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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 23 期摇 摇 2012 年 12 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
中国石龙子母体孕期调温诱导幼体表型:母体操纵假说的实验检测 李摇 宏,周宗师,吴延庆,等 (7255)……
同种或异种干扰对花鼠分散贮藏点选择的影响 申摇 圳,董摇 钟,曹令立,等 (7264)……………………………
曝气充氧条件下污染河道氨挥发特性模拟 刘摇 波,王文林,凌摇 芬,等 (7270)…………………………………
贵州草海越冬斑头雁日间行为模式及环境因素对行为的影响 杨延峰,张国钢,陆摇 军,等 (7280)……………
青藏高原多年冻土区积雪对沼泽、草甸浅层土壤水热过程的影响 常摇 娟,王根绪,高永恒,等 (7289)………
长沙城市斑块湿地资源的时空演变 恭映璧,靖摇 磊,彭摇 磊,等 (7302)…………………………………………
基于模型数据融合的千烟洲亚热带人工林碳水通量模拟 任小丽,何洪林,刘摇 敏,等 (7313)…………………
农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例 张摇 印,周羽辰,孙摇 华 (7327)………
用 PFU微型生物群落监测技术评价化工废水的静态毒性 李朝霞,张玉国,梁慧星 (7336)……………………
京郊农业生物循环系统生态经济能值评估———以密云尖岩村为例 周连第,胡艳霞,王亚芝,等 (7346)………
基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究 冯晓刚,石摇 辉 (7355)…………………………………………
海南岛主要森林类型时空动态及关键驱动因子 王树东,欧阳志云,张翠萍,等 (7364)…………………………
不同播种时间对吉林省西部玉米绿水足迹的影响 秦丽杰,靳英华,段佩利 (7375)……………………………
黄土塬区不同品种玉米间作群体生长特征的动态变化 王小林,张岁岐,王淑庆,等 (7383)……………………
密植条件下种植方式对夏玉米群体根冠特性及产量的影响 李宗新,陈源泉,王庆成,等 (7391)………………
沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用 徐摇 杰,敖艳青,张璟霞,等 (7402)…………………
增强 UV鄄B辐射和氮对谷子叶光合色素及非酶促保护物质的影响 方摇 兴,钟章成 (7411)……………………
不同产地披针叶茴香光合特性对水分胁迫和复水的响应 曹永慧,周本智,陈双林,等 (7421)…………………
芦芽山林线华北落叶松径向变化季节特征 董满宇,江摇 源,王明昌,等 (7430)…………………………………
地形对植被生物量遥感反演的影响———以广州市为例 宋巍巍,管东生, 王摇 刚 (7440)………………………
指数施肥对楸树无性系生物量分配和根系形态的影响 王力朋,晏紫伊,李吉跃,等 (7452)……………………
火烧伤害对兴安落叶松树干径向生长的影响 王晓春,鲁永现 (7463)……………………………………………
山地梨枣树耗水特征及模型 辛小桂,吴普特,汪有科,等 (7473)…………………………………………………
两种常绿阔叶植物越冬光系统功能转变的特异性 钟传飞,张运涛,武晓颖,等 (7483)…………………………
干旱胁迫对银杏叶片光合系统域荧光特性的影响 魏晓东,陈国祥,施大伟,等 (7492)…………………………
神农架川金丝猴栖息地森林群落的数量分类与排序 李广良,丛摇 静,卢摇 慧,等 (7501)………………………
碱性土壤盐化过程中阴离子对土壤中镉有效态和植物吸收镉的影响 王祖伟,弋良朋,高文燕,等 (7512)……
两种绣线菊耐弱光能力的光合适应性 刘慧民,马艳丽,王柏臣,等 (7519)………………………………………
闽楠人工林细根寿命及其影响因素 郑金兴,黄锦学,王珍珍,等 (7532)…………………………………………
旅游交通碳排放的空间结构与情景分析 肖摇 潇,张摇 捷,卢俊宇,等 (7540)……………………………………
北京市妫水河流域人类活动的水文响应 刘玉明,张摇 静,武鹏飞,等 (7549)……………………………………
膜下滴灌技术生态鄄经济与可持续性分析———以新疆玛纳斯河流域棉花为例
范文波,吴普特,马枫梅 (7559)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
高温胁迫及其持续时间对棉蚜死亡和繁殖的影响 高桂珍,吕昭智,夏德萍,等 (7568)…………………………
桉树枝瘿姬小蜂虫瘿解剖特征与寄主叶片生理指标的变化 吴耀军,常明山,盛摇 双,等 (7576)………………
西南桦纯林与西南桦伊红椎混交林碳贮量比较 何友均,覃摇 林,李智勇,等 (7586)……………………………
长沙城市森林土壤 7 种重金属含量特征及其潜在生态风险 方摇 晰,唐志娟,田大伦,等 (7595)………………
专论与综述
城乡结合部人鄄环境系统关系研究综述 黄宝荣,张慧智 (7607)…………………………………………………
陆地生态系统碳水通量贡献区评价综述 张摇 慧,申双和,温学发,等 (7622)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*380*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*38*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄12
封面图说: 麋鹿群在过河———麋鹿属于鹿科,是中国的特有动物。 历史上麋鹿曾经广布于东亚地区,到 19 世纪时,只剩下在北
京南海子皇家猎苑内一群。 1900 年,八国联军攻陷北京,麋鹿被抢劫一空。 1901 年,英国的贝福特公爵用重金从
法、德、荷、比四国收买了世界上仅有的 18 头麋鹿,以半野生的方式集中放养在乌邦寺庄园内,麋鹿这才免于绝灭。
在世界动物保护组织的协调下,1985 年起麋鹿从英国分批回归家乡,放养到北京大兴南海子、江苏省大丰等地。 这
是在江苏省大丰麋鹿国家级自然保护区放养的麋鹿群正在过河。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 23 期
2012 年 12 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 23
Dec. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国土资源部公益性行业科研专项经费项目(200811087);教育部人文社会科学研究规划基金项目(10YJA630138);国家自然科学基金
项目(71073082); 江苏省高等学校大学生实践创新训练计划(JSS1229) 和‘青蓝工程爷资助
收稿日期:2012鄄05鄄07; 摇 摇 修订日期:2012鄄12鄄05
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: sh@ njau. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201205070657
张印, 周羽辰,孙华.农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例.生态学报,2012,32(23):7327鄄7335.
