長江經(jīng)濟帶重點區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價

熊 文，幸 悅，孫 曉 玉，肖 驄，李 紅 濤

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430068； 2.湖北省長江水生態(tài)保護研究院，湖北 武漢 430080； 3.湖北工業(yè)大學(xué) 河湖生態(tài)修復(fù)及藻類利用湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430068； 4.珠江水資源保護科學(xué)研究所，廣東 廣州 510000； 5.武漢中科瑞華生態(tài)科技股份有限公司，湖北 武漢 430080)

0 引 言

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是在自然資源基礎(chǔ)上經(jīng)過人工管理構(gòu)成的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個亞生態(tài)系統(tǒng)[1]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類生存和發(fā)展的基石，為全世界提供了66%的食物供給，是重要的生態(tài)系統(tǒng)之一。在經(jīng)濟社會快速發(fā)展過程中，中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)加速退化[2]，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與價值造成了一定影響。評估農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與價值，掌握其時空演變規(guī)律，對促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和降低碳排放，推進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重大意義。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有糧食產(chǎn)品供給、涵養(yǎng)水源、改善生態(tài)環(huán)境等多種服務(wù)功能[3-4]，而關(guān)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和生態(tài)管控體系缺乏全面認識。目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的研究主要集中于水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[5-11]，而針對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)開展價值評估的研究相對較少。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估不僅是評價其潛在經(jīng)濟、環(huán)境效益，更需要為政府決策者在實現(xiàn)糧食安全和農(nóng)田固碳減排雙贏以及完善生態(tài)文明建設(shè)方面提升決策的科學(xué)性、針對性提供依據(jù)和建議。已有文獻僅分別對湖南、重慶等省市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了定量評估[12-13]，而均未根據(jù)評價結(jié)果對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)利用與有效保護提出建議對策。

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要生產(chǎn)要素的農(nóng)田，是固碳的重要單元(碳匯)。2020年9月22日中國在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出了“中國的二氧化碳排放力爭在2030年前達到峰值，努力爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和”這一目標，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有條件在平衡國家糧食安全與碳中和中發(fā)揮更大的作用，降低生產(chǎn)中的碳投入，增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。因此，在保證糧食安全的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)布局，開展農(nóng)田差異化研究，分析不同地區(qū)、不同作物固碳的效益是非常必要的，在統(tǒng)籌考慮國家糧食安全、碳中和、生態(tài)系統(tǒng)功能等多種因素后，引導(dǎo)農(nóng)戶種植增加碳匯的作物來實現(xiàn)碳中和的目標。然而，目前有關(guān)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳減排的研究鮮有報道。

長江經(jīng)濟帶作為全國生態(tài)文明建設(shè)先行示范帶，肩負著守牢全國糧食安全底線的重要任務(wù)，湖北省作為長江經(jīng)濟帶中的重點區(qū)域，在維護糧食安全和促進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展中起到重要作用。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本，客觀科學(xué)核算評估農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，對于科學(xué)利用和有效保護農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。本研究選取長江經(jīng)濟帶中部重點區(qū)域湖北省為研究區(qū)域，針對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)特征，選取氣體調(diào)節(jié)、凈化大氣、水資源調(diào)節(jié)、水土調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性維持和農(nóng)產(chǎn)品供給7個服務(wù)價值指標，采取造林成本法、碳稅法、替代工程法和成果參照法等環(huán)境經(jīng)濟學(xué)評價方法，核算2010～2020年間湖北省及各市州農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價值的時空變化，與同期國民經(jīng)濟發(fā)展進行協(xié)調(diào)性分析[14]。同時對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中氣體調(diào)節(jié)降低碳排放促進碳中和進行分析研究，為長江經(jīng)濟帶其他省份農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和借鑒參考，為助力實現(xiàn)國家“雙碳”目標提供重要支撐。

