北京郊区农田生态系统服务功能价值的评估研究.pdf
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1、自然资源学报!#$%&(%&)#$&$*+#$,*+第-.卷第/期-.0年1月!#$%&$()*#+,%&-收稿日期:-./2.324.;修订日期:-.02.-2-4。基金项目:北京市科委软科学课题56././7.348。第一作者简介:杨志新54393:8,女,博士生,主要从事生态及环境方面的研究。*;?A=BC6DEBF4-9GHI!通讯作者:郑大玮543/:8,教授,主要从事生态、减灾和应用气象方面的研究。北京郊区农田生态系统服务功能价值的评估研究杨志新!,郑大玮!#,文化$(4G中国农业大学 资源与环境学院,北京4.3/;-G河北农业大学 资源与环境学院,河北 保定.14.4;JG北京农
2、林科学研究院,北京4.3/)摘要:由于耕地面积显著减少,京郊农田生态系统总服务价值由4339年的/04J J7/G.1K4./元下降到-.-年的J/-9 33.G-K4./元,减少4.79 J3JG70K4./元。其中粮食作物的各项服务功能价值在逐年降低,其它作物有不同程度的提高。9年间农业总服务价值平均值大约是其农业增加值的7倍,相当于7元服务价值产出4元经济生产力。9年间接价值平均为J/94 9.0G.7K4./元,大约为直接价值的9倍。农民承担了保护耕地资源的责任,却没有获得相应收益。从构成来看,在京郊现有耕作制度下,提供农产品份额为4-G/4L;调节大气成分和净化环境价值占据绝对主体,
3、两者之和占农田生态系统总服务价值的11L5净化环境占J1G04L,调节大气成分占J3G/7L8;土壤积累有机质价值为/G/L;农业观光游憩价值为JG7L;维持养分循环为4G-1L;蓄水功能为-G-4L;而保持土壤服务功能最低,仅占.G.4L。关键词:北京郊区;农田生态系统;服务功能;价值;评估中图分类号:M4/9文献标识码:&文章编号:4.2J.J15-.08./2.09/2.7城市郊区农业5主要指农田生态系统,包括种植业和果园8作为城市的子系统,由于其半自然半人工生态系统的特殊性,在农业生产活动中,为城市提供了粮食、蔬菜、水果等农副产品,同时也担当着生态服务和社会保障功能。城郊农业对城市环境
4、的生态屏障和社会保障效应在现代化大都市的发展中起着越来越重要的作用。迄今国内外关于资源生态价值评估理论与方法的研究主要集中在森林资源与水资源N4:0O,对于农田生态系统的价值评估目前尚无公认的标准与方法,国内关于独立的农田生态价值评估案例尚少N9、1O。本研究在借鉴自然生态系统价值评估方法的基础上进行相应参数的修正,同时也增加了农田特有的服务功能,进而对北京郊区农田生态系统服务价值进行评估,以期使决策者能够获得比较完整的信息P以高效配置郊区农业资源,有助于京郊农业的正确定位和可持续发展。4研究区概况北京市地处华北大平原的西北边缘,总面积4G9/K4./Q-,其中山区占9-L,平原占J7L。属于
5、暖温带半湿润大陆性季风气候,冬季寒冷干燥,夏季高温多雨,多年平均降水量014G3,降水分布极不均匀,主要集中在夏季,多以暴雨形式出现,年蒸发量达4 7.:-.。年平均气温3G.:4-G.R,!.R积温/.:/9.RS,无霜期0.:-.S。自4339年以来,粮食作物占耕地面积的比重大幅下降;蔬菜瓜果发展迅速,饲草等新兴产业初具规模,到-.-年!期杨志新等:北京郊区农田生态系统服务功能价值的评估研究表!北京郊区农田生态系统固定#$功能价值%!&元(#$%&(&)#%*&+,-#.$+/,01#20+/+,#3.0-*%2*.&-+4542&6 0/7&080/3 4*$*.$4 9:!5*#/;年