Zhang Y, Zhou Y C, Sun H. Ecological compensation standard for controlling nitrogen non鄄point pollution from farmland: a case study of Yixing City in
Jiang Su Province. Acta Ecologica Sinica,2012,32(23):7327鄄7335.
农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准
———以江苏省宜兴市为例
张摇 印, 周羽辰,孙摇 华*
(南京农业大学土地管理学院,南京摇 210095)
摘要:农田氮素流失引起的非点源污染已成为国内外农田生态环境资源可持续利用及农业可持续发展的瓶颈,对其进行有效控
制愈显迫切。 对非点源污染的控制不能简单地照搬点源污染的方法,须针对非点源污染本身具有的强烈外部性及复杂、广泛、
不易监测等特征,探究与非点源污染特征规律相对应的对策。 生态补偿作为应对全球生态危机和环境污染的一种公共政策工
具,对于内化外部效应具有良好的效果。 以农户减少一定程度的氮肥施用量获得政府补偿为切入点,论证了农户减少氮肥用量
到最佳生态经济施氮量是获得补偿的依据;以宜兴市为实证对象,运用意愿调查评估法和成本鄄收益法相结合的方式测算了农
户参与农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准。 研究表明:(1)宜兴市主要粮食生产的最佳生态经济施氮量为 375. 6 kg /
hm2,农户参与农田氮素非点源污染控制的补偿额度理论值为 620. 0—7098. 0 元 / hm2;(2)68. 3%的受访农户愿意接受补偿而
减少氮肥用量,受偿意愿与种田经验、受教育程度等因素正相关;(3)愿意接受补偿的农民中 50. 7%选择氮肥量减少到最佳生
态经济施氮量,农田氮素非点源污染控制的补偿标准为 620. 0 元 / hm2。
关键词:农田氮素非点源污染;生态补偿标准;最佳生态经济施氮量;外部性;控制
Ecological compensation standard for controlling nitrogen non鄄point pollution
from farmland: a case study of Yixing City in Jiang Su Province
ZHANG Yin, ZHOU Yuchen, SUN Hua*
College of Land Management, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210095, China
Abstract: Farmland nitrogen loss has been identified as the main source of water pollution, which has become a bottleneck
of agricultural sustainable development and ecological environmental resource sustainable utilization. To control nonpoint
source pollution was extremely urgent for the intensive agriculture in China. Due to its specific characteristics such as strong
negative externalities, complexity, and universality the traditional technology for controlling point source pollution could not
be simply employed. The ecological compensation, used as a public policy tool to address the global ecological crisis and
environmental pollution, has shown the internalization of external effects, and has become a environmental and economic
policy to protect field ecological environment in western developed countries.
Taking into account the initial development in China忆s non鄄point source pollution control policies and the practical
difficulties of watershed pollution control, to explore ecological compensation mechanism of farmland non鄄point source
pollution control is very urgent. Calculating ecological compensation standard is not only the core and key of the ecological
compensation mechanism construction and operation, but also related to its success or failure. At present, ecological
compensation standard about controlling agricultural non鄄point source pollution, especially farmland nitrogen, has not been
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fully studied in China. The current ecological compensation standard for agricultural non鄄point source pollution mainly
considered the opportunity cost for agricultural environment protection or producers忆 willingness for compensation. However,
how many pollutants will been decreased after ecological compensation implementation,or contaminants reduced to what
extent before the compensation have not yet been considered. Therefore, the ultimate goal of building ecological
compensation mechanism is subtracting the pollutants to some extent and the pollution control targets must be clearly set
before estimating compensation standard for agricultural non鄄point source pollution.
The basis for this compensation is that farmers receive government忆s compensation based on their reduction in nitrogen
fertilization in achieving the optimal ecological economic. In this study, Yi Xing City was used as an example to illustrate
the contingent valuation of cost and benefits and explore the ecological compensation standards for farmers忆 controlling
farmland nitrogen non鄄point pollution. The results showed that: (1) ecological economic nitrogen application amount of
grain production in Yixing City was 225. 0 kilogram per hectare, the theoretical value of compensation margin for controlling
farmland nitrogen non鄄point pollution was 620. 0—7098. 0 yuan per hectare; (2)68. 3% of the respondents farmers were
willing to accept compensation to reduce nitrogen fertilizer and the farmers忆 willingness of accepting compensation were
positively correlated with their farming experience and education; and (3)50. 7% of the farmers that were willing to accept
compensation chose to reduce the nitrogen fertilizer to the optimal ecological economic nitrogen amount with a compensation
standard for farmland nitrogen non鄄point pollution controlling at 620. 0 yuan per hectare.