1 研究區(qū)域概況

湖北省位于長江中游，域內(nèi)長江干流總長1 062 km，在全國沿江各省市中位居第一。國土面積為54 168.5 km2，全省常住人數(shù)達5 775萬人(2021年)[15]。湖北省的地級行政區(qū)域有武漢市、黃石市、十堰市、宜昌市、襄陽市、鄂州市、荊門市、孝感市、荊州市、黃岡市、咸寧市、隨州市、恩施土家族苗族自治州、仙桃市、潛江市、天門市、神農(nóng)架林區(qū)。湖北省東部連接長三角城市群，西部緊挨成渝城市群，處于承東啟西的要道，是長江經(jīng)濟帶的中心區(qū)域。湖北農(nóng)業(yè)以優(yōu)質(zhì)糧棉油、蔬菜和水產(chǎn)品為主體，農(nóng)林牧副漁全面發(fā)展。湖北省大部分地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)性氣候，年均降雨量為800～1 600 mm，降水地域分布呈由南向北遞減趨勢，鄂西南最多達1 400～1 600 mm，鄂西北最少為800～1 000 mm。降水量呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，一般是夏多冬少，全省夏季雨量在300～700 mm之間，冬季雨量在30～190 mm之間。6月中旬至7月中旬雨最多，強度最大，是湖北的梅雨期[15]。湖北省東、西、北三面環(huán)山，中間低平，略呈向南敞開的不完整盆地，在湖北省總面積中，山地占56%，丘陵占24%，平原湖區(qū)占20%。通過第三次國土調(diào)查公報[16]可以得知，湖北省農(nóng)田面積476.86萬hm2。其中，水田254.66萬hm2，占53.4%；水澆地37.53萬hm2，占7.8%；旱地184.7萬hm2，占38.73%。農(nóng)田主要分布在荊州、襄陽、荊門、黃岡和孝感等地，占全省農(nóng)田的57.32%。主要糧食作物有稻谷、小麥、玉米、薯類和大豆等，以水稻為主，并且水田是廣義的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，具有潛在的生態(tài)價值。

2 研究方法

2.1 農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價值的評價指標體系構(gòu)建

基于Costanza等[17]及Reid等[18]的研究，在綜合考慮湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算指標體系[19]，具體評級指標如表1所列。

表1 湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價指標體系

2.2 評價方法

綜合分析相關(guān)文獻中各服務(wù)指標的評價方法，并根據(jù)湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)指標的屬性及數(shù)據(jù)的可獲得性，7個核算指標中氣體調(diào)節(jié)采用造林成本法和碳稅法共同進行評價，凈化大氣、水資源調(diào)節(jié)和水土調(diào)節(jié)選取替代工程法，氣候調(diào)節(jié)和生物多樣性維持選取成果參照法，農(nóng)產(chǎn)品供給采用市場價值法進行核算。具體核算方法見表2。

表2 湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估指標核算方法

2.3 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于2010，2015年和2020年的《湖北省統(tǒng)計年鑒》，年降水量來源于《湖北水資源公報》，化肥含量以及價格來源于化肥產(chǎn)品說明以及中國化肥網(wǎng)。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時間變化

從湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中各服務(wù)功能價值(見表3)中可以看出，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量呈現(xiàn)出逐年增長趨勢，10 a間增加了304.53億，提高了28%，總價值量增加的主要原因是由于農(nóng)產(chǎn)品供給價值、水資源調(diào)節(jié)價值和氣體調(diào)節(jié)價值的提高，分別增加了197.12億，46.60億元和28.90億元。

表3 湖北省2010～2020年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中各服務(wù)功能價值

2010～2020年湖北省農(nóng)田系統(tǒng)服務(wù)功能構(gòu)成基本保持不變，均是農(nóng)產(chǎn)品供給占主導(dǎo)地位，其次是氣候調(diào)節(jié)，而其他服務(wù)總占比均小于10%。10 a間農(nóng)產(chǎn)品供給和氣候調(diào)節(jié)價值呈先增加后減少的趨勢；水資源調(diào)節(jié)價值呈先減少后增加的趨勢，其他服務(wù)指標價值均呈持續(xù)增加的趨勢。農(nóng)產(chǎn)品供給和氣候調(diào)節(jié)價值變化與農(nóng)產(chǎn)品年產(chǎn)量和其市場價格有關(guān)，2010～2020年農(nóng)產(chǎn)品年產(chǎn)量呈先增長后減少的趨勢(從2 631.51萬t先增長到3 146.24萬t，后減少到3 057.37萬t)，2020年農(nóng)產(chǎn)品年產(chǎn)量減少可能是與百年不遇的新冠疫情和嚴重的洪澇災(zāi)害等有關(guān)，疫情的肆虐與嚴峻的自然災(zāi)害的多重打擊導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量有所減少。水資源調(diào)節(jié)價值變化主要受年降雨量影響(2010～2020年的年降水量呈先降低后增加的趨勢)。

