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Evaluation of ecological and economic benefits of crop production in Jiangsu Province

现阶段作物生产的生态与经济效益评估 ——以江苏省为例



全 文 :    倡 科技部粮食丰产科技工程项目(2004BA520A14唱C13)资助
收稿日期 :2006唱06唱27   改回日期 :2006唱09唱15
现阶段作物生产的生态与经济效益评估 倡
———以江苏省为例
    盛  婧  郑建初  陈留根  马康贫
(江苏省农业科学院农业资源与环境研究所   南京   210014)
摘   要   通过成本 、效益比较和土壤养分投入产出分析 ,对江苏省现阶段的作物生产状况进行了生态与经济效益
评估 。 结果表明 :在农业劳动力多而耕地少的地区 ,棉花与玉米 、小麦 、油菜接作均可获得较高经济效益 ;在劳动力
紧缺 、规模化生产的地区 ,种植水稻 + 玉米 、水稻 + 小麦 、水稻 + 油菜为宜 ,不仅省工 ,且可获得较高的经济效益和
产品能 ,水稻 +玉米种植模式还能获得较高的秸秆能 。 在当前条件下 ,5 种作物的 N 肥投入均大于产出 ,P 肥产投
接近平衡 ,而 K肥投入远远小于产出 。为兼顾经济效益和生态效益 ,维持土壤肥力平衡 ,水稻施 N 量应减少 165 ~
225 kg/ hm2 ,小麦应减少 75 ~ 105 kg/ hm2 ,玉米应减少 90 ~ 165 kg/ hm2 ,棉花应减少 120 kg/ hm2 ,油菜应减少
60 ~ 90 kg/ hm2 。 棉花施 K 量应增加 120 kg/ hm2 ,而其余作物可通过秸秆还田来补充土壤 K ,维持 K 的产投平衡 。
关键词   作物   种植方式   生态效益   经济效益   土壤肥力平衡
Evaluation of ecological and economic benefits of crop production in Jiangsu Province .SHENG Jing ,ZHENG Jian唱Chu ,
CHEN Liu唱Gen ,MA Kang唱Pin (Institu te of Agricultural Resources and Environment ,Jiangsu Academy of Agricultural
Sciences ,Nanjing 210014 ,China) ,CJEA ,2007 ,15(4) :157 ~ 160
Abstract   Economic benefits ,energy output and soil NPK output/input for current crop production in Jiangsu Province
were studied畅 Results show that cotton in combination w ith corn , wheat or rape can yield high economic benefits in the
regions w ith in tensive labor , small唱scale production畅 Rotating rice and corn ,wheat or rape can not only save labor ,but al唱
so yield high economic and energy benefits in the region with low labor ,large唱scale production畅 For five crop types , N in唱
put is larger than N output ,P input and output is basically in balance and K input is lower than output畅 In reference to
ecological and economic benefits and soil fer tilit y equilibrium maintenance , N fertilizer input should be reduced to 165 ~
