基于增強(qiáng)回歸樹的畜禽養(yǎng)殖業(yè)減污增效供給側(cè)改革分析

王迪　王明新　錢中平　祝孔亮

摘要：采用增強(qiáng)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(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度省際差異的影響因素及其貢獻(xiàn)率，在此基礎(chǔ)上討論了我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)減污增效的供給側(cè)改革對策。結(jié)果表明，目前我國華北地區(qū)、黑龍江、遼寧、寧夏、山東、上海、廣東、浙江和河南等地的畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度較高，是畜禽養(yǎng)殖業(yè)減污增效的關(guān)鍵地區(qū)；畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度總體上隨著生豬飼養(yǎng)規(guī)模和奶業(yè)比重的增加而增大，隨著牧業(yè)比重和氨氮/總氮比值的增加而降低，隨著奶牛飼養(yǎng)規(guī)模、生豬比重、化學(xué)需氧量（簡稱COD）/氨氮比值和農(nóng)牧比值等的增大呈先增大后降低趨勢。東部沿海地區(qū)應(yīng)重點(diǎn)推進(jìn)規(guī)模化生豬養(yǎng)殖場向生態(tài)化和零排放轉(zhuǎn)型；西北牧業(yè)、半牧區(qū)應(yīng)充分挖掘優(yōu)質(zhì)牧草的生產(chǎn)潛力，做到以草定畜、草畜平衡，從而實(shí)現(xiàn)糞污的循環(huán)利用；東北和華北糧食主產(chǎn)區(qū)應(yīng)突出農(nóng)牧結(jié)合、以地定畜，優(yōu)化養(yǎng)殖場空間布局便于糞污無害化處理與就地還田。

關(guān)鍵詞：畜禽養(yǎng)殖業(yè)；增強(qiáng)回歸樹方法；排污強(qiáng)度；供給側(cè)改革；減污增效措施；省際差異

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

收稿日期：2017-08-22

基金項(xiàng)目：教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金（編號：14YJAZH078）；江蘇省政策引導(dǎo)類計(jì)劃（編號：BY2015027-08）；江蘇省高?！扒嗨{(lán)工程”學(xué)術(shù)帶頭人培養(yǎng)對象資助項(xiàng)目。

作者簡介：王 迪（1982—），女，河南南陽人，碩士，講師，主要從事農(nóng)業(yè)、資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)研究。E-mail：wendywang19822000@163.com。

通信作者：王明新，博士，教授，主要從事環(huán)境模擬、評價(jià)與修復(fù)研究。E-mail：wmxcau@163.com。 近20年來我國畜牧業(yè)得到了持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，畜牧業(yè)總產(chǎn)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(xiāng)肉蛋奶供應(yīng)、繁榮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作出了重大貢獻(xiàn)，但同時(shí)也引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。畜禽養(yǎng)殖糞便和污水中含有大量的耗氧類有機(jī)物和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，排入水體后會(huì)使水生生物過度繁殖、溶解氧含量急劇下降，容易引發(fā)富營養(yǎng)化問題。2015年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的廢水中化學(xué)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(dāng)年工業(yè)源排放量的3.46、2.54倍，可見畜禽養(yǎng)殖業(yè)已超過工業(yè)成為現(xiàn)階段我國水體污染物的主要來源。

2017年中央一號文件《關(guān)于深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動(dòng)能的若干意見》指出，農(nóng)業(yè)的主要矛盾由總量不足轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性矛盾，突出表現(xiàn)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(cè)。我國畜禽產(chǎn)品供需進(jìn)入了總量基本平衡、階段性過剩與結(jié)構(gòu)性問題并存的新階段，高污染已成為我國許多地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)發(fā)展的短板問題[1]。通過供給側(cè)改革“補(bǔ)短板”實(shí)現(xiàn)增效減污，促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)由主要滿足量的需求的粗放式發(fā)展模式向更加注重滿足質(zhì)的需求的綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，是畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染負(fù)荷可以分解為產(chǎn)值與單位產(chǎn)值排污量的乘積。為保障“菜籃子”供應(yīng)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)值仍須繼續(xù)增長，因此控制畜禽養(yǎng)殖業(yè)單位產(chǎn)值的排污量即排污強(qiáng)度是面向減污增效的畜禽養(yǎng)殖業(yè)供給側(cè)改革的關(guān)鍵。

