任 靜，李福奪，尹昌斌?，張久東，包興國，車宗賢

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

西北河西灌溉區(qū)是我國重要的春玉米制種和生產(chǎn)基地，但在玉米生產(chǎn)過程中，長期存在施肥量過大、連作病蟲害嚴(yán)重、耕地質(zhì)量下降等一系列問題[1]，對(duì)我國西北灌溉地區(qū)玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展、玉米田生態(tài)環(huán)境以及農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)利益構(gòu)成了嚴(yán)重威脅.因此，玉米田種植綠肥成為解決這些問題的關(guān)鍵措施之一.玉米田種植綠肥不僅能夠增加玉米產(chǎn)量、減少化肥施用量，提高耕地質(zhì)量，而且還具備調(diào)節(jié)大氣、涵養(yǎng)水源和防風(fēng)固沙等生態(tài)功能.由此，如何綜合全面地評(píng)估玉米田引入綠肥生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值成為當(dāng)前研究的重點(diǎn).因此，本文選取西北河西灌溉區(qū)玉米田主推綠肥品種毛葉苕子和針葉豌豆，以春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，從農(nóng)產(chǎn)品供給功能、土壤養(yǎng)分累積功能、水分涵養(yǎng)功能、土壤保持功能以及氣體調(diào)節(jié)功能五方面，構(gòu)建春玉米-綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估方法體系，確定春玉米間作不同綠肥農(nóng)田系統(tǒng)的生態(tài)價(jià)值，并與春玉米單作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行比較對(duì)照，以便全面準(zhǔn)確地分析農(nóng)田引入綠肥帶來的綜合價(jià)值.同時(shí)，該研究也可以為西北河西灌溉區(qū)制定農(nóng)田種植綠肥的生態(tài)補(bǔ)償政策和激勵(lì)制度提供理論和數(shù)據(jù)依據(jù).

1 研究方法

春玉米間作綠肥的生產(chǎn)方式是西北灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)重要生產(chǎn)方式之一，該生產(chǎn)方式既能保證春玉米產(chǎn)量，又能提高水肥熱利用效率，為春玉米生產(chǎn)提供更多的養(yǎng)分.與春玉米單作相比，該生產(chǎn)方式不僅能節(jié)肥約450元/畝以上，更能在春玉米產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分狀況、溫室氣體排放與氣體調(diào)節(jié)以及水土保持等方面影響玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng).因此，本研究以甘肅省河西灌溉區(qū)武威涼州區(qū)和張掖山丹縣春玉米種植區(qū)為研究區(qū)域，在突出綠肥引入春玉米農(nóng)田系統(tǒng)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的原則下，選取春玉米-毛葉苕子和春玉米-針葉豌豆兩種農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品供給、氣體調(diào)節(jié)、土壤養(yǎng)分累積、水分涵養(yǎng)和土壤保持五項(xiàng)服務(wù)功能作為評(píng)估對(duì)象，采用市場(chǎng)替代法、影子價(jià)格法和機(jī)會(huì)成本法等生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法，建立春玉米-綠肥農(nóng)田生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估體系.

1.1 農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值

農(nóng)產(chǎn)品供給服務(wù)是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類福利最重要的貢獻(xiàn)[2?3].農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值是指一個(gè)種植周期內(nèi)（1年），春玉米-綠肥的總產(chǎn)出減去總投入的值，包括玉米、玉米秸稈、綠肥籽粒和綠肥干草價(jià)值.在西北灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，春玉米-綠肥的種植模式主要包括春玉米-毛葉苕子和春玉米-針葉豌豆兩種種植模式.由于春玉米-綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出和投入所涉及的參數(shù)均可通過實(shí)地調(diào)研獲得市場(chǎng)價(jià)格，因此該農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值采用市場(chǎng)價(jià)值法進(jìn)行估算.具體計(jì)算公式如下：

