全 文 ：中国生态农业学报 2011年 3月 第 19卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2011, 19(2): 429435


* 国家自然科学基金项目(30770410, 31070384)和中国科学院地理科学与资源研究所自主部署创新项目(200905010)资助
肖玉(1976~), 女, 博士, 副研究员, 主要研究方向为生态系统服务。E-mail: xiaoy@igsnrr.ac.cn
收稿日期: 2010-10-20 接受日期: 2010-12-08
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00429
华北平原小麦玉米农田生态系统服务评价*
肖 玉1 谢高地1 安 凯1 刘春兰2 陈操操2
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101; 2. 北京市环境保护科学研究院 北京 100037)
摘 要 本研究于 2006 年和 2007 年在中国科学院栾城农业生态系统试验站田间试验基础上, 评价了华北平
原小麦玉米农田的初级产品生产、气体调节、土壤有机质累积、水调节和氮素转化等 5项生态系统服务。研
究表明 , 华北平原小麦玉米农田初级产品量包括籽粒产量 5.04~5.71 t·hm2·a1(小麦 )和 6.69~8.24
t·hm2·a1(玉米), 秸秆量 8.58~9.72 t·hm2·a1(小麦)和 6.97~8.58 t·hm2·a1 (玉米); 农田气体调节包括
释放 O2 24.99~28.64 t·hm2·a1, 固定 CO2 34.23~39.22 t·hm2·a1, 排放 N2O 0.72~1.13 kg·hm2·a1, 吸
收 CH4 3.39~5.70 kg·hm2·a1; 农田耕层土壤有机质累积量为 1.13~2.39 t·hm2·a1; 水资源消耗量为 2 890~
3 830 m3·hm2·a1; 农田土壤氮素几乎都处于亏缺状态, 变化范围为107.73~5.33 kg(N)·hm2·a1, 不施氮
肥农田亏缺较多。综合评价发现, 小麦玉米农田提供生态服务的经济价值为 5.48~6.25万元·hm2·a1, 是粮
食生产价值的 3倍左右。氮肥施用对农田生态系统服务及其产生福利的影响较为复杂, 这主要是由于施加氮肥
明显增加了氮素转化功能导致的经济损失, 而同时可能会增加初级产品生产、气体调节中作物固定 CO2和释放
O2功能的经济价值。尽管目前有关生态系统服务评价研究主要关注生态系统产生的正效应, 但仍有必要对农田
产生的负效应做出评价, 以便客观看待农田生态系统价值, 正确认识农田生态系统对人类福利的影响。
关键词 农田生态系统 小麦玉米农田 生态系统服务 正效应 负效应 华北平原
中图分类号: S181 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)02-0429-07
Ecosystem services of wheat-maize cropland systems in the North China Plain
XIAO Yu1, XIE Gao-Di1, AN Kai1, LIU Chun-Lan2, CHEN Cao-Cao2
(1. Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;
2. Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection, Beijing 100037, China)
Abstract Field investigations were conducted at Luancheng Agro-Ecosystem Experimental Station of Chinese Academy of
Sciences in Hebei Province for the period from 2006 to 2007. The field data were then used to evaluate ecosystem services of
wheat-maize croplands in the North China Plain. Ecosystem services analyzed in the study included primary products, gas regulation,
soil organic matter (SOM) accumulation, water regulation and nitrogen transformation. The results showed that primary products
from croplands accounted for 5.04~5.71 t·hm2·a1 of wheat grain, 6.69~8.24 t·hm2·a1 of maize grain, 8.58~9.72 t·hm2·a1
of wheat straw and 6.97~8.58 t·hm2·a1 of maize straw. As for cropland gas regulation, O2 and N2O emissions were 24.99~28.64
t·hm2·a1 and 0.72~1.13 kg·hm2·a1, whereas CO2 and CH4 assimilations were 34.23~39.22 t·hm2·a1 and 3.39~5.70
kg·hm2·a1, respectively. While cropland SOM accumulation was calculated at 1.13~2.39 t·hm2·a1, that of water consumption
was 2 890~3 830 m3·hm2·a1. Soil nitrogen content dropped considerably at the rate of 107.73~5.33 kg(N)·hm2·a1 after one
crop rotation. Total economic value of cropland ecosystem services was estimated at 5.48×104~6.25×104 Yuan·hm2·a1, which
was three times the value of food production. Based on the results, effects of nitrogen fertilizer on the welfare of cropland ecosystem
