高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

唐秀美，潘瑜春,*，程晉南，任艷敏,5

1北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 100097 2國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097 3農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點實驗室，北京 100081 4山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院國土資源與測繪工程系，濟南 250100 5河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，開封 475001

高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

唐秀美1,2,3，潘瑜春1,2,3,*，程晉南4，任艷敏1,2,3,5

1北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 100097 2國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097 3農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點實驗室，北京 100081 4山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院國土資源與測繪工程系，濟南 250100 5河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，開封 475001

耕地不僅有糧食生產(chǎn)功能，更具備重要的生態(tài)功能。高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)是保障國家糧食安全的重要戰(zhàn)略舉措，可以提升耕地質(zhì)量、增強耕地抗災(zāi)能力和耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力。以北京市為例，在確定不同等級耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的基礎(chǔ)上，通過預(yù)測法計算高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)能提升的耕地等級，在此基礎(chǔ)上測算耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的提升程度，以此定量化高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響。研究發(fā)現(xiàn)，通過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，北京市耕地等級可以平均提高2.28個利用等，耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由原來的48.83×108元提升到52.22×108元，說明高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)在提高區(qū)域生產(chǎn)能力的同時，也能明顯的提高區(qū)域生態(tài)水平。研究為定量化測算高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化提供了思路。

高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;CUG;影響;北京市

開展農(nóng)村土地整治，大規(guī)模建設(shè)旱澇保收的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田是中國重要的戰(zhàn)略舉措，對改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、提高耕地綜合生產(chǎn)能力、保障糧食安全、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)具有重要意義[1]。根據(jù)《全國土地整治規(guī)劃(2011—2015年)》確定的全國高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)計劃，到2015年，計劃有效保障2666.677萬hm2旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田的規(guī)劃和建設(shè)。高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田是指通過農(nóng)村土地整治形成的集中連片、設(shè)施配套、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好、抗災(zāi)能力強、與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營方式相適應(yīng)的基本農(nóng)田[2]。當(dāng)前關(guān)于高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的研究集中于不同尺度高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)區(qū)域的確定方法[3-5]、高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)模式[6-10]及方法體系等方面，特別是有關(guān)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)后耕地數(shù)量及質(zhì)量潛力提高方面的研究已有學(xué)者進(jìn)行過探索[11-16]。由于耕地生態(tài)質(zhì)量提升程度難以衡量，因此目前關(guān)于高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)造成的生態(tài)質(zhì)量提高方面的研究還未有涉及。土地利用方式的變化直接影響生態(tài)系統(tǒng)所提供服務(wù)的種類和強度，從而造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的損益[17]，分析與評價土地利用誘發(fā)生態(tài)環(huán)境問題已成為可持續(xù)發(fā)展研究的熱點之一[18-21]，目前有較多研究集中于土地整治造成的生態(tài)影響[22-24]及由于土地利用類型變化造成的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化[25-27]，而對于耕地質(zhì)量提升造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響方面的研究不足，當(dāng)前耕地生態(tài)服務(wù)價值的測算研究較多，但是已有研究多數(shù)將耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值確定為單一值，在耕地占補數(shù)量質(zhì)量平衡研究中，有學(xué)者對耕地的數(shù)量質(zhì)量折算研究進(jìn)行過一定的探索[28-29]，也有學(xué)者開始關(guān)注進(jìn)行耕地數(shù)量-質(zhì)量-價值折算及其系數(shù)方面的研究[30]，但針對耕地等級-產(chǎn)量-生態(tài)價值方面的研究還未有涉及。北京市耕地稀缺，耕地保護(hù)面臨很大壓力，耕地具備食物生產(chǎn)和生態(tài)兩重功能[31]，因此，如何合理計算高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)過程中耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化及影響，對于北京市的城市發(fā)展和生態(tài)保護(hù)具有重要意義。基于此，本研究以北京市為例，探討高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，試圖從耕地等級、產(chǎn)量提升及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的折算方面，對高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化進(jìn)行定量化分析，從而為區(qū)域土地整治規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護(hù)服務(wù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

