稻田生态系统服务价值评价方法对比研究

王存柱 , 王海英 ,任龙 ,高全

摘要:稻田生态系统作为农田生态系统的一部分，为人类生存和发展提供了多种服务功能，学者多运用谢高地的当量因子法和单项服务评价法对其服务功能价值进行评价。通过对已经发表稻田生态系统服务功能价值评价相关的文献进行搜集和整理，得到运用单项服务分析法的全国22个稻田案例点进行指标统计，对其中8个案例进行数据提取，在此基础上运用谢高地当量分析法进行再次计算，运用两种方法对稻田生态系统各项服务功能价值量进行对比分析。结果显示，稻田生态系统食物生产、气体调节、气候调节、水文调节等服务功能为学者所共识；两种方法相比较，单项服务评价法各个案例之间评价指标及结果差异较大；除水文调节功能外，当量因子法的评估结果低于当项服务评价法，对稻田生态系统农产品服务价值可能存在低估和水资源消耗负价值的高估，降水量调节因子不适用于稻田生态系统的水资源供给服务。两种方法在灵活性、便捷性等方面各有优劣，求同存异的合理运用两种计算方法可以实现对稻田生态系统服务价值进行更有效的评估。

关键词:稻田;生态系统;服务功能;价值评估;对比研究

1引言

2020年2月11日，国务院颁布《关于加强农业种植资源保护与利用的意见》，对我国农业资源利用与保护提出了更高要求，其中之一就是强化鉴定评价、提高利用率；水稻是我国主要粮食作物，承担了我国65%以上人口的主粮供应，我国水稻面积约占世界水稻面积的18.5%，对稻田生态系统服务价值进行合理评估，有利于推动农业资源生态价值纳入我国价值核算体系，提高农田利用率，给地方政府提供决策依据。

稻田生态系统是在自然基础上经人类改造的半人工半自然生态系统，同时也是一种特殊的湿地生态系统，作为农田生态系统的一部分，在提供给人类农产品的同时，其生态服务价值日益受到学者的重视并开始了大量研究，但由于目前生态系统服务评价仍缺少统一的价值评估体系，学者在具体评价时往往基于自己的认识和数据的限制，选取评估的方法体系、指标体系、计算参数和计算方法各不相同，造成评估的结果天差地别，选择合适的方法对生态系统服务价值评估有重要意义。

已有学者针对生态系统服务开展方法对比研究，但是案例较少且意见不一。魏同洋（2015）^[1]以修水河流域为例角度对比分析了Constanza方法、当量修正法、CVM、CBC等方法的原理及应用，认为仅对于流域/湖泊、湿地生态系统而言，谢高地当量因子表2007版较2002版更合理，与constanza最新价值表方法相比，2007版以1hm²农田粮食生产市场价值的1/7来定义1个生态系统服务价值当量因子（年当量因子表）可能存在高估的倾向；赵小汎（2016）^[2]对比了Constanza方法、谢高地2002版和2007版价值当量表，认为Costanza价值系数应用于中国实践时评估结果显得偏低，在用谢高地当量因子法评估生态系统服务价值时，选用2002版的价值当量或2002版的价值系数修正较2007版能更客观反映真实值。刘世良（2018）^[3]以鹤壁市为例对比了NPP 定量指标法和模型评价法；周小平(2020)^[4]以四川三星镇土地整治为例对比了当量修正法和单项服务评价法，认为当量修正法测算结果较单项服务评价法低，生态系统服务价值被低估；

对于稻田生态系统而言，众多学者开展了研究并取得了进展，但多为评估内涵、评估方法的理论研究或集中于具体某地稻田生态系统某几项服务的价值计量，缺少相关方法的对比研究；尽管目前在开展单项稻田生态系统服务价值评价时学者多运用单项服务评价法，但是在多种作物农田生态系统和自然综合生态系统中，谢高地当量因子法被广泛使用，前人对谢高地当量因子法的对比研究皆基于2002版和2007版旧当量因子表，而最新当量因子表（2015版）将水田与旱田区分开来，对稻田生态系统服务价值评估更具便捷性和针对性，本文以稻田生态系统为研究对象，搜集国内相关稻田生态系统服务功能价值估算的相关案例，开展针对稻田生态系统服务评价方法对比研究，有利于对生态服务评价方法体系和指标体系的选取。

