高標準基本農田建設對耕地生態系統服務價值的影響

唐秀美，潘瑜春,*，程晉南，任艷敏,5

1北京農業信息技術研究中心，北京 100097 2國家農業信息化工程技術研究中心，北京 100097 3農業部農業信息技術重點實驗室，北京 100081 4山東農業工程學院國土資源與測繪工程系，濟南 250100 5河南大學環境與規劃學院，開封 475001

高標準基本農田建設對耕地生態系統服務價值的影響

唐秀美1,2,3，潘瑜春1,2,3,*，程晉南4，任艷敏1,2,3,5

1北京農業信息技術研究中心，北京 100097 2國家農業信息化工程技術研究中心，北京 100097 3農業部農業信息技術重點實驗室，北京 100081 4山東農業工程學院國土資源與測繪工程系，濟南 250100 5河南大學環境與規劃學院，開封 475001

耕地不僅有糧食生產功能，更具備重要的生態功能。高標準基本農田建設是保障國家糧食安全的重要戰略舉措，可以提升耕地質量、增強耕地抗災能力和耕地生態系統服務能力。以北京市為例，在確定不同等級耕地生態系統服務價值的基礎上，通過預測法計算高標準基本農田建設能提升的耕地等級，在此基礎上測算耕地生態系統服務價值的提升程度，以此定量化高標準基本農田建設對耕地生態系統服務價值的影響。研究發現，通過高標準基本農田建設，北京市耕地等級可以平均提高2.28個利用等，耕地生態系統服務價值由原來的48.83×108元提升到52.22×108元，說明高標準基本農田建設在提高區域生產能力的同時，也能明顯的提高區域生態水平。研究為定量化測算高標準基本農田建設造成的生態系統服務價值變化提供了思路。

高標準基本農田;生態系統服務價值;CUG;影響;北京市

開展農村土地整治，大規模建設旱澇保收的高標準農田是中國重要的戰略舉措，對改善農業生產條件、提高耕地綜合生產能力、保障糧食安全、發展現代農業具有重要意義[1]。根據《全國土地整治規劃(2011—2015年)》確定的全國高標準基本農田建設計劃，到2015年，計劃有效保障2666.677萬hm2旱澇保收高標準基本農田的規劃和建設。高標準基本農田是指通過農村土地整治形成的集中連片、設施配套、高產穩產、生態良好、抗災能力強、與現代農業生產和經營方式相適應的基本農田[2]。當前關于高標準基本農田建設的研究集中于不同尺度高標準基本農田建設區域的確定方法[3-5]、高標準基本農田建設模式[6-10]及方法體系等方面，特別是有關高標準基本農田建設后耕地數量及質量潛力提高方面的研究已有學者進行過探索[11-16]。由于耕地生態質量提升程度難以衡量，因此目前關于高標準基本農田建設造成的生態質量提高方面的研究還未有涉及。土地利用方式的變化直接影響生態系統所提供服務的種類和強度，從而造成生態系統服務價值的損益[17]，分析與評價土地利用誘發生態環境問題已成為可持續發展研究的熱點之一[18-21]，目前有較多研究集中于土地整治造成的生態影響[22-24]及由于土地利用類型變化造成的區域生態系統服務價值的變化[25-27]，而對于耕地質量提升造成的生態系統服務價值的影響方面的研究不足，當前耕地生態服務價值的測算研究較多，但是已有研究多數將耕地的生態系統服務價值確定為單一值，在耕地占補數量質量平衡研究中，有學者對耕地的數量質量折算研究進行過一定的探索[28-29]，也有學者開始關注進行耕地數量-質量-價值折算及其系數方面的研究[30]，但針對耕地等級-產量-生態價值方面的研究還未有涉及。北京市耕地稀缺，耕地保護面臨很大壓力，耕地具備食物生產和生態兩重功能[31]，因此，如何合理計算高標準基本農田建設過程中耕地生態系統服務價值的變化及影響，對于北京市的城市發展和生態保護具有重要意義。基于此，本研究以北京市為例，探討高標準基本農田建設對耕地生態系統服務價值的影響，試圖從耕地等級、產量提升及生態系統服務價值的折算方面，對高標準基本農田建設造成的生態系統服務價值的變化進行定量化分析，從而為區域土地整治規劃和生態環境保護服務。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區概況

