基于用水负效益的农业水资源生态经济系统损耗度评价

刘铭璐 郭溪

摘 要：农业用水过程中供水、用耗水、排水、纳污环节产生的负效益会对农业水资源生态经济系统产生一定程度的损耗，进而影响系统的可持续性。基于农业用水过程中各环节产出的负效益，构建农业水资源生态经济系统损耗度评价指标体系，以经济损失率、社会失稳率、生态负载率为指标，运用能值方法、ＡＨＰ 层次分析法分析了２０１２—２０１７ 年郑州市农业水资源生态经济系统损耗度及其发展趋势，结果表明：２０１２—２０１６ 年郑州市农业生态经济系统的经济损失率约为０．２５％，２０１７ 年上升至０．２９％；社会失稳率由２０１２ 年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％；２０１２—２０１６ 年生态负载率基本稳定为１１．７％，２０１７ 年上升至１３．７％；系统损耗度主要受社会失稳率和生态负载率影响，系统损耗度整体呈下降趋势，由轻度不可持续转变为临界不可持续，逐渐趋于良性发展。

关键词：水资源生态经济系统；损耗；负效益；郑州市

中图分类号：ＴＶ２１１．１＋ １；ＴＶ８８２．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０３．０１８

引用格式：刘铭璐，郭溪．基于用水负效益的农业水资源生态经济系统损耗度评价［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（３）：９８－１０２，１０８．

基于水循环过程中能量的流动，农业用水全过程可划分为供水、用耗水、排水、纳污４ 个环节，各环节伴随着水和其他物质与能量的投入、产出、转换等，各类农产品、社会保障产品等正效益产出的同时，伴随着生态失衡、污染物排放等负效益的产出。产出的负效益在一定程度上影响农业水资源生态经济系统的结构和功能，进而影响农业的可持续发展［１］ 。

评价农业水资源生态经济系统的方法主要有经验评估法、综合分级评分法、多指标综合评分法等［２］ 。随着能值理论［３］ 的发展，能值评价方法逐渐应用于农业水资源生态经济系统评价。吴国庆［４］ 提出资源生态环境压力、质量、保护整治能力３ 个方面包括２３ 个指标的生态安全评价指标体系，进行了嘉兴市农业可持续发展的生态安全评价。曹志宏等［５］ 利用能值分析理论，定量分析了河南省农业生态经济系统的运行特征。辛岭等［６］ 建立了由经济社会发展、资源减量投入、资源循环利用和生态环境４ 个方面包括１７ 个指标的中国农业可持续发展评价指标体系，采用多指标综合评价法进行了１９９１—２０１３ 年我国农业可持续发展水平评价。杨芳等［７］ 通过建立农业可持续发展指数（ＡＳＤＩ）综合性指标，探讨了铜仁市农业可持续发展状况。孙建国等［８］ 运用Ｓｕｐｅｒ－ＳＢＭ 模型和Ｍａｌｍｑｕｉｓｔ 指数、莫兰指数等，测评了河南省沿黄八市的生态经济效率。韩春辉等［９］ 采用熵权法与耦合协调度模型，评价分析了２０１１—２０１８ 年河南省引黄受水区各地级市的资源－生态－经济系统安全水平和子系统间的耦合协调关系。

评价农业水资源生态经济系统可持续性的方法多为构建模型或建立评价指标体系，但在选取指标和确定权重的过程中存在较强主观性。后有学者从综合效益出发进行评价［１０］ ，但研究时未充分考虑不同用水环节产出的负效益对农业水资源生态经济系统结构和功能的影响。针对以上问题，本文基于农业用水过程中各环节产出的负效益，采用能值理论，从经济、社会、生态及系统整体４ 个方面研究农业用水过程中产出的负效益造成的系统损耗，构建基于用水负效益的农业水资源生态经济系统损耗度评价指标体系，分析评价农业水资源生态经济系统的可持续性并提出建议，以促进农业持续稳定健康发展。

１ 农业用水过程各环节负效益构成及量化

农业用水的供水环节指水资源以降水、地表水、地下水等形式，经过取水、引水、提水等过程将水资源转换为可供农业生产使用的水资源。过度取用地下水会破坏生态环境，造成地面沉降等，产生地下水超采负效益和生态失衡负效益。

用耗水环节包括用水环节和耗水环节，用水环节主要指水资源到达用水户后的使用过程，耗水環节包括对水资源数量和质量的消耗，因此耗水环节是在用水环节中实现的，本文将两个环节合并为用耗水环节。该环节指供水环节提供的水资源作用于农业、畜牧业、渔业等农业生产活动。投入到农业水资源生态经济系统的能量包括太阳能、风能等自然能源，人力、种子等可更新有机能，有机肥、机械、农药等人工辅助能。生产过程中农业退水会带走部分土壤，产生水土流失负效益；化肥的过量施用会降低农作物生产效率，产生过量施肥负效益；未能回收的农用薄膜污染环境，产生农膜损失负效益。

