尤溪聯合梯田生態(tài)系統服務價值分析

肖清鐵, 朱勝男, 鄭新宇, 王維奇, 閔慶文, 林瑞余

(1.福建農林大學生命科學學院，福建 福州 350002；2.福建師范大學地理研究所，福建 福州 350007；3.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101)

生態(tài)系統服務功能是指生態(tài)系統與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的環(huán)境條件與效用[1]。評價生態(tài)系統服務價值，有助于理解人與自然間的生態(tài)關系，促進人與自然和諧共生。當前，農田、森林和湖泊等典型生態(tài)系統服務功能的評估備受關注[2-6]。農業(yè)生態(tài)系統是典型人工控制的生態(tài)系統，不僅直接為人類提供食物和原材料，還具有氣體調節(jié)、水土保持、環(huán)境凈化等維持和改善生態(tài)環(huán)境的功能[7]。深入了解農業(yè)生態(tài)系統的服務功能及其調控機制，對農業(yè)生態(tài)系統的合理利用和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[8-9]。聯合梯田具有1 300多年的歷史，是我國南方典型的山地農業(yè)系統，其由“竹林—村莊—梯田—水流”形成的立體結構，合理利用了竹林的水源涵養(yǎng)功能、梯田的水土保持功能，維護了生態(tài)系統的長期穩(wěn)定[10-11]。

聯合梯田是全球重要農業(yè)文化遺產地，是我國歷史最為悠久的古梯田群之一，生境復雜多變、物種豐富。水稻是當地最主要的作物，至今保留了15個傳統水稻品種，稻作模式也由單季稻向豐富多樣的復種輪作、間作以及立體種養(yǎng)轉變，極具保護價值[12-13]。近年來，隨著經濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程加快，伴隨著梯田耕作的經濟效益下降，大量的勞動力向城鎮(zhèn)轉移，部分梯田出現拋荒現象，梯田的完整性以及傳統的農業(yè)技藝傳承面臨巨大的挑戰(zhàn)。鄒芳芳等[14]從經濟角度分析了聯合梯田經濟發(fā)展歷史和存在的問題；高燈州等[15]從空間角度分析了聯合梯田稻田土壤養(yǎng)分的變異特征；陳淑云等[16]分析了聯合梯田農業(yè)文化的系統性、穩(wěn)定性和瀕危性，探討了聯合梯田農業(yè)文化存在的關鍵問題及其成因；胡偉芳等[17]分析了聯合梯田景觀指數和景觀空間格局，提出景觀資源開發(fā)利用的保護對策。這些研究為聯合梯田的保護和可持續(xù)發(fā)展提供了參考，但對其潛在價值的認識還不夠全面。為此，本文利用市場價值、替代成本、成果參數、機會成本、影子工程和當量因子等生態(tài)價值評價方法，對聯合梯田生態(tài)系統的8項服務指標進行評估，用直觀的數據反映其服務價值，以期為聯合梯田生態(tài)補償機制的建立和科學保護提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與評價方法

1.1 研究區(qū)概況

聯合梯田位于福建省尤溪縣北部(26°17～26°24′N，118°08′～118°17′E)，屬中亞熱帶季風濕潤氣候，水熱資源豐富。最高海拔900 m，最低海拔110 m。平均氣溫19 ℃，無霜期280 d，年平均降雨量在1 600 mm左右，歷年平均蒸發(fā)量1 313.4 mm。本研究涉及的區(qū)域包括聯合梯田核心區(qū)所在的聯東、聯合、聯南、聯西、東邊、連云、云山、下云共8個行政村以及緩沖區(qū)嶺頭、吉木、惠州和湖洋等4個行政村。研究區(qū)域總面積為8 953.61 hm2，其中耕地918.73 hm2、園地989.33 hm2、林地7 045.55 hm2[10-11]。

1.2 基礎數據來源及生態(tài)系統服務價值評估方法

本研究在實地調查的基礎上，結合2016年尤溪年鑒[11]和聯合鄉(xiāng)統計年報表等行政部門的統計、規(guī)劃資料，采用市場價值法、替代成本法和當量因子法等評價方法對聯合梯田生態(tài)系統的初級生產、氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、土壤肥力保持、水調節(jié)、環(huán)境凈化、生物多樣性和文化服務等8項服務進行了評估。