2010～2020年各服務(wù)功能價值對湖北農(nóng)田水土系統(tǒng)總服務(wù)價值貢獻率隨時間變化的波動較小(見圖1)，其中農(nóng)產(chǎn)品供給呈先增加后減少的趨勢，氣候調(diào)節(jié)呈持續(xù)減少的趨勢，其他服務(wù)指標均呈先減少后增加的趨勢。貢獻率排列前三的指標分別為農(nóng)產(chǎn)品供給(年均占比68.75%)、氣體調(diào)節(jié)(年均占比22.21%)、水資源調(diào)節(jié)(年均占比4.70%)，表明農(nóng)產(chǎn)品供給、水資源調(diào)節(jié)和氣體調(diào)節(jié)是影響湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值的主要因素。主要原因是湖北省耕地面積較多，各種農(nóng)作物產(chǎn)量較大，提供了較多的產(chǎn)品供給價值和氣體調(diào)節(jié)價值。涵養(yǎng)水源價值與湖北省的地理位置有關(guān)，因為湖北省地處長江經(jīng)濟帶，省域內(nèi)常年降雨豐沛，水資源豐富，所以湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可以提供較高的涵養(yǎng)水源價值。

圖1 2010～2020年湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值構(gòu)成比例

3.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布特征

2010，2015年和2020年湖北省各市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量變化范圍分別是0.78億～188.68億元、0.78億～203.45億元和0.80億～217.84億元(見表4)。襄陽市、荊門市、咸寧市、恩施州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量在2010～2020年呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢。2010～2020年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值上升最快的城市為襄陽市，增加了132.82億元，2020年是2010年的2.66倍；上升最少的城市是神農(nóng)架林區(qū)，增加了0.03億元，2020年是2010年的1.03倍。

表4 湖北省各市、州2010～2020年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

“十二五”期間，除潛江市、天門市和神龍架外，湖北省其他市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量均呈增長趨勢；“十三五”期間，襄陽市、荊州市、荊門市、咸寧市、恩施州、天門市和神農(nóng)架農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量呈增長趨勢，其他市州均呈減少趨勢。其中，黃岡市、宜昌市、荊州市、襄陽市、鄂州市、孝感市的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)年均價值量超過了100億元，表明這6個城市的農(nóng)業(yè)較為發(fā)達，這也與湖北省的省情相符?！逗笔〉谌螄琳{(diào)查主要數(shù)據(jù)公報》[28]顯示，耕地主要分布在荊州市、襄陽市、黃岡市和孝感市等地，占全省耕地的57.32%；最少的是神農(nóng)架，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量僅增長了0.03億元，原因在于該區(qū)域耕地面積最少，僅占湖北省面積2.2%，主要是林地，占湖北省林地面積的90.8%。

利用ArcGIS對湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值進行空間化處理，得到湖北省各市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量的空間分布特征?？傮w上來看，“十二五”期間，除宜昌市、潛江市、天門市以外，湖北省其他各市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值均呈增長趨勢；“十三五”期間，襄陽市、荊州市、荊門市、咸寧市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值呈增長趨勢，其他市州均呈減少趨勢。從圖2中可以看到，湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值整體呈現(xiàn)出從東到西逐步減少的趨勢。通過相關(guān)性計算可知，各市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值與農(nóng)產(chǎn)品供給(3 a相關(guān)性分別為0.32，0.35和0.32)和氣體調(diào)節(jié)價值(3 a相關(guān)性分別為0.39，0.40和0.32)具有一定的相關(guān)性。由前面分析可知，農(nóng)產(chǎn)品供給和氣體調(diào)節(jié)價值受農(nóng)產(chǎn)品年產(chǎn)量及年降雨量影響，農(nóng)產(chǎn)品的年產(chǎn)量(200萬t以上)和年降雨量(1 300 mm以上)較高的城市主要分布在湖北省的中東部，導(dǎo)致湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值整體呈中東部高，西部低的趨勢。

圖2 湖北各市州單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布(萬元/hm2)

不同年份湖北省單位面積農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價值的最大值與最小值的城市有所不同，2010年分別是鄂州市(40.21萬元/hm2)和荊門市(0.81萬元/hm2)，2015年分別是鄂州市(41.72萬元/hm2)和荊門市(0.88萬元/hm2)，2020年分別是是仙桃市(3.27萬元/hm2)和神農(nóng)架(1.11萬元/hm2)，說明在經(jīng)濟發(fā)展過程中，湖北省各市州對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的保護力度有所差距，各市州間發(fā)展速度差距仍然較大，發(fā)展不平衡。