6、份=?:类型粮食作物 A:?B!?B=!CB!?AB?=?BA=A=BA!=!:B!经济作物 CB?A:B?!?B?C!?B:?AABAC B!=B蔬菜A CCBCAC!=BAC CACBAA?=?BC=!BC=:B=饲草C C?:B?C=:?BC!B?B!果园!BA C?B?=:BC=:!B?A?B?A?B?:=BC合计!C?CB!CC!BA!=A=AB:AAB?C B!?!C?!B粮经饲三元结构基本形成。同时,果园面积及产量也呈现明显增长趋势。京郊农田生态系统各项服务功能价值的评估本文参考了相关研究D?EF,并结合京郊农田生态系统的实际评估其服务功能价值。本研究仅考虑了农田生态系统正面服务
7、价值,对于其所带来的负面影响将另文阐述。$)!京郊农田生态系统产品服务价值本文界定的农田生态系统包括粮食作物(小麦、玉米、稻谷、薯类、大豆等)、经济作物(棉花、花生等)、蔬菜、瓜类、饲草的种植以及各种果园的生产经营,以农业增加值表示京郊农田在一定时期内给人类提供的农产品服务价值。从表A中的农业增加值数据看出,北京市=E:年农田生态系统产品服务价值呈下降趋势DCF(农业增加值中没有考虑秸秆价值)。$)$京郊农田生态系统调节大气成分功能价值评价本研究只考虑了农田生态系统各类作物在生长期间所提供的调节大气成分功能,至于收获物中碳进入各种生态系统转化中的汇效应或源效应不在本研究考虑之内。利用北京郊区农
8、田生态系统各类作物的经济产量、经济系数等相关资料,折算作物年净生物量,果树则按果树生产力及果树株数计算年净生长量。根据生态系统每生产B:3植物干物质能固定B=C3GH和释放B:3H,采用造林成本法9=:B元I2 G;和碳税法9A:美元I2 G,按美元J?B?元人民币汇率;估算固定GH的价值,以其平均值作为农田生态系统固定GH的价值;采用造林成本法9CABC元I2H;和工业制氧法9制氧工业成本!:元I2H;估算释放氧气的价值D:F,以其平均值作为农田释放H的价值。农田生态系统各类作物固碳制氧的价值通式为:作物类:!#$% K(;I)果园类:!*+$%饲草类:!#,$%L#,JD9K-;#)+
9、F9MI(;式中,!为固碳或制氧价值;#为各种作物年净生物量;$为固碳和制氧系数9固定GH系数为B=C;释放系数H为B:;;%为固碳或制氧成本;为作物经济产量;(为作物经济产量含水量;)为经济系数;#,为饲草年净生产量;-为鲜饲草含水量;#)为单位面积鲜草量;+为饲草或果园的面积;(为茎根比9:BC?;D!F;*为果树(以苹果为主)年净初级生产力;各作物参数选取力求符合其各自的特性。表、表表明,京郊农田生态系统固定GH和释放H总价值在近=年内明显下降,:年同比B:N:!元和=?=CB!N:!元和:CN:!元,经济作物、蔬菜、饲草、果园呈增加趋势,其固定GH价值增加!ACB!N:!元,释放H增加
10、=:C!BCN:!元。尽管如此,其增加仍远不能弥补粮食作物因播种面积下降所提供服务价值总量逐年减少的趋势。$)*京郊农田生态系统净化环境功能价值评估郊区农业特别是种植业,具有降解污染物和清洁环境的显著效应。适量的污水科学灌溉A=A自然资源学报!卷注:削减#$!的单位价值为%&元()*净化+$,、#$!的单位价值为%&元()-./为%0元();削减粉尘成本为12元3412、156。表!北京郊区农田生态系统净化大气及污水的价值#$%元&789:;8:?;A B83;C 8DE 8FC G?CFAFH83FD A?DH3FD A 8)CFH?:3?C;HIJI3;K FD L;FMFD)I?9?C9
11、I N1OJ?8DP类型100&100210051000!1!稻田净化气体O21%!&O2!%&!0Q%!101%1!52%!15%Q!0%00农田净化气体5!0%555!0%1O5!21%&!5 11%Q&52Q%12Q Q52%&O 08:?;A,J);D C;:;8I;A 8)CFH?:3?C;HIJI3;K FD L;FMFD)I?9?C9I N1OJ?8DP年份100&100210051000!1!类型粮食作物O&1 QO%QO&200%2O2 12%&20!%!Q 5!5%!5 OQ%!121 1O%5经济作物 O!%1Q%2 1O%20%O%5O 52&%2Q!QO%蔬菜10!%
