王正淑，王繼軍，2

（1.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌712100）

種植業(yè)具有生態(tài)價值和經(jīng)濟價值［1－3］，長期以來，人們僅關(guān)注種植業(yè)經(jīng)濟價值的提高，通過投入大量化肥、農(nóng)藥、機械等來增加種植業(yè)的經(jīng)濟價值，造成環(huán)境的污染與破壞［4］，即在經(jīng)濟價值增加的同時導(dǎo)致了生態(tài)價值的縮減，而種植業(yè)生態(tài)價值的維持與提高對于協(xié)調(diào)經(jīng)濟價值和生態(tài)價值關(guān)系，提升系統(tǒng)整體功能，具有重要的現(xiàn)實意義。已有研究大多是對種植業(yè)生態(tài)價值進行定性化描述，例如Scott M.Swinton指出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能夠提供水資源和氣候調(diào)節(jié)服務(wù)、審美和文化服務(wù)、加強的支持服務(wù)，并且近年其提供多種生態(tài)服務(wù)的潛力已被公認，將潛力變成價值的科學(xué)和國家政策設(shè)計是生態(tài)經(jīng)濟的重要部分［5］；任春燕對生態(tài)價值的指標體系進行了闡述［6］；傅瓦利對土地利用改變前后生態(tài)效益的變化進行了定性的比較［7］；對生態(tài)價值的少許定量研究主要是借鑒Costanza、謝高地團隊等關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)研究，如葉延瓊、張雅杰對農(nóng)業(yè)生態(tài)價值的核算［8－9］，這些生態(tài)價值的定量研究主要針對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，而對種植業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價值貨幣化定量表征的研究相對而言更為薄弱，且其中部分價值核算不具有現(xiàn)實可操作性，對種植業(yè)生產(chǎn)者的直觀感覺不明顯，種植業(yè)生態(tài)價值和系統(tǒng)價值的研究相對滯后。在《京都議定書》生效并實施以后，基于碳匯視角是目前生態(tài)價值貨幣化的著眼點及經(jīng)濟顯化的有效途徑，故本文用年凈碳匯價值定量表征土地利用結(jié)構(gòu)保持不變情況下作物一個生命周期可實現(xiàn)的生態(tài)價值，用年凈碳匯價值與經(jīng)濟純收入之和表征種植業(yè)的生態(tài)經(jīng)濟總價值，選取黃土高原丘陵溝壑區(qū)的典型代表流域—縣南溝作為研究對象，測算并分析種植業(yè)的生態(tài)價值，探索目前現(xiàn)實條件下種植業(yè)生態(tài)價值定量化的可實現(xiàn)途徑，為農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整、資源的優(yōu)化配置提供參考。

1 研究區(qū)概況

縣南溝流域位于安塞縣沿河灣鎮(zhèn)（109°12′12″—109°22′12″E，36°41′24″—36°46′12″N），流域面積50.64 km2，該區(qū)位于森林草原區(qū)，屬典型暖溫帶干旱半干旱氣候，年平均氣溫8.8℃，年降水量500～550mm，降雨年際差異大，且年內(nèi)分配不均，集中于夏季。該流域包括5個行政村（磚窯溝、方家河、畔坡山、崖窯、寨子灣）和1個自然村（何塌），2014年有農(nóng)戶544戶，人口2529人。農(nóng)戶收入主要來自于種植業(yè)、副業(yè)、外出務(wù)工、畜牧業(yè)等，種植業(yè)主要類型包括糧食作物、經(jīng)濟作物、蘋果，糧食作物主要為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，經(jīng)濟作物主要為設(shè)施農(nóng)業(yè)，種植業(yè)純收入由2001年的907元/人增長至2014年的2945元/人，總體呈上升趨勢?？h南溝流域的土地利用類型和結(jié)構(gòu)、種植模式及耕作技術(shù)等在陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)均具有典型的代表性。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

基于碳匯視角的種植業(yè)生態(tài)價值計算關(guān)鍵在于測算其固碳量和碳排量；生長季中作物固碳量與生產(chǎn)投入碳排量的差值為凈碳匯，凈碳匯與碳匯價格的乘積即為凈碳匯價值（生態(tài)價值）。

2.1 固碳量測算方法

2.1.1 糧食和經(jīng)濟作物固碳量測算方法 種植業(yè)固碳量主要考慮農(nóng)作物生長全生命周期中的碳吸收［10］，農(nóng)作物碳吸收的計算公式［11］為：