Key Words: farmland nitrogen non鄄point pollution; optimal ecological compensation standard; ecological economic
nitrogen application amount; externalities; controlling
农田氮素非点源污染强烈的负外部性及对其控制的正外部性决定了需要采取某种手段或建立某种机制
来纠正外部性,构建生态补偿机制是实现外部性内在化的重要策略[1]。 生态补偿标准的测算是构建农田氮
素非点源控制的生态补偿机制的核心和关键,补偿标准的合理性关系到补偿机制运行的成败,因此,测算生态
补偿标准具有十分重要的理论和现实意义。 国外关于农田非点源污染控制的生态补偿量化研究已趋于成熟,
如 Babcosk对农民农用化学品减量化行为的补贴标准开展了理论和实证分析[2],Stefano运用生态系统服务功
能价值法测算了福罗里达州农田保护的补偿标准为＄ 42·hm-2·a-1 [3]。 国内有部分学者对农业面源污染控制
的补偿标准的测算进行了探索,但专门针对农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准的研究至今尚缺少,并
且已有关于农业面源污染控制的生态补偿标准的测算仅主要考虑了农业环境保护机会成本或农业生产者意
愿[4鄄6],其中更关键的问题“实施生态补偿后污染物能减少多少,或污染物减少到什么程度才获得补偿冶尚未
被考虑。 然而,构建污染控制的生态补偿机制的最终目的就是将污染物消减到某种程度,故测算补偿标准还
必须对污染控制目标进行明确。 有鉴于此,本文选取农田氮素非点源污染控制的补偿标准作为研究对象,试
图在前人研究的基础上,针对我国关于农田氮素非点源污染控制生态补偿研究的缺乏,尝试采用成本—收益
法与意愿调查评估法相结合的方式,测算农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准,以期对相关研究以及农
业面源污染治理投资预算的编制有所裨益。
1摇 材料与方法
1. 1摇 测算依据
农田非点源污染源于负外部性极强的农业生产活动,故农业生产者从事具有正外部性的生产建设或减少
负外部性的生产活动都可控制农田氮素非点源污染,然而,正外部性极强的生态建设及环境保护活动实际上
往往由政府作为公共物品直接提供。 面对占某个区域主体的农业人口来说,真正有意义的是如何通过补偿手
段刺激农民减弱生产强度或改变生产方式,从而减弱负外部环境效应[7]。 联合国粮农组织[8]认为环境服务
支付是“补偿生产者因转变操作方式提供不同组合或更高水平的环境服务而损失的收益,在许多情况下,对
生产者支付是为了减少其生产决策造成的环境损害。 为此,笔者认为农田氮素非点源污染控制生态补偿标准
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的测算可从减少农业负外部性行为出发,对减少一定程度的化学氮肥施用量的农民进行补偿,补偿因减少氮
肥施用量而造成的农作物生产收益损失。 而从国外农田生态补偿的政策来看,基本也是从减少农业负外部性
行为,应用补贴手段推进农业环境目标的实现[9鄄10]。 基于此,本研究主要从农民减少一定氮肥用量而获得补
偿以及其减氮受偿意愿的角度测算补偿标准。
然而,氮肥施用量减少到什么程度才获偿十分值得探究。 农民即使在原来的基础上减少相当量的氮肥,
若最终的投入量仍未达到污染控制目标,那么这种减少氮肥用量的行为仍属无效。 本研究认为,农民只有在
不施氮肥(即施氮量为 0)或施氮量少于兼顾生态保护与经济效益的氮肥用量(即最佳生态经济施氮量)时才
能获得补偿。 即农民为保护农田生态环境而应获得的补偿上限为不施用氮肥时的损失,下限为氮肥用量减少
至最佳生态经济施氮量时的损失。 由于不施氮肥造成的损失可根据施肥时的收益测算得出,因此,如何确定
最佳生态经济施氮量是测算生态补偿标准的关键。
1. 2摇 测算方法及步骤
1. 2. 1摇 最佳生态经济施氮量的确定
最佳生态经济施氮量亦称最优社会氮肥施用量,是指对环境污染程度不超过环境容量并能使农产品产出
合理增长的、兼顾农民经济收益和社会生态环境的氮肥料投人量。 它是在传统农业生产成本的基础上,把外
部成本加入生产成本时,依据农业技术经济学原理测算而得的氮肥施用量[11]。 研究表明[12鄄14]: 在农业生产
中,粮食产量 Y跟氮肥投入量 X呈二次函数关系,表现为抛物线,表达式为:
Y = a + bX - cX2 (1)
式中,a、b、c为待定常数(均大于零);设粮食生产的产值 V是产量 Y与价格 P的乘积,则
V = Y 伊 P (2)
在粮食生产过程中,假定其他投入要素固定(其相应的成本也固定,设为 K ),氮肥作为一种可变投入要
素(设其价格为 P f),则粮食生产的总成本 T和总利润 W表示为:
T = K + X P f (3)
W = V - T = (a + bX - cX2)P - (K + XP f) (4)
根据效益最大化原理和报酬递减原理,当边际效益等于边际成本时,效益最大,当资源要素投入的边际利
润为零时,将有最大利润,即:
dW / dX = bP - P f - 2cPX (5)
令(5)式为 0,可以得到农户经济效益最优时的氮肥使用量为:
X1 = b / 2c - P f / 2cP = (bP - P f) / 2cP (6)
式中,X1 为只考虑农户个人效益最大化时的化肥投入量。 如果氮肥过量施用污染了生态环境,产生了负外部
性,带来了外部成本,那么,在计算农户化肥投入成本时,应将外部成本考虑进去,构成化肥施用的社会总成
本。 由于氮肥是能带来负外部效应的投入物,从全社会福利出发,氮肥作为投入资源要素的成本中应当包括
外部成本。 此时,氮肥的边际社会成本(MSC)由边际生产成本(MPC)、边际使用成本(MUC)和边际外部成本
(MEC)组成,即:
MSC=MPC+MUC+MEC (7)
在计算成本时应以 MSC作为化肥的影子价格而非氮肥的市场价格 P f,此时的总成本为:
T忆 = K + X·MSC (8)
总收益为:
W忆 = V - T忆 = (a + bX - cX2)P - [K + X(P f + MUC + MEC)] (9)
对(9)式求导,并令其为 0,得到此时氮肥投入量为:
X2 = b / 2c - (P f + MUC + MEC) / 2cP (10)
以上计算得出的“X2冶即为最佳生态经济氮肥投入量,比较 X1 和 X2 可知,X19237摇 23 期 摇 摇 摇 张印摇 等:农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例 摇
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可知农户的经济利益是受损的。 因此,为保护农田生态环境,给予农户一定的经济损失补偿,激励其施用不多
于“X2冶的氮肥,达到减少外部负效应的目的。
上述 X1、X2 的求解需明确 b、c、P、P f、MEC、MUC的值,其中,b、c的值可通过多年的粮食的播面单产与氮
肥投入量之间的关系进行回归分析后求得,P、P f 分别为作物的市场价格和氮肥的市场价格,本文视氮肥无耗
竭成本(MUC=0),则 X2 的求解需确定 MEC。
1. 2. 2摇 农田氮肥施用的外部成本的确定
关于化肥施用的外部成本,国内外已有较多研究,但是,由于侧重点不同,至今没有形成统一的标准可供
使用。 本文拟在总结归纳前人研究成果的基础上,借鉴赖力等[15]提出的能值分析手段对氮肥施用的外部成
本进行估算,估算出氮肥施用的环境外部成本。 估算步骤如下:
(1)氮肥污染分类
