基于GIS規(guī)劃模型的藥材種植效益問題研究

馮德鴻　黨學(xué)鳳

摘要 為綜合規(guī)劃全縣中藥材種植的土地資源，盡可能地提高種植效益，從縣農(nóng)業(yè)局調(diào)研搜集了5個鎮(zhèn)（福星鎮(zhèn)、碧巖鎮(zhèn)、首陽鎮(zhèn)、宏偉鎮(zhèn)、菜子鎮(zhèn)）5種中藥材（黨參、黃芪、黃芩、柴胡、款冬花）的種植面積限額、種植成本、凈收益和年均產(chǎn)量、可耕種藥材地和可分配的成本等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立了地理信息系統(tǒng)的線性規(guī)劃模型，求解并得到基本可行的縣級總體種植方案，并對規(guī)劃模型和計算結(jié)果進行了科學(xué)評估。

關(guān)鍵詞 中藥材;種植效益;線性規(guī)劃;地理信息系統(tǒng)

中圖分類號 F 326.5;S 127文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）23-0021-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.005

Research on Benefit of Medicinal Material Planting Based on GIS Planning Model—Taking Longxi County，Dingxi City，Gansu Province as an Example

FENG De-hong1，DANG Xue-feng2

（1.3S Institute，College of Science，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002;2.Mathematics Department，College of Science，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002）

Abstract In order to comprehensively plan the land resources for planting Chinese medicinal materials in the county and improve the planting efficiency as much as possible，the basic data such as the planting area limit，planting cost，net income and average annual yield，arable medicinal material land and distributable cost of 5 Chinese medicinal materials （Codonopsis pilosula，Astragalus membranaceus，Scutellaria baicalensis，Bupleurum chinense and Tussilago farfara） in 5 towns （Fuxing Town，Biyan Town，Shouyang Town，Hongwei Town and Caizi Town） were collected from the investigation of the county agriculture bureau，the linear planning model of geographic information system was established，and the basically feasible overall planting scheme at the county level was solved and obtained，the planning model and calculation results were scientifically evaluated.

Key words Chinese herbal medicine;Planting benefit;Linear programming;Geographic information system

種植中藥材，提高種植效率，目前國內(nèi)對該問題的研究主要包括3方面：①甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)以晉小軍等[1]為代表的全局產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向，提出上游的中藥材種植業(yè)、中游的中藥材企業(yè)加工業(yè)以及下游的制藥企業(yè)，在國家宏觀整體調(diào)控政策下，優(yōu)化全局產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高各自效益。尤其是上游的種植業(yè)，提出觀點：調(diào)整中藥材種植結(jié)構(gòu)，種植適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境，產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、經(jīng)濟效益好的中藥材，實現(xiàn)資源的合理配置，對促進地方經(jīng)濟的發(fā)展有重要意義。②林藥種植模式研究方向[2-4]，應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理和生態(tài)經(jīng)濟規(guī)律，以社會、經(jīng)濟、生態(tài)綜合效益為指標(biāo)，結(jié)合系統(tǒng)工程方法和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，因地制宜地設(shè)計、布局、生產(chǎn)和管理中藥農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展模式。如在樹林下種植中草藥材的技術(shù)與效益研究，提出觀點：林藥模式也是中草藥材的種植模式之一，對楊樹人工林下種植藥材的林藥種植模式的林分選擇、藥材種類和特性、種植技術(shù)和種植效益等進行分析和總結(jié)[2]。③從微觀角度方向研究[5]，提出掌握生產(chǎn)技術(shù)、購買優(yōu)良種子、種苗，這是成功種植藥材的三要素。該研究則是應(yīng)用運籌學(xué)規(guī)劃建模和GIS技術(shù)，從宏觀上研究種植域內(nèi)如何提高中草藥材種植效益，主要搜集甘肅省定西市隴西縣主要藥材品種（如黨參、黃芪、黃芩、柴胡、款冬花等）、主要藥材種植聚集地（如福星鎮(zhèn)、碧巖、首陽鎮(zhèn)、宏偉鎮(zhèn)、菜子鎮(zhèn)等）的中草藥材的主要種植數(shù)據(jù)，為取得最大效益，各地區(qū)應(yīng)該分配土地資源，找出現(xiàn)實可行的種植方案。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

