全 文 ：海河流域农田生态系统环境损益分析*
白摇 杨摇 欧阳志云**摇 郑摇 华摇 徐卫华摇 江摇 波摇 方摇 瑜
(中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室, 北京 100085)
摘摇 要摇 根据生态系统服务的内涵,建立了海河流域农田生态系统服务功能评价指标体系,
并利用市场价值法、影子工程法和机会成本法等,定量评价了海河流域农田生态系统服务的
经济价值和农田环境成本. 结果表明:2005 年,海河流域农田生态系统环境效益总价值为
1802郾 64 亿元;其中,调节功能的价值(794郾 16 亿元)占 44郾 06% ,支持功能的价值(1008郾 48 亿
元)占 55郾 94% ,提供产品和文化功能未进行核算.从不同的功能类型来看,其价值量大小依次
为释氧>涵养水源>营养元素循环>土壤保持>废弃物净化>环境净化>固碳>秸秆还田. 2005
年,海河流域化肥流失和温室气体排放的环境成本较大,为 422郾 93 亿元.其中,化肥流失量为
427郾 42伊104 t,成本为 151郾 91 亿元;产生的温室气体折算为 CO2 的量为 3599郾 65伊104 t,成本为
271郾 02 亿元.
关键词摇 海河流域摇 农田生态系统摇 服务摇 价值
文章编号摇 1001-9332(2010)11-2938-08摇 中图分类号摇 S181摇 文献标识码摇 A
Environmental benefit鄄loss analysis of agro鄄ecosystem in Haihe River basin, China. BAI
Yang, OUYANG Zhi鄄yun, ZHENG Hua, XU Wei鄄hua, JIANG Bo , FANG Yu (State Key Labora鄄
tory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Acad鄄
emy of Sciences, Beijing 100085, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(11): 2938-2945.
Abstract: According to the connotation of ecosystem services, an evaluation index system for the
agro鄄ecosystem services in the Haihe River basin of China was established, and the economic value
of the agro鄄ecosystem services and environmental costs were evaluated by the methods of market val鄄
uation, shadow price, and opportunity cost. In 2005, the total environmental benefit value of the
agro鄄ecosystem services in the basin was 180郾 264 billion RMB, with the regulation value of 79郾 416
billion RMB (44郾 06% ) and the supporting value of 100郾 848 billion RMB (55郾 94% ). Provision
and cultural services were not considered in this research. From the viewpoint of functional type,
the ecosystem services value from high to low was in the order of oxygen release > water conserva鄄
tion > nutrient cycling > soil conservation > waste purification > environmental purification > carbon
sequestration > straw returning. The environmental costs of the agro鄄ecosystem were quite high
(42郾 293 billion RMB), among which, fertilizer loss was 427郾 42伊104 t, equivalent to 15郾 191 bil鄄
lion RMB, and greenhouse gases production was calculated as 3599郾 65伊104 t CO2, equivalent to
27郾 102 billion RMB.
Key words: Haihe River basin; agro鄄ecosystem; services; value.
*国家重点基础研究发展计划项目(2006CB403402)资助. .
**通讯作者. E鄄mail: zyouyang@ rcees. ac. cn
2010鄄03鄄11 收稿,2010鄄08鄄30 接受.
摇 摇 农田生态系统是人类依靠土地资源利用农田生
物与非生物环境之间以及农田生物种群之间的关
系,进行人类所需食物和其他农产品生产的半自然
人工生态系统[1] .它具有自然与社会经济的“双重冶
特性,一方面为人类源源不断地提供食物、纤维、燃
料等产品,另一方面还提供许多不能在市场中兑现
的公共产品,如气候调节、涵养水分、维持土壤肥力、
净化水质、维持生物多样性等,给人类带来了巨大福
利[1] .国外学者对于农田生态系统的评价研究主要
集中于土地利用变化对农田功能的影响、生物多样
性与农田功能之间关系、农田生态系统功能和管理
等方面.国内学者对于农田生态系统的价值评估目
前尚无公认的标准与方法,关于农田生态系统价值
评估的案例也非常少[2] . 近年来,随着经济的发展
和人口数量的增加,占用耕地现象非常普遍.农田的
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 11 月摇 第 21 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2010,21(11): 2938-2945
很多非市场价值将会因为城市化过程而消失,这些
价值很难得到量化,以至于在制定相关政策时没有
得到合理考虑,而将农田转移为其他用地(如城市、
工业生产区等)的效益是显而易见或可以计算的,
导致市场给政策决策带来错误的信号. 目前全球生
态系统功能已出现下降趋势,如果这种趋势持续下
去,将会严重影响农田生态系统提供产品的能
力[3-4] .为了合理判断农田的重要性,有必要将农田
环境效益和环境成本转换为货币的形式,从而使决
策者有更准确和客观的决策依据.