根据氮肥可能造成的污染,将氮肥污染分为三类,即大气污染、土壤污染和水体污染,然后确定各类污染
的过程及环境影响(见表 1)。
表 1摇 氮肥施用的环境影响过程及氮的流转系数
Table 1摇 Environmental impact process and circulation coefficient of farmland nitrogen
污染类型
Pollution types
过程
Process
环境影响
Environmental Impact
氮流转系数 / %
Circulation Coefficien
NH3 污染 NH3 Pollution 氮肥挥发产生 NH3 呼吸系统受害 11
N2O污染 N2O Pollution 氮肥在微生物作用下转化为温室气体 N2O 温室效应、臭氧层破坏 0. 67
NOx 污染 NOx Pollution
氮肥通过微生物的硝化或反硝化作用产生
的氮氧化物 臭氧层破坏、呼吸系统受害 0. 50
土壤污染 Soil Pollution 氮肥淋湿增加地下水硝酸盐含量 土壤盐渍化 0. 50
NO-3 鄄N污染 NO-3 鄄N Pollution 硝态氮在地表水中富集 富营养化、致癌效应 2
NH+4 鄄N污染 NH+4 鄄N Pollution 铵态氮在地表水中富集 富营养化 5
(2)污染产生物的环境影响剂量确定
归纳国内外有关农田氮素运移转化比例和污染物产生剂量的研究成果数据,分析确定氮肥施用的营养物
质流向和污染产生物的影响剂量,污染产生物的影响剂量计算公式如下:
Dosei = M 伊 C 伊 (Wc / Wf) (11)
式中,Dosei 表示污染物 i的产生剂量(t);M表示氮肥的施用折纯量(t);C表示氮元素的流转系数;Wf 表示氮
的分子量;Wc表示所产生污染物的分子量。 氮元素的流转系数 C 是一个动态变化的值,需要进行动态监测,
本研究考虑到自身的实际,拟归纳朱兆良、张东升、DePaz J M等的研究成果数据[16鄄18]。 得出氮元素的流转系
数(表 1);
(3)环境质量影响量化
采用伤残调整生命年 (Disability adjusted life years, DALY) 法量化氮肥施用对大气、土壤和水体等环境
质量影响,估算氮肥施用带来污染物所造成的人类健康影响,计算公式如下:
DALYi = Cdi 伊 Dosei (12)
式中,DALYi 表示某种污染造成的生命损害年累计数,Dosei 表示污染物 i 的剂量,Cdi 表示单位污染物剂量引
致的生命损害年数(kg / a),取值采用 Eco鄄indictor 99 的系列评估值[19]。
(4)氮肥环境影响总能值估算摇
依据国内外有关单位劳动力的能值消费数据,乘以生命损害年累计数,以此作为估算化肥施用对环境质
量影响的能值的方法,计算出化肥环境影响的总能值。 计算公式如下:
U =移
n
i = 1
Energyi = 移
n
i = 1
(DALYi 伊 Cm) (13)
0337 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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式中,U表示氮肥环境影响的总能值成本(sej);Energyi 表示污染物 i 的能值成本;Cm 表示单位劳动力的年能
值消费量,在本文中其取值参照学者 Odium H T[20]的研究成果数据,为 9. 35伊 1016sej;DALYi 表示某种污染造
成的生命损害年累计数。
(5) 氮肥施用的综合环境成本折算
依据某一地区各年份的能值货币比率数据,折算化肥施用的综合环境成本。
Ermb = U / Cg (14)
式中,Ermb 表示氮肥环境影响的宏观经济价值(元);Cg 表示单位宏观经济价值的能值载荷,即一国家或地区
单位时间内使用的能值与 GDP 比,单位 sej /元。 本文按照江苏省统计年鉴公布的单位 GDP 的能耗,借助能量
折算系数[21]和太阳能值转换率[22],得出 2009 年宜兴市的 Cg 取值为 7. 15伊1011 sej /元。
1. 2. 3摇 生态补偿额度计算
由前文可知,当农户氮肥用量减少为 0 时,可获得最大补偿;减少到最佳生态经济施氮量时,获得最小补
偿。 设最大、最小补偿值分别 Qu、Ql,则:
Qu = P 伊 Y昨X = 0 - X1P f (15)
Ql = (P 伊 Y昨X = X1 - X1P f) - (P 伊 Y昨X = X2 - X2P f) (16)
由式(6)及式(15)、式(10)及式(16)计算得出 Qu、Ql 如下:
Qu = aP -
bPP f - P2f
2cP
(17)
Ql =
MUC + MEC
4cp
(bp - 2bP f - MEC - MUC) (18)
1. 2. 4摇 生态补偿标准的确定
采用意愿调查法调查农民的氮肥减少意愿及能接受相应补偿,以此确定农田氮素非点源污染控制的生态
补偿标准。 通过问卷设计及调研,对农田氮素非点源污染比较典型的宜兴市农户进行调查,根据农民的意愿
情况确定生态补偿标准,并构建计量模型分析影响农民受偿意愿的因素。
(1)问卷设计
调查内容包括:淤受访农民的基本社会经济特征,包括受访者的性别、年龄、文化程度、家庭中是否有村干
部、农业生产经验,及家庭收入状况、收入来源、主要从事的工作等基础资料,以此分析受访农民的社会经济特
征对氮肥用量减少补偿意愿的影响;于受访农民减氮受偿意愿,以政府对生产者在氮肥施用达到不同的限制
标准,并由此提供相应的补偿作为假设前提,调查农户是否愿意按标准减少氮肥施用量及其补偿额度。
(2)抽样调查及样本特征
在调查问卷设计修改完善后,于 2011 年 12 月开展了调研,随机选择了宜兴市万石镇和周铁镇作为调研
地,选取两个镇的 6 个村庄对农户进行随机抽样调查,调研在选择村庄时,主要考虑村庄距离河流的远近以及
村庄的经济状况、主营作物类型、土地资源禀赋等,结合农户的性别、年龄、受教育年限、家庭收入、种田规模、
主要工作类型等个人及家庭特征随机地抽取农户样本。 调研样本 110 份,经整理,有效问卷 101 份,占调查问
卷总量的 91. 8% 。 调研涉及的万石镇村庄主要有漕东村、余庄村和万石村,周铁镇的村庄主要有东湖村、洋
溪村和棠下村。
受访样本以男性略多,占样本的 60. 4% ;以中老年劳动力为主,年龄集中在 40—70 岁之间,占样本总数
的 91. 2% ;79. 2%受访农民家庭人数不少于 3 人;受访农民文化程度以小学和初中为主,所占比重分别为小
学 29. 7% 、初中 49. 5% ;家庭年收入不少于 2 万元的占 71. 8% ,其中非农收入占家庭收入不小于 50%的有
74. 3% ,农业收入占家庭年收入 50%以上的仅有 22. 8% ;受访农民中 95. 0%的家庭种植水稻和小麦,其中,
92. 5%的家庭以施尿素为主;81. 2%的农民种田经验均不低于 20a,受访农民中有 68. 3%的人从事务农,
16郾 8%的人以非农打工为主。
1337摇 23 期 摇 摇 摇 张印摇 等:农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例 摇
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(3)农户受偿意愿影响因素分析
从年龄、性别、文化程度、务农人数、主要工作类型、农业收入占家庭年收入的比重、种田经验、种植规模等
几个方面出发,构建出农户“是否愿意冶接受补偿的计量经济模型,通过计量分析找出影响农户“是否愿意冶接
受补偿的决策的显著因素。
农户受偿意愿的确定受多方面因素的综合影响,由于农户补偿意愿的选项只有两个:愿意、不愿意,属于
0—1二分类因变量。 因此,本文拟构建 probit模型,来找出影响农户受偿意愿的主要因素。 在 probit模型中,
