基于生态系统服务价值和能值生态足迹的河南省耕地生态补偿研究

苏 浩，雷国平,2，李荣印

(1.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030； 2.东北大学文法学院，辽宁 沈阳 110004； 3.中国地质大学(北京) 土地科学技术学院，北京 100083)

基于生态系统服务价值和能值生态足迹的河南省耕地生态补偿研究

苏 浩1，雷国平1,2，李荣印3

(1.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030； 2.东北大学文法学院，辽宁 沈阳 110004； 3.中国地质大学(北京) 土地科学技术学院，北京 100083)

以生态系统服务价值和能值生态足迹等相关理论为基础，通过计算河南省2012年的耕地生态系统服务价值、能值生态足迹和生态承载力，尝试建立河南省的生态补偿标准.结果表明，2012年河南省的能值生态足迹为5 318 万hm2；生态承载力为1 670 万hm2；生态系统服务价值为1 510 亿元，耕地生态补偿为162 亿元.

生态补偿；生态足迹；生态系统服务价值；耕地

耕地是人类赖以生存和发展的物质基础，而中国人多地少，耕地资源匮乏，保护耕地，提高耕地利用效益日益成为人们关注的焦点.耕地具有重要的生态效益，这种生态效益具有强烈的外部性.在中国，耕地所产生的生态效益未被纳入到耕地利用的收益之中，致使保护和收益脱节的现象突出.随着生态环境问题的突出，生态补偿机制逐渐成为学术界的研究热点，国内外学者对生态补偿的范围、标准、依据、办法等方面进行了深入而广泛的研究，其中生态补偿标准的确定是生态补偿工作能否开展的重点和难点[1～4].当前，研究耕地生态补偿的方法很多，如生态系统服务价值法、问卷抽样调查法、条件价值法、选择实验法、效益转移法、计量分析和数学模型法等，这些方法都存在各自的优点与不足.到目前为止，学术界还没有统一的方法建立生态补偿的标准.本研究尝试用生态系统服务价值和生态足迹的理论与方法，结合河南省的实际情况，对其耕地生态补偿进行研究.

1 研究区概况

河南省位于中国中东部、黄河中下游，全省土地面积为16.7 万km2.省境北部、西部和南部环围着太行山、伏牛山、桐柏山和大别山，是河南省的主要生态屏障；东部为辽阔的黄淮海平原，是我国重要的粮食和畜产品生产基地.本省境内的平原、山地、丘陵面积分别占该省土地总面积的55.7%，26.6%和 17.7%[5].截至2012年底，河南省的作物播种面积为1 426.2 万hm2，总人口10 543 万人，人均播种面积为0.1 353 hm2.

2 研究方法

2.1数据来源

本研究的数据主要来自《中国统计年鉴(2013年)》和《河南省统计年鉴(2013年)》，其中各土地利用类型及面积数据来源于河南省国土资源厅、河南省政府工作报告等.

2.2耕地生态系统服务价值的计算

耕地生态系统是一类特殊的生态系统，人类在其活动的介入程度高，具有目的性、开放性、高效性、易变性及生态脆弱与依赖性.耕地生态系统服务功能是指耕地生态过程和人类活动所形成的人类赖以生存的自然环境条件与效用[6].COSTANZA等提出了全球生态系统服务价值的研究结果后，得到了业内人士的广泛研究和关注.谢高地等[7]在对COSTANZA研究成果的基础上，对中国200位生态学者进行了问卷调查，制定出中国陆地生态系统服务价值当量因子表，他将生态服务划分为气体调节、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性维护、食物生产、原材料生产、休闲娱乐等9类，农田生态系统中对应的当量值分别为：0.50，0.89，0.60，1.46，1.64，0.71，1，0.1，0.01[7].生态系统服务价值当量因子是指生态系统产生的生态服务相对贡献大小的潜在能力，定义为1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值[8].

河南省耕地生态系统所涵盖的生态效益与谢高地等的农田生态系统类型体系所涵盖的生态效益有较强的一致性.但是谢高地等[7]测算的当量因子使用的单位面积上的全国自然粮食平均产量与研究区的自然粮食平均产量有一定的差距，因此，本研究对谢高地等的“中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量因子表”进行了修正，得到与研究区实际相符的耕地生态服务功能当量因子.修正公式为:

(1)

式中：Y是研究区耕地生态系统服务价值当量值;x1是研究区平均自然粮食单产;x2是全国平均自然粮食单产;Z是中国陆地生态系统中农田的单位面积生态服务价值当量值.