排水环节指利用水资源完成农业生产后，将养殖污水、灌溉退水、农村生活污水等农业退水排入自然生态系统，其中一部分通过地表径流进入地表水体，一部分通过渗透作用进入地下水体。由于排放的污水中含有农业生产、农村生活等产生的ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 等污染物，因此进入生态环境会造成一定程度的环境污染，产生污染物排放负效益。

纳污环节指农业退水进入自然生态系统，被环境吸收的部分污染物随水循环在区域内造成一定负面影响。为控制面源污染及入河污染物量往往会采取措施进行污染物削减，产生污染物削减投入负效益。污染物进入环境后会对人体造成一定健康损害，产生人体健康损失负效益［１１－１２］ 。

综上，在农业用水过程中，供水环节产生的负效益主要考虑地下水超采造成的负面影响及取用水造成的生态失衡；用耗水环节产生的负效益主要考虑过度施肥造成的直接经济损失、农膜损失和水土流失等；排水环节产生的负效益主要考虑农业面源污染，主要污染物来源为禽畜养殖和化肥施用；纳污环节产生的负效益主要考虑削减面源污染物的经济投入和环境吸收污染物后对人体造成的健康损害。农业用水各环节负效益能量系统见图１，由于各指标的表现形式及量纲不同，因此使用能值理论将系统中不同种类、不可直接比较的能量采用太阳能值转换率转换为太阳能值，量化计算方法参考已有研究成果［１１，１３－１８］ ，见表１（Ｎ 为用水负效益）。

２ 农业水资源生态经济系统损耗度评价方法

２．１ 农业水资源生态经济系统损耗度评价指标体系

农业水资源生态经济系统是人和环境相互作用形成的经济－社会－生态复合系统［８］ ，基于上述对农业用水负效益的分析及系统的功能属性，提出经济损失率、社会失稳率、生态负载率３ 项指标进行农业水资源生态经济系统损耗度评价。其中：经济损失率评价系统的经济损耗度，考虑过量施肥、农膜损失和污染物削减投入造成的经济负效益；社会失稳率评价系统的社会损失影响，本文指人体健康损失造成的社会负效益；生态负载率评价系统的生态损耗度，考虑地下水超采、生态失衡、水土流失、污染物排放造成的生态负效益。

２．３ 农业水资源生态经济系统损耗度评价方法

农业水资源生态经济系统经济、社会、生态方面的损耗情况影响系统的可持续性，为综合评价农业水资源生态经济系统的可持续发展状况，引入系统损耗度（ＳＬＲ）指标，以损耗度评价系统的可持续性。该指标是运用ＡＨＰ 法［１９］ 对经济损失率、社会失稳率和生态负载率进行定量分析后计算得出的综合评价指标，其数值越大，系统的可持续性越小。本文选取郑州市为研究区域，根据研究区的自然环境情况及发展特点，结合其他学者的相关研究成果，将系统损耗度划分为５个等级，Ⅰ～Ⅴ级对应的ＳＬＲ 分别为（０，５］、（５，１０］、（１０，１５］、（１５，２０］、＞２０，其可持续状况分别为可持续、轻度可持续、临界不可持续、轻度不可持续、不可持续。

３ 基于用水负效益的农业水资源生态经济系统损耗度评价

３．１ 研究区概况

郑州市位于河南省中部偏北，是河南省政治、经济、文化中心，为全国重要的交通枢纽，总面积７ ４４６．２ｋｍ２，属温带季风气候区，多年平均降水量为６３５．６ｍｍ，降水量年际变化较大。郑州市土壤类型丰富，适宜种植多种农作物，主要农作物有小麦、玉米、红薯、大豆、水稻等。郑州市２０１２—２０１７ 年农业用水情况见表２，可以看出农业用水中取用地下水的占比较高，地下水的开采情况对郑州市农业生产有重要影响。

３．２ 郑州市农业水资源生态经济系统能值投入产出分析

研究数据来源于２０１２—２０１７ 年《郑州市水资源公报》《河南统计年鉴》，其中农业水资源生态经济系统的总产出为各类农作物产品，包括种植产品、畜产品、渔产品和林产品，根据诊疗人次和人均费用计算得出农村医疗保障费用，并转化为货币能值。研究年份农业用水总产出能值计算结果见表３，农村医疗保障能值计算结果见表４。其中，受资料收集限制，进行计算时暂不考虑林产品。