海河流域约 46%的土地是农田,其中华北平原
是我国重要的粮食主产区之一. 本文利用市场价值
法、影子工程法和机会成本法等,对 2005 年海河流
域农田生态系统的各项服务进行了定量评价,并对
农业生产的环境成本进行了初步探讨,旨在为保护
农田及农村生态环境、促进农业可持续发展、保障国
家粮食安全等提供决策依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
海河流域(35毅—43毅 N,112毅—120毅 E)总面积
31郾 78伊104 km2,占全国总面积的 3郾 3% ,包括北京
市、天津市,河北省和山西省的大部分,山东省、河南
省、辽宁省和内蒙古自治区的一部分(图 1).海河流
域地处中国干旱和湿润气候的过渡地带,是东部沿
海降水最少的地区. 由于气候、地形等因素的影响,
该区降水量分布表现为较明显的地带性差异. 沿太
行山、燕山山脉迎风坡有一条年降水量达 600 mm
的弧形多雨带,其间由北到南分布着大于 700 ~ 800
mm的多雨中心;西北部的雁北和冀北山地大部分
地区年降水量为 400 ~ 500 mm;平原地区年降水量
一般为 500 ~ 600 mm.受季风气候的影响,流域降水
量年内分配很不均匀,75% ~85%集中在汛期.流域
土壤主要为褐土和棕壤.
1郾 2摇 数据来源
采用 2005 / 2006 年 TM 遥感影像 ( http: / /
glcfapp. glcf. umd. edu:8080 / esdi / index. jsp),解译出
海河流域各种生态类型面积及其空间分布. 本研究
中用到的其他数据均来自各地 2005 年统计年
鉴[5-11]和已有的研究文献,将在后面详述.
1郾 3摇 评价指标体系的构建
农田生态系统最主要的功能是提供食品、纤维
和燃料[12],同时,也提供一些其他的间接服务,如土
壤保持、水质净化等.农田生态系统在提供间接服务
图 1摇 海河流域位置图
Fig. 1摇 Location of Haihe River Basin.
的同时,也需要它们的支持,如土壤保持、营养物质
循环和授粉等,这对于农田生态系统提供食物而言
非常重要.目前,由于农田生态系统这些功能的下
降,导致农田提供食品能力的下降,因而也影响到全
球的食品安全.本研究基于以往的研究[3-4,13],结合
我国农田生态系统的实际情况,采用千年生态系统
评估(millennium ecosystem assessment,简称 MA)框
架,从支持功能、调节功能、提供功能和文化服务功
能 4 个方面,构建了海河流域农田生态系统服务的
分类指标体系和评价方法(表 1).
