CC BY
21
Иваньо Я. М., Труфанова Е. С. УДК: 004.94:631.164.25
МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ РЕГИОНА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ ПРОДУКТАМИ ПИТАНИЯ
Удовлетворение потребностей населения в продуктах питания связано с планированием производства сельскохозяйственной продукции, которое способствует повышению эффективности использования ресурсного потенциала субъектов хозяйствования. Другими словами, одной из задач продовольственной безопасности является получение собственных продуктов питания высокого качества при рациональном использовании земельных ресурсов с минимальным ущербом окружающей среде.
Сложность решения подобной задачи заключается в экономических взаимодействиях множества отраслей АПК, динамичном изменении производства и переработки сельскохозяйственной продукции, влиянии значительного числа внешних факторов, медленном становлении устойчивых связей между товаропроизводителями и сбытовыми организациями.
В литературе встречаются различные подходы и методы определения оптимальной площади для обеспечения жителя продуктами питания собственными производства. На первый взгляд такая задача не таит в себе сложностей. Однако это не совсем так, поскольку Россия, относится к странам с рискованным земледелием, обладает огромными территориями с многообразными ландшафтами и разными климатическими условиями. При этом природно-климатический потенциал в различных частях страны колеблется в значительных пределах. Кроме того, внутри регионов могут выделяться однородные сельскохозяйственные районы по влиянию азональных и антропогенных факторов. В дополнение к этому возникает проблема рационального использования земельных ресурсов согласно концепции устойчивого развития сельских территорий. Значение для оптимального использования сельскохозяйственных угодий имеют технологии производства сельского хозяйства, позволяющие уменьшать эксплуатируемые
земельные ресурсы. Вместе с тем экологическое ухудшение земель может сказаться на размерах производственных ресурсов и ухудшении качества получаемой продукции.
Одной из целей Государственной программы «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы» является сохранение и использование земельных ресурсов, исходя из традиций, социально-экономического состояния и потенциальных возможностей конкретных сельских территорий. Этой цели не противоречит необходимость поиска и определения моделей оптимизации использования земельных ресурсов для обеспечения населения продуктами собственного производства в условиях влияния множества природных и антропогенных факторов с учетом продовольственной безопасности.
Согласно [3, 6] для решения проблемы обеспечения населения продовольствием используется множество методов и подходов. Группой исследователей во главе с В.Леонтьевым были построены экономико-математические модели будущего мировой экономики и создано восемь условных сценариев развития мира. Стоит указать, что математическая сторона модели Леонтьева уникальна и состоит из 2625 уравнений и отражает детали развития 15 регионов мира. Сама модель построена на основе метода "затраты - выпуск", широко применяемого для составления межотраслевого баланса.
При исследовании сложных систем прибегают к вычислительным экспериментам и обработке результатов этих экспериментов, используя имитационное моделирование. При этом, как правило, создатели имитационной модели пытаются максимально использовать всю имеющуюся информацию об объекте моделирования.
Особую роль в становлении имитационного моделирования сыграли модели глобальной дина-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
мики. Именно для этих моделей был разработан формализм представления системы в виде узлов и потоков между ними, который затем в разных видах использовался практически во всех моделях сложных систем [4,5,7]. Первая глобальная модель была создана Д.Форрестером и Д.Медоузом. Полученные с ее помощью результаты были опубликованы в известной книге «Пределы роста», и впервые послужили предостережением человечеству в том, что Земля - ограниченная система, безудержный прогресс ведет к истощению ее ресурсов, и человечество ждет глобальный экологический кризис.
В дополнение к этому согласно [6] на одного человека планеты приходится только 0,14 га пашни и нет перспектив увеличения ее площадей. Между тем для нормального питания мясной и растительной пищей человеку необходимо от 0,5 до 2 га сельхозугодий в зависимости от климатической зоны. Обращает на себя внимание низкий агроклиматический потенциал России. Между тем в Сибири он меньше, чем по стране на 40% [1]. Таким образом, оценка земельных ресурсов для их рационального использования имеет большое значение при решении задачи обеспечения населения продовольствием.