春玉米-針葉豌豆種植模式的農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值：

式（1）和式（2）中：Vvp為春玉米-毛葉苕子種植模式下農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值（元/hm2）；Vpp為春玉米-針葉豌豆種植模式下農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值（元/hm2）；Qc為玉米產(chǎn)量（kg/hm2）；Pc為玉米市場(chǎng)價(jià)格（元/kg）；Qp為針葉豌豆籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；Pp為針葉豌豆籽粒價(jià)格（元/kg）；Qph為針葉豌豆干草產(chǎn)量（kg/hm2）；Pph為針葉豌豆干草價(jià)格（元/kg）；Mi為投入的物質(zhì)資料（種子、農(nóng)機(jī)、化肥和農(nóng)藥）；Vi為投入物質(zhì)資料（種子、農(nóng)機(jī)、化肥和農(nóng)藥）的市場(chǎng)價(jià)格；Cl為單位面積人工勞動(dòng)價(jià)格（元/hm2）.公式（1）和公式（2）主要參數(shù)取值通過實(shí)地調(diào)研所得.

1.2 土壤有機(jī)質(zhì)累積價(jià)值

綠肥是重要的有機(jī)肥源[4]，種植綠肥可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤有益微生物生長，從而有利于保持土壤肥力[5].因此，在一個(gè)種植周期內(nèi)，春玉米間作綠肥的土壤有機(jī)質(zhì)（soil organic matter）累積變化價(jià)值根據(jù)表層土壤有機(jī)質(zhì)多年平均含量[6]進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：Vsom為土壤有機(jī)質(zhì)累積價(jià)值（元/hm2）；S為農(nóng)田面積（hm2）；SOMa和SOMb為綠肥種植后和種植前土壤有機(jī)質(zhì)含量（g/kg）；h為土壤厚度（m），取0.20 m（武威試驗(yàn)站提供）；ρ為土壤容重（kg/m3），試驗(yàn)區(qū)農(nóng)田土壤容重為1 330 kg/m3（武威試驗(yàn)站提供）；0.58為有機(jī)質(zhì)換算為有機(jī)碳的系數(shù)[6]；psom(c)為以純碳量計(jì)量的有機(jī)質(zhì)肥料的市場(chǎng)價(jià)格，取1.47[7]元·kg/C.

1.3 土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值

綠肥通過吸收土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)加強(qiáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的土壤養(yǎng)分循壞，防止土壤養(yǎng)分淋溶出土壤層[8].在西北農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，春種毛葉苕子和針葉豌豆有助于提高氮、磷、鉀等土壤養(yǎng)分，特別是在綠肥生長過程中，不斷通過共生根瘤菌的生物固氮作用為自身生長與土壤培肥提供所需的氮素[9?10].因此，根據(jù)武威試驗(yàn)站專家意見，本研究只選取耕作層的堿解氮、有效磷和速效鉀累積量來評(píng)價(jià)毛葉苕子和針葉豌豆-春玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤養(yǎng)分累積功能.由于土壤養(yǎng)分的價(jià)格無法通過市場(chǎng)獲得，所以采用影子價(jià)格法，根據(jù)復(fù)合肥的平均價(jià)格，復(fù)合肥的含量以及成分配比，推算出氮、磷、鉀的平均價(jià)格.土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值計(jì)算公式如下：

式中：Vsn為土壤養(yǎng)分累積總價(jià)值（元/hm2）；Dji為第j種農(nóng)田種植模式第i類土壤養(yǎng)分的含量，包括土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量（g/kg），i=1,2,3；Vji為第j種農(nóng)田種植模式第i類土壤養(yǎng)分的價(jià)值（元/hm2）；Qji為第j種農(nóng)田種植模式第i類土壤養(yǎng)分的累積量（kg/hm2）；Pi為堿解氮、有效磷、速效鉀各自對(duì)應(yīng)的肥料價(jià)格（元/kg），根據(jù)武威試驗(yàn)站和市場(chǎng)調(diào)研，尿素（CO(NH2)2）、磷酸氫二銨（(NH4)2HPO4）、氯化鉀（KCl）的平均價(jià)格分別為2 000元/t、3 200元/t、1 800元/t，那么氮、磷、鉀的價(jià)格分別為4.3元/kg、5.3元/kg、3.5元/kg.