1.2.1 初級生產 初級產品的生產價值采用市場價值法[18]進行評價。公式為：

V1=M×P

式中，V1為產品價值/元；M為初級產品產量/t；P為產品市場價格/(元·t-1)。

1.2.2 氣體調節(jié) 包括固碳釋氧和溫室氣體排放兩部分，其服務價值采用造林成本法[19]和增溫潛勢法[20]進行估算。公式為：

V2=Vgs+Vwp

Vgs=Q×E×P，Q=M×(1-r)/f

Vwp=G×T×S×P

式中，V2為氣體調節(jié)價值/元；Vgs為固碳或釋氧價值/元；Vwp為溫室氣體排放價值/元；Q為年凈生物量/t；E為固碳或制氧系數；P為固碳或制氧成本/(元·t-1)；M為作物經濟產量/t；r為作物含水率/%；f為經濟系數；G為稻田溫室氣體排放量/(kg·hm-2·d-1)；T為水稻生長期/d；S為水稻種植面積/hm2。

1.2.3 氣候調節(jié) 運用水汽蒸騰作用調節(jié)氣候的價值來替代[18]。模型如下：

V3=R×A×P

式中，V3為氣候調節(jié)價值/元；R為年均蒸發(fā)量/mm；A為梯田面積/hm2；P為單位體積水汽蒸騰作用調節(jié)氣候的價值/(元·m-3)。

1.2.4 土壤肥力保持 運用機會成本法[21]將農田系統土壤養(yǎng)分持留量價值化，從而評價生態(tài)系統保持土壤肥力、積累有機質的價值。公式為：

V4=A×T×ρ×C×P

式中，V4為土壤保持價值/元；A為各類土地面積/hm2；T為表層土壤厚度/m；ρ為土壤容重/(t·m-3)；C為土壤養(yǎng)分含量/(kg·t-1)；P為養(yǎng)分價格/(元·kg-1)。

1.2.5 水調節(jié) 包括水源涵養(yǎng)和調蓄洪水兩部分的價值。采用水量平衡法[22]估算生態(tài)系統的水源涵養(yǎng)量；運用影子工程法[19,22]，以水庫蓄水成本代替水源涵養(yǎng)和調蓄洪水的價值。公式為：

V5=VHY+VTX

VHY=(J-R) ×A×P

VTX=H×S×P

式中，V5為水調節(jié)價值/元；VHY為涵養(yǎng)水源價值/元；J為年均降水量/mm；R為年均蒸發(fā)量/mm；A為梯田面積/hm2；P為水庫蓄水成本/(元·m-3)；VTX為稻田調蓄洪水的價值/元；H為評價區(qū)稻田田埂平均高度/m；S為水稻種植面積/hm2。

1.2.6 環(huán)境凈化 農業(yè)種植業(yè)具有降解污染物和清潔環(huán)境的顯著效應。許多農業(yè)植物能吸收、過濾、阻隔和分解空氣中的有害氣體(如SO2、NOx等)，也能吸附粘著部分粉塵，從而起到凈化大氣的功能。應用替代法和防護費用法[20]估算生態(tài)系統環(huán)境凈化服務價值。公式為：

V6=Q×A×P

式中，V6為環(huán)境凈化價值/元；Q為單位面積污染氣體吸收量/(kg·hm-2·a-1)；A為各類土地面積/hm2；P為污染氣體治理費用/(元·t-1)。

1.2.7 生物多樣性 應用當量因子法[23]估算。公式為：

V7=F×D×A

式中，V7為生物多樣性價值/元；F為生態(tài)系統服務價值當量；D表示1個標準當量因子的生態(tài)系統服務價值量/(元·hm-2)；A為各類土地面積/hm2。