225 kg/hm2 for rice ,75 ~ 105 kg/hm2 for wheat ,90 ~ 165 kg/hm2 for corn ,120 kg/hm2 for cotton and 60 ~ 90 kg/hm2
for rape ;and K fertilizer input should be increased to 120 kg/hm2 for cotton畅 For the other crops ,soil K may be supple唱
mented by plowing crop straw/stalk back to field畅
Key words   Crop ,Planting pat tern , Ecological benefit , Economic benefit , Soil fer tility equilibrium
(Received June 27 ,2006 ;revised Sept畅15 ,2006)
正确评价农业生产的生态经济效益 ,对维持农业可持续发展 、保障粮食安全和生态安全具有重要意
义[1 ,2] 。 刘建[3]研究表明 ,与常规麦唱稻二熟制相比 ,稻田种植春玉米的麦/玉米 、稻三熟制生物量和籽粒能
量产出增加 ,经济效益提高 ,N 、P2O5 和 K2O 等养分盈亏率增大 ;安道渊等[4]研究表明 ,粮草间作 、林草间作
的立体种植模式 ,可明显提高耕层土壤有机质含量和整个系统的生物产量 ,但在牧草收获时应适当保留一
部分牧草还田 ,以保证农田的肥力 。 但是 ,有关生态效益和经济效益报道的研究对象均是针对小范围的某
一种或几种种植模式 ,本文以江苏省现阶段农业生产作为研究对象 ,分别研究几大种植模式中每个作物的
经济效益和生态效益 ,并进行评估和分析 ,以期为作物生产及制定对策提供科学依据 。
1   数据来源与计算方法
研究所用数据来源于 2000 ~ 2004 年江苏省物价局所编的枟江苏省农产品成本收益资料汇编枠 。 经多年
农业结构调整 ,目前江苏省作物种植面积基本稳定在 770 万 hm2 左右 。 水稻 、小麦 、玉米 、棉花 、油菜是江苏
省 5 种传统的大宗作物 ,目前仍占有较大比重 ,约占农作物总种植面积的近 70 % 。 2001 ~ 2004 年全省平均
种植面积水稻为 198畅7 万 hm2 、小麦 166畅3 万 hm2 、玉米 42畅7 万 hm2 、棉花 36畅8 万 hm2 、油菜 68畅1 万 hm2 。
第 15卷第 4 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .15   No .4
2 0 0 7 年 7 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ,  2007
与 20 世纪 90 年代以前相比 ,5 种作物的产量均有显著提高 ,1999 ~ 2003 年水稻 、小麦 、玉米 、棉花 、油菜平均
单产分别达 8165畅1kg/hm2 、4635畅3kg/hm2 、5558畅4kg/hm2 、1182kg/hm2 、2235kg/hm2 。
经济效益 。 净产值和纯收益是衡量经济效益的两个主要指标 。 净产值为总产值与物质成本之差 ,可反
映生产活动新增加的价值和转移价值 。 纯收益为净产值减去用工费用 ,即去除用工费用和物质成本后农民
种植作物的纯收入 ,投资净产值(纯收益)为净产值(纯收益)/物质成本 ,投工净产值(纯收益)为净产值(纯
收益)除以用工量 。
能量产出 。 作物生产的产品也可作为生物质能源[5] ,因此 ,研究作物的能量产出也具有重要意义 。 其
主要计算公式为 :
秸秆产量 = 主产品产量 × (1 - 经济系数)/经济系数 (1)
产品能(秸秆能) = 主产品产量(秸秆产量) × 折能系数[6] (2)
总产出能 = 产品能 + 秸秆能 (3)
秸秆能相当的标准煤量(原油量) = 秸秆能/标准煤能(原油能) (4)
NPK 投入产出 。 N 、P 、K 投入量的高低及在土壤中的残留量对农田生态环境具有重大影响 。 研究 5 种
作物 NPK 产出量 、投入量与盈余量可及时了解江苏省农田生态环境现状 ,预测其变化 。 计算公式为 :
NPK 产出量(秸秆还田量) = 主产品产量(秸秆产量) × NPK 含量 (5)
2   结果与分析
2畅1   不同作物经济效益比较
由表 1 可知 ,5 种作物中棉花具有最高的产值和种植净产值 ,但由于种植棉花相当费工 ,生产成本较高 ,