2数据来源

本文选择以稻田单种作物生态系统为研究对象；通过中国期刊全文数据库(CNKI)，输入关键字稻田（水稻）、生态系统服务对文献篇名进行搜索，符合以下条件的视为有效文献:(1)研究案例为中国稻田单项生态系统服务价值评价的文献;(2)对如下稻田生态系统服务功能进行价值评估:提供农产品和原材料、涵养水源、调蓄洪水、保持土壤、固碳释氧、调节气候、净化水质、景观休闲、环境的负效益等指标。

鉴于收集到的案例较少，作者通过对以上方法得到的案例参考文献进行二次检索，通过筛选最终得到有效案例22个进行指标方法统计（不包括仅对稻田生态系统社会价值进行评估的案例，不限于稻田共作系统和轮作系统），从22个案例中选择8个具代表性且易于提取数据的案例进行综合对比分析，运用同种方法对相同区域的稻田生态服务价值评估的案例选择一篇。

GDP数据来自各个案地统计年鉴、政府工作报告；降雨量数据来自各个案例地年度气象公报、中国统计年鉴。

3.数据处理和分析

3.1单项服务评价法数据处理和分析

3.1.1服务功能统计分析

本文对稻田生态系统进行服务价值评估的文献进行了梳理和归纳，基于收集到的22 个稻田案例进行统计，得到稻田各项服务功能的统计学参数。由于学者对生态系统服务进行分类的体系各不相同，服务功能分类和命名存在较大差异，本文在整理过程中基于学者意图对部分功能名称进行了统一，并将服务功能根据学者理解和计算方式进行了拆解，如：将调节小气候、调节气候功能、调节气温等统一名称为气温调节，将废物处理功能拆解为净化空气、净化水源和净化固废。具体内容见表1

表1稻田生态系统服务功能

服务功能

稻田生态系统服务价值评价案例

A

B

C

D

E

F

G

H

I

G

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

粮食生产（20）

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秸秆资源（10）

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蓄水防洪（12）

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涵养水源（16）

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固碳释氧（20）

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吸收温室气体（10）

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吸收滞尘（4）

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净化水质（6）

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净化固废（2）

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气温调节（12）

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维持有机质（17）

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保持水土（1）

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粮食安全（3）

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景观娱乐（11）

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科研文化（1）

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就业保障（3）

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维持生物多样性（8）

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提供栖息地（1）

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减少化肥污染（2）

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病虫害控制（3）

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减少耕地废弃（1）

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减少泥沙堆积（1）

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水资源消耗 （负效益）（4）

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温室气体排放（负效益）（12）

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农药污染 （负效益）（4）

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注：案例A-V分别引自文献［5］-［26］；案例P为有机稻田，T、U、V为稻鱼共生系统；服务功能右侧括号内为服务功能评价频率。

统计的22个案例中，稻田生态系统服务功能可细分为25项，其中正效益22项，为了便于对比分析和统一，本文建立了以谢高地（2015）^[27]服务功能类型为基础的功能类型对应表（表2）。

