基于DPSIR 模型的牧草產品質量安全評價指標體系構建及應用

周夢鴿，李永華

（1.中國科學院地理科學與資源研究所，陸地表層格局與模擬重點實驗室，北京 100101；2.中國科學院大學，北京 100049）

近年來，隨著我國經濟發展，人民生活水平不斷提升，對健康營養的要求也不斷提高，居民膳食結構發生巨大變化。數據顯示，從1985 至2017 年，我國居民口糧消費量大幅下降，口糧消費在糧食消費結構中的占比從71.9%降低至27.3%；與此同時，肉、蛋、奶等動物性食品的年人均消費量增長3.8 倍，從15.2 kg 增至57.7 kg，而耗糧型的豬肉消費量在整個肉類消費中的占比從83%下降至62%，牛羊肉等草食家畜產品的消費比例則從7.8%增加至9.9%［1］。居民消費結構的變化導致飼草需求增大。為此，國家出臺了一系列政策方針來調整農業種植結構，擴大飼草種植。2016 年原農業部出臺的《全國種植業結構調整規劃（2016-2020）》中將飼草作物與糧食、棉花（Gossypium hirsutum）、油料、糖料和蔬菜等并列，構建了“糧-經-飼”三元結構的種植業。此外，多個部委接連下發《關于做好糧改飼試點工作的通知》（農財金函〔2015〕39 號）、《關于促進草牧業發展的指導意見》（農辦牧〔2016〕22 號）和《關于北方農牧交錯帶農業結構調整的指導意見》（農計發〔2016〕96 號），立足各區域的資源稟賦、生產特色和市場需求，為草牧業發展提供生產空間和科學指導［2-4］。

隨著國家政策的不斷推進，我國草牧業發展迅速。國家統計局數據顯示，2019 年我國擁有各類草地面積264530.1 千hm2，主要分布在西藏、內蒙古、青海、新疆、甘肅等地，比 2015 年增加 45109.5 千hm2［5］。此外，2020年全國新增草地面積 1187.1 千hm2［6］。盡管我國草牧業發展迅速，但仍處于起步階段，牧草飼料標準還未統一確立。僅有部分畜牧業發達省份發布過相關標準，如內蒙古自治區市場監督管理局發布的燕麥（Avena sativa）干草標準［7］、飼草質量評價標準［8］、青貯玉米（Zea mays）飼用價值評定［9］，河南省市場 監督管理局發布的苜蓿（Medicago sativa）青貯料質量分級［10］等。雖然國家質量監督檢驗檢疫總局發布了飼料用玉米和飼料用大豆（Glycine max）標準［11-12］，農業農村部也在過去兩年發布了多個不同品種的飼料行業標準［苜蓿、高粱（Sorghum bicolor）、小麥（Triticum aestivum）、小麥麩、皮大麥（Hordeum vulgare）等］［13-18］，但這些行業標準主要是針對畜禽養殖，僅有苜蓿一種優質牧草。因此，非常有必要構建一套能夠評價區域牧草產品質量安全的指標體系，有效推動牧草品質提升，加快產業鏈的形成，促進草牧業全面發展。

目前評價牧草質量的常見指標有粗蛋白、粗纖維、粗灰分、水分。在檢索出的38 篇中文文獻中（表1），37 篇提到了粗蛋白、34 篇提到了粗纖維、11 篇提到了消化率等指標［19-56］；在15 條飼料標準指標中（表2），粗蛋白出現了13 次、水分出現了11 次，粗纖維出現了11 次［7-18，57-59］。此外，這些評價指標僅針對牧草的營養品質，并未考慮牧草生長的氣候環境狀況和社會經濟發展的現狀。隨著社會經濟的快速發展和科學技術的日益進步，牛羊肉消費情況、加工存儲技術的升級、檢測手段的更新、監管力度均會對牧草產品質量安全造成影響，相關社會經濟指標也應被納入評價指標中。全面考慮社會經濟、氣候環境等影響牧草產品質量安全的多種因素才能更加準確地進行牧草產品質量安全評價。

表1 牧草營養品質相關指標出現頻次Table 1 The frequency of occurrence of indicators related to forage nutritional quality

