德州市农田生态系统服务价值研究

孙艳丽

（成都理工大学 旅游与城乡规划学院，四川 成都 610059）

0 引言

生态系统作为一个整体，既是人类的生存空间又是人类获取生产生活资源的来源。一方面它能够为人类发展贡献基础供给，另一方面还能够通过自我调节改善生存环境，为人类生产活动提供便利[1]。而农产品生产又是人类一切活动的物质前提，人们在通过生产作物获得粮食供给的同时，人类活动也在潜移默化地影响着农田生态提供的其他生态服务。因而，作为人类直接影响下的农田生态系统，人的作用十分显著，同时实现其服务价值的最大化又对人类社会持续协调平衡的发展产生巨大影响。长期以来，人们对社会经济快速发展的需求持续上涨，过分关注农田生态系统所带来的生产效益价值功能，而忽视了因环境污染、过度开发而带来的生态负效应[2]。随着人们对生态系统有限承载力的认识以及生态系统遭破坏后产生的深刻反省，越来越多的学者将研究重心放在经济发展与生态协调的可持续发展上，对于农村的可持续发展，则更加关注农田生态系统服务价值最大化的实现。

生态系统概念一经提出就受到了广泛关注，其理论也在学者共同努力下得到不断进步和升华[3]。在研究其自身功能和作用的基础上，人们把关注点逐渐放在人类活动与生态系统之间的关系上进行研究。这就要求我们一方面关注经济效益的同时，另一方面要看到不合理的活动所带来的负面效应。国外有关生态系统服务价值的研究开始时间较早，早期的研究主要停留在生态系统表面内涵的探索上[4-5]，直至Costanza[6]等科学家对生态系统内涵进行了初步探索，从而生态系统服务价值理论逐步得到学者们的关注和探讨。此后，国内外学者们将之付诸实践，成为研究生态系统服务价值强有力的理论保障。

德州市处于鲁西北平原，山东省西北部，地理坐标为36°24′～38°0′N、115°45′～117°36′E 之间[7]。其季风气候影响显著，年降水不均匀，平均降水量为547.5 毫米，7 月最多[7]。德州市作为重要的交通枢纽城市，濒临河北省，承接京津冀经济圈的相关产业，近年来经济发展愈加迅速。总面积10 358 平方公里[7]。截至2019 年底，常住人口574.85 万人，其中城镇人口304.84 万人，乡村人口270.01 万人。2020年，全市地区生产总值（GDP）3 078.99×108元，三次产业结构为10.6：40.2：49.2。德州农业历史悠久，早些时期，经济发展就以发达的农业为主。

本文以德州市为例，从研究小区域角度出发，采用生态经济学研究方法，对其生态系统服务价值进行估算及动态分析，探讨分析其影响因素发挥的作用，以求研究结果对德州市农田生态系统保护、农业结构调整、农业可持续发展提供现实依据。运用当量因子方法，研究重点体现在对农田生态系统负价值产生来源的各方面分析和把握上，从化肥农药大量使用造成环境污染、水资源消耗负效益高等方面着手，突出其2012—2016年的动态变化。

1 数据来源与研究方法

1.1 农田生态系统动态数据来源

本文研究时间范围选择在2012—2016年，源于这一阶段德州市农业发展态势较为明显，农田面积稳步增长、农业产值不断提升，因此对农田生态系统服务价值研究具有较高说服力，研究价值相对较高。

本文在估算过程中所采用的农用地面积、农业生产综合指标、农用化肥使用量、主要能源及物资消耗量、水资源利用方面的基础数据均来源于2013—2017年《德州统计年鉴》。

1.2 农田生态系统服务价值研究方法

随着现代化农业的发展，农药、化肥、地膜、农用柴油的使用增多，使农作物产量增加的同时带来了一系列环境污染问题，农田生态系统负价值日益显现。因此，在估算农田生态系统服务价值时，着重考虑环境污染所带来的生态负效应是不可或缺的。

1.2.1 农田生态系统基本服务价值估算方法。生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成的维持人类生存的自然环境与条件，不仅可以向经济社会系统投入物质能量，也可以为全社会提供各项基础服务[5]。运用Costanza 的生态系统服务价值模型分析德州市农田生态系统服务价值，其计算公式如下[8]：

