基于生態服務價值與生態足跡理論的耕地生態補償研究

摘要 在綜合考量耕地生態正、負面價值的基礎上，以生態服務價值當量因子法和替代市場法估算生態價值，并結合改進的生態足跡模型，實現耕地生態補償的量化。結果表明，從耕地生態價值看，徐州市耕地生態正面價值、負面價值均呈“快速上漲”到“平緩下降”的趨勢。耕地生態正面價值均遠超其負面價值，為負面價值的3.24～6.44倍；從耕地生態足跡和生態補償情況看，徐州市耕地生態承載力呈先下降后上升再下降的趨勢，而耕地生態足跡始終下降趨勢，耕地補償價值呈先上升后下降的趨勢。

關鍵詞 生態補償；生態足跡；生態服務價值；耕地

中圖分類號 F323.211 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）14-0042-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.009

Research on Ecological Compensation of Cultivated Land in Xuzhou City Based on Ecological Services Value and Ecological Footprint Theory

ZHANG Wei

（Nanjing Zhongcheng Planning and Design Consulting Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 210019）

Abstract On the basis of comprehensive consideration of the positive and negative ecological values of cultivated land，the ecological service value equivalent factor method and alternative market method were used to estimate the ecological value，and combined with an improved ecological footprint model，the quantification of ecological compensation for cultivated land was achieved.The results showed that from the perspective of ecological value of cultivated land，the ecological positive value and negative value of cultivated land in Xuzhou City showed a trend of “rapid increase” to “gradual decrease”. The positive ecological value of cultivated land far exceeded its negative value，accounting for 3.24-6.44 times the negative value.From the perspective of ecological footprint and compensation of cultivated land，the ecological carrying capacity of cultivated land in Xuzhou City showed a trend of first decreasing，then increasing and then decreasing. However，the ecological footprint of cultivated land had always been decreasing，and the compensation value of cultivated land showed a trend of first increasing and then decreasing.

Key words Ecological compensation;Ecological footprint;Ecological service value;Cultivated land

作者簡介 張威（1988—），男，安徽亳州人，工程師，碩士，從事自然資源利用與評價研究。

收稿日期 2023-09-23

耕地作為人類生存發展的基礎自然資源，是保障國家糧食安全、維系社會穩定的核心要素［1］，也是國內外生態補償領域研究的焦點。鑒于我國人均耕地低下、耕地后備資源匱乏的基本國情［2］，自改革開放以來，我國形成了極具特色的耕地保護制度，這些制度涵蓋土地用途管制、耕地占補平衡、永久基本農田保護等制度［3］，據統計，自20世紀70年代以來，我國在生態環境補償相關政策文件多達200件，取得了一定成效［4］。現有耕地的補償標準，多集中在耕地農產品產出的經濟價值補償，而忽視了耕地具有較強外部性的生態功能價值，因而并未從根本上解決耕地拋荒、耕地利用價值驅動耕地向“非糧化”“非農化”轉變的問題［5-6］。

耕地生態補償作為生態補償領域的重要組成，但當前關于耕地生態補償價值量化方法各有優勢和弊端，學術界并未建立統一的標準［4，7-9］。筆者在綜合考量耕地生態正面價值和負面價值的基礎上，結合徐州市社會經濟發展情況，運用生態服務價值和替代市場法量化生態價值，再運用“省公頃”改進生態足跡和生態承載力模型，進而構建耕地生態補償模型，實現耕地生態補償的量算。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

徐州位于江蘇省西北部，地處蘇魯豫皖四省交界，東西長210 km，南北寬140 km，土地總面積11 765 km2。市域自西向東分為豐、沛黃泛沖積平原，銅、邳、睢低山剝蝕平原，沂、沭河洪沖積平原3個地貌區，地形有平原和崗地兩部分組成，以平原為主，占市域總面積的90%。截至2020年底，全市農作物播種面積為118.037萬hm2，其中糧食作物播種面積76.790萬hm2，占播種總面積的65.06%。