12、010 21!%!10&22%0!&Q%Q!0&!%0!Q 2%!&Q50%1饲草!O11%0!O11%0!O11%00 01%!15 QO0%2&2&%&!11&%果园OQ 1O0%1O&1Q%0O2!&5%QQ!Q%Q&02%!&02%!&21%0合计Q1&O1%QQ!1%OQO!&Q%0OOO&!Q%Q&2 1O%2&2%01 0O&%1可减少化肥用量并降解有害物质,使污水得到净化;许多农田植物能吸收空气中的有害气体并分解之,如水稻能吸收大气中的#$!、+$!41Q6。农田还具有很强的消解畜禽废弃物功能。!%1净化大气环境价值因目前京郊农田单位面积净化各种污染物的具体数据难于获取,所以采
13、用马新辉等人研究的参数,取其水浇地和秋杂粮旱作作物对污染物净化的均值作为本研究的计算依据,稻田吸收各种污染气体量分别:#$!为OQ()N=K!8P;./为%Q2()N=K!8P;+$,为()N=K!8P;滞尘为%0!()N=K!8P。其他农田分别:#$!为OQ()N=K!8P;./为%5()N=K!8P;+$,为%Q()N=K!8P;滞尘为%0Q()N=K!8P41&、126。再根据郊区农田生态系统各种主要作物的耕地面积,运用替代法和防护费用法计算出农田作物净化大气环境的价值N表P。农田净化污染气体的价值在下降,!年同比100&年共下降 0O%&R1O元,平均每年降低Q&Q%&5R1O元。由于
14、缺乏果园净化污染物量的数据资料,没有做相关估算。稻田净化污染气体的价值&年间降幅较大,与水稻面积的大幅度减少直接相关。由于水稻的耗水量较大,北京未来将逐步退出水稻的种植,水稻田的减少固然会节水,但稻田的消失将会造成相关的经济及生态价值损失。!%!农田消纳废弃物功能价值评估N主要针对畜禽粪便P由于目前对畜禽废弃物的处理与利用还缺少低成本的有效技术,利用粪肥的主要方式还是直接施入农田土壤。不同类型畜禽的粪便,其肥效养分比例差异较大。为具有可比性,可将各种畜禽粪便统一换算成猪粪当量,本研究也以此表示农田的最大畜禽粪便消纳量。根据目前京郊农田生态系统的作物经济产量水平和需氮系数确定各种作物所需氮量N主
15、要养分指标P,再根据畜禽粪便的氮养分含量(假定作物所需氮养分完全由畜禽粪便所提供),估算目前生产条件下各类作物田所能消纳的最大畜禽粪便量。在这里还假定土壤氮养分保持平衡,且绝大多数为非豆科作物,固氮能力很有限,因而可以忽略土壤的供氮。如果没有农田这种特有的消纳降解功能,那么为了减少畜禽粪便污染环境,需要对其进行净化处理。目前一般采取资源化处理加工成有机肥料,加以循环利用,其处理成本直接体现在有机肥料价格中。农田对畜禽粪便的消纳净化相当于天然的粪便资源化处理,因此,本研究以有机肥价格作为农田处理废弃物的替代价格,目前有机肥出厂价格在QS1!元3之间4156,按其平均值5Q元3计算,估算农田消纳畜
16、禽粪便功能的价值。如图1,京郊农田生态系统消纳畜禽粪便总价值在降低,由100&年的1&O!QQ!%QR1OQ&!期杨志新等:北京郊区农田生态系统服务功能价值的评估研究表!北京郊区农田土壤积累有机质的价值#$!元%#$%&!&(#%)&*+,-#.)/)%#01*2 12 3*1%$4#561.)%0)6&.*3430&/12 7&18125 3)$)6$3 9:;!4)#2:=?:=:=A;A;:A;A粮食:BC;=:A;B?;CB:AB AC=:=!DC:=D=D!C;:=AC?BBD A?CD;蔬菜:=!:CD:=?C!AA!C:DD!A!C=D=BC?D B!C!:!D:?DC;:经济作
17、物?ABC?:A;CDB A;CDB A;CDB=;ACAB=BC!B:?:;?C!饲草:D?DC=:D?DC=:D?DC=:D?DC=D?A!CAA AC!D:D:ACD!果园A=?ACDAD;!BACA:D:B?CDDD:BCD=!:!=CB!:!BC?!D=!C=D合计:?B!=C:?A?BC=D:!?DC:=:=D BB=C;!:?A=C=:!?:C?:?;=?=C;!图:京郊农田消纳畜禽粪便价值变化E15C:&F&.*/G*3101*2 F)25(#%)&*+#561.)%0)6&.*3430&/12 7&18125 3)$)6$元 减 少 到A;A年 的:AD;=DDC?H:;!元
