鐘祥市耕地生態價值時空分異研究

趙濤濤，王 旺

(永業行(湖北)土地房地產評估咨詢有限公司，湖北武漢 430000)

十八屆三中全會通過的《中共中央關于全面深化改革若干重大問題的決定》，提出要探索編制自然資源資產負債表，而編制自然資源資產負債表的首要工作是自然資源核算，土地資源屬于自然資源，所以開展耕地資源核算應運而生。長久以來人們對耕地資源的價值理論認知存在缺陷，僅僅停留在耕地經濟價值上，忽視了耕地的生態價值和社會價值，導致耕地開發利用僅受經濟利益驅動，造成耕地資源迅速流失，該研究重點關注耕地的生態價值。耕地生態價值是指耕地及人類在耕作過程中產生的自然生態系統對人類生存和發展有支持效用的產品、服務和環境[1-3]，包括調節氣候、涵養水源、水土保持、生產有機質、維持生物多樣性、休閑娛樂、文化教育等，是耕地價值中最難以衡量的價值。

鑒于耕地生態價值測定的復雜性，目前研究方法分為3類：條件價值評估法、價值當量修正法、替代市場法[4]。條件價值評估法是采用城鄉居民支付意愿來測算耕地生態價值[5]，該方法雖然相對簡便，但測算出的結果不能真正反映耕地生態價值；價值當量修正法是通過修正謝高地等計算出的我國耕地資源生態服務年價值來獲取研究區域耕地的生態價值[6-7]，但該方法應用在小尺度耕地生態價值研究時，難以有效識別社會經濟環境異質性及耕地資源承壓性等對耕地生態價值的影響，無法準確反映研究區域耕地生態價值；替代市場法具體計算了耕地各種生態價值[8]，是一種相對精確的核算方法，在耕地生態價值估算中得到了較多的關注[9]。由于替代市場法計算結果更能反映實際，筆者結合鐘祥市自然環境特點，選擇土壤保持價值、調節大氣價值、涵養水源價值、生產有機質價值、凈化環境價值5種生態價值作為測算因子，采用替代市場法對研究區耕地生態價值進行估算，以期為耕地生態價值估算研究提供方法借鑒，同時指導鐘祥市規范有序開展農村土地流轉、制定耕地生態補償價格、編制土地資源資產負債表等相關工作。

1 數據來源與研究方法

1.1研究區概況鐘祥市(112°07′～113°00′E、30°42′～31°36′N)位于湖北省中北部，屬鄂中低山丘崗區，全市地貌分為山區、丘陵、崗地、平原4部分。全境面積4 488 km2，2015年底耕地面積為205 115 hm2，由于鐘祥市耕地占全域的比例達到45.7%，且近年來城鎮化發展迅速帶來的人地矛盾，使得該地區具有耕地價值研究的典型性，故選此區域作為研究對象(圖1)。

圖1 研究區位置及研究對象分布Fig.1 The location of study area and distribution of objects

1.2數據來源數據來源于鐘祥市土地變更調查數據庫(2005、2015年)中的耕地信息、相關文獻的測算系數等。

1.3研究方法該研究運用替代市場法計算鐘祥市耕地生態價值。替代市場法就是將各種耕地生態價值求和得到的，公式如下：

V=V1+V2+V3+V4+V5

(1)

式中，V1、V2、V3、V4、V5分別為土壤保持價值、調節大氣價值、涵養水源價值、生產有機質價值、凈化環境價值。

1.3.1土壤保持價值。土壤表面覆著的農作物，一方面可以減少土壤侵蝕量，保持耕地資源的直接經濟價值，另一方面可以保持因土壤侵蝕而使泥沙淤積在水庫、江河、湖泊的間接經濟價值，公式如下：

V1=Vd+Vi

(2)

Vd=su/(xz)×Vl

(3)

Vi=vkd

(4)

式中，V1為土壤保持價值；Vd為直接經濟價值；Vi為間接經濟價值；s為耕地面積；u為耕地侵蝕模數[u=0.21 t/(hm2·a)][10]；x為土壤平均密度(x=1.3 g/cm3)[11]；z為土壤表土的平均厚度(z=0.5 m)[11]；Vl為單位經濟損失[Vl=12.15 萬元/(hm2·a)][8]；v為耕地侵蝕體積(v=57 490 500 m3)[10]；k為淤積比例(k=24%)[11]；d為每單位庫容的水庫工程費用(d=0.67元)[12]。