1.2 數據來源 該研究中所涉及數據主要來自《徐州統計年鑒（2001—2021年）》《江蘇省統計年鑒（2001—2021年）》《全國農產品成本收益資料匯編（2001—2021年）》。

1.3 研究方法

1.3.1 耕地生態價值測算模型。

由于農田（耕地）生態系統的半人工半自然的特殊性，一方面耕地生態系統在涵養水源、氣候調節等方面具有正面促進的功效，另一方面由于化肥、農藥及農膜等農業化學品過量施入，導致生物多樣性功能減退，土壤板結、水污染等環境問題頻發［10］，并由此帶來的生態負面價值亦不可忽視［11］，故耕地生態凈價值公式為

V凈=Vp-Vn（1）

式中：V凈為研究區耕地生態凈價值；Vp為研究區耕地生態正面價值；Vn為研究區耕地生態負面價值。

1.3.1.1 耕地生態正面價值。當前，研究耕地生態補償的方法很多，大致分為替代市場法、價值當量因子法、條件價值評估法（CVM）三大類［11］。價值當量因子法［12］是基于生態系統服務分類的基礎上提出的，該方法構建了科學準確的價值當量因子表，因操作簡便易行，廣泛用于不同尺度的生態價值評估中［5］。該研究采用價值當量因子法估算耕地生態正面價值，為使估算結果更符合實際，采用單產數據進行修正，修正公式如下：

Y=y1y2×Z（2）

式中：Y為研究區耕地生態系統服務價值當量值；y1、y2分別為研究區平均自然糧食單產和全國平均自然糧食單產;Z為是中國陸地生態系統內的農田單位面積生態服務價值當量值。

耕地生態正面價值計算公式如下：

Ae=V1i×S=Y×Ea×F×Ci×S（3）

式中：Ae為研究區耕地生態正面價值總量；V1i為研究區單位耕地生態正面價值；S為研究區域耕地總面積；Y同上；Ea為單位當量因子價值，根據謝高地等［13-15］的研究結果，其價值為全國平均糧食單產市場價值的1/7；F為單位耕地面積生態當量因子，由于在耕地實際經營過程中，農戶收獲農產品所帶來的市場價值已蘊涵食物及原材料的價值，因而剔除該部分價值，F取值為6.51［5］；Ci為第i年研究區復種指數。

1.3.1.2 耕地生態負面價值。

耕地生態負面價值是指耕作過程中，由于化肥農藥的過量施用及農膜殘留所帶來的面源污染問題，對土壤、水體等環境產生負面影響的價值［11］。由于化肥、農藥、農膜等對環境影響機理較復雜，為便于估算該研究采用替代市場法進行測算。

（1）農藥、化肥產生的生態負面價值。

農業生產過程中因過量施用農藥和化肥，農作物未吸收部分揮發滲透到空氣、土壤，以及隨地表徑流流入河流，易發生土壤鹽漬化，加重水體富營養化等［5，11］，該研究通過計算農藥、化肥的損失價值進行估算。公式如下：

Vui=Mi×（1-γ）×Pi（4）

式中：Vui為第i年農藥或化肥產生的生態負面價值；Mi為第i年農藥或化肥施用量；γ為農藥或化肥利用率，根據祁興芬［16］、孫新章等［17］的研究成果，農藥和化肥利用率分別取35%、34.17%；Pi為第i年農藥或化肥平均單價。

（2）殘留農膜污染造成的生態負面價值。

殘留農膜對環境的污染主要表現為2個方面：①危害土壤環境。土壤中農膜碎片會破壞土壤孔隙的連續性，降低土壤水分滲透量，從而削弱耕地土壤的抗旱能力，此外殘留農膜也會降低土壤透氣性，妨礙土壤水肥運移；②危害農作物根系，阻礙作物吸收水分和養分，該部分負面價值以作物減產的價值進行代替，其公式如下：

Vfi=Ji×C×Ki×r×pi（5）

式中：Vfi為第i年農膜殘留造成的生態負面價值；Ji為第i年農膜覆蓋面積；C為農膜殘留比例；Ki為第i年糧食單產；r為糧食損失率；pi為第i年糧食單價。其中C和r借鑒祁興芬等［16］的研究成果，分別取值為41.7%、10%。

