城郊农牧结合模式优化设计

1、城郊农牧结合模式优化设计1研究背景以天津市为例对城郊农牧结合模式进行优化。根据统计资料，2003年末天津市总人口为92万人，耕地面积为42万公顷，人均耕地为0.045公顷，即每公顷土地面积拥有人口为22人。种植结构为粮食：棉花：油料：蔬菜二59.5:8.6 : 3.6 : 24.6。粮食作物种植结构为：小麦：玉米：其他=30.8 : 47,1 ： 22.1 全市生猪年出栏504万头；蛋鸡存栏1709万只，累计产鲜蛋23245万公斤；肉鸡累计出栏7462万只；肉牛出栏34万头；肉羊累计出栏144万只；奶牛存栏16.1万头。每公顷耕地面积畜禽拥有量为奶牛0.50头，肉牛1.1头，羊4.5头，猪15

2、.8头，蛋鸡53.4只，肉鸡233.2只。2研究方法用数学规划法中的线性规划法对天津市城郊农牧结合模式优化。各项农产品生产资料价格、人均最低需求量以及种植业、养殖业系统的输入输出、农作物各器官生物量、畜禽饲料的可消化能和蛋白质含量采用天津市统计数据以及相关文献。（1 ）种植业成本核算根据种植业投入与产出，结合相关文献，对该模式中种养系统效益进行了计算（见表1）表1种植系统效益核算项目小麦玉米棉花甘薯花生大豆蔬菜（温室）劳力元189012603360157513657353000机械（元）9004504503001501501650投入项种子(kg)258.066265.651813.54685

3、62.46195.721000化肥(kg)157537575037.5037.53000农药元150150150000750农机具（元）115.66115.66115.66115.66115.66115.66115.66成本(元 /hm2)4888.726 2616.316639.162496.162193.121233.889515.66产量(kg/hm 2)47306644.971011.924727.782652.11813.21450000产出项毛收益(元 /hm2)8552.018259.289022.48381.078121.545447.4450000纯效益(元 /hm2)366

4、3.285642.972383.245884.915928.434213.52440484.3（2）畜禽养殖的成本核算根据畜禽养殖业投入与产出，结合相关文献，对该模式中畜禽养殖系统效益进行了计算（见表2）。（3）各种农产品的社会最低需求量根据天津市农产品人均占有量统计数据，计算该地区的各项农产品人均最低年需求量。研究区域每公顷农田承载22人。把承载人口的每年农产品消耗量作为社会最低需求量（表3）。表 2 畜禽养殖系统效益核算种类投入项产出项饲料成本设施折旧费其他成本价格毛收益纯收益（元）（元）（元）（元）（元 /kg）（元/头或只）（元/头或只）奶牛3500500100050001.57500

5、2500肉牛15005002000380084000200猪4001001006007700100羊5050252507350100蛋鸡65257278412肉鸡912.312.3714.32表3各种农畜产品社会最低需求量人均年需要量（kg/ 人）社会最低需要量（kg/hm 2）粮食125.272755.94蔬菜602.7813261.16肉52.411153.02蛋类24.25533.5牛奶43.23951.06（4）畜禽的营养需要量对于畜禽的营养需要，本研究主要考虑能量和蛋白质两项。能量不足，畜禽正常生长发育受阻。蛋白质缺乏，使畜禽生长停滞，或者发生生理病症，严重时可能导致死亡。不同畜 禽

6、对饲料的数量和性质需要不同，如反刍动物牛、羊可消化粗纤维含量高的粗饲料，如各种作物的秸秆，但必需补充一定量的蛋白质含量高的精饲料。猪和鸡则属耗粮型畜禽，需求较多的精饲料（表4）。表4畜禽营养需要量畜禽种类消耗能量(GJ)消耗蛋白质(kg)奶牛(年产奶4000kg)162.351100肉牛(500kg出栏)60.38500.00羊(50kg出栏)5.1848.00猪(90kg出栏)6.1462.10蛋鸡(12kg/年)0.516.79(5)单位面积农作物可提供的畜禽饲料的数量与营养牛、羊是反刍动物，饲料范围较广，能够以作物秸秆作为饲料，但是作物秸秆主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，蛋 白质含量

7、很低，因此必须添加蛋白质含量高的精饲料，这 样才能达到快速育肥、出栏的目的。通过分析认为，在该研究地区， 牛、羊合适的饲料种类应为玉米秸秆、大豆秸秆、大豆(表5)。猪、鸡则以玉米籽粒、小麦麦夫为主，该地区的主要农作物 可提供的猪、鸡饲料数量及营养见(表 6，表7)。表5单位面积作物可提牛、羊饲料的数量与营养类别产量2(kg/hm )可消化能2(GJ/hm )可消化蛋白质2(kg/hm )小麦秸6313.6764.9356.82玉米秸5492.3660.80175.76甘薯蔓2026.1920.6472.94花生藤2511.5025.93241.10大豆秸3850.6640.85288.80大豆