单位当量因子价值量的计算公式如下：

(2)

式中：Ea是单位当量因子的价值量，元·hm-2；i是粮食作物种类；pi是i种粮食作物研究区平均价格，元·kg-1；mi是i种粮食作物播种面积，hm2；qi是i种粮食作物播种面积单产，kg·hm-2；M是n种粮食作物播种总面积，hm2；1/7指在没有人力投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的1/7[8].

基于以上分析，在对研究区的耕地生态系统服务价值进行测算时，可采用修正后的研究区耕地各生态服务体系的价值量进行测算.

2.3生态足迹与生态承载力的计算

生态足迹法是加拿大生态经济学家REE等[9]提出并由其学生WACKERMAGEL完善的一种衡量可持续发展程度的方法，生态足迹是指能够提供或消纳废物的具有一定生产能力的生物生产性土地面积[10]，是用以测度人类对自然界的需求与自然界所能够提供的生态服务之间的差距，该方法可以清晰地分析不同区域之间消费的生态赤字/盈余.

传统生态足迹只考虑了经济发展水平对可持续发展的影响，却忽视了社会、经济、技术的全面发展和提高.在传统的生态足迹算法中区域人口规模和消费水平对环境的影响有直接对立关系，技术因素可以缓解这种对立，然而技术因素并没有在传统算法中体现出来.传统生态足迹分析法是对自然界为人类提供的生命支持服务功能的生态理论计算，只能提供人类对资源利用水平的保守估计，所以很多学者对生态足迹进行了完善，刘淼等[11]对传统生态足迹方法进行了改进，对岷江上游生态足迹及生态承载力进行了计算；张芳怡等[12]对传统生态足迹模型进行了改进，应用能值分析法对江苏的可持续发展进行了研究.应用能值生态足迹对河南省的研究很少，本研究通过对传统生态足迹模型进行改进，应用能值分析方法将各种能流换算成对应的生物生产性土地面积，将河南省的生态足迹与生态承载力进行研究比较.

能值生态足迹模型是一种基于能值分析理论的新的计算生态足迹和生态承载力的改进模型.它是把能值分析方法与生态足迹方法相结合，首先把人类消费的不同类型、不同等级的能量流通过能值转换率，换算成可以直接进行加减的太阳能值，然后引入能值密度，将各消费项目的太阳能值换算成相对应的生物生产性土地面积，计算出研究区域的生态足迹和生态承载力[13].

研究区耕地生态足迹的计算公式为：

(3)

式中：ef为人均耕地生态足迹；Ei为第i种消费项目含有的有效能；Mi为第i种消费项目的能值转换率[14](太阳能的能值转换率为1sej·J-1，雨水化学能的能值转换率为15 000 sej·J-1，风能的能值转换率为663 sej·J-1)；N为研究区总人口；D为全球地表能值密度(3.11015sej·hm-2).

能值生态承载力是指能够支持研究区人口消费并且可以持续利用的自然资源总量.自然资源分为可更新资源和不可更新资源，不可更新资源会因为人类的利用而枯竭，因此生态承载力的可持续性主要依靠可持续利用的可更新资源来维持.在计算耕地生态承载力时，人们消费的可再生资源主要是农产品，它们所需的基本能源主要是太阳能、风能和雨水化学能，因此在计算中仅考虑这些资源的能值.生态承载力的计算公式为：

(4)

式中：ec为人均生态承载力；E为全球可更新资源的人均太阳能值；Pi为研究区平均能值密度(研究区平均能值密度=研究区总能值/研究区土地面积).

2.4生态补偿标准的确定

生态系统服务价值的量化是进行生态补偿价值计算的很好依据，但是生态系统服务价值是生态补偿的最高值，所以让生态系统服务价值作为生态补偿值是不能满足实际需要的，也就不能作为生态补偿的标准.于是本研究用能值生态足迹的方法计算研究区的生态足迹和生态承载力.在前人研究的基础上，通过生态补偿标准的分析，确定地区应支付或获得的生态补偿[15]，具体的计算公式为：

E=|ef-ec|×N×V×R

(5)

式中：E为生态补偿价值；N为研究区总人口；R为生态补偿常数；V为单位生态系统服务价值.