表2 飼料標準匯總Table 2 Summary of feed standards

“驅動力-壓力-狀態-影響-反應”模型（driving forces-pressure-state-impact-response，DPSIR）目前廣泛用于環境系統評價，如海洋、土地、森林、濕地等環境生態安全。同時，在可持續發展、資源以及糧食安全評價方面也有一定應用［60-67］。本研究首次引入DPSIR 模型，綜合考慮社會經濟、環境等影響牧草產品質量安全的多方因素，結合評價指標篩選原則，以行政區（縣級和地級）為評價單元，利用層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）構建牧草產品質量安全的多元評價指標體系。

1 材料與方法

1.1 評價指標體系構建原則

系統性原則。系統性表示指標體系內部各指標之間以及各子系統間具有一定的邏輯關系，能夠科學、系統地反映區域牧草質量安全的問題。所選取的指標應是相互獨立又彼此聯系的，具有自上而下的層次關系［68-69］。

科學性原則。科學性表示指標體系中指標的選取必須以科學理論為依據，保證評價結果真實性與可靠性，為決策提供科學依據［68］。牧草產品質量安全評價是多因素、多方面的綜合性研究，包括社會經濟、環境、政策等方面，必須按照科學性原則，從專業角度，深入了解評價對象。

綜合性原則。牧草產品質量安全評價指標體系是由牧草產品、社會經濟、環境等多種要素構成的綜合體，影響因素多，指標類型復雜，難定性定量指標多。因此，指標選擇要考慮周全，統籌兼顧，不能脫離研究區相關資料信息，全面地反映與牧草質量安全相關因素的各個方面［68］。

代表性原則。評價指標的選擇應具有代表性，能夠反映牧草質量安全的特征，且要避免指標之間的重復［65，68-69］。

可行性原則。建立指標體系必須考慮數據的可行性，一方面，要考慮數據獲取難易程度，能夠在合理的人力、物力、財力支出情況下，通過指標轉化完成評價工作；另一方面，選取的指標要便于統計和定量分析，所需的數據必須科學真實。

1.2 評價指標的選取-DPSIR 模型

1993 年，聯合國環境規劃署等組織綜合壓力-狀態-響應（pressure-state-response，PSR）模型和驅動力-狀態-響應（driving forces-state-response，DSR）模型的優點，提出并發展了DPSIR 模型，即“驅動力-壓力-狀態-影響-響應”模型，其特點是從系統的角度分析經濟、社會與環境三者之間的交互作用與因果關系［60-61］。

在進行牧草產品質量安全評價時，指標體系的選擇是評價的基礎和關鍵。根據DPSIR 模型的因果關系，驅動力（D）和壓力（P）是影響牧草產品質量安全的因素，狀態（S）反映了牧草自身的養分含量和有毒有害物質含量，而影響（I）和響應（R）則是牧草質量安全的結果［62，67，69］。“驅動力”方面，社會經濟因素如牛羊肉消費量、加工儲存技術的革新和健康生活觀念對牧草產品質量安全產生影響。基于數據的可獲取性及合理性，本研究選定牛羊肉人均消費量、畜牧機械數量和保鮮存儲設備數量3 個指標，以反映牧草需求擴大和加工儲存對質量安全的影響。“壓力”包括影響牧草產品質量安全的各種環境壓力，如極端天氣、空氣質量、土壤重金屬等。本研究選定年日照時長、年降水量作為影響牧草生長的外界環境壓力。光照是影響牧草生長最重要的環境因素之一，日照時長越長，越有利于牧草生長。降水過多或者過少均會影響牧草的正常生長。“狀態”是指針對牧草產品的重要營養物質，是牧草產品質量安全中最重要的內容。本研究基于表2 與相關地方標準選擇了粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和消化率4 項指標。“影響”方面，牧草產品質量安全會引起牛羊肉產量與品質的變化，因此選取牛羊肉產量增長率和牛羊出欄總量作為影響指標。牧草產品質量相關政策標準的出臺以及質量監管力度的大小是對牧草產品質量安全的一種“響應”，本研究選取牧草產品相關條例的出臺個數以及每月監督檢測次數作為響應指標。

1.3 指標權重的確定-層次分析法

層次分析法是將與決策有關的因素分解成目標、準則、指標等層次，并在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。通過判斷準則層的性質及目標，將其分割成有序層次，再依據專家意見及文獻資料對不同層次的各因素進行客觀分析與判斷并給予相關定量表示，最終建立數據模型計算出每一層次相對重要性的權重并排序，從而有效解決多層次多維度指標評價問題［70-72］。

