农业旅游可持续发展动态模拟仿真与分析

许宇飞

（湖南涉外经济学院 管理学院，长沙 410205）

0 引言

随着人们收入的不断提高，居民的闲暇时间有所增加，对生活质量有了更高的要求，休闲旅游成为很多人的选择，从而给旅游业提供了良好的发展契机，此种情况下农业旅游应运而生并得到快速发展。农业旅游的快速发展为地区经济做出重要贡献，同时不可避免地产生一些生态环境破坏的现象，对经济社会的发展也造成一定的负面作用，因此旅游的可持续发展问题成为国内外学者关注的热点话题。本文基于系统动力学原理对农业旅游的可持续性进行研究，通过构建系统动力模型设置相应代理变量用我国宏观统计数据进行实证检验，设计不同的方案进行计算机模拟仿真并进行对比以期求出最佳方案，针对所存在的问题提出可操作性的政策建议。

1 模型构建

系统动力学是研究复杂经济系统的定量分析法，该方法以控制论为基础，借助现代计算机仿真技术对经济现象进行模拟，是系统论、控制论、决策论和信息论等理论的综合运用。系统动力学方法通过分析历史数据和现实经验等进行动态仿真模拟，对不同的设计方案进行对比研究力求达到人力、物力和财力的最佳使用效果。农业旅游的可持续发展问题侧重于研究农业资源环境和经济社会之间的动态关系，需要构建农业旅游可持续发展的系统动力模型进行分析，涉及到人口、资源、经济、环境等不同系统之间的信息交换。农业旅游可持续发展系统动力学模型的基本过程主要包括以下几个步骤：假设农业旅游可持续发展的系统动力模型包括m个状态变量x1、x2、…、xm，n个控制变量k1、k2、…、kn，h个输出变量s1、s2、…、sh，其动力特征可用微分方程组表述如下：

相应的输出方程可以表述为：

sj=gj(x1，x2，…，xm;k1，k2，…，kn;t)(j=1，2，…，h)

状态向量X、控制向量K和输出向量S可以表述为如下形式：

则向量函数的形式可以表述为：

f(X,K,S)和g(X,K,S)

其中状态方程为 f(X，K，S)，(X∈Rm，U∈Rn)，输出方程为 g(X，K，S)，(S∈Rh)，系统方程的动态形式可以表述为：

根据上述构建的农业旅游可持续发展系统动力模型，可以找出相应代理变量，设计不同的解决方案，用相应数据代入方程进行计算机仿真求解，对不同方案的模拟结果进行对比分析，以期求出我国农业旅游可持续发展的最优化模式。农业旅游的发展受多种因素的共同影响，处于一个包括人口、经济、环境、科技和资源等子系统的复杂的动力机制中，把农业生态旅游置于系统动力机制框架下，其表达形式可以表述为：

其中状态方程为 fj(x1，x2，x3，x4，x5;t)(j=1，2，…，m)，输出方程为 gj(x1，x2，x3，x4，x5;t)(j=1，2，…，m)，农业生态旅游发展的系统方程动态形式可以表述为：

该方程表示农业生态旅游在整个系统动力机制中的动态变化状况，系统动态机制中任何一种因素的变化都会影响到整个系统的运行。

2 农业旅游可持续性的系统动力学仿真

2.1 目标子系统选取及系统模型构建

根据农业旅游可持续发展的动态要求，选取人口、经济、环境、科技和资源五个子系统，共包括约两百个变量和若干个相应参数，经过反复进行计算机动态仿真模拟最后确定如下五个子模型。

人口子系统。人口是整个模型中最终活跃的变量，农业旅游的发展和消费都要靠人口，人口的增加是农业旅游发展的基础因素。在经济社会稳定发展的时期，人口呈指数型增长趋势，对自然资源的需求量迅速扩大，给生态环境造成很大压力，污染指数相应提高。为了实现农业旅游的可持续发展，需要大力发展教育事业，提高人口素质，加大环境保护意识的宣传，在农业旅游开发和消费过程中树立生态意识。人口子系统的统计模型设定如下：

RKt=α1ZYt+α2HJt+α3JYt+εt

其中RK表示人口变量，ZY表示人口对自然资源的需求量，HJ表示人口对生态环境造成的影响，JY表示人口的教育水平，α表示待估计参数，ε表示随机扰动项。

经济子系统。农业旅游是建立在第一产业基础上的第三产业，地区经济的发展是农业旅游的物质基础，没有一定的物质基础作保障地区农业旅游无从发展，经济的快速增长意味着资源能源的大量消耗，石油、矿产等不可再生资源将快速枯竭，最后将导致经济的停滞。只有转换经济增长方式，节能减排，实现经济的集约式增长，才能保证农业旅游的可持续性，因此经济增长要注重量的增加更要注重质的提高。经济子系统的统计模型设定如下：

JJt=β1YCt+β2SCt+β3ZYt+β4HJt+τt

其中JJ表示经济变量，YC表示第一产业变量，SC表示第三产业变量，ZY表示经济发展对资源的消耗，HJ表示经济发展对生态环境造成的影响，β表示待估计参数，τ表示随机扰动项。

环境子系统。实现经济社会和生态环境的和谐发展是农业旅游可持续的最本质要求，生态环境是人类赖以生存的场所，如果生态环境遭到破坏将会直接或间接影响人类的生存质量。经济社会的发展也会为治理环境问题提供资金支持，为环境质量的提高提供物质保障，同时生态环境的保护还要依赖于环保技术的发展，环保技术可以为环境质量的提高提供技术支持，科技的发展也能促进生态环境的改善。子系统的统计模型设定如下：