services was complicated. Nitrogen application led to economic loss due to increasing nitrogen transformation, simultaneously,
increased economic value of primary production, gas regulation, CO2 fixation, and O2 releasing. Most ecosystem services studies
have focused on the positive effects of ecosystems on human welfare. But a balanced and reasonable approach was to analyze both
the positive and negative effects of cropland ecosystem services on human welfare.
Key words Cropland ecosystem, Wheat-maize cropland, Ecosystem service, Positive effect, Negative effect, North China Plain
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(Received Oct. 20, 2010; accepted Dec. 8, 2010)
农田生态系统是地球上重要的生态系统之一。
随着全球生态环境的恶化, 农田生态系统的功能已
经从单纯的农业生产拓展为除农业生产外, 还为当
地和周边居民提供必不可少的生态服务, 如气体调
节、氮素转化、土壤有机质累积、水调节、环境净
化、生物多样性维持、观光休闲、文化多样性保持
等[14]。有关农田生态系统服务经济价值评价的研究
逐渐增加 [56], 基于农田生态系统服务评价的农业
政策探讨研究也开始出现 [710], 有关农田生态系统
造成的环境损害也开始被纳入农田生态系统服务评
价过程中。Zhang等[11]认为, 农田生态系统除为人类
社会提供粮食和纤维、水供给、土壤保持以及美学
景观等有益服务(Service)之外 , 还可能产生栖息地
丧失、养分流失、物种丧失等负服务(Dis-service)。
杨志新等[12]在评价北京市郊农田对人类社会的影响
时, 将生态系统服务与生态系统及其过程产生的负
效应分开评价, 2002 年农田生态服务价值为 343 亿
元, 负效应价值为 1.57 亿元, 并认为农田净服务价
值应该由农田生态系统服务价值扣除农田负效应价
值。农田生态系统服务经济价值的评价, 将为农田
利益相关者进行农田生态系统服务与其他产品或服
务的比较, 以及决策者进行不同农田相关政策权衡
提供重要科学依据。而目前有关农田生态系统服务
评价的研究大多还是基于宏观数据, 难以为制定针
对农田、农户或者村级的农业生态政策提供科学依
据, 不利于调动农民保护农田, 改善农田生态系统
服务的积极性。因此, 本研究以河北省栾城县小麦
玉米农田生态系统为研究对象, 通过田间试验和相
关研究数据, 综合评价农田生态系统服务物理量和
价值量, 在评估过程中同时考虑农田生态系统服务
带来的经济效益以及农田对环境造成的损害, 为全
面、客观地认识农田生态系统服务对人类福利的价
值提供科学依据。
1 研究区概况和试验设计
1.1 研究区概况
本研究田间试验在中国科学院栾城农业生态系
统试验站 (简称栾城试验站 )进行 , 该站位于北纬
37°50′, 东经 114°40′, 海拔 50.1 m, 属中国东部暖
温带半湿润季风气候, 年平均气温 12.3 ºC, 年降雨
量 480.7 mm, 主要集中于 6~8 月份, 年蒸发量为
1 092.3 mm。试验小区土壤属潮褐土, pH为 8.5, 土
壤有机质含量 7.4 g·kg1, 总氮含量 0.80 g·kg1, 黏
粒含量 30.1%。
1.2 试验设计和测定
试验在栾城试验站养分池内进行, 每个养分池
面积 6.25 m2, 用 2 m深的水泥墙将每个池子与周围
隔断, 试验持续时间为 2005 年 10 月~2007 年 9 月,
种植制度为小麦玉米轮作。设 2 个氮肥水平(施氮
量为 N1: 200 kg·hm2·a1, N2: 400 kg·hm2·a1),
3次重复。氮肥品种为尿素, 小麦、玉米季各施肥一
半 , 每年于小麦播种前施过磷酸钙 , 折合磷 49
kg·hm2·a1。两个生长季的小麦品种为“科农 213”,
玉米品种为“郑单 958”。常规田间管理。小麦均于
第 1 年 10 月 6 日左右播种, 第 2 年 6 月 12 日左右
收获; 玉米一般为 6月 15日左右播种, 9月 25日左
右收获。试验样品取样及分析方法如下:
(1)气体取样: 采用静态箱法人工采集气体样品,
利用惠普 5890Ⅱ型气相色谱仪分析N2O和CH4浓度。
由于试验器材的限制, 本试验主要测定了小麦整个
生育期和玉米生长早期的温室气体排放通量。
(2)作物产量及其氮含量测定: 在小麦和玉米成
熟期测定试验小区产量。取小麦和玉米植株, 运用
凯氏法测定小麦茎叶和穗含氮量。
(3)用水量测定: 每次灌水时记录用水量。
(4)土壤有机质测定: 在每次作物收获后和种植
前收集试验小区表层 20 cm 深度土壤样品, 采用重
铬酸钾容量法测定土壤有机质含量。
2 农田生态系统服务及其价值评价方法
2.1 初级产品生产
由试验测定结果直接获得, 初级产品的价值由
小麦和玉米的秸秆、籽粒重量乘以其市场价格得到。
2.2 气体调节
2.2.1 O2和 CO2调节
农田作物释放O2和固定CO2可通过光合作用方
程由净生长量(Mnpp)生产换算得出。农田生态系统净
释放O2和固定CO2的量还需要扣除土壤异养呼吸消
耗的 O2(Qso)和排放的 CO2(Qsc)。O2和 CO2调节价值
(Vr)计算公式为:
( )r npp s rV M Q p    (1)
式中, α为净生长量换算为O2或CO2的系数, 分别为
1.19和 1.63; Qs为土壤异养呼吸消耗的 O2或排放的
CO2[kg(C)·hm2·a1]; pr为释放 O2或排放 CO2的
替代价格, O2采用医用价格 1.00元·kg1, CO2采用
瑞典碳税 1.20 元·kg1(C) [13]。
2.2.2 CH4和 N2O调节
小麦和玉米生长季内的温室气体排放量根据
第 2期 肖 玉等: 华北平原小麦玉米农田生态系统服务评价 431