1.4 土壤保持價(jià)值

綠肥在防治農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤侵蝕方面起著非常重要的作用[11]，春玉米間作綠肥可以有效減少農(nóng)田裸露面積，大幅減低暴風(fēng)雨對(duì)耕地的侵蝕，減少水土流失面積.由于土壤侵蝕使大量表層土壤的營養(yǎng)物質(zhì)流失，造成土地廢棄，并致使泥沙淤積[12]，因此春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價(jià)值擬從保護(hù)土壤肥力、減少土地廢棄以及減輕泥沙淤積三方面進(jìn)行展開.土壤保持價(jià)值的計(jì)算公式如下：

土壤保持量的計(jì)算公式：

式中：Qsc為土壤保持量（t/hm2）；Kpj為第j種農(nóng)田種植模式的潛在土壤侵蝕模數(shù)（t/hm2）；Krj為第j種農(nóng)田種植模式的實(shí)際土壤侵蝕模數(shù)（t/hm2）.這里我們采用農(nóng)田無作物裸露地的潛在土壤侵蝕模數(shù)與有作物覆蓋的實(shí)際土壤侵蝕模數(shù)表示土壤保持總量.根據(jù)研究[13?14]，甘肅地區(qū)耕地年潛在侵蝕模數(shù)為75 t/hm2，單作春玉米的實(shí)際侵蝕模數(shù)為70.79 t/hm2，玉米間作毛葉苕子的實(shí)際侵蝕模數(shù)平均為27.85 t/hm2.但由于綠肥降低耕地土壤侵蝕的能力大體與綠肥地上生物量成正比[8]，根據(jù)武威試驗(yàn)站提供的數(shù)據(jù)，春玉米間作毛葉苕子產(chǎn)生的生物量是針葉豌豆的1.5倍，所以由此得出：玉米間作針葉豌豆的實(shí)際侵蝕模數(shù)為41.78 t/hm2.

保護(hù)土壤肥力價(jià)值計(jì)算公式：

式中：Vsc1為保護(hù)土壤肥力價(jià)值（元/hm2）；Qij為第j種農(nóng)田種植模式第i類土壤養(yǎng)分的含量（g/kg），包括堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)四種土壤養(yǎng)分；Pi為第i類土壤養(yǎng)分對(duì)應(yīng)的肥料價(jià)格（元/kg）.

減少土地廢棄價(jià)值計(jì)算公式：

式中：Vsc2為減少土地廢棄價(jià)值（元/hm2）；Pj為第j種農(nóng)田種植模式耕地的單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值.

減少泥沙淤積價(jià)值計(jì)算公式：

式中：Vsc3為減少泥沙淤積價(jià)值（元/hm2）；Pw為水庫庫容建造成本8.22 元/t，1993―1999年《中國水利年鑒》顯示水庫庫容平均造價(jià)是2.17 元/t，2012年國家統(tǒng)計(jì)局公布的原材料、燃料、動(dòng)力類價(jià)格指數(shù)為3.725，則2012年單位庫容造價(jià)為8.08 元/t，再根據(jù)2017年和2018年的價(jià)格指數(shù)，得出2017年和2018年的平均水庫庫容造價(jià)為8.22元/t.24%為土壤侵蝕流失的泥沙淤積于水庫、江河和湖泊的比例[12].

1.5 氣體調(diào)節(jié)價(jià)值

春玉米-綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的氣體調(diào)節(jié)功能主要通過固碳釋氧和溫室氣體排放等途徑發(fā)揮出來的.春玉米-綠肥的種植模式由于地上部分生物量的增加，一方面可以提高農(nóng)田的固碳釋氧量，另一方面，農(nóng)田種植綠肥也會(huì)增加一部分溫室氣體的排放量.本研究中，通過計(jì)算玉米成熟期和綠肥盛花期的干物質(zhì)量，利用光合作用方程，得出3種種植模式的氣體調(diào)節(jié)價(jià)值.根據(jù)武威試驗(yàn)站提供的數(shù)據(jù)，春玉米成熟期干物質(zhì)產(chǎn)量為15 000 kg/hm2，毛葉苕子盛花期干物質(zhì)產(chǎn)量為4 500 kg/hm2，針葉豌豆盛花期干物質(zhì)產(chǎn)量為3 000 kg/hm2.

