（环境科学专业论文）关中地区种植业生态服务功能与价值评估研究.pdf

a b s t r a c t e c o l o g i c a lf a r m i n gs y s t e m ，w h i c hi sa na r t i f i c i a ls u b e c o s y s t e m sf o r m e db ym a i lc o n t r o l b a s e do nt h en a t u r e ，n o to n l yp r o v i d e ss t e a d ym a t e r i a lf o u n d a t i o na n df o o df o rh u m a ns u r v i v a l a n dd e v e l o p m e n t ，b u ta l s ot r e m e n d o u se n v i r o n m e n t a ls e r v i c e s f i r s to fa l l ，t h i sp a p e rb u i l da f a r m i n ge c o s y s t e ms e r v i c ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mi no r d e rt od e t e r m i n et h ec o n t e n to f a s s e s s i n g ，i n c l u d i n gp r o d u c t sp r o v i d i n gf u n c t i o n ，a i rc o n d i t i o n i n g ，w a t e ra n ds o i lc o n s e r v a t i o n ， t h em a i n t e n a n c eo fn u t r i e n tc y c l e s ，p u r i f y i n gt h ea t m o s p h e r eo ft h ef a r m l a n da n do r c h a r d s y s t e m s ，a sw e l la st h el o s si ns o i lp o l l u t i o n s e c o n d l y ，t h i sp a p e rs e l e c tm a n ya s s e s s i n gm e t h o d s ，s u c ha st h em a r k e tv a l u em e t h o d , t h es h a d o wp r i c em e t h o d ，a na l t e r n a t i v em e t h o dw o r k s ，t h eo p p o r t u n i t yc o s tm e t h o d ，c o s t m e t h o d ，a n dt h ec a l c u l a t i o nm o d e lo fe c o l o g i c a ls e r v i c ef u n c t i o n sv a l u a t i o no nt h eb a s i so f t h e o r e t i c a lr e s e a r c h t h e nt a k e f a r m i n gr e g i o no fg u a n z h o n ga r e aa st h eo b j e c to ft h i s s t u d y , a n de s t i m a t eq u a n t i t a t i v e l yt h ev a l u eo fe c o l o g i c a ls e r v i c ef u n c t i o n s r e s u l ts h o w st h a tt h ef a r m i n gs y s t e ms e r v i c e sv a l u eo fg u a n z h o n ga r e ah a sac e r t a i n e f f e c t i v e n e s so ft h ee c o l o g i c a ls e r v i c ef u n c t i o n t h eg r o s sv a l u eo f e c o l o g i c a ls e r v i c ef u n c t i o n i ng u a n z h o n ga r e ai s7 3 3 9 4 0 6 9 w r m b ，b u ta sar e s u l to f g r e e n h o u s eg a se m i s s i o n sa n ds o i l p o l l u t i o nb e c a u s eo ft h ep e s t i c i d e sa n df e r t i l i z e ru s i n g ，f a r m i n gs y s t e m