IPCC[14]提出的方法得出, 计算公式为:
24 0.01mE F n    (2)
式中, E为农田的 CH4或者N2O排放量(kg·hm2·a1),
Fm为气体排放通量(mg·m2·h1), n为生育期天数
(d·a1)。
根据增温潜势(GWP)和瑞典碳税计算气体调节
价值, 吸收温室气体价值为正, 释放为负。
0.27C nE E   (3)
C g CV c E  (4)
式中, EC为根据增温潜势将 CH4或者 N2O换算为纯
碳的量[kg(C)·hm2·a1]; 为 CH4或者 N2O换算为
CO2的 GWP 值(CH4和 N2O 的 GWP 分别为 24.5 和
320[15]); En 为农田 CH4 或者 N2O 排放量(kg·hm2
·a1); VC为气体调节的价值(元·hm2·a1); cg为吸
收或排放 CO2 的替代价格 , 采用瑞典碳税 1.20
元·kg1(C)[13]。
2.3 土壤有机质累积
本研究根据 1 个轮作期内, 农田在小麦种植前
和玉米收获后表层土壤有机质多年平均含量变化来
计算。计算公式如下:
Bsoc = (bcabcb)×h × × 0.58 (5)
式中, Bsoc为土壤有机质累积量变化[kg(C)·hm2·a1];
bca和 bcb分别为作物收获后和种植前的土壤有机质含
量(g·kg1); h为土壤厚度(m), 试验区农田表层土壤厚
度为 0.20 m(栾城试验站提供); ρ为土壤容重(kg·m3),
试验区农田土壤容重为 1 500 kg·m3(栾城试验站提
供); 0.58为有机质换算为有机碳的系数。
土壤有机质积累的经济价值由土壤有机质累积
量乘以纯碳量计量的有机质肥料的市场价格[1.47
元·kg(C) 1]获得。
2.4 氮素转化
本研究通过对农田氮素输入输出分析来研究氮
素转化功能, 具体方法见表 1。

