我国农业生态系统服务价值的核算方法

刘向华

（河南农业大学 经济与管理学院，郑州 450046）

0 引言

目前，农业生态系统价值核算研究处于裹足不前的状态：缺乏经济统计客观基础分析的传统主观行为分析方法如意愿调查法、享乐定价法等应用较多[1,2]。因此为避免主观方法的统计意义上误差，部分学者结合地理信息系统探析服务价值评估方法[3]，部分学者在生态服务价值评估使用机会成本法、市场价值法等定量方法核算服务价值[4,5]，这些核算方法在一定程度上消除了主观因素的过度干扰，但从经济学角度来说，经济理论与生态学的割裂导致地理信息系统只是服务价值评估的前导性过程，或在“市场失灵”状态下难以准确反映农业生态系统服务价值所在，从而无法完全修正服务价值评估方法。

同时由于农业生态系统服务起源于物种的多样性和群落的复杂性，多种生态服务之间存在错综复杂的直接相互关系和间接复杂关系，致使生态系统服务价值总量核算难以符合经济计量的确定性、定量化等要求[6,7]，导致了目前多数研究采用线性简单加总核算方法对某一区域或某一类型的农业生态系统服务进行价值研究和分析，或者直接利用相关研究进行成果参照和简单加总核算总量价值[8-11]，无法反映服务类型的相关性，导致价值总量存在重复计量等问题。

因此，本文在修正传统价值核算方法基础上，以河南省为例，探索使用非线性总量模型核算农业生态服务价值总量，以期最大程度消除价值重复核算等问题。

1 研究方法与模型

1.1 农业生态系统服务类型及核算方法

农业生态系统服务是人类能够从农业生态系统中获取的直接和间接利益，是该系统为人类生命过程提供的物流、能量流和信息流，即农业生态系统各个组分在自身功能性运作过程中形成的维持生命系统的环境条件和效用，一般包括农产品供应、气候调节、涵养水源、蓄水防洪、生物多样性、乡村景观休闲、科研等服务类型。这些服务之间存在千丝万缕的复杂网络相关性[12]。

为合理分析价值总量，首先需根据社会经济、地理特征和可行经济评价方法的要求，明晰各类服务，即价值评估指标体系：从社会经济和自然地理因素上来说，2014年河南省人均GDP为37072万元，工业产值占GDP比重为62.4%，三次产业结构比为：5.3:62.4:32.2；就业结构比为40.7:30.6：28.7，城镇化率为45.2%。根据陈佳贵等[13]测算工业化水平的方法，河南处于工业化中后期阶段，工业基础较雄厚但同时工业污染较严重；农业生产发达，属于国家重要的粮食生产基地，同时河南具有温带大陆性气候区域典型的水文、气候、土壤、植被等特征，因此农产品和工业原料提供、保护土壤和实现水资源的良性循环等是相当重要的生态服务类型，具有较大权重。另外从经济评价方法的可行性上来说，应选择数量上具有确定性边界和统计资料上完备的服务类型作为评价对象。

1.1.1 生产粮食和提供工业原料

作为全国最大的粮食主产区，河南农业生态系统最大的作用就是要为全国提供高质量粮食作物，同时为农产品加工业、造纸、饲料等行业提供工业基料。然而根据经济学价值取向原理，农产品一方面可为人类生产、生活提供必需品，另一方面可为净化水体、空气等服务提供必需的生物环境条件，所以如果盲目单一计算粮食生产的市场价值，易造成价值重复计算。所以为解决价值冲突，核算时从净收益角度需考虑农产品生产成本、收益、种粮补贴等概念，改进后的市场价值法公式如下：

