìn)口增長(zhǎng)速度緩慢，幅度波動(dòng)非常小。2011 年9月至2015年4月，苜蓿進(jìn)口增長(zhǎng)速度稍有加快，幅度波動(dòng)開始增多。自2015年5月至2019年3月，苜蓿進(jìn)口增長(zhǎng)速度稍快，幅度波動(dòng)較多。2019年4月至2021年10月，苜蓿進(jìn)口增長(zhǎng)速度開始下降。

圖1 2008—2021年苜蓿進(jìn)口數(shù)量Fig.1 Imports of alfalfa grass from 2008 to 2021

本文結(jié)合國(guó)產(chǎn)苜蓿生產(chǎn)發(fā)展、我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)與奶業(yè)對(duì)苜蓿需求情況與我國(guó)發(fā)生的事件等主要情況，凝練出主要影響因素，見表1。

表1 各年份的主要影響因素Tab.1 Main influencing factors in each year

2.2 BP濾波分析

2.2.1 選擇BP濾波模型（見圖2、圖3）

因選取了調(diào)整后的月度數(shù)據(jù)，故需要對(duì)BP 濾波模型進(jìn)行選擇。為得到較好的濾波效果，根據(jù)模型結(jié)果應(yīng)盡可能地選擇較小的n值。因此，lead/lags取18，low取12，high取166[10-11]。

由圖2、圖3可知，當(dāng)n=12時(shí)，頻域的實(shí)際值偏離稍大；當(dāng)n=18 時(shí)，實(shí)際值偏離度小于n=12。因此，選擇n=18 時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)序列圖。

圖2 循環(huán)趨勢(shì)序列的時(shí)域與頻域帶通濾波結(jié)果（n=12）Fig.2 Band-pass filtering results in time domain and frequency domain of cyclic trend sequence (n=12)

由圖3可知，BP濾波后的循環(huán)序列選取影響最大的周期序列，BP濾波的頻譜出現(xiàn)明顯的高峰期，其中高峰期為BP濾波主要周期；結(jié)果表明，BP濾波后的頻譜圖涵蓋了大部分低頻分量，濾除高頻分量。即保留了循環(huán)要素，濾除低頻的趨勢(shì)要素與其他的高頻波動(dòng)要素[10-11]。

2.2.2 BP濾波分析的增長(zhǎng)趨勢(shì)情況（見表2）

由圖3 可知，曲線Non-cyclical 的趨勢(shì)變動(dòng)平滑度較差，曲線小幅波動(dòng)較多，進(jìn)口數(shù)量長(zhǎng)期保持在25 000 t 以上，2016—2020 年短期趨勢(shì)維持在約112 500 t，曲線趨勢(shì)隨時(shí)間在波動(dòng)中增長(zhǎng)。其中，曲線Non-cyclical波動(dòng)較多，曲線不平滑，無(wú)法根據(jù)曲線斜率判定具體的增長(zhǎng)速度。

圖3 循環(huán)趨勢(shì)序列的時(shí)域與頻域帶通濾波結(jié)果（n=18）Fig.3 Band-pass filtering results in time domain and frequency domain of cyclic trend sequence (n=18)

曲線Non-cyclical 代表的是分解的趨勢(shì)成分，通過(guò)比較趨勢(shì)曲線Non-cyclical 與循環(huán)趨勢(shì)曲線IQA_TC 的增長(zhǎng)趨勢(shì)波動(dòng)，得到BP濾波的增長(zhǎng)趨勢(shì)情況。由于BP選取的是主要周期序列，故趨勢(shì)增長(zhǎng)情況中存在無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)，可能分析結(jié)論不周全。

由表2可知，BP濾波的增長(zhǎng)趨勢(shì)情況按照年份劃分包括3 部分，主要為2 部分，其中無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)階段部分屬于BP 濾波去除部分。在輕緩增長(zhǎng)階段中，我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量持續(xù)近4年的緩慢增長(zhǎng)狀態(tài)；2011—2012年存在臺(tái)階式增長(zhǎng)，可能受到了我國(guó)奶牛業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求因素影響，加快了我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量的增長(zhǎng)速度；在浮動(dòng)增長(zhǎng)階段中，我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量持續(xù)長(zhǎng)達(dá)6 年的快速增長(zhǎng)狀態(tài)，2015—2016年呈轉(zhuǎn)折式增長(zhǎng)，可能受到了國(guó)產(chǎn)苜蓿供大于求因素影響，遏制了苜蓿進(jìn)口數(shù)量的增長(zhǎng)速度。

表2 BP濾波分析的增長(zhǎng)趨勢(shì)情況Tab.2 Trend growth in BP-filtering analysis

綜上所述，增長(zhǎng)曲線處于波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中2013—2014年存在跨階段式增長(zhǎng)，可能受到了我國(guó)消費(fèi)者對(duì)乳制品數(shù)量與品質(zhì)的需求因素影響，加速了我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量的增長(zhǎng)。

2.2.3 周期分析（見圖4、表3）

為得到真實(shí)的偏離率，需要對(duì)循環(huán)時(shí)間序列l(wèi)nIQA_Ct與趨勢(shì)時(shí)間序列l(wèi)nIQA_Tt進(jìn)行比值處理，得到偏離程度（DODt），見公式（2）。

