杨 腾 孙艳华
(1.湖南农业大学 商学院,长沙 410114;2.湖南文理学院 经济与管理学院,湖南 常德 415100)
生态系统服务密切关系着人类福祉,影响着整个地球的价值。生态系统服务价值简称生态价值(The value of ecosystem service, VES),是生态系统提供给人类的总服务价值,生态系统服务包括供给服务、调节服务、文化服务以及支持服务[1]。Daily[2]的著作《生态系统服务:人类社会对自然生态系统的依赖性》出版,使得生态系统服务价值越来越受到生态学、生态经济学等学科领域的重视。但是生态系统服务价值衡量方面存在较大差异,生态服务很难进入市场,也没有形成相应的价格机制,类似于交易成本。例如,有学者认为生态系统服务是有限资源无限价值;但也有人认为生态系统服务因为没有定价而不存在价值。Costanza等[3]在《Nature》杂志上发表了有关全球生态系统服务价值定量评估的文章,首次提出了生态价值当量因子法,为生态价值的量化评估奠定了基础。已有文献按照宏观生态类别对湿地、森林、海洋、草原、荒漠等生态系统服务价值进行了研究[4-8],也有对长江中游地区、大清河阜平流域、宁夏贺兰山国家级自然保护区、北京市耕地、吉林省农用地等重点区域或省份的生态价值进行研究[9-13],但是少有文献对农业生态细分,如稻田生态系统、麦地生态系统、鱼塘生态系统等的服务价值进行研究。
价值获取和成本的产生是辩证的,生态系统服务价值评估忽略了其服务过程的成本,不能作为政策制定的准确依据[14]。自然生态系统已经严重受到人类活动的影响和干预,这些影响和干预活动必然会产生一些生态系统服务成本[15]。生态系统服务成本简称生态成本(Ecosystem service cost,EC),如,为实现或提高生态系统的服务功能而施用化肥、农药、使用机器设备、灌溉成本、资源成本、养护成本等给生态系统带来的负面影响或损失。人类对自然生态系统的干预可能会增加其生态价值,但其产生的生态成本由于缺乏科学的衡量通常是被忽视的,进而导致生态服务稀缺成为常态[1]。目前已有文献对生态成本的研究尚少,主要侧重于对某一较小区域(城市道路绿化带)[16]和具体作业(稀土资源开发、煤炭开采)[17-18]的生态成本进行研究。
事实上,生态系统服务价值的准确衡量对人类生存与发展至关重要,在工业化、城镇化快速推进时,由于生态价值得不到合适的补偿,人们更关注经济价值而忽视生态价值,使得生态环境不断恶化[19]。2018年4月农业部发布了建立稻谷生产者补偿机制的文件,该文件发布的目的是进一步完善稻田生态补偿机制。2019年“中央一号文件”提出要“完善粮食主产区利益补偿机制,健全产粮大县奖补政策”,将生态补偿作为农业重要工作提出,将稻谷、小麦作为必保品种,确保粮食播种面积稳定在1.1亿hm2,这是确保谷物基本自给、口粮绝对安全的基本保障。目前“市场定价,价补分离”的补贴政策,没有准确地考虑稻田生态系统服务净价值,不能够贯彻2019年“中央一号文件”中提出的“粮食提质”和生态环境保护的导向。准确地量化和评估生态系统服务净价值,可以更好地为政府完善生态补偿机制提供参考依据,有助于优化农业结构,保障粮食安全,促进生态环境可持续发展。生态系统服务净价值是生态系统提供给人类的净福利,为生态价值与生态成本之差,简称生态净价值(The net value of ecosystem service,NVES))。即生态净价值=生态价值-生态成本[20]。生态净价值把生态成本从生态价值中剔除,对生态成本的核算有利于对生态环境的保护,有利于维持生态平衡,从而提高生态系统的自我修复能力,继续提供生态服务[20-21]。国外少量学者对中国湿地生态系统、草原生态系统和北京植树造林的生态净价值进行了研究[22-24]。但总体而言,现有文献关于生态净价值的研究主要侧重于宏观方面,对农业生态系统服务净价值的研究尚且不足。
