湖南省稻田生态系统服务净价值评估

付珍萍, 刘倩, 杨腾

湖南省稻田生态系统服务净价值评估

付珍萍1, 刘倩1, 杨腾2

(1. 湖南文理学院 经济与管理学院,湖南 常德, 415000; 2. 湖南省洞庭湖协同创新研究中心, 湖南 常德, 415000)

采用当量因子法和影子价格法计算了湖南省各市州稻田所产生的生态价值和化肥和农药对稻田生产过程中产生的负面价值, 得出了2011～2018年湖南省各市州稻田生态系统服务净价值。结果表明: (1) 2018年湖南省稻田生态价值为2.618×1012元, 生态成本为0.15×1012元, 生态服务净价值为2.468×1012元; (2) 2011～2018年常德市相对于其他市、州生态净价值最高, 2018年常德市生态净价值为0.316×1012元; (3) 由于农药和化肥的施用量高, 而稻田所产生的生态价值相对幅度小, 导致2013年湖南省各市、州稻田所产生的生态净价值相对于其他年份最低。研究结论为制定精准的粮食保护机制提供了可靠的参考数据。各地区加强生态环境保护工作, 响应化肥和农药施用减量增效政策。

稻田; 当量因子法; 生态净价值

生态系统的相对稳定是人类生存发展的基础, 生态系统服务对于人类研究生态经济价值具有极高的意义[1]。生态系统服务净价值简称生态净价值, 一定地区的生态净价值是由其生态价值和生态成本的差额计算得来, 它反映了当地一定生态经济价值[2]。稻田种植过程中施用的化肥和农药难以被水稻吸收, 停留在土壤里、流散在水体中的化肥和农药和挥发在空气中的挥发物在一定程度上造成了环境污染。谢高地[3–4]等生态学者依据Constanza对生态系统服务功能分类, 构建了研究生态系统服务价值化的方法, 该方法在生态系统价值评估上具有广泛的应用。本篇文章采用单位面积价值当量因子的方法, 在生态系统服务价值评估基础上将稻田人工种植过程中的负面影响, 将化肥、农药的成本考虑进来, 对湖南省及其各个市、州生态系统服务净价值评估, 分析并对比较湖南省和各个市生态系统服务净价值, 为稻田生态补偿和稻田保护提供数据参考。

1 研究区域概况与数据来源

稻谷是中国三大主要粮食作物之一(小麦、玉米、稻谷)。湖南省水稻种植历史悠久, 以其优越的地理位置和独特的地形地貌, 根据数据统计, 2020年湖南省早稻种植面积和总产量分别为1.424 7 × 106hm2和8.187 × 106T, 均位列在全国第一。湖南省因大部分地区位处洞庭湖以南而得其名称, 属大陆亚热带季风性湿润气候, 适宜水稻的种植, 是中国著名的“鱼米之乡”。本文对湖南省13个地级市和1个自治州2011～2018年的水稻田生态净价值进行评估, 采集了各市州的稻田播种面积、稻田产量、农作物播种面积、氮、磷和化肥三者施用量(折纯)等数据, 其来源于2011～2018年《湖南省统计年鉴》[5]和《湖南农村统计年鉴》[6]。近些年湖南水旱田的比例变化不大, 并且湖南省以水田为主, 本篇文章采用了谢高地[4]等学者改进后的每单位水田面积生态系统服务价值当量和湖南省农田生态系统生物量因子1.95进行研究探讨, 具体数据如表1。