1.2.8 文化服務 運用市場價值法和價格替代法[21]進行估算。公式為：

V8=Sc+St

式中，V8為文化服務價值/元；Sc為梯田建設投入/元；St為梯田旅游收入/元。

2 結果與分析

2.1 初級生產價值

2.1.1 農業(yè)生產 2016年聯合梯田種植的作物主要包括谷物、薯類、豆類、蔬菜和水果等，播種面積達5 280.07 hm2。其中，蔬菜、谷物和豆類種植面積占據前三，分別為1 032.87、888.47和886.07 hm2，占總播種面積的19.56%、16.83%和16.79%。農業(yè)產品總產量為72 480 t，主要以蔬菜(35 517 t)、青飼料(17 791 t)和園林水果(7 935 t)為主，分別占49.00%、24.55%和10.95%。農業(yè)產品總價值23 298萬元，以蔬菜價值最高(10 842萬元)，占46.54%；茶葉次之(4 171萬元)，占17.90%；園林水果價值第三(2 940萬元)，占12.62%(表1)。此外，當年農業(yè)生產的作物秸稈產量達2.06萬t，市場價格為80元·t-1[20]，經濟價值為164.80萬元。綜合來看，2016年聯合梯田農業(yè)初級生產服務價值總計23 462.80萬元。

表2 聯合梯田生態(tài)系統林副產品價值Table 2 The values of native forest products in Lianhe terrace ecosystem

2.1.2 林業(yè)生產 聯合梯田林業(yè)初級產品包括林木培育種植、竹木采運和林副產品等。2016年聯合梯田生態(tài)系統林業(yè)初級生產價值為4 809萬元。其中，林木培育面積達19.56 hm2，價值238萬元；木材生產44 599 m3，竹材生產1 226萬根，實現林木采運價值2 510萬元[11]；收獲油桐籽、山蒼籽和油茶籽等林副產品共1 772 t，產值達2 061萬元(表2)。

聯合梯田生態(tài)系統初級生產服務包括農業(yè)初級生產和林業(yè)初級生產，據此可估算出聯合梯田生態(tài)系統初級生產服務價值為28 271.80萬元。

2.2 氣體調節(jié)價值

2.2.1 固碳釋氧 聯合梯田主要種植谷物、薯類、蔬菜和豆類等常見經濟作物，經濟產量見表1。根據張長[22]的研究方法，可算得聯合梯田生態(tài)系統農田年凈生物量為41 221.13 t。根據同類地區(qū)各類林地的凈初級生產力進行推算，聯合梯田林地生態(tài)系統平均凈初級生產力為13 t·hm-2·a-1[24]，林地面積為7 045.55 hm2，聯合梯田生態(tài)系統林地年凈生物量為91 592.15 t。植物固碳系數為1.63，釋氧系數為1.20[19]。經計算可知，聯合梯田生態(tài)系統年固碳量為58 451.12 t，釋氧量為159 375.93 t。按造林成本法估算，固碳價值為260.09元·t-1，釋氧價值為352.93元·t-1，固碳釋氧價值總計為7 145.11萬元(表3)。

表3 聯合梯田生態(tài)系統固碳釋氧價值Table 3 The values of carbon fixation and oxygen release in Lianhe terrace ecosystem

2.2.2 溫室氣體排放 稻田排放的溫室氣體主要包括CH4、N2O和CO2。聯合梯田水稻種植面積為837.80 hm2，水稻生長期150 d，非水淹期65 d。稻田CH4、N2O、水稻CO2和土壤CO2的平均排放通量分別為0.334、0.056、272.04和102.35 kg·hm-2·d-1[20]。稻田生態(tài)系統中排放的CH4和N2O折算成CO2后，可得聯合梯田CO2總排放量為4.91萬t。采用造林成本法估算出聯合梯田稻田生態(tài)系統溫室氣體排放價值為357.24萬元。

氣體調節(jié)總價值為固碳釋氧價值和溫室氣體排放價值的總和。溫室氣體排放的價值為負，因此2016年聯合梯田生態(tài)系統氣體調節(jié)價值為6 787.87萬元。

2.3 氣候調節(jié)價值

梯田生態(tài)系統氣候調節(jié)價值采用替代成本法估算。聯合梯田年均水分蒸發(fā)量為1 313.4 mm，梯田面積為8 953.62 hm2，單位體積水汽蒸騰作用調節(jié)氣候的價值為0.13元·m-3[18]，計算可得其氣候調節(jié)價值為1 528.76萬元。