1郾 4摇 评价方法
1郾 4郾 1 固碳释氧摇 农作物光合过程中吸收 CO2 制造
碳氢化合物,以有机物的形式将大气中的 CO2 固定
于作物体内,同时释放出 O2 [14] . 但作为食物,农作
物当年就会被消耗掉,作物固定的 CO2 很快释放到
生物圈中,没有生物质累积. 因此光合作用固定的
CO2 并没有真正被固定在农田生态系统中. 本研究
采用农田土壤固碳速率(0郾 165 t·hm-2·a-1 [15] )来
反映农田生态系统固碳效益.光合过程中 O2 直接释
放到大气中,可以被人类直接利用.尽管秸秆在用作
燃料和露天焚烧过程中需要消耗 O2,但这方面属于
人类活动对生态系统的影响,本研究未予考虑.固碳
价值公式为:
Vc = SkcPc (1)
式中:Vc 为固碳总价值;S 为农田总面积;kc 为农田
土壤固碳速率;Pc 为市场固碳的价格. 释氧价值公
式为:
939211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 白摇 杨等: 海河流域农田生态系统环境损益分析摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 海河流域农田生态系统服务评价指标体系
Tab. 1摇 Evaluation index system of agro鄄ecosystem services
valuation in Haihe River Basin
功能
Function
评价指标
Evaluation indicator
评价方法
Method
提供产品a
Provision
食物
Food
市场价值法
Market value method
柴薪
Fuel
影子价格法
Shadow price method
旅游
Tour
旅行费用法
Travel cost method
支持功能
Support
秸秆还田
Straw returning
替代成本法
Substitute cost
method
营养物质循环
Nutrient cycling
影子价格法
Shadow price method
生物多样性保护b)
Biodiversity conservation
支付意愿法 Contin鄄
gent valuation method
固碳
Carbon sequestration
造林成本法、碳税法
Reforestation cost
or carbon tax
释氧
Oxygen release
造林成本 Reforesta鄄
tion cost
调节功能
Regulation
涵养水源
Water conservation
影子价格法
Shadow price method
土壤保持
Soil conservation
机会成本法
Opportunity cost
method
环境净化
Pollution purification
市场价值法
Market value method
废弃物净化
Waste degradation
替代成本法
Substitute cost method
文化服务功能c
Culture
休憩娱乐
Recreation
旅行费用法
Travel cost method
文化遗产
Cultural heritage
支付意愿法 CVM
宗教价值
Religion value
支付意愿法 CVM
a)本研究不考虑提供产品价值 The provision values of agro鄄ecosystem
were not considered in this study;b、c)由于受数据限制,本研究未进行
核算 Biodiversity and culture services were not valued due to lack of da鄄
ta.
摇 摇 Vo = 1郾 2移
m
j = 1
NPP jPo (2)
NPP j =移
m
j = 1
Y j(1 - W j) / f j (3)
式中:Vo为释氧总价值;NPP j为第 j类农产品或农副
产品的净初级生产力;Y j为第 j类农产品或农副产品
的产量;f j 为第 j类农产品或农副产品的经济系数;
W j 为第 j类农产品或农副产品含水率;Po 为市场制
造 O2 价格.
固碳释氧总价值(Vq) 公式为:
Vq = Vc + Vo (4)
1郾 4郾 2 营养物质循环摇 生态系统的营养物质循环主
要在生物库、凋落物库和土壤库之间进行. 其中,农
田生态系统凋落物极少[2],生物与土壤之间的养分
交换过程是最主要的过程[16],本研究只考虑土壤库
和生物库.本文对参与评价的生物库和土壤库中的
营养元素仅考虑含量相对较大的氮、磷、钾[17] .生物
库参与营养元素循环的价值公式为:
Vn =移
m
j = 1
NPP j(CnjPn + CpjPp + CkjPk) (5)
式中:Vn 为生物库中营养物质循环的总价值;Cnj 为
第 j类农产品生物质中含N的百分比;Cpj为第 j类农
产品生物质中含 P的百分比;Ckj 为第 j 类农产品生
物质中含 K的百分比;Pn、Pp、Pk 分别对应于 N、P、K
的市场价格.
土壤库中参与营养元素循环的价值公式为:
Vs =移
m
j = 1
M j(SnjPn fn + SpjPp fp + SkjPk fk) (6)
式中:Vs 为土壤库中营养物质循环的总价值;Mj 为
第 j类农产品土壤库总量;Snj为第 j类农产品土壤库
中含N的百分比;Spj为第 j类农产品土壤库中含P的
百分比;Skj为第 j类农产品土壤库中含 K的百分比;
fN、fP、fK 分别为 N、P、K 在土壤中的周转率,其值分
别为 0郾 08、0郾 01 和 0郾 01[18] .
