土地整理中农田防护林生态系统服务功能价值核算——以榆林市榆阳区孟家湾项目为例

雷　娜，韩霁昌，张卫华，张　扬,董起广

(陕西省土地工程建设集团有限责任公司；陕西省土地整治工程技术研究中心；国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室， 西安 710075)



土地整理中农田防护林生态系统服务功能价值核算
——以榆林市榆阳区孟家湾项目为例

雷娜，韩霁昌*，张卫华，张扬,董起广

(陕西省土地工程建设集团有限责任公司；陕西省土地整治工程技术研究中心；国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室， 西安 710075)

摘要：农田防护林生态系统对于沙区生态系统格局的形成和功能的发挥具有重要意义。选取合理、成熟、可操作的森林生态服务评估体系和方法 (LY/T 1721-2008)，对孟家湾项目区农田防护林生态服务功能价值进行核算。结果表明：2012年孟家湾项目区农田防护林生态服务功能的总价值为2 722 489.59元，其中农田防护林防护的价值1 007 170.47元，保育土壤的价值1 341 437.45元，固碳释氧的价值3 800元，净化空气的价值2 281.67元，生物多样性保护的价值367 800元。因此，农田防护林生态系统服务功能价值巨大，该结果有利于加强人们对农田防护林生态系统的认识，可为生态系统管理、生态保护和生态补偿提供理论依据。

关键词：农田防护林；生态系统服务；价值核算；毛乌素沙地

长期以来，由于人类对生态系统服务功能不够重视，毛乌素沙地等环境变化敏感地区，土地利用一般都采取乱砍滥伐、过度放牧，即以破坏环境为代价开发利用土地资源，取得最大的产品和服务功能的非持续发展方式，使得毛乌素沙区生态环境进一步恶化，且步入恶性循环，不利于当地经济的持续发展。农田防护林作为森林生态服务系统的子系统在改良区域生态环境中发挥着重要作用，主要有调节局部小气候、增加作物产量、防风固沙、净化空气等[14]。因此，为了促使人们全面、准确认识毛乌素沙地农田防护林生态系统服务功能重要性和价值，自觉建设和维护农田防护林，同时为政府相关部门制定生态补偿、经济调控等政策提供参考和依据，我们以地处毛乌素沙地东沿的孟家湾为对象，研究估算了生态脆弱地带农田防护林生态服务价值。

2材料与方法

2.1项目区概况

孟家湾项目区位于陕西榆林榆阳区、毛乌素沙漠东缘，海拔1 200 m左右，地势西高东低，北高南低，最大高差约15 m，起伏变化不大，广泛分布砒砂岩和沙土，砒砂岩常呈片状结构，遇风、雨、冻、晒、外力等就松散为砂，地表板结紧实，植物根系下扎极为困难；沙土为吹扬沙土堆积而成，松散无结构。属大陆性半干旱季风气候，季节变化明显，温差大，光能资源充裕。本项目区利用韩霁昌[15]等提出的利用当地两种有害物质--砒沙岩和沙，进行适当比例混合，使荒漠变良田，新增耕地1 500 hm2；砒砂岩固沙后种植林草，形成49.04 km防护林带，共计36.78 hm2，其中新疆杨31 042棵、割头柳21 043棵，新疆杨4行、沙柳2行，株距、行距均为1.5 m。

2.2研究方法

运用价值量评价法和《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008)[15]，从价值量方面估算和评价孟家湾项目区农田防护林生态系统防护、保育土壤、固碳释氧、净化空气、生物多样性保护等生态功能价值。

3结果与分析

3.1防护林防护价值

主要通过作物增产的价值来衡量。2012年粮食平均价格为2.92元·kg-1，有学者通过实验研究计算出被农田防护林保护的农田粮食平均产量增加937.80 kg·hm-2[16]，孟家湾项目区农作物增产的价值计算公式为： $$U1=A·Q1·C1$$ U1-农田防护林防护价值(元·a-1)；A-农田防护林面积(hm2)；Q1-农田防护林存在增加的单位面积农作物年产量(kg·hm-2·a-1)；C1-农作物价格(元·kg-1)。

