劉銘璐 郭溪

摘 要：農(nóng)業(yè)用水過程中供水、用耗水、排水、納污環(huán)節(jié)產(chǎn)生的負(fù)效益會對農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的損耗，進(jìn)而影響系統(tǒng)的可持續(xù)性。基于農(nóng)業(yè)用水過程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)出的負(fù)效益，構(gòu)建農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)指標(biāo)體系，以經(jīng)濟(jì)損失率、社會失穩(wěn)率、生態(tài)負(fù)載率為指標(biāo)，運(yùn)用能值方法、ＡＨＰ 層次分析法分析了２０１２—２０１７ 年鄭州市農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度及其發(fā)展趨勢，結(jié)果表明：２０１２—２０１６ 年鄭州市農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)損失率約為０．２５％，２０１７ 年上升至０．２９％；社會失穩(wěn)率由２０１２ 年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％；２０１２—２０１６ 年生態(tài)負(fù)載率基本穩(wěn)定為１１．７％，２０１７ 年上升至１３．７％；系統(tǒng)損耗度主要受社會失穩(wěn)率和生態(tài)負(fù)載率影響，系統(tǒng)損耗度整體呈下降趨勢，由輕度不可持續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界不可持續(xù)，逐漸趨于良性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)；損耗；負(fù)效益；鄭州市

中圖分類號：ＴＶ２１１．１＋ １；ＴＶ８８２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０３．０１８

引用格式：劉銘璐，郭溪．基于用水負(fù)效益的農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（３）：９８－１０２，１０８．

基于水循環(huán)過程中能量的流動，農(nóng)業(yè)用水全過程可劃分為供水、用耗水、排水、納污４ 個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)伴隨著水和其他物質(zhì)與能量的投入、產(chǎn)出、轉(zhuǎn)換等，各類農(nóng)產(chǎn)品、社會保障產(chǎn)品等正效益產(chǎn)出的同時(shí)，伴隨著生態(tài)失衡、污染物排放等負(fù)效益的產(chǎn)出。產(chǎn)出的負(fù)效益在一定程度上影響農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［１］ 。

評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的方法主要有經(jīng)驗(yàn)評估法、綜合分級評分法、多指標(biāo)綜合評分法等［２］ 。隨著能值理論［３］ 的發(fā)展，能值評價(jià)方法逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)評價(jià)。吳國慶［４］ 提出資源生態(tài)環(huán)境壓力、質(zhì)量、保護(hù)整治能力３ 個(gè)方面包括２３ 個(gè)指標(biāo)的生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)行了嘉興市農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)安全評價(jià)。曹志宏等［５］ 利用能值分析理論，定量分析了河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行特征。辛嶺等［６］ 建立了由經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、資源減量投入、資源循環(huán)利用和生態(tài)環(huán)境４ 個(gè)方面包括１７ 個(gè)指標(biāo)的中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系，采用多指標(biāo)綜合評價(jià)法進(jìn)行了１９９１—２０１３ 年我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平評價(jià)。楊芳等［７］ 通過建立農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ＡＳＤＩ）綜合性指標(biāo)，探討了銅仁市農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。孫建國等［８］ 運(yùn)用Ｓｕｐｅｒ－ＳＢＭ 模型和Ｍａｌｍｑｕｉｓｔ 指數(shù)、莫蘭指數(shù)等，測評了河南省沿黃八市的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效率。韓春輝等［９］ 采用熵權(quán)法與耦合協(xié)調(diào)度模型，評價(jià)分析了２０１１—２０１８ 年河南省引黃受水區(qū)各地級市的資源－生態(tài)－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全水平和子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。

評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性的方法多為構(gòu)建模型或建立評價(jià)指標(biāo)體系，但在選取指標(biāo)和確定權(quán)重的過程中存在較強(qiáng)主觀性。后有學(xué)者從綜合效益出發(fā)進(jìn)行評價(jià)［１０］ ，但研究時(shí)未充分考慮不同用水環(huán)節(jié)產(chǎn)出的負(fù)效益對農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響。針對以上問題，本文基于農(nóng)業(yè)用水過程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)出的負(fù)效益，采用能值理論，從經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)及系統(tǒng)整體４ 個(gè)方面研究農(nóng)業(yè)用水過程中產(chǎn)出的負(fù)效益造成的系統(tǒng)損耗，構(gòu)建基于用水負(fù)效益的農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)指標(biāo)體系，分析評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)性并提出建議，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展。