稻谷是中国三大主要粮食作物之一(小麦、玉米、稻谷),根据2018年《中国统计年鉴》[25]数据,稻谷播种面积约占中国粮食播种总面积的26%。稻谷种植面积大,产量高,是中国粮食产业的支柱,对中国农业生态价值影响重大。稻谷种植过程中施用的化肥和农药,其被水稻吸收利用的过程比较缓慢,未被吸收的部分会残留在土壤中,对土壤微生物群和生物酶活性有极大影响。同时也可能造成土壤板结和重金属沉积,从而对水稻造成长时间污染,如土壤中镉金属的沉积被稻谷吸收,造成稻谷污染,形成“镉大米”等。未被吸收的化肥和农药还会有一部分会流入水源中、挥发到空气中,造成水污染和大气污染。目前大多数研究都侧重于生态价值的评估,而忽视了生态成本的核算。鉴于此,本研究选择中国稻田生态系统作为研究对象,从微观角度出发,对稻田生态系统服务净价值进行评估。研究结果可为稻谷生态补偿提供更精确的参考数据,以期为其他农作物的生态净价值评估提供新的方法;研究核算的生态成本数据对生态环境治理和生态文明的发展具有重要指导意义。
对中国30个省、自治区和直辖市、2007—2016年的稻田生态净价值进行评估,青海省由于数据缺失,而没有进行核算。考虑到数据的可获得性,研究范围不包括港澳台地区,下同。各省份稻田面积、氮肥施用量、磷肥施用量、化肥施用量、水旱田比例等数据来源于2008—2017年《中国统计年鉴》[26]、2008—2017年《中国农村统计年鉴》[27]。根据2017年《中国农村统计年鉴》[26]中国稻田化肥投入情况表得:2016年中国稻田施用氮肥为0.53 kg/hm2,磷肥0.03 kg/hm2,化肥1.51 kg/hm2(折纯量)。近年中国水田和旱田比例变化不大,研究采用2016年中国水田和旱田的比例(水田45.5%,旱地54.5%)对最新单位面积农田生态价值当量因子进行加权校正,校正结果如表1所示:
用平均法对全国各个省份农田生物量因子进行校正[28],校正结果如表2所示:
千年生态评估系统将稻田生态价值按照生态服务类别分为四大类:供给服务(食物生产、原料生产、水资源供给)、调节服务(气体调节、气候调节、净化环境、水文调节)、支持服务(土壤保持、维持养分循环、生物多样性)、文化服务(美学景观)。各省份稻田生态价值的影响指标为稻田面积、各省份生态系统服务价值当量、各省份农田生物量因子。
稻田生态系统受人类活动的干预较多,主要考虑稻田施用化肥和农药带来的生态成本(灌溉消耗的水资源成本已经在稻田的生态价值核算中以负数形式表示)。根据生态成本产生的原因,将稻田生态成本分为:化肥污染环境的生态成本ECF(化肥污染大气的生态成本EC1、化肥污染水体的生态成本EC2、化肥污染土壤的生态成本EC3)和农药污染环境的生态成本ECP。农药对环境污染的生态成本按照损失粮食产值的1%来计算[29]。
根据生态净价值为生态价值与生态成本之差,构建的稻田生态净价值的评估指标体系如表3:
1.3.1稻田生态价值评估模型
当量因子法是生态价值评估最原始的方法,采用校正后的当量因子进行计算。根据当量因子法,建立稻田生态价值计算模型如下:
VESj=∑Sj·Pi·A·Bj
(1)
式中:VESj表示j地区稻田生态系统服务价值;Sj表示j地区稻田的年种植面积,hm2;Pi表示校正后的i类服务的单位面积生态系统服务价值当量因子[29];A表示每单位面积生态系统服务价值当量对应的价值,其中Pi·A等于省级生态价值当量,Bj表示各省份生物量因子。
1.3.2稻田生态成本模型
稻田生态成本主要包括稻田施用化肥和农药对环境带来的生态成本,其中施用化肥对环境造成的负面影响主要考虑化肥对大气、水体、土壤的污染。化肥对大气的污染主要是化肥挥发后产生有害物质扩散到空气中,如氮肥以NH3和NOx的形式散失到大气中会导致大气污染(大气污染主要污染物是粉尘、硫化物、氮氧化合物,在此不考虑NH3对大气的污染)。化肥中的氮、磷等元素进入水体和土壤会造成严重的污染。据此建立稻田施用化肥带来的生态成本模型如下:
(2)