3.2保育土壤的价值

保育土壤的价值主要体现在农田防护林固土和保肥两方面。有学者研究认为我国农田防护林覆盖的土壤流失量可减少335.57 t·hm-2·a-1，土壤平均容重为1.24 g·cm-3，平均库容成本为6.11元·m-3，森林土壤表层氮、磷、钾的含量分别为0.37%、0.11%、2.23%[17]。碳酸氢铵含氮量、磷酸氢铵含磷量、氯化钾含钾量分别为17.7%、53.7%，53.5%，国家统计局2012年调查数据碳酸氢铵、磷酸氢铵、氯化钾价格分别为520、580、2200元·t-1，农田防护林固土、保肥的价值计算公式为：$$U2=A·C2·X/ρ$$ U2-农田防护林年固土价值(元/a)；C2库-库容成本(元·m-3)；ρ-土壤容重(g·cm-3)；X-有林地比无林地平均减少的土壤流失量(t·hm-2·a-1)。$$U3=A·X·(NS1/R1+PS2/R2+KS3/R3)$$ U3-农田防护林年保肥的价值(元·a-1)；N、P、K-林地覆盖土壤含氮、磷、钾量(%)；S1、S2、S3-碳酸氢铵、磷酸氢铵、氯化钾的售价(元·t-1)；R1、R2、R3-碳酸氢铵、磷酸氢铵、氯化钾中的氮、磷、钾量(%)。

3.3固碳供氧的价值

固碳供氧的价值分别采用造林成本法和影子价格法计算。中国造林成本为260.9 元·t-1；工业制氧的成本为600元·t-1[17]，有文献中指出阔叶树种的木材密度为286.0～379.0 kg·m-3[18]，可知木材密度平均值为330 kg·m-3；1 g 干物质形成过程中可以固定0.44 g CO2，同时释放1.408 g O2，干物质量为木材净生长量和比重的乘积。固碳供氧的价值计算公式分别为：$$U4=M·D·B$$ U4-固碳(供养)的价值(元/a)； M-形成1 g干物质可以固定CO2(释放O2)的量(g)； B-中国造林成本(工业制氧价格)(元·t-1)； D-平均干物质量(t·hm-2·a-1)。

3.4净化空气的价值

净化空气的价值主要计算农田防护林吸收二氧化硫、氟化物、氮化物以及滞尘的价值。单位面积阔叶树种吸收氟化物、氮化物、滞尘的能力分别为88.65、4.65、6.0、0.11 kg·hm-2·a-1。二氧化硫、氟化物、氮化物、阻滞降尘的治理费用分别为0.6、0.16、1.34、0.56元·kg-1[17]。吸收二氧化硫、氟化物、氮化物、滞尘、的价值计算为：$$U5=Q2·A·K2$$ U5-吸收二氧化硫(氟化物、氮化物、滞尘)的价值(元·a-1)；Q2-单位面积吸收二氧化硫(氟化物、氮化物、滞尘)的量(t·hm-2·a-1)；K2-清理二氧化硫(氟化物、氮化物、滞尘)的价格(元·kg-1)。

3.5保护生物多样性的价值

本文中主要计算农田防护林物种保护的价值。Shannon指数是国家林业局研究的物种保护计算的重要指数[19]，参照其可以得到陕西省物种保护的Shannon指数为1.56，通过查阅Shannon指数表得到农田防护林物种保护的价值为10 000元·hm-2。生物多样性保护的价值采用以下计算公式：$$U6=S4·A$$ U6-生物多样性保护的价值(元·a-1)；S4-单位面积物种资源保护的价值(元·hm-2·a-1)。

根据上述计算公式，得到孟家湾项目区农田防护林生态系统服务功能的价值见表1。

表1　孟家湾项目区农田防护林生态系统服务功能价值核算

由表1可知，孟家湾项目区农田防护林生态系统服务功能总价值2 722 489.59元。其中农田防护林防护的价值1 007 170.47元，保育土壤的价值1 341 437.45元，固碳释氧的价值3 800元，净化空气的价值2 281.67元，生物多样性保护的价值367 800元。

4结论与讨论

4.1基于生态补偿与市场化的讨论

国际上生态补偿的主要模式包括公共支付、市场支付以及国际组织的项目参与。公共支付是由政府通过各种补贴和优惠的税收政策、转移支付、直接投资等手段为提供森林生态服务的部门提供经济补偿。市场支付是在市场杠杆调节机制下，提供森林生态服务的部门与得利者之间根据市场规则进行的经济交易。还有一些国际机构、环保组织以及环保志愿者自愿为森林生态服务买单，提高森林生态系统服务的提供者的积极性。2002年森林生态补偿的案例已经或者即将在美洲和加勒比海地区、北美洲、欧洲、非洲和亚太地区等 287个地方实施[20]，国际上出现的各种形式的财政激励机制,对森林生态系统服务进行了有效的补偿,造福了服务的提供者，形成经济与环境可持续发展的局面。2012年孟家湾项目区农田防护林生态系统服务功能总价值2 722 489.59元。其中各分项生态服务的价值分别为1 007 170.47、1 341 437.45、3 800、2 281.67、367 800元，分别占孟家湾项目区农田防护林生态系统服务功能总价值的36.99%、49.27%、0.14%、0.08%、13.51%。孟家湾项目区农田防护林生态服务功能价值是巨大的。这些价值的实现就需要建立完善的生态服务市场以及合理的生态补偿机制。在将来很长一段时间,政府通过公共支付模式对生态系统服务的提供者进行经济激励仍然是主要的补偿方式。但从长期来看,仍然需要建立生态服务市场,在政府的监管下，通过市场调节由生态服务的使用者买单。