8、1766.3435.51667.68小麦麦夫709.509.8987.27表6单位面积作物可提供猪饲料的数量与营养类别产量2(kg/hm )可消化能 2(GJ/hm )可消化蛋白质 2 (kg/hm )玉米7255.85102.51261.21小麦麦夫709.508.5472.37表7单位面积作物可提供鸡饲料的数量与营养饲料名称厂里2(kg/hm )代谢能总量2(GJ/hm )粗蛋白质总量2(kg/hm )玉米6515.26103.52631.98小麦缺709.505.26115.65（6）畜禽粪便消纳农田面积限制根据天津地区不同畜禽的粪便的排放量计算畜禽粪便年排放总量（折合成猪粪当量）（表8

9、）。粪便施用量计为1000kg/亩，按50%勺耕地使用畜禽粪便计算。则每公顷农田消纳粪污量为：1 X 15X 50%X 1000= 7500kg。表8不同畜禽的粪便的排放量（猪粪当量）粪便排放量尿排放量年排放量（kg/头？日）（kg/头？日）（kg/头？年）奶牛24.1514.7614202.15肉牛13.878.618179.65羊1.320.53675.25猪2.52.551843.25鸡0.273一99.6454.3模式优化（1） 目标函数的确立天津市郊区农业发达，科技力量雄厚，资金充足，农产品市场广阔，适宜发展城郊规模化种养业，因此应该对农业结构进行调整，实现种养结合，效益最佳。从这个

10、角度考虑，采用线性规划模型对该地区农业生态 系统结构优化。种植业和养殖业纯效益最大的目标函数为：nP = ,GXirMaxid其中X为种植作物的规划面积或畜禽数量（hm2,头，只）（表9）；C为作物每公顷纯利润或畜禽单位养殖数量的纯利润（元/头，只），J I , 2, ?, n为作物或畜禽种类。表9各种决策变量作物或畜禽类别小麦玉米棉花甘薯花生大豆蔬菜奶牛肉牛 羊 猪蛋鸡肉鸡优化面积(hm2)或养殖数 yyyyvyVYCYYYXi入 2入 3入4 A 入 6入 9XU Xu X12 Xl3量(头、只)根据各种作物单位面积或畜禽单位养殖数量的纯利润，可以建立如下目标函数，即：P=3663.28X

11、i+5642.97X2+2383.24X3+5884.91X4+5928.43X5+4213.52X6+440484.34X7+25OOXs+2OOXo+1 OOXio + IOOX11 + I2X2+2X13(2)面积约束 Xi+X2+X3+X4+Xi+X5+A 533. 5(4 )畜禽业饲料约束牛羊饲料约束：能量约束方程：74.82Xi+60.80X2+20.64X4+25.93Xs+76.36X6-162.35X8-60.38X 9-5.18X 10 )0蛋白质约束方程 144.09X 1+175.76X 2+72.94X4+241.10X 5+956.48X 6-1100X 8-500

12、X9-48.00X 1。0猪饲料约束：能量约束方程：8.54X1+102.51 X2-6.14X 12) 0蛋白质约束方程：72.37X1+261.98X2- 62.1 OX12) 0鸡的饲料约束：能量约束方程：5.26Xi+103.52X2-0.51Xi?) 0蛋白质约束方程：1 15.65Xi+416.37X2-6.79X u) 0(5)畜禽粪便消纳土地约束：14202.15X 9+81 79.65Xio+675.25Xh+1 843.25Xi2+99.65Xi3w 7500(6)非负约束Xj0（7）城郊农牧结合模式结合的优化结果根据以上分析的各项参数和约束条件，按照综合经济纯效益最高的目

13、标进行规划，其运行结果见表10。目标函数值=168457.7元/hm?。效应比较表11优化前后每公顷产出效益比较优化前优化后每公顷量（公顷、头、只、千克）小麦0.183纯效益 效益(te /hm2)(元)3663.284 670.381每公顷量（公顷、头、只、0.149效益 千克）（元）545.8293玉米0.28棉花0.086花生0.02大豆0.0165642.972383.245928.4254213.521580.032204.9586118.568567.416320.320.1020.0240.0141805.75243.0905142.282258.98928蔬菜0.2464404

14、84.3奶牛0.5031252500肉牛1.0625200羊4.5100猪15.75100蛋鸡53.4062512肉鸡233.18752合计108359.10.365160776.81257.8130.661650212.51.122244505.5550157514.51450640.87552.5630466.375190.5381115603.1168457.7表10种植业和畜禽业结构优化结果（单位：hot头、只）作物或畜禽类别小麦玉米棉花甘薯花生大豆蔬菜肉牛奶牛羊猪蛋鸡肉鸡优化面积或 养殖数量0.149 0.320 0.10200.024 0.014 0.365 1.12 0.66 5.514.552.5190.50从以上分析可知，优化后的