式中:ECFj表示j省份稻田施用化肥污染环境产生的生态成本;EC1j、EC2j、EC3j分别表示j省份稻田中施用化肥对大气、水体和土壤的污染的成本;Nj为j省份稻谷年施用氮肥强度,kg/(hm2·年);Sj为j省份稻谷的种植面积,hm2;QNOx为氮肥以氮氧化合物形式散失率(0.5%)[30];TNOx为目前汽车尾气脱氮处理的费用(16元/kg)[31];QNW为氮肥流入水体的比例(10%);TNW为污水处理厂处理总氮的平均成本(5元/kg)[32];Pj为j省份稻谷年施用磷肥的强度,kg/(hm2·年);QPW为磷肥流入水体的比例(10%);TPW为污水处理厂处理总磷的平均成本(5元/kg)[32];Wj为j省份稻谷种植化肥年施用强度,kg/(hm2·年);TCF为施用化肥导致土壤污染的单位生态成本(0.3元/kg)[33]。
稻田施用农药造成负面影响的成本ECPj按照损失粮食产值的1%来计算,计算方法为:
(3)
式中:Gj为j地区粮食总产值,元/a;Sj为j地区稻田面积,hm2;Suj为j地区农作物播种面积,hm2[8]。
表3 生态净价值评估指标体系Table 3 Evaluation index systems for the NVES
稻田生态成本为稻田施用化肥和农药对环境造成污染的成本之和,即:
ECj=ECFj+ECPj
(4)
1.3.3稻田生态净价值评估模型
生态净价值是考虑了生态成本的生态系统服务给人类带来的净福利。根据生态系统服务净价值等于生态价值与生态成本之差,生态净价值的计算如下:
NVESj=VESj-ECj
(5)
式中:NVESj表示j地区稻田的生态净价值;VESj、ECj分别表示j地区稻田生态价值、稻田污染的生态成本。
根据稻田生态价值模型(1)计算得出2007—2016年中国各省份稻田生态价值结果可知,2016年中国稻田生态价值为1.344×1012元,其中提供水文调节的价值最高为0.471×1012元,占全年稻田生态系统价值的35%。中国稻谷种植大部分为水稻种植,灌溉用水比较多,所以稻谷种植在提供水资源方面的生态价值为负数,2016年稻田生态水资源供给服务的价值为-0.403×1012元。食物生产的价值为0.368×1012元、原料生产的价值0.088×1012元,气体调节的价值0.296×1012元、气候调节的价值0.155×1012元、净化环境的价值0.045×1012元、土壤保持的价值0.192×1012元、维持养分循环的价值0.052×1012元、生物多样性的价值0.057×1012元、美学景观的价值0.025×1012元。2016年中国稻田生态价值按服务价值类别分布图如下图1所示:
图1 2016年中国稻田生态价值分类分布图Fig.1 Distribution of VES classification of paddy in China in 2016
稻田生态系统提供的主要服务价值为食物生产、气体调节和水文调节,均在0.2×1012元以上。服务价值在0.1×1012元以下的生态价值类别有原料生产、净化环境、维持养分循环、生物多样性、美学景观。气候调节和土壤保持服务价值介于0.1×1012元与0.2×1012元之间,水资源供给价值是负数,反映了稻谷种植过程中的水资源消耗情况。
根据模型(1)计算得出2007—2016年中国稻田生态价值如下图2所示:
图2 2007—2016年中国稻田生态价值图Fig.2 VES of paddy fields in China from 2007 to 2016
中国稻谷种植生态价值由2007年的1.304×1012元上升到了2016年的1.344×1012元,增加了0.04×1012元。从2007—2016年中国稻谷种植生态价值总体呈上升趋势,特别是在2015年达到顶峰值1.368×1012元,2014和2016年的稻田生态价值有些下降。
根据稻田生态成本模型(2)~(4)计算得出2007—2016年中国各省份稻田生态成本可知,2016年中国稻田生态成本为0.144×1012元。由于各省份稻田生态成本差额较大,将各省份稻田生态成本按照升序进行排列,得到如图3(a)和3(b)。其中图3(a) 显示了稻田生态成本在0.000 1×1012元以下的12个省份:北京、山西、西藏、甘肃、天津、宁夏、新疆、河北、上海、内蒙、山东、陕西;图3(b)是稻田生态成本在0.000 1×1012元以上的18个省份。湖南省和安徽省的生态成本较高,其中,湖南省稻谷种植面积最大,施用化肥和农药总量较多,生态成本最高为0.028×1012元;安徽省生态成本为0.026×1012元。除此以外,稻田生态成本较高在0.01×1012元以上的稻谷省份还有:黑龙江0.011×1012元、广东0.011×1012元、湖北0.012×1012元、江苏0.014×1012元、江西0.015×1012元。最后,海南、贵州、辽宁、重庆、河南、吉林、浙江、福建、云南、四川、广西11个省份的稻田生态成本介于0.000 1×1012元与0.01×1012元之间。