V1：农业生态系统供给粮食和工业原料的年度净价值。

V11：农业生态系统粮食供给的年度净价值（元/a）；Vn：观察年份粮食作物生产的亩均净收益；M：观察年份的粮食播种面积。

V12：农业生态系统提供秸秆的年度价值；Jq：观察年份的秸秆总量；Jp：观察年份的秸秆市场单价。

1.1.2 保护土壤

农业生态系统作为半人工半自然的生态系统，其存在的根基就是土壤层的保护。农业生态系统一方面通过土壤层的滞洪沉沙功能有效防止降雨引起的水土流失，提供保护土壤的服务；另一方面通过土壤层的生物链促进土壤中的氮、磷、钾、碳等营养元素的循环，提供保障土壤肥力的服务。其价值评估方法如下：

V2：保护土壤的年度价值量；Np：观察年份有机质肥料市场平均价格（有机质重量按照纯碳量折算）。

V21：耕地土壤有机质的年度输入量（kgC/hm2）；Sq1：粮食作物的根系生物量（kg/hm2）；λ1：根系含碳量；Sq2：作物秸秆生物量（kg/hm2）；λ2：粮食作物的秸秆含碳量。

V22：耕地有机物质的年度输出量（kgC/hm2）；Cq1：不同类型耕地二氧化碳的排放量；Cq2：不同类型耕地CH4的排放量（kg/hm2）。

V23：土壤有机质的年度累积量（kgC/hm2）；ν23:按照纯碳量折算研究区域的土壤有机质单位含量；M：观察年份的耕地面积。

1.1.3 固碳吐氧

农业生态系统中大面积的农作物种植体系，可通过绿色植物的固碳吐氧提供气候调节服务。固碳价值可通过重置成本法、碳税法进行估算。吐氧的价值采用工业制氧成本代替生态系统的吐氧单位价值，结合生态系统的吐氧量进行核算。

第一，固碳价值，使用瑞典碳税法和造林成本法的加权平均方法①由于瑞典碳税法相关指标是基于瑞典的社会、经济条件核算的，所以本文以中国造林成本法核算的相关指标为核心，辅助瑞典碳税法相关指标，以期相关指标数值符合中国社会、经济和环境条件，并通过瑞典的差异化指标数值作为我国未来的核算基准。根据专家打分测算，两种方法的指标权重分别为：0.3和0.7（保留一位小数）。进行衡量：

V31:观察年份的农业生态系统固碳价值量；Qc：观察年份的农作物固碳量；Psw：瑞典碳税率933元/吨（按照当前汇率1:6.22进行折算）；Pcn：造林成本法的碳税率260.9元/吨。

Qns：观察年份的农作物生物干重量；η：北方作物的碳含量系数；μ：单位碳形成吸收的CO2含量系数；qi：观察年份的粮食产量；ε：植物干重率；π：粮食作物的经济系数。

第二，释氧价值，使用造林成本法和制氧工业法的加权平均方法②由于这两种方法是参照中国的社会、经济条件进行的，所以使用均匀分布进行权重设定。进行衡量：

V32：观察年份农业生态系统释放O2的价值量；Qoq：加权计算的粮食作物释氧量；Pjp：加权核算的释氧量单位价值（元）。

Lq：区域的年度粮食（小麦、水稻、玉米等）产量（吨/a）；α：粮食（小麦、水稻、玉米等）经济系数；δ：每克粮食作物（小麦、水稻、玉米等）的释氧量。

Cio：工业制氧成本400元/t O2；Czo：中国造林成本法352.93元/t O2。

第三步，确定固碳吐氧的价值总量，使用非线性计量方法：

V3：观察年份气体调节总价值（元/a）；a：固碳参数；b：释氧参数。

1.1.4 蓄水防洪

农田水利、耕地田埂等系统设施在汛期能够发挥类似小型水库的功能，为人类生产、生活提供蓄水防洪的服务。综合采用市场价值法和影子工程法进行衡量，一方面利用现有的水资源价格进行蓄水量的价值估算，另一方面通过建造相同蓄水量水库的费用进行核算；其改进后的价值评估方法如下：

