鐘祥市耕地生態(tài)價值時空分異研究

趙濤濤，王 旺

(永業(yè)行(湖北)土地房地產(chǎn)評估咨詢有限公司，湖北武漢 430000)

十八屆三中全會通過的《中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定》，提出要探索編制自然資源資產(chǎn)負(fù)債表，而編制自然資源資產(chǎn)負(fù)債表的首要工作是自然資源核算，土地資源屬于自然資源，所以開展耕地資源核算應(yīng)運而生。長久以來人們對耕地資源的價值理論認(rèn)知存在缺陷，僅僅停留在耕地經(jīng)濟(jì)價值上，忽視了耕地的生態(tài)價值和社會價值，導(dǎo)致耕地開發(fā)利用僅受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動，造成耕地資源迅速流失，該研究重點關(guān)注耕地的生態(tài)價值。耕地生態(tài)價值是指耕地及人類在耕作過程中產(chǎn)生的自然生態(tài)系統(tǒng)對人類生存和發(fā)展有支持效用的產(chǎn)品、服務(wù)和環(huán)境[1-3]，包括調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、水土保持、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)、維持生物多樣性、休閑娛樂、文化教育等，是耕地價值中最難以衡量的價值。

鑒于耕地生態(tài)價值測定的復(fù)雜性，目前研究方法分為3類：條件價值評估法、價值當(dāng)量修正法、替代市場法[4]。條件價值評估法是采用城鄉(xiāng)居民支付意愿來測算耕地生態(tài)價值[5]，該方法雖然相對簡便，但測算出的結(jié)果不能真正反映耕地生態(tài)價值；價值當(dāng)量修正法是通過修正謝高地等計算出的我國耕地資源生態(tài)服務(wù)年價值來獲取研究區(qū)域耕地的生態(tài)價值[6-7]，但該方法應(yīng)用在小尺度耕地生態(tài)價值研究時，難以有效識別社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境異質(zhì)性及耕地資源承壓性等對耕地生態(tài)價值的影響，無法準(zhǔn)確反映研究區(qū)域耕地生態(tài)價值；替代市場法具體計算了耕地各種生態(tài)價值[8]，是一種相對精確的核算方法，在耕地生態(tài)價值估算中得到了較多的關(guān)注[9]。由于替代市場法計算結(jié)果更能反映實際，筆者結(jié)合鐘祥市自然環(huán)境特點，選擇土壤保持價值、調(diào)節(jié)大氣價值、涵養(yǎng)水源價值、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值、凈化環(huán)境價值5種生態(tài)價值作為測算因子，采用替代市場法對研究區(qū)耕地生態(tài)價值進(jìn)行估算，以期為耕地生態(tài)價值估算研究提供方法借鑒，同時指導(dǎo)鐘祥市規(guī)范有序開展農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)、制定耕地生態(tài)補償價格、編制土地資源資產(chǎn)負(fù)債表等相關(guān)工作。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況鐘祥市(112°07′～113°00′E、30°42′～31°36′N)位于湖北省中北部，屬鄂中低山丘崗區(qū)，全市地貌分為山區(qū)、丘陵、崗地、平原4部分。全境面積4 488 km2，2015年底耕地面積為205 115 hm2，由于鐘祥市耕地占全域的比例達(dá)到45.7%，且近年來城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速帶來的人地矛盾，使得該地區(qū)具有耕地價值研究的典型性，故選此區(qū)域作為研究對象(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置及研究對象分布Fig.1 The location of study area and distribution of objects

1.2數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源于鐘祥市土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(2005、2015年)中的耕地信息、相關(guān)文獻(xiàn)的測算系數(shù)等。

1.3研究方法該研究運用替代市場法計算鐘祥市耕地生態(tài)價值。替代市場法就是將各種耕地生態(tài)價值求和得到的，公式如下：

V=V1+V2+V3+V4+V5

(1)

式中，V1、V2、V3、V4、V5分別為土壤保持價值、調(diào)節(jié)大氣價值、涵養(yǎng)水源價值、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值、凈化環(huán)境價值。

1.3.1土壤保持價值。土壤表面覆著的農(nóng)作物，一方面可以減少土壤侵蝕量，保持耕地資源的直接經(jīng)濟(jì)價值，另一方面可以保持因土壤侵蝕而使泥沙淤積在水庫、江河、湖泊的間接經(jīng)濟(jì)價值，公式如下：