１ 農(nóng)業(yè)用水過程各環(huán)節(jié)負(fù)效益構(gòu)成及量化

農(nóng)業(yè)用水的供水環(huán)節(jié)指水資源以降水、地表水、地下水等形式，經(jīng)過取水、引水、提水等過程將水資源轉(zhuǎn)換為可供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的水資源。過度取用地下水會破壞生態(tài)環(huán)境，造成地面沉降等，產(chǎn)生地下水超采負(fù)效益和生態(tài)失衡負(fù)效益。

用耗水環(huán)節(jié)包括用水環(huán)節(jié)和耗水環(huán)節(jié)，用水環(huán)節(jié)主要指水資源到達(dá)用水戶后的使用過程，耗水環(huán)節(jié)包括對水資源數(shù)量和質(zhì)量的消耗，因此耗水環(huán)節(jié)是在用水環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)的，本文將兩個(gè)環(huán)節(jié)合并為用耗水環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)指供水環(huán)節(jié)提供的水資源作用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。投入到農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能量包括太陽能、風(fēng)能等自然能源，人力、種子等可更新有機(jī)能，有機(jī)肥、機(jī)械、農(nóng)藥等人工輔助能。生產(chǎn)過程中農(nóng)業(yè)退水會帶走部分土壤，產(chǎn)生水土流失負(fù)效益；化肥的過量施用會降低農(nóng)作物生產(chǎn)效率，產(chǎn)生過量施肥負(fù)效益；未能回收的農(nóng)用薄膜污染環(huán)境，產(chǎn)生農(nóng)膜損失負(fù)效益。

排水環(huán)節(jié)指利用水資源完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后，將養(yǎng)殖污水、灌溉退水、農(nóng)村生活污水等農(nóng)業(yè)退水排入自然生態(tài)系統(tǒng)，其中一部分通過地表徑流進(jìn)入地表水體，一部分通過滲透作用進(jìn)入地下水體。由于排放的污水中含有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村生活等產(chǎn)生的ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 等污染物，因此進(jìn)入生態(tài)環(huán)境會造成一定程度的環(huán)境污染，產(chǎn)生污染物排放負(fù)效益。

納污環(huán)節(jié)指農(nóng)業(yè)退水進(jìn)入自然生態(tài)系統(tǒng)，被環(huán)境吸收的部分污染物隨水循環(huán)在區(qū)域內(nèi)造成一定負(fù)面影響。為控制面源污染及入河污染物量往往會采取措施進(jìn)行污染物削減，產(chǎn)生污染物削減投入負(fù)效益。污染物進(jìn)入環(huán)境后會對人體造成一定健康損害，產(chǎn)生人體健康損失負(fù)效益［１１－１２］ 。

綜上，在農(nóng)業(yè)用水過程中，供水環(huán)節(jié)產(chǎn)生的負(fù)效益主要考慮地下水超采造成的負(fù)面影響及取用水造成的生態(tài)失衡；用耗水環(huán)節(jié)產(chǎn)生的負(fù)效益主要考慮過度施肥造成的直接經(jīng)濟(jì)損失、農(nóng)膜損失和水土流失等；排水環(huán)節(jié)產(chǎn)生的負(fù)效益主要考慮農(nóng)業(yè)面源污染，主要污染物來源為禽畜養(yǎng)殖和化肥施用；納污環(huán)節(jié)產(chǎn)生的負(fù)效益主要考慮削減面源污染物的經(jīng)濟(jì)投入和環(huán)境吸收污染物后對人體造成的健康損害。農(nóng)業(yè)用水各環(huán)節(jié)負(fù)效益能量系統(tǒng)見圖１，由于各指標(biāo)的表現(xiàn)形式及量綱不同，因此使用能值理論將系統(tǒng)中不同種類、不可直接比較的能量采用太陽能值轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換為太陽能值，量化計(jì)算方法參考已有研究成果［１１，１３－１８］ ，見表１（Ｎ 為用水負(fù)效益）。

２ 農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)方法

２．１ 農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)指標(biāo)體系

農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是人和環(huán)境相互作用形成的經(jīng)濟(jì)－社會－生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)［８］ ，基于上述對農(nóng)業(yè)用水負(fù)效益的分析及系統(tǒng)的功能屬性，提出經(jīng)濟(jì)損失率、社會失穩(wěn)率、生態(tài)負(fù)載率３ 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)。其中：經(jīng)濟(jì)損失率評價(jià)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)損耗度，考慮過量施肥、農(nóng)膜損失和污染物削減投入造成的經(jīng)濟(jì)負(fù)效益；社會失穩(wěn)率評價(jià)系統(tǒng)的社會損失影響，本文指人體健康損失造成的社會負(fù)效益；生態(tài)負(fù)載率評價(jià)系統(tǒng)的生態(tài)損耗度，考慮地下水超采、生態(tài)失衡、水土流失、污染物排放造成的生態(tài)負(fù)效益。

