（生态学专业论文）基于遗传算法的可持续农业产业结构优化配置研究.pdf

摘要 摘要 本文针对当前我国农业发展中存在的问题提出了可持续农业产业结构优化配置思想，根 据可持续农业产业结构的要求准则建立了可持续农业产业结构优化模型体系，并对该模型体 系进行了稳定性分析、实证分析、遗传多目标算法求解以及可持续农业的定量评价研究。具 体而言，本文的研究内容包括以下几个方面： 1 本文在引言部分分析了当前我国农业发展状况和目标，提出了可持续农业产业结构 优化的概念，阐明了论文研究的意义总结了各种产业结构优化方法及多目标优化算法，叙 述了遗传算法利可持续评价方法的研究动态，详细论述了论文的整体写作思路。 2 深入分析了可持续农业产业结构优化配置的准则，建立了可持续农业产业结构的非 线性、多目标优化模型。该模型以实现经济效益、生态和社会效益三方面最优设计目标函数， 目标函数虑尽可能最好地反映指标的实际状况，因此采用组合1 f 线性拟台的方法对畜牧业纯 收益进行研究，利用j e n n y 数学模型对土壤有机质含量做预测，采用需求短缺期望考察社会 需求状况；设置了包括自然资源、种植面积、生态以及社会需求多方面的约束条件，建立了 面向可持续发展的农业产业结构优化模型体系；从数学分析角度对优化模型体系的稳定性进 行了证明，保证模型体系具有实际应用的理论基础；最后选择黑龙江省为实际研究对象，分 析了其自然资源条件和农业发展现状宏观确定了模型中涉及的同定参数，采用多种模型预 测方法分别对区域人口、农作物单产、人均消费需求等参数进行预测，建立了以2 0 1 0 年为报 告期的黑龙江省可持续农业产业结构优化模型。 3 系统研究了遗传算法的基本原理和实现技术，深入分析了遗传算法的数学基础，指 出了标准遗传算法的不足和缺陷，即不能保证收敛性，证明了改进的最优保存遗传算法具备 全局收敛性，将该种算法应用到黑龙江省农业产业结构优化模型的求解中并对算子的设计 进行了改进，采用简单交叉、算术交叉、启发式交义三种交义方式、边界变异、均匀变异、 动态( 或称非均匀) 变异、多点非均匀变异四种变异算子并用的方法，增加了群体选择的多 样性。利用多目标适麻性权重罚函数法设计适应度函数，得到了基丁遗传多目标优化算法的 可持续农业产业结构优化的p a r e t o 解序列。 4 在完成模型建立及求解的基础上，需要对得到的结果进行评价分析，保证其可以达 到预定的目标，由此构建了农业可持续发展综合评价指标体系，将灰色系统理论方法用于可 持续农业评价中，确定了农业各子系统内部协调度，并设计综合评价模型对近年以及报告期 的农业可持续发展能力进行评价。两方面评价的结果表明，经过结构优化j l 亓的黑龙江省农业 产业结构无论是在优化结果( 效益值) 还是农业可持续方面均均取得了明显提高。 在建立模型和研究方法上，本文具有以下特色： 1 根据农业产业结构特点，综合考察影响农业产业可持续性的各个指标，对各目标进 行了全面的量化分析和研究，建立了非线性多目标优化模犁体系，能较好地反映农业产业结 构经济、生态、社会几个方面的发展状况及相互之间的必然联系，该模型体系在农业产业结 构优化的研究中是十分罕见的。 2 将近代优化算法一遗传算法应用到农业产业结构优化中，该算法对于解决复杂的 非线性模型尤其对于寻求多目标优化问题的p a r e t o 解具有一定的优势，本文在充分考虑遗传 v 算法收敛性和种群多样性的基础上将其进行适当改进，对解决文中所建模型以及相关的多目 标复杂模型体系均具有重要的应用价值。 本论文所建的模型体系、理论分析以及具体研究方法对于优化农业产业结构具有一定的 实际应用与推广价值，多目标遗传算法的使用和改进为模型求解提供新的思路，也可将其应 用到相关或相似的领域中。 关键词农业产业结构；多目标优化模型：稳定性；遗传算法；灰色系统；可持续评价 ar e s e a r c hi nu s i n gg e n e t i c a l g o r i t h m st oo p t i m i z e t h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r eo fs u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r e a b s t r a c t t h i st e x td i s t r i b u t et h et h o u g h tr a t i o n a l l ya f t e rp u t t i n gf o r w a r dt h es u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r a l s t r u c t u r ed i r e c t i n ga g a i n s tt h eq u e s t i o nt h a te x i s t si nt h ea g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r ya t p r e s e n t ，a c c o r d i n gt ot h er e q u e s to fs u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r