通過隴西縣農(nóng)業(yè)局調(diào)研，分別得到各類品種藥材的基本種植數(shù)據(jù)（表1）和隴西縣種植藥材各鎮(zhèn)的種植數(shù)據(jù)（表2）。

2 建立規(guī)劃模型

規(guī)劃模型的基本前提條件是：①正常的自然條件下，即在常態(tài)自然狀態(tài)下研究該問題，不受人為主觀、極端惡劣自然災(zāi)害（如疾病、地震、蟲災(zāi)等）因素的影響;②表1和表2中數(shù)據(jù)可以充分體現(xiàn)隴西縣藥材種植情況。

變量設(shè)置：設(shè)在福星鎮(zhèn)種植黨參、黃芪、黃芩、柴胡、款冬花的面積分別為X11、X12、X13、X14、X15;在碧巖鎮(zhèn)種植5種中藥材的面積分別為X21、X22、X23、X24、X25;在首陽鎮(zhèn)種植5種中藥材的面積分別為X31、X32、X33、X34、X35;在宏偉鎮(zhèn)種植5種中藥材的面積分別為X41、X42、X43、X44、X45;在菜子鎮(zhèn)種植5種中藥材的面積分別為X51、X52、X53、X54、X55。

目標(biāo)函數(shù)：

MAX Z =124 094.94（X11+X21+X31+X41+X51）+58 721.22（X12+X22+X32+X42+X52）+54 822.57（X13+X23+X33+X43+X53）+110 393.94（X14+X24+X34+X44+X54）+106 987.45（X15+X25+X35+X45+X55）

約束條件如下：

土地資源約束：

X11+X12+X13+X14+X15≤6 666.67

X21+X22+X23+X24+X25≤2 000.00

X31+X32+X33+X34+X35≤5 200.00

X41+X42+X43+X44+X45≤1 866.67

X51+X52+X53+X54+X55≤3 466.67

成本約束：

60 899.97X11+54 899.97X12+56 399.97X13+36 899.98X14+58 499.97X15≤410 000 000

60 899.97X21+54 899.97X22+56 399.97X23+36 899.98X24+58 499.97X25≤12 000 000

60 899.97X31+54 899.97X32+56 399.97X33+36 899.98X34+58 499.97X35≤275 000 000

60 899.97X41+54 899.97X42+56 399.97X43+36 899.98X44+58 499.97X45≤69 000 000

60 899.97X51+54 899.97X52+56 399.97X53+36 899.98X54+58 499.97X55≤195 600 000

種植面積約束（各品種藥材種植面積約束）：

X11+X21+X31+X41+X51≤5 666.67

X12+X22+X32+X42+X52≤5 166.67

X13+X23+X33+X43+X53≤3 333.34

X14+X24+X34+X44+X54≤1 666.67

X15+X25+X35+X45+X55≤1 500.00

非負約束：

Xij≥0;i=1，2，…，5; j=1，2，…，5。

3 模型求解與評估

因為模型是確定型的線性規(guī)劃模型，求解算法是表上作業(yè)的單純形法[6]，所以為了求解方便可用Lingo規(guī)劃軟件[7]，或規(guī)劃模型求解的專用軟件包WinQSB[8]，