2.4 土壤肥力保持價值

肥力保持主要指土壤有機質、全氮、全磷和全鉀4個主要營養(yǎng)成分的含量，不考慮外部有機質輸入。聯合梯田生態(tài)系統農田土壤有機質含量為30.93 kg·t-1，氮、磷和鉀含量分別為245.78、21.53和90.65 g·t-1，耕作層按0.2 m計算，土壤平均容重1.3 t·m-3[15]。評價區(qū)林地土壤有機質含量為27.20 kg·t-1，氮、磷和鉀含量分別為82.90、1.11和41.78 g·t-1，林地土壤容重為1.0 t·m-3[25]。有機肥(58%有機質)、尿素(46.6%N)、鉀肥(57%K)和鈣鎂磷肥(12%P)價格分別為1.00、2.31、2.60、0.66元·kg-1[18]。綜合上述參數，運用機會成本法可估算出聯合梯田土壤肥力保持價值為86 857.73萬元。

2.5 水調節(jié)價值

聯合梯田年均降雨量1 600 mm，年均蒸發(fā)量1 313.4 mm，面積8 953.62 hm2。根據福建省水口水庫的建設成本及建成庫容計算，單位容積水庫蓄水成本為2.5元·m-3[22]。采用影子工程法可算得聯合梯田生態(tài)系統涵養(yǎng)水源的價值為6 418.47萬元。

聯合梯田的水稻田田埂高約0.3 m，當暴雨來臨時，水稻田相當于一個蓄水深度約0.3 m的蓄洪水庫。梯田水稻田面積為837.80 hm2，水庫蓄水成本為2.5元·m-3。采用影子工程法可算得聯合梯田生態(tài)系統調洪蓄水價值為628.35萬元。聯合梯田生態(tài)系統水調節(jié)價值為涵養(yǎng)水源和調蓄洪水價值的總和，總計為7 046.82萬元。

2.6 環(huán)境凈化價值

目前農田吸收SO2、HF、NOx和粉塵量分別為45、0.57、33和33 200 kg·hm-2·a-1[20]。森林生態(tài)系統SO2、HF、NOx和粉塵量分別為152.13、3.58、6.00和21 660 kg·hm-2·a-1[24]。聯合梯田耕地和林地面積分別為13.94和70.46 km2。治理空氣中SO2、HF、NOx和粉塵的成本分別為600、900、600和170元·t-1[20]。運用替代法和防護費用法計算出聯合梯田凈化大氣環(huán)境的價值為3 749.40萬元。梯田生態(tài)系統對SO2、HF、NOx和粉塵具有一定的凈化作用，有助于提升周邊地區(qū)空氣質量。

2.7 生物多樣性價值

聯合梯田是典型的梯田型稻作農業(yè)，擁有15個傳統栽培水稻品種[12]。森林覆蓋率達75%以上，其中植物500余種，動物100余種[10-11]。生物多樣性對于維持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性和生態(tài)系統的多種生態(tài)功能具有顯著的作用，其潛在價值采用當量因子法估算。生態(tài)系統維持生物多樣性的單位面積價值為3 406.5元·hm-2·a-1，聯合梯田的耕地、園地和林地生物多樣性服務的當量因子分別按水田、旱地和針闊混交林的當量因子計，分別為0.21、0.13和2.60[23]。聯合梯田耕地、園地和林地面積分別為918.73、989.33和7 045.55 hm2。因此，聯合梯田生態(tài)系統生物多樣性價值為6 349.71萬元。

2.8 文化服務價值

對聯合梯田重要農業(yè)文化遺產的保護和建設投入即為文化傳承價值，運用市場價值法進行估算。此外，利用價格替代法，即用研究區(qū)年旅游綜合收入作為梯田景觀的價值度量。據統計，2016年底聯合梯田建設投入達16 000萬元，年接待游客12萬人次，實現旅游綜合收入1 200萬元[11,26]。因此，聯合梯田的文化服務價值為17 200萬元。