V4：观察年份的耕地蓄水防洪价值（元/a）。

V41：农业生态系统蓄水量的市场价值；Qw：观察年份的年度蓄水量；Pw：观察年份的单位水价。

V42：影子价格法计算的蓄水防洪价值；H：区域耕地田埂平均高度；M ：观察年份区域的耕地面积（hm2/a））；Csk：水库工程费用法的单价（1.51元/m3）[1]。

1.1.5 维持生物多样性

农业生态系统虽然以某些农作物为核心植被，但作为半自然的生态系统，能够为自身或其他类型生态系统的物种进化和物种多样性提供产生和形成条件等服务。价值测算采用成果参照法，使用谢高地估算的维持生物多样性的当量因子0.71作为衡量基准[14]，其方法如下：

V6：农业生态系统维持生物多样性的价值量；ε维持生物多样性的单位面积价值量（元/hm2）；M：观察年份的区域耕地面积（hm2/a）。

1.1.6 乡村休闲旅游服务

农业生态系统作为半自然的生态系统，具有自然景观和人类参与的劳动协作过程，能够为公众提供放松休闲娱乐活动，同时作为半人工的生态系统，能有效传播农业文化知识和习俗，因此能够为人类提供乡村休闲旅游服务。核算价值使用旅行费用法：

乡村休闲旅游目前基本属于近地旅行，所以其费用核算如下：

V7：旅游价值；θ：人均乡村休闲旅游费用（元/a）；Rt：观察年份乡村休闲旅游人数；Cs：乡村休闲旅行的消费者剩余。

Tc：人均每年出游费用；Ct：人均旅行时间成本。

f(x)：按照旅游费用和旅行人数进行指数曲线模型的构建。

1.1.7 科研服务

河南是小麦等农作物最重要的基础科学、应用开发、教学实习等科研文化研究基地，因此科研文化服务价值也较突出。其核算方法如下：

V8：年度科研价值；V81：教育局统计的农业出版物、年宣传费用；V82：国家、地方政府以及科研单位的投入研究费用。

1.2 农业生态系统负面影响的价值评估

在粮食作物生产过程中，精耕细作的传统生产模式和高产量的要求导致农药、化肥、地膜等农用化学品使用规模和水平较高，对农业生态系统和人类生产、生活等也会产生负面影响，为更合理地反映农业生态系统服务价值所在，需计量农用化学品投入形成的负面影响。采用中原地区粮食生产过程中农用化学品形成的外部成本0.11元/kg，作为核算基准[15]。其方法如下：

N：农用化学品等投入物污染造成的负面价值（元/a）；Lq：研究区域的年度粮食总产量（吨/a）；Csociety：粮食生产的平均外部成本。

其他的负面效应如温室气体排放、劳动力生命周期下降等，和农药、化学用品等投入使用所产生的外部成本存在较高相关性，如计算此方面的负面效应价值，易导致负面价值重复核算，所以本文忽略此方面的计量分析。

1.3 农业生态系统服务价值总量核算模型

为避免传统简单线性加总方法的弊端，本文结合非结构模糊集方法通过乘法模型优化构建总量计量模型：

第一，合理确定农业生态系统服务类型的权重，构建非线性统计计量模型基础。当前农业生态系统服务内涵缺乏标准化的界定，其内涵理解和价值评估涉及经济学、生态学、农学等多个学科，所以对服务类型的确定需借助不同领域专业知识对其进行识别分析。为此采用专家打分基础上的非结构性决策模糊集进行服务类型权重确定，以提高计量结果的精确性。

非结构性决策模糊集就是在对生态系统服务进行分解探析的基础上，结合我国语言逻辑习惯，运用生态学、农学、经济学等领域专家的专业知识，以及互补性原则对农业生态系统服务网络复杂的定性因素，不断重复判断各类生态服务的权重进行二元比较分析与量化。具体的步骤如下：（1）定性分析农业生态系统服务的重要性；（2）采用合理的语气算子定量测定不同生态系统服务的重要性程度，构建农业生态系统服务的二元比较定量矩阵；（3）采用归一化处理，得出各类生态系统服务类型的权重分布状况。