HJt= λ1RKt+λ2JJt+λ3TZt+ λ4JSt+ γt

其中HJ表示环境变量，RK表示人口对环境的影响，JJ表示经济发展对环境的影响，TZ表示对生态环境治理进行的投资，JS表示治理生态环境的环保技术，λ表示待估计参数，γ表示随机扰动项。

科技子系统。作为第一生产力的科学技术在农业旅游可持续发展中扮演重要角色，科技进步可以直接促进经济增长，经济增长可以为科技的进一步发展提供物质支持。生态环境的保护也要受科技进步的影响，因此要想实现农业旅游的可持续发展要不断加大研发投入，大力发展环境友好型技术，培养高层次的科技人才，加速科技成果向生产力转化的步伐。

KJt=φ1RKt+φ2JJt+φ3TZt+φ4HJt+κt

其中KJ表示科技变量，RK表示人口增加对科技发展的影响，JJ表示经济发展中使用的科技，TZ表示对科技发展的投资，HJ表示环保技术，φ表示待估计参数，κ表示随机扰动项。

资源子系统。资源是农业旅游可持续发展的前提，经济的快速增长和资源的有限性存在对立统一关系，资源包括可再生和不可再生资源，可再生资源的利用要注重利用的周期和程度，不可再生资源更要节约使用，任何不合理的资源利用和资源浪费都不利于经济社会的可持续发展。农业旅游的发展是对自然资源的开发和利用，因此在大力发展农业旅游的同时要注重资源的有效利用。

ZYt=ρ1RKt+ρ2JJt+ρ3KJt+υt

其中ZY表示资源变量，RK表示人口增加对资源的影响，JJ表示经济发展对资源的影响，KJ表示科技发展对资源的影响，ρ表示待估计参数，υ表示随机扰动项。

2.2 变量选取及数据来源

基于以上目标子系统的选取和设定，本文最终选定人口出生率（RK）作为人口子系统的代理变量，三次产业投资比（SC）和经济规模（GDP）作为经济子系统的代理变量，科技投资比例（KT）作为科技子系统的代理变量，生态农业指标（SN）作为资源子系统的代理变量，生态环境质量（SH）作为资源子系统的代理变量，各变量的含义及符号见表1所示。人口出生率（RK）、三次产业投资比（SC）、科技投资比例（KT）和经济规模（GDP）四个变量数据来源于《中国统计年鉴》，生态农业指标（SN）和生态环境质量（SH）两个变量数据来源《中国生态环境发展报告》，系统动力学模型的仿真时间设定为1990～2020年，研究步长为一年。

表1 变量符号及含义

2.3 实证结果

根据研究需要本文设计3种不同方案，方案1的人口出生率设定为百分之一，三次产业的投资比例为0.25:0.35:0.40，方案2的人口出生率设定为百分之0.8，三次产业的投资比例为0.35:0.25:0.40，方案3的人口出生率设定为百分之0.8，三次产业的投资比例为0.30:0.25：0.45，具体设定数据见表2。根据设定的参数数据使用系统动力学分析方法把相应变量进行计算机仿真模拟，三个不同方案的模拟结果见表2，表中列出了2005、2010、2015和2020年共四年的模拟数据。从表2可以看出，方案1是现有的经济发展模式，GDP呈现粗放型增长模式，虽然产出有较大增长，但是生态环境破坏较为严重，违背了农业旅游可持续发展的目标。方案2中第一产业的投入有所增加，同时科技投入也相应增加，农产品施药量有所减少，出现了初步的生态农业，在保持经济增长的前提下，生态环境也有一定改善。方案3加强了人口的控制，科技投资进一步增加，农产品施药量进一步下降，生态农业特征更加明显，以农业旅游为龙头的服务业是当地经济发展的重要推动力，充分发挥了农业自然资源的优势，工业的投资比例有所降低，经济实现了快速增长，生态环境指标逐步提高，人们的生活质量也提高一个档次。经济系统内部存在非常密切的联系，投资规模的扩大促进了经济增长，科技研发投资的提高使生态环境得到一定改善，但环境质量的提高程度有限，如果进一步增加科技投资对环境污染进行治理，则会影响经济增长速度。当环境污染减少时，治污费用也会有所降低，有利于经济增长，科技投资的增加，不但可以提高环境友好型技术的研发水平，而且可以增加绿色国民生产总值的增加，因此只有使农业旅游和生态环境协调发展才能实现可持续的“多赢”局面。

表2 农业旅游系统动力学仿真结果

3 结论及建议

本文利用系统动力学原理对我国农业旅游的可持续发展问题进行实证研究，通过构建包含人口、经济、环境、科技和资源五要素的系统动力学模型，利用计算机进行反复模拟仿真最后选择人口出生率、三次产业投资比、科技投资比例、生态农业指标、经济规模和生态环境质量等六个代理变量，设计三种不同方案，对不同方案的模拟结果进行比较分析可以得到以下结论：（1）农业旅游的发展必须以生态环境保护为前提，农业旅游的可持续发展可以实现对生态环境的有效利用，否则将会对生态环境保护造成很大压力。只有通过提高人口素质、增加环境友好型技术的研发投入、优化三次产业结构、提高农业资源利用率，才能减少环境污染给经济社会造成的损失，实现绿色国民生产总值的增加。（2）环境质量的提高可以实现系统内各子系统的进一步良性循环。生态环境质量的提高不但可以降低经济社会的污染水平，而且可以提高人们生活水平，促进农业生态旅游业的发展，农业旅游和生态环境的协调发展是农业旅游可持续发展的重要保证。

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