a l s t r u c t u r e sc r i t e r i o n ，i th a ss e tu p s u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r a ls t r u c t u r ea n dt h es y s t e mo f m o d e l so p t i m i z e d ，m o r e o v e rc a r r i e do r is t a b i l i t y a n a l y s i s ，r e a le x a m p l ea n a l y s i s ，m u l t i - g o a lg e n e t i ca l g o r i t h ma n dq u a n t i t a t i v ea p p r a i s a l o f s u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r es t u d yt ot h i sm o d e l p a r t i c u l a r l y , t h er e s e a r c hw o r ko ft h i st e x ti sl a u n c h e d f r o ms e v e r a lf o l l o w i n gr e s p e c t s ： 1 t h i st e x th a ss u m m a r i z e da n da n a l y s e dt h ep r e s e n ta g r i c u l t u r a ls t a t eo fd e v e l o p m e n to fo u r c o u n t r ya n dg o a l ，i th a sp u tf o r w a r dt h ec o n c e p tt h a tt h es u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r a ls t r u c t u r eo p t i m i z e s ， h a se x p o u n d e dt h em e a n i n gi nw h i c ht h et h e s i ss t u d i e s ，o p t i m i z et h em e t h o da n dm u l t i - g o a l s a l g o r i t h m sa f t e rs u m m a r i z i n gv a r i o u sk i n d so fi n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，h a v en a r r a t e dt h er e s e a r c h d y n a m i cs t a t u so f g e n e t i ca l g o r i t h ma n ds u s t a i n a b l ea p p r a i s a lm e t h o d ，i th a sd e s c r i b e dt h et h i n k i n g o f w h o l ew r i t i n go f t h et h e s i si nd e t a i l 2 1 ta n a l y s i st h ec r i t e r i o no fr a t i o n a ld i s t r i b u t i o no fn e t w o r ka b o u ts u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r a l s t r u c t u r e ，s e t su ps u s t a i n a b l en o n l i n e a r i t y , m u l t i - g o a lo p t i m i z e dm o d e l so fa g r i c u l t u r a ls t r u c t u r e i n o r d e rt or e a l i z et h r e er e s p e c t so p t i m u md e s i g no b j e c tf u n c t i o no fe c o n o m i cb e n e f i t s ，e c o l o g ya n d s o c i a lb e n e f i t , t h eg o a lf u n c t i o ns h o u l dr e f l e c ta c t u a ls t a t eo fi n d e xa sb e s ta sp o s s i b l e 、s oi tm a k e s u pn o n - l i n e a rm e t h o dt h a tf i tg oo nr e s e a r c ht ot h e n e tp r o f i to ft h ea n i m a lh u s b a