图3(a) 2016年部分省份稻田生态成本分布图Fig.3(a) Distribution of paddy field EC in some provinces in 2016
图3(b) 2016年部分省份稻田生态成本分布图Fig.3(b) Distribution of paddy field EC in some provinces in 2016
用稻田生态成本与稻田生态价值的比值来衡量稻田生态系统的污染程度,表示稻田生态系统在提供每一单位生态价值服务时带来的成本的值,在此称为生态成本比例。主要显示了各省份稻谷种植过程中施用农药和化肥带来的污染,为各省份针对性的治理稻田污染和生态环境指明了方向。由于生态成本比例差值较大,将2016年各省份生态成本比例按照升序排列形成如图4(a)和4(b):
图4(a) 2016年部分省份稻田生态成本比例分布图Fig.4(a) Distribution of EC ratio of paddy field in provinces across China in 2016
图4(a)显示了生态成本比例在4%以下的省份,依次是北京、西藏、甘肃、山西、天津、上海、山东、河北、宁夏、新疆、内蒙、陕西、重庆、浙江、海南、贵州、辽宁、河南,共18个省份,这些省份的稻田生态系统受农药和化肥的污染程度较小;图4(b)显示生态成本比例在4%以上的省份,这些省份的稻田生态系统受农药和化肥的污染程度相对较高,依次是福建、吉林、四川、江西、湖南、江苏、云南、广东、湖北、广西、黑龙江、安徽。
图4(b) 2016年部分省份稻田生态成本比例分布图Fig.4(b) Distribution of EC ratio of paddy field in provinces accross China in 2016
2016年中国稻谷种植生态价值1.344×1012元,生态成本为0.144×1012元,生态成本占生态价值的10.7%。生态成本比例在中国平均水平以上的省份依次是广东12.32%、湖北12.87%、广西13.1%、黑龙江14.65%、安徽28.99%,这些是稻田生态系统受农药和化肥污染较严重的省份。
计算得出2007—2016年中国稻谷种植生态成本如图5所示:
图5 2007—2016年稻田生态成本图Fig.5 EC of paddy fields in China from 2007 to 2016
由图5可见,中国稻谷种植生态成本由2007年的0.142×1012元上升到了2013年的0.154×1012元。中国稻田生态成本从2007年开始呈上升趋势,到2013年达到顶峰,从2014-2016年开始呈下降趋势,说明近三年中国稻谷种植施用化肥和农药对环境污染的程度有所减缓。
根据模型(5)和全国各省市的统计数据计算得2007—2016年中国稻田生态净价值结果如表4:
表4 2007—2016年中国各省份稻田生态净价值表Table 4 NVES of paddy fields in Chinese provinces from 2007 to 2016
2016年中国稻谷种植的生态价值1.344×1012元,稻谷种植的生态净价值1.2×1012元,平均生态净价值为3 977元/hm2。其中湖南省稻谷种植生态净价值为0.245×1012元,居全国第一,占全国总生态净价值的20.4%。2016年湖南省稻谷种植面积居全国第一,全省稻谷种植面积达418万hm2;北京市稻谷种植生态净价值最低为6.13×106元,占全国比例的0.000 5%。北京市稻谷种植面积只有0.017万hm2。2016年各省份稻谷种植生态净价值占全国稻谷种植生态净价值比例从高到底依次为:湖南21%、江西13%、江苏10.2%、四川7.1%、湖北6.7%、广东6.6%、安徽5.4%、黑龙江5.1%、广西4.8%、浙江4%、福建3.3%、河南2.5%、重庆2.3%、吉林2%、云南1.8%、贵州1.2%,其他省份北京、天津、河北、山西、内蒙古、上海、山东、海南、西藏、陕西、甘肃、宁夏、新疆稻田生态净价值占比均在1%以下。