根據(jù)光合作用方程（式(11)），得出植物體每生產(chǎn)1 kg干物質(zhì)量，便可以釋放1.19（192/162）kg O2，固定1.63（264/162）kg CO2，由此可以計(jì)算出農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中固碳量、釋氧量以及價(jià)值：

式中：QO2為農(nóng)田O2的釋放量（kg/hm2）；QCO2為農(nóng)田CO2的固定量（kg/hm2）；VO2為釋放O2的價(jià)值（元/hm2）；VCO2為固定CO2的價(jià)值（元/hm2）；Qcd為玉米成熟期干物質(zhì)量（kg/hm2）；Qgd為綠肥盛花期干物質(zhì)量（kg/hm2）；CO2為釋放O2需要的造林成本，取值0.38 元/kg，選取目前較多采用（0.35 元/kg）和工業(yè)制氧的成本（0.40 元/kg）二者的平均值；CCO2為固定CO2需要的造林成本，取值0.26 元/kg[7].

農(nóng)田土壤是溫室氣體N2O、CH4、CO2的重要排放源，其排放分別占全球溫室氣體N2O、CH4、CO2總排放的60%、50%和10%[15].本研究中，根據(jù)增溫潛勢(shì)（Global Warming Potentials,GWP）來計(jì)算溫室氣體的價(jià)值，即將春玉米農(nóng)田產(chǎn)生的N2O、CH4等溫室氣體排放量換算成等溫室效應(yīng)的CO2量，然后運(yùn)用固碳造林成本法，對(duì)春玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放進(jìn)行價(jià)值評(píng)估.根據(jù)研究[16]，西北灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)單作玉米N2O、CH4、CO2的排放量分別為730 kg N2O-C/hm2、-0.093 kg CH4-C/hm2、560 kg CO2/hm2；春玉米間作毛葉苕子和針葉豌豆的N2O、CH4、CO2的排放量無顯著差異，本研究視為相同，為1 056.56 kg N2O-C/hm2、20.775 kg CH4-C/hm2、560.852 kg CO2/hm2.

計(jì)算公式如下：

式中：QN2O(C)+CH4(C)為根據(jù)增溫潛勢(shì)將CH4或者N2O換算為純碳的量（kg(C)/hm2）；κ為CH4或者N2O換算為CO2的GWP值（CH4和N2O的GWP值分別為24.5和320）[16]；En為農(nóng)田CH4或者N2O的排放量（kg/hm2）；QCH4為農(nóng)田CH4的排放量（kg/hm2）；QN2O為農(nóng)田N2O的排放量（kg/hm2）；0.27為CO2中的含碳量[16].

1.6 水涵養(yǎng)價(jià)值

研究[11]表明玉米田通過綠肥翻壓，改進(jìn)土壤孔隙結(jié)構(gòu)，減小土壤容重，減少土壤表層徑流量，提高土壤飽和含水量，增加土壤水分滲透能力和吸水儲(chǔ)水能力，以達(dá)到水分涵養(yǎng)功能.因此，本研究通過土壤耕層飽和含水量和土壤水的價(jià)格來估算玉米田不同種植模式的水分涵養(yǎng)價(jià)值.另外，由于無法得到土壤水的價(jià)格，所以本研究利用影子價(jià)格法，建造同等持水量水庫庫容成本替代土壤水價(jià)格.計(jì)算公式如下：

式中：Vw為農(nóng)田水分涵養(yǎng)價(jià)值（元/hm2）；θf為土壤飽和含水量（%）.