表1 水田单位面积价值当量表

2 理论模型建立

2.1 指标体系

当量因子法是我国学者谢高地根据Constanza（1997）[7]对全球生态系统服务的分类和定量评估提出来的生态系统服务价值评估方法, 谢高地等将1个标准生态系统生态服务价值当量因子定义为1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值, 其意义在于体现生态系统对生态服务贡献相对大小的潜在能力[8]。从生态价值的支持服务、调节服务、供给服务和文化服务四个指标对湖南省各个市州的生态系统服务功能价值进行评估。稻田生态系统受自然和人类的干预较多, 本文主要考虑施用化肥和农药带来的生态成本(灌溉消耗的水资源成本已经在稻田的生态净价值核算中以负数形式表示)。稻田生态成本的分类见表2。农药对环境污染的生态成本按照损失粮食产值的1%来计算[2]。

表2 生态净价值评估指标体系

2.2 稻田生态价值评估模型

当量因子法是生态价值评估主要方法之一, 本文根据当量因子法, 建立稻田生态系统服务价值计算模型如下:

VES=∑AVMN。 (1)

式中:VES为地区稻田生态价值,A为地区稻田的年种植面积, hm2,V为类服务的单位面积生态系统服务价值当量因子[9],为每单位面积生态系统服务价值当量对应的价值, 其中V·M为省级生态价值当量,N为各省份生物量因子。

2.3 稻田生态成本模型

施用化肥和农药所产生的生态成本是稻田生态成本的两大主要方面, 其中施用化肥对生态环境产生的负面影响主要表现在气体污染、水质污染和土壤污染。其中大气污染中, 难以被水稻所吸收的化肥挥发在大气中以NH3和NO等形式的存在, 对生物生存环境造成了一定的破坏, 并且化肥中的氮、磷等元素在一定程度上影响了水质和土壤质量。据此建立稻田施用化肥带来的生态成本模型如下:

式中:EC表示省份稻田施用化肥污染环境产生的生态成本;EC表示省份稻田中施用化肥对大气的污染成本,EC表示省份稻田中施用化肥对水体的污染成本,EC表示省份稻田中施用化肥对土壤的污染成本;L为省份稻谷每年施用化肥的用量, kg/(hm2•年);A为省份稻田面积, 单位hm2;P为氮肥以氮氧化合物形式散失的比例(0.5%)[10];R为目前汽车尾气脱氮处理的费用(16元/kg)[11];P为氮肥流入水体的比例(10%);R为污水处理厂处理总氮的平均成本(5元/kg)[12];P为省份稻谷年施用磷肥的强度, kg/(hm2•年);P为磷肥流入水体的比例(10%);R为污水处理厂处理总磷的平均成本(5元/kg)[12];S为省份稻谷种植化肥年施用强度, kg/(hm2•年);R为施用化肥导致土壤污染的单位生态成本(0.3元/kg)[13]。

稻田生态成本计算方法如下:

式中: 稻田施用农药化肥的污染成本按照粮食产值损失的1%来计算。T为地区的粮食总产值, 单位元/a;S为地区的稻田面积, 单位hm2;S为地区的农作物播种面积, 单位hm2。稻田生态成本为稻田中施用化肥和农药对生态环境造成的污染的成本之和, 即计算方法如下:

2.4 稻田生态净价值评估

生态净价值等于生态价值与生态成本的差额, 即生态净价值的计算如下:

式中:NVES表示地区稻田的生态净价值,VES、EC分别表示地区稻田的生态价值、稻田污染造成的生态成本。

3 结果与分析

3.1 稻田生态价值分析

根据稻田生态价值模型(1)计算得出2011～2018年湖南省各个市稻田生态价值结果可知, 2018年湖南省稻田生态系统提供服务价值为3.029×107元, 其中提供美学景观的价值最高，为2.830 429×107元，其次是食物生产和水文调节的价值，分别为2.072 605×107元和1.058 981×107元。2018年稻田生态提供的水资源的价值为-2.004 026×107元, 由于湖南省地处洞庭湖南部, 绝大部分为水田, 旱田占比面积较少, 且大面积种植种植水稻, 故需要的水资源偏多, 以至于其稻田在提供水资源方面的生态价值为负数。2018年湖南省稻田生态价值相对较低的类别是土壤保持和原料生产，分别为76×107元和686×107元。2018年湖南省稻田生态价值按服务类别分布如下表3所示。