式中，V1为农田生态系统服务基本价值；A 为研究区域的耕地面积；C 为农田单位面积生态系统服务价值；Vf为农田生态系统的单项服务功能价值；Cf为农田生态系统所对应的第f 项功能的服务价值[8]。

1.2.2 食物生产服务价值的计算。Costanza 等将全球生态系统服务划分为16 类生态系统、17 项生态系统功能，并在此前提下估算全球生态系统的服务价值，农田生态系统基本服务价值包括食物生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水源涵养、水土保持、生物多样性维持、废物处理以及娱乐休闲服务价值共9 类[2]。其中，单位面积农田生态系统食物生产的服务价值计算公式如下[8]：

式中，C0为单位面积农田生态系统食物生产功能产生的经济价值；i 为农作物种类；mi表示i 种作物的面积；pi表示i 类作物全国平均价格；qi表示i 种农作物单产；M 表示粮食作物总的播种面积[8]。

1.2.3 农田生态系统其他服务价值的估算。因Costanza 等的方法是定位于全球尺度，且对某些生态系统单位面积的估价过高或过低，如对农田的估计过低，对草地的估计又偏高等[9-10]。因此，除去食物生产服务价值的计算，为了尽量减少全球生态系统服务价值估算方法在中国运用时产生的误差，本研究借鉴谢高地[11]等提出的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表，并在此基础上进行计算。

1.2.4 环境污染产生的服务价值估算。由德州市这5年化肥、农药的使用情况来看，农田生态系统作物产量受到一定程度的损害。大剂量化学药物的使用，破坏农田生态环境的同时，产生了一定的经济损失，这部分服务价值称为环境污染价值。德州市农田环境污染主要由化肥、农药以及地膜的使用引起的。本研究仅以化肥为例，估算德州市农田环境污染价值。其计算公式如下[7]：

式中，V2表示环境污染产生的服务价值；a 表示化肥施用量；r 表示化肥利用率（本文采用的化肥使用率为36%）[12]；b 表示化肥价格（化肥价格按1 500 元/吨计算）[5]。

1.2.5 水资源消耗服务价值的计算。农业生产离不开灌溉水源，农田灌溉不仅可以提高作物产量，而且可以保证农田生态系统的水文调节稳定。但随着水资源需求的增加，出现了一系列生态环境问题，给生产生活带来诸多不便。根据德州市水资源消耗情况，采用水库蓄水成本法，计算公式如下[12]：

式中，V3表示水资源消耗产生的负价值；W 表示农业用水量；R 表示农业耗水率（取值为35%）；Cw表示水库蓄水成本（取值为1.17 元/m3）[12]。

1.2.6 农田生态系统总价值计算。农田生态系统价值的相关计算包括正、负价值两方面。将农田生态系统正服务价值（V1）与负价值（V2、V3）相加，就可以得到农田生态系统服务总价值[13]。表达式如下：

2 结果与分析

2.1 德州市农田生态系统服务价值影响因素研究

农田生态能否协调稳定与生产管理恰当与否有着密切的联系。有研究表明，不当的作物栽培方式以及生产管理模式，对农田生态系统有着重要的影响，甚至会造成农作物减产。为消除威胁作物产量以及破坏农田生态系统的潜在因素，研究影响德州市农田生态系统服务价值的影响因子是十分有必要的。为此，制定合理严谨的应对措施，结合农田生态发展要求，正确引导并改进农田生产管理模式，促使农业生产造成的环境破坏向农田生态系统服务正价值的转化，确保德州市农田作物产量稳步增加，生态系统协调稳定，进而促进德州市农业现代化不断向前发展。

随着现代化农业的发展，化肥、农药、地膜的使用增多，给农田生态带来严重的生态负效应，导致农田生态系统服务负价值增加。如表1 所示，2012—2016年，德州市对农用化肥的依赖度一直未变，5 年间总量维持在较高水平。农药使用量维持时增时减的波动，但波动幅度较小。农用塑料薄膜的使用呈递减的趋势，5 年间减少近5 000 吨。

表1 德州市2012—2016 年农用物资使用量（单位：t）

目前我国主要的农业生产模式仍然是化学农业，这一模式下的农业发展过度依赖化肥、农药等人工合成化学制品，在作物栽培种植的过程中，大剂量的化肥和农药被人们施用到农田中，不但造成农作物产量的削减，并且使得农田生态环境遭破坏。农田生态系统的改变，会对农田生态系统服务价值产生动态影响，主要体现在服务负价值的比重有所增加。