1.3.2調節大氣價值。耕地資源經營生產中作物通過光合作用與大氣交換CO2與O2，實現調節大氣所起到的價值，公式如下：

V2=VCO2+VO2

(5)

VCO2=PiTMC1

(6)

VO2=PiEC2

(7)

Pi=sp

(8)

式中，V2為調節大氣價值；VCO2為固定CO2價值；VO2為釋放O2價值；Pi為第一凈生產生產量；s為耕地面積；p為耕地資源年凈第一生產力(p=4.829 t/(hm2·a))[13]；T為生態系統生產植物干物質所固定CO2的常量(T=1.62)[13]；M為CO2折算成碳的系數(M=3/11)[13]；C1為碳釋放的成本價值(C1=145 元/t)；E為生態系統生產植物干物質所釋放O2的常量(E=1.2)[13]；C2為釋氧的成本價值(C2=400 元/t)。

1.3.3涵養水源價值。涵養水源是耕地的一個重要生態功能，采用替代工程法計算涵養水源價值，公式如下：

V3=sld(1-n)

(9)

式中，V3為涵養水源價值；s為耕地面積；l為平均降水量；d為每單位庫容的水庫工程費用(d=0.67 元)[5]；n為作物年蒸騰量占總降水量的比值(n=0.84)[5]。

1.3.4生產有機質價值。植被通過光合作用將無機化合物轉換為有機物質，采用能量替代法，利用相同熱量的煤能量測算生產有機質價值，公式如下：

V4=PAQ1/(BQ2)

(10)

式中，V4為生產有機質價值；P為標煤的市場價格(P=80 元/t)；A為植被凈生產有機質干重(A=1.2 t/a)[5]；B為煤的質量系數(標煤B=1)；Q1為干重生物量折合熱量(Q1=6.7 kJ/g)[5]，Q2為標煤的折合熱量(Q2=10 kJ/g)[14]。

1.3.5凈化環境價值。農作物具有降解污染物(如SO2、NOx、HF等有害物質)、滯塵的顯著環境凈化效應，應用恢復成本法計算凈化環境價值，公式如下：

V5=VSO2+VNOx+VHF+VZ

(11)

VSO2=sU3C3

(12)

VNOx=sU4C4

(13)

VHF=sU5C5

(14)

VZ=sU6C6

(15)

式中，V5為凈化環境價值；VSO2為耕地吸收SO2的價值；VNOx為耕地吸收NOx的價值；VHF為耕地吸收HF的價值；Vz為耕地滯塵的價值；s為耕地面積；U3為單位面積耕地吸收SO2(U3=45 kg/(hm2·a)[5]；C3為治理SO2單位成本(C3=0.6 元/kg)；U4為單位面積耕地吸收NOx(U4=33 kg/(hm2·a)[5]；C4為治理NOx單位成本(C4=0.6 元/kg)；U5為單位面積耕地吸收HF(U5=0.57 kg/(hm2·a)[5]；C5為治理HF單位成本(C5=0.9 元/kg)；U6為單位面積耕地的滯塵能力(U6=0.92 kg/(hm2·a)[5]；C6為治理粉塵單位成本(C6=0.17 元/kg)[5]。

2 結果與分析

2.1鐘祥市各鄉鎮/街道耕地生態價值根據公式(1)～(15)，計算得到鐘祥市各鄉鎮/街道耕地生態價值，將計算結果與湯進華等[5]計算的湖北省其他城市的耕地生態價值進行對比(表1)，分析鐘祥市耕地生態價值估算的合理性。

2015年鐘祥市耕地生態價值高于2012年潛江市、仙桃市、天門市，原因在于鐘祥市耕地資源多于其他3市。2015年鐘祥市耕地生態價值量低于2012年潛江市、仙桃市、天門市，主要是由于人們不注重耕地資源的保護，導致耕地資源生態價值逐年減少。雖然鐘祥市耕地生態價值與其他城市計算的結果略有差異，但是2個結果相差不大，說明計算方法得當，滿足后續分析要求。

