气候对安徽中药材产业经济影响分析——基于经济气候模型

邰蕾蕾， 丰志培， 王 珊

(安徽中医药大学 医药经济管理学院,安徽 合肥 230012)

0 引言

20世纪初以来，气候变化较为明显，恶劣气象情况出现较为频繁，自19世纪80年代至今，全球平均气温上升约0.8摄氏度，20世纪50年代以来，气温上升速度为此前的两倍[1]。我国气候变化较全球气候变化更为剧烈，最近100年平均气温上升0.9摄氏度，据预测，2030年左右我国气温将较1990年上升3.7摄氏度左右。我国中药材生产对于气候变化较为敏感，恶劣气候很容易给我国中药材生产带来不利影响。安徽省中药材产业经济属安徽省产业经济中较为重要的组成部分，自2016年突破50亿元以来，安徽中药材产值一直稳居全国前两位，为我国中药材重要产区。但是，气候变化导致安徽中药材产量波动较为明显，价格波动也较为剧烈，影响中药材产业的稳定与产业安全。可见，气候因素可以认为是中药材产业经济领域的一个较为重要的影响因子。

中药材是安徽省经济作物中重要的组成部分，其产值接近安徽省经济作物产值的18%[2],2019年播种面积为95122公顷，总产值63.2亿元。中药材生长周期内气候变化剧烈导致的气象灾害会严重影响其产量与品质。根据已有文献分析，安徽较为严重的气象灾害可能发生的频率为3A，严重气象灾害可能对安徽中药材产业经济总量产生影响的概率约为65.42%。出现严重气象灾害概率较大、强度较强导致中药材生产不稳定性增大，严重影响安徽中药材产业经济。

近年来，有文章从播种面积、劳动人口、机械化、化肥使用等对中药材产业影响进行过分析，从气候角度对农产品产业影响的研究方法概括来分两种。一是基于搜集试验数据作物机理模型，如：CERES-Maize/Rice/Wheat[3,4]、WOFOST[5]、ORYZA2000等[6]，分情况(如气温、降水量等)讨论气候变化给农作物产业带来的影响[7]。二是基于统计数据分析(线性分析、随机前沿生产函数)等统计方法分析气候变化及变化对农作物产量带来的影响。朱晓莉等[8]采用随机前沿超越对数生产函数模型，通过控制参与种植人数、平均使用化肥量、栽种占用土地情况等相关变量，分析江苏省主要农作物总产量与气候影响因素的关系，并认为农作物的生长阶段对气候变化的反映不尽一致。朱珠[9]认为，江苏大部分地区，气候变化的某些因素对农作物产量影响较为明显，某些因素对农作物产量影响不明显。茆长宝[10]分析认为南京市气温的线性倾向率为0.26℃/10a，降水的线性倾向率为12.46mm/10a，气候变干变暖倾向较为明显，农作物产量与温度同向变化，与降水量反向变化。王秀芬等[11]分析认为黑龙江省年降水量的线性倾向率为-27.7mm/10a，平均气温的倾向率为0.43℃/10a，最高温度的倾向率为0.18℃/10a，最低温度的倾向率为0.47℃/10a，农产品生长前几期与温度正向变化，中后期产量与温度反向变化。周曙东和朱红根构建经济—气候新模型，分析表明，气候因素与南方农作物产量反向影响，如中药材生长季节期间降水量增加将导致中药材产业经济总量降低；气温升高也会对中药材产业经济总量产生不利影响[12,13]。

中药材种植同时受自然因素、经济社会因素影响。之前采用作物机理模型研究需要从水利设施、种植方式、土壤含水量、农作物生长营养环境、病虫害等采集数据，同时假定农业科技发展、农作物种植面积、投入资本等经济社会因素保持稳定，但是经济社会环境处于实时变动中，其对农作物的影响也是一直变化的，分析气候变化对农作物生产的影响，应将自然因素与经济社会因素相结合考虑。安徽省地跨长江、淮河南北，地处暖温带与亚热带过渡地区，气候温暖湿润，四季分明，但气候条件分布差异明显，天气多变，降水年际变化大，常有旱涝等自然灾害发生。安徽省气候变化趋势如何？气候对安徽中药材产业影响如何？未来气候对中药材产量存在那些可能影响？

本文主要创新点：

(1)通过考虑气候和经济社会因素，将气候因素与函数综合考虑并进行分析，构建“经济气候”模型，分析并得出气候因素对安徽省中药材产业影响程度，利用所构建BP神经网络模型，分析数据，对气象因素对中药材产业的影响结果进行预测。

(2)通过分析安徽省气候变化的特点与方向，确定气候因素对中药材产业的影响程度，为中药材产业发展提供一定的数据分析支撑，为有针对性的管理中药材产业提供方法与数据基础，同时对降低严重气象灾害对中药材生产带来的负面作用具有一定的理论与实践意义。

1 数据、变量、模型

1.1 变量

1.1.1 气候因素

本文选取年平均气温与年平均降水量作为气候因素数据，选取播种面积、投入资本、化肥用量、劳动人口作为经济社会因素数据，数据来源分别为国家气候中心与安徽省统计年鉴，样本数据期间为2002～2019年。各变量统计如表1所示。

表1 变量统计

1.2 模型

1.2.1 气候因素对中药材产业经济影响模型

将气候因素作为中药材产业经济的变量考虑，模型设计为:

PV=a0TEMy1PCPTy2AEa1FCa2CFa3LAa4μ

lnPV=a0+y1lnTEM+y2lnPCPT+a1lnAE+

a2lnFC+a3lnCF+a4lnLA+β1t+μ

其中，PV表示中药材年产值，TEM、PCPT、AE、FC、CF、LA分别表示年平均气温、年降水量中药材播种面积、投入资本、化肥用量与中药材劳动人口，时间t作为种植技术水平提高因素考虑。