(6)

式中：e为自然对数的底数；ε为恩格尔系数；GDPj是研究区的国内生产总值；GDP为全国生产总值[16].

3 结果与分析

3.1河南省耕地生态系统服务价值

根据《河南省统计年鉴(2013年)》，可以查到2012年河南省各农作物的单位面积产量和播种面积，通过调查，可以得到2012年各种农作物的单价，根据公式(1)和(2)，得到河南省2012年耕地生态系统服务价值，如表1所示.

根据表1数据，可以看出，河南省单位耕地生态系统服务价值为13 260.38元，耕地生态系统服务总价值为13 260.38×11 373×103=1 508.1 亿元.

3.2河南省生态足迹计算

本研究利用能值生态足迹方法对河南省2012年生态足迹及生态承载力进行了计算，结果见表2，表3.从表2和表3可以看出，河南省的人均耕地生态足迹为0.504 455 hm2·人-1，人均耕地生态承载力为0.158 399 hm2·人-1，河南省总人口为10 543 万人，则河南省总的耕地生态足迹为5 318.47 万hm2，耕地生态承载力为1 670.00 万hm2.因为能值生态足迹的计算方法采用的能值转换率和能值密度参数比传统的生态足迹算法采用的全球平均生产力、均衡因子和产量因子等参数更加稳定，也就更能够反映研究区的生态足迹.

表1 河南省2012年耕地生态系统服务价值的测算Table 1 The value of plowland ecosystem service of Henan Province in 2012

表2 河南省2012年生态足迹的计算Table 2 The ecological footprint of Henan province in 2012

3.3河南省生态补偿计算

利用上述计算得出的河南省耕地单位面积生态系统服务价值、生态足迹和生态承载力，根据公式(5)和(6)，可以得出河南省2012年的耕地生态补偿总量为161.90亿元.

表3 河南省2012年生态承载力的计算Table 3 The ecological carrying capacity of Henan Province in 2012

4 结论

1)本研究的理论模型是建立在生态系统服务价值和生态足迹两大重要理论的基础上，在计算研究区生态足迹时，本研究利用了更准确的能值生态足迹法，在计算生态系统服务值时，结合河南省的实际情况，对谢高地等[7]提出的中国生态系统生态服务价值当量因子表进行了修正，使河南省的耕地生态补偿价值更加准确，更有参考价值.

2)经计算，河南省2012年耕地资源的生态补偿值为161.90 亿元，2012年河南省生产总值为29 810.14亿元，其中农业总产值为2 315.8 亿元.耕地的生态补偿金额占河南省农业总产值的7.0%.

3)河南作为全国重要的粮食生产基地，应加强对耕地的保护，明确耕地生态补偿所要达到的目标，在不产生外部不良效益的前提下，实现粮食产量的稳步增加.

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(责任编辑：朱秀英)

ResearchonecologicalcompensationofplowlandofHenanProvincebasedonthevalueofecosystemservicesandemergeticecologicalfootprintmodel

SU Hao1， LEI Guo-ping1，2， LI Rong-yin3
(1.College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China; 2.School of Humanity and Law, Northeastern University, Shenyang 110004,China; 3.Land School of Science and Technology,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083, China)

The paper was to show the ecological compensation quantitatively through analyzing the ecological compensation for plowland of Henan Province. The paper was based on the methods of the value of ecosystem services and emergetic ecological footprint model, trying to establish the stand of ecological compensation through calculating the value of ecosystem services, ecological footprint and ecological capacity. The result indicated that the value of ecosystem services of Henan Province in 2012 is 1.51×1011RMB, the emergetic ecological footprint is 5.32×107hm2， the ecological capacity is 1.67×107hm2，and the ecological compensation is 1.62×1010RMB.

ecological compensation; ecological footprint; value of ecosystem services; plowland

1000-2340(2014)06-0765-05

X171

：A

2014-01-01

国家自然科学基金项目(41071346)

苏 浩，1988年生，女，河南郑州人，硕士研究生，主要从事土地利用规划方面的研究．

雷国平，1963年生，男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士.