18、,其降解畜禽粪便的价值同比减少!:CH:;!元。其中,粮食作物消 纳 价 值 降 低 幅 度最 大,同 比 共 降 低?=B?=CH:;!元;而经济作物、蔬菜、饲草、果园呈缓慢增加趋势,它们合计同比共增加A?=;CH:;!元。然而由于粮田消纳价值的急剧下降,使得总消纳价值仍呈降低趋势。原因是农用地的大幅度减少使本来具有消纳降解作用的农田转为没有净化价值甚至排放污染物的工业及其它用地,使其净化功能减弱或消失。ACDCD京郊农田净化污水功能价值评价使用适量污水进行科学灌溉一定程度上可缓解农业用水和水资源的短缺,在利用水肥资源的同时还能降解水中的有害物质,使污水得到一定程度的净化。目前北京市污灌面积
19、达H:;!/A,年污灌量ACBBH:;/D。污水氮含量北京市平均为D;CA/5I%,按污灌面积H:;!/A计算,每年因污水灌溉进入农田的纯氮为=J5I/A,而目前农田化肥纯氮施入量约为DD;J5I/A,污水带入农田的氮量远低于目前农田化肥的平均施用量,可以认为目前的污灌量仍属适宜,对农田净化污水价值的评价可以此为依据。假设:=KA;A年的农田净化污水价值不变,采用影子工程法计算农田净化污水的价值,计算公式为:!#$%,式中,!为农田净化污水价值;!#$为郊区农田实际年污灌量ACBBH:;/DI#;%为处理污水的费用9目前北京市居民用水污水处理价格为;C元I0,非居民用水污水处理价格为:CA元I
20、0,取其平均值为;C=元I0年来污灌面积变化不大,因此,年间每年农田净化污水的价值计算结果为AA=B;H:;!元9表D。&!京郊农田生态系统保持土壤肥力、积累有机质的功能价值评价本研究采用土壤有机质持留法对农田生态系统保持的有机质物质量进行量化,而后运用机会成本法将农田系统土壤有机质持留量价值化,从而评价农田生态系统保持土壤肥力、积累有机质的价值。其价值公式为:!&!#(%,式中,&为各类作物种植面积;为表层土壤厚度9A;./;!为土壤容重9北京地区耕地平均为:C!=5I./D;#(为土壤有机质含量9N年间有增有减,基本保持稳定状态。其中粮食作物保持肥力的能力降低明显,由:=年的:BC;=H:
21、;!元下降到A;A年的BD A?CD;H:;!元,同比下降!BAC?=H:;!元,大约降低了一半。主要原因并非粮田土壤有机B?自然资源学报!卷质含量降低,而是粮食耕地面积大量减少。蔬菜、经济作物、饲草、果园积累土壤有机质的能力在提高,同比分别增加了!#$%&$#(&)、*&+,(&)、&+,!$,(&)和&)&*!$&(&)元。这些作物类型积累有机质的价值增加与农业结构调整相关,而整个郊区农田积累有机质的衰减直接与农用地面积的变化相关。!#农田生态系统维持养分循环的功能对于农田生态系统来说,因其凋落物量较小,从生物库方面考虑农田生态系统的养分持留,能动态地表示农田系统维持营养物质循环的功能
22、。利用北京郊区各类作物实际经济产量,所需营养元素-、.、/的含量等数据,估算各类型作物-、.、/的累积量,然后运用影子价格法(目前化肥平均价格为!,)%元01)2&)3定量评价农田生态系统维持营养物质循环的价值。其表达式为:!45#$%$&6%,式中,#为各类型作物-养分累积量,%为各类型作物.养分累积量,&为各类型作物/养分累积量,%为肥料价格。图!表明,!年同&%$年相比,农田养分循环价值降低了&),%(&)元,其中粮田养分循环价值降低!#$&!)(&)元,其他农田养分循环价值都有不同程度的提高。尤其蔬菜增加较快,与其种植面积不断扩大有关。同时粮食和蔬菜养分循环价值占据很大比重,依然处于主
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