表 1 农田生态系统氮素转化价值分类
Tab. 1 Classification of economic values of the nitrogen transformations by the croplands
项目 Item 物理量计算方法 Method of calculation 价值 Value 价值评价方法 Method of valuation
施肥 Fertilization 施加化学肥料中纯氮量 Pure N in fertilizer 正 Positive
降水 Rainfall 作物生育期降水量×降水中氮浓度(0.77 mg·L1)[16]
Rainfall during growth period × N concentration
正 Positive
播种 Seeding 播种量×种子氮素含量 Seeds × N content 正 Positive
灌溉 Irrigation 灌溉水量×灌溉水氮浓度(3.84 mg·L1)[16]
Irrigation water × N concentration
正 Positive
输入
Input
秸秆残留
Abandoned straw
秸秆残留量×秸秆含氮量
Abandoned straw biomass × N content
正 Positive
替代市场价格法, 3.34 元·kg1(N)
(国家发改委价格司)
Alternative market price method,
3.34 Yuan·kg1(N)
渗漏 Leaching 渗漏水量×渗漏水氮浓度(采用李晓欣等[17]的结果)
Leaching water × N concentration
负 Negative 边际消减成本法, 81.80元·kg1(N)[18]
Marginal reduction cost method,
81.80 Yuan·kg1(N)
N2O排放
N2O emission
同气体调节
Same as the method of gas regulation
负 Negative 瑞典碳税法, 1.20元·kg1(C)[13]
Sweden carbon tax method, 1.20 Yuan·kg1(C)
氨挥发
NH3 volatilization
施氮量×氨挥发系数(15.1%)[16]
N in fertilizer × coefficient of NH3 volatilization
负 Negative 边际消减成本法, 79.15元·kg1(N)[19]
Marginal reduction cost method, 79.15
Yuan·kg1(N)
籽粒
Seeds
收获籽粒生物量×籽粒含氮量
Seeds biomass × N content
正 Positive 蛋白质边际价格法, 21.68元·kg1(N)
(美国小麦协会, 2004年)
Marginal protein price method, 21.68
Yuan·kg1(N)
(United States Wheat Associates, 2004)
输出
Output
收获移出
Harvest
秸秆
Straw
收获秸秆生物量×秸秆含氮量
Straw biomass × N content
正 Positive 影子价格法, 3.34元·kg1(N) (国家发改委价格司)
Shadow price method, 3.34 Yuan·kg1(N)