第二，构建非线性总量计量模型。在传统生态系统服务价值分析中，总量计量采用简单加法模型，其假设前提是各个影响因素或组成部分之间是互相独立的，缺乏相关性，这与生态系统服务错综复杂的网络关系是不相符的。但乘法模型假设前提是各影响因素之间是相关性，并在网络结构结构中存在重要性层次之分。如农作物种植面积增加或减少，会引起其他服务整体增减变化，而不是单一服务变化。为此价值总量核算的假设前提：一是农业生态系统作为一个整体，其服务产生的基础——生态系统功能是交叉影响的，不能简单割裂；二是这些生态系统服务是有基础性的和附属性区分的。所以其正向价值总量核算方法为：

V：农业生态系统服务的价值总量；α0：基准价值量（某具体生态系统服务体系中的基础性服务，或者说关键性服务）；Vi：各类农业生态系统的服务价值量；βi：各类农业生态系统服务类型的权重。

其中，农作物种植是农业生态系统中基础性的中心服务节点，其他各类服务都是围绕此核心发挥作用的，即依附于此并随其变化而发生改变的，所以农作物种植是中心关键性服务。

2 核算实例——以河南省为例

2.1 分类价值核算

2.1.1 粮食生产和供给工业原材料的价值

2013年河南省夏粮生产中，粮食种植的收入为895.8元/亩，生产成本为580.5元/亩，获得粮食种植补贴46元/亩，所以河南夏粮种植的每亩平均收入为361.3元，夏粮播种面积为8090万亩，所以2013年河南农业生态系统供给夏粮的净收益为2.92×1010元。同年，河南省秋粮生产中，玉米和水稻平均生产收益分别为418.6元和816.9元，按照2013年河南省玉米和水稻的7032.7万亩播种面积，河南农民种植秋粮的亩均生产收益为504.3元。因此2013年河南农业生态系统供给秋粮的净收益为3.55×1010元。

2013年河南产生的秸秆总量为8600万吨，秸秆市场收购价格为120～300元/吨，取其均值为210元/吨，所以秸秆市场价值为1.806×1010元。

根据公式（1）2013年河南农业生态系统产生的粮食生产和供给工业原料价值量为8.28×1010元。具体情况见表1：

表1 农产品供给价值表

2.1.2 保护土壤的价值

按照纯碳量折算，近年河南省土壤平均的有机质含量为52.76×103kgC/hm2，中国有机质肥料市场平均价格为1300元/吨，2013年的河南省耕地面积为819.2万公顷。所以按照公式（2）和公式（4），保护土壤服务的价值为56.19×1010元。

2.1.3 固碳吐氧的价值

2013年河南小麦、水稻、玉米的产量以及三种农作物的平均经济系数和平均干重率、有机碳平均含量如表2所示：

表2 小麦固碳吐氧相关数据

根据公式（6）计算所得2013年河南省粮食作物的生物量干重为7835.64万吨、894.08万吨、3772.65万吨。同时农作物1单位有机碳形成需要吸收的CO2量为3.6单位，所以2013年河南省主要粮食作物固碳量为11255.11万吨、1345.41万吨、6030.20万吨。按照碳税价，其固碳价值为8.62×1010元。

2013年河南省小麦、水稻、玉米的释氧物质量达到4057.02万吨、454.89万吨、2258.97万吨，农作物释放氧气的单位价值量为376.47元/吨，因此2013年其释氧价值量为5.08×1010元。

因此按照专家评分权重结果（7：3）分析，根据公式（8）加权总量合计2013年其固碳吐氧价值量为7.36×1010元。见表3：

表3 固碳吐氧价值

2.1.4 蓄水防洪服务价值

2013年河南水资源总量为215.2亿立方米，单位土地面积的水资源量1288.62立方米/公顷，所以河南省耕地的蓄水量为1.1×1010立方米；生活和生产用水单价全省平均为1.7元/立方米，因此从市场价值角度衡量耕地蓄水价值为1.87×1010元。

