濱海圍墾區替代傳統農業的生態產業效益研究
——以江蘇東臺條子泥墾區為例

尚 輝，蘇偉霞，姚宇闐，張 弛，鄭金海，孟天竹，陳立華

(1.江蘇省沿海開發(東臺)有限公司，江蘇 鹽城 224237；2.河海大學農業科學與工程學院，江蘇 南京 210098；3.江蘇省沿海開發集團有限公司，江蘇 南京 210019；4.河海大學港口海岸與近海工程學院，江蘇 南京 210098)

2013年7月起，國家提出全力遏制海洋生態環境不斷惡化趨勢；2018年7月國務院出臺《關于加強濱海濕地保護嚴格管控圍填海的通知》[1]，要求“除國家重大戰略項目外，全面停止新增圍填海項目審批；已經完成圍填海的，進行必要的生態修復”。濱海圍墾區是與海洋系統連接最緊密的區域，其生態建設成效事關海岸帶生態建設的成敗。

濱海圍墾區源于高涂匡圍，匡圍后形成的土地主要用于種植和養殖。農田排放的氮、磷、鉀、有機質、農藥等是重要的面源污染物[2-3]，圍墾區域地下水普遍埋深淺，一旦降水較多需要及時排水。由于農田排水進入海洋距離較短，無法通過溝渠、植被等有效攔截面源污染物。沿海水產養殖，一直都是重要陸源海洋污染物輸入源，并導致沿海地下水富營養化[4]。因此，濱海圍墾區農業產業模式的生態化轉變是海岸帶生態建設的重要保障。如經生態稻田處理的水產養殖廢水中氨態氮、總磷、總氮濃度最高分別為0.27 mg/L、0.43 mg/L、0.67 mg/L[5]，基本滿足地表水Ⅲ類水水質標準。海岸帶植被建設除了增加食物供給外，在生物多樣性調節、大氣凈化、水文調節、消浪促淤、固持土壤肥力、旅游等方面顯示出較高的價值[6-8]。

濱海圍墾區的產業轉型、升級，在實現生態效益的前提下需要能夠保證經濟效益。已有的關于灘涂圍墾的研究多集中于圍墾對土壤的理化性質[9]以及對當地環境的影響[10-12]等方面，鮮有研究圍墾區不同產業模式的價值量評估比較，尤其是生態環境效益的研究。本文基于江蘇條子泥圍墾區現狀研究圍墾區實施不同產業模式所產生的效益價值以及效益貢獻率，為濱海圍墾區由傳統低效高污染農業產業模式向高值高效生態產業模式轉變提供理論依據和實踐指導。

1 研究區概況

條子泥圍墾區位于江蘇省東臺市弶港，面積為 6 746 hm2，地理位置為120°93′E～120°96′E，32°76N～32°85′N。圍墾區土壤屬粉砂質潮鹽土，土壤顆粒組成以粉砂和極細砂為主。

圍墾區內以前農業產業模式規劃，主要為稻麥輪作種植業、海水和淡水水產養殖，其稻田與海、淡水養殖塘規劃面積分別為2 854 hm2和453 hm2、1 289 hm2。基于國家海洋生態建設戰略，圍墾區內現階段重新進行產業模式規劃，傳統農業產業模式轉型為稻蝦種養結合模式、稻田-養殖塘綜合體模式、人工濕地和林地建設結合的生態產業模式，其稻田、海水和淡水養殖塘、濕地、林地規劃面積分別為1 395 hm2、453 hm2、1 289 hm2、1 309 hm2、150 hm2。

2 數據與方法

2.1 數據來源

本文數據來源于圍墾區發展規劃、實地調研、鹽城市年鑒、市場價格以及文獻等。土壤理化性質來自于實地取樣并采用魯如坤[13]提出的方法測定。利用excel 2018處理數據與作圖。具體社會公共數據內容及來源見表1。

表1 社會公共數據內容及來源

2.2 評價指標體系構建

以圍墾區為研究對象，在綜合分析圍墾區當地社會經濟情況的基礎上，分別從直接經濟利益、環境污染成本以及生態效益3個方面進行價值研究，并相應地構建不同模式的價值評價指標體系(表2)。

