基于系统动力学的林下经济可持续发展战略仿真分析

来源：SCI期刊网 分类：经济论文 时间：2022-04-06 09:55 热度：

　　摘 要: 如何合理开发利用林下资源，通过发展林下经济，实现现代林业，实现人与自然的和谐发展，是解决中国林业面临的基本问题的方法之一。本文基于系统动力学理论，对林下经济可持续发展的体系结构进行系统分析，根据系统的因果循环反馈关系建立了林下经济可持续发展的 SD 模型，分析了林下经济的经济、社会、生态三个子系统的相互作用和各自的系统结构，并以黑龙江省为例进行了实证分析，进而提出相关对策建议。

　　关键词: 林下经济; 可持续发展; 战略仿真; 实证分析; 系统动力学

　　一、引言

　　林下经济是以生态学、经济学和系统工程为基本理论，充分利用林下自然条件，借助林地的生态环境，在林冠下选择合适林下生长的动植物和微生物( 菌类) 种类，进行合理种植、养殖的生产和经营系统[1]。主要是指以林地资源和森林生态环境为依托，发展起来的林下种植业、养殖业、采集业和森林旅游业。

　　林下经济系统是与林业社会经济系统、生态环境系统相互作用的复杂系统，林下经济的发展是近年来人们针对传统林业经济的发展弊端而在实践中探索并提出的发展模式，发展林下经济是巩固集体林权制度改革成果、促进绿色经济增长的迫切需要，是加快林业产业结构调整、增加农民收入的有效途径。目前，探索林下经济发展模式、发展重点及发展政策等的研究成果较多[2]，贾治邦( 2011) 结合广西的经验，细致地阐述了林下经济发展 的 意 义，分析了发展林下经济的思路对策[3]; 奉钦亮，陈建成等( 2011) 从优势、劣势、机遇、挑战等 4 个方面分析了广西林下经济发展状况，对林下经济发展战略选择进行初步研究[4]。但从定量的角度客观分析林下经济发展的研究很少见，如耿玉德等( 2013) 建立了林下经济发展的生态位态势评价指标体系，进而评价分析了黑龙江省林下经济生态位演化发展趋势[5]。

　　系统动力学( system dynamics，SD) 理论是研究社会经济系统定性与定量相结合的方法，其最突出的特点是能够处理非线性、高阶层、多重反馈、复杂时变的系统问题，尤其是遇到某些数据难于量化或数据不足情况时，系统动力学基于几个要素间的因果关系及有限的数据集，利用一定的结构分析仍可进行推算分析[6]。正是由于这些优点，系统动力学已被广泛地应用到各个领域，包括生态环境规划[7]、区域社会经济发展战略[8-10]等方面，李 宏，唐 守 正 ( 2000 ) ; 兰 宇 飞 等 ( 2010 ) 等[11-13]也应用系统动力学对林业经济发展战略进行了研究。但对林下经济的发展进行仿真进而分析调控对策的研究尚未见到。林下经济的发展是一项复杂的长期性活动，其利用程度或水平会受到多种因素的影响。从系统的角度来看，林下经济是实现林业可持续发展和社会经济可持续发展的前提条件。本文通过对林下经济可持续发展的系统分析，构建林下经济可持续发展的系统动力学模型，以系统工程的理论解析林下经济发展与生态社会发展问题的相互作用机理，更加直观客观地帮助政府及有关决策者深入了解和判断林下经济系统发展的动态行为，为决策者探寻林下经济可持续发展的系统优化模式提供更加科学准确的决策依据。

　　二、林下经济可持续发展的系统动力学模型构建

　　( 一) 系统结构分析

　　首先考虑林下经济系统与外部系统的相互作用情况，即林下经济属于林业经济系统，林下经济系统的发展和林业社会系统和林业生态环境系统之间都存在着密切关系，它们之间相互联系，耦合形成多层次非线性系统。林下经济系统的发展既要考虑对林业资源的合理开发，又要考虑对林业生态系统产生的影响，还要考虑对林业社会系统所带来 的 效 应 ( 比 如 解 决 就 业，增 加 农 民 收 入等) [10]。