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值

根據(jù)武威試驗(yàn)站和市場(chǎng)調(diào)研的數(shù)據(jù)，單作春玉米、春玉米-毛葉苕子（壓青）和春玉米-針葉豌豆（跟茬）三種種植模式的春玉米產(chǎn)量分別為14 180 kg/hm2、14 430 kg/hm2和13 830 kg/hm2，春玉米、毛葉苕子和針葉豌豆播種量分別為60 kg/hm2、15 kg/hm2和112.5 kg/hm2；關(guān)于人工勞動(dòng)成本，傳統(tǒng)春玉米單作模式僅有雇人噴施農(nóng)藥成本，為525 元/hm2，春玉米-毛葉苕子（壓青）種植模式較春玉米單作，增加了種植綠肥人工勞動(dòng)成本，減少了噴施農(nóng)藥成本，為525 元/hm2，春玉米間作針葉豌豆（跟茬）增加了種植綠肥和收獲綠肥人工勞動(dòng)成本，同樣減少了噴施農(nóng)藥成本，為1 125 元/hm2.農(nóng)機(jī)方面，由于春玉米單作和春玉米-綠肥種植模式均進(jìn)行統(tǒng)一的翻耕、播種和收割等耕作程序，故農(nóng)機(jī)投入均一致.

綜合上述參數(shù)，根據(jù)公式（1）計(jì)算得到不同春玉米-綠肥種植模式農(nóng)產(chǎn)品供給功能價(jià)值（見表1）.

表1 春玉米不同種植模式農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值 萬元·hm?2

由表1可知，3種種植模式下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的投入成本表現(xiàn)為：春玉米-綠肥種植模式較春玉米單作增加了種子投入成本和人工勞動(dòng)成本，但明顯減少了農(nóng)藥投入成本，減少比率高達(dá)71.7%.春玉米-毛葉苕子（壓青）投入總成本為0.944 萬元/hm2，較春玉米單作降低了1.4%.春玉米-針葉豌豆（跟茬）投入總成本為1.048 萬元/hm2，較春玉米單作增加了9.39%，該模式投入總成本升高主要是增加了收獲綠肥的勞動(dòng)成本.在春玉米產(chǎn)量方面，春玉米-毛葉苕子（壓青）較春玉米單作增產(chǎn)1.8%，春玉米-針葉豌豆（跟茬）卻減產(chǎn)2.43%，這表明綠肥壓青處理下的春玉米產(chǎn)量高于跟茬處理.但是，從3種種植模式的總產(chǎn)出而言，由于春玉米-針葉豌豆（跟茬）收獲了針葉豌豆籽粒和干草，其產(chǎn)出較春玉米-毛葉苕子（壓青）和春玉米單作分別增加31.31%和35.52%.

綜合3種不同種植模式下的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的成本投入和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出，春玉米-毛葉苕子（壓青）和春玉米單作2種種植模式下的農(nóng)田系統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品供給服務(wù)價(jià)值無明顯差異，春玉米-毛葉苕子（壓青）較春玉米單作僅增加3.76%，春玉米-針葉豌豆（跟茬）與春玉米-毛葉苕子（壓青）和春玉米單作2種模式的農(nóng)產(chǎn)品供給服務(wù)價(jià)值差異顯著，增加比率分別為39.50%和41.70%.在產(chǎn)投比方面，春玉米-綠肥種植模式比春玉米單作產(chǎn)投比增加了3.30%～35.47%，這表明春玉米-綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)能夠?yàn)檗r(nóng)戶帶來經(jīng)濟(jì)收益.