营养物质循环总价值的公式如下:
Ve = Vn + Vs (7)
1郾 4郾 3 涵养水源摇 农田生态系统可通过农作物截留
水和土壤持水来保持降雨过程中的一部分水分,从
而减少径流,起到涵养水源的作用.本研究采用降水
储存量法来计算农田涵养水源的潜力,即与裸地相
比,农田保持水分的增加量.其价值采用替代成本法
估算,即修建相应库容的水库成本来进行计算.涵养
水源价值(Vw)的公式为:
Vw = Pw移
l
i = 1
移
m
j = 1
移
n
k = 1
(SijkJiR jKk) (8)
式中:Sijk 为第 i种降雨分区中第 j类农产品的面积;
Ji为第 i类降雨分区;R j为与裸地相比,第 j类农田生
态系统减少径流的效益系数;Kk 为第 k 个区域产流
降雨量占降雨总量的比例[17] .
1郾 4郾 4 土壤保持摇 降雨时裸地输出的大量泥沙带走
土壤中大量的 N、P、K 和有机质,造成土层变薄、土
壤肥力降低以及河流和水库淤积[19] .农田的存在起
到了一定的土壤保持作用,减少了泥沙输出.本研究
采用通用水土流失方程,模拟了降雨情况下与裸地
相比,农田所具有的潜在土壤保持效益.从减少土地
废弃和减少土壤肥力损失两个方面评价农田土壤保
持的价值.通用水土流失方程如下:
A=RKLSCP (9)
式中:A 为年土壤流失量;R 为降雨侵蚀因子;K 为
土壤可蚀性因子;LS 为坡长坡度因子;C 为植被覆
0492 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
盖因子;P为水土保持措施因子.
土壤保持物质量的计算公式为:
Th =移
m
j = 1
S j(Epj - Erj) (10)
式中:Th 为土壤保持总量;S j 为第 j 类农作物面积;
Epj为第 j类农作物潜在土壤侵蚀模数;Erj为第 j类农
作物的现实土壤侵蚀模数.
保持土壤养分价值公式如下:
Va = Th移(C iP i) (11)
式中:Va 为保持土壤养分价值;C i 为土壤中第 i类养
分含量;P i 为第 i类土壤养分的市场价格.减少土地
废弃价值的计算公式为:
Vb = ThhP / (10000d) (12)
式中:Vb为减少土地废弃价值;d为土壤容重;h为土
壤厚度;P为土地年均收益.
总的土壤保持价值算式如下:
Vs = Va + Vb (13)
1郾 4郾 5 废弃物净化摇 中国传统农业的无废弃物生产
模式和我国农户分散经营的土地利用方式,使中国
农田生态系统担负了重要的环境净化功能[20] .人畜
粪便被作为有机肥料直接进入农田,一方面保持了
农田的养分平衡;另一方面为减少这部分废弃物的
处理节约了大量成本. 本研究中仅考虑牲畜(只包
括大牲畜和小牲畜,不包括禽类)废弃物的净化.研
究区农田生态系统废弃物净化功能的价值(Ve)算
式如下:
Ve =移
n
i = 1
WiriP (14)
式中:Ve 为废弃物降解总价值量;P 为人工降解废弃
物所需的价格;i为牲畜型(大牲畜和小牲畜);W为不
同类型的牲畜数量;r为不同类型牲畜个体年粪便量.
1郾 4郾 6 农田生态系统总服务价值摇 研究区农田生态
系统各项服务的总价值算式如下:
Vt =移
n
i = 1
移
m
j = 1
Vij (15)
式中:Vij 为第 j类农作物类型的第 i种服务价值.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 海河流域农田生态系统功能评价
2郾 1郾 1 固碳释氧 摇 根据光合作用方程式,即每形成
1 t干物质,释放 O2 1郾 19 t,计算得出总氧气释放量
(表 2).按照造林成本法(中国标准)和碳税法(国
际标准[21])算得研究区农田生态系统固定 CO2 的
成本分别为 260郾 9 和 1245 元·t-1,采用二者的平均
表 2摇 海河流域农田生态系统释氧量
Tab. 2 摇 Oxygen release amounts of the agro鄄ecosystem in
Haihe River Basin (2005)
作物品种
Crop type
总产量
Total yield
(104 t)
含水率[22]
Water
content
净初级
生产力
NPP
(104 t·
a-1)
总释氧量
Total oxygen
release
(104 t·
a-1)
粮食 Food 5334郾 3 0郾 133 12223郾 7 14546郾 2
棉花 Cotton 119郾 5 0郾 083 438郾 5 521郾 8
油料 Oil plant 255郾 7 0郾 090 691郾 8 823郾 2
麻类 Fiber crops 0郾 7 0郾 133 2郾 0 2郾 3
烟叶 Tobacco 1郾 0 0郾 082 0郾 9 1郾 1
向日葵 Sun鄄flower 2郾 1 0郾 133 3郾 6 4郾 3
水果 Fruit 441郾 6 0郾 775 76郾 8 91郾 4
蔬菜 Vegetation 9811郾 9 0郾 825 1676郾 6 1995郾 2
瓜果类 Fruit 862郾 7 0郾 775 186郾 4 221郾 8
值,即固碳成本为 752郾 9 元·t-1 . 按工业制氧成本
(400 元·t-1)计算,2005 年研究区农田固碳价值为
18郾 63 亿元,释氧价值为 728郾 20 亿元.