В работе [7] один из способов формирования и определения площади землепользования общественного сельскохозяйственного предприятия основан на расчетах по обоснованию состава и соотношения сельскохозяйственных угодий в соответствии с поставленными задачами. Производственные отрасли предприятия зависимы от использования земельных ресурсов. При этом растениеводство связано с сельскохозяйственными угодьями непосредственно, а животноводство -через производство и потребление кормов. В общем виде рациональная площадь землепользования может быть представлена следующим выражением
Рз = Рп + Рпб + Рс + Рмн + Рхц +•••+ Рпр, (1) где Рз - общая площадь землепользования, га; Рп -потребная площадь пашни; Рпб - потребная площадь пастбищ; Рс - потребная площадь сенокосов; Рмн - площадь многолетних насаждений; Рхц - площадь усадебных, производственных и хозяйственных центров; Рпр - площадь прочих земель.
Под прочими землями подразумеваются угодья, не участвующие непосредственно в выращивании продукции, но необходимые хозяйству для организации производственной деятельности. Это леса, дороги, защитные насаждения и пр.
Методика обоснования состава угодий включает два аспекта: технологический и терри-
ториальный. В технологическом отношении состав и размещение угодий определяются на основе установленного заданием сочетания отраслей. Иначе говоря, состав сельскохозяйственных угодий необходимо увязывать с рациональной структурой посевов продовольственных, технических и кормовых культур. В территориальном аспекте важнейшая задача состоит в сокращении нерациональных перевозок продукции, оптимизации перемещения техники и перегонов скота, а также в создании необходимых организационных условий для проведения сельскохозяйственных работ.
Необходимо учесть, что каждую потребную площадь можно найти в отдельности и с помощью разных подходов. Так, например, приведем один из способов нахождения площади посева товарных культур.
Следует учитывать, что с углублением специализации задачи растениеводства упрощаются. Фактически они могут быть сведены к выращиванию одной-двух товарных и известного набора кормовых культур. Удельный вес товарных культур, включая зерновые, как правило, не превышает 20-25% площади пашни, а посевные площади продовольственных и технических культур (льна, картофеля и овощей открытого грунта) едва достигают 10-15%.
Площади посева товарных культур в каждом конкретном хозяйстве определяются исходя из его специализации, планового задания и продуктивности земель. Согласно [6] они могут быть рассчитаны по формуле
р - к, (2)
Рт я и, '
где РТ - общая площадь пашни, необходимая для посевов товарных культур, га; Ж, - объемы определенных видов товарной продукции в соответствии с планом, т; и, - средневзвешенная урожайность товарных культур с учетом плодородия почв и других факторов, т/га; к - коэффициент, определяющий отношение валового производства к выходу товарной продукции (к, > 1).
В этом случае формула представляет собой функцию множества параметров Ж,, к,, и и,. К основным переменным относятся урожайности сельскохозяйственных культур и,. Параметры Ж, и к-близки к постоянным величинам, а и, - варьируемый параметр, который в зависимости от природно-климатических условий может изменяться в значительных пределах.
В выражении (2) урожайности различных сельскохозяйственных культур являются независимыми величинами, что имеет место на террито-
СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ И МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫМ ПОДХОД В ИССЛЕДОВАНИЯХ
риях с резко континентальным климатом, в частности, в Восточной Сибири.
В простейшем случае площадь земельных ресурсов Рт может быть определена при средней урожайности сельскохозяйственных культур.
К наиболее распространенным сельскохозяйственным культурам относятся зерновые, картофель, овощи. Основными характеристиками животноводческой продукции является мясо и молоко. По каждому из перечисленных параметров проведена статистическая обработка и оп-
коэффициенты
ределены средние значения л вариации Су и асимметрии С8.
Анализируя результаты обработки основных производственных показателей, можно сделать вывод, что они колеблются в значительных пределах. При этом Ж, и к в общем виде являются величинами переменными, однако, их размах значительно меньше, чем для характеристики и,. Поэтому формула (2) может быть представлена в виде функции множества переменных, к которым относятся урожайности сельскохозяйственных культур. При этом параметры Ж, и к принимаются константами.
Рассмотрим различные модификации формулы (2).