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)價(jià)值

武威試驗(yàn)站2017―2018年進(jìn)行的綠肥連續(xù)種植對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量影響的定位試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，種植綠肥后土壤腐殖質(zhì)具有顯著的變化，有機(jī)質(zhì)含量在種植綠肥后比種植綠肥前有所增加.在1個(gè)種植周期內(nèi)，春玉米-毛葉苕子（壓青）種植模式在0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)增加量為0.60 g/kg，而春玉米-針葉豌豆（跟茬）種植模式增加0.40 g/kg（見表2）.由表2可知，在1個(gè)種植周期內(nèi)，春玉米-毛葉苕子（壓青）在0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)累積量為92.57 kg/hm2，累積價(jià)值為136.07 元/hm2，而春玉米-針葉豌豆（跟茬）在0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)累積量為61.71 kg/hm2，累積價(jià)值為90.72 元/hm2.可見，春玉米-毛葉苕子（壓青）的土壤有機(jī)質(zhì)累積量和累積價(jià)值均高于春玉米-針葉豌豆（跟茬），這主要是因?yàn)榇河衩组g作毛葉苕子壓青處理比春玉米間作以收獲籽粒為主的針葉豌豆跟茬處理更能促進(jìn)土壤微生物活性，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤有機(jī)質(zhì)累積價(jià)值.

表2 玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)累計(jì)價(jià)值

2.3 土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值

采用武威試驗(yàn)站提供的玉米間作綠肥2017年和2018年的土壤養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（4）～（6），計(jì)算得出春玉米間作不同綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值（見表3）.

由表3可知，春玉米間作綠肥的堿解氮和有效磷的價(jià)值是單作春玉米的4～6倍和1.2～1.6倍，表明綠肥翻壓還田有利于土壤中的氮素和磷素的累積，呈現(xiàn)出良好的肥田效果.3種農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的速效鉀價(jià)值均為負(fù)值，表示出消耗效應(yīng)，這可能是由于綠肥以及主作物生長期強(qiáng)烈的吸附鉀素作用造成的.春玉米-毛葉苕子（壓青）的土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)總價(jià)值較單作春玉米增加了4倍，而春玉米-針葉豌豆（跟茬）的土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值較單作春玉米降低了1.6倍，這可能是由于種植密度較高的針葉豌豆在生長旺盛時(shí)期消耗過多的土壤養(yǎng)分[11]，而跟茬還田又不足以補(bǔ)充消耗的土壤養(yǎng)分，使春玉米-針葉豌豆（跟茬）的土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值低于單作春玉米.

表3 春玉米間作不同綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值

2.4 土壤保持價(jià)值

首先是土壤保持量.由表4可知，春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持量是單作春玉米的7～12倍.可見春玉米間作綠肥的生態(tài)效應(yīng)明顯高于單作春玉米，這主要源于春玉米間作綠肥的農(nóng)田種植模式能提高農(nóng)田植被覆蓋率，改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增加土壤水分的滲透性，減少西北地區(qū)風(fēng)沙帶來的風(fēng)蝕以及暴雨帶來的水蝕.另一方面，春玉米-毛葉苕子（壓青）土壤保持量最高，達(dá)47 150 kg/hm2，這主要得益于春玉米-毛葉苕子（壓青）有相對(duì)較多的生物量，使植被覆蓋率更高，從而抵擋土壤侵蝕的能力更強(qiáng).

其次是土壤保持價(jià)值.由表4可知，以武威試驗(yàn)站提供的2018年數(shù)據(jù)為節(jié)點(diǎn)，根據(jù)公式（8）～（10），得出不同種植模式下土壤保持價(jià)值在179～2 070 元/hm2之間.其中以保持土壤肥力價(jià)值和減少土壤廢棄價(jià)值為主要的功能價(jià)值，由于西北地區(qū)雨水以及風(fēng)沙對(duì)耕地土壤沖擊力大，潛在的耕地水土流失巨大，但春玉米間作綠肥相對(duì)較高的植被覆蓋率大幅度降低了耕地水土流失量，減少了土壤養(yǎng)分流失以及土地廢棄面積擴(kuò)大.另外，由于風(fēng)蝕的影響主要集中在土地廢棄上[12]，所以可以從土地廢棄價(jià)值中粗略估算出玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固沙價(jià)值在460～480 元/hm2之間.