　　(二) 绘制因果关系图和系统流图

　　由于林下经济系统是林业生态系统和社会系统发展的前提和基础，为此针对林下生态经济子系统和林下社会经济子系统、林下生态经济社会复合系统构建因果关系图和系统流图。

　　1. 林下社会经济子系统

　　追求经济领域的发展是人类社会发展的动力之一，因为林下经济不仅为社会提高燃料和药材等各种物质产品，同时也能提供森林旅游等服务产品。林下经济子系统的发展结构和数量在一定程度上受制于林下资源，林下资源的总需求结构和数量发生变化，决定了林下经济生产的方向和规模。同时发展林下经济可充分发挥剩余劳动力的作用，解决就业，提高农民消费水平，并进一步提高农民生产的积极性，使单位土地上达到高产出的目的。

　　主要因果反馈回路如下，具体因果关系图见图 2:

　　( 1) GDP →林下产业投资→林下生产能力→ 林业总产值→ GDP( 正反馈) ;

　　( 2) GDP→人均 GDP →农村居民收入→居民消费水平→农林产品需求→林下资源需求→综合利用 →林下生产能力→林业总产值→GDP( 正反馈) ;

　　( 3) GDP →人均 GDP→农村居民收入→居民消费水平→旅游收入→第三产业增加值 GDP( 正反馈) 。

　　此因果关系图揭示: ( 1) 随着 GDP 的增加，林下产业投资会相应增加，从而提高林下生产能力，增加林下产品供给，提高林下总产值，从而提高林业总产值。( 2) 随着人们收入水平的提高和生态环境意识的增强，单一的林产品已经不能满足社会发展的需求，对林下产品需求逐步增加，同时对林下产品的需求和数量结构也发生变化。例如，人们对林下旅游等非木质林下产品的需求出现增长趋势。

　　2. 林下生态经济子系统

　　林下生态子系统是满足人类多种需要和维持生态平衡的物质基础，林下生态环境通过自然的再生产过程直接或者间接影响到人类生存的质量以及对林下资源的有效利用，进而影响林下经济发展和社会进步。反过来，经济发展会提高环境治理投资，带来生态环境质量的提高，进一步改善人类的生活质量，促进林下经济的可持续发展，因而得出林下生态经济子系统的系统流程图如图 3。

　　3. 林下经济可持续发展复合系统

　　将以上 2 个模型子系统耦合成一个模型体系，林下经 济 可 持 续 发 展 系 统 的 主 要 因 果 反 馈 回路有:

　　( 1) 林业总产值→GDP →林业产业投资→林下相关投资→林下作物产量→林业总产值。这是一个正反馈回路，描述了林下投资额增加，会增加林下经济作物产量的增加，从而林业总产值增加。这个回路充分说明了发掘林下资源可持续发展的重要性。

　　( 2) GDP →人均 GDP →消费水平→农林产品需求→林下资源需求→造林面积→森林蓄积量→ 林业生产能力→林业总产值→GDP。这是一个正反馈回路，描述了社会经济发展对林下资源的消费需求，当此回路在系统中起主要作用时，林下经济可持续发展呈现乐观趋势。

　　( 3) 第三产业增加值→GDP→人均 GDP→消费水平→农林产品需求→农林从业人数→人均森林蓄积→环境质量因子→社会关注→林木绿化量 →旅游休闲收入→第三产业增加值。这是一个负反馈回路，目前统计年鉴上看，能够较好反映林下经济的是第三产业，这个回路反映了生态环境状况的稳定对林下经济可持续发展的客观要求。

　　( 4) 林下相关投资→科学技术水平→污染排放→环境自身净化→森林覆盖率→农林从业人数 →GDP→林业产业投资→林下相关投资。这是一个负反馈回路，反映了林业科学技术的进步对林下经济发展的重要作用。结合构建的因果反馈回路，构建该复合系统的综合因果关系图，如图 4 所示。