目前農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革得到了大量的研究，主要集中在供給側(cè)改革的背景、意義、內(nèi)涵、難點(diǎn)、方向、政策解讀、路徑選擇、推進(jìn)措施等方面[2-6]。但多數(shù)研究為定性研究，很少開展定量分析；通常是關(guān)注農(nóng)業(yè)整體的供給側(cè)改革，很少聚焦于畜禽養(yǎng)殖業(yè)；大部分是對“去庫存、降成本、補(bǔ)短板”等供給側(cè)理論內(nèi)涵的演繹，很少從生態(tài)環(huán)境視角進(jìn)行專題研究。在畜禽養(yǎng)殖污染方面，由于我國國家統(tǒng)計(jì)部門自2012年以后才開始發(fā)布畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放量數(shù)據(jù)，因此大量研究側(cè)重關(guān)注畜禽糞便產(chǎn)生量、農(nóng)田糞污負(fù)荷及其時(shí)空特征等，并在此基礎(chǔ)上分析畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治策略，而未能根據(jù)實(shí)際排污狀況進(jìn)行深入分析[7-10]。也有學(xué)者對畜禽養(yǎng)殖業(yè)供給側(cè)改革進(jìn)行了初步研究，但未關(guān)注其生態(tài)環(huán)境問題[1，10-11]。

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

1 材料和方法

1.1 排污強(qiáng)度的計(jì)算方法

本研究納入計(jì)算的污染物為列入GB 18596—2001《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的COD、氨氮和總磷等3種，排污強(qiáng)度采用公式（1）計(jì)算：

PI=（∑3i=1PiSi）/Q。（1）

式中：PI為畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度；Pi為第i種污染物排放量；Si為《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中第i種污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)限值；Q為畜牧業(yè)總產(chǎn)值。

1.2 排污強(qiáng)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(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度與各影響因素和指標(biāo)的關(guān)系，測算各因素和指標(biāo)對畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度省際差異的貢獻(xiàn)份額。BRT是基于分類回歸樹算法的一種自學(xué)習(xí)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(guān)系，并且輸出的因變量與自變量關(guān)系很直觀，結(jié)果容易理解，在國內(nèi)外數(shù)據(jù)建模方面有較多的應(yīng)用[11-14]。該方法在運(yùn)算過程中多次隨機(jī)抽取一定量的數(shù)據(jù)，分析自變量對因變量的影響程度，剩余數(shù)據(jù)用來對擬合結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，對生成的多重回歸樹取均值并輸出，模型穩(wěn)定性較高。BRT在處理不同數(shù)據(jù)格式時(shí)具有很大的靈活性，且對預(yù)測變量的獨(dú)立性無須作出事先假設(shè)，能夠適應(yīng)復(fù)雜的非線性關(guān)系[15-16]。本研究中BRT分析在R語言中完成，參數(shù)設(shè)置時(shí)，學(xué)習(xí)速率設(shè)置為001，樹的復(fù)雜性設(shè)置為5。endprint

1.2.2 指標(biāo)選擇 把影響畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度的因素分解為布局因素、結(jié)構(gòu)因素、規(guī)模因素和治理因素，反映各影響因素的指標(biāo)及其選擇依據(jù)如下：

1.2.2.1 布局因素 布局因素主要體現(xiàn)在農(nóng)牧結(jié)合狀況方面。根據(jù)養(yǎng)分循環(huán)利用的原理，畜牧業(yè)糞污中含有大量氮、磷等，它們是植物生長所必需的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素，大部分經(jīng)適當(dāng)處理可用作有機(jī)肥。然而，通過農(nóng)牧結(jié)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(yǎng)殖場規(guī)劃建設(shè)過程中沒有充分考慮周邊農(nóng)地的配置，再加上有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)存在運(yùn)輸成本等問題，使得糞污難以就近消納于農(nóng)田，往往未經(jīng)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(yè)比重（X11，%）、農(nóng)牧比值（X12，無量綱）2個(gè)指標(biāo)來反映布局因素的影響。

1.2.2.2 結(jié)構(gòu)因素 畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)直接影響糞便的產(chǎn)生量，進(jìn)而影響各?。ㄊ小^(qū)）畜禽糞便的污染結(jié)構(gòu)。具體來說，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度主要與畜禽類型結(jié)構(gòu)和單位畜禽糞污產(chǎn)生量有關(guān)。例如，畜禽類型結(jié)構(gòu)方面，目前我國生豬飼養(yǎng)所占比重較大，2015年全國生豬飼養(yǎng)產(chǎn)值占牧業(yè)總產(chǎn)值的28.01%，有的?。ㄊ?、區(qū)）甚至高達(dá)近70%；單位畜禽糞污產(chǎn)生量方面，奶牛的生命周期的糞便產(chǎn)生量可高達(dá)20.49 t/頭，遠(yuǎn)大于生豬、肉牛和禽類等其他畜禽[17]。因此，生豬和奶牛養(yǎng)殖對畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度可能存在較大的影響，本研究采用生豬比重（X21，%）和奶業(yè)比重（X22，%）2個(gè)因素來反映結(jié)構(gòu)因素的影響。其中生豬比重為各?。ㄊ小^(qū)）生豬飼養(yǎng)產(chǎn)值占畜牧業(yè)總產(chǎn)值的比例，奶業(yè)比重為奶業(yè)產(chǎn)值占畜牧業(yè)總產(chǎn)值的比例。