２．３ 農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)方法

農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)方面的損耗情況影響系統(tǒng)的可持續(xù)性，為綜合評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r，引入系統(tǒng)損耗度（ＳＬＲ）指標(biāo)，以損耗度評價(jià)系統(tǒng)的可持續(xù)性。該指標(biāo)是運(yùn)用ＡＨＰ 法［１９］ 對經(jīng)濟(jì)損失率、社會失穩(wěn)率和生態(tài)負(fù)載率進(jìn)行定量分析后計(jì)算得出的綜合評價(jià)指標(biāo)，其數(shù)值越大，系統(tǒng)的可持續(xù)性越小。本文選取鄭州市為研究區(qū)域，根據(jù)研究區(qū)的自然環(huán)境情況及發(fā)展特點(diǎn)，結(jié)合其他學(xué)者的相關(guān)研究成果，將系統(tǒng)損耗度劃分為５個(gè)等級，Ⅰ～Ⅴ級對應(yīng)的ＳＬＲ 分別為（０，５］、（５，１０］、（１０，１５］、（１５，２０］、＞２０，其可持續(xù)狀況分別為可持續(xù)、輕度可持續(xù)、臨界不可持續(xù)、輕度不可持續(xù)、不可持續(xù)。

３ 基于用水負(fù)效益的農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)

３．１ 研究區(qū)概況

鄭州市位于河南省中部偏北，是河南省政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，為全國重要的交通樞紐，總面積７ ４４６．２ｋｍ２，屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量為６３５．６ｍｍ，降水量年際變化較大。鄭州市土壤類型豐富，適宜種植多種農(nóng)作物，主要農(nóng)作物有小麥、玉米、紅薯、大豆、水稻等。鄭州市２０１２—２０１７ 年農(nóng)業(yè)用水情況見表２，可以看出農(nóng)業(yè)用水中取用地下水的占比較高，地下水的開采情況對鄭州市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要影響。

３．２ 鄭州市農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值投入產(chǎn)出分析

研究數(shù)據(jù)來源于２０１２—２０１７ 年《鄭州市水資源公報(bào)》《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》，其中農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的總產(chǎn)出為各類農(nóng)作物產(chǎn)品，包括種植產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、漁產(chǎn)品和林產(chǎn)品，根據(jù)診療人次和人均費(fèi)用計(jì)算得出農(nóng)村醫(yī)療保障費(fèi)用，并轉(zhuǎn)化為貨幣能值。研究年份農(nóng)業(yè)用水總產(chǎn)出能值計(jì)算結(jié)果見表３，農(nóng)村醫(yī)療保障能值計(jì)算結(jié)果見表４。其中，受資料收集限制，進(jìn)行計(jì)算時(shí)暫不考慮林產(chǎn)品。

３．３ 鄭州市農(nóng)業(yè)用水全過程負(fù)效益

受資料收集限制，本文計(jì)算地下水超采及水土流失負(fù)效益時(shí)參考呂翠美等［１］ 、吳澤寧等［１２］ 部分研究數(shù)據(jù)；部分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算參考已有文獻(xiàn)，如計(jì)算過量施肥負(fù)效益時(shí)參考孔凡斌等［１４］ 研究過量施肥時(shí)使用的方法，計(jì)算污染物排放負(fù)效益時(shí)僅考慮氮肥、磷肥施用及禽畜養(yǎng)殖中豬牛羊及家禽排泄物；計(jì)算污染物削減投入負(fù)效益時(shí)參考鄒利林等［１７］ 研究中國農(nóng)業(yè)污染物影子價(jià)格的計(jì)算方法；計(jì)算人體健康損失負(fù)效益時(shí)參考Ｇａｏ等［１１］ 計(jì)算健康損失時(shí)采用的生態(tài)指標(biāo)９９ 研究方法，并僅考慮ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 污染物排放的影響。鄭州市２０１２—２０１７ 年農(nóng)業(yè)用水負(fù)效益能值見表５。

３．４ 鄭州市基于負(fù)效益的系統(tǒng)可持續(xù)性評價(jià)結(jié)果與分析

１）經(jīng)濟(jì)損失率與經(jīng)濟(jì)負(fù)效益。鄭州市２０１２—２０１６ 年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)損失率約為０．２５％，２０１７ 年上升為０．２９％。在各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)負(fù)效益中，污染物削減投入占比穩(wěn)定在５０％左右，農(nóng)膜損失及過量施肥占比幾乎不變，見圖２。經(jīng)濟(jì)損失率整體呈上升趨勢，分析原因，雖然鄭州市污染物排放減少，經(jīng)濟(jì)投入有所下降，但是農(nóng)業(yè)用水總產(chǎn)出減少，因此經(jīng)濟(jì)損失率增大。