北京市位于華北平原西北隅，北緯39°38′—41°51′，東經115°25′—117°30′，東西寬約160km，南北長約170km，東南距渤海約150km。解放后北京的行政區劃范圍經過五次調整，形成了今天6個市區、8個郊區、2個郊縣的格局。北京作為我國的首都和國際性大都市，人類活動與生態系統的相互作用尤為突出。北京耕地資源稀缺，分布不均勻，耕地具備多功能性。在當前高標準基本農田建設背景下，研究其對耕地生態系統服務價值的影響，有助于區域耕地與生態環境保護。

1.2 數據來源

本研究數據來源為2009年北京市農用地產能核算成果，該成果以《農用地產能核算技術規范》、2006年北京市農用地分等成果為依據，核算了北京市農用地的理論產能、可實現產能和實際產能。

2 研究方法

2.1 耕地生態系統服務價值確定

當前有關生態系統服務價值的研究很多，研究方法多樣。國際上引用率比較高的是Costanza于1997年在Nature雜志上發表的關于全球生態系統服務價值和生態資本的文章[32]，但是研究成果對中國的實際情況并不完全適用。國內比較權威的研究結論是謝高地關于中國陸地生態系統單位面積生態服務價值當量表[33]，該研究針對Costanza研究的弱點，比如對耕地的估計過低、對濕地的估計過高等，參考其已有成果，在對我國200位生態學者進行問卷調查的基礎上，制定出來的中國不同陸地生態系統單位面積生態服務價值表，得到了多數學者的認同。因此本研究采用的耕地生態系統基準價格為謝高地的研究成果。

表1 耕地生態系統服務基準價值/(元/hm2)Table 1 The basic ecosystem service value of of different grade of the culitivated land

圖1 研究技術路線Fig.1 research technical route

耕地生態系統服務價值與耕地質量關系密切，耕地質量表現為耕地生產能力，是由比較穩定的不易變化因素如土壤、地貌、氣候、地理位置等作用和易變化的因素如施肥、灌排、經營管理等活動影響來實現。耕地質量的好壞、生產能力的高低，決定著產量的高低，現實中一般以耕地產量表征耕地質量的優劣和耕地生產能力的大小。耕地質量高低也影響到耕地的生態功能大小，耕地質量越高，其生態系統服務功能越大，其生態系統服務價值相應也較大。農用地分等中以耕地的質量等級衡量耕地質量高低。基于以上分析，耕地的等級、產量和生態系統服務價值存在正相關關系，而耕地的生態系統服務價值應為區域耕地生態系統服務價值的平均值。以北京市為例，北京市農用地分等中，耕地有16個利用等，不同等級耕地的產能不同，假設等級處于中間的13等地的生態系統服務價值的平均值為6114.30元/hm2，根據各等級產能與生態系統服務價值的比例關系(式1)，確定其他等級耕地的生態系統服務價值，得到表2。

Ei=a×Ti

(1)

式中，Ei為第i等級耕地的生態系統服務價值(元/hm2)；a為價值折算系數，取值為13等耕地的生態系統服務價值與可實現產能的比值；Ti為第i等級耕地的可實現產能。

表2 北京市不同利用等別生態系統服務價值Table 2 The ecosystem service value of cultivated land in Beijing

圖2 北京市高標準基本農田建設前后耕地利用等提升潛力Fig.2 The potential of n cropland using grade of cultivated land consolidation after high-standard prime farmland construction in Beijing