1.2.2.3 規(guī)模因素 我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；l(fā)展較快，2016年我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；蔬_(dá)到56%以上[1]。規(guī)模化經(jīng)營是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的內(nèi)在要求，有助于提高養(yǎng)殖場（戶）的生產(chǎn)管理水平和污染治理能力，但另一方面也容易造成農(nóng)牧脫節(jié)，這主要是由于畜禽糞污的運(yùn)輸半徑較小，規(guī)?；l(fā)展往往給糞污還田利用帶來困難，許多畜禽養(yǎng)殖場的糞污未經(jīng)處理或簡單處理后就把污染物直接排放到環(huán)境中。目前大中型畜禽養(yǎng)殖場80%分布在人口集中、水系發(fā)達(dá)的大城市周邊和東部沿海地區(qū)，對環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的潛在威脅。本研究采用生豬飼養(yǎng)規(guī)模（X31，頭/場）和奶牛飼養(yǎng)規(guī)模（X32，頭/場）2個(gè)指標(biāo)來反映養(yǎng)殖場（戶）規(guī)模因素的影響。其中生豬飼養(yǎng)規(guī)模為各?。ㄊ小^(qū)）生豬年末出欄數(shù)與生豬養(yǎng)殖場（戶）數(shù)的比值，奶牛飼養(yǎng)規(guī)模為奶牛年末存欄數(shù)與奶牛養(yǎng)殖場（戶）數(shù)的比值。

1.2.2.4 治理因素 目前我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞污處理方式主要有生化處理、生態(tài)處理或生物-生態(tài)綜合處理，以生化處理尤其是厭氧發(fā)酵處理為主，大多數(shù)是進(jìn)入化糞池或大中型沼氣工程進(jìn)行厭氧發(fā)酵，附產(chǎn)物沼渣用于制取有機(jī)肥，沼液則直接還田或進(jìn)行深度處理后達(dá)標(biāo)排放，少數(shù)養(yǎng)殖場則采用發(fā)酵床生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(jié)合的生化處理方式或生物-生態(tài)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(gè)指標(biāo)來反映治理因素的影響。

1.3 數(shù)據(jù)收集

由于我國統(tǒng)計(jì)部門從2012年才開始發(fā)布農(nóng)業(yè)源污染物排放量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此本研究的時(shí)段設(shè)定為2012—2015年，COD、氨氮和總磷排放量數(shù)據(jù)來自歷年的《中國環(huán)境年鑒》。農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值、畜牧業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、生豬養(yǎng)殖場和奶牛養(yǎng)殖場數(shù)量、生豬飼養(yǎng)產(chǎn)值、奶業(yè)產(chǎn)值、生豬出欄量、奶牛存欄量等來自歷年的《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》或《中國畜牧獸醫(yī)年鑒》，其他指標(biāo)采用以上指標(biāo)計(jì)算得出，其中農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值和畜牧業(yè)總產(chǎn)值統(tǒng)一折算為2012年不變價(jià)以消除通貨膨脹的影響，各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷、排污強(qiáng)度及其省際差異

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

由于等標(biāo)污染負(fù)荷與畜禽養(yǎng)殖業(yè)總規(guī)模有關(guān)，因此采用排污強(qiáng)度可更好地反映畜禽養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效率。2012—2015年排污強(qiáng)度平均值為29.6～31.2 kg/元，其中華北、東北、西北和華東地區(qū)的排污強(qiáng)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(qiáng)度較低的地區(qū)為西南，4年平均值僅為11.53 kg/元，其次是華南地區(qū)的 25.06 kg/元 和華中地區(qū)的27.76 kg/元。

2.2 畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度與各影響因素的關(guān)系

采用BRT方法模擬畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度與各影響因素之間的關(guān)系，結(jié)果見圖3。圖3中的曲線表示某指標(biāo)在其他指標(biāo)取均值時(shí)，該指標(biāo)與畜禽養(yǎng)殖業(yè)排污強(qiáng)度之間的關(guān)系。

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