被解释变量 adopt是“农户是否愿意接受补偿冶,若农户愿意接受补偿则为 1,反之则为 0;解释变量包括性别
(sex)、年龄(age)、受教育程度(edu)、是否是村干部(cadre)、家庭务农人数(numb)、农业收入比重( inco)、种
田经验(expe)、种田规模(scale)、主要从事工作类型(job)等 9 个变量。 则 probit模型的形式为:
adopt = 琢0 + 琢1 伊 sex + 琢2 伊 age + 琢3 伊 edu + 琢4 伊 cadre + 琢5 伊 numb + 琢6 伊 inco + 琢7 伊 expe + 琢8 伊 scale
+ 琢9 伊 job
用 stata11. 0 软件对 101 个种粮农户样本数据进行处理,并构建 probit模型进行回归分析,找出影响农户
受偿意愿的显著因素。
2摇 结果与讨论
2. 1摇 氮肥施用的外部成本
根据 2. 2 节中关于农田氮肥外部成本的计算步骤,选取宜兴市 2009 年氮肥用量作为基础数据计算氮肥
施用的环境影响剂量(数据来源于无锡市统计年鉴),并结合专著 Eco鄄indictor 99[19]中采用伤残调整生命年对
各类污染物的危害因子评估结果估算宜兴市氮肥施用的人类健康影响,最后结合单位劳动力的年能值消费量
和各年份的能值货币比率数据,估算出宜兴市 2009 年氮肥施用的环境成本。 宜兴市 2009 年氮肥施用的总环
境成本为 1. 09伊107 元(表 2),即宜兴市氮肥施用的外部成本为 1. 09伊107 元,宜兴市施用每千克纯氮的外部
成本为 1. 11 元。
2. 2摇 粮食生产的最佳生态经济施氮量
(1)宜兴市主要粮食作物氮肥用量函数分析
对宜兴市 1993—2009 年主要粮食播面单产与氮肥用量之间的关系进行回归分析淤,发现一元二次曲线
方程能较好地描述宜兴市粮食播面单产与氮肥用量之间的关系(图 1)。 粮食播面单产与氮肥用量的函数关
系式为:y= -0. 0119x2+11. 423x+4183. 8,决定系数 R2 = 0. 9135,说明粮食产量与氮肥用量呈高度相关性。 因
此,可将该函数作为宜兴市粮食生产函数。
表 2摇 宜兴市氮肥施用的环境成本估算结果
Table 2摇 Results for estimating environmental costs of nitrogen fertilization in Yixing city
项目
Project
大气污染 Air pollution
NH3 污染 N2O污染
土壤污染 Soil pollution
NOX污染 硝酸盐污染
水体污染 Water Pollution
NO-3 鄄N污染 NH+4 鄄N污染
影响剂量 Impact dose / t 859. 1 180. 9 257. 73 380. 46 1521. 83 1104. 56
单位污染物剂量引致的生命损害年数
Life damage years of per pollutant dose / (kg / a) 5. 10伊10
-5 4. 00伊10-6 6. 79伊10-5 4. 90伊10-5 3. 05伊10-5 1. 67伊10-5
生命损害年累计数
cumulative years of life damage / a 43. 81 0. 72 17. 5 18. 64 46. 42 18. 45
总太阳能值 Tatal energy / sej 1. 09伊1019 6. 73伊1016 1. 64伊1018 1. 74伊1018 4. 34伊1018 1. 73伊1018
宏观经济价值
Macro鄄economic value /元 5. 73伊10
6 9. 42伊104 2. 29伊106 2. 44伊106 6. 07伊106 2. 41伊106
2337 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
淤 数据来源于《无锡市统计年鉴》,本文中粮食播面单产指单位面积上水稻和小麦的总产量,氮肥用量为统计年鉴公布的数据,按一定的比例
计算而得。
http: / / www. ecologica. cn
图 1摇 宜兴市主要粮食(水稻和小麦)生产模拟函数图
摇 Fig. 1 摇 Simulated function of main grain ( rice and wheat )
production in Yixing City
摇 摇 (2)经济效益最优的氮肥施用量确定
根据上述模拟得出的生产函数可知 a、b、c 的值分
别为 4183. 8、11. 423、0. 0119,在式(6)中,X1 的求解只
需确定 P 和 P f,根据本研究的调查,宜兴市主要粮食作
物为小麦和水稻,主要施用的氮肥为尿素,本研究以
2009 年稻谷和小麦的市场收购价格、以及小麦和水稻
的总产量,计算出粮食的平均价格 P 为 2. 08 元 / kg淤,
以尿素折纯后的价格为氮肥价格 P f ( P f = 4. 06 元 /
kg)于。 如此,由式(6)计算得出宜兴市粮食生产经济效
益最优的氮肥投入量是 398. 0 kg / hm2。 这与朱兆良[23]
等在苏南地区田间试验测出的稻麦两季最佳经济效益施氮量之和 391. 1 kg / hm2 较接近,说明回归分析得出
的生产函数能较好地反映粮食产量与氮肥投入量之间的关系。
(3)最佳生态经济施氮量
由式(10)可知,宜兴市粮食生产的最佳生态经济施氮量 X2 = b / 2c(P f + MUC + MEC) / 2cP ,由于受数据
获取的限制,本文视氮肥为非耗竭性资源,即 MUC = 0,根据上文可知,2009 年宜兴市氮肥施用的外部成本为
1. 11 元 / kg,b、c、P、P f 已知,如此,通过计算得出 2009 年宜兴市粮食生产的最佳生态经济施氮量为 375. 6
kg / hm2。
2. 3摇 补偿额度
由式(16)和(17)及已求解的 X1、X2、a、b、c、P、P f 计算得出 Qu = 7098. 0 元 / hm2,Ql = 620. 0 元 / hm2,即宜
兴市农户参与农田氮素非点源污染控制应获得的补偿值为 620. 0—7098. 0 元 / hm2。
2. 4摇 补偿标准
以政府为了控制农田氮素非点源污染,实现区域农田生态环境的改善,而又不牺牲农业的发展为假设前
提,未来有一项计划———规定种粮农民亩均氮肥施用量不得高于最佳生态经济施氮量(宜兴市粮食生产的最
佳生态经济施氮量每亩为 25. 0kg(合 375. 6 kg / hm2),以下简称“规定量);力争不高于《无锡市农业面源污染
治理工作指导意见》(锡政办发[2011]139 号文件)盂中规定的目标量(到 2015 年每亩为 14kg (210 kg / hm2),
以下简称目标量),希望通过限制化学氮肥的使用量,建设生态环境良好的农田,鼓励农户自愿减少化学氮肥
的使用量,共同参与到宜兴市农田氮素非点源污染的控制工作中。 询问受访农户氮肥施用量的减少及参与该
项措施的受偿意愿。 问卷谈访时,设计假定生产经营中化学氮肥施用的限制标准有 3 项:淤化学氮肥施用量
减少至目标量(限制 1);于化学氮肥施用量减少至规定用量(限制 2);盂完全不再施用化学氮肥,全部改施农
家肥或有机肥(限制 3)。 根据前文中有关补偿额度的计算方法,计算得出农户粮食生产在限制 1、2、3 情况下
所应获得的补偿额度分别为 1746. 0、620. 0、7098. 0 元 / hm2,调研时,询问农户对限制 1、2、3 的选择意愿,按照
农户的选择意愿情况确定补偿标准。
被调查农民中 68. 31%愿意接受补偿而减少氮肥用量,农民受偿意愿受种田经验、家庭务农人数及受教
