農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究動(dòng)態(tài)

郭 芬 ，熊 璟 ，劉登望 ，李 林

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

1997年Costanza等首次對(duì)全球主要類型生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能進(jìn)行了價(jià)值評(píng)估，認(rèn)為全球陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值為每年33萬(wàn)億美元，為同期全世界國(guó)民生產(chǎn)總值（GNP）的1.8倍。這一研究結(jié)果的發(fā)表，立即得到普遍關(guān)注，引發(fā)了人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的廣泛討論。同年，Dai1y等分析了不同地區(qū)森林、濕地、海岸等生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值，實(shí)例數(shù)近20個(gè)[1]。此后，隨著研究的深入，人們對(duì)不同尺度的各類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算。

近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價(jià)值評(píng)估方面做了大量工作，為開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)[2-9]。陳仲新等[10]對(duì)我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能進(jìn)行了評(píng)估，得出了我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)的效益總價(jià)值，大約為7.78×1012元。其中，陸地5.61×1012元，海洋2.17×1012元，生態(tài)系統(tǒng)的總價(jià)值相當(dāng)于我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的1.73倍。歐陽(yáng)志云等[11]對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其間接價(jià)值進(jìn)行了保守估計(jì)，其研究結(jié)果表明，海南島生態(tài)系統(tǒng)2002年所提供的生態(tài)調(diào)節(jié)功能的價(jià)值為2.03～2.15×1011元，而生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品價(jià)值僅為2.5×1010元，生態(tài)調(diào)節(jié)功能價(jià)值是其產(chǎn)品價(jià)值的8倍多。這些研究表明：生態(tài)系統(tǒng)維持了地球生命支持系統(tǒng)，為人類創(chuàng)造了賴以生存的生態(tài)環(huán)境條件，具有巨大的直接與間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值；生態(tài)系統(tǒng)所具有的生態(tài)價(jià)值可以定量化，并超越了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究取得了較大的進(jìn)展，本文就此進(jìn)行綜述，以反映我國(guó)在該領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)。

1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)及其服務(wù)功能內(nèi)涵

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類為了滿足生存需要，通過(guò)積極干預(yù)自然，依靠土地、溫、光、水分等自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源，利用農(nóng)田生物與非生物環(huán)境之間以及農(nóng)田生物種群之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行人類所需食物和其它農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的半自然生態(tài)系統(tǒng)。它是一個(gè)在人類參與及控制下的，由社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然因素相結(jié)合而成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，具有多種經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)功能，具有自然、社會(huì)雙重屬性[5]。

與自然生態(tài)系統(tǒng)相比較，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能存在一定的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[6-7]。（1）農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)通常僅在一個(gè)較小空間尺度和有限時(shí)段內(nèi)，更為有效地提供某一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，具有高效性，而自然生態(tài)系統(tǒng)通常在較大的時(shí)空范圍內(nèi)(如全球尺度、地質(zhì)歷史時(shí)期等)起作用；（2）農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有明顯的空間和時(shí)間的限制性與變動(dòng)性，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能隨著栽培方式、耕作制度以及季節(jié)的變化而變化；（3）農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)投入、產(chǎn)出十分頻繁的系統(tǒng)，其服務(wù)功能的大小與人類農(nóng)田生產(chǎn)方式、投入水平和管理水平密切相關(guān)；（4）就服務(wù)形式而言，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)輸出的服務(wù)通常以產(chǎn)品以及環(huán)境效益的形式表現(xiàn)出來(lái)，而自然生態(tài)系統(tǒng)（如森林）則通常以生態(tài)環(huán)境效益的形式表現(xiàn)出來(lái)；（5）就服務(wù)對(duì)象而言，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象是人類，多為直接的和有形的服務(wù)，而自然生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象不僅為人類，它還為全球的生物提供服務(wù)。