因而纯收益降低 。 种植水稻所需的物质成本虽然较高 ,但由于其产值较高 ,再加上机械化程度较高 ,用工费
用较少 ,其纯收益却最高 。 油菜 、小麦的产值最低 ,因而其净产值 、纯效益均表现为最低 。 从投资纯收益看 ,
种植水稻单位成本所获得的纯收益最高 ,玉米次之 ,而油菜最低 。 从投工纯收益看 ,种植水稻单位用工量所
获得的纯收益也最高 ,玉米 、小麦次之 ,油菜仍表现为最低 。
从不同作物的经济效益(表 1)计算得出不同种植方式的经济效益(表 2) 。 从表 2 可知 ,棉花与小麦 、玉
米 、油菜 3 种作物接作均具有较高的净产值 ,其中棉花 + 玉米的净产值最高 。 7 种种植模式中以玉米 + 小麦
的净产值最低 。 不同种植模式的纯效益表现为水稻 + 玉米最高 ,水稻 + 小麦其次 ,棉花 + 油菜最低 。 从投
工角度来看 ,水稻 + 小麦每个劳动日所得的净产值和纯收益均是最高 ,水稻 + 玉米其次 ,棉花 + 油菜最低 。
表 1   不同作物经济效益比较 倡
Tab畅1   Economic benefits of different farming crops
作   物
Crop
物质成
本 /元 ·hm - 2
M aterial
cost
主产品产
值 /元 ·hm - 2
Production
value
净   产
值/元· hm - 2
Net produc唱
t ion value
投资净产值
Ne t produc唱
tio n value
per cost
投工净产值 /元·d - 1
Net produc唱
tion value
per labor
纯收
益/元 ·hm - 2
Net return
投资纯收益
Net return
per cost
投工纯收
益 /元 ·d - 1
Net return
per labor
水稻 4451畅70 10657畅50 6205畅80 1畅39 40畅48 3888畅60 0畅87 25畅37
小麦 2947畅95 4922畅25 1974畅15 0畅67 23畅01 727畅65 0畅25 8畅48
玉米 2404畅50 6055畅05 3650畅55 1畅52 24畅05 1585畅05 0畅66 10畅44
棉花 3526畅95 12049畅20 8522畅25 2畅42 17畅70 1529畅70 0畅43 3畅18
油菜 1968畅60 4670畅10 2701畅50 1畅37 17畅02 303畅30 0畅15 1畅91
    倡 所有数据均为 1999 ~ 2003 年连续 5 年资料的平均 ,水稻指粳稻 。
表 2   不同种植模式经济效益比较
Tab畅2   Economic benefits of different planting patterns
种植模式
Planting
pa tt ern
物质成
本 /元 ·hm - 2
M aterial
cost
主产品产
值 /元 ·hm - 2
Production
value
净   产
值/元· hm - 2
Net produc唱
t ion value
投资净产值
Ne t produc唱
tio n value
per cost
投工净产
值/元·d - 1
Net produc唱
tion value
per labor
纯   收
益/元 ·hm - 2
Net
return
投资纯收益
Net return
per cost
投工纯收
益 /元 ·d - 1
Net return
per labor
水稻 + 小麦 7399畅65 15579畅60 8179畅95 1畅11 34畅21 4616畅25 0畅62 19畅31
水稻 + 玉米 6856畅20 16712畅40 9856畅20 1畅44 32畅31 5473畅65 0畅80 17畅94
水稻 + 油菜 6420畅30 15327畅60 8907畅30 1畅39 28畅55 4191畅90 0畅65 13畅44
棉花 + 小麦 6474畅90 16971畅45 10496畅55 1畅62 18畅50 2257畅35 0畅35 3畅98
棉花 + 玉米 5931畅45 18104畅25 12172畅80 2畅05 19畅22 3114畅75 0畅53 4畅92
棉花 + 油菜 5495畅55 16719畅30 11223畅90 2畅04 17畅53 1833畅15 0畅33 2畅86