育程度显著影响,与受教育程度呈极显著正相关(表 3),与种田经验呈显著正相关。 说明农民受教育程度越
高,其环保意识就越强,他们就越懂得过量施用氮肥不仅浪费资源,还会带来影响农产品的质量、破坏农田生
态系统及水体富营养化等危害;农民的种田经验越丰富,也越知晓氮肥过量使用的危害性,深知并不是氮肥投
入越多种粮收益就越高,氮肥一旦过量使用,将会带来很多负面影响诸如土壤盐渍化、板结等,造成生产成本
3337摇 23 期 摇 摇 摇 张印摇 等:农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例 摇
淤
于
盂
数据取自于宜兴粮实网,http: / / www. yx-ls. gov. cn / typenews. asp? id =693 经整理得到
数据取自于中国化肥网,http: / / www. fert. cn / news / 2009 / 12 / 22 / 2009122215201799745. shtml i 经整理得到
资料来源于 http: / / thb. wuxi. gov. cn / admin / ArtCreate / ArtPreview. aspx? ArtID=20110616160642140&TypeID=1011
http: / / www. ecologica. cn
上升,故在有补偿的情况下其参与控制农田氮素非点源污染的积极性就高。
在愿意接受补偿的 69 户农户中,有 35 户农户选择“限制 2冶,占 50. 7% ;21 户农户选择“限制 1冶,占
30郾 4% ;13 户农户选择“限制 3冶,占 18. 9% 。 可见,选择“限制 2冶的频率及频数最高,因此,可将“限制 2冶情况
下的补偿值作为宜兴市农户减少氮肥用量而获得的补偿标准,即宜兴市农田氮素非点源污染控制的补偿标准
为 620. 0 元 / hm2。
2. 5摇 讨论
生态补偿作为应对全球环境污染的一种公共政策工具,对于内化外部效应具有良好的效果,并已成为西
方发达国家保护农田生态环境的环境经济政策[23]。 国外农业污染控制的生态补偿政策多采取直接对进行环
境友好型农业生产的农户给予补贴或补偿的做法,在补偿标准的确定上,多通过政府与农民协商谈判得
到[2,3]。 本研究以农户减少一定程度的氮肥施用量从而控制农田氮素非点源污染而获得补偿为切入点,探讨
了农户只有减少化肥到最佳生态经济施氮量时才能获得补偿,运用环境经济经济学和农业经济学相关理论测
算宜兴市粮食生产的最佳生态经济施氮量,据此测算了农户氮肥施用减少的补偿额度理论值,并采用意愿调
查评估法,从农户接受补偿意愿的角度确定了宜兴市农田氮素非点源污染控制的补偿标准为 620. 0 元 / hm2,
具有重要的理论和现实意义。 在但论文也存在不足之处,受数据获取的限制,在计算生态经济施氮量时,是以
粮食的市场价格而非影子价格作为基础,计算出来的生态经济施氮量略欠精确,希望在以后类似的研究中以
粮食的影子价格作为基础,计算粮食生产的最佳生态经济施氮量,据此测算得出的补偿值会更精确;此外,在
以后的补偿实施中,也可邀请部分相关领域的专家对补偿标准进行动态评估,不断调整补偿标准,以保持现
势性。
表 3摇 Probit模型回归分析结果
Table 3摇 Probit Model Estimate Results
解释变量
Explanatory Variables
系数
coefficient
Z统计值
Z Statistical Value
解释变量
Explanatory Variables
系数
coefficient
Z统计值
Z Statistical Value
性别(sex) 0. 2548 0. 57 年龄(age) -2. 1244 -1. 53
受教育程度(edu) 0. 891** 2. 62 是否是村干部(cadre) 0. 4625 0. 78
家庭务农人数(numb) -0. 7887 -1. 65 农业收入比重(inco) -0. 3265 -0. 42
种田经验(expe) 0. 6908* 2. 01 种田规模(scale) 0. 1454 0. 4
主要从事工作类型(job) -0. 1565 -0. 45
摇 摇 **表示在 1%的水平下显著,*表示在 5%的水平下显著
3摇 结论
国外农田氮素非点源污染控制的成功实践证明了减少氮肥施用量是从源头控制农田氮素非点源污染的
最佳策略之一,氮肥用量的减少是一种外部性行为,实施生态补偿能使这种外部性内部化,本研究运用成本鄄
收益法与意愿调查法相结合的方式测算了农户减少氮肥施用量从而控制农田氮素非点源污染的生态补偿标
准,以宜兴市做了案例分析,得出农民氮肥用量减少到最佳生态经济氮肥投入量即可获得补偿,宜兴市主要粮
食生产的氮肥最佳生态经济投入量为 375. 6 kg / hm2,农户减少氮肥施用获得的政府补偿理论值范围为
620郾 0—7098. 0 元 / hm2,宜兴市 68. 3%的农户愿意在政府提供补偿的前提下减少氮肥用量,农户受偿意愿与
“受教育成程度冶、“种田经验冶等因素显著正相关。 宜兴市农田氮素非点源控制的补偿标准为 620. 0 元 / hm2。
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5337摇 23 期 摇 摇 摇 张印摇 等:农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 23 December,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Maternal thermoregulation during gestation affects the phenotype of hatchling Chinese skinks (Eumeces chinensis): testing the
maternal manipulation hypothesis LI Hong, ZHOU Zongshi, WU Yanqing, et al (7255)…………………………………………
Effects of conspecific and interspecific interference competitions on cache site selection of Siberian chipmunks (Tamias sibiricus)
SHEN Zhen,DONG Zhong, CAO Lingli,et al (7264)
…
………………………………………………………………………………
Characterization of ammonia volatilization from polluted river under aeration conditons: a simulation study
LIU Bo, WANG Wenlin, LING Fen, et al (7270)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Diurnal activity patterns and environmental factors on behaviors of Bar鄄headed Geese Anser indicus wintering at Caohai Lake of
Guizhou, China YANG Yanfeng,ZHANG Guogang,LU Jun,et al (7280)…………………………………………………………
Impacts of snow cover change on soil water鄄heat processes of swamp and meadow in Permafrost Region, Qinghai鄄Tibetan Plateau