V1=Vd+Vi

(2)

Vd=su/(xz)×Vl

(3)

Vi=vkd

(4)

式中，V1為土壤保持價值；Vd為直接經(jīng)濟(jì)價值；Vi為間接經(jīng)濟(jì)價值；s為耕地面積；u為耕地侵蝕模數(shù)[u=0.21 t/(hm2·a)][10]；x為土壤平均密度(x=1.3 g/cm3)[11]；z為土壤表土的平均厚度(z=0.5 m)[11]；Vl為單位經(jīng)濟(jì)損失[Vl=12.15 萬元/(hm2·a)][8]；v為耕地侵蝕體積(v=57 490 500 m3)[10]；k為淤積比例(k=24%)[11]；d為每單位庫容的水庫工程費用(d=0.67元)[12]。

1.3.2調(diào)節(jié)大氣價值。耕地資源經(jīng)營生產(chǎn)中作物通過光合作用與大氣交換CO2與O2，實現(xiàn)調(diào)節(jié)大氣所起到的價值，公式如下：

V2=VCO2+VO2

(5)

VCO2=PiTMC1

(6)

VO2=PiEC2

(7)

Pi=sp

(8)

式中，V2為調(diào)節(jié)大氣價值；VCO2為固定CO2價值；VO2為釋放O2價值；Pi為第一凈生產(chǎn)生產(chǎn)量；s為耕地面積；p為耕地資源年凈第一生產(chǎn)力(p=4.829 t/(hm2·a))[13]；T為生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)植物干物質(zhì)所固定CO2的常量(T=1.62)[13]；M為CO2折算成碳的系數(shù)(M=3/11)[13]；C1為碳釋放的成本價值(C1=145 元/t)；E為生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)植物干物質(zhì)所釋放O2的常量(E=1.2)[13]；C2為釋氧的成本價值(C2=400 元/t)。

1.3.3涵養(yǎng)水源價值。涵養(yǎng)水源是耕地的一個重要生態(tài)功能，采用替代工程法計算涵養(yǎng)水源價值，公式如下：

V3=sld(1-n)

(9)

式中，V3為涵養(yǎng)水源價值；s為耕地面積；l為平均降水量；d為每單位庫容的水庫工程費用(d=0.67 元)[5]；n為作物年蒸騰量占總降水量的比值(n=0.84)[5]。

1.3.4生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值。植被通過光合作用將無機(jī)化合物轉(zhuǎn)換為有機(jī)物質(zhì)，采用能量替代法，利用相同熱量的煤能量測算生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值，公式如下：

V4=PAQ1/(BQ2)

(10)

式中，V4為生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值；P為標(biāo)煤的市場價格(P=80 元/t)；A為植被凈生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)干重(A=1.2 t/a)[5]；B為煤的質(zhì)量系數(shù)(標(biāo)煤B=1)；Q1為干重生物量折合熱量(Q1=6.7 kJ/g)[5]，Q2為標(biāo)煤的折合熱量(Q2=10 kJ/g)[14]。

1.3.5凈化環(huán)境價值。農(nóng)作物具有降解污染物(如SO2、NOx、HF等有害物質(zhì))、滯塵的顯著環(huán)境凈化效應(yīng)，應(yīng)用恢復(fù)成本法計算凈化環(huán)境價值，公式如下：

V5=VSO2+VNOx+VHF+VZ

(11)

VSO2=sU3C3

(12)

VNOx=sU4C4

(13)

VHF=sU5C5

(14)

VZ=sU6C6

(15)

式中，V5為凈化環(huán)境價值；VSO2為耕地吸收SO2的價值；VNOx為耕地吸收NOx的價值；VHF為耕地吸收HF的價值；Vz為耕地滯塵的價值；s為耕地面積；U3為單位面積耕地吸收SO2(U3=45 kg/(hm2·a)[5]；C3為治理SO2單位成本(C3=0.6 元/kg)；U4為單位面積耕地吸收NOx(U4=33 kg/(hm2·a)[5]；C4為治理NOx單位成本(C4=0.6 元/kg)；U5為單位面積耕地吸收HF(U5=0.57 kg/(hm2·a)[5]；C5為治理HF單位成本(C5=0.9 元/kg)；U6為單位面積耕地的滯塵能力(U6=0.92 kg/(hm2·a)[5]；C6為治理粉塵單位成本(C6=0.17 元/kg)[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1鐘祥市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道耕地生態(tài)價值根據(jù)公式(1)～(15)，計算得到鐘祥市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道耕地生態(tài)價值，將計算結(jié)果與湯進(jìn)華等[5]計算的湖北省其他城市的耕地生態(tài)價值進(jìn)行對比(表1)，分析鐘祥市耕地生態(tài)價值估算的合理性。

