新疆農田生態(tài)系統服務價值變化及影響因素分析

祝宏輝，張穎

(石河子大學經濟與管理學院，新疆 石河子 832003)

農田生態(tài)系統依靠大自然的光熱及人為投入為人類提供所需品，帶來了可觀經濟價值的同時也為區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)展帶來隱形的生態(tài)價值。農田生態(tài)系統服務不僅僅只有供給服務，它和森林、草地以及濕地生態(tài)系統一樣也具有調節(jié)服務、支持服務和文化服務，對人類生存環(huán)境產生重要的影響。隨著人類活動對農田生態(tài)系統的干預，農田生態(tài)系統服務在具有正向服務功能的同時也帶來了一系列的反向服務功能，如環(huán)境污染成本和生物多樣性破壞成本。對于農田生態(tài)系統評估的研究，Costanza等[1]在提出的自然生態(tài)系統服務功能價值評估理論中將生態(tài)系統提供經濟商品納入生態(tài)服務功能的范疇，該理論首次以貨幣形式評估了自然生態(tài)系統各項服務功能價值，為評估不同類別的生態(tài)系統包括農田生態(tài)系統的經濟、生態(tài)綜合價值提供了理論基礎。由此生態(tài)系統服務價值的評估逐漸成為熱點，學者們對此進行擴展和追蹤研究，將生態(tài)系統的評估逐步向森林、農田、城市、流域以及生態(tài)補償的研究擴展[2-6]。我國學者謝高地[7]在結合國內外實際情況，概括出生態(tài)系統所具有的9項功能，并通過測算提出了“中國生態(tài)系統生態(tài)服務價值當量因子表”。羅海平等[8]基于Costanza模型并采用謝高地提出的單位面積價值當量因子法來測算我國糧食主產區(qū)生態(tài)服務價值。幸贊品等[9]在測算白龍江流域自然保護區(qū)生態(tài)系統服務價值時發(fā)現流域生態(tài)系統服務價值的時空差異，并利用搖感技術繪制了流域生態(tài)系統變化圖。周晨等[10]以生態(tài)系統服務價值的視角來研究南水北調工程水源區(qū)的生態(tài)服務價值的變化并確定生態(tài)補償標準。唐秀美等[11]通過對比測算農田生態(tài)系統服務價值，發(fā)現進行高標準農田建設以后，區(qū)域生態(tài)水平和耕地生態(tài)服務價值有了明顯的提升。隨著時間變化和人類活動對生態(tài)系統的影響，各生態(tài)系統的服務價值都在發(fā)生顯著性的變化，生態(tài)系統服務價值科學測算對保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境、促進經濟與自然和諧發(fā)展具有重要的意義。農田對保障區(qū)域物質供給、生態(tài)系統服務供給有著不可替代的作用[12]。但目前對于農田生態(tài)系統生態(tài)服務價值的研究主要集中在流域和糧食主產區(qū)，本文將重點研究新疆農田生態(tài)系統服務價值的變化及影響因素，對促進新疆農業(yè)經濟與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)、協調發(fā)展具有重要的意義。

1 研究區(qū)域農業(yè)生產概況

新疆位于我國的西北邊陲，是我國的農業(yè)大省，也是典型的干旱區(qū)綠洲農業(yè)生產基地，新疆農業(yè)總產值由2008年的784.19億元增加至2017年的2 206.08億元，凈增加1 421.89億元，年增長率達10.9%，農業(yè)經濟總量提升顯著。新疆地區(qū)主要種植的農作物包括棉花、小麥和玉米，其中棉花是新疆優(yōu)勢經濟作物，播種面積由2008年的1 668.01 khm2增加至2017年的2 217.47 khm2，面積增加549.46 khm2，2017年新疆棉花種植面積占農作物種植面積的36.58%。從農作物投入要素來看，農業(yè)用水量從2008年的486.15億m3增加到2012年的561.7億m3，隨后由于節(jié)水技術廣泛推廣應用，近幾年農業(yè)用水量在逐漸下降，到2017年降至514.4億m3；農作物播種面積總體呈現增長的趨勢，增長量達1 525.2 khm2，年均增長率達2.94%；化肥和農藥的施用量的增長速度顯著，總體分別增長68.4%和50.74%(圖1)。

圖1 新疆農業(yè)經濟發(fā)展及各生產要素投入情況

2 生態(tài)系統服務價值評價方法

2.1 生態(tài)系統服務價值評價方法

2.1.1 基本服務價值

農田的服務價值不僅只限于原材料供給和食品生產，在水資源涵養(yǎng)，生物多樣性保護和氣候氣體調節(jié)方面也有很大的作用，農田的基本服務價值為其所產生價值的總和。本文基于生態(tài)服務功能價值與單位面積生物量成正比的假設，來計算新疆農田生態(tài)系統服務價值[13-14,19]，具體步驟如下：