表2 兩種不同產業模式價值評價指標體系

2.2.1直接經濟利益

直接經濟利益包括稻、麥、蝦以及海(淡)水養殖塘的養殖收益，可直接用市場價值計量：

Unw=(VnPn-Pa)A

(1)

Unf=(Pr-Pa)A

(2)

Unr=PuA

(3)

式中：Unw、Unf、Unr分別為稻麥輪作、養殖塘(稻田-養殖塘)、稻蝦共養效益，元/a；Vn為農產品的市場價格，元/t；Pn為農產品單位面積產量，t/(hm2·a)；Pa為農產品成本，元/(hm2·a)；Pr為農產品單位面積市場價格，元/(hm2·a)；Pu為稻蝦共養單位面積效益，元/(hm2·a)；A為土地面積，hm2。

2.2.2環境污染成本

圍墾區環境污染主要為傳統種植業的農業面源污染和水產養殖業廢水污染。

2.2.2.1農業面源污染環境成本

農業面源污染成本計算公式為

Up=VpPpAp

(4)

式中：Up為農業面源污染成本，元/a；Vp為化肥環境成本，1 140元/t[14]；Pp為農田化肥用量，0.3 t/(hm2·a)[14];Ap為稻田面積，hm2。

2.2.2.2養殖廢水污染環境成本

養殖廢水污染環境成本根據每年排放的污水量與污水處理成本來計算。預估養殖塘干塘1年1次，水深為3 m，養殖污水排放成本計算公式為

Uy=104VyhyAf

(5)

式中：Uy為養殖污水排放成本，元/a；Vy為污水處理成本，元/m3；hy為水深，m；Af為養殖塘面積，hm2。

2.2.3生態效益

2.2.3.1調蓄洪水價值

圍墾區內調蓄洪水作用主要考慮稻田、養殖塘與濕地。稻田調蓄洪水包括地下水位以上的土壤蓄水與地上蓄水。3種農業產業采用不同的計算方法，其計算公式為

Uwrw=AwVwr

(6)

Uwrp=102ApV庫[h1(ω飽-ω)ρp+h2]

(7)

Uwrf=102AfV庫h3

(8)

式中：Uwrw、Uwrp、Uwrf分別為濕地、稻田與養殖塘調蓄洪水價值，元/a；Aw為濕地面積，hm2；Vwr為單位濕地面積調蓄洪水價值[15]，元/(hm2·a)；V庫為單位蓄水量庫容成本，元/m3；h1為稻田地下水平均高度，為 80 cm；h2為水稻拔節孕穗期可淹水層厚度，為 20 cm；h3為養殖塘平均水位與最高水位的高度差，150 cm；ρp為稻田土壤密度，g/cm3；ω飽、ω分別為稻田土壤飽和含水量和自然含水量，%。

2.2.3.2涵養水源價值

植物的枯枝落葉能攔截降雨，從而實現涵養水源功能，其對水分循環有重要影響[15]，其價值采用專家評估法計算，計算公式為

Uwc=AVwc

(9)

式中：Uwc為涵養水源價值，元/a；Vwc為單位面積涵養水源價值[16]，元/(hm2·a)。

2.2.3.3保育土壤價值

a.固土價值。圍墾區固土價值即減少土壤侵蝕的價值，其計算公式為

Usc=VsA(X-Y)/ρ

(10)

式中：Usc為每年植被區減少土壤侵蝕價值，元/a；X為光灘土壤侵蝕模數，t/(hm2·a)；Y為不同植被建設區土壤侵蝕模數，t/(hm2·a)；Vs為單位體積土壤挖取運輸成本，元/m3；ρ為土壤密度，g/cm3。根據實地調研，圍墾區土壤主要受夏秋臺風季節的暴雨侵蝕，具體侵蝕強度與侵蝕類型數值見表3。

表3 圍墾區不同產業模式土地土壤侵蝕強度

b.固肥價值。圍墾區土壤固肥價值來自兩個方面，包括截留土壤中的肥力和因植被建設導致土壤中增加的肥力。固肥價值計算公式如下：

GP=10-3AP(X-Y)