n d r yt oa d o p t ， u t i l i z ej e n n ym a t h e m a t i c sm o d e lt om a k ea n dp r e d i c tt ot h eo r g a n i cc o n t e n to fs o i l ，a d o p t d e m a n d i n gs h o r t a g et oe x p e c tt oi n v e s t i g a t et h es o c i a ld e m a n ds t a t e ；h a ss e tu pn a t u r a lr e s o u r c ， c u l t i v a t e da r e a ，e c o l o g yr e s t r a i n tc o n d i t i o n si n c l u d i n gs o c i a ld e m a n d ，a n dt h ea g r i c u l t u r ms t r u c t u r e o p t i m i z e dm o d e l ss y s t e mf a c i n gs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ；h a sp r o v e dt h es t a b i l i t yo ft h em o d e l s y s t e mf r o mm a t h e m a t i c s ，g u a r a n t e et h es y s t e mo fm o d e l sw h i c hh a st h e o r e t i c a lf o u n d a t i o no f p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ；c h o o s eh e l l o n e j i a n g t oa n a l y s ei t sn a t u r a lr e s o u r c e sc o n d i t i o na n d a g r i c u l t u r a lc u r r e n ts i t u a t i o no ft h ed e v e l o p m e n ta st h ea c t u a lr e s e a r c ho b j e c t ，h a sc o n f i r m e dt h e r e g u l a rp a r a m e t e ri n v o l v e di nm o d e l s ，a d o p tm a n yk i n d so fm o d e l st op r e d i c ts u c hp a r a m e t e r sa s r e g i o n a lp o p u l a t i o n ，m ep e ru n i ta r e ay i e l do f t h ec r o p s ，p e rc a p i t ac o n s u m p t i o nd e m a n d ，e t c h a s s e tu p 吐1 eo p t i m i z e dm o d e l so ft h es u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r a ls t r u c t u r eo fh e i l o n g j i a n gp r o v i n c e t a k i n g2 0 1 0a sr e p o r tp e r i o d 3 r e s e a r c h e dt h eb a s i cp r i n c i p l ea n dt e c h n o l o g yo fr e a l i z i n go ft h eg e n e t i ca l g o r i t h m s ， a n a l y s ei nd e p t ht h em a t h e m a t i c sf o u n d a t i o no fg e n e t i ca l g o r i t h m s ，h a sp o i n t e do u tt h ed e f i c i e n c y a n dd e f e c to fs i m p l eg e n e t i ca l g o r i t h m s ，n a m e l yc a n tg u a r a n t e ec o n v e r g e n c ep r o p e r t y ，p r o v et h a t v i i k e e p sg e n e t i ca l g o r i t h m st op o s s e s so v e r a l lc o n v e r g e n c ep r o p e r t yi m p r o v e do p t i m u m l y , a s kt h e o n e st h ma p p l yi tt ot h ea g r i c u l t u r