CHANG Juan,WANG Gengxu,GAO Yongheng,et al (7289)
……
………………………………………………………………………
Spatial鄄temporal changes of urban patch wetlands in Changsha, China GONG Yingbi, JING Lei, PENG Lei, et al (7302)…………
Modeling of carbon and water fluxes of Qianyanzhou subtropical coniferous plantation using model鄄data fusion approach
REN Xiaoli, HE Honglin, LIU Min, et al (7313)
……………
…………………………………………………………………………………
Ecological compensation standard for controlling nitrogen non鄄point pollution from farmland: a case study of Yixing City in Jiang
Su Province ZHANG Yin, ZHOU Yuchen, SUN Hua (7327)……………………………………………………………………
Static toxicity evaluation of chemical wastewater by PFU microbial communities method
LI Zhaoxia, ZHANG Yuguo, LIANG Huixing (7336)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Emergy evaluation of an agro鄄circulation system in Beijing suburb: take Jianyan village as a case study
ZHOU Liandi, HU Yanxia, WANG Yazhi, et al (7346)
………………………………
……………………………………………………………………………
Research on the cooling effect of Xi忆an parks in summer based on remote sensing FENG Xiaogang, SHI Hui (7355)………………
The dynamics of spatial and temporal changes to forested land and key factors driving change on Hainan Island
WANG Shudong, OUYANG Zhiyun,ZHANG Cuiping, et al (7364)
………………………
………………………………………………………………
Impact of different sowing dates on green water footprint of maize in western Jilin Province
QIN Lijie, JIN Yinghua, DUAN Peili (7375)
……………………………………………
………………………………………………………………………………………
The dynamic variation of maize (Sea mays L. ) population growth characteristics under cultivars鄄intercropped on the Loess Plateau
WANG Xiaolin, ZHANG Suiqi, WANG Shuqing, et al (7383)
…
……………………………………………………………………
Effect of different planting methods on root鄄shoot characteristics and grain yield of summer maize under high densities
LI Zongxin, CHEN Yuanquan, WANG Qingcheng, et al (7391)
………………
…………………………………………………………………
Heavy metal contaminant in development process of artificial biological Soil Crusts in sand鄄land
XU Jie, AO Yanqing, ZHANG Jingxia,et al (7402)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of enhanced UV鄄B radiation and nitrogen on photosynthetic pigments and non鄄enzymatic protection system in leaves of
foxtail millet (Setaria italica (L. ) Beauv. ) FANG Xing, ZHONG Zhangcheng (7411)…………………………………………
Photosynthetic response of different ecotype of Illicium lanceolatum seedlings to drought stress and rewatering
CAO Yonghui, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin,et al (7421)
………………………
……………………………………………………………………
Seasonal variations in the stems of Larix principis鄄rupprechtii at the treeline of the Luya Mountains
DONG Manyu, JIANG Yuan, WANG Mingchang, et al (7430)
……………………………………
……………………………………………………………………
Influence of terrain on plant biomass estimates by remote sensing: a case study of Guangzhou City, China
SONG Weiwei,GUAN Dongsheng, WANG Gang (7440)
……………………………
……………………………………………………………………………
Effects of exponential fertilization on biomass allocation and root morphology of Catalpa bungei clones
WANG Lipeng, YAN Ziyi, LI Jiyue, et al (7452)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of fire damages on Larix gmelinii radial growth at Tahe in Daxing忆an Mountains, China
WANG Xiaochun, LU Yongxian (7463)
………………………………………
……………………………………………………………………………………………