表2 服务功能划分对应表

当量因子法			单项服务分析法
一级类型	二级类型	生态服务定义	服务类型
供给 服务	食物生产（20）	将太阳能转化为能食用的植物和动物产品	稻谷生产
	原料生产（10）	将太阳能转化为生物能 ,给人类作建筑物或其他用途	秸秆资源
	水资源供给（12）	由各生态系统提供的、为居民生活、农业(灌溉)、工业过程等使用的水资源	水资源消耗
调节 服务	气体调节（21）	生态系统维持大气化学组分平衡 ,吸收 SO2、吸收氟化物、吸收氮氧化物	固碳释氧
			吸收温室气体
	气候调节（12）	对区域气候的调节作用 ,如增加降水、降低气温	气温调节
	净化环境（8）	植被和生物去除和降解多余养分和化合物，滞留灰尘、除污等，包括净化水质和空气等	净化水质
			吸收滞尘
	水文调节（20）	指生态系统截留、吸收和贮存降水，调节径流，调蓄洪水、降低旱涝灾害	蓄水防洪
			涵养地下水源
支持 服务	土壤保持（18）	有机质积累及植被根物质和生物在土壤保持中的作用 ,养分循环和累积	维持土壤有机质
	维持养分循环	指对N、P等元素与养分的储存、内部循环、处理和获取
	生物多样性（9）	野生动植物基因来源和进化、野生植物和动物栖息地	生物多样性
			提供动物栖息地
文化 服务	美学景观（11）	具有 (潜在)娱乐用途、文化和艺术价值的景观	美学景观

注：二级类型（）内为频率，频率小于4次的不仅进入统计。

在单项稻田生态系统服务价值评估中，学者所评价的服务功能不同，所使用的方法各有不同，造成结果差异很大，所以很难根据价值量大小反应各项服务的占比或重要性，假设案例中评价频率能反应学者共识，按照每项生态系统服务功能出现的频率占比依次排序为: 气体调节＞粮食生产=水文调节＞土壤保持＞气候调节＞水资源消耗负价值＞美学景观＞原材料生产＞生物多样性＞净化环境。对于共作系统和有机稻田而言，还具有不容忽视的减少化肥污染和病虫害控制功能。这些也反映了稻田生态系统的特点和不可替代的服务功能。

3.1.2服务价值量统计分析

本文选取了表1案例当中的8个典型案例（表3），根据文献中数据将各项服务功能换算为单位面积价值量数据。通过对比发现，不同案例总体服务价值悬殊，不同案例评估的服务功能类别差异很大，同种服务功能价值差异也十分明显。对比案例之间评估结果的差异原因如下：

一是不同学者对于稻田生态系统服务功能认识不同或数据有限，所评价的服务功能指标差异很大，案例L对稻田生态系统16项服务功能进行了评估，案例C仅对其中6项进行了评估；二是选取的评估方法不同，在农产品服务中，同年度案例B采用收益还原法进行评估导致其价值高达案例A近10倍；三是服务内涵标准不一，在农产品服务中，2006年案例C的价值高达2012年案例A的3倍，如果将案例C通过人均GDP系数校正至2012年，两者差距将进一步扩大数倍，排除稻谷单价的影响外，这是由于案例C在计算的过程中并没有排除生产成本，而稻田农产品的生产成本往往大于总价值的二分之一。在案例净化空气服务中，案例A、B、G认为稻田净化空气服务为吸收SO²、NO_x、HF和粉尘，而案例C、D、F在计算中并不包含吸收粉尘的价值，这导致两者评估的价值差距近100倍；四是同种方法参数不同导致结果差异巨大：在气温调节服务中，由于水价的参照不同，导致案例D的气温调节服务是L的334倍。成果参照法的引用也是原因之一，在维持生物多样性和景观休闲服务中，案例A、D、E均直接参照谢高地（2005）的成果，并不经过生物量因子系数或社会经济系数等一系列的修正，案例B选择农田与湿地景观休闲当量因子均值和维持生物多样性的当量因子均值来代替；由于存在以上差异，运用单项服务评价法通过服务价值量大小对稻田生态系统服务价值进行区域对比存在较大困难，但无论如何，学者普遍认为稻田生态系统食品生产、气体调节、气候调节、水文调节等为重要的服务功能。

表3 国内典型稻作生态系统多功能性价值评估结果比较(单位:元•hm^-2)