概括地說(shuō)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可以簡(jiǎn)稱為“三生”功能，即生產(chǎn)功能、生態(tài)功能和生活功能。（1）高效的、直接的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)功能。這是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的首要功能。農(nóng)田生產(chǎn)的主要目的是在較短時(shí)間內(nèi)直接為人類提供衣食住行所需的產(chǎn)品或原材料。其中，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供了全世界66%的食物。全球生態(tài)系統(tǒng)衛(wèi)星分析組織(PAGE)2003年的統(tǒng)計(jì)資料表明[8]，全世界農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)每年生產(chǎn)的食物、纖維和動(dòng)物飼料價(jià)值約為1.3萬(wàn)億美元。農(nóng)田是低收入國(guó)家最重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，平均占到GDP的31%，在撒哈拉的許多非洲國(guó)家則占50%以上；在中等收入國(guó)家，農(nóng)田占GDP的12%；在西歐和北美的高收入國(guó)家，由于經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的城市化和工業(yè)化進(jìn)程，其他經(jīng)濟(jì)成分占優(yōu)勢(shì)，農(nóng)田對(duì)GDP的貢獻(xiàn)只是1%～3%，但這些國(guó)家農(nóng)田產(chǎn)出價(jià)值卻占世界農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)總價(jià)值的79%。（2）生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能和生態(tài)安全功能的價(jià)值巨大。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境功能通常被人們所忽視。其實(shí)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在其存在的時(shí)段內(nèi)，與自然生態(tài)系統(tǒng)一樣，不斷地履行著生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能，如充當(dāng)著物質(zhì)的“源與匯”（source and sink），進(jìn)行光合作用固定 CO2、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)與釋放氧氣等，其功能涵蓋生物多樣性維持，營(yíng)造小氣候，防止水土流失等[9]。（3）生活功能。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一類很好的生活資源，可以為人們提供旅游觀光、休閑娛樂(lè)以及文化教育等方面的服務(wù)，可以滿足人們回歸自然，享受田園風(fēng)光和愉悅心情的需求。在人類長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史中，積淀了極為豐富的農(nóng)田文化內(nèi)涵，包括對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的演變、農(nóng)耕活動(dòng)、農(nóng)業(yè)風(fēng)俗習(xí)慣等，是人類正確認(rèn)識(shí)自然不可缺少的素材[11]。

除上述功能外，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)還提供了上千萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。全球約一半人口生活在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，從事著農(nóng)、林、牧業(yè)和相關(guān)產(chǎn)品加工業(yè)的生產(chǎn)工作。其中，40%左右依賴種植業(yè)。目前，直接從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力估計(jì)為13億人，約占世界勞動(dòng)力總?cè)藬?shù)的46%[12]。

在過(guò)去有關(guān)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究中，人們多關(guān)注其食物生產(chǎn)功能，而忽略了其生態(tài)服務(wù)功能，如養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、氣體調(diào)節(jié)以及景觀功能等。實(shí)際上，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中，為人類社會(huì)提供了生態(tài)服務(wù)功能和生活功能，它們共同為人類福利服務(wù)[13]。因此，有必要全面認(rèn)識(shí)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類的貢獻(xiàn)，正確地衡量農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類的價(jià)值（表1）。

表1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型及評(píng)價(jià)

2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的形成機(jī)制

農(nóng)田非生物環(huán)境特征（地理位置、坡度、溫度、降雨量、地下水位、溶解氧含量、土壤養(yǎng)分、pH等土壤理化性質(zhì)）、生物特征（植物區(qū)系、動(dòng)物區(qū)系和微生物區(qū)系特征等）以及系統(tǒng)內(nèi)在的生態(tài)過(guò)程（光合作用、呼吸作用、蒸騰、蒸發(fā)、有機(jī)質(zhì)分解和生物地球化學(xué)循環(huán)等）是生態(tài)系統(tǒng)存在的基礎(chǔ)，三者之間相互作用的結(jié)果體現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)功能。生態(tài)系統(tǒng)功能是服務(wù)功能的基礎(chǔ)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是生態(tài)系統(tǒng)功能的表現(xiàn)，所以生態(tài)系統(tǒng)的非生物環(huán)境特征、生物特征和生態(tài)過(guò)程及其相互作用是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能形成的內(nèi)在機(jī)制。同時(shí)，人類活動(dòng)是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能形成的最根本驅(qū)動(dòng)力。一方面，沒(méi)有人類活動(dòng)的干預(yù)就沒(méi)有農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，也就談不上農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；另一方面，人們受國(guó)家政策及經(jīng)濟(jì)規(guī)律驅(qū)使，不斷采取各種管理措施，直接改變農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物和非生物環(huán)境特征，間接影響著系統(tǒng)生態(tài)過(guò)程，從而對(duì)服務(wù)功能的形成產(chǎn)生影響[13-14]。

3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的評(píng)估方法

對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，可以為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理和區(qū)域生態(tài)安全管理提供科學(xué)依據(jù)。由于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能內(nèi)涵豐富，各服務(wù)功能之間存在著多重聯(lián)系，加之人類活動(dòng)頻繁干預(yù)，目前還沒(méi)有成熟的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)框架和完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，前人對(duì)此也研究得較少。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的估算方法，可以借鑒自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，以及環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)中提供的方法，結(jié)合農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，參照尹飛等[15-19]的方法對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，河海大學(xué)陳丹等[20]也對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估方法進(jìn)行了探討，其評(píng)價(jià)模型包括兩個(gè)方面。（1）農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的市場(chǎng)價(jià)值法評(píng)價(jià)，見(jiàn)式（1）；（2）休閑娛樂(lè)、景觀美學(xué)、社會(huì)文化價(jià)值評(píng)價(jià)。

式中，VP為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的幣值，A為稻田面積，P為單位面積農(nóng)產(chǎn)品年均產(chǎn)量，C為農(nóng)產(chǎn)品平均價(jià)格。