2015年鐘祥市耕地生態(tài)價值高于2012年潛江市、仙桃市、天門市，原因在于鐘祥市耕地資源多于其他3市。2015年鐘祥市耕地生態(tài)價值量低于2012年潛江市、仙桃市、天門市，主要是由于人們不注重耕地資源的保護(hù)，導(dǎo)致耕地資源生態(tài)價值逐年減少。雖然鐘祥市耕地生態(tài)價值與其他城市計算的結(jié)果略有差異，但是2個結(jié)果相差不大，說明計算方法得當(dāng)，滿足后續(xù)分析要求。

計算鐘祥市不同類型生態(tài)價值，結(jié)果見表2。

由表2可知，不同類型的生態(tài)價值存在較大的差異，從高到低依次為調(diào)節(jié)大氣價值、土壤保持價值、涵養(yǎng)水源價值、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值、凈化環(huán)境價值，與曹志宏等[9]研究結(jié)果一致。分析2015年不同類型的生態(tài)價值可知，調(diào)節(jié)大氣價值占耕地生態(tài)價值比例達(dá)到80.27%，其次為土壤保持價值為13.27%，其他類型生態(tài)價值占比為6.46%，原因在于耕地生態(tài)作用取決于耕地環(huán)境，耕地環(huán)境與周圍的大氣密切相關(guān)。

表1 鐘祥市耕地生態(tài)價值結(jié)果驗證

表2 鐘祥市不同類型生態(tài)價值Table 2 The different types of ecological value in Zhongxiang 萬元

分析2015年鐘祥市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道耕地生態(tài)價值(圖2)可知，洋梓鎮(zhèn)耕地生態(tài)價值最高，占區(qū)域合計的12.28%，舊口鎮(zhèn)、石牌鎮(zhèn)、胡集鎮(zhèn)耕地生態(tài)價值次之，分別占10.24%、9.87%、9.43%，最低的為郢中街道、客店鎮(zhèn)。鐘祥市耕地生態(tài)價值在空間上的分布特征主要表現(xiàn)為南北兩側(cè)較高，東西兩側(cè)較低的特征，這與鐘祥市地形特征呈東西側(cè)多山，造成東西側(cè)耕地資源較少有一定的關(guān)系。

圖2 2015年鐘祥市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道耕地生態(tài)價值Fig.2 Ecological value of cultivated land of towns and streets in Zhongxiang in 2015

2.2時間變化分析為了直觀分析2005、2015年鐘祥市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道生態(tài)價值時間變化趨勢，繪制各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道生態(tài)價值的變化圖(圖3)。

圖3 2005、2015年鐘祥市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道生態(tài)價值變化 Fig.3 Variations of the ecological value of cultivated land in towns and streets of Zhongxiang in 2005 and 2015

由圖3可知，郢中街道、舊口鎮(zhèn)變化幅度較大，洋梓鎮(zhèn)、柴湖鎮(zhèn)、長壽鎮(zhèn)變化幅度較小。這與鐘祥市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，耕地保護(hù)意識不一致等因素相關(guān)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中注重保護(hù)耕地資源的區(qū)域耕地生態(tài)價值變化較小，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中侵占耕地資源的區(qū)域生態(tài)價值變化較大。

為了分析2005、2015年鐘祥市不同類型生態(tài)價值變化，計算各類型生態(tài)價值變化率：土壤保持價值變化率為0.05%；調(diào)節(jié)大氣價值變化率為0.79%；涵養(yǎng)水源價值變化率為0.78%；生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值變化率為-1.53%；凈化環(huán)境價值變化率為-0.71%；綜合變化率為0.62%。