1.3.2 耕地生態足跡測度模型。

1.3.2.1 耕地生態承載力。

耕地生態承載力是指區域內耕地生態系統支撐人類活動的承載力水平，即耕地生態系統為保障人類生產生活所需的耕地數量。其模型如下：

ECi=Ni×eci=Ni×αi××yi（6）

式中：ECi為第i年耕地生態承載力；Ni為第i年區域人口數；eci為第i年人均耕地生態承載力；αi為第i年人均耕地生物生產性面積；為耕地均衡因子；yi為第i年耕地產量因子。根據世界環境與發展委員會（WECD）的報告，在生態承載力核算中，需預留12%作為生物多樣性保護，該研究僅涉及耕地生態系統，考慮農田在生物多樣性保護中的比重，所以在計算中扣除3.5%作為耕地生態系統生物多樣性保護預留面積［18］。

均衡因子是反映不同地類用途之間的生產力差異，該研究僅涉及耕地一種地類，因此均衡因子為1。產量因子反映不同區域間的生產力差異，相比于“全球公頃”和“國家公頃”的產量因子，該研究采用區域更小且更加與實際相符的基于“省公頃”產量因子，其公式如下：

yi=pip′i=Qi/SiQ′i/S′i=nj=1（pijγij）Si/nj=1（p′ijγij）S′i（7）

式中：yi為第i年耕地產量因子；pi、p′i分別為第i年研究區和全省耕地的平均生產力；Qi、Q′i分別為第i年研究區和全省生物總熱量；Si、S′i分別為第i年研究區和全省耕地總面積；pij、p′ij分別為第i年第j種生物產品年產量；γij分別為第i年第j種生物產品單位熱量。

1.3.2.2 耕地生態足跡。

耕地生態足跡是定量評價人類對耕地資源利用程度的方法，反映人類消費耕地產生的壓力。耕地生態足跡模型如下：

EFi=Ni×efi=Ni×nj=1cijpij（8）

式中：EFi為第i年耕地生態足跡；Ni為第i年區域人口數；為耕地均衡因子；efi為第i年人均耕地生態足跡；cij為第i年第j種作物人均消費量；pij為第i年第j種作物全國平均產量。

1.3.2.3 耕地生態超載指數。

耕地生態超載指數為耕地生態承載力和生態足跡的差值與耕地生態承載力的比值，其模型如下：

EFI=EC-EFEC×100%（9）

式中：EFI為耕地生態超載指數；EC、EF分別為耕地生態承載力和耕地生態足跡；其中EC-EF又可稱為耕地生態赤字（EC-EF＜0）或盈余（EC-EF＞0）。根據相關研究［19-20］，劃分生態超載指數：當EFI≤-100%時，為嚴重不可持續發展狀態；當-100%＜EFI＜0時，為不可持續發展狀態；當EFI＝0時，為邊際可持續發展狀態；當0＜EFI≤50%時，為弱可持續發展狀態；當50%＜EFI＜100%時，為強可持續發展狀態；當EFI＝100%時，為強可持續發展狀態，這時人類生態足跡可忽略。

1.3.2.4 耕地生態補償測度。

隨著人們耕地環保意識和生活水平的提升，可以采用Pearl生長曲線反映耕地生態補償系數。其模型如下：

l=11+e（3-1/En）（10）

En=Ec×θ+Ex×（1-θ）（11）

式中：l為耕地生態補償系數，該數值越高，人們支付或補償意愿越強；En、Ec、Ex分別為區域綜合恩格爾系數、城鎮恩格爾系數、農村恩格爾系數；θ為區域城鎮化率。

基于上述過程，根據劉利花等［5，20-22］的研究，利用耕地生態超載指數、耕地生態凈價值，確定區域耕地生態補償價值，其模型如下：

Aec=V凈×EFI×l（12）

式中：Aec為耕地生態補償價值（億元），即可獲取或補償的耕地生態補償價值（億元）；V凈、EFI、l同上。

2 結果與分析

2.1 耕地生態價值估算

2.1.1 耕地生態正面價值。

根據公式（2）、（3）估算出2000—2020年徐州市耕地生態正面價值，如表1所示。由表1可知，近21年來徐州市耕地生態正面價值平均為114.48億元，單位生態正面價值平均為19 126.83元/hm2。其中保持土壤價值和廢物處理價值占比較高，分別占耕地生態正面價值總量的22.58%、21.35%。