a ls t m c t u r eo fh e i l o n g i i a n gp r o v i n c e ，i m p r o v e dt h ed e s i g no ft h e o p e r a t o r , a d o p ts i m p l e x o v e r 、a r i t h x o v e r 、h e u r i s t i c x o v e r , b o u n d a r y m u t a t i o n 、u n i f m u t a t i o n 、 n o n u n i f m u t a t i o n 、m u l t i n o n u n i f m u t a t i o ns i m u l t a n e o u s l y , i n c r e a s et h ev a r i e t yt h a tt h ec o l o n y c h o o s e s ，u t i l i z et h ea d a p t a b i l i t yw e i g h to fm u l t i - g o a l st of i n et od e s i g nt h ea d a p t i v ed e g r e eo f f u n c t i o n ，i tg e t sp a r e t oa r r a y so nt h eb a s i so fg e n e t i ca l g o r i t h m sm u l t i - g o a lo p t i m i z e dt oo p t i m i z e t h es t r u c t u r eo fi n d u s t r yo f s u s t a i n a b l e a g r i c u l t u r e 4 o nt h eb a s i so fm o d e l sa n ds o l v i n g ，i tn e e dt oa p p r a i s et ot h er e s u l tt h a ti sr e c e i v e d ， g u a r a n t e ei t t or e a c ht h eg o a lb o o k e d ，t h e r e f o r es t r u c t u r et h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni n d e x s y s t e mo fa g r i c u l t u r a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，w h i l eu s i n gg r e y s y s t e m a t i ct h e o r ym e t h o df o r s u s t a i n a b l ea g r i c u l t u r ea n da p p r a i s i n g ，h a sc o n f i r m e dc o o r d i n a t e dd e g r e ew i t h i ne v e r ys u b s y s t e mo f a g r i c u l t u r e ，a n dd e s i g ns y n t h e s i sa p p r a i s a lm o d e lt oa b i l i t yo fa g r i c u l t u r a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i nr e c e n ty e a r sa n dr e p o r tp e r i o d w h a tt w or e s p e c t sa r ea p p r a i s e di n d i c a t e df i n a l l y , 1 1 0m a t t e rt h e r e s u l t ( b e n e f i tv a l u e ) a b o u tt h ea g r i c u l t u r a ls t r u c t u r eo fh e i l o n g j i a n gp r o v i n c ea f t e rt h es t r u c t u r ei s o p t i m i z e do ra g r i c u l t u r e ss u s t a i n a b l er e s p e c th a sb e e no b t a i n e da n do b v i o u s l yi m p r o v e d i nb u i l d i n ga n ds e t t i n gu pm o d e l sa n dr e s e a r c ha p p r o a c h ，t h i ss t a t i o n e r yh a st h ef o l l o w i n g c h a r a c t e r i s t i c ： 1 a c c o r d i n gt ot h ea g r i