sc a u s eac e r t a i nl o s so f e n v i r o n m e n t a lv a l u ea tt h es a l n et i m e ，a n dt h el o s sr e a c h e s3 2 8 3 3 3 2 2w r m b t h e r e f o r e ，t h e v a l u eo fe c o l o g i c a ls e r v i c ef u n c t i o ni ng u a n z h o n ga r e ai s4 0 5 6 0 7 5 0 w r m b2 0 0 5 ，a n dt h e f a r m i n gs y s t e m sp r o v i d ee c o n o m i cb e n e f i tb u ta l s oo b v i o u se c o l o g i c a lb e n e f i t s a m o n gt h es e r v i c ef u n c t i o n so ft h ef a r m i n ge c o s y s t e m ，t h ev a l u eo fc a r b o n f i x i n ga n d o x y g e n r e l e a s i n gf u n c t i o ni s t h eh i g h e s t ，w h i c hi s u pt 0 7 2 1 ；f o l l o w e db yt h ep r o d u c t s p r o v i d i n gf u n c t i o n ，t h em a i n t e n a n c eo fn u t r i e n tc y c l e s ，s o i la n dw a t e rc o n s e r v a t i o na n d p u r i f y i n gt h ea t m o s p h e r ef u n c t i o n ，a n dt h ep r o p o r t i o n sa r el4 2 ，12 9 ，0 6 a n do 2 t h r o u g ht h ee s t i m a t i n g ，r e s u l t ss h o wt h a tt h ev a l u eo fa i rc o n d i t i o n i n gf u n c t i o no f w h e a t c o ms y s t e mc h a n g e so v e rt i m e ，a n dt h ec u r v ew a sb i m o d a lt r e n d a n di t sm o r es t a b l e i no r c h a r de c o l o g i c a l s y s t e m ，w h i c hc u r v ew a su n i m o d a lt r e n d w h i c hc a nr e f l e c tt h et o t a l v a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e sc h a n g et os o m ee x t e n t k e yw o r d s g u a n z h o n ga r e a , p l a n t i n g ，e c o l o g i c a ls e r v i c ef u n c t i o n s ，v a l u a t i o n 玎 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：盗童坌指导教师躲。一 y 口1 年多月彤日m 7 年舌月形日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：、净雪考 矽7 年石月彩日 西北大学硕士学位论文 i i 选题背景 第一章绪论 生态系统是在一定的空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动相互 作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位，它把生物及其非生物环境看成是互相影 响、彼此依存的统一整体。不论是自然生态系统还是人工生态系统，生态系统的能量流 动均开始于光合作用，通过植物光合作用积累能量的过程就是生态系统最根本的生产功 能，在生产功能支持的基础上，生态系统还具有涵养水源、保持水土、调节大气、维持 物质循环、净化环境等多种生态功能。由于不同生态系统的生态功能存在着较大的差异， 因此，掌握和研究不同生态系统生态功能的差异，是生态系统价值研究的基础。 在已有的生态系统功能及其价值研究中，自然系统生态功能及其价值度量一直是研 究的重点，这些研究为深化认识自然生态系统的功能和价值奠定了基础，也为自然生态 系统保护和建设工作的开展起到了很大的促进作用。