３．３ 郑州市农业用水全过程负效益

受资料收集限制，本文计算地下水超采及水土流失负效益时参考吕翠美等［１］ 、吴泽宁等［１２］ 部分研究数据；部分数据计算参考已有文献，如计算过量施肥负效益时参考孔凡斌等［１４］ 研究过量施肥时使用的方法，计算污染物排放负效益时仅考虑氮肥、磷肥施用及禽畜养殖中猪牛羊及家禽排泄物；计算污染物削减投入负效益时参考邹利林等［１７］ 研究中国农业污染物影子价格的计算方法；计算人体健康损失负效益时参考Ｇａｏ等［１１］ 计算健康损失时采用的生态指标９９ 研究方法，并仅考虑ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 污染物排放的影响。郑州市２０１２—２０１７ 年农业用水负效益能值见表５。

３．４ 郑州市基于负效益的系统可持续性评价结果与分析

１）经济损失率与经济负效益。郑州市２０１２—２０１６ 年农业水资源生态经济系统的经济损失率约为０．２５％，２０１７ 年上升为０．２９％。在各项经济负效益中，污染物削减投入占比稳定在５０％左右，农膜损失及过量施肥占比几乎不变，见图２。经济损失率整体呈上升趋势，分析原因，虽然郑州市污染物排放减少，经济投入有所下降，但是农业用水总产出减少，因此经济损失率增大。

２）社会失稳率与社会负效益。郑州市２０１２—２０１７ 年農业水资源生态经济系统的社会失稳率、社会负效益呈下降趋势（见图３），其中社会失稳率从２０１２年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％。随着农村生活环境的改善，农村居民收入的增加、健康意识的增强，以及农村医疗保障制度的逐渐完善，医疗保障能值逐渐增大；同时农业用水过程中控制并减少化肥施用，减少污染物排放并采取措施控制面源污染，人体健康损失负效益即社会负效益逐渐减小，因此社会失稳率下降。

３）生态负载率与生态负效益。郑州市２０１２—２０１６ 年农业水资源生态经济系统的生态负载率基本稳定为１１．７％，２０１７ 年上升到１３．７％，其中ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 污染物排放负效益下降，但占生态负效益的５０％以上（见图４），是评价农业水资源生态经济系统损耗的重点。值得注意的是，生态失衡负效益逐年上升，２０１７ 年的生态失衡负效益接近污染物排放负效益，生态失衡与农业产出和农村人民的生活息息相关，带来的环境威胁不可轻视。

４）郑州市农业可持续性评价。针对经济损失率、社会失稳率和生态负载率进行ＡＨＰ 层次分析法分析，得到特征向量为（０．０３０，１．５９４，１．３７６），其对应的权重分别为０．９８６％、５３．１３６％、４５．８７８％。最大特征根为３．０００，一致性指标ＣＩ 为０．０００，随机一致性指标ＲＩ 为０．５２０，计算得到一致性比率ＣＲ 为０．０００＜０．１，满足一致性检验。系统损耗度计算结果见表６。

研究表明，２０１２ 年郑州市农业水资源生态经济系统损耗度为１６．７５，处于轻度不可持续，而２０１６ 年为９．５４，处于轻度可持续，其余年份均处于临界不可持续。系统损耗度主要受社会失稳率和生态负载率影响，随着社会失稳率的大幅下降，系统损耗度逐年下降，郑州市农业水资源生态经济系统的可持续状况由轻度不可持续转变为临界不可持续，逐渐趋于良性发展。

４ 结论

基于农业用水负效益，通过构建农业水资源生态经济系统损耗度评价指标体系，运用能值方法、ＡＨＰ层次分析法分析了农业用水过程中产生的负效益对农业水资源生态经济系统的损耗度，探究系统的可持续性。通过计算郑州市２０１２—２０１７ 年农业水资源生态经济系统的投入产出及负效益得出：郑州市２０１２—２０１６ 年农业水资源生态经济系统的经济损失率约为０．２５％，２０１７ 年小幅上升；伴随着医疗保障制度的完善和污染物治理措施的实施，社会失稳率逐年下降，由２０１２ 年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％；郑州市２０１２—２０１６ 年农业水资源生态经济系统的生态负载率基本稳定为１１．７％，２０１７ 年上升到１３．７％；郑州市农业用水负效益系统损耗度主要受社会失稳率和生态负载率影响，２０１６ 年达到最低９． ５４，２０１７ 年上升至１０．０３；郑州市农业水资源生态经济系统损耗度总体呈下降趋势，由轻度不可持续转变为临界不可持续，逐渐趋于良性发展，面源污染为主的生态负载率较大，需要进一步削减农业退水中的污染物，减少面源污染产出的负效益。

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【责任编辑 吕艳梅】