3.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與GDP的協(xié)調(diào)性分析

通過比較分析湖北省各市州的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與各市州的GDP，有助于解決農(nóng)田生態(tài)協(xié)同平衡發(fā)展，有利于地區(qū)的社會-經(jīng)濟-生態(tài)平衡發(fā)展，同時根據(jù)GDP與農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價值兩個指標的協(xié)調(diào)性來評估該地區(qū)的生態(tài)文明的建設(shè)效果，可為相關(guān)部門將農(nóng)田生態(tài)考核納入國民經(jīng)濟考核體系提供建議。根據(jù)文獻[14]歸納總結(jié)的具體評價方法見表5。

表5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與GDP發(fā)展模式

由表6可知，2010～2020年全省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值與GDP一直同步增長，從整體上來看，湖北省的社會經(jīng)濟與生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)取得效果。

表6 湖北省各市州2010～2020年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與GDP的比較分析

從湖北省各市州農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和GDP數(shù)據(jù)來看，2010～2015年大部分市州社會經(jīng)濟與生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展狀況良好，但潛江等3個市州是經(jīng)濟發(fā)展以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的不協(xié)調(diào)發(fā)展模式；2015～2020年僅襄陽市等5個市州生態(tài)保護與經(jīng)濟呈協(xié)調(diào)發(fā)展，占全省29%，而其他市州均是經(jīng)濟發(fā)展以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的不協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

綜上可知，2010～2020年襄陽市、荊門市、荊州市、咸寧市和恩施州生態(tài)保護成效明顯，與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)取得效果。武漢市、黃石市、十堰市、宜昌市、鄂州市、孝感市、黃岡市、隨州市和仙桃市這9個城市從社會經(jīng)濟與生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟發(fā)展以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的不協(xié)調(diào)發(fā)展模式，主要原因是2015～2020年農(nóng)作物的年產(chǎn)量下降，農(nóng)作物的年產(chǎn)量下降導(dǎo)致釋氧價值減少，導(dǎo)致氣體調(diào)節(jié)價值和農(nóng)產(chǎn)品供給價值均下降，進而農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相應(yīng)下降。天門市和神農(nóng)架從經(jīng)濟發(fā)展以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的不協(xié)調(diào)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣?jīng)濟與生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展模式，表明積極保護和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)能力起到了關(guān)鍵作用。需要重點關(guān)注的是，潛江市在2010～2020年一直處于經(jīng)濟發(fā)展以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的不協(xié)調(diào)發(fā)展模式，雖然社會經(jīng)濟得到高速發(fā)展(GDP增長近2.5倍)，但生態(tài)環(huán)境遭到了破壞(農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降一半)，可能與近五年興起的小龍蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)有關(guān)，“挖田養(yǎng)蝦”等養(yǎng)殖方式使?jié)摻r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能發(fā)生很大變化，導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值明顯下降，希望引起地方政府的關(guān)注。

3.4 雙碳目標下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳減排

雙碳目標下的農(nóng)田固碳通過農(nóng)作物的光合作用和呼吸作用得到凈光合產(chǎn)物，包括農(nóng)作物的經(jīng)濟產(chǎn)出、秸稈和根系等部分[29]。通過下述計算公式得到的結(jié)果見表7。

表7 2010～2020年湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳量與單位播種面積碳吸收強度

Ct=∑Ci

(1)

式中：Ct為區(qū)域農(nóng)作物碳吸收總量，t CO2eq；i為第i種農(nóng)作物；Ci為第i種作物的碳吸收量，t；Fi為第i種作物的含碳率，%；Yi為第i種作物的產(chǎn)量，t；Wi為第i種作物的水分系數(shù)，%；Ri為第i種農(nóng)作物的根冠比系數(shù)；Hi為第i種農(nóng)作物的經(jīng)濟系數(shù)；44/12是C轉(zhuǎn)換為CO2的轉(zhuǎn)換系數(shù)。湖北省主要農(nóng)作物的H、F、W參數(shù)見《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》。

由表7可得，2010～2020年湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳總量的變化趨勢為：2010～2015年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳固定總量表現(xiàn)為整體上升的趨勢，年均增幅為3.4%；2015～2020年湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳總量表現(xiàn)為下降趨勢，年均下降幅度為1.2%。

