黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動態(tài)評測研究

◎盧紫冰

一、引言

隨著全球城市化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多功能性逐漸得到了空前的重視。 “生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)” 是著名生態(tài)學(xué)家P.Ehrlich于1972年研究生物多樣性減少對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響時(shí)首次提出來的名詞，指人類通過生態(tài)系統(tǒng)直接或間接獲取到的有關(guān)生存與發(fā)展的所有福利。 其包含內(nèi)容豐富，不僅指生態(tài)系統(tǒng)的支持服務(wù)功能包括循環(huán)、調(diào)節(jié)、再生等，且隨著研究的深入，多數(shù)學(xué)者主張把生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品生產(chǎn)功能并入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)中。 然而在以經(jīng)濟(jì)利益為導(dǎo)向、 農(nóng)業(yè)要素配置為核心的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中，由于忽視生態(tài)系統(tǒng)的可承受范圍，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對生態(tài)資源的過度開發(fā)利用導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能遭到不同程度的破壞，生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)由結(jié)構(gòu)性破壞向功能性紊亂方向發(fā)展的趨勢，對我國農(nóng)業(yè)生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅。 隨著對生態(tài)領(lǐng)域研究的不斷深入，關(guān)于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究也逐漸成熟，其測評方法也趨于完善。 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)旨在用可以計(jì)算的價(jià)值形式表達(dá)生態(tài)系統(tǒng)所提供的產(chǎn)品和服務(wù)，以便在社會交易過程中量化處理， 為生態(tài)系統(tǒng)的管理政策提供便利。 因而，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

基于此，本文通過對黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評估研究, 并采用類比手法定量分析農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正、負(fù)向服務(wù)功能,從而深入地了解黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各功能生態(tài)過程及其結(jié)構(gòu)規(guī)律，以期為農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用提供決策依據(jù)，對于未來黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善具有重要意義。

二、 研究地區(qū)與數(shù)據(jù)來源

（一）研究區(qū)域概況

黃淮海平原是我國的主要平原之一， 也是我國重要的糧食生產(chǎn)功能區(qū)之一。 其地處中國東部沿海地區(qū)，主要位于114°E~121°E、32°N~40°N，西倚太行山，東臨渤海，地勢西高東低，但總體較為平坦，最高海拔僅為100m左右。平原整體屬于亞熱帶濕潤氣候、暖溫帶濕潤或半濕潤氣候，夏季明顯高溫多雨，降水量充沛，冬、春季降水量少，年平均降水量隨緯度的增加而遞減。

（二）數(shù)據(jù)來源

本研究整理了國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，結(jié)合黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況，構(gòu)建了由固碳釋氧、水源涵養(yǎng)組成的正向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和由化肥污染、農(nóng)藥污染、水資源消耗為主的負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。 通過對黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)資源現(xiàn)狀等相關(guān)調(diào)查結(jié)果的定量分析，以深入了解該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各功能生態(tài)過程及其結(jié)構(gòu)規(guī)律。 不同指標(biāo)數(shù)據(jù)采用了國家統(tǒng)計(jì)局的資料， 時(shí)間范圍為1991-2019年，并對早期時(shí)間間隔大間距處理，重點(diǎn)關(guān)注近10年的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化。

圖1 黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)框架圖

三、 測算與分析

（一）正向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)作為自然生態(tài)系統(tǒng)的主體，為社會生態(tài)環(huán)境提供固碳釋氧凈化空氣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。 眾所周知，農(nóng)作物在自然生長過程中伴隨著光合作用與空氣進(jìn)行氧氣和二氧化碳的交換，由光合作用的方程式（CO+HO→CHO+O） 可知植物每產(chǎn)生1Kg的干物質(zhì)可以固定CO1.63Kg，釋放O1.19Kg，使用中國造林成本法估算黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)固定的CO的價(jià)值和釋放O的價(jià)值，其成本依次為260.90元/噸、352.93元/噸。