為了保證評價結果的有效性，需要對構造出的多個判斷矩陣進行一致性檢驗。根據層次分析法理論，當判斷矩陣（n×n）具有滿意的一致性時，它的最大特征根λmax稍大于n，一致性指標CR<0.1［73］。計算公式如下：

式中：CI 為度量判斷矩陣偏離一致性的指標，RI 為判斷矩陣隨機一致性的指標，其數值包括［0，0，0.58，0.90，1.12，1.24，1.38，1.41］。在Matlab 中對判斷矩陣進行一致性檢驗。

1.4 案例數據

同德縣和山丹縣的牛羊肉人均消費量數據分別來自青海省統計年鑒2020 和甘肅省統計年鑒2020［74-75］。畜牧機械數量、保鮮存儲設備數量、年日照時長、年降水量、牛肉產量增長率、羊肉產量增長率、牛羊出欄總量等分別來自海南州2020 統計年鑒和張掖市2020 統計年鑒［76-77］。條例標準出臺個數來自地方標準信息服務平臺（https：//dbba.sacinfo.org.cn/）；牧草的粗蛋白含量、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量以及干物質消化率來自期刊文獻［73，78］。質量監管力度數據分別來自同德縣人民政府網站通知公告（http：//www.tongde.gov.cn/）和山丹縣人民政府網站（http：//www.shandan.gov.cn/xydt/wzgg/）。

2 結果與分析

2.1 牧草產品質量安全評價指標

根據指標體系構建原則，基于DPSIR 模型概念框架，從驅動力（D）、壓力（P）、狀態（S）、影響（I）及響應（R）5個部分來構建牧草產品質量安全評價指標體系，共設14 個二級指標，具體指標情況如表3 所示。

表3 牧草產品質量安全評價指標體系Table 3 Quality and safety evaluation index system of forage products

2.2 牧草產品質量安全評價指標權重

根據總目標的要求，參考專家意見和文獻資料，用1～9 量化標度（表4）對上述各層次做出兩兩比較判斷，構造出A-B，B1-（C1～C3），B2-（C4～C5），B3-（C6～C9），B4-（C10～C12），B5-（C13～C14）共6 個判斷矩陣。一致性檢驗結果如表5、表6 所示。

表5 目標層對準則層的比較判斷矩陣、指標權重及一致性檢驗Table 5 Comparison and judgment matrix，indicator weights，and consistency testing of target layer against criterion layer

表6 準則層對標準層的比較判斷矩陣、指標權重及一致性檢驗Table 6 Comparison and judgment matrix，indicator weights，and consistency testing of criterion layer to standard layer

牧草的營養品質是評價其質量安全最重要的因素，其中粗蛋白含量是最重要的指標，權重為0.2055（表7），其次是中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維。牧草生長環境（氣溫、降水）也是影響牧草生長的重要因素，其權重僅次于中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維。權重最小的為保鮮存儲設備數量，僅0.0093（表7）。

表7 牧草產品質量安全評價指標體系Table 7 Quality and safety evaluation index system for grass products

2.3 牧草產品質量安全評價指標體系

為了解決指標層中單位的不一致導致的數量級差異，本研究參考相關標準及文獻統計資料對指標層數據進行細化打分［6，8］，結果如表7 所示。并按照打分數值劃分出4 個等級（表8），分值越低，等級越差。當牧草質量安全為一級時說明該區域的牧草不僅生長環境好、品質高，而且安全監管工作到位，已經形成良好的牧草產品產業鏈。等級為四級時，說明該區域牧草產品年度考核不達標。

表8 牧草產品質量安全等級劃分Table 8 Classification of quality and safety grade for forage products

2.4 牧草產品質量安全評價指標體系的應用

為了檢驗此評價指標體系的科學性和可行性，本研究選擇我國重要的草地畜牧業生產基地——青海省海南藏族自治州同德縣和甘肅省張掖市山丹縣作為評價單元，對當地天然牧草產品質量安全進行評價。通過文獻、統計年鑒檢索獲取的指標數據如表9 所示。本次評價中所選取的牧草營養數據來源于期刊文章，其牧草采樣存在局限性，并不能代表該縣域全部牧草。