在一定意义上，人工生态系统被认 为是人类为了特定目的而建立的特殊生态系统，正是由于人工生态系统强烈目的性的影 响，掩盖了其目的性功能之外其它功能的重要性认识。因此，与自然生态系统相比，人 工生态系统生态功能及其价值研究较为滞后。 种植业生态系统是人类根据自身需要，以目标作物为中心，在积极干预自然的过程 中所形成的半自然生态系统。但对于种植业系统而言，由于其生产功能在人类生存和发 展中具有极为重要的作用，其生产功能得到了极为广泛的关注。与自然系统相似，种植 业系统也是以第一性生产力为主的生产系统，也具有较大的生态功能价值，其生态价值 也应受到充分的重视。但伴随农业技术的发展，种植业生产也和工业生产一样，越来越 强烈地依赖于资源消耗和环境投入，过度依赖化肥、农药，耕作、灌溉的机械化程度也 大大增加，这些又使种植业系统的生态价值受到部分影响。因此，如何合理认识种植业 系统的生态价值就成为值得研究的任务。 从产业发展与自然环境的关系来看，种植业对自然系统具有较强的依赖性，也具有 较强的地域性，这种依赖性使种植业系统具有极强的季节性。从不同产业经营的规模化 程度和成本收益来看，与工业系统相比，种植业系统常存在规模化经营的困难性，其与 工业系统存在较大的收益剪刀差，这种收益剪刀差的长期存在和经营成本的不断攀升， 第一章绪论 也使种植业系统的经营长期处于被动的局面。 在上述背景下，全面开展种植业系统的功能与价值研究，重新审视种植业系统在区 域发展中的作用，无论对于充分发挥其有利作用，均衡不同产业行业差异，还是避免或 减缓其不利影响，均具有极为重要的意义。 1 2 研究目的和意义 种植业生态系统是在自然环境基础上经过人工控制而形成的半自然的人工生态系 统。种植业已经有几千年的发展历史，其覆盖面积已经达到了2 5 3 0 的全球土地面积， 为人类的生存与发展提供了坚实的物质基础和食物保障。在果园系统中，也需要通过栽 种、施用农药化肥、除草等人工管护工作完成系统生产，因此，除了农田系统以外，果 园系统也是种植业系统的一个重要组成部分。 种植业生态系统不仅具有产品服务功能价值，更具有巨大的环境服务功能价值。从 生态效益来看，种植业系统具有大气调节、涵养水源、保持土壤、维持营养物质循环、 净化环境、生态安全等多项生态服务功能，以及在文化娱乐、学术研究等多方面发挥着 重要的作用，给人类带来了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。 但长期以来，由于种植业系统的社会效益和生态效益往往是以非实物形态间接地服 务于人类的生存和生产，人们对于生态系统服务功能认识的局限性，以及对经济利益最 大化的追求，使得种植业生产一直是以耗散环境的服务价值来获得产品服务功能最大输 出的非持续型方式发展，这种发展方式导致了种植业系统的一系列环境危机，使其服务 功能不断地弱化，甚至给环境造成某些环境污染损失价值。 关中地区是中华民族的发祥地，种植业发展已有几千年的历史。从古至今，随着耕 作方式的改进，关中地区种植业系统的生态服务功能也在发生着变化。因此，开展关中 地区种植业系统生态服务功能与价值评估研究，对其服务功能价值进行科学、全面的评 价，不仅可以帮助人们更为完整地认识种植业系统，并且可以更加全面的掌握关中种植 业系统的现状及问题，从根本上认识理解、科学评价、合理调控和可持续利用种植业系 统的生态服务功能，为种植业与其他产业协调发展提供理论依据，为种植业生态系统科 学管理和农田生态安全研究提供技术支撑，保证种植业生态系统为人类的生存和可持续 发展发挥更大的效用。即从多角度全面的评价种植业生态系统的价值，无论对于种植业 行业发展，还是人类社会经济的可持续发展均具有极为重要的意义。 2 西北大学硕士学位论文 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外生态系统服务功能的研究现状 对生态系统的服务功能及经济评价始于上世纪6 0 年代中期，并逐渐发展成为生态 学与生态经济学研究的分支。在1 9 7 0 年联合国大会发表的人类对全球环境的影响报 告中，提出了生态系统服务功能的概念，同时列举了生态系统对人类的环境服务功能， 其后h o l d e r 、w e s t m a n 和o d u m 等进行了早期较有影响的研究【1 1 。但直到1 9 9 1 年后，关 于生物多样性和生态系统服务价值评估方法的研究和探索才逐渐增多。 2 0 世纪9 0 年代后期，国际上对于生态系统服务功能的研究取得了突破性进展，其 中较为突出的是c o s t a n z a 等在n a t u r e 上发表的关于生态功能的研究论文【2 1 ，他们的研究 对生态系统服务价值评估工作产生了深远影响。之后对于生态系统服务的价值及其评估 开始得到人们的广泛关注，国际上也开展了大量的实践研究工作。 在对全球或区域生态系统服务价值的评估研究中，具有代表性的有c o s t a n z a 等世界 1 3 位科学家对全球生态系统服务价值的分类与全面评估【3 】：s u t t o n 研究了全球生态系统 的市场价值和非市场价值及其与世界各国g d p 的关系嗍；联合国千年生态系统评估工作 组开展的全球尺度和3 3 个区域尺度的“生态系统与人类福利”研究【5 】，是目前最新也是规 模最大的评估工作。 