(11)

GN=10-3AN(X-Y)

(12)

GK=10-3AK(X-Y)

(13)

GM=10-3AM(X-Y)

(14)

Uf=102[GPV1/R1+GNV1/R2+GKV2/R3+

(GM+G)V3/R4]

(15)

式中：Uf為植被區增加土壤肥力價值，元/a；GP、GN、GK、GM分別為土壤中增加的磷、氮、鉀、有機質物質的量，t；P、N、K、M分別為光灘土壤中磷、氮、鉀以及有機質的含量，g/kg；V1、V2、V3分別為磷酸二銨、氯化鉀化肥和有機肥價格，元/t；R1、R2、R3、R4分別為磷酸二銨化肥含磷、含氮量，氯化鉀化肥含鉀量以及有機肥中有機質質量分數，%；G為秸稈中的有機質，t。圍墾區不同產業模式土壤的理化性質表4。

表4 不同產業模式土地土壤的理化性質

2.2.3.4固碳釋氧價值

圍墾區域內固碳釋氧價值包括植被的固碳釋氧價值和土壤的固碳價值，林地植物固碳與釋氧計算參考《森林生態系統服務功能評估規范》[19]，綜合考慮圍墾區氣候條件，選取杉木林年凈生產力800 g·m3[20]，濕地植物固碳量根據Kay等[21]的濕地植物年凈生產力計算(濕地植物以蘆葦(Scirpusfluviatilis)、香蒲(Typhaspp)為主)。圍墾區域內不同產業模式下植被固炭釋氧價值計算公式如下：

Gcs=A[1.63RB(1+S)+104hρ(Os-

O)/(100×1.724)]

(16)

Ucs=VcsGcs

(17)

Gor=1.19AB(1+S)

(18)

Uor=VorGor

(19)

Uco=Usc+Uor

(20)

式中：Uco為不同植被建設區固碳釋氧價值，元/a；Gcs、Gor分別為固碳、釋氧量，t/a；R為二氧化碳中碳的含量，0.272 7；1.724為有機質與有機碳之間質量換算關系；B為植物生產力，t/(hm2·a)；S為不同作物秸稈與籽粒質量比；h為表層土深度，0.2 m；Os、O分別為光灘與植被區土壤中有機質含量，%；Vcs、Vor分別為單位質量碳與氧氣的價格，元/t。土壤中增加的有機質一方面提高土壤肥力，促進植物生長，另一方面則體現對溫室氣體的吸收作用，調節氣候環境。

2.2.3.5凈化大氣價值

在凈化大氣方面，主要考慮林地對二氧化硫、氟化物、氮化物以及滯納粉塵的能力。農田在使用化肥時會導致溫室氣體的排放、污染空氣，其對凈化空氣的影響有正有負，并且因化肥使用量和種類而有區別[22]。濕地植被矮小，在滯納粉塵等方面貢獻小，其他單獨計算濕地生態效益的文獻多采用控制溫室氣體排放的“大氣調節價值”[23]指標。林地年凈化大氣能力以杉木類[24]單位面積年凈化大氣價值為依據。凈化大氣價值計算公式為：

Ua=AVa

(21)

式中：Ua為凈化大氣價值，元/a；Va為單位面積凈化大氣價值，元/(hm2·a)。

2.2.3.6保護生物多樣性價值

在保護生物多樣性方面，濕地保護生物多樣性價值計算參考Costanza等[16]的方法，考慮到鹽堿地以及黃土高原的特殊環境和作物種類的不同，在Costanza等[16，24]的研究基礎上預估稻麥保護生物多樣性價值為500元/hm2，稻蝦價值為550元/hm2，林地由于面積較小，初期規劃樹種單一，按Shannon-Wiener指數小于1時的單位面積生物多樣性保持價值[25]，取3 000元/hm2。有研究表明，國家一級保護鳥類生物市場價格為每只135 072.5元[26]，IUCN(International Union for Conservation of Natural)紅色目錄中被列為極危的勺嘴鷸(Eurynorhynchuspygmeus)在圍墾區內最大記錄數量為100只[27]。圍墾區內保護生物多樣性價值計算公式為

