农产品供应链仿真建模与应用

2019-08-13盛强赵雨申亮

江苏农业科学 2019年2期

盛强赵雨申亮

摘要：以陕西省周至县猕猴桃产业为研究对象，基于系统动力学思想建立猕猴桃产业供应链模型，在Anylogic软件环境下进行仿真，为种植户生产决策和产业政策设计提供指导。结果表明，使用激素类农药的果品折价系数存在临界值，当折价系数大于临界值时从成本角度考虑种植户会主动放弃使用激素类农药;减免分销商税率可以提高分销商收益，但在小区间内会降低供应链总体收益，仅当税率低于区间临界值时供应链总利润开始增加。该模型可用于同类农产品供应链的仿真与分析。

关键词：农产品;系统动力學;供应链;激素类农药;税率减免

中图分类号： F323.7 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）02-0333-04

农产品供应链是农产品从生产到消费过程中各个环节所涉及的物流、资金流、信息流的整合，是一个复杂的社会经济系统[1]。在实现价值增值的过程中，生产商、分销商、消费者以及政府必须相互协调、配合才可以实现供应链利益最大化以及经济的可持续发展[2]。陕西省周至县是全国最大的猕猴桃生产基地，目前已达到年产猕猴桃45万t左右，是当地的支柱性产业[3]，调研发现当地的猕猴桃产业仍处于市场自发集成的农产品供应链模式，这种模式可以实现商流和物流功能，但缺乏长期合作的互信基础，存在交易风险，生产决策较盲目[4]。我国农产品供应链正处在转型发展的关键时期，深入研究农产品供应链，为种植户提供生产决策指导，为政府制定产业发展政策提供支撑，对促进地区农业、农村经济发展具有十分重要的意义，也是实现农业产业化发展的重要保证。

1 农产品供应链仿真研究现状

随着我国农业现代化的不断发展，许多学者开始关注我国农产品供应链相关的研究，相关研究大体可分为供应链协调机制和供应链主体博弈2类。供应链协调机制研究方面，庄晋财等从我国农产品流通的实际情况出发，提出建设以农产品批发市场为核心的信息平台是构建农产品供应链的有效路径[5]。杨金海等探讨农产品供应链失调的成因和后果，并从政府调控的角度提出协调农产品供应链的政策措施[6]。曹武军等针对生鲜农产品供应链系统成员合作关系不稳定，提出农产品三级供应链的两部收费制度[7]。孙亮等基于Petri网建立不确定市场条件下农产品供应链模型，得出农产品供应链库存和利润变化的定性关系[8]。供应链主体博弈方面，陈化飞建立绿色农产品供应链上政府、企业和消费者间的博弈模型，研究不同情况下供应链主体的动态收益，并提出绿色农产品供应链建设的对策和建议[9]。白世贞等研究双渠道下农资供应链各个节点成员的利益及供应链整体利益，指导农资企业减少成本，提高竞争优势[10]。孙文清运用系统动力学理论构建CPFR模式下的三级农产品供应链模型，证明牛鞭效应现象可以消除[11]。徐升华等建立农产品供应链知识共享系统的动力学模型，证明系统动力学方法能够有效分析农产品供应链知识共享系统[12]。

综上，尽管农产品供应链的研究已经取得了一些成果，但这些研究多采用理论诠释，由于农产品种类众多，各地特色农产品在产量、产值、政府相关扶持政策方面差异较大，相关理论研究对于生产实际的指导意义不强，缺乏可操作性。本试验以实证研究为基础，以陕西省周至县猕猴桃产业为案例，将政府作为农产品供应链中的一员，应用系统动力学思想提出一种农产品供应链仿真和分析方法，为种植户生产决策和产业政策设计提供指导，同时也为相关农产品供应链的研究提供借鉴。