同时2013年河南省各类型耕地平均田埂高度为20cm；建造水库的平均单价为1.51元/立方米。所以2013年其蓄水防洪价值按照影子工程价计算价值为2.47×1010元。

所以2013年其蓄水防洪服务价值量为2.17×1010元。具体情况见表4：

表4 蓄水防洪服务价值

2.1.5 维持生物多样性服务价值

按照夏秋两季粮食生产的亩均收益进行加权平均，2013年河南省粮食种植的亩均收益为427.8元，使用谢高地估算的维持生物多样性的当量因子0.71作为衡量基准，因此计算2013年度的河南省农业生态系统维持生物多样性服务的价值量为3.73×1010元。

2.1.6 乡村休闲旅游价值

2013年河南省17个地市国内人均旅游费用视作旅游产品的供给价格，旅行人数作为需求量，其旅游休闲曲线如下：

农家乐属于近郊旅游，其旅游花费较低，按照2013年河南人均国内旅游费用761元，河南省的农家乐旅游最高费用设定为1500元，因此2013年河南农家乐消费者剩余为1.33×1010元。

根据时间价值是工资的33%[16]，年工作时间按照250天计算，农地旅游按照2天的旅行时间计算，2013年河南省旅游时间成本为103.48元。2013年，河南省在岗职工平均工资水平为38804元，所以其短期国内旅行费用为967.96元。根据调研结果，河南省城镇居民近郊农家乐的出游率为68.2%，城镇人口为4643万人，所以消费者旅行费用为3.07×1010元。

因此，2013年河南省近郊农地旅游费用为4.4×1010元。见表5：

表5 乡村休闲旅游服务价值

2.1.7 科研服务价值

2013年河南省农业学科的研究经费为4.08×108元，由于缺乏教育和宣传部门统计的农业方面的年度宣传和出版物费用，所以科研服务价值直接按照研究经费进行计量。所以该部分价值为4.08×108元。

2.1.8 农业生态系统负面影响的价值评估

2013年，河南省的粮食总产量为5713.69万吨，所以河南省的农业生态系统负面影响为6.29×109元。

2.2 总量价值测算

2.2.1 生态服务类型的权重测定

第一，语气算子分析。遵循我国的语言表述习惯，设定10级别的语气算子。见表6：

表6 语气算子与定量标度之间的关系[17]

把专家的定性语言转化为语气算子进行衡量，对多位专家的权重设定情况进行均值化处理，以减少权重设定的误差程度。

第二，构建二元比较定量分析矩阵。

根据矩阵F进行农业生态系统服务比重的归一标准化处理，得出河南省主要农业生态系统服务类型的权重如表7所示：

表7 河南省农业生态服务类型权重表

作为复杂网络结构，农业生态系统各类服务间存在直接和间接相关性：首先某些服务之间存在直接相关，如土壤保持、生物量与固碳服务之间存在双向正反馈关系，而土壤保护与农产品供给之间存在负反馈关系等。其次，各类农业生态系统服务之间还存在同时影响和级联影响等更复杂的间接关系。因此上述方法能够明晰农产品和工业原料提供是河南最重要的生态服务类型，其服务能力显著影响自身以及其他服务，为此可按照“供给、支持、文化”这样的优先序进行服务影响力的排序；而且上述方法能够说明河南农业生态系统各类服务之间存在相互正关系，所以利用专家经验准确界定各类服务之间作为“生态系统服务簇”的地位和作用：以农业生态系统服务全局观为出发点，在服务“一体化”的计量要求下探析合理权重，避免传统总量加法模型中的独立假设和重复计量等问题。