計算鐘祥市不同類型生態價值，結果見表2。

由表2可知，不同類型的生態價值存在較大的差異，從高到低依次為調節大氣價值、土壤保持價值、涵養水源價值、生產有機質價值、凈化環境價值，與曹志宏等[9]研究結果一致。分析2015年不同類型的生態價值可知，調節大氣價值占耕地生態價值比例達到80.27%，其次為土壤保持價值為13.27%，其他類型生態價值占比為6.46%，原因在于耕地生態作用取決于耕地環境，耕地環境與周圍的大氣密切相關。

表1 鐘祥市耕地生態價值結果驗證

表2 鐘祥市不同類型生態價值Table 2 The different types of ecological value in Zhongxiang 萬元

分析2015年鐘祥市各鄉鎮/街道耕地生態價值(圖2)可知，洋梓鎮耕地生態價值最高，占區域合計的12.28%，舊口鎮、石牌鎮、胡集鎮耕地生態價值次之，分別占10.24%、9.87%、9.43%，最低的為郢中街道、客店鎮。鐘祥市耕地生態價值在空間上的分布特征主要表現為南北兩側較高，東西兩側較低的特征，這與鐘祥市地形特征呈東西側多山，造成東西側耕地資源較少有一定的關系。

圖2 2015年鐘祥市各鄉鎮/街道耕地生態價值Fig.2 Ecological value of cultivated land of towns and streets in Zhongxiang in 2015

2.2時間變化分析為了直觀分析2005、2015年鐘祥市各鄉鎮/街道生態價值時間變化趨勢，繪制各鄉鎮/街道生態價值的變化圖(圖3)。

圖3 2005、2015年鐘祥市各鄉鎮/街道生態價值變化 Fig.3 Variations of the ecological value of cultivated land in towns and streets of Zhongxiang in 2005 and 2015

由圖3可知，郢中街道、舊口鎮變化幅度較大，洋梓鎮、柴湖鎮、長壽鎮變化幅度較小。這與鐘祥市各鄉鎮/街道經濟發展水平不同，耕地保護意識不一致等因素相關，在經濟發展過程中注重保護耕地資源的區域耕地生態價值變化較小，在經濟發展過程中侵占耕地資源的區域生態價值變化較大。

為了分析2005、2015年鐘祥市不同類型生態價值變化，計算各類型生態價值變化率：土壤保持價值變化率為0.05%；調節大氣價值變化率為0.79%；涵養水源價值變化率為0.78%；生產有機質價值變化率為-1.53%；凈化環境價值變化率為-0.71%；綜合變化率為0.62%。

土壤保持價值增大，根據實際生活經驗耕地保持土壤肥力價值遠小于耕地防止泥沙淤積價值，2005—2015年鐘祥市水土流失現象日益嚴峻，耕地侵蝕體積增加，導致耕地土壤保持價值增大。調節大氣價值增長、涵養水源價值變大，這些與日益增長的建設工程費用密切相關。生產有機質價值變小，而生產有機質價值與農作物通過光合作用將無機化合物轉化為有機物的多少密切相關，2005—2015年鐘祥市耕地面積減少，農作物種植面積縮減，導致耕地生產有機質價值減小。凈化環境價值減少，這與耕地面積減少有一定的關系?？偟膩砜矗?005—2015年鐘祥市耕地生態價值有增長的趨勢，但變化幅度較小。

2.3空間變化分析為從整體把握鐘祥市耕地生態價值變化趨勢，利用ArcGIS 10.2中的空間統計工具，計算2005—2015年鐘祥市耕地生態價值平均中心和趨勢橢圓(圖4)。平均中心，即耕地生態價值的密度中心，表示耕地生態價值在空間上的集聚性。趨勢橢圓長軸方向代表耕地生態價值的主要發展方向，范圍表明耕地生態價值分布離散程度。

圖4 鐘祥市耕地生態價值空間變化分析 Fig.4 Analysis of spatial variations about the ecological value of cultivated land in Zhongxiang