2郾 1郾 2 环境净化摇 农田可以依靠自身特殊的结构和
功能,通过吸收、过滤、阻隔和分解等生理生化过程,
净化人类活动排放到环境中的有毒气体(如 SO2
等),也能吸附、粘着一部分粉尘,降低大气中的含
尘量,从而达到净化环境的目的.本研究主要考虑农
田吸收 SO2 和滞尘两大主要环境净化功能. 取农作
物对污染物净化效率的平均值,即旱地和水田吸收
SO2 的效率均为 45 kg·hm-2·a-1,削减粉尘的效率
分别为 0郾 92 和 0郾 95 t·hm-2·a-1 [2];市场治理 SO2
的费用为 0郾 6 元·kg-1,处理粉尘的价格为 0郾 56 元
·kg-1,算出研究区 2005 年旱地和水田环境净化价
值分别为 80郾 6 和 0郾 7 亿元. 因此,海河流域农田生
态系统环境净化总价值为 81郾 3 亿元.
2郾 1郾 3 营养元素循环摇 基于研究区农田生物库和土
壤库中氮、磷、钾含量比例(表 3),以及 2005 年国产
化肥平均价格(尿素为 1825 元·t-1,过磷酸钙为
522 元·t-1,氯化钾为 1948 元·t-1),算出海河流域
2005 年生物库和土壤库中营养元素保持价值分别
为 42郾 2 和 210郾 91 亿元,农田生态系统总营养物质
循环价值为 253郾 11 亿元.
2郾 1郾 4 土壤保持摇 2005 年,海河流域旱地和水田土
壤保持总量分别为 83701郾 8伊104 和 701郾 5伊104 t.按
我国农业生产的年均收益(2郾 05 万元·hm-2)估算
减少土地废弃价值;按照农田土壤中营养元素含量
(表 3)及其对应的化肥市场价格估算减少土壤肥力
价值.结果表明,研究区旱地和水田土壤保持价值分
别为179郾 7和1郾 51亿元 . 因此,2005年海河流域
149211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 白摇 杨等: 海河流域农田生态系统环境损益分析摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 海河流域农田生态系统营养元素保持量及其价值
Tab. 3摇 Nutrients cycling amounts and their values of agro鄄
ecosystem in Haihe River Basin
库
Bank
营养元素
Nutrient
element
营养元素
含量比例
Percentage
of nutrients
(% )
总含量
Total
amount
(104 t·a-1)
总价值
Total
value
(108 yuan)
生物库 N 3郾 09 215郾 7 18郾 4
Biotic bank P 0郾 74 51郾 4 0郾 7
K 3郾 28 0郾 5 23郾 1
土壤库 N 0郾 06 426郾 37 36郾 32
Soil bank P 0郾 05 44郾 33 0郾 65
K 1郾 83 1717郾 19 173郾 94
生物库中营养元素含量来自文献[23 -24]的各种数据平均值 The
parameters of nutrients percentage in biotic bank were from the average
value of reference [23 -24]; 土壤库中营养元素含量源于 http: / /
www. soil. csdb. cn中各地数据平均值 The parameters of nutrients per鄄
centage in soil bank were from the average value of http: / / www. soil. cs鄄
db. cn.
农田生态系统土壤保持总价值为 181郾 2 亿元.