　　三、黑龙江省林下经济可持续发展实证研究

　　( 一) 区域概况

　　黑龙江省是东北地区陆地自然生态系统的主体之一，同时也是全国最大的木材生产基地和国有林区。森林资源的可持续利用是关系到林业可持续发展和黑龙江省社会经济可持续发展的基础和前提。天保工程以来，黑龙江省开始从用材林基地向生态省转变，明确提出大力实施生态战略、大力发展特色经济的思路。而发展林下经济是特色经济发展的重要组成部分，具有重要意义。本文运用系统动力学的方法对黑龙江林下经济可持续发展进行仿真模拟，并提出相关对策建议。

　　( 二) 黑龙江省林下经济可持续发展系统流程图及变量介绍

　　1. 黑龙江省林下经济可持续发展系统流程图上文已经介绍林下经济各个子系统的因果关系图，但是因果关系图只是定性地描述了系统的反馈机制，而反馈系统是非常复杂的，仅用文字叙述不易将系统的真实特性表示出来。为了方便对系统结构及动态特性进行了解，用系统流程图的方式来表示各个子系统的结构关系。

　　根据黑龙江省林下经济各个子系统因果关系的分析，由因果关系图，构建流程图，根据流程图写出的方程式，能正确地为模型建立方程。流程图能通过水平方程、速率方程和辅助方程等各类方程建立其系统动力学模型。见图 5。

　　2. 主要变量及方程

　　本文使用 Vensim PLE 软件建立系统模型，可以通过建立模型了解变量之间的因果关系，通过软件的特殊功能了解各变量的输入与输出之间的关系，了解系统的结构，这需要编写适当的方程式来表达各变量之间的关系，将方程式写入模型，在反映各个变量之间因果关系的同时，各变量之间的数量关系也通过方程式得以体现，从而绘制因果反馈图与 SD 流程图，也方便修改模型变量以得到不同的输出结果。结合黑龙江省实际情况以及本文第二部分中介绍的各个子系统的变量，选取对系统反应比较灵敏的主要变量，构建黑龙江省林下经济可持续发展系统流程图，如上图 5 所示。

　　现对流程图中主要变量之间的关系从三方面说明: 从经济角度，林业增加值是林业固定资产投资的直接结果，同时其产值的增加受制于反映生产效率水平的资产产出率。而其中的资产产出率不仅与林业生产技术水平密切相关，还与影响林下经济发展的诸多因素有关，如交通运输条件、劳动力水平等。由于每年投资率不一，利润在林业总产值中的比例变化很大，而林业固定资产与净利润有关，因此需要设定变量来表示。林业固定资产总值和资产产出率一并决定林业增加值，林业总产 值 又 取 决 于 林 业 增 加 值 与 林 业 增 加 值率[12]，从而得到林业净利润，这能够为进一步分析林下经济的可持续发展打下基础。林下经济的产值与 GDP 有着直接的关系，用林下经济对 GDP 的贡献率来界定这一定义。

　　同时林下经济的发展也受到生态和社会环境的制约。从生态角度，生态方面的因素主要包括造林面积、森林面积、森林蓄积量; 森林蓄积量是反映一个国家或地区森林资源总规模和水平的基本指标之一，也是反映森林资源的丰富程度、衡量森林生态环境优劣的重要依据。其丰富性主要受到森林面积和造林面积增加或者减少的影响，从而会增加或者减少森林食品产量。从社会角度，社会环境因素主要包括人力资源水平、教育水平、科技发展水平等变量。经济发展的快速提高，离不开林业从业人员较高的素质和工作效率，这得益于从业人员受教育水平的提高，据中国人力资源数据显示，从 1992 年至 2009 年，第一产业从业人员人均受教育年限由 4. 82 年提高至 6. 79 年，增加了近 2 年，增幅超过 40% ，大专及以上受教育水平的人员比例由 0. 04% 提升为 0. 14% ，这一关系的体现，归纳为“人力资源水平因子”。科技发展水平受到政府林业科技投入占财政支出比、技术创新能力等变量的影响。

　　模型中原始参数的确定:

　　黑龙省林下经济可持续发展系统模型中原始参数确定的数据来源于 2002 年至 2011 年《林业统计年鉴》及《中国统计年鉴》，以 2009 年作为仿真模型的基年，参数获得方法如下:

　　( 1) 趋势外推法确定参数，这是一种直接外推预测法。如确定森林食品产量增长率 0. 1041。

　　( 2) 算术平均法确定参数。如确定造林面积增长率 0. 00875。

　　( 3) 回归分析确定参数。如采用一元回归确定固定资产初始投资率 0. 1784。

　　( 4) 灰色系统预测模型修正参数。用此模型校正旅游业产值，国内生产总值，第一、二、三产业产值等参数。

　　模型中主要方程式如下:

　　( 1) 林业固定资产总值 = INTEG( 年投资增加值-资产折旧) ;

　　( 2) 第三产业总产值 = INTEG( 第三产业增加率，911146) ; 其中，INTEG 为取整函数，具体使用方法参考 Vensim 软件说明。

　　( 3) 年投资增加值 = 净利润 × 投资比例 + 林业固定资产总值 × 初始投资率;

　　( 4) 造林面积增量 = 造林面积 × 造林面积增长率;

　　( 5) 森林食品增加量 = 森林食品产量 × 森林食品增长率;

　　( 6) 人力资源水平因子 = 大专以上人口比例 × 0. 1。

　　( 三) 黑龙江省林下经济可持续发展系统模型构建

　　系统动力学模型的建立，目的是为了寻求有利于黑龙江省林下经济长期稳定可持续发展的战略，因此，模型所反映出的行为必须与实际系统的行为基本一致。模型进行仿真模拟之前必须进行有效性检验，以检测黑龙江省林下生态经济社会系统模型是否有效。

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　　黑龙江省森林覆盖率高，林下经济以林地资源为依托，对微生物和动植物进行合理种养殖，开展森林旅游和林下产品加工，是一种绿色、循环的经济模式。目前，黑龙江省林下经济的发展主要集中在林菌、林药、森林旅游及名贵花卉、森林食品四大产业上，由于以往林业年鉴没有对林下经济这一概念做出明确的定义，因而鉴于统计数据资料和篇幅所限，只对 2009-2011 年的部分代表性数据进行检验。

　　1. 模型检验

　　本文选取 2009 年、2010 年、2011 年三年的统计数据对黑龙江省林下经济模型进行真实性检验，比较分析模型的运行结果，如表 1、2、3 所示。从有效性检验的结果可以看出，2009 年到 2011 年的输出数据与真实数据的误差大多介于- 0. 1 - 0. 1 之间，2011 年对林下经济产值这一数据的仿真检验，误差尽管有些大，但是鉴于实际资料的缺乏，这也在正常范围内。此外，其它个别变量的误差较大，但考虑到 2000 年至 2010 年实施的天然林保护工程一期等外界环境变化对模型的影响，认为模型的行为与现实系统的行为趋势基本一致，认为模型是有效的。

　　2. 模型模拟

　　考虑到黑龙江省国有林区林下经济的发展情况，在不影响仿真准确性又便于仿真的情况下，定义三种发展模式，分别为自然发展、适度发展与高速发展。

　　( 1) 自然发展模式: 即不进行变量系数调整，按黑龙江省林下经济系统现有生态经济社会发展形势预测未来发展的趋势。

　　( 2) 适度发展即可持续发展协调模式: 增加林下经济的科技投入比例 1% ，综合考虑林业科技投入占财政支出比例，以及林业投资比例，确保造林面积增加的前提下合理增加采伐率，相应增加旅游业等支持性产业和第三产业的投入，做到确保经济增长的总量和经济发展速度的同时，又考虑发展对生态环境造成的影响，加速林下经济结构优化和发展，又兼顾相关产业的发展。