(1)

式(1)中：i表示為農作物種類(主要包括棉花、小麥、玉米);pi為第i種作物全國平均價格(元/t)；qi為第i中農作物的單產量(t/hm2)；mi為第i種作物的播種面積(hm2)，M為n種農作物總播種面積(hm2)，Ea表示單位面積農田提供食物生產生態(tài)服務功能的經濟價值(元/hm2)。新疆農田的主要農作物為棉花、小麥和玉米，為了保證測算的準確性，其價格參照2008—2017年《全國農產品成本收益資料匯編》中新疆農作物的銷售價格。然后根據Costanza模型計算農田單位生態(tài)服務價值，其計算方式如下：

Ei=eiEa，

(2)

式(2)中，Ei為農田生態(tài)系統中第i項生態(tài)服務功能的單位生態(tài)服務價值，ei為農田生態(tài)系統服務中第i種生態(tài)服務功能提供服務單價的當量因子，本文采用謝高地提出的當量因子，將農田生態(tài)系統的服務功能主要分為氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護、廢物處理、生物多樣性保護、食物生產、原材料供應和娛樂文化9種功能。由于新疆是農業(yè)大省，除了本文研究涉及的棉花、小麥和玉米外，還種植蔬菜、油料作物和瓜果等，其經濟價值高于糧食作物，因此參考韋惠蘭和羅萬元[14]在謝高地[15]的研究成果上將原材料生產功能修正成2.3后的當量因子表，詳細結果見表1。

表1 新疆農田生態(tài)系統基本服務價值當量因子

根據農田各生態(tài)系統單位生態(tài)服務價值可以計算農田基本服務價值，計算方式如下：

(3)

式(3)中V1表示農田生產系統基本服務價值，A為耕地面積，i表示農田生態(tài)系統的各項功能。

2.1.2 水資源消耗價值

新疆是典型的綠洲農業(yè)經濟，缺水是新疆農業(yè)面臨的重要難題，雖然隨著農業(yè)科技的不斷進步，新疆農業(yè)主要采用以滴灌為主的節(jié)水灌溉措施，但水資源依然是農業(yè)生態(tài)系統保持穩(wěn)定的關鍵。本文采用水庫蓄水成本法來計算水資源消耗價值[16]，其計算方式如下：

V2=-WRCw，

(4)

式(4)中：V2表示水資源消耗價值，W表示農業(yè)用水量，數據來源于《中國環(huán)境統計年鑒》，R表示農業(yè)耗水率，取值為35%，Cw表示水庫蓄水成本，取值1.17元/m3[17]。

2.1.3 污染與破壞價值

農業(yè)生產在帶來滿足人們食品需求的同時，其投入生產資料如化肥農藥等也給農田生態(tài)帶來了破壞，農田土壤板結，農藥殘留導致土壤微生物含量下降等都是農業(yè)生產帶來的外部性影響，因此在測算農業(yè)生態(tài)系統服務價值時計算其環(huán)境污染價值是有必要的。新疆農業(yè)的化肥施用量較大，因此采用化肥施用量測算新疆農田污染破壞價值計算式為：

V3=-M(1-r)p，

(5)

式(5)中,V3表示農田污染與破壞價值，M表示化肥的使用量(t)，r為化肥的利用率，取值為34.17%，p為化肥的價格(元/t)，采用中國化肥網年報中尿素的平均價格為1850元/t[18]。

2.2.4 社會保障價值

從事農業(yè)勞動生產也為農村勞動力提供了勞動機會，使其避免了失業(yè)，因此可以間接測算出農田的社會保障價值：

V4=NSR，

(6)

式(6)中，V4表示農田的社會保障價值，N為保障人數，本文用取值為農業(yè)從業(yè)人員數，S表示農村最低社會保障標準(191元/人)，R表示我國農村最新的隱形失業(yè)率為48.6%[19]。

2.2.5 生態(tài)系統總服務價值

農田生態(tài)系統總服務價值應該是其基本服務價值和社會保障價值所提供的正面價值以及水資源消耗價值和污染與破壞價值所帶來的負面價值的差值，計算方式如下：

V=V1+V2+V3+V4。

(7)

2.2 數據來源

本文耕地面積、農作物播種、農業(yè)經濟、農業(yè)投入、農業(yè)生產環(huán)境和農業(yè)用水等相關數據來源于《新疆統計年鑒》、《中國環(huán)境統計年鑒》和《全國農產品成本收益資料匯編》。