式中：C——固碳量；Ci——某種作物的固碳量（kg C）；αi——作物經(jīng)濟產(chǎn)量（kg）；βi——作物經(jīng)濟產(chǎn)品部分的干重比；Cfi——作物經(jīng)濟系數(shù)；γi——作物合成有機質(zhì)（干質(zhì)量）所需吸收的碳。流域農(nóng)作物的參數(shù)主要引自《省級溫室氣體清單編制指南》（發(fā)改辦氣候［2011］1041號）、王修蘭［12］（表1）。

表1 主要農(nóng)作物參數(shù)

2.1.2 蘋果園固碳量測算方法 每年的固碳量用異速生長方程［13］（表2）和碳轉(zhuǎn)化系數(shù)計算，其計算公式為：

C＝∑Aiρ［0.46（WBi＋WSi＋WRi＋0.127WFi）＋0.176WLi］

式中：C——固碳量（kg C）；i——樹齡；WBi，WSi，WRi，WFi，WLi——樹枝、干、根、果、葉的生物量干重（kg/株）；ρ——種植 密 度（株/hm2）；Ai——面 積（hm2）；0.46，0.176為碳轉(zhuǎn)化系數(shù)［13］；0.127為蘋果的干濕比［14］。

表2 蘋果樹的異樹生長方程（D為胸徑）

2.2 碳排量測算方法

2.2.1 直接或間接碳排放 此部分碳排放的計算公式為：

E＝∑Ei＝∑ωiki

式中：Ei——各項生產(chǎn)投入的碳排放量；ωi——各項投入的數(shù)量；ki——各項投入的碳排放系數(shù)（表3）。

流域內(nèi)農(nóng)民使用的農(nóng)作物種子有購買種子和自備種子，購買種子的碳排通過種子的零售價格來估算種子生產(chǎn)、包裝、運輸過程中能源消耗產(chǎn)生的碳排放［15］。蘋果園的碳排還包括剪枝、套袋等。

表3 農(nóng)地各項投入碳排放系數(shù)及參考來源

2.2.2 氧化亞氮排放引起的碳源量 氧化亞氮排放包括直接和間接氧化亞氮排放［21］，直接氧化亞氮排放量為氮肥、糞肥、殘留根［22］的含氮量與直接排放因子的乘積，其中根的含氮量＝作物總干重×根冠比×含氮率（表1），排放因子取陜西農(nóng)用地的平均值0.0056。間接氧化亞氮排放量包括施肥土壤的NH3，NOX揮發(fā)經(jīng)大氣氮沉降和土壤氮淋溶、徑流損失進入水體的氧化亞氮［23］，其中氮沉降引起的排放量＝（N畜禽×20%＋N輸入×10%）×0.01，20%，10%，0.01 分 別 為N畜禽揮發(fā)率、N輸入揮發(fā)率、排放因子［24］；氮淋溶和徑流引起的排放量＝N輸入×20%×0.007 5，20%為氮淋溶和徑流損失的氮量占農(nóng)用地總氮輸入量的比例，0.0075為排放因子［19］。氧化亞氮排放量乘以其全球增溫潛勢值298即為碳排放量當量。

2.3 種植業(yè)生態(tài)價值的表征及計算

本文用年凈碳匯價值表征種植業(yè)的生態(tài)價值，經(jīng)濟純收入表征種植業(yè)的經(jīng)濟價值，生態(tài)價值與經(jīng)濟價值之和表征種植業(yè)的生態(tài)經(jīng)濟總價值。目前尚缺乏公認的碳匯價值的計算方法［25］，國內(nèi)碳匯貨幣化多用碳稅法和造林成本法［26］，歐陽志云比較運用兩種方法，結(jié)果顯示碳稅法計算的價值約為造林成本法計算價值的10倍，可見碳稅法估計的價值量過高，因此取碳稅率和造林成本的平均值作為碳匯價格［27］。碳稅率采用國家林業(yè)局的推薦使用價格1 200元/t C［28］，造林成本采用國家林業(yè)部的公布數(shù)據(jù)240.03元/m3，換算后為260.9元/t C［27］。由于通貨膨脹，物價波動變化，需將碳稅率和造林成本用每年的通貨膨脹率進行調(diào)整，通貨膨脹率數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局及trading economics網(wǎng)站。