Во-первых, характеристики и, могут представлять собой размытые множества. Если при этом урожайности сельскохозяйственных культур являются независимыми переменными, тогда задача состоит в нахождении минимального и максимального значений площади земельных ресурсов для обеспечения одного жителя собственными продуктами питания на заданных интервалах независимых аргументов:
Ж, * к
Рис. 1. Площади сельскохозяйственных угодий, обеспечивающих человека продуктами питания собственного производства, описанные законом гамма-распределения
новых колеблется от 12 до 24 ц/га, картофеля - от 110 до 230 ц/га, овощей открытого грунта - от 120 до 240 ц/га, ягодников - от 14 до 26 ц/га, сена - от 8 до 24 ц/га.
Во-вторых, если в первой модификации урожайности представляли собой некоторые интервалы значений, то в предложенном варианте они связаны с вероятностью превышения, или являются случайными величинами. Такой подход связан с тем, что многие временные ряды урожайности сельскохозяйственных культур описываются законами распределения вероятностей. В этом случае площади определения земельных ресурсов связаны с вероятностью превышения К Тогда формула (2) преобразуется в выражение вида
Ж, * к,
Р (Р) =
(4)
шт
(шах) р = ^
и,
(3)
где и, - параметр, характеризующий средневзвешенную урожайность товарных культур, изменяющийся в пределах иу< и, < и,.
Следует отметить, что предельные значения параметров и, могут иметь различную интерпретацию. В этой работе они представляют собой наибольшие и наименьшие значения за многолетний период деятельности хозяйств, муниципальных образований, региона и однородных зон. В частности, в Иркутской области урожайность зер-
и и,(Р)
Конечным результатом моделирования согласно (4) является функция распределения вероятностей площадей земельных ресурсов, которая связана с функциями распределения урожайности сельскохозяйственных культур. В этом случае, как и в предыдущем, урожайности сельскохозяйственных культур являются независимыми величинами. На рис. 1 показаны изменения площади сельскохозяйственных угодий для обеспечения человека продуктами питания продукции растениеводства и животноводства собственного производства, которые подчиняются гамма-распределению.
В-третьих, исследования динамики урожайности сельскохозяйственных культур за многолетний период показывает во многих случаях наличие трендов. Другими словами, урожайность сельскохозяйственных культур не всегда можно рассматривать как переменные в виде размытых множеств или вероятностных величин. При опи-
¿=1
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рис. 2. Динамика урожайности овощей открытого грунта в Иркутской области
сании урожайности в виде функции, зависящей от времени, формула (2) примет следующий вид
р&=±АРтак)' (5)
где АРТ - доверительные интервалы, характеризующие случайную составляющую функции, а -уровень значимости, ^ - время, с - стандартное отклонение эмпирических данных от аналитических значений, N - длина временного ряда.
Для примера на рис.2 показаны изменения урожайности овощей открытого грунта для Иркутской области. При этом уравнение тренда имеет вид: х=5,32451-10488. Точность зависимости оценивается коэффициентом детерминации Я2, превышающим 0,90, что позволяет прогнозировать урожайность с упреждением 1 год. Кроме этого, получен значимый тренд для ягодников с коэффициентом детерминации - 0,85, для культур под сенаж и корнеплодов - 0,95.
Приведенное выражение (5) с определенной точностью позволяет прогнозировать площади земельных ресурсов, необходимые для обеспечения одного жителя сельскохозяйственной продукцией. При этом период упреждения прогноза связан с длинами рассматриваемых временных рядов. Поскольку однородные ряды производственно-экономических показателей составляют менее 15 лет, то возможность использования предложенной модели для прогнозирования ограничена 1 -2 годами. Анализ урожайности сельскохозяйственных культур в различных зонах Иркутской области показывает, что моделирование по выражению (5) имеет смысл для муниципальных образований со стабильным сельскохозяйственным производством, к которым относятся, в частности, Усольский и Черемховский районы.
В-четвертых, возможны ситуации, когда урожайности сельскохозяйственных культур свя-
заны между собой. В этом случае модифицированная формула выглядит следующим образом
р-иНЖику (6)
где 1 е п, z е п.
Например, в ВосточноСибирском регионе в ряде случаев наблюдаются связи зерновых культур с овощами открытого грунта. При этом коэффициенты корреляции могут достигать значений более 0,90. Кроме того, имеют место зависимости между сеном и зерновыми культурами, ^=0,73.