2.5 水调节
小麦玉米农田在生产过程中需要抽取地下水
灌溉以补充作物所需水分, 同时一部分水通过渗漏
进入地下水, 对当地水资源进行调节:
Wr = Wl  Wi (6)
式中, Wr为农田调节水量(m3·hm2·a1), Wl为农田
渗漏水量 (m3·hm2·a1), Wi 为农田灌溉水用量
(m3·hm2·a1)。
水资源调节的经济价值由水资源调节量和该地
区的水价(0.06元·m3)[20]计算得到。
3 结果与分析
3.1 初级产品生产评价
由表 2可知, 2006年和 2007年试验小区两种施
肥处理的小麦籽粒产量为 5.04~5.71 t·hm2·a1, 小
麦秸秆量为 8.58~9.72 t·hm2·a1。对不同施肥处
理而言, 施氮量较多的 N2 处理小麦产量及其秸秆
量都高于 N1处理。2006年和 2007年试验地玉米籽
粒产量为 6.69~8.24 t·hm2·a1, 玉米秸秆量略高于
玉米产量。2007 年玉米产量和秸秆量都显著低于
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2006年, 可能是因为 2007年玉米生长季降雨量显著
少于 2006年, 水分缺乏限制了作物生长。
3.2 气体调节评价
2006 年和 2007 年小麦玉米农田净生长量为
29.78~32.84 t·hm2·a1, 植物光合作用释放 O2量
为 35.43~39.08 t·hm2·a1, 土壤异养呼吸消耗 O2
为 10.44 t·hm2·a1[21]。由表 3可知, 2006年和 2007
年农田 O2调节量为 24.99~28.64 t·hm2·a1。对于
不同施肥处理而言, 2006年施用氮肥较多的N2处理
O2调节量高于N1处理; 而 2007年两处理O2调节量
相差不多。
2005~2007 年的两个轮作季, 试验小区小麦玉
米农田生态系统都固定大气中的 CO2, 表现为 CO2
汇, 为 34.23~39.22 t·hm2·a1(表 3)。研究结果还
显示, 2006年施氮量较高的N2处理 CO2调节量高于
N1 处理, 而 2007 年两个施肥处理 CO2调节量基本
相当。黄斌等[22]对北京小麦玉米农田生态系统碳平
衡研究发现, 常规种植措施下农田生态系统表现为
大气 CO2的汇。曲奕威[23]通过涡度相关法研究发现,
豫北平原小麦玉米农田生态系统为CO2汇, 其强度
为 16.02~21.32 t·hm2·a1, 低于本研究估算结果。
2006年和 2007年小麦玉米农田生态系统在作
物生长过程中向大气排放 N2O, 排放量为 0.72~1.13
kg·hm2·a1(表 3)。对两种施氮处理而言, 2006年
和 2007年施氮量较高的 N2处理农田 N2O排放量都
高于 N1处理。这主要是由于化肥中的氮是农田 N2O
排放的一个主要来源 , 较多氮源供给的 N2 处理
将排放更多的 N2O。曾江海等 [24]通过试验观测发
现 , 河北省栾城县小麦玉米农田 N2O 排放量为
2.92~6.63 kg·hm2·a1, 高于本研究观测结果。这
可能是由于本研究受试验条件限制, 只观测了玉米
生育早期的 N2O通量, 有可能造成玉米季 N2O通量
的低估。
小麦玉米农田生态系统在 2006年和 2007年的
作物生长季节均为 CH4 汇 , 吸收量为 3.39~5.70
kg·hm2·a1(表 3)。研究结果还显示, 施加较多氮
肥的N2处理CH4吸收量低于施氮量较低的N1处理,
这主要是由于氮肥的施用抑制了土壤吸收 CH4[25]。
齐玉春等 [26]采用静态箱法测定山东省禹城小麦玉
米农田 CH4通量, 结果显示农田为 CH4汇, 施肥条
件下农田 CH4吸收量为 3.78 kg·hm2·a1, 与本研
究结果接近。
3.3 土壤有机质累积评价
根据栾城试验站养分池多年试验结果发现, 在
第 2 年玉米收获后土壤有机质含量将比第 1 年小麦
播种前有所增加。在 1个轮作期内, N1处理 0~20 cm
土层土壤有机质增加量为 0.80 g·kg1, 而 N2 处理
增加 0.38 g·kg1(表 4)。表明在 1 个轮作期内, N1
处理 0~20 cm 土层土壤有机质累积量为 2.39
t·hm2·a1, N2处理为 1.13 t·hm2·a1。可见, 施
加氮肥较多的N2处理土壤有机质累积低于N1处理,
这可能是由于施加氮肥可促进土壤微生物活性, 可
更多地消耗土壤有机质。