2郾 1郾 5 秸秆还田 摇 秸秆是农作物的重要副产品,同
时也是工、农业生产的重要生产资源,农作物秸秆可
用作肥料、饲料、生活燃料及工副业生产的原料等多
种用途.我国秸秆资源数量多,开发价值大,大力推
广农作物秸秆综合利用技术对于农业和农村发展具
有重要的现实意义. 目前我国对秸秆的利用率非常
低,本研究通过分析海河流域各地区秸秆还田的数
量(表 4),来反映秸秆的价值. 海河流域 2005 年共
有秸秆量 9766郾 32伊104 t,还田量仅 3961郾 03伊104 t.
按照每 100 ㎏鲜秸秆中含氮 0郾 48 ㎏、磷 0郾 38 ㎏、钾
1郾 67 ㎏折算为化肥的量后,2005 年研究区秸秆还田
的总价值为 8郾 54 亿元,其中水田和旱地秸秆还田的
价值分别为 0郾 05 和 8郾 49 亿元.
2郾 1郾 6 涵养水源摇 海河流域旱地和水田涵养水源量
分别为 72郾 8伊108 和 0郾 6伊108 m3 .根据 2005 年库容
单位造价为 6郾 11 元·m-3 [26],研究区 2005 年旱地
和水田涵养水源价值分别为 444郾 9 和 3郾 78 亿元,农
田生态系统涵养水源总价值为 448郾 6 亿元.
2郾 1郾 7 废弃物净化 摇 按大、小牲畜个体年均排放粪
便量分别为 1郾 96 和 0郾 33 t[27-29]计算,海河流域牲畜
年排放粪便总量为 7690郾 3伊104 t.采用替代成本法,
根据城市生活垃圾处理成本(108 元·t-1 [20] )计算,
2005 年研究区农田生态系统废弃物净化总价值为
83郾 06 亿元(表 5).
2郾 1郾 8 海河流域农田生态系统总服务价值及其特征
摇 海河流域 2005 年农田生态系统总服务价值为
1802郾 64 亿元. 其中,调节功能的价值 (794郾 16 亿
元)占 44郾 06% ,支持功能的价值(1008郾 48 亿元)占
55郾 94% ,提供产品和文化功能未进行核算. 从单项
的功能指标来看,释氧价值(728郾 20 亿元)所占比例
最大,其次是涵养水源的价值(448郾 60 亿元),秸秆
还田价值(8郾 54 亿元)所占比例最小(图 2).
表 4摇 海河流域农田生态系统秸秆还田量及其价值
Tab. 4摇 Straw return amount and its value of agro鄄ecosys鄄
tem in Haihe River Basin
地区a)
Area
秸秆量b)
Amount
of straw
(104 t
·a-1)
归还率[25]
Return
rate
(% )
归还量
Amount
to return
(104 t
·a-1)
总价值
Total
value
(108 yuan)
北京 Beijing 83郾 81 47 39郾 58 0郾 09
天津 Tianjin 259郾 07 47 122郾 70 0郾 26
河北 Hebei 4853郾 13 47 2303郾 88 4郾 97
山西 Shanxi 901郾 09 56 503郾 92 1郾 09
内蒙古 Inner Mongolia 253郾 94 15 38郾 16 0郾 08
辽宁 Liaoning 18郾 14 31 5郾 65 0郾 01
山东 Shandong 2055郾 50 24 484郾 13 1郾 04
河南 Henan 1341郾 64 35 463郾 02 1
a)该表中各地数据仅指海河流域部分 Data of different area only
referred to the part of Haihe river basin. 下同 The same below. b)各种
农作物秸秆还田量根据各地区农作物实际产量,利用谷草比系
数[25]进行换算得来 Straw return amount was calculated by the actual
crop output and ratio of grain to straw[25] in Haihe River Basin.