表3 2018年湖南省稻田生态价值服务类别分类 /107元

根据模型(1)分别计算出2018年湖南省各市州的生态价值(表4)。结果表明, 2018年常德市稻田生态价值相对于其他市、州最高，为3 391 140×105元，其次是衡阳市、邵阳市、永州市和益阳市，分别为2 939 749×105元、2 641 597×105元、2 586 845×105元和2 121 684×105元。2018年张家界市和湘西自治州的生态价值相对较低，分别为381 689×105元和647 646×105元。2018年湖南省稻田生态价值最高的常德市生态价值相对于稻田生态价值最低的张家界市高出了近8.9倍。

表4 2018年湖南省各市、州稻田生态价值 /105元

3.2 稻田生态成本分析

根据稻田生态成本模型(2)～(4)计算得出2018年湖南省各市州稻田生态成本可知, 2018年湖南省稻田生态成本为0.015×1012元。各市州稻田生态成本具体计算值如表5。

表5 2018年湖南省及各市、州稻田生态成本 /1012元

由表5可知, 2018年常德市稻田所产生的生态成本在湖南省中最高, 为0.023 2×1012元, 占湖南省稻田生态成本的15.47%, 而2018年张家界所产生的生态成本最低, 其中, 生态成本在0.01×1012元有7个, 分别为长沙市、衡阳市、邵阳市、岳阳市、益阳市、郴州市和永州市, 生态成本在0.01×1012元以下的有6个, 分别为株洲市、湘潭市、张家界市、怀化市、娄底市和湘西土家族自治州。

3.3 稻田净价值分析

利用模型计算出湖南省及其13个市、1个州2011～2018年的生态价值、生态成本, 得出相应的生态净价值如下表6。

表6 2011～2018年湖南省及各市、州稻田生态净价值 /1012元

续表6

从2011～2018年湖南省及其各市、州总体来看, 湖南省2015年稻田生态净价值最高, 达2.789×1012元, 常德市地区稻田所产生的净价值在2011～2018年一直高于其他各市、州, 且2015年其生态净价值最高, 为0.382×1012元。2013年湖南省及其14个市、州稻谷生态净价值相对于其他年份最低。2018年常德市稻田生态成本最高，生态净价值也是最高。可能原因是常德市稻田种植面积最大，2011～2018年常德市平均稻田种植面积占湖南省总稻田面积的13.5%。常德市稻田面积的增加使得其稻田生态系统的支持、调节、供给和文化服务价值都增加较多，而稻田生态成本的增加幅度相对较小，使得常德市在2018年稻田生态成本和生态净价值最高。

4 结论

稻田生态净价值评估, 计算出稻田生产过程中造成的生态成本, 减去生态成本后的生态净价值, 更能直观清晰地精准评估稻田生态系统的服务净价值。运用当量因子法和数据模型, 考虑使用化肥、农药带来的生态成本, 在得出生态价值和生态成本结果的基础上, 对湖南省及其各市、州2011～2018年稻田生态净价值核算并对结果进行评估, 研究表明: (1) 从结构上讲, 2018年湖南省稻田生态系统提供的美学景观和水文调节服务价值较大, 这与稻谷生长的地理环境和水土保持密切相关。此外, 突出显示稻田生态系统提供的水资源供给服务价值为负值。(2) 从时间分布上讲, 2011～2018年湖南省稻田生态净价值呈下降趋势。湖南省稻谷种植生态成本除2013年外, 各年波动不大较为平稳, 2013年湖南省各市州由于过度使用农药化肥, 导致稻谷生态净价值总体下降。近三年稻谷生态净价值呈下降趋势。

本文计算了湖南省及其各市、州的生态净价值。在保持生态价值不变的情况下, 减少生态成本。基于计算结论, 对稻田生态发展提出以下建议: (1) 发展节水农业。农业稻田灌溉量大, 水资源供给服务价值极大程度地降低了生态服务净价值。对于发展节水农业的优势显而易见。(2) 支持节肥节药农业。对节肥节药农业多方面技术补偿。加快突破农业关键核心技术, 要有针对性的技术解决相关农业问题。

[1] 谢高地, 张彩霞, 张昌顺, 等. 中国生态系统服务的价值[J]. 资源科学, 2015, 38(9): 1 740–1 746.

