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        果園生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)功能及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估
        ——基于西安市的實(shí)證分析

        2020-11-13 12:47:26宋喜芳姚海榮張晨陽(yáng)任媛媛
        陜西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年10期
        關(guān)鍵詞:價(jià)值功能

        宋喜芳,姚海榮, 張晨陽(yáng),陳 妮,周 玲,任媛媛

        (1.陜西省西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 陜西 西安 710061;2.西安市雁塔區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,陜西 西安 710061;3.陜西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)培訓(xùn)中心,陜西 西安 710003)

        果園生態(tài)系統(tǒng)具有大氣調(diào)節(jié)、水土保持、涵養(yǎng)水源、養(yǎng)分循環(huán)等功能[1]。趙同謙[2]、謝高地[3]、陳仲新[4]、章家恩[5]等分別對(duì)森林、草地、濕地、農(nóng)田進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估。本文研究西安果園生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)及儲(chǔ)存功能。生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)主要通過生物庫(kù)、凋落物庫(kù)與土壤庫(kù)三者之間進(jìn)行的,其中最主要的過程是生物與土壤之間的養(yǎng)分交換過程[6]。養(yǎng)分循環(huán)可讓生態(tài)系統(tǒng)中各物種間的生產(chǎn)與消費(fèi)的能量發(fā)生轉(zhuǎn)變,最后又留在系統(tǒng)中,即養(yǎng)分從外界環(huán)境進(jìn)入土壤,經(jīng)過各種變化,再?gòu)耐寥阑氐酵饨绛h(huán)境的一種周而復(fù)始的過程。筆者研究西安市果園生態(tài)系統(tǒng)維持養(yǎng)分循環(huán)功能及其價(jià)值,為果園生態(tài)系統(tǒng)的利用及發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

        養(yǎng)分循環(huán)功能估算主要有:一是林分養(yǎng)分持留法。根據(jù)植物年凈生長(zhǎng)量,測(cè)定N、P、K元素的比例,先計(jì)算林木生長(zhǎng)每年從土壤吸收的養(yǎng)分,計(jì)算凋落物歸還土壤的養(yǎng)分進(jìn)行測(cè)算,再根據(jù)化肥市場(chǎng)價(jià)格估算生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分積累的價(jià)值[7~9];果園生態(tài)系統(tǒng)固碳制氧功能,通過水熱平衡關(guān)系方程、植物的生理生態(tài)特點(diǎn)建立的自然植被的凈初級(jí)生產(chǎn)力模型,評(píng)估果園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以及生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值[10],前人的研究結(jié)果認(rèn)為草地系統(tǒng)參與生態(tài)循環(huán)的養(yǎng)分物質(zhì)量與凈初級(jí)生產(chǎn)力的營(yíng)養(yǎng)元素物質(zhì)量一致[11]。二是土壤庫(kù)養(yǎng)分持留法估算養(yǎng)分循環(huán)功能。通過表層土壤養(yǎng)分含量、化肥平均價(jià)格對(duì)森林、果園等不同生態(tài)系統(tǒng)維持營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)功能進(jìn)行了估算[12~13]。

        筆者通過土壤庫(kù)養(yǎng)分持留法評(píng)估西安市果園生態(tài)系統(tǒng)全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等常量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)功能,然后通過影子價(jià)格法對(duì)各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的持留量進(jìn)行價(jià)值估算。

        1 研究區(qū)概況

        以西安市果園生態(tài)系統(tǒng)作為研究對(duì)象,研究區(qū)域概況見前章節(jié)。據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒顯示[14~15],2016年西安市水果產(chǎn)量107.74萬(wàn)t,陜西省水果產(chǎn)量1 714萬(wàn)t,西安市占6.29%;全省果樹總面積126.38萬(wàn)hm2,西安果樹面積為5.32萬(wàn)hm2,占全省的4.2%。西安市的果樹種植品種主要包括獼猴桃、葡萄、蘋果、石榴、棗等,其中獼猴桃種植面積和產(chǎn)量均居第一位。

        2 資料的獲取

        西安市2007-2016年的降水量、果園面積資料通過查閱西安市統(tǒng)計(jì)年鑒取得;西安市土壤數(shù)據(jù)為2005年測(cè)得,主要包括土壤類型、0~20 cm土壤養(yǎng)分含量包括有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀[16];0~20 cm土壤容重資料參考西安市第二次土壤普查結(jié)果和近幾年西安市土壤測(cè)試的平均值,取1. 25 t·m-3。