1.2.2 BP神经网络模型

BP(Back Propagation)神经网络是一种基于误差的逆向传播算法训练的多层前馈网络，可以通过神经元之间的相互作用来完成没有预先设计数学模型的情况下的整个网络的信息处理，从而取得满意的预测结果。复杂非线性问题的分析和评估可以考虑使用BP神经网络模型。主要步骤为：(1)对网络进行训练；(2)对网络进行检验。BP网络主要由输入层、中间隐含层和输出层组成，公式如下：

神经元单元由xi,i=1,2,…,n和一个输出yj组成，中间状态将输入信号加权值运算表示，输出yj公式如下:

其中，θj为神经元单位的阈值，wji为连接权系数，yj为神经元输出，f为输出变换函数。

2 实证分析

2.1 数据分析

本文采用协方差矩阵修正时间因素导致的随机误差项的各期望值之间存在的相关关系以及无法满足总体回归函数中的随机误差项满足同方差性。模型估计结果如表2所示。

表2 气候因素对中药材产业经济总量的影响

通过分析可知，在5%的显著性水平下，气温与中药材产业经济总量呈显著负相关，在不考虑其他因素的影响的前提下，降水量对中药材产业经济总量影响不明显；中药材播种面积、化肥用量、中药材劳动人口在10%显著性水平上都呈显著正相关，安徽中药材产业经济总量与中药材播种面积关系较为密切；种植技术水平提高对中药材产业经济总量呈正相关。

为更为精准的分析气候因素对于安徽中药材产业经济总量的影响，本文以上述数据作为基础，分析中药材产业经济总量变化与气候因素的关系，将中药材产业经济总量剔除非气候因素影响的中药材产业经济量，得到气候因素对于中药材产业经济增量的影响，公式为：

lnPVclimate=lnPV-a0-a1lnAE-a2lnFC-

a3lnCF-a4lnLA-β1t-μ

为避免意外因素和非正常数值的影响，变量变化情况选择后3a年平均值相对初始3a平均值的变化率，结果如表3所示。

表3 各项因素对中药材产业经济总量的影响

分析数据可知，安徽中药材产业经济总量的提高因为三方面原因：一是经济社会因素的改变，二是气候因素的改变，三是其他因素的改变。三方面因素影响程度不同，其中经济社会因素影响较大，其中化肥影响较为显著，说明可以通过提升土地肥力提高安徽中药材产业经济增量。同时可以看出，三方面原因中气候因素的影响小于经济社会因素。

2.2 未来气象因素对安徽中药材产业经济总量影响预测

首先通过建立BP神经网络模型预测2021～2029年的安徽平均气温和降水量，然后将预测的气温与降水量变化率与测算的2002～2019年温度和降水数据进行综合考虑，计算未来气象因素对安徽中药材产业经济增量的影响水平。

BP神经网络模型中最大训练步长选择5000，目标误差选择0.01，其他参数不予设定。采用AIC准则，计算出气象因素序列最佳滞后期为5，确定5作为输入数据维数，确定5为输入层节点。输出层节点数本文设定为1。输入数据选取2002～2013年的数据，输出数据采用2014～2019年的预计误差数据，建立一个有5个输入层1个输出层的三层网络。然后用BP网络神经模型对2021～2029年安徽平均气温和降水量进行预测(表4)，根据预测结果得到变化率，与表2中弹性系数相乘，获得未来平均安徽中药材产业经济总量的影响结果。

表4 气候因素的变化

未来平均气温对安徽中药材产业经济总量的影响为1.43，比2002～2019年气温的影响(1.29)略高，未来降水量对安徽中药材产业经济总量影响为2.26，比2020～2019年降水量影响(1.31)提高较为明显。由此可知，未来安徽政府、农业主管部门等相关单位应对降水做好预测，同时做出应对气温变化的方案。

表5 气候因素对安徽中药材产业经济总量的影响

3 结论与启示

本文通过构建“经济气候”模型，分析了2002年以来气候变化安徽中药材产业经济总量的影响程度，构建BP神经网络模型对2021～2029年安徽气温变化和降水量进行分析、综合并作出预测，模拟运行所预测数据，获得未来气象因素对安徽中药材产业经济总量的影响，主要结论有：

(1)气候变化对安徽省中药材产业经济总量有显著影响。气象因素贡献率为5.97%，其中温度和降水贡献率分别为1.51%、4.46%，温度和降水贡献率分别为4.63%、4.35%。

(2)经济社会要素是中药材产业经济总量主要的影响因素，对其中3个阶段产生的影响超过70%，播种面积和化肥用量的影响较为明显；科技进步影响也较为明显，科技进步能够对中药材产业经济总量增加产生较为明显的推动作用；未来平均气温对安徽中药材产业经济总量的贡献为1.43，降水量对中药材产业经济总量的贡献为2.26。

(3)过去20年来安徽省气温所呈现的是线性升高趋势，平均每10a升高0.172℃，降水量未表现出明显线性倾向。

气象因素与中药材产业经济总量关系密切，温度和降水等气象因素对中药材产业经济总量同时存在有利影响与不利影响。气象因素对中药材产业经济总量存在一定影响，因此，政府主管部门需要关注气象信息，对药农安排中药材生产提出合理化建议，对可能出现的气象灾害所带来的负面影响采取相应措施提供理论和技术指导。

其次，播种面积、化肥和技术进步等对中药材产业经济总量的贡献率高达70%，说明安徽省中药材产业经济总量的增长依旧较多的依靠经济社会要素的增长，因此，政府部门要保障中药材播种面积，提高土壤肥力，促进相关技术的进步，加大新技术的投放力度，鼓励相关领域的科技进步落实。