其中，Vc、Vo分別代表二氧化碳和氧氣的排放成本，a代表農(nóng)業(yè)類型用地總面積，b代表農(nóng)業(yè)類型用地的凈初級生產(chǎn)能力（5.763噸/公頃年），Pc、Po分別代表單位固碳價(jià)格和單位釋氧價(jià)格。

水源涵養(yǎng)作為生態(tài)系統(tǒng)水文調(diào)節(jié)服務(wù)主要表現(xiàn)形式， 其對于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正向服務(wù)價(jià)值的計(jì)算方法多種多樣。 在綜合對比林冠截留量法、綜合蓄水能力法與土壤蓄水能力法后，本研究選取土壤蓄水能力法來計(jì)算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)空范圍內(nèi)對水源的涵養(yǎng)能力。 具體公式為：

其中，Vs代表耕地水源涵養(yǎng)的總價(jià)值量，W、C分別代表涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量與蓄水成本（0.67元/m），ρ、h、p、s分別代表土壤容重（1370kg/m）、土壤厚度（0.2m）、土壤含水率（22.3%）與農(nóng)田面積。

（二）負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

為追求農(nóng)作物高產(chǎn)，保持土壤肥力，農(nóng)戶往往向農(nóng)田里施用化肥，然而過渡使用導(dǎo)致化肥不被充分利用，生產(chǎn)資料浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，且未被吸收利用的化肥對空氣、 土壤、 水源等造成污染。在化肥施用過程中，揮發(fā)造成的空氣污染和殘留導(dǎo)致土壤微量元素不均衡、土壤板結(jié)，同時(shí)造成水體的富營養(yǎng)化等環(huán)境問題， 對生態(tài)系統(tǒng)造成的污染成本難以計(jì)算， 本研究利用化肥流失的成本來替代其造成的生態(tài)環(huán)境污染成本。

其中，V代表農(nóng)業(yè)用地化肥污染成本，M為化肥施用量，r為化肥利用效率 （39.83%），P為化肥單價(jià)（2300元/噸）。

噴灑農(nóng)藥是為了在農(nóng)作物生長過程中免遭病蟲害災(zāi)害的防治手段，然而小農(nóng)戶基于風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避特點(diǎn)將農(nóng)藥大量使用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致農(nóng)藥并沒有被全部利用，其利用率僅為50%左右。 鑒于農(nóng)藥對生態(tài)帶來的負(fù)面影響是多方面的，直接計(jì)算農(nóng)藥對于生態(tài)系統(tǒng)的污染成本難度較大，因而同樣選擇流失成本來替代其造成的環(huán)境污染成本。

其中，V為農(nóng)業(yè)用地化農(nóng)藥染成本，M為農(nóng)藥施用量，r為農(nóng)藥利用效率 （50%），P為農(nóng)藥單價(jià)（22545 元/噸）。

黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源消耗主要表現(xiàn)為農(nóng)田灌溉設(shè)施等方面。 由于該地區(qū)地處平原，農(nóng)業(yè)用地較多、農(nóng)業(yè)灌溉需水量較大，導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)地下水位下降、地表水量衰減的環(huán)境問題，本研究通過測度歷年的農(nóng)業(yè)用水總量測算水資源消耗成本，以表征農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對水資源環(huán)境帶來的負(fù)面影響。

其中，V表示農(nóng)業(yè)用地的水資源消耗成本，A、W、P分別代表農(nóng)田面積、單位農(nóng)田的灌溉水量和水源單價(jià)， 其中分別為230mm/（m·a）、0.67元/m。

表1 黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能價(jià)值量 單位： 億元

（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)間變化

基于以上得出的正、負(fù)向農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空分布圖表， 計(jì)算出黃淮海地區(qū)在三階段1991-2000年、2001-2010年、2011-2019年及總體1991-2019年的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化量與變化率，其結(jié)果見表2。 總體看來，黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量由1991年的383.447億元下降到2019年的379.127億元，減少4.320億元，其中正向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加11.915億元，而負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加16.235億元，極大弱化了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的積極作用。

