基于ARIMA模型的中國木本油料未來供給戰(zhàn)略研究

周曉亮，馮 旭，嚴(yán)茂林，張 洋，吳成亮，劉晶嵐

(1.北京林業(yè)大學(xué) 生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院，北京 100083； 2.北京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，北京100083；3.國家林業(yè)和草原局管理干部學(xué)院，北京 102600)

糧油安全事關(guān)國計民生，如何保證本土食用油供給穩(wěn)定、提高食用油自給率更是備受關(guān)注的國家課題。根據(jù)國家糧油信息中心數(shù)據(jù)，近年來我國食用植物油自給率持續(xù)走低，2018/2019年度一度跌至30.1%[1]，食用植物油的本土供給情況與我國食用植物油要達(dá)到40%的自給率目標(biāo)[2]背道而馳。木本食用油作為食用植物油的重要組成部分，不僅具有極高的營養(yǎng)價值[3]，還有著悠久的食用和消費的歷史。隨著我國耕地面積逐年遞減[4]、耕地質(zhì)量逐漸惡化[5]、山區(qū)耕地撂荒加劇[6]等問題的凸顯，木本油料作物適應(yīng)山區(qū)生存條件、不與草本油料作物爭地的天然優(yōu)勢得到放大[7]，眾多學(xué)者將其視為優(yōu)化國土資源配置[8]和維護(hù)我國糧油安全的“綠色糧倉”[9]。國家亦連續(xù)多年出臺多項政策，在宏觀層面對木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行把控和規(guī)劃[10]。當(dāng)前，社會各界已達(dá)成廣泛共識，大力發(fā)展木本油料，積極提高木本食用油自給率已成為當(dāng)前提高我國食用油自給率、保障國家糧油安全的最優(yōu)解。因此，木本油料的產(chǎn)量預(yù)測及影響因素分析逐漸成為木本糧油領(lǐng)域的熱點。

當(dāng)前，關(guān)于糧油等農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量以及價格變動的預(yù)測方法眾多。有的學(xué)者偏好灰色預(yù)測模型[11-12]，有的學(xué)者偏好神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型[13-14]，還有部分學(xué)者偏好灰色馬爾可夫預(yù)測模型[15-17]。雖然上述預(yù)測方法均具有一定的實用性，但是缺點也非常明顯?；疑A(yù)測模型只能對變化比較規(guī)律的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，對波動性較大的數(shù)據(jù)擬合精度低[18]，且容易忽略自然、社會、經(jīng)濟等因素對農(nóng)產(chǎn)品的綜合影響[19]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型則對樣本的數(shù)量有嚴(yán)格要求，當(dāng)不能滿足“大樣本”條件時，其預(yù)測精度就會偏低[20]，而且時常出現(xiàn)預(yù)測結(jié)果難以解釋的現(xiàn)象[21]。差分自回歸移動平均模型(即ARIMA模型)則不僅可以通過差分變換，將非平穩(wěn)的時間序列轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)時間序列以便利預(yù)測，且在短期預(yù)測結(jié)果上有很強的解釋力和可信度[22-23]，預(yù)測精度相較于其他方法也更高[24]。因此，眾多學(xué)者選擇使用ARIMA模型對白菜[25]、胡蘿卜[26]、玉米[27]等農(nóng)產(chǎn)品短期價格以及糧食短期供需量[28-29]進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果也進(jìn)一步證實了ARIMA模型在農(nóng)林領(lǐng)域產(chǎn)量和價格波動預(yù)測方面的實用性。

我國木本油料作物種類雖多，但是目前成規(guī)模并被普遍認(rèn)可的主要是油茶、核桃和油橄欖3種[30-31]，被國民食用和消費的木本油也主要是油茶籽油、核桃油以及橄欖油。因此，對上述3種木本油料和木本油的產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測，可以較為精確地預(yù)判未來我國木本油料以及木本油的有效供給。

綜上所述，本文以油茶、核桃、油橄欖3種代表性木本油料作物為例，利用現(xiàn)有宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)和前人研究，測算我國同期主要木本油的供給量，并采用ARIMA模型對未來我國主要木本油料和木本油的供給量進(jìn)行預(yù)測，同時結(jié)合當(dāng)前木本油料發(fā)展存在的問題和瓶頸，提出針對性發(fā)展建議，以期為政府對木本油料產(chǎn)業(yè)進(jìn)行科學(xué)宏觀調(diào)控提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支持。

1 我國主要木本油料的供給現(xiàn)狀及存在問題

1.1 供給現(xiàn)狀分析

本文從《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》以及聯(lián)合國糧食組織等多個官方統(tǒng)計年鑒中整理選取了2000—2019年我國3種主要木本油料的供給數(shù)據(jù)，具體情況見表1。