2.9 總價值

表4 聯合梯田生態(tài)系統的各項服務價值Table 4 The service values of Lianhe terrace ecosystem

根據上述研究，聯合梯田生態(tài)系統服務總價值為157 792.09萬元(表4)。其中，梯田初級生產提供的產品服務形成的直接經濟價值為28 271.80萬元，占總服務價值的17.92%。氣體調節(jié)、土壤肥力保持和水調節(jié)等服務形成的生態(tài)服務價值為112 320.29萬元，占總服務價值的71.18%。其中，土壤肥力保持價值最高，為86 857.73萬元；水調節(jié)服務次之，為7 046.82萬元；氣體調節(jié)、生物多樣性、環(huán)境凈化和氣候調節(jié)服務分別為6 787.87、6 349.71、3 749.40和1 528.76萬元，占總服務價值的4.30%、4.02%、2.38%和0.97%。由自然景觀和農業(yè)文化遺產形成的文化服務價值為17 200.00萬元，占總服務價值的10.90%。

3 討論與結論

產品供給是農田生態(tài)系統的重要功能，農業(yè)生產是農田生態(tài)系統的基礎功能。本研究中，聯合梯田生態(tài)系統初級生產價值達28 271.80萬元，占總服務價值的17.92%。崇義客家梯田的產品供給價值占總服務價值的10.4%[18]。元陽梯田生態(tài)系統初級產品供給價值占總服務價值的13.17%[20]。梯田本身的自然特性使得農業(yè)生產的投入成本較高，但產量和經濟效益不高，梯田生態(tài)系統的初級生產服務價值還有很大的提升空間。通過選擇合適的作物與適宜的耕作方式，在提高產量的同時提升初級產品的內在價值。

聯合梯田系統的生態(tài)價值為112 320.29萬元，占總服務價值的71.18%。其中土壤肥力保持價值最高，為86 857.73萬元，占總服務價值的55.05%。土壤肥力保持價值相對較高，這可能與當地進行作物秸稈還田有關，有利于評價區(qū)作物的栽培和生長，并減少化肥的施用，保證梯田生態(tài)系統的可持續(xù)發(fā)展。在對崇義客家梯田稻田生態(tài)系統的服務價值評價中，繆建群等[18]也發(fā)現梯田系統具有較高的土壤肥力保持價值，占生態(tài)服務總價值的30.00%。

聯合梯田作為世界文化遺產，由“竹林—村莊—梯田—水流”構成的山地農業(yè)體系，集和了“生產”“生活”和“生態(tài)”三位一體的布局，具有豐富的自然景觀和人文景觀資源，文化服務功能潛力巨大。本研究中，聯合梯田生態(tài)系統的文化服務價值為17 200萬元，占總服務價值的10.90%。在今后的發(fā)展中應該大力發(fā)展和保護好該景觀優(yōu)勢，提高梯田生態(tài)系統的服務價值，促進聯合梯田的保護和可持續(xù)發(fā)展。胡偉芳等[17]對聯合梯田提出了發(fā)展農業(yè)文化遺產旅游和生態(tài)旅游，促進梯田景觀復興及傳統文化現代回歸的建議。

聯合梯田生態(tài)系統提供了比較可觀的生態(tài)服務價值，其總服務價值達157 792.09萬元，其中由水調節(jié)、土壤肥力保持和氣體調節(jié)服務產生的生態(tài)價值占總服務價值的71.18%，遠大于農業(yè)生產形成的直接經濟價值(17.92%)和文化服務價值(10.90%)。產品生產和旅游收入作為聯合梯田生態(tài)系統的直接經濟來源，僅僅是其服務價值中較小的一部分，不能用來評價整個梯田生態(tài)系統的服務價值。本評估中因收集的數據還有缺漏，僅對聯合梯田生態(tài)系統的初級生產、氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、土壤肥力保持、水調節(jié)、環(huán)境凈化、生物多樣性和文化服務等8項服務指標進行了估算，有部分價值并未計算在內，因此在實際的農業(yè)生產活動中，聯合梯田生態(tài)系統的服務價值應該更高。通過估算聯合梯田生態(tài)系統服務價值，不僅有利于引導和促進梯田傳統農業(yè)發(fā)展，還能為當地政府制定保護政策提供依據。