表4 春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤保持價(jià)值

2.5 氣體調(diào)節(jié)價(jià)值

由表5可知，3種不同種植模式的農(nóng)田凈生長量在15 000～19 500 kg/hm2之間，農(nóng)田作物光合作用固碳價(jià)值在6 357～8 264 元/hm2之間，釋氧價(jià)值在6 783～8 817 元/hm2之間，并且春玉米-毛葉苕子（壓青）的固碳釋氧價(jià)值高于春玉米-針葉豌豆（跟茬）和單作春玉米，可見農(nóng)田凈生長量相對(duì)較多的春玉米-毛葉苕子種植模式有助于增加土壤的O2排放量和CO2的固定量，固碳釋氧的價(jià)值也相對(duì)較高.農(nóng)田綠肥在固碳釋氧的同時(shí)，也會(huì)在翻壓還田時(shí)增加玉米田的溫室氣體排放量，作物在生長過程中向大氣排放的N2O、CH4、CO2三種溫室氣體產(chǎn)生的總負(fù)價(jià)值在349.416～425.929 元/hm2之間，并且春玉米間作綠肥的溫室氣體排放量高于單作春玉米.總之，與單作春玉米種植模式相比，春玉米間作綠肥種植模式的氣體調(diào)節(jié)總價(jià)值均有提高，其中春玉米-毛葉苕子（壓青）提高30.22%，春玉米-針葉豌豆（跟茬）提高19.95%.

表5 春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氣體調(diào)節(jié)價(jià)值

2.6 水涵養(yǎng)價(jià)值

由表6可知，與單作春玉米相比，春玉米間作綠肥種植模式的水分涵養(yǎng)功能價(jià)值均有提高，根據(jù)武威試驗(yàn)站的數(shù)據(jù)，春玉米-毛葉苕子（壓青）提高3.45%，春玉米-針葉豌豆（跟茬）提高1.72%，春玉米-毛葉苕子（壓青）與春玉米-針葉豌豆（跟茬）水分涵養(yǎng)功能價(jià)值僅相差109.326 元/hm2，水分涵養(yǎng)功能基本相同.這表明：玉米田通過綠肥發(fā)達(dá)的根系提高了土壤水分的滲透能力，當(dāng)綠肥翻壓還田后，密集的根系在腐解過程中，增加了水穩(wěn)性團(tuán)聚體，減小了土壤耕層的容重，從而增加了土壤耕層孔隙度，進(jìn)而增強(qiáng)了土壤的蓄水能力[10].

表6 春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水涵養(yǎng)價(jià)值

2.7 玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值評(píng)估

由表7可知，與單作春玉米相比，春玉米-毛葉苕子（壓青）與春玉米-針葉豌豆（跟茬）的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值分別增長19.37%和43.74%.玉米間作綠肥的生態(tài)服務(wù)價(jià)值為4.222～5.084 萬元/hm2，是初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)價(jià)值（直接經(jīng)濟(jì)效益）的1.8～2.6倍，是總投入成本的4.8倍左右.兩種春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值中，農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值和氣體調(diào)節(jié)價(jià)值對(duì)總價(jià)值的貢獻(xiàn)率相對(duì)較大，其中：農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值貢獻(xiàn)率在39%～54%之間，氣體調(diào)節(jié)價(jià)值貢獻(xiàn)率在30%～39%之間.土壤有機(jī)質(zhì)累積價(jià)值貢獻(xiàn)率最小，僅在1.7%～3.2%之間.

表7 春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值

另外，春玉米-針葉豌豆（跟茬）的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值大于春玉米-毛葉苕子（壓青），這是由于春玉米-針葉豌豆（跟茬）種植模式收獲的針葉豌豆籽粒以及干草增加了初級(jí)產(chǎn)品生產(chǎn)價(jià)值.如果僅計(jì)算生態(tài)效益指標(biāo)價(jià)值，即土壤有機(jī)質(zhì)累積價(jià)值、土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值、土壤保持價(jià)值、氣體調(diào)節(jié)價(jià)值和水分涵養(yǎng)價(jià)值五個(gè)指標(biāo)，春玉米-毛葉苕子（壓青）的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值比春玉米-針葉豌豆（跟茬）提高0.219 萬元/hm2，這說明壓青處理的綠肥生態(tài)價(jià)值要大于跟茬處理.