玉米 + 小麦 5352畅45 10977畅15 5624畅70 1畅05 23畅67 2312畅70 0畅43   9畅73
158  中 国 生 态 农 业 学 报 第 15 卷
2畅2   作物生产的能量效益
    由表 3 可知 ,5 种作物的产品能以水
稻最高 ,玉米次之 ,棉花最低 ;而秸秆能
以玉米最高 ,水稻次之 ,油菜最低 。 每
公顷土地生产的玉米秸秆能量相当于
5畅45 t标准煤 、3畅70 t 原油的能量 ,而油
菜秸秆能量相当于 2畅74 t 标准煤 、1畅86t
原油 ,约为玉米秸秆能量的 1/2 。 单位
物质成本的产品能和秸秆能均以玉米
最高 ,为 38畅11MJ/元 、66畅46MJ/元 ,油
菜次之 ,为 34畅43MJ/元 、40畅77MJ/元 。
由此可见 ,水稻与小麦 、玉米 、油菜 3 种
       
表 3   作物产出能比较
Tab畅3   Product energy comparison among different farming crops
作   物
Crop
产   品
能/109 J·hm - 2
P roduc t
energy
秸   秆
能 /109 J·hm - 2
St alk energ y
总产出
能 /109 J·hm - 2
T otal
energ y
秸秆能相当
的标准煤
量 / t· hm - 2
Equivalent coal
quanti ty
秸秆能相当的
原油量 / t· hm - 2
Equivalent oil
quantit y
水稻 123畅29 115畅92 239畅21 3畅95 2畅69
小麦 74畅47 102畅81 177畅28 3畅51 2畅38
玉米 91畅63 159畅81 251畅44 5畅45 3畅70
棉花 19畅74 93畅07 112畅81 3畅17 2畅16
油菜 67畅78 80畅27 148畅05 2畅74 1畅86
作物接作均具有较高的产品能 ,以水稻 + 玉米最高 ,而棉花与这 3 种作物接作 ,产品能均较低 。 秸秆能量以
水稻 + 玉米最高 ,为 275畅73 × 109 J/hm2 ,相当于 9畅40 t标准煤 、6畅39 t原油 。
2畅3   作物生产的生态效益
由表 4 可知 ,N 、P 、K 3 种肥料的投入量差异较大 ,其中 N 肥投入量较多 ,5 种作物均超过 150kg/hm2 ,
P 、K 肥投入量较少 ,最高仅为 69畅6kg/hm2 。 不同作物间 N 肥投入量也差异较大 ,水稻投入量最高 ,为
347畅4kg/hm2 ,其次是棉花 ,投入最低的是油菜 ;P2 O5 、K2O 的投入量差异较小 。 从营养元素的产出量看 ,水
稻 N 、P 、K 的产出量最高 ,油菜的产出量最低 。 N 、P 、K 3 种元素的产投比均以 N 素最低 ,P 素次之 ,K 素最
高 。 5 种作物中 N 素的产投比以油菜最高 ,其次是小麦 ,水稻最低 ;P 、K 素的产投比以玉米 、水稻较高 ,油菜
最低 。 玉米 K 素的产投比达到 5畅819 。 由此可见 ,从土壤肥力平衡角度讲 ,当前江苏省 5 大作物生产中 N 、
K 产投极不平衡 ,N 肥均呈盈余状态 ,投入大于产出 ,利用率较低 ,而 K 肥均呈亏缺状态 ,投入明显不足 ,P
肥基本接近平衡状态 。 这与近年来对部分水稻土壤养分调查结果一致 。
表 4   江苏省作物生产的肥料投入与产出
Tab畅4   N ,P and K input and output of crop production in Jiangsu Province
作   物 投入量/kg·hm - 2 Application amount 产出量 /kg·hm - 2 Output 产投比 Ratio of output to input
Crop N P2 O5 K 2 O N P2 O 5 K2 O N P2O 5 K 2O
水稻 347畅40 56畅55 42畅45 171畅45 89畅85 220畅50 0畅494 1畅589 5畅194
小麦 223畅80 57畅75 44畅10 139畅05 57畅90 115畅95 0畅621 1畅003 2畅629
玉米 255畅30 45畅30 22畅35 151畅95 61畅20 130畅05 0畅595 1畅351 5畅819
棉花 294畅90 63畅30 39畅90 163畅05 56畅70 170畅25 0畅553 0畅896 4畅267