对单个生态系统价值评估的研究中，代表性的有h a n l e y 对森林景观和娱乐价值的 评价【6 】：l o o m i s 对美国河流生态系统总经济价值的评价 7 1 ：l a l 研究了太平洋沿岸红树 林价值及其对环境决策制定的意义【8 】。 关于某一物种及生物多样性保护价值的研究有j a k b o s s o n 采用条件价值评估方法对 澳大利亚维多利亚州所有濒危物种的价值评估【9 】；m e n d o c a 采用支付意愿和种群生存分 析模型讨论了巴西金狮绢毛猴等3 个物种的货币价值，并预测了未来各个物种的生存概 率【1o 】；b a n d a r a 讨论了斯里兰卡亚洲象保护的净效益及其政策含义【1 1 】。 关于农业生态系统服务功能的研究较少。b j o r k l u n d 等认为农田系统生态服务功能 主要包括：肥沃土壤的维持、生物管理、营养物循环、废弃物同化、c 0 2 吸收和基因信 息的保持等，并通过研究表明农业生产强度的差异对农田生态系统服务功能具有很大的 影响【1 2 1 。 3 第一章绪论 1 3 2 国内生态系统服务功能的研究现状 我国的生态系统服务功能及其价值评价工作源于2 0 世纪8 0 年代初【1 3 1 ，并主要以森 林生态系统为依托，开展生态系统服务功能的研究。 对区域生态系统服务功能的价值的研究中，欧阳志云等首先对生态系统服务功能及 其生态价值进行了阐述，分析了生态系统服务功能的内涵；然后将其服务功能划分为直 接利用价值、间接利用价值、选择价值和存在价值4 个类型，并根据不同类型的服务功 能采用不同的方法进行价值评估；最后对中国陆地生态系统服务功能的价值进行了初步 估算【1 4 1 。 孙刚等对生态系统服务的功能和价值进行了分类研究【15 1 ，认为生态系统的服务功能 包括生物生产、调节物质循环、土壤的形成与保持、调节气象气候及气体组成、净化环 境、生物多样性的维持、传粉播种、防灾减灾和社会文化源泉。 我国学者对于森林生态系统服务功能的研究较多。早期研究中较为突出的是张嘉宾 等人利用影子工程法和费用替代法估算了云南怒江、福贡等县的森林保持土壤功能的价 值和森林涵养水源功能的价值；邓宏海等用马克思级差地租论建立了一个森林生态 经济效益系统评价的指标体系，并对已有的直接计量法、间接计量法和生态经济计量法 进行了总纠1 8 】。在其后的研究中，肖寒等在探讨了森林生态系统服务功能的内涵，使用 市场价值、影子工程、机会成本和替代花费等方法对海南岛尖峰岭热带森林进行了评价 【1 6 】；侯元兆等人对中国森林资源的涵养水源、防风固沙、净化大气等经济价值进行了评 估，首次揭示了这三项功能是活立木价值的1 3 倍【1 9 】：薛达元等在对长白山森林生态系 统间接经济价值进行评估时，引入环境价值核算方法，首次采用条件价值法对长白山地 区生物多样性的存在价值进行了支付意愿调查f 2 2 1 。 在对草地生态系统的研究中，谢高地等参考c o s t a n z a 等人的价值评价方法，在草地 生态系统服务价格订正的基础上，逐项估计了各类草地生态系统的各项生态服务价值， 并计算出全国草地生态系统每年的服务价值【2 4 1 。 我国学者对于农田生态系统的服务功能进行了较为深入、细致的研究。赵荣钦等认 为农业生态系统的服务功能包括：提供农产品和轻工业原料来源、碳汇功能、改良土壤、 维持区域生态平衡、提供自然环境的美学、社会文化科学、教育、精神和文化的价值【2 5 1 。 陈源泉和高旺盛认为还应包括花粉传播、害虫控制、生物多样性保持等【2 6 1 。肖玉等研究 了稻田气体调节的形成机制和积累过程，并对稻田生态系统的气体调节功能进行了定量 4 西北大学硕士学位论文 研究，分别计算了稻田对c 0 2 的吸收量和0 2 的释放量、稻田生态系统对温室气体( c 0 2 、 n 0 2 、c i - h ) 的吸收量和排放量，并最终得出稻田生态系统对于温室气体的总体作用是 抑制的【2 7 1 。孙新章、谢高地等对中国农业生态系统的土壤保持功能进行了定量研究，采 用市场价格法、机会成本法和影子工程法计算得出，我国农业生态系统的土壤保持总价 值，相当于2 0 0 0 2 0 0 2 年我国种植业平均产值的1 3 t 2 引。 但从我国目前的研究现状来看，对种植业系统服务功能的研究依然处于初级阶段， 研究的对象比较单一，功能价值评估项目考虑的不够全面，对某些生态服务功能的研究 尚处在理论水平；在估算方法上，大多直接引用国外的研究方法或者直接套用国外的标 准。因此，在我国重要的种植业生产基地关中地区开展种植业系统服务功能及价值 评估研究是十分必要的。 1 4 研究内容与技术路线 1 4 1 研究的主要内容 本文将以关中地区种植业生态系统及其生态服务功能为研究对象，在理论和估算方 法研究的基础上，进行关中地区种植业系统的生态服务价值和损失价值估算。从用地类 型上来看，农田和果园之间的相互转换性较大，因此本文研究的种植业系统包括了农田 生态系统和果园生态系统。 ( 1 ) 种植业生态系统研究 全面了解国内外研究现状；阐释生态系统服务功能的内涵，阐明研究目的及意义； 总结种植业生态服务功能的理论和方法研究成果，为区域种植业生态价值的深入研究提 供理论支撑。 ( 2 ) 种植业生态服务功能研究 种植业的生态服务功能不仅包括为人类的生存与发展提供坚实物质基础和食物保 障的产品服务功能，还具有巨大的环境服务功能和生态安全价值。总的来说，包括以下 几个方面：农产品价值、固定c 0 2 、释放0 2 的价值、涵养水分的价值、营养循环的价 值。 只有对种植业系统生态服务功能及其形成调控机制和驱动力进行深入研究，才能从 根本上认识理解、科学评价、合理调控和可持续利用种植业生态系统服务功能，为种植 业生态系统科学管理和农田生态安全研究提供理论依据，使种植业生态系统为人类的生 5 第一章绪论 存和可持续发展提供更大效用。 ( 3 ) 区域种植业生态服务功能价值评估方法研究 根据不同的生态服务功能类型，选择评价方法，并在现有的估算方法基础上结合关 中地区现状，确定各项生态服务功能和损失价值的估算模型。 ( 4 ) 关中地区种植业生态服务功能与价值评估 利用价值计算模型对农田和果园生态系统的各项生态服务功能价值及损失价值进 行估算，最终根据估算结果对关中地区的种植业生态系统进行生态服务功能评价。 1 4 2 研究的技术路线 本文首先对研究区进行调查，收集相关的资料和数据。分析种植业的生态服务功能， 并利用基础数据，采用市场价值法、替代工程法、影子价格法和机会成本法等经济学方 法对关中地区种植业系统的生态服务功能进行核算，对不同种植物的种植业区块的服务 功能进行比较分析。本文研究的技术路线如下图1 所示。 6 西北大学硕士学位论文 图1 论文研究技术路线图示 7 第二章种植业生态功能与价值评估的理论研究 第二章种植业生态功能与价值评估的理论和方法研究 2 1 种植业的生态功能与价值评估理论分析 2 1 1 生态系统服务功能 1 9 6 6 年，生态系统服务功能这个概念被第一次正式提出，自此这一概念被各国学 者不断地补充和完善【2 9 。1 9 9 7 年，d a i l l y 在其著作生态系统服务功能中，对生态系 统服务功能做出如下定义【3 0 】：生态系统的服务功能是指自然生态系统及其物种所提供的 能够满足和维持人类生活需要的条件和过程。生态系统在为人类提供物质资料的同时， 还创造与维持了地球生命支持系统，形成了人类生存所必需的环境条件。 2 0 0 5 年，w 在千年生态系统评估的报告中将生态系统服务功能定义为人类从生 态系统中获得的效益，并指出这些效益包括供给功能( 如粮食与水的供给) 、调节功能 ( 如调节洪涝、干旱、土地退化，以及疾病等) 、支持功能( 如土壤形成与养分循环等) 和文化功能( 如娱乐、精神、宗教以及其它非物质方面的效益) f 3 1 1 。可见，生态系统不 仅为人类提供了食品和其它生产原料，更形成了地球生态支持系统，创造了人类生存所 必需的环境条件。 生态系统服务功能的内涵丰富，包括了合成与生产有机质、更新与保持土壤肥力、 维持营养物质循环、产生与保持生物多样性、降解有毒有害物质、控制有害生物、净化 环境、调节气候、减轻自然灾害等各个方面 3 2 】。生态系统的各项服务功能在发挥作用的 过程中，逐渐形成了以下特点： 生态系统服务功能是生态系统的本质属性，是客观存在的，只要生态系统持续 存在，其对人类和周围环境的服务功能就必然存在【3 5 | 。 生态系统的服务功能是多层次的、全方位的，不仅包括有形的服务，也包括无 形的服务，既包括直接的服务，也包括间接的服务；生态系统不仅每时每刻为人类提供 服务，而且也在不断为周围的生态系统、周围的动植物及环境提供着服务。 生态系统服务功能具有强弱变化。生态系统服务是一个动态过程，它会不断地 发生变化，这种变化一方面会随着生物或生态系统的节律变化以及演替进程( 如季节变 化等) 而变化，另一方面，也会因人类活动对生态系统的干扰、破坏和培育等活动的变 化而变化。同时，人类活动可以促进生态系统的服务功能，也可以破坏生态系统的服务 8 西北大学硕士学位论文 功能，甚至使生态系统的服务功能完全消失。 生态系统的服务功能类型及价值量会因生态系统的类型、组成结构、尺度规模 和发展进程、人为干预等因素的影响而有所差异。 1 9 9 7 年，c o s t a n z a 等学者将生态系统服务功能归纳为4 个层次1 7 类功能1 3 3 】，即生 态系统的生产功能，包括生态系统的产品供给和生物多样性的维持等；生态系统的基本 功能，包括传粉、传播种子、生物防治、土壤形成等；生态系统的环境效益，包括减缓 干旱和洪涝灾害、调节气候、净化空气、消化废物等；生态系统的娱乐价值，休闲、娱 乐、文化艺术素养、生态美学等。 d m r y 在其著作中所指出的生态系统服务功能包括缓解干旱和洪水、废物的分解和 解毒、产生和更新土壤和土壤肥力、植物受粉、农业害虫的控制、稳定局部气候、物质 生产、缓解气温聚变、风和海浪、支持不同的人类文化传统、提供美学和文化、娱乐。 我国学者欧阳志云将生态系统的服务功能价值分为直接利用价值、间接利用价值、 选择价值和存在价值4 类。