2.2.2 总量价值的核算

粮食生产价值可作为粮食主产区——河南省的基础性关键服务，所以总量测度中的基准价值量就是2013年夏秋两季粮食生产的市场价值：6.47×1010元。按照河南省农业生态系统服务类型的各自价值量和权重设定，运用公式（16）进行河南省的农业生态系统服务价值总量核算：

2013年河南省农业生态系统服务价值总量为38.39×1010元。扣除负面价值之后，其价值总量为37.76×1010元，原因在于各类生态服务之间存在复杂的网络相关性，具有价值取向和重叠等问题，所以总量明显低于传统的简单加总价值量。

2013年河南省农业生态系统服务价值测算如表8所示。

表8 2013年河南省农业生态系统服务价值测算表

3 结论与展望

3.1 计量结果讨论

第一，服务划分和选取。根据农业生态系统服务类型内涵和选取原则，以及我国的主体功能区划分，2013年河南省农业生态系统服务类型包括：农产品和原材料供给、保护土壤、固碳吐氧、蓄水防洪维持生物多样性、乡村休闲旅游、科研文化，其在整体服务网络结构中的权重分别为28.99%、18.38%、11.28%、12.97%、15.48%、6.67%、6.24%。

作为全国重要的粮食主产区来说，粮食生产是目前河南最重要的农业生态服务类型，而影响粮食生产的关键因素是土壤质量，所以保护土壤成为另一重要的服务类型。作为半自然半人工系统，农业生态系统能够提供重要的净化和气候调节服务，所以固碳吐氧、蓄水防洪等服务类型的重要性也相当高。但相较于纯粹自然生态系统来说，农业生态系统提供生物多样性的重要性就有所下降。同时现阶段我国人民生活水平不断提高，乡村旅游休闲和科研文化服务也就成为比较重要的服务类型，因此这些服务虽重要，但较之前面几类生态系统服务来说，其重要性相对低。

第二，价值核算结果分析。2013年河南各类农业生态系统服务价值：8.28×1010元、56.19×1010元、7.35×1010元、2.17×1010元、3.73×1010元、4.4×1010元、0.04×1010元，其总量达到37.76×1010元，相较于传统的总量计量价值81.53×1010元低了2.01倍，原因在于生态系统服务的复杂网络特性，各类服务间存在高度相关性，基于此，新总量计量模型能够有效剔除重叠价值，所以比传统的简单加总要低，甚至低于某一类生态服务价值。

3.2 方法改进

生态系统及其过程的复杂性导致其服务内涵与类型的理解存在较大差异，致使其价值评估方法也存在不同学科背景下的多角度计量模式，获得的价值计量结果千差万别。因此为提高农业生态系统服务价值评估的可行性，本文进行了方法改进：

第一，单位价值量的计量基准。一是加权运用不同类型的成果。通过瑞典和中国的社会发展程度的差异，动态反映我国农业生态系统服务未来情况，同时运用中国造林法和工业制氧法反映中国当前情况，加权结合二者单位价值量比简单平均方法能更真实有效地反映当前生态服务价值。二是运用国内研究确定的标准，究其原因在于国内相关领域研究是依据中国地理和社会经济条件，符合经济学意义上成果参照法的要求。不过第一种方法在一定程度上存在高估；第二种方法缺乏相关数据的动态分析，不利于研究农业生态系统服务的变化。

第二，总量计量模型的非线性设定。各类生态系统服务类型是互相关联的，属于典型复杂网络结构，所以本文使用非线性模型：立足于生态系统作为生物与环境统一整体的角度，界定各类服务在其服务网络结构中的权重，模拟分析各类服务之间相互影响、相互制约的动态平衡关系，消除重复核算问题，提高评估结果的可行性和可靠性。

未来需根据农业生态系统服务之间的复杂网络关系，定位它们的直接、间接互动影响，充分挖掘其相关程度，不断改进价值评估方法和总量计量模型，提高价值分析精度，构建农业保护政策体系的科学定量分析前提。

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