4.2基于外部性理论的讨论

生态服务的外部性包括生态服务使用的负外部性和正外部性。生态服务是一种公共产品，理性经济人在使用公共产品时，考虑到使用的成本为零，为保障实现个人利益的最大化，会最大限度的使用公用产品，形成明显的负外部性，出现“公地悲剧”。负外部性的出现是因为私人使用生态服务的边际成本MC1小于社会边际成本MC2，由私人边际成本决定的均衡产量Q1就会远大于社会均衡产量Q2(图1)。这恰好和实际中公共产品被过度使用相吻合；现阶段，林业的经营的收益全部来自于林产品、林木等有形产品，经营者在生态服务提供上几乎没有得到任何的收益，可见防护林所有者的私人边际净收益(MB1)远小于社会边际净收益(MB2)，私人边际净收益、社会边际净收益决定相应的均衡产量，私人均衡产量(Q1)就远小于社会均衡产量(Q2)，导致生态服务产品的市场供应明显不足。这种情况跟现实中生态服务或是生态补偿都由公共部门提供，个人无偿提供生态服务几乎没有的情况一致(图2)。孟家湾项目区农田防护林生态系统为当地提供多项服务，附近的城市、工业系统可以享受这些生态服务，但只是作为公共产品无偿享有，生态服务并没有得到补偿。环境经济学对外部效应也做了详细阐述，其核心理论是环境效益实现最大化时，外部边际成本和外部边际收益的值应该相等。外部性理论可以为生态补偿提供理论依据，该理论规定了生态补偿的价值区间。生态补偿的上限为产生外部效益的所有价值，生态补偿的下限为在产生外部效益中发挥主要作用因子的价值。运用外部性理论，2012年孟家湾项目区农田防护林生态补偿的上限应该为农田防护林生态服务的总价值2 722 489.59元，下限应该为农田防护林防护和保育土壤的价值2 348 607.92元。

图1　负外部性的市场均衡　　　　　　　　　　　 　　　图2 正外部性的市场均衡

4.3基于景观格局理论的讨论

2012年孟家湾项目区单位面积农田防护林生态服务功能的价值为74 020.92元·hm-2。陕西省土地工程建设集团承担的陕西榆林市孟家湾项目统计数据显示，孟家湾项目区农业总产量13 559 300元，项目区新增耕地1 500 hm2，由此得到2012年年单位面积农田服务功能经济价值为别为9 039.53元·hm-2，2012年单位面积农田防护林比农田产生的经济价值多64 981.39元·hm-2，两者对比可以看出，孟家湾项目区农田防护林生态系统服务功能对当地国民经济的贡献是显而易见的。当然，也不能采取“一刀切”，认为农田、防护林哪个产生的经济效率高就在哪方面增加投入，这种片面的经济行为不符合景观生态学的理论，景观生态格局理论认为，农田、防护林作为独立的生态系统，各自发挥着重要的作用，但是通过空间组合、优化配置，建设多树种、多结构、高效能的农田防护林体系，与附近的农田形成人工廊道系统。从整体上看，形成美观的景观生态格局，游憩的价值增加，同时由于景观格局发挥的整体效应，农田防护林生态系统提供的生态服务功能也将呈现几何效应倍数的增长[21]。

4.4基于可持续发展理论的讨论

可持续发展理论认为，人类的发展需要共同发展、协调发展、公平发展、高效发展以及多维发展。共同发展要求工业、城市、林业各个子系统之间相互协调，共同发展。协调发展包括经济、环境、人类社会三大系统的整体协调，人类的行为不仅要保证经济的增长，还要注重环境的保护和社会的和谐发展。区域经济的发展呈现一定的贫富差距，这种差距是因为水平差异而表现出来，这是发展经济的过程中必然会遇到的问题。如果这种贫富差距是因为不公平而引发的，就会造成发展中社会矛盾的加剧，成为经济社会的可持续发展的障碍。因此，公平发展要求一个区域的发展不能以损害其他区域的发展能力为代价。可持续发展的高效发展是指指经济、环境、社会等共同发展下的高效率发展。不同区域有着不同地理环境、文化差异、社会风俗等不同的背景环境，可持续发展要考虑到不同地域实体的可接受性，不同区域在实施可持续发展战略时，孟家湾地区要全面发展，就应该从本区域的实际出发，走符合本区域，具有本区域特色的可持续发展道路。工业、城市系统享受生态服务后，为农业、林业生态系统提供相应的补偿，只有生态服务提供者的利益得到补偿，才能持续的增加生态服务的供给，为城市、工业的循环发展、绿色发展提供保障，形成以人为本的自然-经济-复合的社会良性循环系统，鼓励经济的增长，生态环境的保护、资源的永续利用、社会的全面进步，保证该系统持续、稳定、健康的发展。