油菜 195畅75 69畅60 42畅15 129畅60 55畅95 96畅15 0畅662 0畅804 2畅281
表 5   土壤肥力平衡状况
Tab畅5   Fertilit y equilibrium status in the soil planted differen t crops
作物
Crop
土壤中盈余
量 倡 /kg·hm - 2
Surplus amount
秸秆还田量 /kg·hm - 2
Amount o f returning
NPK t o field by crop sta w
土壤中盈余
量 倡 倡 /kg·hm - 2
Surplus amount
N P2 O5 K 2 O N P2O 5 K 2O N P2O 5 K2 O
水稻 175畅80 - 33畅30 - 178畅05 57畅15 9畅75 179畅70 232畅95 - 23畅55   1畅50
小麦 84畅75 - 0畅15 - 71畅70 34畅80 13畅95 41畅70 119畅55 13畅65   - 30畅00
玉米 103畅20 - 15畅90 - 107畅70 66畅75 27畅75 100畅05 169畅95 11畅85   - 7畅65
棉花 131畅85 6畅45 - 130畅20     -     -   -   -     -     -
油菜 66畅00 13畅65 - 54畅00 31畅35 31畅80 52畅50 97畅35 45畅45   - 1畅35
    倡 为投入量 - 产出量 ,倡倡 为投入量 - 产出量 + 还田量 ,下同 。 棉秆一般不进行还田 。
    水稻 、小麦 、玉米和油
菜是目前主要秸秆还田作
物 ,棉花由于植株特性 ,难
以还田 。 由表 5 可知 ,4 种
作物秸秆中均含有较多的
N 、K ,特别是 K ,水稻秸秆
中含 179畅70kg(K2O)/hm2 。
若将这 4 种作物秸秆还田 ,
则土壤中 K 产投基本平衡 ;
由于秸秆中 P含量较少 ,土
壤中的 P也基本平衡 ;而 N
       的盈余量将更多 ,5 种作物的盈余量均超过投入的 40 % ,其中水稻 、玉米盈余量达 65 % 以上 。 由此可见 ,秸
秆还田也是当前作物生产中补充土壤 K 的重要途径 。 加大秸秆还田不仅可增加养分含量和减轻由于秸秆
就地焚烧导致的大气污染 ,还能提高土壤 C储量 ,具有明显的环境效益 。
要达到土壤产投平衡 ,江苏省作物生产应控制 N 肥施用量 ,同时增加 K 施用量或者实行秸秆还田以补
第 4期 盛   婧等 :现阶段作物生产的生态与经济效益评估 159 
充土壤中的 K 含量 。 水稻施 N 量应减少 165 ~ 225kg/hm2 ,小麦应减少 75 ~ 105kg/hm2 ,玉米应减少 90 ~
165kg/hm2 ,棉花应减少 120kg/hm2 ,油菜应减少 60 ~ 90kg/hm2 。 由于棉秆一般不还田 ,棉花的施 K 量应增
加 120kg/hm2 ,而其余作物可通过秸秆还田来补充土壤 K 的含量 。
表 6   不同种植模式土壤肥力平衡状况
Tab畅6   Soil fertilit y equilibrium status of different planting patterns
种植模式
Plant ing
pat te rns
土壤中盈余
量 倡 / kg· hm - 2
Surplus amount
秸秆还田量/kg·h m - 2
Amount o f return ing
NP K to field by crop st raw
土壤中盈余
量 倡 倡 /kg·h m - 2
Surplus amount
N     P2O 5   K 2O   N     P2O 5   K 2O   N     P2 O 5   K 2O  
水稻 + 小麦 260畅55 - 33畅45 - 249畅75 91畅95 23畅70 221畅40 352畅50 - 9畅90 - 28畅50
水稻 + 玉米 279畅00 - 49畅20 - 285畅75 123畅90 37畅50 279畅75 402畅90 - 11畅70 - 6畅15
水稻 + 油菜 241畅80 - 19畅65 - 232畅05 88畅50 41畅55 232畅20 330畅30 21畅90 0畅15
棉花 + 小麦 216畅60 6畅30 - 201畅90 34畅80 13畅95 41畅70 251畅40 20畅25 - 160畅20