表9 同德縣和山丹縣牧草產品得分情況Table 9 Scoring of grass products in Tongde County and Shandan County

根據打分情況，計算得到同德縣天然牧草產品質量安全評分為71.68，等級為二級，山丹縣天然牧草產品質量安全評分為63.77，等級為三級。同德縣天然牧草產品質量安全等級較高，主要是因為該地區天然牧草的營養品質較好，粗蛋白含量和干物質消化率較高，而中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量較低。對于天然牧草來說，其品質受氣候環境影響較大。同德縣和山丹縣年日照充沛，日照時長均大于2400 h。此外，相比于山丹縣，同德縣降水多，年降水量達465.7 mm，是山丹縣的兩倍。因此，同德縣的氣候條件更有利于牧草生長。統計數據顯示，2019 年同德縣牛肉產量為6497 t，遠高于山丹縣的439 t；山丹縣羊肉產量（8324 t）高于同德縣羊肉產量（5541 t）［74-75］。可以看出，同德縣牛肉和羊肉產量均較高，而山丹縣僅羊肉養殖發達。

3 討論

傳統的牧草評價指標包括適口性、消化率、營養成分、有毒有害成分等［20］，其中營養成分中粗蛋白和粗纖維是非常重要的評價指標。一般來說，粗蛋白含量越高、粗纖維含量越低，牧草的營養價值越高。飼料纖維中有3 種定義：粗纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維。許多學者認為中性洗滌纖維是飼料纖維最好的指標［79-80］。在國內的飼料標準中，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維均被用作評價指標。因此，為兼顧數據的代表性和可獲取性，本研究選擇中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維作為評價指標來反映牧草的“狀態”。

一些草牧業發達的國家和地區已經出臺過飼草相關標準。Rohweder 于 1978 年提出的“相對飼用價值”（relative feeding value，RFV）指標，經過修正成為目前美國唯一廣泛使用的粗飼料質量評定指數［20］。針對牧草的經濟價值，愛爾蘭提出了牧場利潤指數（pasture profit index，PPI），包括季節性產量、消化率、青貯產量、代謝能、持久性（持續性的遺傳力）；新西蘭和澳大利亞建立了飼料價值指數（forage value index，FVI）來評估牧草的價值，包括產量、干物質、粗蛋白、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維和消化率等指標［57-59］。這些飼草評價體系更關注飼草本身的特性，如牧草的營養價值，而忽略了自然環境和社會環境因素對牧草產品的影響［8-11］。然而，對于一個地區來說，牧草產品的質量安全是從多方位體現的，如地區降水、土壤污染狀況、飼草產品的加工儲藏與監管力度等。牧草產品從生產到流通銷售的各個環節都很重要，全方位的關注才能確保牧草產品的質量安全。

為綜合考慮多個環境因素對牧草產品質量安全的影響，本研究首次應用DPSIR 模型構建牧草產品質量安全評價指標體系。DPSIR 模型全面清晰地揭示了影響牧草產品質量安全的多個因素及其相互作用，充分考慮了飼草本身的特性和環境因素的影響，提高了牧草產品質量安全評估的科學性和可信度。此外，為了更加完善牧草產品質量安全的評價體系，未來的研究應該注意以下幾點：1）隨著分析測試技術的不斷發展（數據更易獲取）和人們對營養健康的不斷關注，應當考慮將有益微量元素如硒和鋅，以及有害物質如重金屬和有機污染物納入當前的指標體系中。通過將這些元素納入評價范圍，才能夠更全面地評估牧草產品的質量安全性，以滿足人們對于安全健康的牧草產品的需求。2）在確定指標權重時，應兼顧主觀性與客觀性，可以考慮引入其他數學模型來支持決策過程。通過比較不同方法之間的差異和優勢，才能夠建立一個更為完善的綜合評價體系，以提高評價結果的準確性和可靠性。

4 結論

建立牧草產品質量評價體系是創建生態草牧業體系工作中非常重要的一環。本研究以縣級或地級行政區為評價單元，根據已有的飼草標準和專家意見，基于DPSIR 模型概念框架，遵循系統性，科學性，綜合性，代表性和可行性原則，運用層次分析法（AHP）構建了一套包含14 個單個指標的牧草產品質量安全評價指標體系，并在此基礎上對青海同德縣和甘肅山丹縣的牧草產品質量安全進行了評價和分級。