c u l t u r a ls t r u c t u r e sc h a r a c t e r i s t i c ，i to v e r a l ls u r v e ye a c hi n d e xw h i c h i n f l u e n c ea g r i c u l t u r a li n d u s t r y ，c a r r yo no v e r a l lq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n ds t u d yt oe v e r yg o a l ， e s t a b l i s ht h es y s t e mo fn o n l i n e a r i t ym u l t i g o a lo p t i m i z i n gm o d e l s ，t h es t a t eo fd e v e l o p m e n to f s e v e r a lr e s p e c t sa n dp o s i t i v ec o n n e c t i o ne a c ho t h e rt h a tt h em o d e lc a nr e f l e c tt h ea g r i c u l t u r a l s t r u c t u r ee c o n o m y ，e c o l o g y ，t h es o c i e t yw e l l ，t h i sk i n do fm o d e ls y s t e mi sv e r yr a r e l yi nt h e r e s e a r c ht h a tt h ea g r i c u l t u r a ls t r u c t u r eo p t i m i z e s 2 t h em o d e mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m g e n e t i ca l g o r i t h m si sa p p l i e dt h i sc o m p l i c a t e d n o n l i n e a rm o d e lf o rs o l v i n go fa l g o r i t h mw h i l eo p t i m i z i n gt ot h ea g r i c u l t u r a ls t r u c t u r e ，e s p e c i a l l y f o rs e e k i n gm u l t i g o a lo p t i m i z ep a r e t oo fi s s u e ，i th a sac e r t a i na d v a n t a g e st os o l v e ，t h i st e x tc a r r i e s o f fp r o p e ri m p r o v e m e n ti nf u l l yc o n s i d e r i n gt h ec o n v e r g e n c ep r o p e r t yo fg e n e t i ca l g o r i t h ma n d p o p u l a t i o n sd i v e r s i f i e df o u n d a t i o n ，h a v ei m p o r t a n tu s i n gv a l u ei ns o l v i n gt h em o d e l ，r e l e v a n t m u l t i g o a l s ，c o m p l i c a t e dm o d e ls y s t e mb u i l ti nt h ea r t i c l e t h em o d e ls y s t e m ，t h e o r yb u i l to ft h i st h e s i sa n dt h ec o n c r e t er e s e a r c ha p p r o a c hh a sc e r t a i n p r a c t i c a la p p l i c a t i o na n dv a l u et op o p u l a r i z ei no p t i m i z i n gt h es t r u c t u r eo fa g r i c u l t u r a li n d u s t r y , t h e u s ea n di m p r o v e m e n to f g e n e t i ca l g o r i t h mo f m u l t i - g o a l so f f e rt h en e wt h i n k i n gf o rt h ef a c tt h a tt h e m o d e li sa s k e da n ds o l v e d ，i tc a nb ea p p l i e dt or e l e v a n to rs i m i l a rf i e l d s k e y w o r d a g r