1991-2000年間（第一階段），黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加了4.490億元，變化率為1.17%。 其中，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正向服務(wù)價(jià)值增加了19.147億元，變化率為4.01%。 其中固碳釋氧服務(wù)價(jià)值增加值最大為18.338億元， 水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值提升率次之，僅為0.809億元，且兩者增加幅度相同。 其原因主要是：黃淮海地區(qū)在1991-2000年間第一產(chǎn)業(yè)帶動黃淮海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，農(nóng)用地面積由49273.00千公頃提升至51249.74千公頃，其在發(fā)展過程中并未被建設(shè)用地所取代等；另一方面，農(nóng)用地土壤功能穩(wěn)定、植被覆蓋比率較高、農(nóng)作物生長狀況良好，進(jìn)而促使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮固碳釋氧功能與水源涵養(yǎng)功能。 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)負(fù)向價(jià)值增加了14.657 億元， 增長率為15.81%， 其中化肥污染的變化量最大為9.139億元，水資源消耗次之為3.046億元，農(nóng)藥污染最少僅為2.471億元，但就其增長率而言農(nóng)藥污染的增長幅度最大高達(dá)82.56%。 可以發(fā)現(xiàn)，隨著農(nóng)用地面積的擴(kuò)大，水資源消耗比例在同等增加，但其化肥污染、 農(nóng)藥污染現(xiàn)象嚴(yán)重。 據(jù)相關(guān)研究，到1999年我國的農(nóng)藥施用強(qiáng)度高達(dá)2.33Kg／hm，其中北京施用水平為2.93Kg／hm，遠(yuǎn)超我國農(nóng)藥施用量平均水平。 大量的農(nóng)藥、化肥施用在一定程度上提高了糧食作物的產(chǎn)量，但對生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境也帶來了嚴(yán)重負(fù)面影響， 導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、水環(huán)境營養(yǎng)失衡、空氣質(zhì)量惡化等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)用地土壤環(huán)境進(jìn)入惡性循環(huán)的狀態(tài)。

表2 1991-2019 年黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)功能價(jià)值演變 單位： 億元

2001-2010年間（第二階段），黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值減少了5.801億元， 變化率為-1.51%。 其中，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正向服務(wù)價(jià)值增加了0.327 億元， 農(nóng)業(yè)功能服務(wù)價(jià)值提升了0.07%，固碳釋氧功能服務(wù)價(jià)值與水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值分別為0.314億元與0.014億元。 在這一時(shí)期內(nèi)，黃淮海地區(qū)農(nóng)用地面積由50826.07千公頃提升至50859.88千公頃，基本維持不變，說明農(nóng)業(yè)在此階段發(fā)展過程中較為平穩(wěn)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)負(fù)向服務(wù)價(jià)值量增加了6.129億元，其中化肥污染、農(nóng)藥污染所帶來的負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值共計(jì)6.068億元， 占總負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的九成以上。

2011-2019年間（第三階段），黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值量減少了0.111億元，變化率為-0.03%。 其中，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正向服務(wù)價(jià)值減少了5.553億元，相較于2011年其價(jià)值量下降了1.12%， 固碳釋氧與水源涵養(yǎng)功能服務(wù)價(jià)值依次減少5.318億元、0.235億元。 隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展， 部分農(nóng)業(yè)用地逐漸轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，農(nóng)業(yè)用地面積由2011年的51076.54 千公頃下降至2019年的50503.17千公頃， 導(dǎo)致涵養(yǎng)水源與固碳釋氧功能的正向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈下降趨勢。 說明在城市化發(fā)展過程中， 要注重發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)。 負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了5.442億元，變化率為-0.03%。 對比前兩階段化肥污染、農(nóng)藥污染數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段化肥、農(nóng)藥用度情況得以改善，負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)得以緩解。 一方面， 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與農(nóng)民生活水平的提高，人們對于高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷上漲，越發(fā)傾向于走出城市、回歸自然的休閑狀態(tài)，因而多數(shù)農(nóng)業(yè)用地使用過程中為滿足城市居民享受原生態(tài)農(nóng)田生活的心理需求，選擇不使用化肥、農(nóng)藥這類生產(chǎn)要素；另一方面，在2015年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)的 《到2020年化肥使用量零增長行動方案》要求、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、綠色農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證等監(jiān)督管理辦法，均有助于減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對于化肥、農(nóng)藥等要素的依賴。