2015年耕地生態價值平均中心在2005年耕地生態價值平均中心西北方向約160 m處，移動方向與趨勢橢圓長軸方向一致，主要原因在于洋梓鎮、胡集鎮、長壽鎮、豐樂鎮等地耕地生態價值維持在較高水平。2015年生態價值趨勢橢圓長軸方向與2005年生態價值長軸方向一致，呈西北—東南方向，2015年生態價值趨勢橢圓面積比2005年生態價值面積略大，說明耕地生態價值分布越來越分散。

3 結論與討論

該研究采用替代市場法計算耕地生態價值，具有一定的科學性和合理性，研究方法可用于其他區域耕地生態價值估算，具有較強的適用性和通用性。研究表明：

(1)從生態價值構成來看，不同類型的生態價值存在較大的差異，調節大氣價值占耕地生態價值比例達到80.27%，其次為土壤保持價值為13.27%，其他類型生態價值占比為6.46%。從高到低依次為調節大氣價值、土壤保持價值、涵養水源價值、生產有機質價值、凈化環境價值，說明調節大氣是耕地主要生態作用。

(2)從生態價值時間變化來看，2005—2015年鐘祥市耕地生態價值有增長的趨勢，但變化幅度較小，這與農作物種植面積變化較小有關。不同類型的生態價值變化趨勢不一，但總體變化幅度不大，說明耕地生態價值是一個完整的系統，各類型生態價值互有影響，在制定耕地保護政策時應統籌兼顧。

(3)從生態價值空間變化來看，2005—2015年鐘祥市耕地生態價值平均中心向西北方向偏移160 m；趨勢橢圓長軸方向變化不大，均呈西北方向；趨勢橢圓面積有一定程度的增加。說明鐘祥市耕地生態價值沿著西北方向發展，且分布越來越分散。

耕地生態價值研究尚處于探索階段，研究尺度、內涵界定、技術方法、研究手段等均對研究結果有一定影響。尚需指出的是該研究還有一定的局限性，未能構建完整的耕地生態價值監測與評價系統，未能搭建耕地生態價值實地采樣數據與數學模型結合平臺，這些都需更進一步的探討。

[1] 田江.貴州省農村經濟效益與生態效益分析[J].中國農業資源與區劃，2017，38(2)：146-151.

[2] 萬亞勝，程久苗，費羅成，等.農地保障功能替代對農地轉出的影響[J].中國農業資源與區劃，2017，38(1)：82-88.

[3] 任平，洪步庭，馬偉龍，等.基于IBIS模型的耕地生態價值估算：以成都崇州市為例[J].地理研究，2016，35(12)：2395-2406.

[4] 唐秀美，陳百明，劉玉，等.耕地生態價值評估研究進展分析[J].農業機械學報，2016，47(9)：256-265.

[5] 湯進華，陳志，朱俊成，等.武漢城市圈耕地資源生態服務價值核算[J].中國農學通報，2015，31(4)：237-244.

[6] 任平，吳濤，周介銘.耕地資源非農化價值損失評價模型與補償機制研究[J].中國農業科學，2014，47(4)：786-795.

[7] 馬愛慧，張安錄.選擇實驗法視角的耕地生態補償意愿實證研究：基于湖北武漢市問卷調查[J].資源科學，2013，35(10)：2061-2066.

[8] 王冬銀，楊慶媛，何濤.重慶市耕地資源非市場價值估算[J].中國土地科學，2013(10)：76-82.

[9] 曹志宏，郝晉珉，梁流濤.黃淮海地區耕地資源價值核算[J].干旱區資源與環境，2009，23(9)：5-10.

[10] 陳峰云.湖北省土地利用/覆被變化及其對自然環境要素的影響[D].武漢：華中農業大學，2009.

[11] 崔朝偉，許學工.北京市農用地生態系統服務價值評估[J].生態經濟(學術版)，2007(2)：338-340，358.

[12] 謝高地，張釔鋰，魯春霞，等.中國自然草地生態系統服務價值[J].自然資源學報，2001，16(1)：47-53.

[13] 葉文虎，魏斌，仝川.城市生態補償能力衡量和應用[J].中國環境科學，1998，18(4)：298-301.

[14] 李金昌.生態價值論[M].重慶：重慶大學出版社，1999.