В этом случае уменьшается число переменных. Причем особый вес приобретает урожайность сельскохозяйственной культуры, от которой зависят остальные характеристики.
Приведенные формулы применимы для определения необходимой площади земельных ресурсов для обеспечения одного жителя собственными продуктами питания при производстве растениеводческой продукции. Их точность связана с различной степенью детализации. В первом приближении параметры формулы (3) - (6) можно рассматривать как некоторые интегральные показатели: зерновые, кормовые, овощи и др. Вместе с тем сельскохозяйственные культуры бывают разных видов. В этом случае число переменных в предложенных моделях увеличивается. При этом полученные результаты обладают большей содержательностью и более понятны сельскохозяйственному товаропроизводителю.
Кроме того, для обеспечения одного жителя животноводческой продукцией были сделаны расчеты, основанные на соотношении посевов кормовых культур на площади, т. е. зерновых, силосных, корнеплодов, других культур для принятых рационов кормления скота. Объемы концентрированных, грубых и сочных кормов должны определяться исходя из среднегодового поголовья скота и нормы потребления в расчете на голову соответствующего вида и половозрастной группы. Они рассчитываются на основе норм расхода кормов и планируемой урожайности сельскохозяйственных культур. Следовательно,
^ж К * к К ^жЖ ^ЖЖ ^ЖЖ (7)
Рк ^ ТТК Г С З '
'-1 и, 1-1 и, 1-1 и, 1-1 и, где Рк - общая площадь угодий, занятая кормовыми культурами, га; ЖК, ЖГ, Ж°, Ж - объемы концентрированных, грубых, сочных и зеленых кор-
Таблица 1
Расчеты определения площади земельных ресурсов, необходимой для обеспечения одного жителя продуктами собственного производства в Восточной Сибири
№ п/п Название модели Площадь для производства растениеводческой продукции Площадь для производства животноводческой продукции
1 Формулы (2) и (7) с усредненными значениями аргументов 0,178 0,764
2 Формулы (3) и (7) с параметрами в виде размытых множеств 0,150-0,230 0,775-1,145
3 Формулы (4) и (7) с вероятностными параметрами (вероятность превышения изменяется от 1 до 99 %) 0,126-0,240 0,510-1,194
4 Формулы (5) и (7) с параметрами, зависящими от времени 0,181-0,300 0,621-0,748
мов, рассчитанные по рационам кормления для различных видов и групп скота и за счет различных сельскохозяйственных культур, т; Vе, иГ, Vе, иЗ - урожайности соответствующих сельскохозяйственных культур, т/га; кК, кГ, ке , кЗ - коэффициенты, определяющие отношение валового производства к выходу годовых кормов (к > 1).
По аналогии с формулой (2) и ее модификациями можно получить различные варианты выражения (7): модель с независимыми переменными, которые представляют собой размытые множества; модель с параметрами, зависящими от времени; модель с зависимыми параметрами; модель с вероятностными параметрами.
Формула (2) и (7) и их модификации использованы для расчета определения необходимой площади земельных ресурсов для обеспечения одного жителя собственными продуктами питания по данным Восточной Сибири. В зависимости от физико-географических условий и изменчивости параметров, характеризующих урожайность сельскохозяйственных культур применима та или иная модификация модели определения необходимых площадей земельных ресурсов.
В таблице 1 приведены результаты применения различных модификаций формулы (2) и (7).
Результатом моделирования являются размеры площадей, необходимые для обеспечения человека собственными продуктами питания. В упрощенные модели входят показатели, характеризующие хлебопродукты, картофель, овощи и ягоды. Если построить детализированную модель, в которой продукция разделена на определенные виды, то можно получить более точные результаты. Тем не менее расчеты по упрощенным моделям показали, что для обеспечения одного человека хлебобулочными изделиями в переводе на муку, картофель, овощи открытого грунта и ягоды необходимо 0,178 га земельных ресурсов, а для
его обеспечения продукцией животноводства -0,764 га.