2010～2020年湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的不同農(nóng)作物的碳固定量隨時間變化差異性較大，其中水稻、薯類和花生保持碳固定量穩(wěn)定增長，棉花的碳固定量呈逐年減少趨勢，其他農(nóng)作物碳固定量呈先增長后減少趨勢。由計算公式可知，湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳總量和各農(nóng)作物碳固定量的變化主要受年產(chǎn)量控制。2020年湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳總量減少是由于小麥等旱地作物減產(chǎn)導(dǎo)致的，原因可能是與2020年的疫情和水澇等自然災(zāi)害有關(guān)。

湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的各農(nóng)作物碳固定量相差較大的原因除與產(chǎn)量有關(guān)，還跟各作物固碳能力有關(guān)。通過優(yōu)化公式(1)推導(dǎo)得到農(nóng)作物固碳系數(shù)(見表7)，即各作物的固碳能力?？梢钥闯?，棉花固碳能力最強，薯類固碳能力最弱。在一定程度上，農(nóng)作物的碳固定量取決于各作物的固碳能力，但無法反映區(qū)域作物總固碳量。因此，根據(jù)公式(1)優(yōu)化得到農(nóng)作物單位播種面積碳吸收強度公式，用來衡量區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物的碳固定能力，公式如下：

各作物單位播種面積碳吸收強度=各作物產(chǎn)率×

各作物固碳系數(shù)

(2)

公式(2)可以為不同地區(qū)引導(dǎo)農(nóng)戶種植增加碳匯的作物來實現(xiàn)碳中和提供理論指導(dǎo)。從表7中可以看出，水稻是湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢作物，其固碳量占總固碳量一半左右，因此根據(jù)研究區(qū)實際農(nóng)情，可以通過增加單位播種面積碳吸收強度較大的其他農(nóng)作物(如大豆和玉米)播種面積，減少花生和油菜籽的播種面積，來提升湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳減排能力。

通過研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，種植高產(chǎn)低排放農(nóng)作物并采用水旱輪作方式可以促進固碳減排，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)價值；多種植豆科植物等經(jīng)濟作物，比如大豆，其單位播種面積碳吸收強度較高；還可以采用農(nóng)林混合種植的方式提高農(nóng)田土壤固碳量；提高秸稈還田可以增加農(nóng)田土壤生物質(zhì)，在耕種方式上可以采用少耕免耕、綠肥輪作等措施。

4 結(jié) 論

本文定量核算了湖北省各市州在2010～2020年間的農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價值，分析了其時空變化特征，評估了湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳減排現(xiàn)狀，優(yōu)化了表征農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的計算公式。主要結(jié)論如下：

(1)從時間上來看，長江經(jīng)濟帶重點區(qū)域湖北省農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價值呈逐年上升的趨勢，關(guān)鍵因素是耕地面積，其次是年降雨量和農(nóng)產(chǎn)品年產(chǎn)量。湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值整體呈現(xiàn)出從東到西逐步減少的趨勢，與湖北省各市州的年降雨量及農(nóng)產(chǎn)品年產(chǎn)量分布有關(guān)。

(2)襄陽市等5個市州生態(tài)保護成效明顯，與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)取得效果。天門市和神農(nóng)架積極保護和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)起到關(guān)鍵作用，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)價值由負增長變?yōu)檎鲩L。武漢市等9個市從社會經(jīng)濟與生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟發(fā)展以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的不協(xié)調(diào)模式，潛江市一直處于經(jīng)濟發(fā)展以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的不協(xié)調(diào)模式，這10個市的生態(tài)環(huán)境保護需要引起相關(guān)部門的重視。

(3)湖北省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)總固碳量呈先增加后減少趨勢，主要受農(nóng)作物產(chǎn)量和固碳系數(shù)影響。優(yōu)化得到農(nóng)作物單位播種面積碳吸收強度公式，用來衡量區(qū)域內(nèi)各農(nóng)作物的碳固定能力，為不同地區(qū)引導(dǎo)農(nóng)戶種植增加碳匯的作物來實現(xiàn)碳中和提供理論指導(dǎo)。主要通過改變農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，種植單位播種面積碳吸收強度較大的農(nóng)作物，同時采用水旱輪作、綠肥輪作和秸稈還田等耕種措施實現(xiàn)糧食安全與農(nóng)田生態(tài)保護雙贏。