2.4 數(shù)據(jù)來源及處理

種植業(yè)投入產(chǎn)出情況、經(jīng)濟收入和面積數(shù)據(jù)等來自課題組2001—2014年調(diào)研資料的累積；不同樹齡果樹胸徑、栽植密度數(shù)據(jù)來自于2014年8月的野外實地測量；不同樹齡果樹的產(chǎn)果量、剪枝量和套袋量數(shù)據(jù)來自2014年10月的實地補充農(nóng)戶調(diào)研。利用SPSS 16.0和 Microsoft Excel軟件對數(shù)據(jù)進行處理，用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 種植業(yè)碳匯的測算

根據(jù)《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》（GB/T4754－2011）和縣南溝流域的現(xiàn)實狀況，將流域內(nèi)的種植業(yè)分為糧食作物、經(jīng)濟作物、蘋果園三大類，流域內(nèi)的糧食作物主要有玉米、谷子、糜子、薯類等，經(jīng)濟作物主要有大棚蔬菜、西瓜、紅蔥等。各類作物歷年的固碳與碳排情況如表4所示。

表4 各類作物的碳匯量 t

由表4可知，絕大部分年份種植業(yè)各類作物的凈碳匯量為正。

2001—2004年新增果園面積131.53hm2，原有32.20hm2，剛栽植果樹生物量增長慢、固碳能力低，使得流域內(nèi)平均果園固碳能力較低，而生產(chǎn)投入的碳排量平均為5.47t/hm2，高于糧食作物和經(jīng)濟作物的單位碳排，因此凈碳匯量為負，成為碳源；2003年經(jīng)濟作物雖有大的生產(chǎn)投入（單位碳排為歷年平均的1.56倍），但因氣候、種植技術(shù)等各種偶然原因，使其單位固碳僅為歷年平均的72%，出現(xiàn)碳排量大于固碳量的情況。

3.2 種植業(yè)生態(tài)價值及分析

種植業(yè)生態(tài)價值（凈碳匯價值）與生態(tài)價值占總價值的比例如表5所示。

表5 生態(tài)價值占總價值的比例

種植業(yè)生態(tài)價值呈穩(wěn)步遞增趨勢，由2001年的35.34萬元增至2014年的901.71萬元，其中蘋果園的生態(tài)價值逐年增加，主要原因是果樹的自然生長和果樹面積的不斷增加；糧食作物的生態(tài)價值先波動上升后波動下降，由于前幾年化肥投入的增加及種子的改良等，糧食作物的產(chǎn)量波動增加，近幾年，大量青壯勞動力外出從事工副業(yè)，導(dǎo)致部分耕地撂荒且農(nóng)地缺乏管護，糧食作物的產(chǎn)量波動下降；經(jīng)濟作物的生態(tài)價值年際波動較大，除2003年外，2002年，2006年，2013年，2014年亦出現(xiàn)了極低值，原因在于2002年經(jīng)濟作物的種植面積僅為歷年平均值的58%，2006年的夏季高溫少雨，2013年遭遇自1945年有氣象記錄以來的大暴雨，致使經(jīng)濟作物和糧食作物的產(chǎn)量驟跌，糧食作物受災(zāi)更為嚴重，產(chǎn)量驟減至歷年最低，2014年在作物的生長季遭遇冰雹且種植面積僅為歷年平均值的78%。

2001—2014年，種植業(yè)生態(tài)價值占生態(tài)經(jīng)濟總價值的比重總體呈波動上升趨勢，增量為39.79%；蘋果園生態(tài)價值占總價值的比重呈穩(wěn)步上升趨勢，2007年后，其生態(tài)價值超過經(jīng)濟價值；糧食作物生態(tài)價值占總價值的比重逐漸下降，降幅為41.94%；經(jīng)濟作物生態(tài)價值占總價值的比重波動較大，呈三峰型。總的而言，蘋果園的生態(tài)價值大于其經(jīng)濟價值，糧食作物的生態(tài)價值約為經(jīng)濟價值的1/2，經(jīng)濟作物的生態(tài)價值極其小，僅為經(jīng)濟價值的3.69%。