棉花 + 玉米 235畅05 - 9畅45 - 237畅90 66畅75 27畅75 100畅05 301畅80 18畅30 - 137畅85
棉花 + 油菜 197畅85 20畅10 - 184畅20 31畅35 31畅80 52畅50 229畅20 51畅90 - 131畅70
玉米 + 小麦 187畅95 - 16畅05 - 179畅40 101畅55 41畅70 141畅75 289畅50 25畅50 - 37畅65
    由表 6 可知 ,无论秸秆
还田与否 ,不同种植模式
土壤中 N 均有较高盈余 ,
特别是水稻 + 玉米 ,土壤 N
的盈余量分别高达 279畅00
kg/hm2 和 402畅90kg/hm2 。
土壤 P 基本处于平衡 。 无
秸秆还田所有种植模式土
壤 K 基本处于亏缺状态 ,如
进行秸秆还田 ,除棉花的 3
种种植模式外 ,其余种植模
式土壤 K 均接近平衡状态 。
3   小   结
以往的农业主要是农户分散经营 ,农民选择种植作物的标准是其最终的经济效益 ,且主要是作物生产
净产值 。 而目前经济效益的评价多以纯效益为标准 。 江苏省 5 种作物的净产值大小为棉花 > 水稻 > 玉米 >
油菜 > 小麦 ,纯效益表现为水稻 > 玉米 > 棉花 > 小麦 > 油菜 。 从节本的角度看 ,棉花单位成本的净产值最
高 ,玉米其次 ,小麦最低 。 从省工的角度看 ,单位劳动日的净产值和纯效益趋势基本一致 ,均为水稻 > 玉
米 > 小麦 > 棉花 > 油菜 。 因此 ,对于劳动力多而耕地少的地区 ,选择棉花与玉米 、小麦 、油菜 3 种作物接作均
可获得较高的经济效益 ;对于劳动力紧缺 、规模化生产的地区 ,选择种植水稻 + 玉米 、水稻 + 小麦 、水稻 + 油
菜为宜 ,不仅省工 ,且可获得较高的经济效益和产品能 ;水稻 + 玉米模式还能获得较高的秸秆能 。
生态效益是近年来农业上越来越受到关注的问题 。 作物生产的生态效益决定了农业是否能够可持续
发展 。 在生态效益众多指标中 ,以 N 、P 、K 素的平衡最为重要 。 江苏省 5 种作物的生产均是 N 肥投入大于
产出 ,P 肥产投接近平衡 ,而 K 肥的投入远远小于产出 ,亏缺严重 。 在当前作物生产条件下 ,小麦和油菜的
肥料产投差异最小 ,而水稻的肥料产投最不平衡 。 如将作物成熟后秸秆进行还田(棉花除外) ,那么在现有
土壤条件下土壤中 P 、K 产投基本平衡 ,而种植 4 种作物的土壤中 N 肥均呈盈余状态 ,且其盈余量均在投入
的 40 % 以上 。 不同种植模式每年土壤 N 的盈余量均超过 225kg/hm2 ,有的甚至达 390kg/hm2 。 有试验结果
表明 ,土壤 N 含量过高 ,将会造成严重的面源污染 。 由此可见 ,在江苏省作物生产中应控制 N 肥施用量 ,同
时增加 K 施用量或者实行秸秆还田以补充土壤中的 K 含量 。 要同时兼顾经济效益和生态效益 ,维持土壤肥
力平衡 ,水稻的施 N 量应减少 165 ~ 225kg/hm2 ,小麦应减少 75 ~ 105kg/hm2 ,玉米应减少 90 ~ 165kg/hm2 ,
棉花应减少 120kg/hm2 ,油菜应减少 60 ~ 90kg/hm2 。 棉花的施 K 量应增加 120kg/hm2 ,而其余作物可通过
秸秆还田来补充土壤 K 含量 ,维持 K 的产投平衡 。
参   考   文   献
1   谢大海 ,殷新佑 ,戚昌瀚 ,等 .双季稻农田生态系统经济效益与生态效率分析及模型研究 .Ⅱ .不同种植模式的投入产出模拟模型的比较
分析 .江西农业大学学报 ,2001 ,23(1) :29 ~ 35
2   曹国 ,张荣达 ,胡建风 ,等 .马铃薯高产高效间套作种植模式研究 .水土保持学报 ,2003 ,17(2) :149 ~ 151
3   刘   建 .稻田种植春玉米经济效益及高效耦合技术研究 .中国生态农业学报 ,2004 ,12(2) :143 ~ 145
4   安道渊 ,黄必志 ,吴伯志 .间作牧草的经济生态效益研究进展 .四川草原 ,2005 (2) :10 ~ 13
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6   中国技术经济研究会 .技术经济手册(农业卷 )畅 沈阳 :辽宁人民出版社 ,1986 .1066 ~ 1067
160  中 国 生 态 农 业 学 报 第 15 卷