2.2 耕地等級提升潛力測算

通過高標準基本農田建設，除增加有效耕地面積外，更重要的是改善耕地質量，使質量等級明顯提高；提高耕地生產力，增加糧食產量。一般采用耕地等別或者產能的提高幅度來表示耕地整治的質量提升潛力[14-16]，本研究以鄉鎮[34]為單位，采用耕地利用等的提高程度來測算高標準基本農田建設等級提升潛力。經調查，高標準基本農田建設后，耕地的等級能提高到縣或鄉鎮的最高水平，借鑒已有研究[16]，本研究中計算方法是以耕地所在鄉鎮的農用地最高等別作為高標準基本農田建設后耕地所能達到的等別，高標準基本農田建設前后的利用等差距即為耕地等級提升潛力。測算結果如圖2所示。結果顯示，通過高標準基本農田建設，北京市耕地質量有明顯的提高，利用等平均可以提高2.28等，大部分耕地可以提高1個等別，有部分耕地可以提高2個或者3個等別，少數耕地能提高4個或者5個等別，只有極少數耕地可以提高到6個等別以上。空間分布上，北京東南部地區耕地分布廣泛，大部分耕地可以提高1個等別，其中少數可以提高2個或者3個等別，極少數可以提高4個等別以上，主要原因是北京東南部區域的耕地質量較好，等地等級相對較高，耕地能提升的潛力相對低；而西南部區域及北部山區相對提升潛力較大，有較多的耕地可以提升2個等別以上，主要原因是該區域的耕地相對質量低，等級較低的耕地質量較多，區域耕地質量差距相對比較大，因此通過高標準基本農田建設可以有較大的等別提升潛力。

Dip=Dg-Di

(2)

式中，Dip為i地塊的高標準基本農田建設利用等別提高潛力；Dg為i地塊所在鄉鎮的最高利用等別；Di為i地塊的原有利用等別。

2.3 區域生態系統服務價值影響

耕地經過整治后建成高標準基本農田，耕地質量等級提高，同時集中連片、高產穩產、生態良好、抗災能力強，必定會提高耕地的生態系統服務能力和價值。根據表2計算不同等級的耕地生態系統服務提升后的耕地生態系統服務價值，結果見表3，圖2。

計算結果表明：北京市耕地經過高標準基本農田建設后，其生態系統服務價值有了顯著的提高，總價值由48.83億元提高到了52.22億元，提高了3.39億元，提高比例為6.94%。各區縣中，密云、懷柔、延慶的提高幅度最大，分別為1.22億元、0.57億元與0.51億元；海淀、石景山、門頭溝的提高幅度最小，海淀區無變化，石景山和門頭溝僅為0.01億元和0.03億元；增加比例上，密云的增加比例最高，為48.41%，其次為石景山和門頭溝，為33.33%和27.27%，較低的為海淀、順義和房山，分別為0.00%、1.22%和1.63%。

表3 北京市高標準基本農田建設對各區縣生態系統服務價值影響Table 3 The impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing

圖3 北京市高標準基本農田建設前后生態系統服務價值變化Fig.3 The impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing

從北京市分鄉鎮高標準基本農田建設前后生態系統服務價值變化圖(圖3)中可以看出，高標準基本農田建設前后，北京市生態系統服務價值有了明顯的提高，其中，生態系統服務價值區間為0.06—0.10億元的鄉鎮有了明顯的增加，增加區域主要位于東部地區；南部區域生態系統服務價值大于1億元的鄉鎮有所增加；同時，其建設前后變化分布也與區縣統計結果有明顯的一致性。各區縣中，密云、懷柔、延慶的提高量最大，原因是這幾個區的耕地等級差距較大，通過高標準基本農田建設可以使耕地等級有較大的提高，因此提升潛力較大。而海淀、石景山、門頭溝的提高量最低，主要原因是該區域耕地數量較少造成的。大興耕地面積最大，耕地質量等級較高，因此其耕地生態系統服務價值在高標準農田建設前后的總量都是最高的，分鄉鎮的耕地生態系統服務價值也一直處于較高的水平，但由于其耕地本身質量較高，提升潛力相對不大，因此其提升量和比例都不高。

3 結論與討論

本研究通過耦合耕地質量等級、耕地產能和生態系統服務價值，確定了不同等級耕地的生態系統服務價值，區分了不同質量耕地的生態系統服務價值。研究通過評價高標準基本農田建設前后耕地質量等級的提高程度，評價了高標準基本農田建設對耕地生態系統服務價值的影響，結果顯示，通過高標準基本農田建設，北京市的耕地生態系統服務價值由原來的48.83×108元提升到52.22×108元，說明高標準基本農田建設在提高區域生產能力的同時，也能明顯的提高區域生態服務價值。