或 Office Excel加載宏規(guī)劃求解[9]得到模型的滿意可行解。求解結(jié)果如表3所示。

因此要合理地利用有限的資源條件使得隴西縣藥材種植效益最大化，需要在福星鎮(zhèn)種植黨參5 666.67 hm2，款冬花1 000.00 hm2;在碧巖鎮(zhèn)種植黃芪157.56 hm2、黃芩59.40 hm2;在首陽鎮(zhèn)種植黃芪5 009.10 hm2;在宏偉鎮(zhèn)種植黃芩165.52 hm2、柴胡1 616.92 hm2;在菜子鎮(zhèn)種植黃芩2 916.92 hm2、柴胡49.74 hm2、款冬花500.00 hm2。應(yīng)用ArcGIS地理信息系統(tǒng)分析軟件[10]，可直觀到隴西縣藥材總體種植方案（圖1）。

規(guī)劃模型的優(yōu)點：①模型是在有限的約束條件下建立的，與實際情況比較貼近，能夠較好地反映出現(xiàn)實情況;②該模型數(shù)據(jù)是隴西縣藥材種植實際數(shù)據(jù)，具有很好的真實性，所以模型的結(jié)果能為隴西縣藥材種植提供一定的科學(xué)依據(jù)，具有很好的現(xiàn)實意義;③模型用Lingo軟件計算求解，使得計建立的，但是影響隴西縣藥材種植的因素有很多，不能每種因素都考慮進去，所以相對于現(xiàn)實還是有差距;②模型求解結(jié)果只是為隴西縣藥材種植提供總體上的科學(xué)的種植方案，至于具體到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)來決定具體詳細的藥材種植方案，還不能完全依靠該模型來規(guī)劃，所以具有一定的局限性。

4 小結(jié)

該研究應(yīng)用GIS線性規(guī)劃建模技術(shù)，從宏觀角度研究種植域內(nèi)如何規(guī)劃種植區(qū)域內(nèi)的土地資源，提高中草藥材種植效益，可供農(nóng)業(yè)主管部門參考決策。由于所建模型是確定型的線性規(guī)劃模型，所以對氣候天氣外界環(huán)境的變化可能造成的干擾等因素沒考慮進去，依靠模型求解得到的總體種植方案剛性有余，柔性不足，還有待于繼續(xù)從隨機規(guī)劃（如模糊規(guī)劃等）方向進行深入研究。

參考文獻

[1]晉小軍，任應(yīng)宗，張欣旸，等.甘肅主產(chǎn)大宗中藥材產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟效益比較分析[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2013（21）：24-29.

[2] 陳慧玲，張新葉，孫廬山，等.湖北省楊樹林下藥材種植技術(shù)及效益分析[J].湖北林業(yè)科技，2015，44（1）：9-12，52.

[3] 密余華.林下藥材種植存在的問題及發(fā)展對策[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（18）：52.

[4] 郭蘭萍，呂朝耕，王紅陽，等.中藥生態(tài)農(nóng)業(yè)與幾種相關(guān)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及 GAP 的關(guān)系[J].中國現(xiàn)代中藥，2018，20（10）：1179-1188.

[5] 王忠民.種藥材如何獲得好效益[J].四川農(nóng)業(yè)科技，2007（3）：34.

[6] 胡運權(quán).運籌學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].6版.北京：高等教育出版社，2014：12-44.

[7] 徐家旺，劉彬，姜波，等.實用管理運籌學(xué)[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2009：44-48.

[8] 焦寶聰，陳蘭平.運籌學(xué)的思想方法及應(yīng)用[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008：54-57.

[9] 劉滿鳳.數(shù)據(jù)、模型與決策——基于Excel的應(yīng)用與求解[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015：36-41.

[10] 牟乃夏，劉文寶，王海銀，等.ArcGIS10地理信息系統(tǒng)教程——從初學(xué)到精通[M].北京：測繪出版社，2012：203-216.

算結(jié)果的可信度較高。

規(guī)劃模型的缺點：①該模型是在給定的有限約束條件下

作者簡介 馮德鴻（1969—），男，湖北宜昌人，副教授，碩士，從事遙感影像與GIS空間數(shù)據(jù)分析、GIS系統(tǒng)仿真研究。

鳴謝 感謝甘肅省定西市隴西縣農(nóng)業(yè)局的資助。

收稿日期 2020-05-15;修回日期 2020-07-01