２）社會失穩(wěn)率與社會負(fù)效益。鄭州市２０１２—２０１７ 年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的社會失穩(wěn)率、社會負(fù)效益呈下降趨勢（見圖３），其中社會失穩(wěn)率從２０１２年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％。隨著農(nóng)村生活環(huán)境的改善，農(nóng)村居民收入的增加、健康意識的增強(qiáng)，以及農(nóng)村醫(yī)療保障制度的逐漸完善，醫(yī)療保障能值逐漸增大；同時(shí)農(nóng)業(yè)用水過程中控制并減少化肥施用，減少污染物排放并采取措施控制面源污染，人體健康損失負(fù)效益即社會負(fù)效益逐漸減小，因此社會失穩(wěn)率下降。

３）生態(tài)負(fù)載率與生態(tài)負(fù)效益。鄭州市２０１２—２０１６ 年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生態(tài)負(fù)載率基本穩(wěn)定為１１．７％，２０１７ 年上升到１３．７％，其中ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 污染物排放負(fù)效益下降，但占生態(tài)負(fù)效益的５０％以上（見圖４），是評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗的重點(diǎn)。值得注意的是，生態(tài)失衡負(fù)效益逐年上升，２０１７ 年的生態(tài)失衡負(fù)效益接近污染物排放負(fù)效益，生態(tài)失衡與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和農(nóng)村人民的生活息息相關(guān)，帶來的環(huán)境威脅不可輕視。

４）鄭州市農(nóng)業(yè)可持續(xù)性評價(jià)。針對經(jīng)濟(jì)損失率、社會失穩(wěn)率和生態(tài)負(fù)載率進(jìn)行ＡＨＰ 層次分析法分析，得到特征向量為（０．０３０，１．５９４，１．３７６），其對應(yīng)的權(quán)重分別為０．９８６％、５３．１３６％、４５．８７８％。最大特征根為３．０００，一致性指標(biāo)ＣＩ 為０．０００，隨機(jī)一致性指標(biāo)ＲＩ 為０．５２０，計(jì)算得到一致性比率ＣＲ 為０．０００＜０．１，滿足一致性檢驗(yàn)。系統(tǒng)損耗度計(jì)算結(jié)果見表６。

研究表明，２０１２ 年鄭州市農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度為１６．７５，處于輕度不可持續(xù)，而２０１６ 年為９．５４，處于輕度可持續(xù)，其余年份均處于臨界不可持續(xù)。系統(tǒng)損耗度主要受社會失穩(wěn)率和生態(tài)負(fù)載率影響，隨著社會失穩(wěn)率的大幅下降，系統(tǒng)損耗度逐年下降，鄭州市農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)狀況由輕度不可持續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界不可持續(xù)，逐漸趨于良性發(fā)展。

４ 結(jié)論

基于農(nóng)業(yè)用水負(fù)效益，通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用能值方法、ＡＨＰ層次分析法分析了農(nóng)業(yè)用水過程中產(chǎn)生的負(fù)效益對農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的損耗度，探究系統(tǒng)的可持續(xù)性。通過計(jì)算鄭州市２０１２—２０１７ 年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的投入產(chǎn)出及負(fù)效益得出：鄭州市２０１２—２０１６ 年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)損失率約為０．２５％，２０１７ 年小幅上升；伴隨著醫(yī)療保障制度的完善和污染物治理措施的實(shí)施，社會失穩(wěn)率逐年下降，由２０１２ 年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％；鄭州市２０１２—２０１６ 年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生態(tài)負(fù)載率基本穩(wěn)定為１１．７％，２０１７ 年上升到１３．７％；鄭州市農(nóng)業(yè)用水負(fù)效益系統(tǒng)損耗度主要受社會失穩(wěn)率和生態(tài)負(fù)載率影響，２０１６ 年達(dá)到最低９． ５４，２０１７ 年上升至１０．０３；鄭州市農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)損耗度總體呈下降趨勢，由輕度不可持續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界不可持續(xù)，逐漸趨于良性發(fā)展，面源污染為主的生態(tài)負(fù)載率較大，需要進(jìn)一步削減農(nóng)業(yè)退水中的污染物，減少面源污染產(chǎn)出的負(fù)效益。

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