邰蕾蕾， 豐志培， 王 珊

(安徽中醫(yī)藥大學 醫(yī)藥經(jīng)濟管理學院,安徽 合肥 230012)

0 引言

20世紀初以來，氣候變化較為明顯，惡劣氣象情況出現(xiàn)較為頻繁，自19世紀80年代至今，全球平均氣溫上升約0.8攝氏度，20世紀50年代以來，氣溫上升速度為此前的兩倍[1]。我國氣候變化較全球氣候變化更為劇烈，最近100年平均氣溫上升0.9攝氏度，據(jù)預(yù)測，2030年左右我國氣溫將較1990年上升3.7攝氏度左右。我國中藥材生產(chǎn)對于氣候變化較為敏感，惡劣氣候很容易給我國中藥材生產(chǎn)帶來不利影響。安徽省中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟屬安徽省產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟中較為重要的組成部分，自2016年突破50億元以來，安徽中藥材產(chǎn)值一直穩(wěn)居全國前兩位，為我國中藥材重要產(chǎn)區(qū)。但是，氣候變化導致安徽中藥材產(chǎn)量波動較為明顯，價格波動也較為劇烈，影響中藥材產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定與產(chǎn)業(yè)安全。可見，氣候因素可以認為是中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟領(lǐng)域的一個較為重要的影響因子。

中藥材是安徽省經(jīng)濟作物中重要的組成部分，其產(chǎn)值接近安徽省經(jīng)濟作物產(chǎn)值的18%[2],2019年播種面積為95122公頃，總產(chǎn)值63.2億元。中藥材生長周期內(nèi)氣候變化劇烈導致的氣象災(zāi)害會嚴重影響其產(chǎn)量與品質(zhì)。根據(jù)已有文獻分析，安徽較為嚴重的氣象災(zāi)害可能發(fā)生的頻率為3A，嚴重氣象災(zāi)害可能對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量產(chǎn)生影響的概率約為65.42%。出現(xiàn)嚴重氣象災(zāi)害概率較大、強度較強導致中藥材生產(chǎn)不穩(wěn)定性增大，嚴重影響安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟。

近年來，有文章從播種面積、勞動人口、機械化、化肥使用等對中藥材產(chǎn)業(yè)影響進行過分析，從氣候角度對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)影響的研究方法概括來分兩種。一是基于搜集試驗數(shù)據(jù)作物機理模型，如：CERES-Maize/Rice/Wheat[3,4]、WOFOST[5]、ORYZA2000等[6]，分情況(如氣溫、降水量等)討論氣候變化給農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)帶來的影響[7]。二是基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析(線性分析、隨機前沿生產(chǎn)函數(shù))等統(tǒng)計方法分析氣候變化及變化對農(nóng)作物產(chǎn)量帶來的影響。朱曉莉等[8]采用隨機前沿超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型，通過控制參與種植人數(shù)、平均使用化肥量、栽種占用土地情況等相關(guān)變量，分析江蘇省主要農(nóng)作物總產(chǎn)量與氣候影響因素的關(guān)系，并認為農(nóng)作物的生長階段對氣候變化的反映不盡一致。朱珠[9]認為，江蘇大部分地區(qū)，氣候變化的某些因素對農(nóng)作物產(chǎn)量影響較為明顯，某些因素對農(nóng)作物產(chǎn)量影響不明顯。茆長寶[10]分析認為南京市氣溫的線性傾向率為0.26℃/10a，降水的線性傾向率為12.46mm/10a，氣候變干變暖傾向較為明顯，農(nóng)作物產(chǎn)量與溫度同向變化，與降水量反向變化。王秀芬等[11]分析認為黑龍江省年降水量的線性傾向率為-27.7mm/10a，平均氣溫的傾向率為0.43℃/10a，最高溫度的傾向率為0.18℃/10a，最低溫度的傾向率為0.47℃/10a，農(nóng)產(chǎn)品生長前幾期與溫度正向變化，中后期產(chǎn)量與溫度反向變化。周曙東和朱紅根構(gòu)建經(jīng)濟—氣候新模型，分析表明，氣候因素與南方農(nóng)作物產(chǎn)量反向影響，如中藥材生長季節(jié)期間降水量增加將導致中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量降低；氣溫升高也會對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量產(chǎn)生不利影響[12,13]。