3 農田生態(tài)系統服務價值評價及分析

3.1 農田生態(tài)系統總服務價值變化

基本服務價值、水資源消耗價值、環(huán)境污染破壞價值和社會保障價值共同組成了新疆農田生態(tài)系統總服務價值，從表2中可以看出2008—2017年新疆農田生態(tài)服務總價值中各組成部分的變化情況，總體呈現增長的趨勢，10年間新疆農田生態(tài)服務總價值的由629.48億元增長到1 428.18億元，增長量達798.70億元，年均增長量達8.54%，增長速度顯著?；痉諆r值、水資源消耗價值、環(huán)境污染破壞價值和社會保障價值總體呈現增長趨勢，分別增長了821.57、11.57、12.41、1.11億元。10年間雖然總體服務價值以及各類服務價值呈現增長的趨勢，但是在最近幾年各類服務的價值存在差異性變化，農田生態(tài)系統基本服務價值在2016年達到最大，為1 908.09億元，2017年有所下降，下降了243.16億元，其主要原因是受到農田生態(tài)系統單位面積服務價值和農作物耕地面積綜合影響形成的。水資源消耗價值在2012年達到最高為230.02億元，到2017年達210.65億元，下降了19.37億元，年均下降率為1.46%，這與新疆農田采取節(jié)水灌溉等先進生產技術密切相關。近幾年來新疆制定并實施了《自治區(qū)退地減水實施方案》，通過實施高效節(jié)水，大中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造等措施，進一步降低農業(yè)用水總量，加快補齊以節(jié)水為主導的現代農業(yè)灌排保障體系短板。環(huán)境污染破壞價值10年間持續(xù)增加，并在2017年達到最大值，為30.54億元，其主要原因是農業(yè)種植生產化肥的大量使用，雖然可以提高農作物的產量和農民的收入，但化肥的利用率不高，造成環(huán)境污染的持續(xù)增加。社會保障價值不斷增長，2017年為4.44億元，這主要來源于農業(yè)從業(yè)人員的增加。幾類服務價值共同作用并影響新疆農田總服務價值的變動趨勢。10年間新疆農田生態(tài)服務系統的總價值的年均增長率(8.54%)小于新疆農業(yè)總產值的年均增長率(10.9%)，說明隨著農田經濟價值的增長，生態(tài)服務功能價值卻沒有能保持同樣的增長幅度，因此協調好農田經濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾是促進新疆農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

表2 新疆農田生態(tài)系統總服務價值 單位：×108元

3.2 農田生態(tài)系統基本服務價值構成及變化

2008—2017年之間，新疆農田生態(tài)系統單位面積基本服務價值總體上呈現波動增長趨勢(圖2)，由2008年的18 589元/hm2增長到2017年的27 465元/hm2，增長了8 876元/hm2，年均增長率達3.98%。2013年農田生態(tài)系統單位面積服務價值達33 174元/hm2，達到周期峰值，2014—2017年呈現下降趨勢，下降了5 709元/hm2，年均下降率達3.71%。近期新疆農田單位面積基本服務價值處于下降階段，新疆農田生態(tài)系統基本服務價值消耗過度，農田生態(tài)系統環(huán)境面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

圖2 2008—2017年新疆農田生態(tài)系統單位面積基本服務價值變化

從表3中可以看出，在農田生態(tài)系統各服務價值構成中，原材料供給生產服務價值最高，娛樂文化服務價值最低。10年間，新疆農田生態(tài)系統的各項服務價值功能總體呈現增長的趨勢，其中2008—2013年農田生態(tài)系統的各項服務功能的增長值達到最大，原材料供給、廢物處理、土壤形成與保護和食物生產的服務價值變動最大，分別增長了4 334、3 090、1 941、1 884元/hm2，究其原因主要是農業(yè)生產技術、水平效率的提升導致農作物產量的增加，從而直接使得農田生態(tài)系統的供給服務價值增加。2013—2017年生態(tài)系統的各項服務功能開始呈現負增長的趨勢，原材料供給、廢物處理、土壤形成與保護和食物生產的增長量分別下降到2 637、1 880、1 181、1 146元/hm2，這主要是農田生態(tài)系統中由于生態(tài)環(huán)境的改變，使得農作物的產量和質量發(fā)生變化，市場農產品價格下降，因此農田生態(tài)系統提供的生態(tài)價值服務降低。2008—2017年新疆農田生態(tài)系統的服務類別的變化量中，原材料供給、廢物處理、土壤形成與保護和食物生產的服務價值變動量占總變動量的比例較大，分別占總體增長量的比值為29.72%、21.19%、13.31%、12.92%。2008—2017年新疆農田生態(tài)系統各項服務價值功能經歷了先增長后減少的趨勢，而目前新疆農田生態(tài)系統服務價值功能正處于降低的階段，農田生態(tài)系統所帶來的生態(tài)價值正逐年減少，因此需要轉變當前的農業(yè)生產方式，在發(fā)展農業(yè)經濟的同保護農田生態(tài)環(huán)境。