根据生态价值与生态成本计算得到2016年中国各省份稻田生态净价值结果如图6:
2016年湖南省稻谷种植生态净价值为0.245×1012元,稻谷生态价值为0.273×1012元,居全国第一;北京市稻谷种植生态净价值最低为6×106元。由图7可以看出,2016年中国稻谷种植生态净价值较高的地区主要集中在中东部地区,西北地区比较低。其中稻谷种植生态净价值在100 000×106元以上的省份有江苏0.123×1012元、江西0.156×1012元和湖南0.245×1012元,另外几个稻田生态净价值较高的省份为:安徽0.064×1012元、黑龙江 0.062×1012元、湖北0.081×1012元、广东0.079×1012元、四川0.085×1012元。稻谷种植生态系统净价值在10 000×106元以下的省份有北京、河北、山西、内蒙、上海、山东、海南、西藏、甘肃、宁夏、新疆。
2007—2016年中国稻谷种植生态净价值如图7:
图7 2007—2016年稻田生态净价值分布图Fig.7 Distribution of NVES of paddy fields from 2007 to 2016
由图可见,中国稻谷生态净价值从2007年的1.163×1012元上升到2016年的1.2×1012元,其中2015年达到顶峰,值为1.218×1012元。中国稻谷种植生态净价值的变化趋势与生态价值的变化趋势总体一致。
计算得出2016年中国稻田生态价值为 1.344×1012元,与谢高地等[1]计算得出的2010中国不同类型生态系统服务总价值量为38.10×1012元,其中农田占6.2%,即农田生态系统服务价值为2.36×1012元的结果一致。考虑到稻田施用化肥和农药带来的生态成本,2016年中国稻田生态成本为0.144×1012元,生态净价值为1.2×1012元,中国稻田的平均生态服务净价值为3 977元/hm2,国家可以参考此数据确定更加精确的稻田补偿标准。另外,计算出2016年各省份生态成本比例值,其中安徽生态成本比例值最高,说明其在稻田种植过程中施用化肥和农药对环境造成的污染程度最高,安徽单位面积化肥和农药的施用量比较大[1](1)通过查阅《2017年中国农村统计年鉴》[27]并计算得出,2016年安徽省单位农作物播种面积农药施用量为30.93 kg/hm2,全国排名第二;单位农作物播种面积化肥施用量为957 kg/hm2,全国排名第一。。各个省份可以参照各自的稻田生态成本比例值来衡量其稻田施用化肥和农药对环境污染的程度,进而对生态环境进行针对性治理,支持农业绿色创新,提倡绿色生产方式。
根据计算得出的稻田生态价值、生态成本和生态净价值,在2007—2016年的变化趋势大体一致,都经历了先增加后降低的变化过程。计算得出的近十年中国稻田生态价值、生态成本和生态净价值的环比增长率,如下:
表5 2007—2016年中国稻田生态价值、生态成本、生态净价值环比发展速度Table 5 Cycle growth rate of China paddy fields VES, EC and NVES from 2007 to 2016
其中2007年的数据标准化为100,表中数据表示对比上一年的增长率。从表5可见,2008和2011年中国稻田生态成本环比涨幅较大,分别为3.94%和1.98%,很大程度上拉低了稻田生态净价值。2014和2016年中国稻田生态成本相对于各自的上一年来讲有所下降,环比下降程度分别为-4.17%和-4.08%,使得这两年中国稻田生态净价值的降幅有所缓解。