i c u l t u r a li n d u s t r i a ls t r u c t u r e ；m u l t i - g o a l so p t i m i z e dm o d e l s ；s t a b i l i t y ；g e n e t i c a l g o r i t h m s ；g r e ys y s t e m ；s u s t a i n a b l ea p p r a i s a l v i l l 英文摘要 n a m e w a n gs h u y a n s p e c i a l i t ye c o l o g y s u p e r v i s o r p r o e g ej i a q i ；p r o e m e n gj u n 1 1 论文的提出背景和研究的意义 1 1 1 可持续农业概念的提出 农业是人类最古老而又最重要的产业，至今已有上万年的历史，经历了由原始农业 传统农业现代农业的漫长发展。原始农业和传统农业在世界农业史中io i 有相当长的统治 地位，一直延续到2 0 世纪初，人类才开始了由传统自给自足农业时代向商品化、集约化转变 的农业现代化进程。现代农业在逐步发展和取得巨大成就的同时，也带来了一些弊端。概括 总结主要有： ( 1 ) 可再生能源消耗大量增加； ( 2 ) 森林面积减少，世界森林面积每年以上千万公顷的速度下降； ( 3 ) 水十流失加重，全世界每年流失十壤2 5 0 亿吨之多； ( 4 ) 大气污染加剧，温室效应以及酸雨等环境灾害日益严峻； ( 5 ) 由于超量而不当的使用化肥和农药，造成的食品污染、地下水污染、人畜中毒笱 问题日趋严重 ( 6 ) 农业经营成本逐年抬高，补贴加重，政府和经营者负担过重。 为此，从2 0 世纪7 0 年代以来，世界上，尤其发达国家在其农产品过剩而经济增长缓慢 的背景下，极力探索企图替代上述现代农业的发展途径，先后出现了如“有机农业”、“生物 动力农业”、“自然农业”等种种模式，其核心内容就是反对化肥农药，提倡自然循环和自然 生态，保护生态环境。可持续农业的概念因此而被提出。 可持续农业( s u s t a i n a b l e a g r i c u l t u r e ) 将可持续发展的思想应用于农业而形成的新概念。 关于可持续农业的定义，最早是在美国加洲“可持续农业研究教育法”中提出来的，之后虽 有不同的提法，但最有权威，并被越来越多的人所接受的定义，是1 9 9 1 年联合国粮农组织 ( f a o ) 在荷兰召开的“农业与农村发展国际研讨会议”上给出的可持续农业与农村发展( 简 称s a r d ) 定义( 高旺盛，2 0 0 2 ) ，即采取某种使用和维护自然资源的方式，实行技术变革和 体制改革，以确保当代人类及其后代对农产品的需求得到满足，这种可持续的农业能永续利 用土地、水和动植物的遗传资源，是一种环境永不退化、技术上应用恰当、经济上能维持下 去、社会能够接受的农业( 中国农业在线。2 0 0 3 ) 。 从定义可以看出，可持续农业包含三个层次的内容；一是强调农业发展的条件是要合理 利用资源，不仅使环境不退化，而且还要进一步改善环境；二是提高产品产越，以满足人口 增长的需要；二是强调这种发展所采用技术是适当的、积极的、合乎人类伦理道德的，是节 省资源的、经济可行的、能够为社会所广泛接受的。 1 1 2 农业可持续发展与中国生态农业 中国2 l 世纪议程对中国农业可持续发展进一步明确为：保持农业生产率稳定增长， 提高食物生产和保障食物安全，发展农村经济，增加农民收入，改变农村贫困落后状况，保 东北农业大学理学硕上学位论文 护和改善农业生态环境，合理、永续地利用自然资源，特别是生物资源和可再生资源，以满 足逐年增长的国民经济发展和人民生活的需要。从农业资源角度来理解，农业可持续发展就 是充分开发、合理利用一切农业资源( 包括农业自然资源和农业社会资源) ，合理地协调农业 资源承载力和经济发展的关系提高资源转化率，使农业资源在时间和空间上优化配置达到 农业资源永续利用。使农产品能够不断满足当代人和后代人的需求。 改革开放以来，我国农业逐渐从传统型向现代型转变，取得了举世瞩目的成就。用占世 界7 的耕地养活了占世界2 2 的人1 ：3 。然而我国农业也面临着一系列的危机：首先是人1 3 增长和农村贫困问题给农业可持续发展带来了巨大压力，人口过快增长特别是农村人1 ：3 过快 增长与农村教育、医疗卫生等条件发展不相适应，加剧了人口数量与质鬣的矛盾，造成了农 村劳动力素质难以提高和充分就业等问题；现有近5 0 0 0 万的贫困人口分布农村，贫困造成资 源环境恶化，资源环境恶化又加剧贫困，最终对农业发展产生严重的制约，造成了人口增多 一贫困一资源环境恶化一经济发展减缓的恶性循环。其次是自然资源的匮乏，随着我国人口 逐年增加，可利用的农业资源却不断减少。主要农业资源的人均占有量远低丁世界平均水平。 其中，耕地、草地、林地分别为世界平均的3 0 、4 0 、1 3 3 ；可供开垦的后备资源严重 不足，农业用水资源的情况更为严重，全国有8 0 0 0 万农村人口饮水凼难，3 0 0 个城市缺水： 水涝灾害严重，9 0 年代成灾面积已经相当丁5 0 年代的2 7 3 ，严重影响了中国农业的生产和 发展。