北京市位于華北平原西北隅，北緯39°38′—41°51′，東經(jīng)115°25′—117°30′，東西寬約160km，南北長約170km，東南距渤海約150km。解放后北京的行政區(qū)劃范圍經(jīng)過五次調(diào)整，形成了今天6個市區(qū)、8個郊區(qū)、2個郊縣的格局。北京作為我國的首都和國際性大都市，人類活動與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用尤為突出。北京耕地資源稀缺，分布不均勻，耕地具備多功能性。在當(dāng)前高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)背景下，研究其對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，有助于區(qū)域耕地與生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源為2009年北京市農(nóng)用地產(chǎn)能核算成果，該成果以《農(nóng)用地產(chǎn)能核算技術(shù)規(guī)范》、2006年北京市農(nóng)用地分等成果為依據(jù)，核算了北京市農(nóng)用地的理論產(chǎn)能、可實現(xiàn)產(chǎn)能和實際產(chǎn)能。

2 研究方法

2.1 耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值確定

當(dāng)前有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究很多，研究方法多樣。國際上引用率比較高的是Costanza于1997年在Nature雜志上發(fā)表的關(guān)于全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和生態(tài)資本的文章[32]，但是研究成果對中國的實際情況并不完全適用。國內(nèi)比較權(quán)威的研究結(jié)論是謝高地關(guān)于中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表[33]，該研究針對Costanza研究的弱點，比如對耕地的估計過低、對濕地的估計過高等，參考其已有成果，在對我國200位生態(tài)學(xué)者進(jìn)行問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，制定出來的中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表，得到了多數(shù)學(xué)者的認(rèn)同。因此本研究采用的耕地生態(tài)系統(tǒng)基準(zhǔn)價格為謝高地的研究成果。

表1 耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)基準(zhǔn)價值/(元/hm2)Table 1 The basic ecosystem service value of of different grade of the culitivated land

圖1 研究技術(shù)路線Fig.1 research technical route

耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與耕地質(zhì)量關(guān)系密切，耕地質(zhì)量表現(xiàn)為耕地生產(chǎn)能力，是由比較穩(wěn)定的不易變化因素如土壤、地貌、氣候、地理位置等作用和易變化的因素如施肥、灌排、經(jīng)營管理等活動影響來實現(xiàn)。耕地質(zhì)量的好壞、生產(chǎn)能力的高低，決定著產(chǎn)量的高低，現(xiàn)實中一般以耕地產(chǎn)量表征耕地質(zhì)量的優(yōu)劣和耕地生產(chǎn)能力的大小。耕地質(zhì)量高低也影響到耕地的生態(tài)功能大小，耕地質(zhì)量越高，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能越大，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相應(yīng)也較大。農(nóng)用地分等中以耕地的質(zhì)量等級衡量耕地質(zhì)量高低。基于以上分析，耕地的等級、產(chǎn)量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值存在正相關(guān)關(guān)系，而耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值應(yīng)為區(qū)域耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的平均值。以北京市為例，北京市農(nóng)用地分等中，耕地有16個利用等，不同等級耕地的產(chǎn)能不同，假設(shè)等級處于中間的13等地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的平均值為6114.30元/hm2，根據(jù)各等級產(chǎn)能與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的比例關(guān)系(式1)，確定其他等級耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，得到表2。

Ei=a×Ti

(1)

式中，Ei為第i等級耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(元/hm2)；a為價值折算系數(shù)，取值為13等耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與可實現(xiàn)產(chǎn)能的比值；Ti為第i等級耕地的可實現(xiàn)產(chǎn)能。

表2 北京市不同利用等別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值Table 2 The ecosystem service value of cultivated land in Beijing

圖2 北京市高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)前后耕地利用等提升潛力Fig.2 The potential of n cropland using grade of cultivated land consolidation after high-standard prime farmland construction in Beijing