表1 我國主要木本油料供給情況 萬t

由表1可知，我國3種主要木本油料總供給量在2000/2001、2002/2003、2017/2018年度略有小幅下降，但總體處于上升狀態(tài)。2010年以前，3種主要木本油料總供給量上升趨勢比較平緩，2010年之后，增長速度加快，總供給量由2000年的113.57萬t增加到2019年的736.85萬t，增加了5.49倍，其中：油茶籽供給量從2000年的82.32萬t，上升到2019年的267.93萬t，與基期(2000年)相比，增加了2.25倍，年均增長率6.4%，增長較為平緩；核桃供給量從2000年的30.99萬t上升至2019年的468.92萬t，增加了14.13倍，年均增長率15.4%，增長較快；油橄欖供給量從2000年的0.26萬t升至2018年的4.91萬t，增加了17.88倍，年均增長率17.7%，是三者中增長速度最快的，2008年之前我國油橄欖供給量波動很小，但2008年之后油橄欖供給快速增長，年均增長率高達(dá)37.1%。

我國3種主要木本油料的產(chǎn)油量不盡相同。油茶籽基本都被用于榨油，出油率為25%～30%[32]；每年約有20%的核桃被用于榨油，核桃出仁率為50%～60%，核桃仁出油率為60%～70%[33-35]；每年約有80%的油橄欖被用于榨油，出油率為18%[36-38]。綜上所述，本文取平均數(shù)按27.5%的出油率計算油茶籽油供給量，采用37%的出油率計算核桃油供給量，采用18%的出油率計算橄欖油供給量。我國3種主要木本油供給量具體計算結(jié)果見表2。

表2 我國主要木本油的供給情況 萬t

由表2可知：我國油茶籽油供給量從2000年的22.64萬t增加到2019年的73.68萬t，增加了2.25倍；核桃油供給量從2000年的2.29萬t上升至2019年的34.70萬t，增加了14.15倍；橄欖油供給量從2000年的0.04萬t提升到2018年的0.71萬t，增加了16.75倍。

1.2 存在問題分析

1.2.1 缺乏優(yōu)秀人才，科技支撐不足

木本油料作物多種植在山地、林區(qū)等偏遠(yuǎn)位置，由于配套設(shè)施不完善、基礎(chǔ)設(shè)施不健全，很多儀器設(shè)備無法正常投入使用；另一方面，許多崗位在貧困地區(qū)和基層一線，如何讓優(yōu)質(zhì)科學(xué)技術(shù)人才和管理人才看得見、穩(wěn)得住、留得下也是非常棘手的問題，而且由于這些地區(qū)的高等教育不發(fā)達(dá)，也不能真正系統(tǒng)地挖掘和培養(yǎng)本土優(yōu)秀人才。這就使得木本油料產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員的整體科技水平和管理意識遲遲得不到提升，木本油料優(yōu)質(zhì)品種培育、病蟲害防治以及生產(chǎn)基地日常運營管理和維護(hù)工作難以為繼，最終導(dǎo)致木本油料產(chǎn)業(yè)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的動力不足。

1.2.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)加工能力弱

林農(nóng)對于市場信息反應(yīng)慢，在農(nóng)業(yè)種植方面具有盲目性和滯后性，導(dǎo)致木本油料種植結(jié)構(gòu)單一，抵御市場風(fēng)險的能力弱；另一方面，木本油料加工企業(yè)的產(chǎn)品深加工能力不足，以油茶加工企業(yè)為例，我國現(xiàn)有油茶加工企業(yè)1 018家，但是真正具有油茶籽油精煉能力的企業(yè)僅有200多家[39]，很多油茶籽油加工企業(yè)設(shè)備設(shè)施老舊，屬于小作坊式生產(chǎn)，而且行業(yè)同質(zhì)化競爭嚴(yán)重，產(chǎn)品不能滿足多樣化的市場需求，受市場價格波動影響大。這些油茶籽油加工企業(yè)技術(shù)較落后、效率低，產(chǎn)品很多達(dá)不到油茶籽油國家標(biāo)準(zhǔn)，也無法銷售，造成資源浪費。而且國外的油料加工企業(yè)在管理技術(shù)方面比國內(nèi)許多小作坊更勝一籌，機械化水平更高，抗風(fēng)險的能力也更強，在生產(chǎn)銷售實現(xiàn)全球化的今天，國內(nèi)木本油料產(chǎn)業(yè)始終是成本劣勢的一方。