表 5摇 海河流域农田生态系统废弃物净化量及其价值
Tab. 5摇 Waste degradation amounts and their values of agro鄄ecosystem in Haihe River Basin
地区
Area
大牲畜存栏数
Big livestock
inventories
(104)
小牲畜存栏数
Small livestock
inventories
(104)
大牲畜废弃物总量
Waste of
big livestock
(104 t·a-1)
小牲畜废弃物总量
Waste of
small livestock
(104 t·a-1)
废弃物总量
Total amount
of waste
(104 t·a-1)
总价值
Total value
(108 yuan)
北京 Beijing 26郾 60 344郾 80 52郾 14 113郾 78 165郾 92 1郾 79
天津 Tianjin 44郾 40 340郾 140 87郾 02 112郾 25 199郾 27 2郾 15
河北 Hebei 1013郾 05 5587郾 43 1985郾 58 1843郾 85 3829郾 43 41郾 36
山西 Shanxi 185郾 79 916郾 51 364郾 15 302郾 45 666郾 60 7郾 20
内蒙古 Inner Mongolia 480郾 62 399郾 51 942郾 02 131郾 84 1073郾 85 11郾 60
辽宁 Liaoning 8郾 20 20郾 70 16郾 07 6郾 83 22郾 90 0郾 25
山东 Shandong 466郾 62 1311郾 62 914郾 58 432郾 83 1347郾 41 14郾 55
河南 Henan 105郾 50 539郾 80 206郾 78 178郾 13 384郾 91 4郾 16
2492 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 6摇 3 种温室气体在不同区域的排放量
Tab. 6摇 Emissions of three kinds of greenhouse gases in the different regions
区域
Area
CO2 排放量
CO2 emission
(t·hm-2)
CH4
排放量
Emission
(t·hm-2)
相当于 CO2 年
单位面积排放量
Equivalent to
CO2(t·hm-2)
N2O
排放量
Emission
(t·hm-2)
相当于 CO2 年
单位面积排放量
Equivalent to
CO2(t·hm-2)
折算为 CO2 总量
Total amount
(104 t ·a-1)
北京 Beijing 0* 0郾 02 0郾 37 0郾 01 1郾 62 77郾 01
天津 Tianjin 0* 0郾 04 0郾 90 0 0郾 97 65郾 44
河北 Hebei 0郾 57 0郾 01 0郾 12 0 1郾 37 1554郾 28
山西 Shanxi 0郾 92 0 0郾 02 0 1郾 38 461郾 61
内蒙 Inner Mongolia 5郾 95 0 0郾 09 0郾 02 7郾 17 350郾 11
河南 Henan 1郾 12 0郾 04 0郾 82 0郾 01 1郾 72 390郾 24
山东 Shandong 0郾 84 0郾 01 0郾 18 0郾 01 2郾 18 651郾 35
辽宁 Liaoning 3郾 47 0郾 05 0郾 99 0郾 02 5郾 63 49郾 60
*该表数据在文献[30]中 DNDC模型计算的 1990 年中国农田 3 种温室气体排放量基础上转换而来. 原表中北京和天津 CO2 年排放量值为
负,本研究将其作为零值考虑. Parameters in this table were converted from reference [30], in which 3 kinds of greenhouse gas emission were calculat鄄
ed with DNDC model in 1990, China. Beijing and Tianjin爷s CO2 emissions were zero in our research since they were negative numbers in the reference.
2郾 2摇 海河流域农田生态系统环境成本分析
农业属于高投入、高产出的一类特殊生态系统
类型.在高产出的同时,一方面需要外界不断的科
技、资源投入以支持这种高产出;另一方面不同的农
业实践活动也会带来一系列外部性效益. 本文在详
细分析农田生态系统功能的同时,对维持和提供这
些服务的环境成本进行了初步探讨.
2郾 2郾 1 温室气体排放摇 土壤中的有机物质经微生物
分解,以 CO2的形式释放入大气,CH4 可在长期淹水
的农田中经发酵作用产生,全球一半以上的 N2O 来
自土壤的硝化和反硝化过程.由于 CO2、CH4 和 N2O
这 3 种温室气体具有不同的增温效应,它们对全球
变暖的影响也不同. 以 100 年影响尺度为计,1 kg
CH4 的增温效应是 1 kg CO2 的 21 倍,1 kg N2O的增
温效应是 1 kg CO2的 310 倍[30] . 以此将农田排放
CH4 和 N2O的量均转换为排放 CO2 的量,则海河流
域每年产生的温室气体折算为 CO2 的量为 3599郾 65
伊104 t(表 6),利用造林成本法和碳税法估算其价
值,得出该部分环境成本为 271郾 02 亿元.