服务功能	典型案例
	A苏州［5］	B南京［6］	C浙江［7］	D元阳［8］	E湖南［9］	F姜堰［10］	G荆州［11］	L中国［16］
	（2012）	（2012）	（2006）	（2015）	（2008）	（2008）	（2015）	（2010）
农产品	11202	111720	33933	29571	6230	11370	10189	3576
原材料	711	4089		394		711	2605	1504
气体调节	3295	11577	19145	1320	18181	3432	41164	9943
气温调节	32942	25782	16173	79013	813	26328	3748	236
涵养水源	19200	20220		11568	15366		2922	286
蓄水防洪	3473	3247			1463.4	3000	1059	1311
陪肥土壤	3194	3194				948.7	4343
营养循环			171.8
保持水土								140
吸收粉尘	5644	5644					4980
净化空气	48	48	47	53		53	75
净化污水	2027		12525		1382		326	351
净化固废							3226
维持生物多样性	628	2460		628	628			1200
景观休闲	8.8	1420		6000	8.8		1078	1470
国家安全		1346000						1353
社会保障		971600						4310
科研文化								1329
总计
农用污染	-1018				-1179	-1243		-54
温室气体排放	-8244			-5168	-12846	-10139	-13142	-1185
水资源消耗					-6951		-1029	-275
总计

3.2当量因子法的数据分析

3.2.1以稻田为基准的地区修正

根据谢高地等的研究^[28]，生物量越大，生态服务的功能越强,所以假定生态服务功能强度与生物量成线性关系,釆用生物量调节因子来修正生态服务单价（公式1），生物量因子数据来自于谢高地^[29]的成果；而水资源供给服务和水文调节服务价值与降水量相关（谢高地，2015）采用降水量调节因子修正两项服务的生态服务单价（公式2）；另有不少学者认为，利用当量因子表进行评估时应该考虑社会因子系数^[30]，原因是服务功能的价值与该地区的经济状况成正相关，本文采用案例地人均GDP与全国人均GDP比值为社会调节因子进行修正（公式3）。公式如下：

R= （1）

C= （2）

P= （3）

式中，R为生物量调节因子，Q_i为案例地所在省生物量因子，Q_m为全国生物量因子；C为降水量调节因子，λ_i为案例地省份该年度平均降雨量，λ_m为全国该年度平均降雨量；P为社会调节因子，GDP_i为案例地该年度所在省市人均GDP，GDP_m为该年度全国人均GDP。

3.2.2计算过程

谢高地等定义1hm²农田平均每年的自然粮食产量的经济价值为1，其经济价值量为无人力投资的自然生态系统输出价值，等于粮食市场价值的1/7（谢高地，2005）。本文根据谢高地最新的2010版单位面积生态系统服务价值当量表（以下简称基础当量表）构建案例地稻田生态系统服务价值当量表，并用生物量调节因子、降水量调节因子、社会调节因子等分别对各项服务当量进行修正得到生态系统服务价值当量修正表。将案例地单产稻谷的市场价值乘1/7得到1个当量因子的价值量,按照公式4进行计算最终得到修正后的稻田生态系统生态系统服务单位面积价值表（表4）：

E_i=e▪E_n（4）

式中，E_i为稻田生态系统的第ｉ种生态系统服务单价，e为修正后的当量因子，E_n为1个当量因子价值量。

为了便于分析对比，通过得到了不经修正的案例稻田生态系统单位面积服务价值表（表5），将表3的案例数据根据表2进行分类，得到了案例基于单项服务评价法的稻田生态系统单位面积服务价值表（表6）。

表4修正后的案例稻田生态系统单位面积服务价值表（元/hm^-2）

案例	食物 生产	原料 生产	水资源供给	气体 调节	气候 调节	净化 环境	水文 调节	土壤 保持	维持养分循环	生物多样性	美学 景观
苏州	26436	1749	-73003	21577	11080	3305	75502	194	3693	2527	1166
南京	17363	1149	-48083	14172	7277	2170	49728	128	2426	1660	766
浙江	22046	1459	-107653	17994	9240	2756	111337	162	3080	2107	973
元阳	1949	129	-7071	1591	817	244	7313	14	272	186	86
湖南	6276	415	-25877	5122	2630	784	26762	46	877	600	277
姜堰	6960	461	-20439	5681	2917	870	21139	51	972	665	307
荆州	2765	183	-9525	2257	1159	346	9851	20	386	264	122
中国	2709	179	-5240	2211	1136	339	5419	20	379	259	120