2.2 耕地等級提升潛力測算

通過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，除增加有效耕地面積外，更重要的是改善耕地質(zhì)量，使質(zhì)量等級明顯提高；提高耕地生產(chǎn)力，增加糧食產(chǎn)量。一般采用耕地等別或者產(chǎn)能的提高幅度來表示耕地整治的質(zhì)量提升潛力[14-16]，本研究以鄉(xiāng)鎮(zhèn)[34]為單位，采用耕地利用等的提高程度來測算高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)等級提升潛力。經(jīng)調(diào)查，高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)后，耕地的等級能提高到縣或鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最高水平，借鑒已有研究[16]，本研究中計算方法是以耕地所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)用地最高等別作為高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)后耕地所能達(dá)到的等別，高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)前后的利用等差距即為耕地等級提升潛力。測算結(jié)果如圖2所示。結(jié)果顯示，通過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，北京市耕地質(zhì)量有明顯的提高，利用等平均可以提高2.28等，大部分耕地可以提高1個等別，有部分耕地可以提高2個或者3個等別，少數(shù)耕地能提高4個或者5個等別，只有極少數(shù)耕地可以提高到6個等別以上。空間分布上，北京東南部地區(qū)耕地分布廣泛，大部分耕地可以提高1個等別，其中少數(shù)可以提高2個或者3個等別，極少數(shù)可以提高4個等別以上，主要原因是北京東南部區(qū)域的耕地質(zhì)量較好，等地等級相對較高，耕地能提升的潛力相對低；而西南部區(qū)域及北部山區(qū)相對提升潛力較大，有較多的耕地可以提升2個等別以上，主要原因是該區(qū)域的耕地相對質(zhì)量低，等級較低的耕地質(zhì)量較多，區(qū)域耕地質(zhì)量差距相對比較大，因此通過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)可以有較大的等別提升潛力。

Dip=Dg-Di

(2)

式中，Dip為i地塊的高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)利用等別提高潛力；Dg為i地塊所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的最高利用等別；Di為i地塊的原有利用等別。

2.3 區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響

耕地經(jīng)過整治后建成高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田，耕地質(zhì)量等級提高，同時集中連片、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好、抗災(zāi)能力強，必定會提高耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力和價值。根據(jù)表2計算不同等級的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升后的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，結(jié)果見表3，圖2。

計算結(jié)果表明：北京市耕地經(jīng)過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)后，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有了顯著的提高，總價值由48.83億元提高到了52.22億元，提高了3.39億元，提高比例為6.94%。各區(qū)縣中，密云、懷柔、延慶的提高幅度最大，分別為1.22億元、0.57億元與0.51億元；海淀、石景山、門頭溝的提高幅度最小，海淀區(qū)無變化，石景山和門頭溝僅為0.01億元和0.03億元；增加比例上，密云的增加比例最高，為48.41%，其次為石景山和門頭溝，為33.33%和27.27%，較低的為海淀、順義和房山，分別為0.00%、1.22%和1.63%。

表3 北京市高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對各區(qū)縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響Table 3 The impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing

圖3 北京市高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Fig.3 The impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing

從北京市分鄉(xiāng)鎮(zhèn)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化圖(圖3)中可以看出，高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)前后，北京市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有了明顯的提高，其中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值區(qū)間為0.06—0.10億元的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有了明顯的增加，增加區(qū)域主要位于東部地區(qū)；南部區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值大于1億元的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有所增加；同時，其建設(shè)前后變化分布也與區(qū)縣統(tǒng)計結(jié)果有明顯的一致性。各區(qū)縣中，密云、懷柔、延慶的提高量最大，原因是這幾個區(qū)的耕地等級差距較大，通過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)可以使耕地等級有較大的提高，因此提升潛力較大。而海淀、石景山、門頭溝的提高量最低，主要原因是該區(qū)域耕地數(shù)量較少造成的。大興耕地面積最大，耕地質(zhì)量等級較高，因此其耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)前后的總量都是最高的，分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也一直處于較高的水平，但由于其耕地本身質(zhì)量較高，提升潛力相對不大，因此其提升量和比例都不高。