Ub=AVb+U鳥

(22)

式中：Ub為生物多樣性總價值，元/a；Vb為單位面積生物多樣性保持價值量，元/hm2；U鳥為鳥類總保護價值(生態產業模式)，元/a。

2.2.3.7凈化污水價值

水產養殖塘水體含有氮磷等水體面源污染物、致病微生物等[28]，生態種養結合稻田以及人工濕地可以有效凈化此類污染物，減輕水產養殖業排污對近海的污染。根據Costanza等[16，29]的研究，濕地凈化污水價值采用單位面積污水凈化價值3 000元/hm2。稻蝦農田相比稻麥輪作可以避免農業面源污染的問題，因此直接使用稻麥輪作的污染物排放成本作為計算凈化污水價值。凈化污水價值計算公式為

Uwp=AVwp

(23)

式中：Uwp為凈化污水價值，元/a；Vwp為單位面積凈化價值，元/hm2。

2.2.3.8防風增產價值

海堤林地降低圍墾區內臺風強度，減少農業損失，其防風增產價值計算公式為

Ud=FUr

(24)

式中：Ud為林地防風增產價值，元/a；F為作物增產率，%；Ur為水稻產值，元。

2.2.3.9科教旅游價值

圍墾區科教價值表現在因土壤生態改良、鹽堿地生態產業模式而催生的科研、專利等成果。圍墾區內建設有觀賞價值的人工景觀生態濕地，為候鳥提供優良的覓食環境，吸引大批珍稀動物如勺嘴鷸、紅鸛等到此停留覓食，每年會吸引大量游客。科教旅游價值計算公式為：

Uc=AVwe

(25)

式中：Uc為科教旅游價值，元/a；Vwe為濕地單位面積科教旅游價值[16]，元/(hm2·a)。

3 結果與討論

3.1 條子泥圍墾區傳統產業模式和生態產業模式的效益

基于條子泥圍墾區內不同農業產業模式計算的效益價值量如表5所示。傳統農業產業模式直接經濟利益、環境污染成本、生態效益以及綜合效益分別為18 220.13萬元/a、13 162.88萬元/a、37 003.22萬元/a和42 060.48萬元/a；生態產業模式直接經濟利益、環境污染成本、生態效益以及綜合效益分別為24 950.69萬元/a、無、61 155.73萬元/a和86 106.40萬元/a。相較于傳統農業產業模式，生態產業模式的直接經濟利益和生態效益分別增加了1.37倍和1.65倍，并減少環境污染成本100%，其綜合效益增加2.05倍。

表5 不同產業模式效益價值量 單位：萬元/a

從整體看，傳統農業產業模式與生態產業模式的墾區可利用土地面積相同，后者在直接農業生產用地面積大大減少的情況下，其直接經濟效益總量反而升高，說明傳統依靠稻麥輪作與養殖塘養殖來實現直接經濟利益的效率較低，生態產業模式實現了土地的高效利用。

3.2 條子泥圍墾區單一產業內部不同方面價值量

從表5可以看出不同單一產業發揮的主要作用。以往認知中，產業產生直接的經濟利益是為社會做出正向的貢獻，產業的生態效益對社會的貢獻往往不被認可或者認可度較低[30]。圍墾區內傳統農業產業是直接經濟利益的2個貢獻者之一，稻麥輪作產業內部糧食供給價值量占直接經濟利益與生態效益總值的9.77%，作為圍墾區重要直接的經濟利益貢獻者，普通稻麥輪作價值量占比顯然偏低。傳統養殖塘養殖中養殖污水排放環境污染成本價值量占直接經濟利益與生態效益總值的40.66%，環境成本顯然過高，其對水體環境的污染、對本身脆弱的濱海墾區生態系統帶來的破壞成本偏高。