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究初步核算了西北河西灌溉區(qū)春玉米間作不同綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值，有利于全面認(rèn)識(shí)綠肥的綜合效益，為西北河西灌溉區(qū)玉米田種植綠肥制定生態(tài)補(bǔ)償政策提供理論和數(shù)據(jù)依據(jù).但是，仍有一些問題需深入探討：第一，有關(guān)綠肥生態(tài)價(jià)值實(shí)現(xiàn)方面.綠肥“理論”生態(tài)價(jià)值轉(zhuǎn)化為“真實(shí)”生態(tài)價(jià)值涉及諸多重大基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、機(jī)制體制以及政策保障等科學(xué)技術(shù)難題，那么，如何解決綠肥生態(tài)價(jià)值實(shí)現(xiàn)過程中的技術(shù)障礙和瓶頸，建立多樣化的生態(tài)價(jià)值實(shí)現(xiàn)途徑與機(jī)制成為本文下一步的研究重點(diǎn).第二，有關(guān)生態(tài)補(bǔ)償推動(dòng)生態(tài)價(jià)值實(shí)現(xiàn)方面.生態(tài)補(bǔ)償是綠肥最重要的生態(tài)價(jià)值實(shí)現(xiàn)途徑，因此，估算不同地區(qū)、不同耕作模式下綠肥種植生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)綠肥生態(tài)價(jià)值實(shí)現(xiàn)，推進(jìn)區(qū)域耕地保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展是本文后續(xù)研究的關(guān)鍵問題.第三，有關(guān)“綠肥+”產(chǎn)業(yè)促進(jìn)生態(tài)價(jià)值實(shí)現(xiàn)方面.“綠肥+”產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)綠肥生態(tài)價(jià)值的直接途徑，通過發(fā)展“綠肥+”產(chǎn)業(yè)，間接實(shí)現(xiàn)生態(tài)價(jià)值，所以，探索建立“綠肥+”清潔農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式，如何提升“綠肥+”產(chǎn)品的價(jià)值需進(jìn)一步探討.第四，有關(guān)指標(biāo)選取和數(shù)據(jù)獲取方面.評(píng)估種植綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，評(píng)估指標(biāo)涉及土壤養(yǎng)分、氣體調(diào)節(jié)、水分涵養(yǎng)、景觀、生物多樣性等多個(gè)方面，但是在本文中，景觀以及生物多樣性等服務(wù)功能的指標(biāo)沒有體現(xiàn)，這可能直接導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值偏低，因此，接下來要加強(qiáng)對(duì)難以量化的生態(tài)服務(wù)功能指標(biāo)的量化研究，完善西北地區(qū)種植綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法.

3.2 結(jié)論

本研究采用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法，選取農(nóng)產(chǎn)品供給、土壤有機(jī)質(zhì)累積、土壤營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、土壤保持、氣體調(diào)節(jié)和水分涵養(yǎng)等指標(biāo)計(jì)算西北灌溉區(qū)春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，得出以下結(jié)論：

（1）農(nóng)產(chǎn)品供給價(jià)值是玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中占比最大的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值（>39%），其次為氣體調(diào)節(jié)功能價(jià)值（30%～39%），而土壤有機(jī)質(zhì)累積服務(wù)價(jià)值最低（<3.2%）.

（2）玉米間作綠肥的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值為4.222～5.084 萬元/hm2，約為初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)價(jià)值（直接經(jīng)濟(jì)效益）的1.8～2.6倍，是總投入成本的4.8倍左右，而單作春玉米生態(tài)服務(wù)總價(jià)值是其總成本的3.7倍.這表明春玉米間作綠肥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積投入產(chǎn)生的生態(tài)價(jià)值要大于春玉米單作.

（3）如果僅計(jì)算生態(tài)效益指標(biāo)價(jià)值，春玉米-毛葉苕子（壓青）的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值比春玉米-針葉豌豆（跟茬）提高0.219 萬元/hm2，這說明壓青處理的綠肥生態(tài)價(jià)值要大于跟茬處理.