参 考 文 献

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森林生态系统服务具有两层涵义：一是可以不断地产出各种原材料和产品保证人类的生存发展；二是系统本身具有调节服务、文化服务和支持服务等，可以极大地改善人类生存和生产环境[1，2]，因与人类的福祉密切相关，而成为国内外研究的热点。生态系统服务功能评价主要有物质量评价法和价值量法这两种经典方法，二者因出发点不同，关注重点也不同，可以相互促进和互为补充。国外对森林生态系统服务功能价值的研究开始于20 世纪 50 年代，核算的内容主要是直接经济价值和森林游憩价值。日本林业厅在1972、1991、2000年运用工程替代法和施行费用核算了当年森林生态服务价值分别为 12.827、39.2、74.99万亿日元[3]。Adger WN等按直接价值、间接价值、选择价值和存在价值等四个方面，计算得出墨西哥森林生态系统服务功能的价值大约为40 亿美元[4]。自21 世纪开始，适合于大尺度评估森林生态系统服务功能的生态模型开始出现，Boumans[5]等利用全球生物圈复合模型，估算得出2000 年全球生态系统服务功能价值是世界生产总值的4.5倍。此后，还有CITY green、InVEST、ARIES以及SoIVES等生态模型被应用于生态系统服务价值评估中[6]。从1980年开始，我国学者逐渐把研究的焦点转向森林生态系统服务功能价值领域。国内学者对生态系统服务价值进行评估可分为两类，一是大范围内生态系统服务价值进行评估，主要是全国尺度；二是特定范围内生态系统服务价值进行评估，主要是中小尺度。侯元兆[7]等首次明确计算出中国森林生态系统服务价值，并规定了森林资源生态系统价值核算应该包括的内容。段晓峰[8]等对山东省、姜永华[9]对杭州市余杭区、陶先宝[10]等对苏南丘陵区、董洋洋[11]等对禹州市、韩秋萍[12]等对珠三角屏障区、肖强[13]等对重庆市等地区进行了相关的森林生态系统服务功能价值的研究。到目前为止，无论是全国范围还是特定地区的森林价值评估都还没有形成一套完整、统一的核算方法和评价标准，导致评价结果不具备可比性。

Value of Farmland Shelterbelt Ecosystem Services in Muus Desert——with Mengjiawan Project of Yuyang Disctrict in Yulin Prefecture as the Case

LEI Na, HAN Jic-hang, WANG Huan-yuan, ZHANG Yang, DHONG Qi-guang

(1.ShaanxiLandandEngineeringConstructionGroupCO.,LTD.,Xi’an,Shaanxi710075;2.ShaanxiLandReclamationEngineeringTechnologyResearchCenter,Xi’an,Shaanxi710075;3.KeyLaboratoryofDegradedandUnusedLandConsolidationEngineering,theMinistryofLandandResourcesofChina,Xi'an,Shaanxi710075)

Abstract:Farmland shelterbelt ecosystem is of vital importance to the structure and function of the ecological system in Muus desert. Based on the“Forest Ecosystem Services Assessment Standards”(LY/T1721-2008) issued by the State Forestry Administration, the farmland service function value was evaluated in 2012. The result showed that the total ecological service function value of the farmland in 2012 were RMB 2.72×106 Yuan, of which the shelterbelt protection value, soil protection, CO2 fixation and O2 release, air purification, biodiversity protection accounted for 1.07×106 Yuan, 1.34×106 Yuan, 3.80×103 Yuan, 2.28×103 Yuan and 3.68×105 Yuan, respectively. The result is helpful to strengthen awareness of farmland shelterbelt ecosystem protection, providing theoretical basis for ecosystem management, ecological protection, and ecological compensation.

Key words:Farmland shelterbelt; eco-service; valuation; Muus desert.

中图分类号:S718.55+7

文献标识码:A

文章编号:1001-2117(2016)02-0023-05

*通讯作者

作者简介：雷 娜(1985-)，女，在读博士，主要从事土地生态资源利用与管理等方面的研究。Email：619648133@qq.com

基金项目：“十二五”国家科技支撑项目山地丘陵区空心村整治关键技术集成示范(2014BAL01B03)。

收稿日期：2015-09-24