2 猕猴桃种植户生产决策模型

种植户是猕猴桃产业供应链中的“生产商”，在生产过程中以自身收益最大化为目标，须要对品种选择和激素类药品使用等进行决策，而种植户的收益同时受产量和收购价格2个因素影响。根据周至县统计局、果业发展管理局数据公告得到2004—2016年该县猕猴桃产量、种植面积、平均售价、生产投入等核心变量数据（表1）。

2.1 产量和收购价格分析

调研发现猕猴桃的产量受种植密度和管理投入等因素影响，周至县猕猴桃种植均采用密度为3 m×4 m的“T”形架，种植密度稳定在1 275～1 440株/hm2，产量较理想[3]。根据柯布-道格拉斯生产函数，建立产量与化肥量、用工数、农药投入和其他费用的函数M=μCαLβSγFη，其中M表示 1 hm2 产量;C表示肥料投入;L表示农药投入;S表示雇工投入;F表示其他投入。α、β、γ、η表示各种投入的弹性系数;μ表示气候自然灾害等随机因素影响[13]。根据相关数据进行多元回归建立生产关系函数。

lnM=4.923+0.172lnC-0.337lnL+0.381lnS+0.158lnF。

函数的R2为0.926，显著性良好，DW统计量1.893，不存在自相关。分析发现雇工投入弹性系数最高，说明劳动力投入对产量影响较显著;农药投入弹性系数为负，说明农药过度投入对产量有负增长作用，同时也验证了在猕猴桃种植过程中，对农药的浓度及使用频率较敏感。

调查还发现猕猴桃的收购价格受供需比和生产成本影响，因此建立模型P=αD+βE+λ，其中，P表示猕猴桃收购价格;D表示供需比;E表示生产成本;α、β表示弹性系数;λ表示政策等随机因素的影响。根据相关数据进行多元回归建立生产成本函数。

P=8.352D+0.002E-6.867。

函数的R2为0.970，显著性良好，DW统计量2.358，不存在自相关。分析发现供需比对价格的影响远大于生产成本，符合实际情况。

2.2 种植户决策分析

激素类农药在我国猕猴桃产业发展的特定时期内较普遍，但随着对食品质量安全的要求越来越高，从2006年起国家层面开始逐渐禁止使用相关的农业投入品，2014年5月陕西省颁布《陕西省果业条例》，禁止使用相关的农业投入品，2015年陕西省果业管理局颁布《猕猴桃膨大剂禁用行动方案》，明确禁止猕猴桃种植户使用膨大剂，但由于历史原因以及种植户对收益的追求，使用膨大剂的情况在短期内很难杜绝。

目前陕西省周至县种植的猕猴桃品种共有十余种，根据推广时间、收购价格、自然产量等大体可分为2类（表2）。近两年市场反馈信息显示，翠香、徐香、红阳等新品种使用膨大剂的现象难以杜绝，虽然膨大剂的使用会使收购价格出现20%～40%的下降，但单位产量会增加约30%，因此种植户在种植过程中主要面临品种选择和膨大剂使用2个方面的决策问题。

2.3 种植户生产决策建模

种植户总收益为A类和B类品种的收益之和，影响A品种收益的因素有单位生产成本、单位收益、膨大剂使用比例、价格受膨大剂的影响系数，影响B品种收益的因素有单位生产成本和收益。设计3个变量，即A品种比例X∈（0，1）;A品种膨大剂使用比例Y∈（0，1）;膨大剂折价系数Z∈（0.2，0.4）。则种植户决策模型的因果关系见图1，种植户生产决策结构模型见图2。

系统模型中各参数函数关系如下：（a）总利润=X×A品种单位收益+（1-X）×B品种单位收益;（b）单位收益=单位收入-单位投入;（c）A品种单位收益=0.98×自然产量× 参考价格×（1-Y）+0.95×膨大剂作用后产量× 膨大