4 我國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算

據(jù)謝高地等[4]估算，我國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)因自然生態(tài)過(guò)程和人類種植業(yè)活動(dòng)過(guò)程共同作用，每年為人類提供19 509.1億元生態(tài)服務(wù)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品總價(jià)值。其中，41.9%是由農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)自然過(guò)程提供和產(chǎn)生的，58.1%是由人類種植業(yè)活動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的。目前，我國(guó)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)計(jì)量的年度種植業(yè)總價(jià)值中僅計(jì)量了人類種植業(yè)活動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和部分由自然生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，僅為總量的64.7%，未計(jì)量的年度生態(tài)服務(wù)價(jià)值可達(dá)6 881.1億元。由于糧食生產(chǎn)過(guò)程中伴隨產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)屬公共服務(wù)范疇，國(guó)家應(yīng)為糧食生產(chǎn)提供公共財(cái)政補(bǔ)貼的額度高限可達(dá)5 140元/hm2·a。

稻田生態(tài)系統(tǒng)是一種半自然的人工生態(tài)系統(tǒng)，是由稻田生物系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)和人為調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)三部分組成的復(fù)合系統(tǒng)。稻田生態(tài)系統(tǒng)的波動(dòng)性、多樣性、脆弱性、人為性、開(kāi)放性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，決定了其服務(wù)功能的復(fù)雜性和特殊性。李向東等[16]研究認(rèn)為，稻田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的內(nèi)涵主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）供給糧油等產(chǎn)品。在我國(guó)，水稻是最主要的糧食作物，其播種面積和總產(chǎn)量分別約占糧食作物的28%和43%，居我國(guó)糧食作物的首位。（2）水文循環(huán)調(diào)節(jié)功能。稻田生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)是農(nóng)耕區(qū)自然界水文循環(huán)的一部分。在自然和人類活動(dòng)等因素影響下，稻田能存儲(chǔ)部分的降雨徑流或灌溉水，多余的水量通過(guò)地表回流或深層滲漏補(bǔ)給地下水，匯入地表徑流，再排往下游地區(qū)，而且水分通過(guò)稻田表層土壤及水層蒸發(fā)、水稻葉面蒸騰等返回大氣，隨著時(shí)間和空間的轉(zhuǎn)換不斷地循環(huán)變化。其水文循環(huán)調(diào)節(jié)功能主要表現(xiàn)在調(diào)蓄洪水、回灌地下水和改善氣候等3個(gè)方面。因此，稻田還有“隱形水庫(kù)”的譽(yù)稱[21-24]。（3）凈化空氣。隨著全球氣候環(huán)境的變化，碳循環(huán)和碳匯功能成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。稻田生態(tài)系統(tǒng)中的作物和其它植物通過(guò)光合作用固定CO2，將大氣中的CO2變換成生物有機(jī)碳，從而起到凈化空氣的作用。此外，稻田還具有滯塵潔凈空氣的功能。（4）防止土壤侵蝕。通過(guò)在丘陵山區(qū)修筑梯田、種植水稻，可以有效地防止由于降雨沖刷引起的水土流失現(xiàn)象，例如菲律賓Ifugao山區(qū)，在坡地專門種植水稻可有效緩解土壤侵蝕就是典型例證。對(duì)日本重質(zhì)粘土地區(qū)的研究也表明，水稻種植對(duì)防止山體滑坡有一定的作用。（5）維持生物多樣性。稻田生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)類似“濕地”的人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，是許多野生生物的棲息所和避難所。在農(nóng)村，除稻田外，還有灌排渠道、水塘和濕地等，這為多種水生動(dòng)植物提供了生長(zhǎng)的環(huán)境，吸引不同的水鳥(niǎo)棲居在周圍，構(gòu)成了完整的生物鏈，保存了生物的多樣性，維持生態(tài)平衡，形成自然和諧的生態(tài)環(huán)境。（6）社會(huì)文化功能。稻田生態(tài)系統(tǒng)所形成的獨(dú)特、優(yōu)美的自然景觀，可為公眾提供休閑娛樂(lè)的場(chǎng)所，且具有普及農(nóng)田知識(shí)、開(kāi)展自然環(huán)境教育、傳播文化和習(xí)俗等多方面的社會(huì)文化意義。例如，日本特有的稻米文化已經(jīng)滲透到社會(huì)的各個(gè)方面，甚至有許多節(jié)日和宗教習(xí)俗等都與水稻、灌溉有關(guān)。近年來(lái)，在我國(guó)興起的“生態(tài)觀光農(nóng)業(yè)”也充分體現(xiàn)其社會(huì)文化價(jià)值[20]。目前，人們對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的估算尚處于初級(jí)階段，涉及的農(nóng)業(yè)區(qū)域、農(nóng)田類型、作物種類等的范圍較窄，更為復(fù)雜的生態(tài)過(guò)程、機(jī)制不明，有待進(jìn)一步探討，以期加深對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能的全面認(rèn)識(shí)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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