其中直接利用价值主要是指生态系统产品所产生的价值；间 接利用价值主要是指无法商品化的生态系统服务功能，如维持生命物质的生物地球化学 循环、水分循环、保持水土、改善气候、维持生物多样性等方面的功能；选择价值是指： 人们为了将来能被自己或者被子孙后代直接和间接利用某种生态系统服务功能的支伊 意愿；存在价值是指人们为确保生态系统服务功能继续存在的支付意愿，是生态系统本 身的价值。 通过对生态系统服务功能的分析，可见生态系统的价值不仅体现在各类系统为人类 提供食物和工农业生产原料的服务功能上，更体现在生态系统对地球生命系统的支撑与 维持作用过程中【3 4 1 。此外，还由于生态系统服务功能所具有的变动性特点，因此，在对 某一生态系统的服务功能进行价值研究时，必须结合实际综合考量【3 6 1 。 2 1 2 种植业的生态服务功能 种植业生态系统是人类根据自身需要，以某种作物或经济物种为中心，在土地资源 的支撑作用下，积极干预自然，利用目标物种与非生物环境之间以及种植区生物种群之 间的关系来进行所需农产品生产的半自然生态系统，是一个在人类参与及主宰下的，由 社会一经济自然结合而成的，具有多种经济、生态、社会功能和自然、社会双重属性的 复合生态系统【3 。7 1 。种植业生态系统由系统内的生物群落和光、二氧化碳、水、土壤、无 机养分等非生物要素所构成【3 8 】。作为一个半自然半人工的生态系统，种植业生态系统不 9 第二章种植业生态功能与价值评估的理论研究 但具有产品服务功能价值，还具有其他自然生态系统所具有的生态服务功能价值【删。 由于种植业生态系统是一个在人类强烈干预下的开放系统，生物组成单一，其自身 稳定性和抗逆性差；种植区的生态系统具有明显的地区性；系统受自然生态规律和社会 经济规律的双重影响制约，使其生态功能的不确定性远高于自然生态系统。因此，种植 业生态系统具有以下特点： 单一性。种植业系统中的生物群落结构较为单一，优势群落往往只有一种或数 种作物；伴生生物为杂草、昆虫、土壤微生物、鼠、鸟及少量其他小动物。 季节性。由于作物生长受自然气候条件的决定性影响，因而以作物为中心的种 植业系统体现出显著的季节差异。 非自律性。种植业生态系统独立于外部自然生态系统的能量流动，系统内部的 食物链结构不复存在，自我调节能力较差。仅靠自然能( 太阳能、生物能) 已无法满足 系统正常的养分循环【蛔，需要靠系统外投入保持平衡。系统的稳定有赖于一系列耕作栽 培措施的人工养护，在相似的自然条件下，土地生产力大大高于自然生态系统f 3 9 1 。 市场导向性。受到市场经济的影响，种植业系统的优势种常常在作物品种之间 以及作物果业之间发生更替。 种植业系统的生态服务功能是指在种植业系统生产过程中对环境产生的服务和支 持作用，它不仅包括为人类的生存与发展提供坚实物质基础和食物保障的产品服务功 能，还具有巨大的环境服务功能和生态安全价值。但同时，由于种植业发展方式的不合 理性，使得系统又产生了一定的环境污染。因此，种植业系统的生态服务功能有别于自 然生态系统而具有以下特点： 季节性。种植业生态系统的服务功能随着季节的变化而变化【4 5 1 ，这是由种植业 系统的季节性规律决定的。具体体现在每一年的春种秋收，使得系统在调节大气和水循 环等方面的服务功能明显有别于自然生态系统，表现出特有的季节规律。 人为性。生态服务功能价值和环境损失价值受到人为因素的影响，例如通过改 进灌溉、施肥、耕作方式，可以在一定程度上提高生态服务功能价值、降低环境损失价 值t 4 7 1 。人们可以根据农田生态系统的生态规律，调整农田耕作方式，进而调节其生态服 务功能，使其向着利于人类生存的方向发展。 不确定性。受市场导向和农业技术发展水平等因素的影响，种植业的播种品种、 耕作方式变化较大，使种植业生态系统在组成、结构方面不可避免地产生很大差异。这 些差异必然会使农田生态系统服务功能在一段时间内表现出定的不确定性【4 引。例如作 1 0 西北大学硕士学位论文 物品种之间、作物果业之间的更替种植必然会使种植业系统的服务功能价值量发生改 变。 通过对生态系统服务功能的研究，结合种植业生态系统的运行特征，本研究将种植 业系统的生态服务功能归纳总结为3 类1 6 项，分别为直接利用价值、间接利用价值和 非利用价值。 ( 1 ) 直接利用价值：最主要的功能是系统的经济生产功能。农业生产的主要目的 是在较短的时间内为人类提供衣食住行所需的产品或原材料。借助人工辅助能的投入， 农田生态系统以较高的速度进行物质能量循环，为人类提供维持生命的食物，如粮食、 蔬菜、瓜果等，经济作物，如饲料、花卉、药材等，同时还为第二产业提供生产原料， 如纤维、木材、橡胶等【4 1 1 。 此外，系统的休闲娱乐和科研文化功能也是不容忽视的。一方面，农业生态系统为 满足人们回归自然，享受田园风光和审美等休闲娱乐的需求提供了场所；另一方面，农 业生态系统在人类文明的产生和发展过程中具有十分重要的作用，在人类长期的农耕发 展历史中积淀了极为丰富的农业文化内涵，农作物生长的自然规律、农业生产方式的演 变、农耕活动、农业风俗习惯等农耕文化，以及依托其而发展起来的其他艺术类别的文 化果实，都是农业生态系统精神价值功能的体现【4 2 1 。 ( 2 ) 间接利用价值：侧重于种植业系统系统对人类社会、自然环境，乃至全球生 态系统的支持功能。