第三是生态的恶化，目前全国遭受“三废”污染的农田面积己达o 1 亿公顷，每年损 失粮食近i o o 亿公斤；全国水士流失面积、土地荒漠化面积居高不下。在荒漠化过程中，还 因土壤侵蚀造成土壤有机质、养分严重流失土壤肥力f 降。另外，由于长期采取不恰当 的耕作方式与措施，土地退化的问题相当严重耕地退化率超过4 0 ，草地退化率达到了5 6 左右，农田粮食产量普遍下降。第四，我国的粮食生产问题也不容乐观，近年来我国虽然已 经基本实现温饱，但粮食的供给一直处于紧张的状况，粮食的生产量不能满足粮食的需求， 需要大量进1 3 粮食。有人估计，如果乐观地认为我国的粮食产量以1 4 的年平均增长速度增 长，则直到2 0 2 0 年才能完全实现粮食自给。 针对上述情况，十几年来，我国许多地方结合传统农业技术和现代科技，创造出一批各 具特色的生态农业技术，既保证了农业的高产出，又不损害资源环境的可持续性。 中国的可持续农业不能再走先发展农业经济再把环境保护提到重要位置上以及一边发 展经济一边治理环境的道路，而是应尽可能把环境保护与治理纳入经济发展的轨道，探寻一 条以生态农业和环保产业为主导的经济发展道路。对一个农村人口众多、农业在国民经济中 占有重要地位的国家来说，这是兼顾经济发展与生态环境的较为理想的经济发展模式。而生 态农业的优点正是能够促进生态的良性循环，使社会既能稳定、持续地取得丰富的农产品， 又能保持良好的生态环境，使社会的生活质量提高。 生态农业是指在经济和环境协调发展原则下，总结吸收各种农业生产方式的成功经验， 按生态学、生态经济学原理，应用系统工程方法建立和发展起来的农业体系。它要求把粮食 生产与多种经济作物生产相结合，把种植业与林、牧、副、渔业相结合，把大农业与- - 产 业发展相结合，利用我国传统农业的精华和现代科学技术，通过人工设计生态工程，协调经 济发展与环境之间、资源利用与保护之间的关系，形成生态和经济的良性循环，实现农业的 可持续发展。 2 生态农业是1 9 7 1 年由美国土壤学家w a l b r e c h e 首次提出的概念，此后得到了充实和完 善。目前在美国、英国、德国、日本等发达国家和地区应用。其主要观点是主张完全不用或 基本不用化肥、农药，代之以秸秆、人粪尿、绿肥等有机肥和利用天然物质、农业物理措施 等防除病虫杂草，提倡尽量用各种可再生资源和人力、畜力进行农事操作，强调保护野生动 植物资源和采用轮作、间作套种来提高土壤肥力。 中国生态农业被认为是易丁为更多人所接受、很有前途的替代农业模式。1 9 8 1 年北京的 生态工程学术研讨会上首次提出中国生态农业概念，它区别于发达国家的生态农业，与其他 类型的替代农业也有很大的不同，这除了体现在产生的背景、出发点和目标不同外，还体现 在具体做法上，我国的生态农业主张现代科学技术与传统农业精耕细作的有机结合，强调技 术和劳力密集的同时，适度、合理地投入化肥、农药、农机具等。中国生态农业实质上是一 种综台生态因素和社会因素形成的生态经济农业，具有较高的生态效益、经济效益和社会效 益。由此可见，中国生态农业是可持续发展思想与中国农业具体实践相结合的成功模式或范 例，是具有中国特色的农业可持续发展。 1 1 3 可持续农业产业结构优化研究的意义 可持续农业产业结构优化实质上是对于农业经济生产力诸因素以及资源生态环境各个 系统进行科学、台理的调整，使经济、生态、社会协调向前发展，并且实现农业自然资源的 永续利用和农业生态环境的良好维护。 综合而论，可持续农业产业结构优化的研究具有如下几方面的意义： 1 可持续农业产业结构是农业发展步入新的历史阶段的必然要求。前面已经谈到，当 前农业发展面临许多问题如农业资源不堪人口发展的重负、人类赖以生存的环境遭受严重的 破坏、化肥、农药等物质的大量使用以及重度的污染等等，使得新时期农业发展受到阻滞。 这些非持久性冈素不仅影响了当代人的发展，而且祸及人类的子孙后代。为此，努力消除非 持久闻素的影响，为未来农业发展寻找新的途径，调整现有的农业产业结构以实现可持续农 业势在必行。 2 可持续农业产业结构是农业创新的重要表现。发展可持续农业是一种更高层次的农 业发展道路，从传统农业向可持续农业的转变是一个农业创新的过程：从实现农业资源的合 理利用、提高农业生产力的角度来说，是进8 f t 农业技术创新，在可持续农业发展中，对技 术创新的要求更高了，使现代农业科技研究开发与传统意义上的研究开发相比，被赋予了更 多的内容；从新的制度安排具有更高的经济绩效角度来看，发展可持续农业是一个农业制度 创新的过程，该过程中也将不断地有经济绩效较高或交易成本较低的制度安排代替经济绩效 较低或交易成本较高的制度安排。 3 可持续农业产业结构是2 l 世纪中国农业现代化的基本战略选择。可持续农业的发展 目标是：第一、积极增加粮食等农产品的产量，保障食物安全，这与目前我国制定的粮食安 全政策相吻合：第二、促进农村综合发展，扩大农村就业机会，增加农民收入，消除贫困： 第三、台理利用、保护和改善资源环境，以利于当代与后代生存与发展的艮远利益：这三大 目标较全面地体现了全世界、尤其是发展中国家农业农村的状况与未来趋势，从这个意义上 讲，可持续发展既是现代农业的出发点，又是其最终的归宿。冈此，未来农业发展的趋势就 东北农业大学理学硕士学位论立 是建立在可持续性基础之上的现代化农业产业结构。 