1.2.3 資金投入有限，宣傳力度不足

木本油料產(chǎn)業(yè)屬于一種經(jīng)濟回收期比較長的行業(yè)，前期需要大量的資金購買固定資產(chǎn)，而由于這些資產(chǎn)的專用性，使其購買成本和交易成本都比較高[40]，產(chǎn)業(yè)發(fā)展容易受資金制約，而且我國對木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展投入的資金遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上其發(fā)展需要。從歷史上看，“八五”到“十五”期間，全部木本糧油產(chǎn)業(yè)的科技支撐科研經(jīng)費不及一種草本糧油作物的幾十分之一[41]。截至當(dāng)前，我國更關(guān)注草本油料的供給安全問題，對木本油料的關(guān)注度還停留在第一產(chǎn)業(yè)上[42]。資金投入不夠也進(jìn)一步導(dǎo)致政策宣傳方面的不足，由于缺乏相應(yīng)宣傳，居民對木本油料產(chǎn)品的功能、優(yōu)勢等方面仍缺乏系統(tǒng)性的認(rèn)識，對木本油料的認(rèn)知還存在著觀念上的誤區(qū)[43-44]。

2 采用ARIMA模型預(yù)測我國主要木本油料供給情況

2.1 ARIMA模型原理

本文采用的ARIMA模型，其完整表達(dá)式為ARIMA(p，q，d)。其中：p為自回歸項數(shù)，q為移動平均項數(shù)，d為時間序列成為平穩(wěn)序列時所做的差分次數(shù)。ARIMA模型預(yù)測的基本思想是將預(yù)測對象隨時間推移而形成的數(shù)據(jù)作為一個隨機時間序列，并建立相應(yīng)的模型對此序列進(jìn)行描述，這個模型被識別后就可以運用其來預(yù)測未來值。

ARIMA模型的檢驗過程如圖1所示。首先，ARIMA時間序列模型需要進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗，只有通過平穩(wěn)性檢驗的數(shù)據(jù)才符合模型的要求；如果數(shù)據(jù)未通過平穩(wěn)性檢驗，就需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行差分運算(差分運算一般最多只能進(jìn)行2次)。其次，通過平穩(wěn)性檢驗的數(shù)據(jù)，還要進(jìn)行白噪聲檢驗，通過檢驗則說明該模型比較合適，未通過檢驗則需要再進(jìn)行擬合ARIMA模型。

圖1 ARIMA模型檢驗過程

2.2 模型檢驗

模型殘差序列的自相關(guān)(ACF)和偏自相關(guān)(PACF)殘差圖見圖2。圖2中橫坐標(biāo)是置信區(qū)間，用來表示樣本統(tǒng)計值的精確度，取值范圍為[-1，1]；縱坐標(biāo)是模型殘差的自相關(guān)與偏自相關(guān)系數(shù)，表示樣本數(shù)據(jù)在2000—2019年一共有20期，但進(jìn)行了一次差分運算后減少為17期，因此取值范圍為[1,17]。

圖2 模型殘差序列的自相關(guān)(ACF)和偏自相關(guān)(PACF)殘差圖

由圖2可知，自相關(guān)與偏自相關(guān)函數(shù)均落在95%的置信區(qū)間(-0.5～0.5)以內(nèi)，因此接受原假設(shè)，模型擬合良好。針對木本油總供給量，結(jié)合AIC信息準(zhǔn)則最終找出最優(yōu)模型為ARIMA(0,2,1)，其模型公式為y(t)=3.641-1.000ε(t-1)。式中：y為供給量，t為時間項(年份)，ε為白噪聲序列。殘差的白噪聲檢驗中的P值為0.220，大于0.1，則表明在0.1的顯著性水平下不能拒絕原假設(shè)，模型擬合良好，因此該模型基本滿足要求。

2.3 研究結(jié)果

我國油茶籽、核桃和油橄欖的總供給預(yù)測如圖3所示。圖3中由真實供給量曲線建立擬合線，再延伸出預(yù)測線。由圖3可以看出：模型走勢雖然略有波動但都在控制上限與下限之間，說明建立的模型合理，能夠用來預(yù)測未來值；我國木本油料未來供給量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢。

注：UCL. 控制上限；LCL.控制下限。下同

我國3種主要木本油料2020—2025年總供給預(yù)測結(jié)果見表3。

表3 我國油茶籽、核桃和油橄欖的總供給預(yù)測

由表3可以看出，我國3種主要木本油料總供給處于不斷上升的狀態(tài)，而且總供給量增加值在逐年擴大。具體可以分為兩個階段：2020—2022年為第一階段，預(yù)計年總供給量分別為804.89、876.58萬t和951.90萬t；2023—2025年為第二階段，預(yù)計年總供給量分別為1 030.86、1 113.47萬t和1 199.71萬t。