图 2摇 海河流域农田生态系统服务价值分布
Fig. 2 摇 Distribution of agro鄄ecosystem services in Haihe River
Basin (108 yuan).
2郾 2郾 3 化肥流失摇 农田农药 /化肥的投入,一方面可
保持土壤肥力,保障高产出;另一方面也能防治病虫
害,维持农业产量.农田这部分的投入占据农业成本
的一大部分.本研究仅考虑化肥流失的成本.我国当
前化肥利用率相当低,氮肥、磷肥和钾肥平均利用率
分别仅为 30% ~ 50% 、 10% ~ 20% 和 35% ~
50% [31] .陈同斌等[32]将中国化肥利用率进行了区
域划分,本研究采用高施肥量区平均化肥利用率
(25% )算出海河流域 2005 年化肥使用量(折纯)为
569郾 89伊104 t,化肥流失量为 427郾 42伊104 t. 按照化
肥平均价格计算,当年海河流域化肥流失的成本为
151郾 91 亿元.
3摇 讨摇 摇 论
与森林、草地生态系统相比,农田生态系统与人
类耦合程度更高,受人为活动影响更明显[33] . 农田
生态系统具有很多其他生态系统无法替代的特征,
对农田生态系统功能进行全面而正确的评价具有非
常重要的现实意义.本研究首先根据 MA框架,构建
了海河流域农田生态系统功能评价指标体系,评价
指标较符合中国农田生态系统实际,可以应用于中
国其他地方农田功能评价的案例研究. 通过对各评
价指标进行价值量评价和总服务价值量组成特征进
行分析得出,海河流域 2005 年农田生态系统总服务
价值为 1802郾 64 亿元,其中以释氧、涵养水源和营养
物质循环为主,其价值分别占总价值的 40郾 40% 、
24郾 89%和 14郾 04% .
由于受基础资料限制,个别评价指标没有进行
评价,对已评价指标间的相关参数也难以完全精确,
给现有的评价造成一定误差. 随着基础研究的不断
深入,这一缺陷将逐渐被克服.从以往的研究结果来
349211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 白摇 杨等: 海河流域农田生态系统环境损益分析摇 摇 摇 摇 摇
看,农田生态系统仍然具有巨大的服务价值.本研究
对农田生态系统功能评价指标体系及其价值研究可
为耕地资源合理定价、有效补偿、科学管理和农田资
源的可持续发展提供科学的理论依据.
本研究从化肥流失和温室气体排放两个方面分
析了农业环境成本,结果表明农田一方面在提供大
量产品和其他间接功能的同时,也需要大量的外界
投入以维持其提供服务的能力. 说明对农业的投入
需要进行合理管理,否则有可能带来极为严重的负
面影响,增加其环境成本,如农药 /化肥残留将带来
一系列环境和社会问题等.
农产品可以直接在市场上进行交换,从而体现
其价值,然而由于农田生态系统提供的其他间接服
务所具有的非竞争性(non鄄rival)和非排他性( non鄄
excludable),很难赋予价格,因而在进行管理和规划
时常被忽略.短期来看,农田生产力的提高是以牺牲
农田间接服务来实现的,从长期来看,这样的结果将
导致土地退化以及自然资本和生态系统功能的下
降.为了维持农田生态系统持续提高服务的能力,必
须将农田提供的直接和间接服务均考虑在制定农业
政策和农田管理的框架之下. 如制定政策减少农药
杀虫剂的使用,合理规划农田面积,合理安排农作物
种植结构等;为了保证相关农业政策的快速有效执
行,适当的刺激是必须的,主要包括两方面:一是政
府补偿,对因为保护农田环境质量提高而导致其直
接收益下降的农户和群体进行补偿;二是建立农田
生态系统提供的间接服务进行交换的间接市场,如
“有机农业冶 ( organic agriculture)等. 对农田生态系
统而言,因为减少了农药化肥的使用,也会使农田生
态系统提供服务的能力增强.
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作者简介摇 白摇 杨,男,1982 年生,博士研究生.主要从事生
态系统评价与生态系统管理研究,发表论文 7 篇. E鄄mail:
youngbcs@ gmail. com
责任编辑摇 杨摇 弘
549211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 白摇 杨等: 海河流域农田生态系统环境损益分析摇 摇 摇 摇 摇