表3 新疆農田生態(tài)系統單位面積各功能服務價值變化 單位：元/hm2

4 農田生態(tài)系統服務價值影響因素分析

4.1 指標及模型選擇

人們通過強化各類生產要素的投入獲取農產品的同時對農田生態(tài)服務系統產生了重要影響。在前人研究基礎上，選取4類16項農田生態(tài)系統服務功能影響因子。

①社會發(fā)展及農業(yè)投入：新疆GDP(X1),農業(yè)生產總值(X2),農村居民人均收入(X3),農業(yè)投資(X4),農業(yè)勞動力投入(X5)；

②農業(yè)生產投入：農業(yè)機械投入(X6)，化肥使用量(X7),地膜使用量(X8),農業(yè)用電量(X9)，農藥使用量(X10)；

③水資源投入：農業(yè)用水量(X11)，有效灌溉面積(X12)，水資源供應量(X13)；

④種植結構：耕地面積(X14)糧食作物面積(X15)，糧食單產(X16)，

新疆GDP、農業(yè)生產總值和農村居民人均收入可能與農田生態(tài)系統服務價值存在正向的影響，農業(yè)投資和農業(yè)勞動力投入有利于農業(yè)現代化的發(fā)展，進而可能促進農田生態(tài)系統服務價值的提升；在農業(yè)生產投入中，農業(yè)機械化和農業(yè)用電量的投入會促進農業(yè)總產值的提升進而影響農田生態(tài)系統服務價值的變化，而化肥施用量、地膜使用量和農藥使用量雖然可以促進農作物產量的增加，但對農田生態(tài)系統的生態(tài)環(huán)境帶來了潛在威脅，目前農田化肥施用量的增加和不合理施用破壞了土壤結構、改變了土壤的性狀，同時對地下水資源和大氣環(huán)境造成了污染[20]，因此本文假設其對農田生態(tài)系統服務價值的變化存在負向的影響；水資源投入中，由于新疆屬于干旱區(qū)，水資源的投入對新疆農作物的生長有著很大的影響，因此本文假設農業(yè)用水量、有效灌溉面積和水資源供應量對農田生態(tài)系統服務價值的變化存在正向的影響；而種植結構中，本文假設耕地面積與農田生態(tài)系統服務價值的變化存在正向的影響，由于新疆的主要農作物棉花，而棉花的經濟價值高于糧食作物，對農田生態(tài)系統服務價值的影響程度更大，因此本文假設糧食單產和糧食作物面積對新疆農田生態(tài)系統服務價值的變化存在負向的影響。

4.2 影響因素結果分析

對影響因素首先進行相關性分析，選取指標中相關性的絕對值在0.8～1的指標進行逐步回歸分析，排除結果不顯著的指標，得到回歸結果(表4)：

表4 各影響因素的分析結果

從回歸結果中可以得出新疆農田生態(tài)服務價值的回歸方程：

Y=14.539+3.372X1-2.419X3-0.668X4-4.158X7+6.2X9。

(8)

通過回歸結果可以看出，農田生態(tài)系統服務總價值與農業(yè)生產總值、農民人均收入、農業(yè)投資、化肥施用量和農業(yè)用電量呈顯著性相關。其中農業(yè)總產值和農業(yè)用電量與農田生態(tài)系統服務總價值正向相關，這主要是農田生態(tài)系統中原材料供給和食物生產占據了基本服務價值的很大一部分，其經濟價值的占比較其他價值的比例高，農田的主要功能也是通過人為的勞動獲取人們所需的農產品；農業(yè)用電量在一定程度上反應農業(yè)現代化投入水平，農業(yè)現代化投入促進農產品產量，從而帶動農田生產基本服務價值的增長。

農民人均收入、農業(yè)投資和化肥施用量對農田生態(tài)系統服務總價值負相關，出于短期經濟效益最大化目標，農戶在農業(yè)生產過程中要素投入不夠科學和理性，導致化肥、農藥等要素投入超出合理閥值，化學殘留超標導致農田生態(tài)系統環(huán)境惡化，生態(tài)系統基本服務價值減量。其他影響農田生態(tài)環(huán)境的因子未通過顯著性檢驗，主要是由于新疆特殊的農業(yè)種植環(huán)境，新疆農作物種植主要采取的是節(jié)水灌溉措施，采用膜下滴灌的方式進行作物生產，這很大程度上減少了水資源的浪費，提高了水資源的利用率；目前政府也在積極的實行地膜回收政策，督促農民回收地膜，減少白色污染來保護耕地。