        3 分析方法

        果園生態(tài)系統(tǒng)中生物與非生物環(huán)境之間不斷地進(jìn)行物質(zhì)交換,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)也在生物庫(kù)、調(diào)落物庫(kù)以及土壤庫(kù)之間不斷地進(jìn)行。生物庫(kù)與土壤庫(kù)之間的養(yǎng)分交換過程是最主要的過程,是植物進(jìn)行初級(jí)生產(chǎn)的基礎(chǔ),也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能與過程的維持起重要作用[17]。維持生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)功能的物質(zhì)包括很多種類,但其中最主要的是全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等。

        因此,筆者通過土壤庫(kù)養(yǎng)分持留法對(duì)西安市果園生態(tài)系統(tǒng)全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)等常量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)功能進(jìn)行評(píng)估,運(yùn)用影子價(jià)格法將各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的持留量進(jìn)行價(jià)值估算。

        根據(jù)西安市2007-2016年36 355個(gè)土壤采樣數(shù)據(jù)結(jié)果,主要有土壤深度0~20 cm的全氮、堿解氨、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)(見表6-1),按照公式分別換算為標(biāo)準(zhǔn)的化肥磷酸二氨(NH4)2HPO4、氯化鉀KCl的總量,再分別折算成純氮、磷、鉀化肥的比例為132∶28、132∶31、75∶39。以1990年不變價(jià)作為對(duì)照計(jì)算,我國(guó)化肥平均價(jià)格為2 549元·t-1;薪材轉(zhuǎn)化土壤有機(jī)質(zhì)的一般比例為2∶1,每噸薪材的機(jī)會(huì)成本為51.3元[18];0~20 cm土壤容重取1.25 t·m-3。

        表1 土壤養(yǎng)分含量 (t/t)

        果園生態(tài)系統(tǒng)土壤中養(yǎng)分持留量的計(jì)算公式如下:

        土壤中有機(jī)質(zhì)的持留量:

        M0=Hρ0C0A

        (1)

        土壤中堿解氮、有效磷和速效鉀的持留量,其中i為氮磷鉀:

        Mi=HρiCiA(2)

        果園生態(tài)系統(tǒng)維持養(yǎng)分循環(huán)功能價(jià)值量的計(jì)算公式如下:維持有機(jī)質(zhì)循環(huán)功能的價(jià)值量:

        E0=M0P0B0/10 000

        (3)

        維持氮磷鉀循環(huán)功能的價(jià)值量:

        Eni=MiPBi/10 000

        (4)

        式中:E0為維持有機(jī)質(zhì)循環(huán)功能的價(jià)值量(萬(wàn)元·a-1);Eni為保持土壤肥力經(jīng)濟(jì)效益(萬(wàn)元·a-1);Mi為土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量(t·a-1),H為土壤的深度;C1為0~20 cm土壤有機(jī)質(zhì)的含量;Ci分別為0~20 cm土壤養(yǎng)分(N、P、K)的含量;分別為0~20 cm土壤容重(t·m-3);A西安果園面積(hm2);B0為薪柴與有機(jī)質(zhì)的比例,一般為2:1;P0為薪柴的價(jià)格,每噸薪材的機(jī)會(huì)成本為51.3元(1990年不變價(jià));Bi為將氮磷鉀轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化肥磷酸二銨[(NH4)2HPO4]、氯化鉀(KCl)的比例,其比例分別為132∶28、132∶31、75∶39;P為化肥價(jià)格,以1990年不變價(jià)計(jì)算我國(guó)化肥平均價(jià)格為2 549元·t-1。

        4 結(jié)果與分析

        4.1 西安市果園生態(tài)系統(tǒng)土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量

        通過西安市 2007-2016年的果園面積資料、土壤容重資料、西安市果園土壤養(yǎng)分的堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤有機(jī)質(zhì)資料(見表1),利用公式(1)和(2)分別計(jì)算出了西安市果園生態(tài)系統(tǒng)土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量(見表2),由表2可知西安市果園生態(tài)系統(tǒng)土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量包括有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀由2007-2016年是逐年遞增的,由公式(1)~(2)可知果園面積是土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量的主要影響因素,2007年到2016年果園面積增加較快(見圖1),因此果園生態(tài)系統(tǒng)土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量也快速增加,以后果園面積增幅變小,土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量的變化也隨之變小。