從時間尺度來看，2000—2020年徐州市耕地生態正面價值呈急劇上升至微幅下降趨勢，2015年全市耕地生態正面價值總量達到最高值，2020年略有下滑，而耕地的單位生態正面價值始終呈上漲趨勢，原因在于2020年耕地面積較2015年縮減5.86%。自2000年以來，全市耕地面積銳減了38 420 hm2，降幅達6.28%，年均減少近2 000 hm2。可見，實施藏糧于地戰略、落實最嚴格的耕地保護制度已迫在眉睫。

2.1.2 耕地生態負面價值。

從耕地生態負面價值變動情況來看，2000—2020年徐州市耕地生態負面價值變化規律與生態正面價值基本一致，呈現先升后降的趨勢。近21年來徐州市耕地生態負面價值平均為21.85億元，單位生態負面價值平均為3 643.76元/hm2。從耕地生態負面價值構成來看，化肥帶來的負面價值的占比最高，為83.53%～92.62%，其次為農藥，占比為6.31%～13.94%，農膜貢獻率最低，占比不足3.00%。

此外，隨著經濟社會快速發展，當地政府和居民對環保意識逐漸加強，農藥施用總量呈逐年遞減趨勢，化肥用量和農膜覆蓋面積也分別在2010和2015年達到峰值，此后呈現明顯下降趨勢，這些行為促使耕地生態負面價值緩慢降低。2015年徐州市耕地生態負面價值和單位生態負面價值均達到最大值，至2020年呈下降趨勢。

2.1.3 耕地生態凈價值。

在比較當年正、負面價值趨勢的基礎上，估算得到2000—2020年耕地生態凈價值，見表3。由表3可知，2000—2020年徐州市耕地生態凈價值為逐年遞增趨勢，至2020年單位生態凈價值達到22 809.13元/hm2，同樣達到峰值，耕地生態凈價值占當年地區生產總值（GDP）的1.80%～6.59%，隨時間推移，該值呈逐漸下降趨勢。此外，從耕地生態正、負面價值來看，耕地生態正面價值遠高于其負面價值，為生態負面價值的3.24～6.44倍。

2.2 耕地生態足跡估算

2.2.1 耕地生態承載力分析。

依據耕地生態承載力模型，得到徐州市2000—2020年耕地生態承載力和人均耕地生態承載力，見圖1。由圖1可知，2000—2020年徐州市耕地生態承載力呈先下降后上升再下降的趨勢，具體表現為2000—2005年耕地生態承載力呈平緩下降，此后生態承載力急劇上漲并達到最高值，2010—2015年生態承載力水平緩慢降低，至2020年快速降低。在此期間，徐州市人均耕地生態承載力也表現出相似趨勢。

2.2.2 耕地生態足跡分析。

按照耕地生態足跡估算模型，得到徐州市2000—2020年耕地生態足跡和人均耕地生態足跡，見圖2。由圖2可知，全市耕地生態足跡整體為逐漸下降趨勢，至2015年達到最低值，為265 362.99 hm2，2020年耕地生態足跡略有上漲。全市人均耕地生態足跡變化趨勢與耕地生態足跡相似，在2015年達到最低值，為0.030 2 hm2。

2.2.3 耕地生態超載指數及生態補償系數分析。

根據公式（9），計算出2000—2020年徐州市耕地生態超載指數（表4），全市耕地生態超載指數均大于0，說明始終為生態盈余狀況，即耕地生態足跡低于其承載力，耕地資源流量足以支撐自身消費和發展需求，區域生態壓力偏低。