剂作用后价格，0.98和0.95为调查获得的自然损耗系数;（d）膨大剂作用后价格=参考价格×（1-Z）;（e）膨大剂作用后产量=膨大剂增长比例×自然产量×膨大剂使用的比例;（f）B品种单位收益=0.98×自然产量×参考价格;（g）单位投入=人工成本+膨大剂成本+肥料费用+种植费用，B品种无膨大剂成本项;（h）膨大剂成本=膨大剂费用×Z。其中X为A品种种植比例;Y为A品种膨大剂使用比例;Z为膨大剂折价系数。

2.4 仿真结果与分析

农户的收益由A、B品种的收益组成，其中B品种收益与膨大剂使用比例Y和果品折价系数Z无关，因此重点分析Y、Z对A品种收益的影响。假定A、B品种种植比例相等，即X=0.5时，通过调整模型中Y、Z变量，得到种植户A品种利润变化情况（仅取代表性数值）（表3），可见当折价系数Z=0.221 42时，种植户A品种的收益与膨大剂使用比例Y无关，当Z>0.221 42时，种植户A品种的收益随膨大剂使用比例增加而减少，说明当折价系数大于 0.221 42 时，种植户会从成本角度主动放弃使用膨大剂。

按照相同方法可仿真出不同种植比例时折价系数Z的临界值（表4）。说明激素类农药使用后的果品折价系数存在临界值，当折价系数大于临界值时，从成本角度考虑种植户会主动放弃激素类农药的使用。因此，政府可以通过对折价系数的宏观调控来推进激素类农药禁用的相关条例和法规。

3 猕猴桃产业供应链模型

3.1 分销商和冷库商子系统建模

目前周至县猕猴桃的经销方式主要依靠经销商上门收购，经销商会考虑市场供需情况等因素选择租赁冷藏库储藏部分果品，将其余部分直接销售。近年来随着市场环境和冷库租赁市场的波动，供应链的整体利润也在不断发生变化。

分销商和冷库运营商均为独立的经济体，都以自身收益最大化为目标。影响分销商收入的因素为收购量和销售价格，影响分销商成本的因素为收购价格、收购量和其他费用（图3），影响冷库运营商收入的因素为冷藏量和单位租金，影响冷库运营商成本的因素为冷库运营成本、单位租赁成本和冷藏量（图4），其中收购量和冷藏量之和为猕猴桃年产量。

3.2 猕猴桃供应链系统建模

猕猴桃产业供应链中种植户、经销商、冷藏库运营商之间紧密联系且互相影响，同时又都受政府产业政策、市场供需等因素影响，因此在仿真模型中增加2个“事件类”控件，分别为政府补贴和所得税，反映政策性补贴对农户收益的影响和税率对分销商收益的影响。建立猕猴桃供应链系统动力学模型（图5）。

系统模型中各参数函数关系如下：（a）种植户经营收益=（单位收入-单位投入）×种植面积;（b）单位收入=猕猴桃单位产量×收购价格+政府投入品补贴;（c）单位投入= 肥料投入+用工数+农药投入+其他投入;（d）收购价格=8.352×供需比+0.002×单位投入-6.867;（e）总产量= 猕猴桃单位产量×种植面积;（f）猕猴桃单位产量=4.923+0.158lnC-0.337lnL+0.381lnS+0.172lnF;（g）分销商经营收益=分销商利润-分销商所得税;（h）分销商利潤=分销商收入-分销商成本费用;（i）分销商收入=收购量× 零售价格;（j）分销商所得税=分销商利润×0.13;（k）零售价格=收购价格×1.2;（l）分销商成本费用=收购价格× 收购量+分销商其他投入;（m）冷藏库收益=冷藏库储存收入-冷库储存成本;（n）冷藏库储存成本=储藏量×（储藏成本单价+收购价格）;（o）冷藏库储存收入=储藏量×储藏后售价;（p）储藏后售价=零售价格×N（N指风险系数，为0.8～1.2随机分布函数）。