5 結論與討論

5.1 結論

采用當量因子法研究新疆農田生態(tài)系統服務價值變化趨勢，總體來看，新疆農田生態(tài)系統服務總價值呈現增長趨勢，由2008年的629.48億元增長到2017年的1428.18億元，增長量達798.7億元，年均增長量達8.54%，增長速度顯著。10年間基本服務價值、水資源消耗價值、環(huán)境污染破壞價值和社會保障價值總體呈現增長趨勢，分別增長了821.57、11.57、12.41、1.11億元；在農田生態(tài)系統基本服務價值構成中，各服務功能表現出差異性特征，原材料供給服務價值最高，而娛樂文化服務價值最低；新疆農田生態(tài)系統單位面積服務價值呈現先增長后降低的趨勢，表明當前新疆農田生態(tài)系統正處于消耗過度的階段。采用多元線性回歸的方法對影響新疆農田生態(tài)系統服務功能的影響因素進行分析，發(fā)現農業(yè)生產總值、農民人均收入、農業(yè)投資、化肥施用量和農業(yè)用電量對新疆農田生態(tài)系統的生態(tài)服務價值影響顯著，據此提出促進和改善農田生態(tài)系統服務價值增長的建議：

(1)加大對新疆農田生態(tài)環(huán)境保護的投資力度，新疆農田生態(tài)系統比較脆弱，時刻面臨著荒漠化侵蝕的威脅，重點加強三北防護林、農村道路林、農田防護林為主體的新疆生態(tài)防護林網體系的建設與管護，完善、優(yōu)化農田防護林網林權交易制度、經營制度和補貼制度，提升農田生態(tài)系統服務功能價值。

(2)加強對農民農田生態(tài)環(huán)境保護理念的教育培訓，大力推廣精準測土配方施肥、施藥技術，應用農業(yè)遙感、無人機等信息農業(yè)、智慧農業(yè)技術，實現化肥、農藥實施的精量化和減量化；積極推廣實施生物肥料、生物農藥技術，發(fā)展綠色農業(yè)和有機農業(yè)，實現農業(yè)生產和農田生態(tài)環(huán)境的協調發(fā)展。

(3)構建基于化肥減施的農業(yè)生態(tài)補償機制，測算化肥、農藥減施、免施的經濟補貼標準，制定生物肥料、生物農藥技術補償方案，在保障農民的經濟收益前提下，加快生物農業(yè)等環(huán)境友好型技術的應用和推廣。

5.2 討論

文章通過構建指標體系來測量新疆農田生態(tài)系統服務價值，其評估方法和結果具有合理性和正確性。選取農田生態(tài)系統的供給服務，支持服務，調節(jié)服務和文化服務，以新疆農業(yè)生產的主要農作物作為測量對象進行測算，測算方式與前期學者的相關測算方式一致。測算結果對明確新疆農田生態(tài)系統服務價值變化趨勢和規(guī)律，為農田生態(tài)系統科學有效的管理，優(yōu)化農田生態(tài)環(huán)境以及農業(yè)經濟的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

但研究也需進一步完善，本文農田生態(tài)系統服務價值的測量方法比較簡化，在當量因子的修正方面過于簡單；環(huán)境污染價值僅考慮了化肥對農田生態(tài)系統的污染。后續(xù)研究可以采取前沿研究方法綜合考慮影響農田生態(tài)系統服務價值的因素，對農田生態(tài)系統服務價值進行更加準確的評估：

(1)進一步發(fā)掘農田生態(tài)系統的正向與負向服務價值，如地膜、農藥和固體廢棄物對農田生態(tài)系統所造成的負向服務價值，農田生態(tài)系統的防風固沙、固氮釋氧的正向服務價值。

(2)在評估方法上從模型的簡單應用轉向技術方法的適應性應用，從農田生態(tài)系統服務價值的單一數值化比較轉向基于遙感和GIS技術的空間表達方式，從時間層面比較轉向時空層面，將土地利用、植被覆蓋與城鎮(zhèn)化進程結合分析，綜合利用多種價值評估方法來保障結果的準確性。

(3)復合性農田生態(tài)系統與單一農田生態(tài)系統服務價值的比較分析，將農林生態(tài)系統納入分析范圍，比較分析各生態(tài)系統的服務價值，為決策部門提供政策依據。