A model for water consumption by mountain jujube pear鄄like XIN Xiaogui,WU Pute, WANG Youke, et al (7473)…………………
Specificity of photosystems function change of two kinds of overwintering broadleaf evergreen plants
ZHONG Chuanfei, ZHANG Yuntao, WU Xiaoying, et al (7483)
…………………………………
…………………………………………………………………
Effects of drought on fluorescence characteristics of photosystem 域 in leaves of Ginkgo biloba
WEI Xiaodong,CHEN Guoxiang,SHI Dawei,et al (7492)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Numerical classification and ordination of forest communities in habitat of Sichuan Snub鄄nosed Monkey in Hubei Shennongjia
National Nature Reserve LI Guangliang, CONG Jing, LU Hui, et al (7501)……………………………………………………
Impact of inorganic anions on the cadmium effective fraction in soil and its phytoavailability during salinization in alkaline soils
WANG Zuwei, YI Liangpeng, GAO Wenyan, et al (7512)
……
…………………………………………………………………………
Photosynthetic adaptability of the resistance ability to weak light of 2 species Spiraea L.
LIU Huimin,MA Yanli, WANG Baichen,et al (7519)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Fine root longevity and controlling factors in a Phoebe Bournei plantation
ZHENG Jinxing,HUANG Jinxue,WANG Zhenzhen,et al (7532)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Analysis on spatial structure and scenarios of carbon dioxide emissions from tourism transportation
XIAO Xiao, ZHANG Jie, LU Junyu, et al (7540)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
The hydrological response to human activities in Guishui River Basin, Beijing
LIU Yuming, ZHANG Jing, WU Pengfei, et al (7549)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Socio鄄economic impacts of under鄄film drip irrigation technology and sustainable assessment: a case in the Manas River Basin,
Xinjiang, China FAN Wenbo, WU Pute,MA Fengmei (7559)……………………………………………………………………
Effects of pattern and timing of high temperature exposure on the mortality and fecundity of Aphis gossypii Glover on cotton
GAO Guizhen, L譈 Zhaozhi, XIA Deping, et al (7568)
…………
……………………………………………………………………………
Physiological responses of Eucalyptus trees to infestation of Leptocybe invasa Fisher & La Salle
WU Yaojun, CHANG Mingshan, SHENG Shuang, et al (7576)
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Carbon storage capacity of a Betula alnoides stand and a mixed Betula alnoides 伊 Castanopsis hystrix stand in Southern Subtropical
China: a comparison study HE Youjun, QIN Lin, LI Zhiyong,et al (7586)………………………………………………………
Distribution and ecological risk assessment of 7 heavy metals in urban forest soils in Changsha City
FANG Xi, TANG Zhijuan, TIAN Dalun, et al (7595)
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Review and Monograph
The relationship between humans and the environment at the urban鄄rural interface:research progress and prospects
HUANG Baorong, ZHANG Huizhi (7607)
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Flux footprint of carbon dioxide and vapor exchange over the terrestrial ecosystem: a review
ZHANG Hui, SHEN Shuanghe, WEN Xuefa,et al (7622)
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4367 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 23 期摇 (2012 年 12 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 32摇 No郾 23 (December, 2012)
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