[2] 杨腾, 孙艳华. 中国稻田生态系统服务净价值评估[J]. 中国农业大学学报, 2020, 25(3): 159–172.

[3] 鲁春霞, 谢高地, 肖玉, 等. 青藏高原生态系统服务功能的价值评估[J]. 生态学报, 2004, 24(12): 2 749–2 755.

[4] 谢高地, 张彩霞, 张雷明, 等. 基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J]. 自然资源学报, 2015, 30(8): 1 243–1 254.

[5] 湖南省统计局. 湖南统计年鉴2011—2018[M]. 北京: 中国统计出版社, 2011—2018.

[6] 湖南省统计局. 湖南农村统计年鉴2011—2018[M]. 北京: 中国统计出版社, 2011—2018.

[7] Costanza R, d’Agre R, De Groot R, et al. The value of ecosystem,service and natural capital in the word [J]. Nature, 1997, 387(15): 253–260.

[8] 刘利花, 杨彬如. 中国省域耕地生态补偿研究[J]. 中国人口资源与环境, 2019, 29(2): 52–62．

[9] 谢高地, 肖玉, 甄霖, 等. 我国粮食生产的生态服务价值研究[J]. 中国生态农业学报, 2005, 13(3): 10–13.

[10] 赖力, 黄贤金, 王辉, 等. 中国化肥施用的环境成本估算[J]. 土壤学报, 2009, 46(1): 63–69.

[11] 张绪良, 徐宗军, 张朝晖, 等. 青岛市城市绿地生态系统的环境净化服务价值[J]. 生态学报, 2010, 31(9): 2 576– 2 584.

[12] 中国环境科学研究院. 湖泊生态安全调查与评估[M]. 北京: 科学出版社, 2012.

[13] 向平安, 周燕,郑华, 等. 符合经济生态效益的农田化肥施用量[J]. 应用生态学报, 2006, 17(11): 2 059–2 063.

Evaluation of the net value of paddy ecosystem services in Hunan province

Fu Zhenping1, Liu Qian1, Yang Teng2

(1. College of Economics and Management,Hunan University of Science and Arts, Changde 415000, China; 2. Dongting Lake Collaborative Innovation Research Center of Hunan Province, Changde 415000, China)

By the equivalent factor method, the ecological cost of rice in Hunan Province and its 14 cities and prefectures is calculated, and then its net value of ecosystem services is obtained. The outcomes demonstrate that: (1) in 2018, the ecological worth of paddy fields in Hunan Province is 2.618×1012yuan, the ecological cost is0.15×1012yuan,and the net service value is 2.468×1012yuan. (2) From 2011 to 2018, the net ecological value of Changde is the highest compared with other cities and prefectures. In 2018, the net ecological value of Changde is 0.316×1012yuan. (3) Due to the highest application amount of pesticide and chemical fertilizer, the ecological net value of rice in Hunan Province and its cities and prefectures in 2013 is the lowest compared with other years.

paddy field; value of ecosystem service; cost of ecosystem service; net value of ecosystem service

S 9

A

1672–6146(2021)02–0058–05

10.3969/j.issn.1672–6146.2021.02.012

杨腾, onlyyangteng@126.com。

2020–08–22

湖南省教育厅科学研究项目(20C1288); 湖南省哲学社会科学基金-青年项目(19YBQ083)。

(责任编校: 郭冬生)