1 2 产业结构优化研究方法 产业结构是经济学理论与研究的一个新的分支，一般是指社会分，1 j 体系中各种产业之间 的分类组合构状和各产业部fj 2 _ 间的联系与比例关系( 刘朝明。1 9 9 2 ) 。产业结构优化概括地 说，就是用最优化方法对产业结构进行调整，它是一项具有很强技术性、高复杂度的系统工 程( 黄国榜等，1 9 9 5 ) ，既要考虑产业结构整体的经济效益，也要受到一定时间、条件、地点 以及社会各个方面的约束。从优化产业结构寻求系统协调发展，是产业结构优化的根本目的。 一直以来，有关产业结构优化问题始终是不同领域的科学工作者的重要研究方向：该方向从 开始发展到今天虽经历时间不长，却得到了众多的探询和关注，不论是从定性还是定量的角 度分析研究都有了很大的发展( 冯臣效，1 9 9 5 ；应纪来等2 0 0 3 ) 。本文仅从模型角度考察该 理论体系的研究状况，总结各种模型研究方法之后建立适合农业产业结构的优化模型体系并 对模型的求解方法进行综合分析。 常用的产业结构优化模型主要有投入产山模型、系统动力学模型、计量经济模型和数学 规划模型，数学规划模型根据问题的具体情况又可以分为线性规划模型、1 f 线性规划模型； 灰色规划模型、模糊规划模型、单目标规划模型、向摄数学规划模型、动态规划模型等等。 各种模型适庶于不同的应用范畴，往往根据问题的实际情况选择。 1 投入产出模型主要是用来对国民经济系统进行综合考察，分析各经济部门之间的数 量关系以及再生产的综合比例关系，然后制定投入产出表再据此建立数学模型利用其进行 经济分析和计划计算( 韩志刚，1 9 8 7 ) ，是分析经济总量与产业结构之间关系的有力t 具。如 陈宏等利用投入产出模型研究最优产业结构，( 陈宏等，1 9 9 7 ) ；范德成、刘希宋利用投入产 出模型对黑龙江省3 次产业结构进行动态分析( 范德成等，2 0 0 3 ) ；刘国良对江苏省产业结构 做实证分析( 刘国良，2 0 0 3 ) 等等。 2 系统动力学是认识某类复杂问题的一种方法学，主要用于解决企业中出现的些有 关经营管理的问题。系统动力学模型是一种以反馈控制为基础的探讨动态系统的数学模型( 绪 方胜彦1 9 8 3 ) 。它是借助微分方程来完成对非线性、有时滞的实际问题的处理，适合于进行 长期的、动态的仿真分析与研究，很多学者将其应用到产业结构研究领域进行调整、仿真等 问题( 段力平，1 9 9 7 ；陈欣，1 9 9 9 ) 。 3 计量经济模型是应用经济指标之间的数量关系来描述一个经济系统结构问题的模型。 该模型的开拓者是荷兰经济学家j t i n b e r g e n ，1 9 3 6 年凯恩斯在此基础上建立了宏观经济学说， 后人再根据凯恩斯的经济理论又建立了宏观计量经济模型( 唐国兴，1 9 8 8 ) 。计量经济模型土 要应用于三个方面的研究：第一是对经济结构分析，其目的是搞清经济变量之间的关系并说 明各种经济现象，如葛虹等利用该模型对我国产业结构进行量化和分析( 葛虹等，2 0 0 3 ) ；第 二是宏观经济预测，这是在外生变量的将来值已知、或作一定假设后对未来经济发展水平的 预见，贾正源等用经济计量模型对用电最优组合做预测( 贾正源等，2 0 0 1 ) ，石磊对城镇劳动 就业做需求预测( 石磊，1 9 9 9 ) 。第三是对经济政策分析或模拟，利用模型可以计算不同的外 生政策变量的变动对经济发展的影响。江孝感等建立江苏省级财政宏观调控计量经济模型( 江 孝感等，1 9 9 9 ) 、李宝库利用该模型对当代黑色经济的估计分析与虑用 ( 李宝库，2 0 0 1 ) 等。 4 数学规划模型是科学决策过程中比较常用而且有效的一种最化产业结构的方法。一 般而言，规划模型由两部分组成，一是未知量的目标函数，另一就是确定这些量的变化域的 限制条件即约束条件。如果模型与约束条件都是线性函数，这样的模型称之为线性规划 ( l i n e a rp r o g r a m m i n g ) 模型：若模型与约束条件中有至少一个函数是1 f 线性的，则模型为非 线性规划( n o n l i n e a rp r o g r a m m i n g ) 模型：在此基础上发展起来的规划模型如灰色规划模型、 模糊规划模型等，是这两种基本模型以不同方法研究的另外一种形式，其基本思想是一致的。 规划模型还可以根据目标函数的个数进一步划分，具有单一目标函数的模型为单日标规划模 型，具有多个目标函数的模型为多目标规划模型或称向量数学规划( v e c t o rm a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n g ) 模型。动态规划( o y n a m i cp r o g r a m m i n g ) 模型有别于数学规划中常见的几种 模型，它不像线性规划和非线性规划那样有一个标准的表达式，而是对一个具体问题就有一 个数学表达式，从而动态规划没有统一处理格式，必须根据问题本身的特性，利用灵活的数 学技巧来处理，是解决多阶段决策过程最优化问题的一种方法( 解可新等，1 9 9 7 ) 。数学规划 模型还有很多不同的形式决策者可根据自己的意图选择合适的模型来优化产业结构。 目前选择数学规划模型进行产业结构优化的研究最为厂泛：刑世和，林银来利用线性规划 模型对区域农用地的利用进行结构优化( 刑世和，林银来，2 0 0