农业生态系统的这一生态环境功能通常被人们所忽视，其实，农业 生态系统与自然生态系统一样，同样发挥着生态环境服务功能：如充当着物质的“源与 汇”功能【4 3 j 、大气调节、水土保持、净化环境、减少噪声、维持营养物质循环、提供栖 息地、水文循环调节、生物地化循环调节、气候调节、生态安全价值等生态功能。 ( 3 ) 非利用价值：包括系统的存在价值、遗产价值、景观美学价值等。非利用价 值虽然不能为人利用，但却对人类以及自然世界的发展具有极为重要的意义。例如存在 价值，是生态系统本身具有的价值，是一种与人类利用无关的经济价值，存在价值是介 于经济价值与生态价值之间的一种过渡性价值，它可为经济学家和生态学家提供共同的 价值观：遗产价值是为了保证下一代将来能够有机会享受、使用生态系统的服务而愿意 支付的价值m 】。 2 1 3 种植业生态功能的评价内容 对种植区生态系统服务功能进行评价，是量化其服务功能价值的重要环节，可以为 第二章种植业生态功能与价值评估的理论研究 生态系统管理和区域生态安全管理提供科学依据。通过价值量化评估技术，探讨生态系 统的价值，不仅可为构建绿色g d p 、制定生态环境保护政策、区域发展决策提供理论依 据，而且对认识中国“三农问题”、优化农业种植结构、保护农田及农村生态环境、促进 农业可持续发展等具有重要意义1 4 9 】。 由于人们往往过分重视农田或果园生态系统的生产功能价值，而忽视其他生态功 能，加之种植区生态系统服务功能内涵丰富，各服务功能之间存在着密切联系【5 0 】，以及 人类活动频繁干预等原因，目前还没有成熟的种植业生态系统服务功能评价框架和完善 的评价指标体系。本文在借鉴自然生态系统服务功能的评价指标和方法基础，结合种植 区生态系统的特点，构建出一套适用于种植区域的生态功能评价体系。 表1 生态服务功能内容 序号功能类型服务价值损失价值 1 产品供给 2 直接利用价值休闲娱乐 3 科研文化 4 水土保持 5维持营养物质循环 6 净化大气环境 7固碳放氧释放温室气体 8 间接利用价值 土壤污染 9 提供栖息地 1 0 水文循环调节 1 1 生物地化循环调节 1 2气候调节 1 3 生态安全价值 1 4 存在价值 1 5非利用价值 遗产价值 1 6 景观美学价值 由于生态功能价值评估理论及技术水平的发展限制，本研究将主要对系统的产品服 务、水土保持、维持营养物质循环、净化大气环境和大气调节五项服务功能以及土壤污 染损失进行价值评估。 2 2 生态服务功能价值评估方法确定 ：；、 - 种植业系统服务功能价值的估算是生态系统服务功能定量研究的重点，是从定性到 定量研究的关键环节。在确定种植业系统生态服务功能内容和估算项目的基础上，运用 环境经济学、资源经济学和生态经济学的估算方法，对其各项生态服务功能进行价值估 1 2 西北大学硕士学位论文 算，以实现对种植业系统生态功能的价值评估。 2 2 1 生态价值评估方法及其适应性分析 生态系统服务功能价值的评估方法主要有直接市场法、替代市场法、模拟市场法三 种。总体看来，直接市场法的可信度高于替代市场法，而替代市场法的可信度则高于模 拟市场法。因此，本研究将选择直接市场法进行研究区的生态服务功能价值估算。具体 的评估方法主要包括：市场价值法、影子价格法、替代工程法、机会成本法和防护费用 法这五种评估方法，见下表2 。 表2 生态服务功能价值评估方法 功能类型服务功能评价方法 1 直接利用价值产品供给 市场价值法 涵养水源替代工程法 2 水土保持 保持土壤机会成本法 3间接利用价值 维持营养物质循环 影子价格法 4 净化大气环境防护费用法 5 i 司碳放氧影子价格法 6 损失价值 释放温室气体影子价格法 7 土壤污染影子价格法 ( 1 ) 市场价值法 市场价值法，是指对有市场价格的生态系统产品和功能进行估价的一种方法【5 1 1 ，通 过市场来体现生态系统服务的价值。这种方法是在估算中最常使用的，也是最简单的方 法，主要用于产品供给功能的价值估算。 在实际评价中，通常有两类评价过程。一是环境收益评价法，利用系统某- - f j 艮务功 能所产生的经济效益正向评价该服务功能的价值量，它可分为三个步骤：先计算某种生 态系统服务功能的数量，如农作物的产量；其次研究生态服务功能的“影子价格”，如农 作物可根据市场价格定价；最后计算其总经济价值。二是环境损失评价法，是利用环境 污染造成的损失价值反向评价该服务功能的价值量，如评价保护土壤的经济价值时，用 生态系统破坏所造成的土壤侵蚀量、土地退化、生产力下降的损失来估计。 ( 2 ) 影子价格法 市场失灵和政府失灵造成了自然资源市场价格的扭曲，不能正确反映自然资源成本 与供求关系【5 2 】。影子价格就是针对现行市场价格的缺陷，为实现合理分配稀缺资源而提 出的一种理论价格。 影子价格，又称最优计划价格，是指以线性规划法为基础的，反映人力、物力、财 力资源得到最佳配置的价格，或者说是一种使用数学方法计算出来的最优价格。影子价 1 3 第二章种植业生态功能与价值评估的理论研究 格是根据资源稀缺程度对现行资源市场价格的修正，反映了资源利用的社会总效益和损 失，符合资源定价的基本准则，它利于资源配置向着最优化的方向发展。 影子价格法主要用于固碳放氧、维持营养物质循环价值，以及释放温室气体和土壤 污染损失价值的估算。 ( 3 ) 替代工程法 替代工程法是指当环境受到污染或破坏后以人工建造一个工程来替代原来的生态 功能，用建造新工程的费用来估计环境污染或破坏所造成的经济损失。如生态系统的水 分调节能力可以用建立一个同样蓄水量的水库的花费来确定【5 3 】。替代工程法主要用于涵 养水源功能的价值估算。 ( 4 ) 机会成本法 机会成本是指在其它条件相同时，把一定的资源用于生产某种产品时所放弃的生产 另一种产品的价值，或利用一定的资源获得某种收入时所放弃的另一种收入1 5 4 1 。假如被 放弃的产品价值或收入有许多种的话，其中最高的一种就是它的机会成本。机会成本法 用于保持土壤功能的价值估算。 对于稀缺性的自然资源和生态资源而言，其价格不是由其平均机会成本决定的，而 是由边际机会成本决定的，它在理论上反映了收获或使用一单位自然和生态资源时全社 会付出的代价。保持土壤 ( 5 ) 防护费用法 全面评价环境质量改善的效益，在很多情况下是很困难的。对环境质量的最低估计 可以从为了削除或减少有害环境影响所需要的经济费用中获得，把恢复或防护一种资源 不受污染所需的费用，作为环境资源破坏带来的最低经济损失【5 5 1 。防护费用法适用于净 化大气环境功能的价值估算。 2 2 2 服务功能价值计算模型 通过以上对种植业生态功能价值评价内容和评价方法的确定，本研究将从系统的产 品服务功能、大气调节功能、水土保持功能、维持营养物质循环功能和净化大气环境功 能这五方面的服务功能入手，采用适应不同类型生态功能价值量的计算模型，以定量估 算各功能的价值量，为种植业系统生态服务功能价值综合评价提供依据。 1 4 西北大学硕士学位论文 2 2 2 1 产品服务功能价值的估算 种植业生态系统的产品服务功能，主要是通过市场价值法来进行定量计算【5 6 1 。种植 业的生态系统均为人工或者半人工生态系统，生产过程中都投入了大量的物质与服务成 本、人工成本和土地成本，因此在计算的过程中，要将投入部分从总产出中扣除，才能 得到生态系统的产品服务功能价值。生态系统提供的产品服务价值可以根据如下公式求 得： v = s ，r 只一c i 2 1 s = li = 1 式中：卜物质产品价值： 卜为第i 类物质的播种或生产面积； 斥一为第i 类物质的单产： p r 一为第i 类物质的市场价格； c 广_ 一为生产第i 类物质的成本投入。 2 2 2 2 水土保持功能价值的估算 水土保持功能包括涵养水源和保持土壤两方面。涵养水源是种植业生态系统的一个 重要功能，它主要指农田和果园植被保持土壤水分、补给地下水，防止水土流失和维持 水分循环的功能。种植业系统对地表的覆盖以及各种水土保持措施的采用，可增加土壤 入渗强度、拦蓄降雨和减缓径流等土壤保持功能。 ( 1 ) 涵养水源 一般情况下，农田涵养水源的功能价值量与当地土壤物理性质、土层厚度以及耕作 方式有很大关系，通常采用替代工程法进行价值估算，在替代工程法中，首先根据不同 土壤类型的田间持水量、土壤容重和土地利用等属性，分别估算其持水量，然后运用替 代工程法，以水库蓄水成本为参照，计算涵养水源功能的价值【5 7 1 。估算公式为： y 水2w c 2 - 2 1 式中：y r 蓄水价值： 形一蓄水量： c l 一水库蓄水成本。 其中，土壤蓄水量w 根据土壤含水率及种植区面积等数据推算得出，计算公式为： w = p s h p 2 - 2 2 1 5 第二章种植业生态功能与价值评估的理论研究 式中：p 土壤容重，g c m 3 ； s 种植面积，h m 2 ： h 土壤厚度，c m ： p 土壤含水率，。 ( 2 ) 保持土壤 种植业系统的土壤保持功能包括表土保持、土壤肥力保持和减轻泥沙淤积三个方 面，通常采用机会成本法和影子工程法计算其价值。其计算步骤为：首先根据区域不同 水保措施的监测数据，获得农田措施土壤保持量，推算免遭土壤侵蚀而减少的废弃土地 面积，再用机会成本法和影子工程法计算其避免的表土流失、营养物质流失、泥沙淤积 等造成的价值损失。 土壤保持量估算公式 种植业生态系统的土壤保持量彳。采用如下公式计算【5 8 】： 4 = 爿( q e ) 2 2 3 式中：么。土壤保持量，t a ： 么种植面积，h m 2 ； 易一潜在侵蚀模数，t h m 2 a ； 邑现实侵蚀模数，t h m 2 ，a 。 表土保持价值估算公式 表土保持价值乃的估算采用下述公式： 巧= 4 毋( 6 0 0 0 p ) 2 - 2 4 式中：巧土壤保持价值，元a ； 彳r 土壤保持量，“a ： b r 年均效益，元h m 2 ； 卜土壤容重，t m 3 【5 9 】。 土壤肥力保持价值估算公式 土壤肥力保持价值圪的估算采用下述公式： = 4 c z ( p 们 2 2 5 式中：乃一壤肥力保持价值，元a ； 彳r 土壤保持量，忱； 1 6 西北大学硕士学位论文 g 一土壤中n 、p 、k 的含量； 阼- n 、p 、k 的价格，元； p 土壤容重，t m 3 ； h 土壤厚度，c m 。 减轻泥沙淤积价值估算公式 减轻泥沙淤积价值估算，是根据水库蓄水成本来计算。计算公式【6 0 1 如下： 巧= 2 4 分c p 2 - 2 6 式中：吩一减