BP濾波的周期劃分采用波谷-波谷模式，偏離率以大于3%為準(zhǔn)，得到DODt的偏離率曲線圖。

由圖4 可知，偏離曲線存在周期性波動(dòng)；其中，2009—2011年間的曲線上下波動(dòng)幅度大，出現(xiàn)7.2%的最大峰谷差；2012—2017 年間的曲線波動(dòng)次數(shù)較頻繁、波動(dòng)間隔逐漸變大、中間出現(xiàn)平緩曲線，出現(xiàn)4%的最小峰谷差；2017—2020年間的曲線上下波動(dòng)幅度較大，出現(xiàn)5.2%的較大峰谷差。整個(gè)偏離曲線的波動(dòng)周期長(zhǎng)、周期次數(shù)少、偏離程度小、波動(dòng)特征少。周期曲線呈先降后增的趨勢(shì)，表明周期幅度波動(dòng)出現(xiàn)從大到小再到大進(jìn)行變化。

圖4 BP濾波分析的偏離率Fig.4 Deviation degree in BP-filtering analysis

由表3可知，存在2個(gè)完整周期與2個(gè)不完整周期，其中一個(gè)完整周期持續(xù)40～55 個(gè)月，波動(dòng)周期約為4 年；4 個(gè)周期按時(shí)間排序的偏離程度依次呈現(xiàn)，周期幅度呈先降后增的波動(dòng)特征，說(shuō)明我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量未來(lái)將會(huì)持續(xù)增加。從完整周期來(lái)看，完整周期的影響因素更為重要，其中第1 個(gè)周期存在4% 的最小峰谷差，說(shuō)明2011 年的養(yǎng)殖業(yè)對(duì)苜蓿的需求因素、2012年的奶牛業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求因素、2013 年的原奶質(zhì)量不足因素與2014 年的消費(fèi)者對(duì)乳制品數(shù)量與品質(zhì)的需求因素，上述4個(gè)因素是我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量增長(zhǎng)的主要因素。

表3 BP濾波分析的周期劃分Tab.3 Cycle division BP-filtering analysis

3 討論

BP 濾波的增長(zhǎng)趨勢(shì)情況結(jié)果表明，曲線Non-cyclical波動(dòng)較多，曲線不平滑，進(jìn)口數(shù)量長(zhǎng)期保持在25 000 t 以上，2016—2020年短期趨勢(shì)維持約為112 500 t。我國(guó)奶牛業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求因素與消費(fèi)者對(duì)乳制品數(shù)量與品質(zhì)的需求因素促進(jìn)我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量明顯增長(zhǎng)。BP濾波的周期劃分結(jié)果表明，苜蓿草進(jìn)口數(shù)量存在周期性波動(dòng)，苜蓿草進(jìn)口數(shù)量周期約4年；養(yǎng)殖業(yè)對(duì)苜蓿的需求、奶牛業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求、原奶質(zhì)量不足、消費(fèi)者對(duì)乳制品數(shù)量與品質(zhì)的需求因素等4個(gè)因素是我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量增長(zhǎng)的內(nèi)在因素。周期曲線呈先降后增的趨勢(shì)，波動(dòng)幅度變化為由大到小再到大；預(yù)測(cè)整體周期波動(dòng)將在2019—2022年呈下降趨勢(shì)，2023—2026年呈上升趨勢(shì)，其中2022年的苜蓿草進(jìn)口數(shù)量將繼續(xù)上升。

綜上所述，促進(jìn)我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量增長(zhǎng)的2 個(gè)主要因素是我國(guó)奶牛業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求以及消費(fèi)者對(duì)乳制品數(shù)量與品質(zhì)的需求。未來(lái)我國(guó)苜蓿進(jìn)口數(shù)量繼續(xù)增加。

4 結(jié)論

我國(guó)需要根據(jù)增長(zhǎng)趨勢(shì)與周期波動(dòng)情況，合理進(jìn)口國(guó)外優(yōu)質(zhì)苜蓿，制定每4年一周期的市場(chǎng)交易法規(guī)，避免因外觀因素導(dǎo)致苜蓿進(jìn)口受阻，導(dǎo)致養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展遲緩；根據(jù)苜蓿進(jìn)口周期曲線先降后增的趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來(lái)苜蓿進(jìn)口狀況，關(guān)注國(guó)產(chǎn)苜蓿市場(chǎng)情勢(shì)，避免未知風(fēng)險(xiǎn)，減少因苜蓿進(jìn)口受阻影響?zhàn)B殖業(yè)發(fā)展。

針對(duì)奶牛業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求與消費(fèi)者對(duì)乳制品數(shù)量與品質(zhì)的需求等2個(gè)因素，我國(guó)需要制定國(guó)產(chǎn)苜蓿質(zhì)量品級(jí)，增加優(yōu)質(zhì)苜蓿種植面積，提供苜蓿種植戶高科技育種技術(shù)，增加優(yōu)質(zhì)苜蓿種苗存活率，選擇合適的苜蓿收割時(shí)間與收割方式，采摘優(yōu)質(zhì)苜蓿，保證苜蓿蛋白含量達(dá)標(biāo)；需要選取適宜的苜蓿干草制作打包方式和合理的苜蓿運(yùn)輸包裝，減少苜蓿干草營(yíng)養(yǎng)流失，提高國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)苜蓿產(chǎn)量；根據(jù)我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)的苜蓿需求量，國(guó)產(chǎn)苜蓿無(wú)法滿足時(shí)，選擇合適地區(qū)進(jìn)口國(guó)外優(yōu)質(zhì)苜蓿，以滿足養(yǎng)殖業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)苜蓿的高需求量。