中藥材種植同時受自然因素、經(jīng)濟社會因素影響。之前采用作物機理模型研究需要從水利設(shè)施、種植方式、土壤含水量、農(nóng)作物生長營養(yǎng)環(huán)境、病蟲害等采集數(shù)據(jù)，同時假定農(nóng)業(yè)科技發(fā)展、農(nóng)作物種植面積、投入資本等經(jīng)濟社會因素保持穩(wěn)定，但是經(jīng)濟社會環(huán)境處于實時變動中，其對農(nóng)作物的影響也是一直變化的，分析氣候變化對農(nóng)作物生產(chǎn)的影響，應(yīng)將自然因素與經(jīng)濟社會因素相結(jié)合考慮。安徽省地跨長江、淮河南北，地處暖溫帶與亞熱帶過渡地區(qū)，氣候溫暖濕潤，四季分明，但氣候條件分布差異明顯，天氣多變，降水年際變化大，常有旱澇等自然災(zāi)害發(fā)生。安徽省氣候變化趨勢如何？氣候?qū)Π不罩兴幉漠a(chǎn)業(yè)影響如何？未來氣候?qū)χ兴幉漠a(chǎn)量存在那些可能影響？

本文主要創(chuàng)新點：

(1)通過考慮氣候和經(jīng)濟社會因素，將氣候因素與函數(shù)綜合考慮并進行分析，構(gòu)建“經(jīng)濟氣候”模型，分析并得出氣候因素對安徽省中藥材產(chǎn)業(yè)影響程度，利用所構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分析數(shù)據(jù)，對氣象因素對中藥材產(chǎn)業(yè)的影響結(jié)果進行預(yù)測。

(2)通過分析安徽省氣候變化的特點與方向，確定氣候因素對中藥材產(chǎn)業(yè)的影響程度，為中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定的數(shù)據(jù)分析支撐，為有針對性的管理中藥材產(chǎn)業(yè)提供方法與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時對降低嚴重氣象災(zāi)害對中藥材生產(chǎn)帶來的負面作用具有一定的理論與實踐意義。

1 數(shù)據(jù)、變量、模型

1.1 變量

1.1.1 氣候因素

本文選取年平均氣溫與年平均降水量作為氣候因素數(shù)據(jù)，選取播種面積、投入資本、化肥用量、勞動人口作為經(jīng)濟社會因素數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源分別為國家氣候中心與安徽省統(tǒng)計年鑒，樣本數(shù)據(jù)期間為2002～2019年。各變量統(tǒng)計如表1所示。

表1 變量統(tǒng)計

1.2 模型

1.2.1 氣候因素對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟影響模型

將氣候因素作為中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的變量考慮，模型設(shè)計為:

PV=a0TEMy1PCPTy2AEa1FCa2CFa3LAa4μ

lnPV=a0+y1lnTEM+y2lnPCPT+a1lnAE+

a2lnFC+a3lnCF+a4lnLA+β1t+μ

其中，PV表示中藥材年產(chǎn)值，TEM、PCPT、AE、FC、CF、LA分別表示年平均氣溫、年降水量中藥材播種面積、投入資本、化肥用量與中藥材勞動人口，時間t作為種植技術(shù)水平提高因素考慮。

1.2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于誤差的逆向傳播算法訓練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，可以通過神經(jīng)元之間的相互作用來完成沒有預(yù)先設(shè)計數(shù)學模型的情況下的整個網(wǎng)絡(luò)的信息處理，從而取得滿意的預(yù)測結(jié)果。復(fù)雜非線性問題的分析和評估可以考慮使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。主要步驟為：(1)對網(wǎng)絡(luò)進行訓練；(2)對網(wǎng)絡(luò)進行檢驗。BP網(wǎng)絡(luò)主要由輸入層、中間隱含層和輸出層組成，公式如下：

神經(jīng)元單元由xi,i=1,2,…,n和一個輸出yj組成，中間狀態(tài)將輸入信號加權(quán)值運算表示，輸出yj公式如下:

其中，θj為神經(jīng)元單位的閾值，wji為連接權(quán)系數(shù)，yj為神經(jīng)元輸出，f為輸出變換函數(shù)。

2 實證分析

2.1 數(shù)據(jù)分析

本文采用協(xié)方差矩陣修正時間因素導致的隨機誤差項的各期望值之間存在的相關(guān)關(guān)系以及無法滿足總體回歸函數(shù)中的隨機誤差項滿足同方差性。模型估計結(jié)果如表2所示。

表2 氣候因素對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響

通過分析可知，在5%的顯著性水平下，氣溫與中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量呈顯著負相關(guān)，在不考慮其他因素的影響的前提下，降水量對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量影響不明顯；中藥材播種面積、化肥用量、中藥材勞動人口在10%顯著性水平上都呈顯著正相關(guān)，安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量與中藥材播種面積關(guān)系較為密切；種植技術(shù)水平提高對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量呈正相關(guān)。