2.2 德州市农田生态系统服务价值变化

在借鉴谢高地[14]的研究基础上，参考祁兴芬[12]的研究成果将原材料生产功能修正成0.1 后的当量因子表，绘制出表2。

根据农田生态系统基本服务价值公式，以德州市2012—2016 年玉米、小麦单产及播种面积为数据基础（小麦按2012 年山东省平均价格2 元/kg，玉米按1.85元/kg 为标准来计算），以农田生态系统食物生产服务功能为基准单价，再将基准单价与价值当量表（表2）中的因子相乘[12]，得到2012—2016 年农田生态系统单位面积生态服务价值表（表3）。如表4 所示，德州市2012 年农田单位面积食物生产服务所产生的经济价值为2 261.79 元/hm2，到2016 年增至为2 350.25 元/hm2，年均增加17.692 元/hm2，五年内涨幅并不迅速，但一直处于上升趋势。其中，废物处理、水土保持以及食物生产三项单位面积生态价值最高，因此提高对这三项的重视程度，其对农田生态系统单位面积经济价值的贡献也就可以大幅提升。

表2 德州市农田生态系统单位面积服务价值当量表（单位：元/hm2）

表3 德州市2012—2016 年农田生态系统单位面积生态服务价值（单位：元/hm2）

借助农田生态系统服务价值计算公式，得出德州市农田生态服务价值汇总表（表4）。可以看出，德州市2012—2016 年农田生态服务价值具有明显的变化趋势。德州市农田生态总服务价值由2012 年的56.76×108元增长至2016 年的72.72×108元，涨幅为3.192×108元/年。其中，农田生态系统基本服务价值V1年均增长1.176×108元；环境污染产生的负价值由2012 年的11.39×108元下降为2016 年的10.65×108元，生态环境整体呈现良性发展的趋势；水资源消耗产生的服务负经济价值呈大幅度减少的趋势，自2015 年开始下降趋势显著。

表4 德州市2012—2016 年农田生态服务价值汇总（单位：108 元）

3 结论与讨论

3.1 结论

2012—2016 五年的时间，德州市农田生态系统服务价值一直呈递增的趋势。总服务价值由2012 年的56.76×108元，增加到2016 年的72.72×108元，增长了近16×108元。正服务价值变化范围为77.91×108～83.79×108元；农田生态产生的负价值由2012 年的21.15×108元降至2016 年的11.07×108元。从农田生态负价值的构成要素来看，2012 年环境污染和水资源消耗所占的比例分别为53.85%、46.15%；2016 年其比例则变成96.21%、3.79%。

由此可以看出，水资源消耗产生的负价值有很大程度的改善，环境污染则成为农田生态负价值产生的重要因素，即环境问题对农田生态价值的影响日益严重。以上研究结果表明，随着科技进步与社会发展，德州市农业产值在不断增加的同时，若不加以防范，环境问题将会日益严峻。

3.2 讨论

随着德州市工业经济以及第三产业的快速发展，近年来农业产值的占比逐年下降，但作为以农业发展为根基的德州市，其城市发展必然离不开农业的生产，注重农业经济发展与生态环境稳定的协调一致，发展生态高效农业，促进农业经济产生的正价值日益增多，负价值日益减少，应是今后农业发展的重点方向。

3.2.1 改善农田生态环境方面。控制化学品的用量是改善环境的关键。应考虑在减少农药化肥的使用量的同时，发展有机肥生产。另一方面，减少农用地膜的覆盖，提高地膜循环利用率。

3.2.2 控制水资源消耗方面。在农田灌溉中，应多采用农业滴灌、喷灌方式，以德州市为中心，因地制宜，找到适合农业发展的节水灌溉技术，最大可能地降低农田灌溉环节水资源的消耗和浪费。完善灌溉分配体系，提高水资源利用率也是控制水资源过量消耗的重要方面。

3.2.3 农业生态可持续发展方面。为推进德州市农业能够低成本、高产出的长久进程，发展高效生态农业是关键一环。注重农业经济发展与生态环境稳定的协调一致，促进农业经济产生的正价值日益增多，负价值日益减少。