表 2 小麦玉米农田生态系统初级产品生产量
Tab. 2 Primary production by the wheat-maize cropland ecosystem t·hm2·a1
小麦 Wheat 玉米 Maize 年份
Year
处理
Treatment 籽粒产量 Grain yield 秸秆量 Straw 籽料产量 Grain yield 秸秆量 Straw
N1 5.04 8.58 7.92 8.24 2006
N2 5.65 9.63 8.24 8.58
N1 5.55 9.44 6.93 7.22 2007
N2 5.71 9.72 6.69 6.97

表 3 小麦玉米农田生态系统气体调节功能
Tab. 3 Gas regulation by the wheat-maize cropland ecosystem
年份
Year
处理
Treatment
O2释放 O2 releasing
(t·hm2·a1)
CO2吸收 CO2 assimilation
(t·hm2·a1)
N2O排放 N2O emission
(kg·hm2·a1)
CH4吸收 CH4 assimilation
(kg·hm2·a1)
N1 25.81 35.36 0.77 4.91 2006
N2 28.64 39.22 1.13 3.39
N1 25.05 34.31 0.72 5.70 2007
N2 24.99 34.23 0.77 3.67

表 4 小麦玉米农田生态系统土壤有机质累积评价
Tab. 4 Soil organic matter (SOM) accumulation by the wheat-maize cropland ecosystem
土壤有机质含量 SOM content (g·kg1) 处理
Treatment 小麦播种前 Before wheat seeding 玉米收获后 After maize harvest
土壤有机质累积量
SOM accumulation (t·hm2·a1)
N1 11.91 12.71 2.39
N2 12.40 12.78 1.13

第 2期 肖 玉等: 华北平原小麦玉米农田生态系统服务评价 433


3.4 水调节评价
2006 年和 2007 年试验小区灌溉用水量为 430
mm和 360 mm。由于小麦和玉米的根系一般分布在
180 cm 土层以上, 180 cm 以下土层根系分布极少,
因此以土壤 180 cm处作为土壤渗漏的界面。试验小
区 180 cm 土层处渗漏量为 71 mm(N1)和 47 mm
(N2)[17]。因此, 该试验小区农田的水调节功能表现为
消耗当地水资源, 2006 年水资源消耗量高于 3 500
m3·hm2·a1, 2007年略低, 接近 3 000 m3·hm2·a1
(表 5)。由于试验地所处的华北平原是我国水资源较
为缺乏的地区, 已经在试验地所在地区形成了地下
水漏斗 , 而且监测显示, 试验区地下水位已经持续
下降多年。因此, 农业生产过程节约用水、提高水资
源效率对当地社会经济发展非常重要。
3.5 氮素转化评价
2006 年和 2007 年 N1 处理农田氮素输入量接近
230kg(N)·hm2·a1, N2处理接近 430 kg(N)·hm2·a1,
其中施肥是氮素输入的主要途径。2006 年和 2007 年
N1农田氮素输出量较为接近, 为 330 kg(N)·hm2·a1
左右 , 而 2006 年 N2 处理农田氮素输出为 460
kg(N)·hm2·a1, 高于 2007 年, 这主要是 2006 年
玉米收获移出氮素显著高于 2007 年(表 6)。农田氮
素平衡状况分析发现, 2006 年两施肥处理下, 农田
氮素输出量高于氮素输入量 , 农田氮素出现亏缺 ;
2007 年 N1 处理农田氮素输出量高于输入量, 土壤
氮素出现亏缺, 而 N2 处理农田氮素输入量高于输
出量, 土壤氮素出现盈余。由此可见, 两施肥处理下,
在小麦玉米轮作期内农田土壤氮素几乎都处于亏
缺状态, 施肥较多的 N2处理亏缺较少。试验小区土
壤氮素含量在 1 个小麦玉米轮作季前后的变化也
表明, N1 农田土壤氮素含量可减少 0.042 g·kg1,
N2处理为 0.035 g·kg1, N2处理土壤氮素含量减少
略低(栾城试验站测定数据)。