為更為精準的分析氣候因素對于安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響，本文以上述數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，分析中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量變化與氣候因素的關(guān)系，將中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量剔除非氣候因素影響的中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟量，得到氣候因素對于中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟增量的影響，公式為：

lnPVclimate=lnPV-a0-a1lnAE-a2lnFC-

a3lnCF-a4lnLA-β1t-μ

為避免意外因素和非正常數(shù)值的影響，變量變化情況選擇后3a年平均值相對初始3a平均值的變化率，結(jié)果如表3所示。

表3 各項因素對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響

分析數(shù)據(jù)可知，安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的提高因為三方面原因：一是經(jīng)濟社會因素的改變，二是氣候因素的改變，三是其他因素的改變。三方面因素影響程度不同，其中經(jīng)濟社會因素影響較大，其中化肥影響較為顯著，說明可以通過提升土地肥力提高安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟增量。同時可以看出，三方面原因中氣候因素的影響小于經(jīng)濟社會因素。

2.2 未來氣象因素對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量影響預(yù)測

首先通過建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測2021～2029年的安徽平均氣溫和降水量，然后將預(yù)測的氣溫與降水量變化率與測算的2002～2019年溫度和降水數(shù)據(jù)進行綜合考慮，計算未來氣象因素對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟增量的影響水平。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中最大訓練步長選擇5000，目標誤差選擇0.01，其他參數(shù)不予設(shè)定。采用AIC準則，計算出氣象因素序列最佳滯后期為5，確定5作為輸入數(shù)據(jù)維數(shù)，確定5為輸入層節(jié)點。輸出層節(jié)點數(shù)本文設(shè)定為1。輸入數(shù)據(jù)選取2002～2013年的數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)采用2014～2019年的預(yù)計誤差數(shù)據(jù)，建立一個有5個輸入層1個輸出層的三層網(wǎng)絡(luò)。然后用BP網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)模型對2021～2029年安徽平均氣溫和降水量進行預(yù)測(表4)，根據(jù)預(yù)測結(jié)果得到變化率，與表2中彈性系數(shù)相乘，獲得未來平均安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響結(jié)果。

表4 氣候因素的變化

未來平均氣溫對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響為1.43，比2002～2019年氣溫的影響(1.29)略高，未來降水量對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量影響為2.26，比2020～2019年降水量影響(1.31)提高較為明顯。由此可知，未來安徽政府、農(nóng)業(yè)主管部門等相關(guān)單位應(yīng)對降水做好預(yù)測，同時做出應(yīng)對氣溫變化的方案。

表5 氣候因素對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響

3 結(jié)論與啟示

本文通過構(gòu)建“經(jīng)濟氣候”模型，分析了2002年以來氣候變化安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響程度，構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對2021～2029年安徽氣溫變化和降水量進行分析、綜合并作出預(yù)測，模擬運行所預(yù)測數(shù)據(jù)，獲得未來氣象因素對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的影響，主要結(jié)論有：

(1)氣候變化對安徽省中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量有顯著影響。氣象因素貢獻率為5.97%，其中溫度和降水貢獻率分別為1.51%、4.46%，溫度和降水貢獻率分別為4.63%、4.35%。

(2)經(jīng)濟社會要素是中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量主要的影響因素，對其中3個階段產(chǎn)生的影響超過70%，播種面積和化肥用量的影響較為明顯；科技進步影響也較為明顯，科技進步能夠?qū)χ兴幉漠a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量增加產(chǎn)生較為明顯的推動作用；未來平均氣溫對安徽中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的貢獻為1.43，降水量對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的貢獻為2.26。

(3)過去20年來安徽省氣溫所呈現(xiàn)的是線性升高趨勢，平均每10a升高0.172℃，降水量未表現(xiàn)出明顯線性傾向。

氣象因素與中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量關(guān)系密切，溫度和降水等氣象因素對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量同時存在有利影響與不利影響。氣象因素對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量存在一定影響，因此，政府主管部門需要關(guān)注氣象信息，對藥農(nóng)安排中藥材生產(chǎn)提出合理化建議，對可能出現(xiàn)的氣象災(zāi)害所帶來的負面影響采取相應(yīng)措施提供理論和技術(shù)指導。

其次，播種面積、化肥和技術(shù)進步等對中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的貢獻率高達70%，說明安徽省中藥材產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的增長依舊較多的依靠經(jīng)濟社會要素的增長，因此，政府部門要保障中藥材播種面積，提高土壤肥力，促進相關(guān)技術(shù)的進步，加大新技術(shù)的投放力度，鼓勵相關(guān)領(lǐng)域的科技進步落實。