研究对中国稻田生态系统服务净价值评估的贡献主要体现在以下几个方面:第一,理论上稻田生态系统服务净价值的评估为其他农业生态系统服务价值评估提供了新的研究方法;第二,实践上稻田生态系统服务净价值的评估有利于准确衡量生态系统为人类带来的净福利,促进自然资产评估与管理的发展,为完善生态补偿提供更加精确的参考数据。在核算稻谷生态补偿金额时应该参考稻田单位面积生态净价值、GDP水平、单位面积地价以及国内粮食结构和需求、国际竞争等方面的因素。原则上讲,在其他条件相同的情况下,在制定生态补偿机制时,对于生态净价值高的农作物,生态补偿金额会高一些。有利于生态资产的管理和生态环境的质量提高;第三,稻田生态成本的核算,有利于稻田生态治理工作的进行。稻田生态成本占其生态价值的比例,一定程度上衡量了稻田生态系统的生态损失程度,也为生态治理工作指明了方向。
研究在计算生态价值时基于校正后的单位面积价值的当量因子法,这种方法目前存在一定争议,但是国内外很多领域的研究都用到当量因子法,熊鹰等[34]根据当量法计算了湖南省生态系统服务价值并进行时空演变分析,Chen等[15]在对湿地生态净价值进行评估时也也用到了当量因子法。其次,由于数据获取难度大,在计算稻田生态成本时主要考虑了农药、化肥对生态系统的成本,而没有考虑农膜、机械等其他因素带来的生态成本。另外,本研究主要考虑了粉尘、氮氧化合物、硫化物对大气的污染,但氨气和沼气等的影响没有考虑。这些均有可能会导致生态成本的值偏低。最后,水稻和旱稻的生态价值应该是有一定差异,如果能将水稻和旱稻的生态价值分开计算,结果会更加准确。
稻田生态净价值评估,考虑了稻田生产过程中的生态成本,剔除生态成本后的生态净价值更有利于准确衡量稻田生态系统的服务净价值。运用当量因子法和数据模型,考虑化肥、农药污染带来的生态成本,在核算生态价值和生态成本的基础上,对中国近10年各省份稻田生态系统服务净价值进行评估,研究表明:
1)从结构上讲,2016年中国稻田生态系统提供的水文调节和食物生产服务价值较大,这与稻谷的生长环境和水土保持及粮食特性密切相关;此外,稻田生态系统提供的水资源供给服务价值最小,且为负值。因为稻田生态系统对灌溉用水需求量较大,对水资源没有供给而是消耗,很大程度上降低了稻田生态净价值的总额。
2)从时间分布上讲,2007—2016年中国稻田生态净价值呈上升趋势。中国稻谷种植生态成本从2007年开始呈上升趋势,到2013年达到顶峰,2014—2016年开始呈下降趋势,说明近三年中国稻谷种植在生态污染相关方面有所减缓。这与国家近几年实施环境政策有密切关系,人们环境意识有所提升,农业核心技术有所突破,大体上落实了“既要金山银山,也要绿水青山”的政策。
3)从空间分布讲,2016年湖南省是稻田生态净价值最大的省份,中国稻田生态净价值较高的地区主要集中在中东部地区,西北地区较低;中国稻田生态系统生态成本比例比较高的省份依次为:安徽、黑龙江、广西、湖北、广东、云南、江苏、湖南,主要因为以上省份稻田生产过程中农药、化肥施用比例较高,需要加强对农药和化肥施用量的控制,生态成本的数据为生态治理指明了方向。
其中,安徽省为2016年中国稻田生态成本比例最高的省份,由于生态成本比例是一个效率比值,与其稻谷产量和种植面积没有直接联系。究其原因可能是因为安徽省在稻谷种植过程中对稻田化肥和农药的施用量控制不够,在城镇化进程中重工业的比例占工业比例过高等原因导致[35],2016年安徽省工业产值占生产总值的41.3%,高于全国平均水平36.6%[36]。另外,财政可持续性不足和生态补偿制度不健全,也可能会影响稻田生态系统的生态成本比例[37]。
基于计算结果与结论,对稻田生态补偿提出几点政策建议:
1)利用生态净价值制定精确的稻田生态补偿标准。生态价值是生态补偿标准制定的重要因素,利用稻田生态净价值使得稻田生态补偿标准更加精确,同时考虑了生态成本问题,使得生态补偿标准更加规范。
2)结合省域发展水平制定差异化的补偿标准。由于生态、经济等因素差异,对不同省域制定不同的稻田生态补偿标准。
3)补偿方式多样化。补偿方式一定要针对补偿意愿来进行,要针对性的解决“补偿什么,怎样补偿”的问题,结合经济补偿,同时要重视技术补偿和意识补偿的手段。