3 結(jié)論與討論

本研究通過耦合耕地質(zhì)量等級、耕地產(chǎn)能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，確定了不同等級耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，區(qū)分了不同質(zhì)量耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。研究通過評價高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)前后耕地質(zhì)量等級的提高程度，評價了高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，結(jié)果顯示，通過高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，北京市的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由原來的48.83×108元提升到52.22×108元，說明高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)在提高區(qū)域生產(chǎn)能力的同時，也能明顯的提高區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值。

土地整治及高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)中多關(guān)注數(shù)量潛力及質(zhì)量潛力，對于土地整治造成的生態(tài)影響方面的研究較少，研究對于定量化高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響做了有益的探索。目前耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值標(biāo)準(zhǔn)的研究較少，一般認(rèn)為耕地地類的價值都是相同的，這樣就掩蓋了耕地質(zhì)量不同而造成的價值差異，本研究采用的耕地等級-產(chǎn)量-生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的折算方法，對于研究不同等級耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的確定提供了一種新思路，但研究中采用的方法相對簡單，探索精細(xì)化測算不同等級耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的方法是將來需要深入研究的地方。

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Impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing

TANG Xiumei1,2,3, PAN Yuchun1,2,3,*, CHENG Jinnan4, REN Yanmin1,2,3,5

1BeijingResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,BeijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing100097,China2NationalEngineeringResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China3KeyLaboratoryofAgri-informatics,MinistryofAgriculture,Beijing100081,China4DepartmentoflandandResourcesandGeomaticsEngineering,ShandongAgriculturalandEngineeringUniversity,Jinan250100,China5TheCollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475001,China

The evaluation of ecosystem service value (ESV) is a popular research topic within the fields of ecological economics and environmental economics.Cultivated land not only has the ability to produce grain, but also has important ecological functions, especially in and around large cities.The high-standard prime farmland (HSPF) construction has been playing a key role for the food security of China by improving the comprehensive productivity of cultivated land and agricultural production conditions.The ecosystem service ability of the cultivated land is also improved by HSPF construction.This study used Beijing as an example to explore the impact of HSPF construction on ESV.There are 16cropland-using grades (CUG) in the farmland classification of Beijing, each CUG having a different productivity level.The basic ESV for each grade is determined by coupling the ESV, yield, and grade.The average ESV is assigned to the farmland with the middle CUG value (13), and the ESV of farmland with other CUG values are calculated based on the proportional relationship between the accessible productivity with each CUG, and the ESV of the farmland.The potential of utilization grade of farmland classification is evaluated by pre-evaluation.Therefore, a new ESV of farmland with different CUG is obtained.Consequently, the impact of HSPF construction on ecosystem service value is calculated.The results showed that the average CUG of cultivated land in Beijing can increase 2.28degrees by HSPF construction, most cultivated land can increase 1degree, some can increase 2or 3degrees, and a few can increase by more than 4degrees.There is much more cultivated land in the southeastern part of Beijing than there is in the rest of the city, and the CUG of this cultivated land can increase by only 1or 2degrees.The potential to increase is low because the cultivated land in this region is high quality and therefore already has a high CUG.However, the CUG potential in the southwestern region is also high but most of the cultivated land can increase by more than 2degrees.The quality of the cultivated land in this region is low and therefore has greater ability to improve.According to this study, the ESV of cultivated land in Beijing could increase from 48.83x108Yuan to 52.22x108Yuan by HSPF construction.HSPF construction can improve the ecological level of cultivated land, in addition to increasing grain production.This research provides a new way to quantify the impact of HSPF construction on ESV.

high-standard prime farmland (HSPF);ecosystem service value (ESV);cropland using grades (CUG);impact;Beijing

國家自然科學(xué)基金資助項目(41301093, 41401193)

2014-07-25; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2015-05-21

10.5846/stxb201407251508

*通訊作者Corresponding author.E-mail: panyc@nercita.org.cn

唐秀美，潘瑜春，程晉南，任艷敏.高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)對耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響.生態(tài)學(xué)報,2015,35(24):8009-8015.

Tang X M, Pan Y C, Cheng J N, Ren Y M.Impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing.Acta Ecologica Sinica,2015,35(24):8009-8015.