生態產業稻蝦種養結合模式內部價值量主要以營養物質(水稻和水產品)產出為主，保證了墾區合理的經濟利益，養殖蝦對水質要求高，施用有機肥等低環境污染肥料，可以減少近海水體污染。稻田是重要的人工濕地，能夠有效同化沒有充分利用的蝦飼料以及蝦排泄物，通過水稻和土壤微生物的同化作用，固定氮磷鉀等元素，有效凈化養殖水體。濕地涵養水源功能內部價值量占比46.47%，為后續的涉及植物的生態系統建設增加了可能。林地防風增產功能內部價值量占比76.04%，間接增加了圍墾區的直接經濟利益。濕地與林地的固碳釋氧功能在各自的內部價值量分別占比26.07%與12.67%，說明墾區合理生態模式的選擇能一定程度上調節局部小氣候，為居民提供天然氧吧，是潛在的生態旅游場所。生態產業模式比傳統農業產業模式增加了保護生物多樣性生態功能，包含了鳥類保育價值。

3.3 條子泥圍墾區單一產業的單位面積效益

不同單一產業單位面積效益比較如圖1所示。稻蝦種養結合同稻麥輪作相比，前者的單位面積生態效益為后者的77.99%，其中有部分原因是稻蝦共養對水位要求嚴格，因此沒有調蓄洪水的功能，而在稻麥輪作的生態效益中，調蓄洪水價值量占比19.53%。而前者的商品蝦與有機稻的價值量高，其單位面積直接經濟效益遠大于后者，因此稻蝦種養結合單位面積綜合效益大于稻麥輪作。同時在生態效益方面，傳統養殖塘養殖與稻田-養殖塘生態養殖的價值量無較大出入，而前者由于與稻田的物質能量分隔，養殖廢水無法經過有效凈化，產生環境污染，后者的養殖塘水循環利用進稻田，經稻田的滯留實現水的高效利用，同時截留廢水中富余的營養物質，凈化污水，后者環境污染成本較小。另一方面，由于稻蝦共養對水質要求嚴格，因此稻蝦-養殖塘生態養殖使用青草等綠肥作為肥料，減小了養殖成本，間接增大了直接經濟利益。

圖1 不同產業單位面積綜合效益

3.4 生態產業模式替代傳統農業產業模式的適宜條件和保障措施

生態產業模式替代傳統農業產業模式的直接經濟利益與生態效益均顯著提高，同時降低了環境成本，未來應加快產業模式替代轉型。在當前土地資源緊缺的社會背景下，濱海灘涂作為重要的后備土地資源應得到合理的利用，最大程度地發揮其經濟、生態效益，并基于產業模式轉型為其他濱海灘涂地區提供良好的借鑒。另外，從國家層面制定了一系列的關于海洋生態文明建設規劃，如“藍色海灣”“生態海堤”“南紅北柳”“生態紅線”計劃，積極促進海岸帶生態修復和建設[31]，條子泥墾區生態產業模式的發展可作為海岸帶生態修復和建設的典型案例來推廣，并在實施過程中對政府政策的推行進行修正，為更好地發展沿海經濟帶來積極作用。

4 結論與建議

4.1 結論

本文以江蘇東臺條子泥墾區為研究對象，評估了生態產業模式替代傳統農業產業模式的直接經濟利益、環境污染成本和生態效益等，并比較了不同土地利用方式的單位面積綜合效益，結果表明：

a.生態產業模式對傳統農業產業模式的優勢在于發揮了生態建設的作用，減少了傳統稻麥輪作模式農業面源污染物和水產養殖業污水的排放，生態產業模式的稻田和養殖塘產生了主要的直接經濟利益，同時實現了生態效益，而濕地和林地主要產生了生態效益。

b.相較于傳統農業產業模式，條子泥圍墾區規劃和實踐生態模式的直接經濟利益、生態效益和綜合效益分別增加了1.37、1.65和2.05倍，其替代傳統農業產業模式具備適宜的條件和保障措施，濱海圍墾區實現生態建設的同時兼顧了經濟利益的增長。

4.2 建議

a.在進行濱海生態建設時，要充分考慮減少環境破壞，實現資源的循環利用，推進產業模式轉型，在實現高效生態效益的同時也實現直接經濟利益的增長。

b.成熟的生態產業系統具有更高的生物多樣性，對實現海岸帶生態系統平衡具有更大的推動作用。生態產業建設周期長，維護與投入多，在前期應重視生態產業系統組成結構的規劃和管理。