圖2 1991-2019年黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項(xiàng)功能值變化趨勢

1991-2019年間，黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)正、負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)分別為11.915億元、16.235億元。 由圖2可知農(nóng)業(yè)的固碳釋氧功能服務(wù)與水源涵養(yǎng)服務(wù)功能值呈先升后降趨勢，1991-2010年間兩者功能值分別增加14.721億元與0.650億元，隨后2011-2019年間兩者功能值分別下降5.318億元與0.235億元。 可以發(fā)現(xiàn)固碳釋氧功能在農(nóng)業(yè)正向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中具有較好的生態(tài)調(diào)節(jié)功能，但是近年來由于城市建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張， 農(nóng)業(yè)用地面積遭受擠壓， 農(nóng)業(yè)光合作用產(chǎn)生干物質(zhì)量減少，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)固碳釋氧功能值在后期明顯減少。因此為進(jìn)一步激勵(lì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的正向服務(wù)，在城市化建設(shè)中切實(shí)保障農(nóng)業(yè)用地權(quán)益， 合理利用土地資源，提高土地利用效率。從黃淮海地區(qū)負(fù)向農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化特點(diǎn)可以看出除了水資源消耗功能值比較穩(wěn)定外，其他農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)負(fù)向服務(wù)在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)先增后減趨勢，其中化肥污染、農(nóng)藥污染在第一階段內(nèi)變化率均不低于60%，且在第二階段內(nèi)穩(wěn)定增長20%左右，就負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的增加量而言，呈現(xiàn)以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)來維持農(nóng)業(yè)的發(fā)展的勢態(tài)。但在第三階段內(nèi)，化肥污染、農(nóng)藥污染呈現(xiàn)下降趨勢，產(chǎn)生的負(fù)面影響得以緩解。

四、 結(jié)論及討論

本文利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值核算方法，對黃淮海地區(qū)1991-2019年間農(nóng)業(yè)生態(tài)資源的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行核算，并探討該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空演變特征。 主要結(jié)論如下：（1） 黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量 由1991 年 的383.447 億 元 下 降 到2019 年 的379.127億元， 其中正向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加11.915 億元， 而負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加16.235億元， 弱化了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的積極作用；（2）1991 -2019年間黃淮海地區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)“先增加、后減少、再穩(wěn)定”的趨勢，正向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)固碳釋氧、 水源涵養(yǎng)的波動較小；（3）從化肥污染、農(nóng)藥污染來看，第一階段增長率率均超過60%， 第二階段內(nèi)穩(wěn)定增長20%左右，其產(chǎn)生的負(fù)向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值第三階段才有所緩解。 這些研究結(jié)論為加強(qiáng)黃淮海平原的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善和農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用提供了理論依據(jù)。 在實(shí)踐中應(yīng)激發(fā)農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識，竭力恢復(fù)原有生態(tài)屏障；依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)功能價(jià)值空間異質(zhì)性變化特點(diǎn)建立生態(tài)保護(hù)約束管制等。

受限于學(xué)科背景，本文對于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的核算方法基本是借鑒國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)，其自然層面的互惠關(guān)系并未給予充分考慮，因而難以避免因農(nóng)業(yè)自然資源差異而產(chǎn)生的誤差。 此外，考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，本文在選取農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)時(shí)僅選取了固碳釋氧、 水源涵和、化肥污染、農(nóng)藥污染、水資源消耗五項(xiàng)功能，并未考慮農(nóng)業(yè)給予人們的生產(chǎn)功能、 生活功能。因而， 未來學(xué)者可以全面綜合各項(xiàng)功能展開研究，或是考慮從微觀視角展開對黃淮海平原農(nóng)戶農(nóng)業(yè)耕地利用方式的進(jìn)行跟蹤調(diào)查，以獲得詳實(shí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)據(jù)，深析農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化原因。