　　( 3) 高速发展模式: 即提高林业投资比例 4% ，为增加经济效益单纯地增加林业和林下经济的投资值，从而达到经济高速发展的目的。

　　依据对模型进行仿真模拟后输出一系列模拟值，可供对比分析，仿真模拟结果见表 4。

　　使用 Vensim PLE 软件可以得出国内生产总值 ( gnsczz) 、林业产值( lycz) 、旅游业产值( lyycz) 、森林面积( slmj) 、第三产业总产值( dscyzcz) 、污染排放水平( wrpfsp) 在三种发展情况下的曲线对比图。其中曲线 1—代表自然发展，曲线 2—代表适度发展，曲 线 3—代 表 高 速 发 展。对 比 情 况 见 图 6 至 11。

　　分析结果显示:

　　( 1) 自然发展模式: 是按照现有的发展进行的模拟，2025 年，GDP 将增长至 68845. 27 亿元，但是增长速度开始放缓。林业产值，旅游业产值也以较平缓稳定的速度增长，增长缓慢，另外一方面由于污染物处理的速度低于污染物产生的速度，所以环境污染会加重，这将制约林下经济的健康发展，因而必须采取有效的措施，促进林下经济的可持续发展。

　　( 2) 适度发展模式下，第三产业产值增至 4425. 86 亿元，相应的，林业生态服务、林业技术支持增加，林下经济得到有效健康的发展。这种发展模式是适度的，环境污染尽管也在加重，但是，速度减缓，在合理控制范围内，同时随着科技的更新改进，有效地控制了森林资源的浪费，促进林下经济的可持续发展。

　　( 3) 高速发展模式下，旅游业产值在 2025 年增加至 95042. 2 亿元，林业经济得到高速增长，但林业资源遭到破坏性开采，这是以林业资源的过度开发为代价的，环境污染严重，造成的生态损失和环境污染程度是不可估量的。

　　综上，自然发展情况对森林资源的开发强度较小，但是经济增长速度较慢，影响经济发展水平和人民生活水平的提高; 高速发展模式，由于给生态环境造成巨大影响，最终将影响林下经济的可持续发展; 而适度发展既达到了经济增长的目的，又保证了森林资源的合理开发和利用，所以认为适度发展是黑龙江省林下经济可持续发展的最佳发展趋势。

　　3. 模拟结果的分析

　　针对适度发展进行分析可以得出以下结论:

　　( 1) 林下经济的可持续发展要增加旅游业产值等林下产值，从而更好地提高林下经济效益。要充分调动林业生产经营者的积极性，在提高经营效益的同时保障林业的生态效益，实现森林的可持续经营。

　　( 2) 林下经济的可持续发展需要森林蓄积量和造林面积的增加。为了得到良好的经济增长速度和森林资源增长速度，只有按照社会发展的自然规律，引进先进的科学技术，有计划、有步骤地合理使用自然资源，逐步实现林业的自然资源和生态环境既满足当代人需求、又不损害子孙后代的需求的可持续发展，就需要合理利用森林资源。

　　( 3) 林下经济的可持续发展需要在增加林下种植面积的同时加大对森林资源保护和培育的投资。适度发展中科学地考虑了黑龙江省森林资源的自然生长规律，保证黑龙江省的林种结构，要增加森林资源保护扶持力度，满足保护环境的整体需求。

　　四、结论

　　本文在林下经济发展相关理论研究的基础上，利用系统动力学中的因果关系图对林下经济可持续发展问题进行定性研究，并对模型中存在的主要因果反馈回路进行分析。依据所构建的因果关系模型，进一步考虑数据的可行性和现实性，绘制系统流程图，有助于更好地分析影响林下经济可持续发展的因素及其相互关系，结合所构建的林下经济可持续发展系统动力学模型可知，林下经济可持续发展的影响因素主要有人们的收入水平、林业科技水平、林下相关产业发展投资等方面。可以看出: 一是林下经济可持续发展的实现需要依靠科技的力量，推进林下科技创新，提高林下经济从业人员的文化水平; 二是增加林下投资的力度，摆脱传统的投资方式，多增加投资渠道。系统动力学这一方法与传统的统计方法相比，更加真实，它充分考虑了系统变量之间的非线性关系，采用表函数来描述变量之间的非线性关系，保持模型与研究问题的一致性。——论文作者：姜 钰，贺雪涛

文章名称：基于系统动力学的林下经济可持续发展战略仿真分析

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