耕地生態超載指數2000、2005年處于（0，50%］，說明耕地生態盈余，有一定的剩余生物承載力可以支撐未來生態足跡增長，為弱可持續發展狀態；2010—2020年耕地生態超載指數位于（50%，100%），說明具備相當生物承載力用以支持生態足跡增加，為強可持續發展狀態。

就耕地生態補償系數（表4）來說，該數值呈現始終上升趨勢，說明隨著徐州市經濟高速發展，居民的生活水平持續改善，人們對耕地生態價值的支付或補償意愿也穩步提升。

2.2.4 耕地生態補償測度分析。

根據全市耕地生態凈價值、生態承載力和生態足跡測算結果，經生態超載指數、生態補償系數修正后，估算出2000—2020年徐州市耕地生態補償價值。由圖3可知，徐州市耕地生態補償價值始終大于0，說明全市耕地生態資源豐富，在支撐該區域消費的同時，還存在大量盈余。與2000年相比，2020年徐州市耕地生態補償總額增長310.18億元，單位生態補償價值增加54 360.11元/hm2，其增加量分別為2000年的13.02、13.96倍。

從圖3還可以看出，無論是耕地生態補償總額還是單位生態補償價值，2005年以前這2個指標均處于較低水平；2010—2020年耕地生態補償總額和單位生態補償價值均急劇上升，均達到較高水平，其中耕地生態補償總額高于300億元，單位生態補償價值大于45 000元/hm2。在此時期，耕地生態超載指數處于強可持續發展狀態。

3 結論與討論

3.1 結論

該研究在綜合考量耕地生態正、負面價值的基礎上，以生態服務價值當量因子法估算生態正面價值，以替代市場法量化生態負面價值，同時針對當前“全球公頃”“國家公頃”對空間尺度的弊端，運用“省公頃”改進生態足跡和生態承載力模型，并以此實現耕地生態補償的量化。研究結論如下：

（1）耕地除了具有涵養水源、氣候調節等正外部性外，還可能因農業化學品（如農藥、化肥、農膜）的不合理或過量施用，造成土壤及水體的面源污染，表現出負的外部性。研究結果表明，徐州市耕地生態正面價值均遠超負面價值，為負面價值的3.24～6.44倍，耕地生態凈價值占當年地區生產總值（GDP）的1.80%～6.59%。耕地生態正面價值以保持土壤和廢物處理價值貢獻率較高；耕地生態負面價值以化肥帶來的負面價值最高，占比為83.53%～92.62%。

（2）從時間尺度來看，耕地生態正面價值、負面價值均呈“快速上漲”到“平緩下降”的變化，即2015年耕地生態正面價值、負面價值均達到最高，此后這2類價值均有下降。這些變化歸功于當地居民環保意識加強，農藥、化肥及農膜等使用量銳減，促使耕地生態負面價值減少，對耕地生態凈價值產生影響。

（3）從耕地生態足跡來看，徐州市耕地生態承載力呈先下降后上升再下降的趨勢，而耕地生態足跡整體呈逐漸下降趨勢；耕地生態超載指數呈先上升后下降的趨勢，該指數在2015年達到峰值，此后呈波動下降趨勢。生態補償系數均呈現逐年上漲趨勢，從耕地生態補償價值來看，徐州市耕地生態補償價值呈先上升后下降的趨勢，并2015年達到峰值。這與當地經濟發展、居民生活水平提升有著緊密的聯系。

3.2 討論 耕地生態功能價值不僅包括調節氣候和水文、保持土壤、維護生物多樣性等正外部性，還可能因農用化學品的不合理或過量施用，引起農業面源污染問題，對周邊生態環境產生負外部性。據此，該研究通過估算耕地生態正、負面價值為依據，引入生態足跡模型，構建了基于“省公頃”生態足跡耕地補償模型，在一定程度上消除了區域差異，使得估算結果更符合實際，然而在補償價值實際估算中，僅以恩格爾系數反映居民生活水平狀況，并以此作為居民支付意愿的表征，忽視了消費品價格水平、當地消費習慣等影響因素，未來應進一步加強該方面的研究。

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