3.3 模型检验

通过模型仿真猕猴桃产业发展趋势，将仿真结果与真实状况相比较，进行历史检验反映模型是否能反映系统的主要特征，模型验证区间为2005—2016年，检验数据为单位产量和收购价。由图6、图7可知，单位产量误差均值为7.53%，收购价格误差均值为11.35%，由于2006年国家出台了《农产品质量安全法》导致2007—2010年的产量和收购价格明显降低。同时进行后验差检验，后验差比值C=0.32<0.35，小误差频率P=1>0.95，模型预测结果合格。

3.4 仿真结果与分析

通过调研发现分销商缴纳增值税税率为13%，为增加自身收益分销商倾向于把猕猴桃储藏一段时间后销售，但冷藏销售存在一定的市场风险，同时也对供应链整体收益带来影响。为进一步研究税率与供应链总收益间的关系，按不同分销商税率运行模型，得到2005—2020年供应链总收益和年均收益值，以不同税率下供应链年均收益绘制折线（图8）。

由图8可知，当分销商税率为13%～11.5%时，供应链总利润相比13%税率时有所下降，随着税率进一步降低，供应链总利润才开始逐渐增加。说明对农产品供应链单一主体的减免税收政策提高了单一主体的收益，但在特定范围内时会降低供应链整体收益。因此，在政策制定过程中应对供应链总利润进行必要的分析与预判，避免出现“因小失大”的情况。

4 结论

通过建立猕猴桃产业供应链模型为种植户提供生产决策指导，为政府制定产业发展政策提供支撑。研究结果表明，使用激素类农药的果品折价系数存在临界值，在禁止使用激素类农药相关政策落实效果不理想时，政府可以通过干预果品折价系数让种植户主动放弃使用激素类农药;在制定农产品产业发展政策时，不能仅考虑各主体的收益，应以供应链总体收益为增加目标，以周至县猕猴桃产业供应链为例，减免分销商税率虽可提高分销商收益但会降低供应链总体收益，仅当税率低于11.5%时供应链总利润才开始增加。

农产品由于产地、产量、产值的差异，在税收政策及补贴政策上很难互相借鉴，各地政府在制定产业政策时往往缺乏理论依据，本研究提出的农产品系统动力学模型及分析方法能够用于同类农产品供应链的仿真与分析，为种植户提供生产决策指导，为政府制定产业发展政策提供支撑。

参考文献：

[1]黄桂红，贾仁安. 基于动态反馈分析的农产品供应链整合实证研究[J]. 系统工程，2008，26（8）：17-21.

[2]姜天瑞，张一豪，刘永悦，等. 农产品供应链中农民合作社的助农增收效应——以黑龙江省240个农户为例[J]. 江苏农业科学，2017，45（3）：258-262.

[3]刘旭. 陕西省猕猴桃产业发展战略研究[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2014.

[4]冷志杰. 基于农产品供应链集成机制的大豆供应链集成对策研究[J]. 复旦学报（自然科学版），2007，46（4）：481-488.

[5]庄晋财，黄群峰. 供应链视角下我国农产品流通体系建设的政策导向与实现模式[J]. 农业经济问题，2009（6）：98-103.

[6]杨金海，刘纯阳，向林峰. 农产品供应链失调与政府调控[J]. 农村经济与科技，2007（1）：77-78.

[7]曹武军，邢晓飞，陈志斐. 基于两部收费制的生鲜农产品三级供应链协调[J]. 江苏农业科学，2017，45（11）：259-264.

[8]孙亮，王晓原，于少伟，等. 不确定市场环境下农产品供应链建模与仿真分析[J]. 農机化研究，2011（9）：27-31.

[9]陈化飞. 低碳经济下绿色农产品供应链主体博弈[J]. 江苏农业科学，2017，45（14）：293-296.

[10]白世贞，丁小洲. 双渠道下农资供应链协调的Stackelberg博弈研究[J]. 江苏农业科学，2017，45（3）：254-257.