对粮食作物机械化动力学建模透析

经济子块主要研究机械化生产过程中投入与产出的关系,探讨在工业化、城镇化、农业现代化同步推进环境下,农业经济发展速度及产业结构的比重。该子块将农民人均纯收入作为水平变量,将当地经济发展水平和政府对农机化财政投入作为辅助变量。将经济发展水平受粮食生产能力影响程度、农业机械总投入对农业机械化的带动因子和农业机械化总投入作为与其他子系统进行结对接的接口。动态模型流图建立由于因果关系只能定性地描述复杂系统的反馈机制,因此运用系统动力学建模软件建立粮食生产机械化系统动态仿真模型,如图2所示。显然农业机械化流程图所反映的状况可以为粮食生产机械化发展提供基础依据。

以山东省为例对主要粮食作物机械化生产进行仿真,使用系统动力学专用软件Vensim-PLE,所需基本数据来自《中国统计年鉴》、《全国农业机械化统计年报》、《中国农村统计年鉴》、《山东省统计年鉴》等,另有部分数据取自有关权威网站和实地调查。系统的运行方案较多,当参数调整到合适时,各种变量呈现比较合理的变化趋势。动态仿真模型有效性检验粮食作物机械化生产系统十分复杂,模型也仅仅是对客观事物本质或某些重要特征的概括与抽象。因此,对模型进行有效性检验显得十分必要。模型的有效性检验一般分两种:理论检验与历史仿真检验。其中,理论检验主要是研究模型边界是否合理、模型变量间的关系是否具有现实意义、参数取值是否有实际意义及方程量纲是否一致等;历史仿真检验主要是选定过去某一时刻,对仿真结果与实际结果作比较,考察两者吻合度,以检验模型能否有效地代表现实系统[8]。就建立的粮食作物机械化生产系统模型而言,首先它应建立在全面分析的基础上,同时针对具体情况进行了必要调整,并认为界定的系统边界、参数设定等均应合理;其次利用Vensim软件所提供的模型检验进行有效性检验;最后选取2001~2010年。模型仿真值与历史值之间的相对误差最高为5.84%。因此在通过以上有效性检验后,可以认为所建立的动态模型能够较好地模拟粮食生产机械化系统,并对未来的发展状况进行合理预测。仿真结果分析对有重要影响的政策性参数进行调整与组合后,对系统进行仿真。模型运行时间为2010~2020年,仿真步长为1年,主要考察农业机械化投入资金、土地规模经营和农业机械总动力等指标。(1)农业机械化投入资金由模型可以看出,农业机械化资金投入量主要受到当地经济发展水平、农业劳动力数量和农村人均纯收入等因素的影响,同时它也是影响耕、种、收综合机械化水平和农业机械总动力的重要因素之一。由模拟结果可以看出,2015年农业机械购置总投入将达到56.23亿元,2020年将达到73.65亿元。随着农民人均纯收入的提高和当地经济的发展,农机化投入的能力不断增强,另外随着农业劳动力的减少,对农业机械投入的需求不断增加。增加农机资金投入,有利于农机化水平的提高,但若没有其他配套措施,发展到一定程度后,会导致资金利用率下降。所以单纯增加农机资金投入,无助于机械化农业生产系统的持续发展,更需要各项有效配套措施到位。(2)土地规模经营采用劳均粮食播种面积反映土地经营规模。设定粮食作物播种面积稳定不变,随着农业劳动力数量的不断减少,劳均粮食播种面积将不断增加。劳均粮食播种面积也是造成农机总动力和机械化水平变化的主要动力。模拟数据显示,2015年山东省劳均粮食播种面积达到0.59hm2/人,2020年将达到0.67hm2/人。同一劳均播种面积也会对机械化水平和农机动力有不同的影响效果,这是由于农业经营组织形式不同,土地分散经营、集中经营的程度各不相同,在一定程度上影响了农业机械作用的发挥。山东省粮食生产地区生产规模过小,规模效益较差,是限制投资的重要因素,但通过强制合并会产生不良效果。所以在规范土地流转制度前提下,稳定土地使用权限,才能保证经营者在粮食生产中投资的稳定性。采用合理的农业生产经营形式,扩大劳均规模,提高农机利用率,是提高粮食生产经济效益、降低生产成本,保证机械化农业生产系统持续发展的又一重要措施。(3)农业机械总动力农业机械总动力的变化直接反映了农业机械在农业生产中物质投入的程度。它受到农机化投入资金、农村人均纯收入、劳均粮食播种面积和粮食单位面积产量的影响。如果按照山东省2000~2010年农业机械总动力的增长速度为5.01%推算,2015年农机总动力将达到1.48亿kW,2020年达到2.57亿kW。然而模型预测结果为2015年达到1.39亿kW,2020年达到1.49亿kW,与按目前增长速度推算结果相比减少了6.08%和42.02%。这是由于随着燃油资源逐渐紧缺和农业劳动力数量的减少,结构将调整,经营规模会扩大,动力利用效率势必提高,农业机械总动力增长速度将会逐渐放缓。采取将农业机械由中小型为主改为大中型为主和土地适度规模化经营[1],是提高粮食机械化生产效率的有效措施,符合中国特色农业机械化发展道路的特点。

粮食作物生产机械化系统是一个复杂的技术经济系统,它的运行是复杂的动力学过程。通过分析粮食作物生产机械化系统的结构层次,提出了该系统的动力学模型。(2)以山东省为例进行了系统动力学仿真研究。主要考察农业机械化投入资金、土地规模经营和农业机械总动力等指标,通过模型的运行,获得了各项指标2011~2020年的预测结果。经济发展水平、土地经营规模和农业劳动力转移是影响粮食作物机械化生产系统的主要因素。只有通过提高粮食作物生产规模化程度和专业化程度,并配合产业发展规律,才能从根本上提高机械化生产的效率和生产能力。