表 5 小麦玉米农田生态系统水调节评价
Tab. 5 Water regulation by the wheat-maize cropland ecosystem
年份
Year
处理
Treatment
灌溉用水
Irrigation (mm·a1)
180 cm土层处渗漏水量 1)
Soil leaching at 180 cm (mm·a1)
水资源消耗量
Water consumption (m3·hm2·a1)
N1 430 71 3 590 2006
N2 430 47 3 830
N1 360 71 2 890 2007
N2 360 47 3 130
1)数据引自李晓欣等[16]于 2001~2002年生长季的测定结果 Data was results of Li et al measured on the growth season of 2001~2002.

表 6 小麦玉米农田生态系统氮素转化评价
Tab. 6 Nitrogen transformation of the wheat-maize cropland ecosystem kg(N)·hm2·a1
2006 2007 项目
Item N1 N2 N1 N2
施肥 Fertilization 200 400 200 400
降水 Rainfall 3.62 3.62 2.87 2.87
播种 Seeding 4.35 4.35 4.35 4.35
灌溉 Irrigation 16.51 16.51 13.82 13.82
残留秸秆 Abandoned straw 4.05 4.49 6.99 8.58
氮素输入
N input
小计 Sum 228.53 428.97 228.03 429.62
小麦收获 Wheat harvest 132.60 159.79 145.93 161.30
玉米收获 Maize harvest 170.69 201.67 149.42 163.82
渗漏 Leaching 2.00 38.00 2.00 38.00
N2O排放 N2O emission 0.77 1.13 0.72 0.77
氨挥发 NH3 volatilization 30.20 60.40 30.20 60.40
氮素输出
N output
小计 Sum 336.26 460.99 328.28 424.29
平衡状况 N balance 107.73 32.02 100.25 5.33

3.6 小麦玉米农田生态系统服务综合价值评价
研究结果显示(表 7), 小麦玉米农田生态系统
初级产品生产、气体调节和土壤有机质累积产生的
经济价值都为正, 表明这些服务为人类福利产生了
积极作用。在所有正价值中, 气体调节的经济价值
高于其他各项。但是, 水调节和氮素转化经济价值
出现负值 , 表明这两项服务将对人类福利造成损
害。综合计算发现, 2006年和 2007年 N1和 N2两种
施肥处理下 , 小麦玉米农田生态系统提供生态服
务的经济价值为 5.48~6.25万元·hm2·a1, 是粮食
生产价值的 3 倍左右。不同年份施肥对农田生态系
统服务综合价值的影响不同, 2006年N2处理农田生
434 中国生态农业学报 2011 第 19卷


态服务综合价值略高于N1处理, 而 2007年N1处理
显著高于 N2 处理(表 7)。由此可见, 氮肥施用对农
田生态系统服务及其产生福利的影响较为复杂, 这
主要是由于施加氮肥明显增加了氮素转化功能导致
的经济损失, 而同时可能会增加初级产品生产、气
体调节中作物固定 CO2和释放 O2功能的经济价值。