我國油茶籽油、核桃油和橄欖油的總供給預(yù)測如圖4所示。

由圖4可以看出，未來幾年我國3種主要木本油的總供給量一直保持不斷上升的態(tài)勢。

我國3種主要木本油2020—2025年總供給預(yù)測情況見表4。

圖4 我國油茶籽油、核桃油和橄欖油的總供給預(yù)測

表4 我國油茶籽油、核桃油和橄欖油的總供給預(yù)測

由表4可以看出，我國3種木本油的總供給量在逐年上升，從2020年的117.57萬t，上升到2025年的170.56萬t，年均增長率為7.72%。

2.4 討論

實證分析結(jié)果表明，采用ARIMA模型預(yù)測木本油料和木本油的供給量是可行的。預(yù)測結(jié)果顯示，我國3種主要木本油料在接下來的幾年內(nèi)供給量不斷上升，3種主要木本油的總供給量也不斷提高，到2020年可以達(dá)到117.57萬t，但無論是與《全國油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2009—2020年)》中提到要力爭在2020年全國油茶籽油產(chǎn)量達(dá)到250萬t的目標(biāo)相比，還是與國務(wù)院辦公廳《關(guān)于加快木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》中提到力爭到2020年年產(chǎn)木本食用油150萬t的目標(biāo)相比，均有很大差距。2020年11月，國家發(fā)展改革委員會、國家林業(yè)和草原局等10部門聯(lián)合印發(fā)意見，全面推動木本糧油產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，并提出到“十四五”收官之年即2025年我國木本食用油年產(chǎn)量將達(dá)250萬t的目標(biāo)，而從預(yù)測結(jié)果來看，2025年我國3種主要木本油的總供給量僅能達(dá)到170.56萬t，不及既定目標(biāo)的70%。由此可見，如何從供給側(cè)進(jìn)一步推動木本油料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、提高木本食用油自給率仍是木本油料產(chǎn)業(yè)今后發(fā)展的重中之重。

3 建 議

2021年既是全面建成小康社會之后的第一個年頭，也是“十四五”規(guī)劃的開局之年，木本油料產(chǎn)業(yè)要想得到快速發(fā)展自然要抓住這一承前啟后、繼往開來的關(guān)鍵時間節(jié)點。根據(jù)木本油料發(fā)展目標(biāo)、當(dāng)前供給情況以及發(fā)展過程中存在的問題，特提出如下建議：

(1)強化科技支撐。首先，要加強對大中型、智能化、復(fù)合型農(nóng)業(yè)機械的研發(fā)與運用，尤其要研發(fā)宜山宜林作業(yè)的機械，在種植、管理、收獲、存儲、加工、運輸?shù)热轿惶嵘颈居土暇C合機械化率；其次，引進(jìn)和培育良種，提升良種覆蓋率，進(jìn)而提升木本油料作物單產(chǎn)；最后，要加強對一線科研人員的重視和培養(yǎng)，鼓勵其在農(nóng)林領(lǐng)域發(fā)揮自身優(yōu)勢，并給予相應(yīng)的物質(zhì)保障和經(jīng)費支持。

(2)做好科學(xué)規(guī)劃。首先，組織相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者進(jìn)行科學(xué)論證，認(rèn)真部署木本糧油總體發(fā)展規(guī)劃，從膳食營養(yǎng)的角度明確總體發(fā)展目標(biāo)；其次，在國家宏觀把控的基礎(chǔ)上，各地要確定發(fā)展規(guī)模，具體落實發(fā)展區(qū)域；最后，建立起符合木本油料體系建設(shè)實施的管理體系，制定具體的計劃、技術(shù)、監(jiān)管等方面的管理辦法。對疏于管理的木本油料林地進(jìn)行低產(chǎn)林改造，進(jìn)行集約化栽培、機械化作業(yè)，最大程度地降低林農(nóng)勞動強度，提高產(chǎn)量。

(3)加大政策支持。國家在政策上要對木本油料產(chǎn)業(yè)予以傾斜，要加強對木本油料產(chǎn)業(yè)的扶持力度。同時，要加快山區(qū)和林區(qū)等偏遠(yuǎn)地帶水、路、電、網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)；給予木本油料發(fā)展資金上的支持，增加補貼的力度，重點扶持高附加值的木本油料作物品種。各地還應(yīng)當(dāng)積極聯(lián)合保險機構(gòu)，推廣木本油料的保險服務(wù)，降低農(nóng)戶經(jīng)營管理風(fēng)險，引導(dǎo)農(nóng)民積極投保。

(4)增加宣傳力度。政府應(yīng)當(dāng)加強對木本食用油的營養(yǎng)和健康價值宣傳，引導(dǎo)居民樹立大糧油觀，進(jìn)而增強人們對木本食用油的消費信心，提高木本食用油需求量，最終從需求端反作用于供給側(cè)，推動我國木本油料和木本油的自給率，保障國家糧油安全。