3.3 種植業(yè)結(jié)構(gòu)價值水平的比較分析

2005年之前，蘋果園的生態(tài)價值水平低于糧食作物和經(jīng)濟作物；之后，生態(tài)價值水平遠高于糧食作物和經(jīng)濟作物，歷年糧食作物的生態(tài)價值水平均略高于經(jīng)濟作物（圖1），2005年之前新增的大量蘋果園使流域內(nèi)蘋果園總的凈碳匯量、生態(tài)價值為負，生態(tài)價值水平亦為負，低于糧食作物和經(jīng)濟作物；經(jīng)濟作物的單位面積固碳能力與糧食作物相當，但其單位面積的碳排量約為糧食作物的4倍，因此經(jīng)濟作物的生態(tài)價值水平低于糧食作物。2005年之前，蘋果園的經(jīng)濟價值水平低于糧食作物；之后，蘋果園的經(jīng)濟價值水平高于糧食作物，歷年經(jīng)濟作物的經(jīng)濟價值水平遠高于蘋果園和糧食作物（圖2），2005年之前大部分果樹還沒有掛果，因此此時間段其經(jīng)濟價值水平最低。對于生態(tài)經(jīng)濟價值水平而言，2005年之前，經(jīng)濟作物＞糧食作物＞蘋果園；2005—2010年，經(jīng)濟作物＞蘋果園＞糧食作物；2011年至今，蘋果園＞經(jīng)濟作物＞糧食作物（圖3）。

圖1 各類作物的生態(tài)價值水平

圖2 各類作物的經(jīng)濟價值水平

圖3 各類作物的生態(tài)經(jīng)濟價值水平

4 結(jié)論與討論

本研究基于碳匯視角，以陜北黃土高原典型流域縣南溝為研究對象，利用實地調(diào)研和測量的數(shù)據(jù)對流域主要種植業(yè)類型生長季的固碳量和碳排量進行了測算，用貨幣化的凈碳匯價值定量表征碳匯交易下種植業(yè)的生態(tài)價值，并將種植業(yè)的經(jīng)濟價值作為對比參照對象，對比分析種植業(yè)的生態(tài)效益。結(jié)果表明：2001—2014年，種植業(yè)的生態(tài)價值總體上呈穩(wěn)步遞增過程，由2001年的35.34萬元增至2014年的901.71萬元；種植業(yè)價值的演變過程可分為三個階段，第一階段（2001—2004年），經(jīng)濟作物＞糧食作物＞蘋果園；第二階段（2005—2010年），經(jīng)濟作物＞蘋果園＞糧食作物；第三階段（2011年至今），蘋果園＞經(jīng)濟作物＞糧食作物。

長期來看，蘋果園每年果樹自然生長而增加的生物量高于糧食作物和經(jīng)濟作物，因此其生態(tài)價值水平高于后兩者；糧食作物和經(jīng)濟作物的單位固碳量相當，但相比經(jīng)濟作物而言，流域內(nèi)糧食作物沒有農(nóng)藥、地膜、灌溉等碳排，化肥投入引起的碳排量也大大少于經(jīng)濟作物，因此糧食作物的生態(tài)價值水平高于經(jīng)濟作物；雖然經(jīng)濟作物的生態(tài)價值水平最低，但由于經(jīng)濟作物的經(jīng)濟價值水平約為蘋果園的3.5倍、糧食作物的6.6倍，使得經(jīng)濟作物的生態(tài)經(jīng)濟總價值水平最高，蘋果園和糧食作物次之。

在碳匯市場交易下，種植業(yè)可實現(xiàn)的生態(tài)價值占總價值的比重達42.28%，其中蘋果園、糧食作物、經(jīng)濟作物生態(tài)價值占生態(tài)經(jīng)濟總價值的比重為58.22%，31.19%，3.60%，即蘋果園的生態(tài)價值已超過其經(jīng)濟價值，因此，種植業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中，應(yīng)重視其生態(tài)價值，強化低碳生產(chǎn)理念，謹慎出臺設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)鼓勵政策，避免因盲目擴大設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模而影響生態(tài)價值的發(fā)揮［29］，做到宜果則果、宜菜則菜、宜糧則糧；改變以大量使用化肥、農(nóng)藥為標志的高投入、高能耗發(fā)展模式，逐步增加有機肥、生物農(nóng)藥等［30］，降低種植業(yè)生產(chǎn)中的碳排放［31］，實現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

基于碳匯視角測算種植業(yè)的生態(tài)價值具有一定的可操作性和可實現(xiàn)性，能夠揭示生態(tài)價值在系統(tǒng)中的地位和作用，在目前情況下可為種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源高效利用及系統(tǒng)優(yōu)化提供參考。但對于全面揭示種植業(yè)的生態(tài)價值，還有待于在可測量的生態(tài)指標及計算模型方面做深一步的探討。

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