表 7 小麦玉米农田生态系统服务综合评价
Tab. 7 Integrated valuation of ecosystem services by the wheat-maize cropland system Yuan·hm2·a1
2006 2007 项目
Item N1 N2 N1 N2
初级产品生产 Primary production 19 679 21 210 19 267 19 233
气体调节 Gas regulation 37 346 41 384 36 256 36 141
土壤有机质累积 SOM accumulation 2 033 967 2 033 967
水调节 Water regulation 215 230 173 188
氮素转化 N transformation 2 977 962 2 900 1 424
综合价值 Integrated values1) 61 897 62 484 60 356 54 809
1)综合价值中已经扣除气体调节和氮素转化中重复计算 N2O排放的价值。N2O排放价值 2006年为78元·hm2·a1 (N1)、114元·hm2·a1
(N2), 2007年为73元·hm2·a1 (N1)、79元·hm2·a1 (N2)。In the integrated values of ecosystem services of the wheat-maize cropland ecosystem,
the value of N2O emission was just counted once, though it was calculated both in the gas regulation and the nitrogen transformation. N2O emission value
were 78 Yuan·hm2·a1 (N1), 114 Yuan·hm2·a1 (N2) in 2006 and 73 Yuan·hm2·a1 (N1), 79 Yuan·hm2·a1 (N2) in 2007.

4 结论与讨论
本研究在田间试验基础上评价了华北平原小麦
玉米农田生态系统的包括初级产品生产、气体调节、
土壤有机质累积、水调节和氮素转化的生态系统服
务。研究发现, 农田初级产品包括籽粒产量 5.04~
5.71 t·hm2·a1(小麦)和 6.69~8.24 t·hm2·a1 (玉
米), 秸秆量 8.58~9.72 t·m2·a1(小麦)和 6.97~8.58
t·hm2· a1(玉米 ); 农田气体调节包括释放 O2
24.99~28.64 t·hm2·a1, 固定 CO2 34.23~39.22
t·hm2·a1, 排放 N2O 0.72~1.13 kg·hm2·a1, 吸
收 CH4 3.39~5.70 kg·hm2·a1; 农田耕层土壤有机
质累积量为 1.13 t·hm2·a1和 2.39 t·hm2·a1; 水
资源消耗量为 2 890~3 830 m3·hm2·a1; 农田土壤
氮素几乎都处于亏缺状态 , 变化范围为107.73~
5.33 kg(N)·hm2·a1, 不施氮肥农田亏缺较多。2006
年和 2007年 N1和 N2两种施肥处理下, 小麦农田
生态系统提供生态服务的经济价值为 6.00×104
元·hm2·a1左右, 是粮食生产价值的 3 倍左右。
研究还发现, 氮肥施用对农田生态系统服务及其产
生福利的影响较为复杂, 这主要是由于施加氮肥明
显增加了氮素转化功能导致的经济损失, 而同时可
能会增加初级产品生产、气体调节中作物固定 CO2
和释放 O2功能的经济价值。
生态系统服务评价中价值的主体是人类社会 ,
评价生态系统服务的价值, 就是评价生态系统及其
过程对人类社会产生的效用[27]。生态系统及其过程
不仅会提供对人类社会有益的效应, 还会产生一些
损害人类社会福利的影响。在目前大量有关生态系
统服务研究中, 大多只考虑生态系统产生的正效应,
即生态服务价值都为正值。实际上, 生态系统在提
供这些正效应的生态服务过程中, 也伴随着一些负
效应的产生, 例如森林、草地在植被生长过程中固
定大气中的 CO2, 同时土壤还向大气排放 N2O。由
此可见, 尽管现有研究中有关生态系统服务评价主
要关注生态系统对人类社会产生的正效应, 但是农
田产生的负效应也不能被忽略, 因为它们同样对人
类社会产生深远的影响。全面评价农田生态系统服
务, 是客观看待农田生态系统价值, 正确认识农田
生态系统对人类福利影响的前提。

致谢 中国科学院栾城农业生态系统试验站为本试验提
供基础数据和试验场地 , 中国科学院遗传与发育生物学
研究所农业资源研究中心的胡春胜研究员, 程一松、李晓
欣副研究员以及河北师范大学资源与环境科学学院常春
平博士、裴宏伟、王智超等在试验过程中给予帮助, 谨表
谢意!
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