土地整治及高標準基本農田建設中多關注數量潛力及質量潛力，對于土地整治造成的生態影響方面的研究較少，研究對于定量化高標準基本農田建設對耕地生態系統服務價值的影響做了有益的探索。目前耕地生態系統服務價值標準的研究較少，一般認為耕地地類的價值都是相同的，這樣就掩蓋了耕地質量不同而造成的價值差異，本研究采用的耕地等級-產量-生態系統服務價值的折算方法，對于研究不同等級耕地生態系統服務價值的確定提供了一種新思路，但研究中采用的方法相對簡單，探索精細化測算不同等級耕地的生態系統服務價值的方法是將來需要深入研究的地方。

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Impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing

TANG Xiumei1,2,3, PAN Yuchun1,2,3,*, CHENG Jinnan4, REN Yanmin1,2,3,5

1BeijingResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,BeijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing100097,China2NationalEngineeringResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China3KeyLaboratoryofAgri-informatics,MinistryofAgriculture,Beijing100081,China4DepartmentoflandandResourcesandGeomaticsEngineering,ShandongAgriculturalandEngineeringUniversity,Jinan250100,China5TheCollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475001,China

The evaluation of ecosystem service value (ESV) is a popular research topic within the fields of ecological economics and environmental economics.Cultivated land not only has the ability to produce grain, but also has important ecological functions, especially in and around large cities.The high-standard prime farmland (HSPF) construction has been playing a key role for the food security of China by improving the comprehensive productivity of cultivated land and agricultural production conditions.The ecosystem service ability of the cultivated land is also improved by HSPF construction.This study used Beijing as an example to explore the impact of HSPF construction on ESV.There are 16cropland-using grades (CUG) in the farmland classification of Beijing, each CUG having a different productivity level.The basic ESV for each grade is determined by coupling the ESV, yield, and grade.The average ESV is assigned to the farmland with the middle CUG value (13), and the ESV of farmland with other CUG values are calculated based on the proportional relationship between the accessible productivity with each CUG, and the ESV of the farmland.The potential of utilization grade of farmland classification is evaluated by pre-evaluation.Therefore, a new ESV of farmland with different CUG is obtained.Consequently, the impact of HSPF construction on ecosystem service value is calculated.The results showed that the average CUG of cultivated land in Beijing can increase 2.28degrees by HSPF construction, most cultivated land can increase 1degree, some can increase 2or 3degrees, and a few can increase by more than 4degrees.There is much more cultivated land in the southeastern part of Beijing than there is in the rest of the city, and the CUG of this cultivated land can increase by only 1or 2degrees.The potential to increase is low because the cultivated land in this region is high quality and therefore already has a high CUG.However, the CUG potential in the southwestern region is also high but most of the cultivated land can increase by more than 2degrees.The quality of the cultivated land in this region is low and therefore has greater ability to improve.According to this study, the ESV of cultivated land in Beijing could increase from 48.83x108Yuan to 52.22x108Yuan by HSPF construction.HSPF construction can improve the ecological level of cultivated land, in addition to increasing grain production.This research provides a new way to quantify the impact of HSPF construction on ESV.

high-standard prime farmland (HSPF);ecosystem service value (ESV);cropland using grades (CUG);impact;Beijing

國家自然科學基金資助項目(41301093, 41401193)

2014-07-25; < class="emphasis_bold">網絡出版日期:

日期:2015-05-21

10.5846/stxb201407251508

*通訊作者Corresponding author.E-mail: panyc@nercita.org.cn

唐秀美，潘瑜春，程晉南，任艷敏.高標準基本農田建設對耕地生態系統服務價值的影響.生態學報,2015,35(24):8009-8015.

Tang X M, Pan Y C, Cheng J N, Ren Y M.Impact of high-standard prime farmland construction on ecosystem service value in Beijing.Acta Ecologica Sinica,2015,35(24):8009-8015.