土壤保持價值增大，根據(jù)實際生活經(jīng)驗耕地保持土壤肥力價值遠(yuǎn)小于耕地防止泥沙淤積價值，2005—2015年鐘祥市水土流失現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，耕地侵蝕體積增加，導(dǎo)致耕地土壤保持價值增大。調(diào)節(jié)大氣價值增長、涵養(yǎng)水源價值變大，這些與日益增長的建設(shè)工程費用密切相關(guān)。生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值變小，而生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值與農(nóng)作物通過光合作用將無機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的多少密切相關(guān)，2005—2015年鐘祥市耕地面積減少，農(nóng)作物種植面積縮減，導(dǎo)致耕地生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值減小。凈化環(huán)境價值減少，這與耕地面積減少有一定的關(guān)系?？偟膩砜?，2005—2015年鐘祥市耕地生態(tài)價值有增長的趨勢，但變化幅度較小。

2.3空間變化分析為從整體把握鐘祥市耕地生態(tài)價值變化趨勢，利用ArcGIS 10.2中的空間統(tǒng)計工具，計算2005—2015年鐘祥市耕地生態(tài)價值平均中心和趨勢橢圓(圖4)。平均中心，即耕地生態(tài)價值的密度中心，表示耕地生態(tài)價值在空間上的集聚性。趨勢橢圓長軸方向代表耕地生態(tài)價值的主要發(fā)展方向，范圍表明耕地生態(tài)價值分布離散程度。

圖4 鐘祥市耕地生態(tài)價值空間變化分析 Fig.4 Analysis of spatial variations about the ecological value of cultivated land in Zhongxiang

2015年耕地生態(tài)價值平均中心在2005年耕地生態(tài)價值平均中心西北方向約160 m處，移動方向與趨勢橢圓長軸方向一致，主要原因在于洋梓鎮(zhèn)、胡集鎮(zhèn)、長壽鎮(zhèn)、豐樂鎮(zhèn)等地耕地生態(tài)價值維持在較高水平。2015年生態(tài)價值趨勢橢圓長軸方向與2005年生態(tài)價值長軸方向一致，呈西北—東南方向，2015年生態(tài)價值趨勢橢圓面積比2005年生態(tài)價值面積略大，說明耕地生態(tài)價值分布越來越分散。

3 結(jié)論與討論

該研究采用替代市場法計算耕地生態(tài)價值，具有一定的科學(xué)性和合理性，研究方法可用于其他區(qū)域耕地生態(tài)價值估算，具有較強(qiáng)的適用性和通用性。研究表明：

(1)從生態(tài)價值構(gòu)成來看，不同類型的生態(tài)價值存在較大的差異，調(diào)節(jié)大氣價值占耕地生態(tài)價值比例達(dá)到80.27%，其次為土壤保持價值為13.27%，其他類型生態(tài)價值占比為6.46%。從高到低依次為調(diào)節(jié)大氣價值、土壤保持價值、涵養(yǎng)水源價值、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價值、凈化環(huán)境價值，說明調(diào)節(jié)大氣是耕地主要生態(tài)作用。

(2)從生態(tài)價值時間變化來看，2005—2015年鐘祥市耕地生態(tài)價值有增長的趨勢，但變化幅度較小，這與農(nóng)作物種植面積變化較小有關(guān)。不同類型的生態(tài)價值變化趨勢不一，但總體變化幅度不大，說明耕地生態(tài)價值是一個完整的系統(tǒng)，各類型生態(tài)價值互有影響，在制定耕地保護(hù)政策時應(yīng)統(tǒng)籌兼顧。

(3)從生態(tài)價值空間變化來看，2005—2015年鐘祥市耕地生態(tài)價值平均中心向西北方向偏移160 m；趨勢橢圓長軸方向變化不大，均呈西北方向；趨勢橢圓面積有一定程度的增加。說明鐘祥市耕地生態(tài)價值沿著西北方向發(fā)展，且分布越來越分散。

耕地生態(tài)價值研究尚處于探索階段，研究尺度、內(nèi)涵界定、技術(shù)方法、研究手段等均對研究結(jié)果有一定影響。尚需指出的是該研究還有一定的局限性，未能構(gòu)建完整的耕地生態(tài)價值監(jiān)測與評價系統(tǒng)，未能搭建耕地生態(tài)價值實地采樣數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型結(jié)合平臺，這些都需更進(jìn)一步的探討。

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