Кроме этого, на основе предложенных моделей можно заключить, что полученные площади, способные обеспечить одного жителя продукцией растениеводства, колеблются в значительных пределах от 0,126 до 0,300. Наименьшие колебания значений площадей земельных ресурсов определены по модели с зависимыми друг от друга параметрами. Поэтому при выполнении условий, предъявляемых к использованию формулы (6), модель может быть рекомендована для оценки потенциала использования земельных ресурсов региона.
Что касается определения площади для обеспечения жителя продукцией животноводства, то здесь значение этого показателя в несколько раз выше площади, обеспечивающей человека продукцией растениеводства. Колебания этого параметра составляет от 0,510-1,194 га. Наименьший размах значений площадей сельскохозяйственных угодий наблюдается для моделей с зависимыми друг от друга параметрами.
Необходимо отметить, что в Иркутской области в зависимости от природно-климатических характеристик выделены различные зоны. Например, лесостепная зона характеризуется высокой урожайностью и потенциально более благоприятна для развития сельского хозяйства. Остепненная зона характеризуется засушливостью, поэтому та или иная модель применима в зависимости от особенностей зоны или района. В частности, для северных районов может быть использована модель с параметрами в виде размытых множеств или случайных величин.
В работе [8] рассматривается другой подход оценки земельных ресурсов, в основу которого положены задачи математического программирования. В этих задачах в качестве целевой функции
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
используется минимум земельных ресурсов. Разработан комплекс линейных оптимизационных моделей, позволяющих определять возможности обеспечения продуктами питания населения в зависимости от традиционно производимой продукции на территории региона. Результаты моделирования без детализации сельскохозяйственной продукции по видам показывают, что для обеспечения растениеводческой продукцией одного жителя Иркутской области требуется в соответствие с нормой питания по усредненным данным урожайности 0,086 га пашни, для производства продукции животноводства - 0,932 га сельскохозяйственных угодий. Вариант решения данной задачи с неопределенными параметрами позволил определить интервал размера площадей 0,079 - 0,100 га пашни для производства продукции растениеводства и 0,888 - 0,994 га - для продукции животноводства.
Выводы. В работе предложены четыре модели определения необходимой площади земельных ресурсов для обеспечения одного человека собственными продуктами питания на основе выявленных особенностей производственно-экономической информации. Эти модели разработаны для производства продукции растениеводства и животноводства. При этом задача решена для Иркутской области в упрощенном варианте без деления на отдельные виды сельскохозяйственные культуры.
Для более полной оценки потенциала использования земельных ресурсов предлагается разработка детализированных моделей. Полученный комплекс моделей рекомендуется использовать для определения площадей сельскохозяйственных угодий с целью обеспечения одного жителя продуктами питания собственного производст-
ва применительно к различным природно-климатическим зонам.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Донченко А. С. Стратегия развития сельского хозяйства Сибири и пути ее реализации / РАСХН СО. Новосибирск, 2007. 33 с.
2. Иваньо Я. М., Труфанова Е. С. О моделях устойчивого развития сельских территорий Восточной Сибири // Эколого-экономические, социальные и технологические аспекты формирования и развития биосферного хозяйства : сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 9-10 окт. 2008 г.) / Иркут. гос. с.-х. акад. Иркутск, 2008. 206 с.
3. Менделеев Д. И. Заветные мысли. М. : Мысль, 1995. С. 39.
4. Медоуз Д. Х., Медоуз Д. Л. Пределы роста : пер. с англ. М. : Изд-во МГУ, 1991. 208 с.
5. Моисеев Н. Н., Александров В. В. , Тарко А. М. Человек и биосфера // Опыт системного анализа и эксперименты с моделями. М. : Наука, 1985.272 с.
6. Новоженов Ю. Посему вырождается русская нация // Урал. 1997. № 5.
7. Сулин М. А.Землеустройство сельскохозяйственных предприятий : учеб. пособие. - СПб. : Лань, 2002. 224 с.
8. Труфанова Е. С., Иваньо Я. М. О моделях устойчивого развития сельских территорий Восточной Сибири // Эколого-экономические, социальные и технологические аспекты формирования и развития биосферного хозяйства : сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 9-10 окт. 2008 г.) / Иркут. гос. с.-х. акад. Иркутск, 2008. 206 с.
9. Форрестер Дж. Мировая динамика. М. : Наука, 1978. 167 с.