        西安市果園生態(tài)系統(tǒng)平均每年土壤庫(kù)養(yǎng)分持留總量為5 087.39萬(wàn)t,其中有機(jī)質(zhì)4 733.31萬(wàn)t、全氮281.21萬(wàn)t、堿解氮21.33萬(wàn)t、有效磷6.15萬(wàn)t和速效鉀45.38萬(wàn)t。從表1可看出果園生態(tài)系統(tǒng)土壤庫(kù)中;有機(jī)質(zhì)的持留量最高,氮的持留量居第二位,鉀排第三位,磷的持留量最少。

        表2 西安果園生態(tài)系統(tǒng)2007-2016年土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量分析 (萬(wàn)t)

        4.2 西安市果園生態(tài)系統(tǒng)維持養(yǎng)分循環(huán)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

        通過西安市果園生態(tài)系統(tǒng)2007-2016年土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量及計(jì)算公式(3)~(4),可以計(jì)算出西安市果園生態(tài)系統(tǒng)2007-2016年維持養(yǎng)分循環(huán)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(見表3)。此為基于1990年不變價(jià)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由表3可知,果園生態(tài)系統(tǒng)維持養(yǎng)分循環(huán)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是逐年遞增的,且與果園生態(tài)系統(tǒng)土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量的變化結(jié)果有一致性的趨勢(shì),主要受果園面積變化的影響(由公式(3)~(4)可知。由表6-3可知,西安市果園生態(tài)系統(tǒng)維持養(yǎng)分循環(huán)功能的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值平均每年為4 410.45×104萬(wàn)元,其中有機(jī)質(zhì)、堿解氨、有效磷和速效鉀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值分別為485.64×104萬(wàn)元·a-1、256.29×104萬(wàn)元·a-1、66.79×104萬(wàn)元·a-1和222.47×104萬(wàn)元·a-1??梢?,西安果園生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)功能中,維持有機(jī)質(zhì)循環(huán)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值位居第一。西安市果園生態(tài)系統(tǒng)每單位面積每年維持養(yǎng)分循環(huán)功能的平均經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估為為39.6萬(wàn)元·hm-2·a-1,其中維持有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀循環(huán)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值分別為4.36萬(wàn)元·hm-2·a-1、30.34萬(wàn)元·hm-2·a-1、2.3萬(wàn)元·hm-2·a-1、0.6萬(wàn)元·hm-2·a-1和2萬(wàn)元·hm-2·a-1??梢妴挝幻娣e果園生態(tài)系統(tǒng)平均每年維持養(yǎng)分循環(huán)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值全氮最高,其次是有機(jī)質(zhì)、氮和鉀,維持磷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最低。

        表3 西安果園2007-2016年庫(kù)養(yǎng)分循環(huán)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析 (104萬(wàn)元)

        5 建議與討論

        (1)采用土壤庫(kù)養(yǎng)分持留量法計(jì)算果園生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分功能,利用土壤庫(kù)中的主要養(yǎng)分持留量(包括土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀的含量),計(jì)算果園生態(tài)系統(tǒng)單位養(yǎng)分循環(huán)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在計(jì)算量化過程中,采用的是土壤養(yǎng)分的平均值含量進(jìn)行計(jì)算,未考慮年際變化對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響,不同程度地影響計(jì)算結(jié)果的精確度。本文采用的是堿解氮(非全氮)計(jì)算土壤氮循環(huán)過程中。例如,西安市果園生態(tài)系統(tǒng)土壤全氮含量為281.21萬(wàn)t,而堿解氮含量?jī)H為21.23萬(wàn)t,而土壤堿解氮作為標(biāo)準(zhǔn)更能真實(shí)的反映生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)功能。

        (2)土壤貯存N、P的主要表層在0~20 cm,本文主要研究0~20 cm土壤表層的養(yǎng)分循環(huán)。在果園種植經(jīng)營(yíng)管理過程中應(yīng)注重保護(hù)好表層土壤,建議通過果園生草等自然抑制雜草的方式進(jìn)行除草,保護(hù)好果園生態(tài)小氣候、保持果園生態(tài)系統(tǒng)平衡。

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