表5不经修正的案例稻田生态系统单位面积服务价值表（元/hm^-2）

案例	食物 生产	原料 生产	水资源供给	气体 调节	气候 调节	净化 环境	水文 调节	土壤 保持	维持养分循环	生物多样性	美学 景观
苏州	5369	355	-10382	4382	2250	671	10737	39	750	513	237
南京	4495	297	-8693	3669	1884	562	8990	33	628	430	198
浙江	6593	436	-12749	5381	2763	824	13186	48	921	630	291
元阳	5745	380	-11110	4689	2408	718	11491	42	803	549	253
湖南	4409	292	-8525	3598	1848	551	8817	32	616	421	194
姜堰	3279	217	-6341	2676	1374	410	6558	24	458	313	145
荆州	3959	262	-7656	3231	1659	495	7918	29	553	378	175
中国	2709	179	-5240	2211	1136	339	5419	20	379	259	120

表6基于单项服务评价法的案例稻田生态系统单位面积服务价值表（元/hm^-2）

案例	食物 生产	原料 生产	水资源供给	气体 调节	气候 调节	净化 环境	水文 调节	土壤 保持	维持养分循环	生物多样性	美学 景观
苏州	11202	711		3343	32943	7671	22673	3194		628	9
南京	111720	4089		11624	25782	5644	23467	3194		2460	1420
浙江	33933			19192	16173	12525		172
元阳	29571	394		1373	79013		11568			628	6000
湖南	6230		-6951	18181	813	1382	16829			628	9
姜堰	11370	711		3485	26328		3000	949
荆州	10189	2605	-1029	41240	3748	5306	3980	4343			1078
中国	3576	1504	-274	9943	236	351	1598			1200	1469

4.单项服务评价法和当量因子法的对比分析

在单项服务评价法中，景观休闲、维持生物多样性两种服务学者多直接引用谢高地对全国农田生态系统服务评价的结果，鉴于当量因子表不包含生态服务负效益，所以本文对学者公认的稻田生态系统较重要的食物生产、气体调节、气候调节、水文调节、净化环境、土壤保持、水资源供给（消耗）几种服务通过两种方法进行对比。

结果显示，当量因子法（系数修正）（表4）、当量因子法（不经修正）（表5）与单项服务评价法（表6）三者评估结果均存在较大差异。

图1单项服务评价法与当量因子法单位面积服务价值量对比

生态系统服价值的大小并没有准确的衡量方法和标准答案，不同的方法计算的结果肯定不同，不能仅依靠价值大小判断技术的优劣，从方法手段上进行综合判断可能更为可靠。

前文分析，在单项服务评价法中，学者使用替代市场技术的不同方法对各项服务进行评估结果差异很大，但对于食品生产服务普遍使用市场价值法进行评估，结果比较客观真实。在食品生产服务对比结果中，单项服务评价法大部分案例高于单项服务评价法（图1a），从方法上分析原因，谢高地团队在2010版以前的生态系统单位面积生态服务价值当量表中（以下简称当量表）确定农田生态系统的食物生产当量因子为1，为粮食经济价值减去成本及影子地租的价值；在单项服务评价法中，学者根据单位面积粮食产量经济价值减去成本而计算单产粮食净价值，两者差距实际为影子地租的价值，而影子地租的价值占有很高的权重，以谢高地（2008）“一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法”一文中引用的胡瑞法和冷燕的研究为例^[31]，影子地租为2250元/hm^-2,是其确定的1 hm^-2农田食物生产价值（2007版）的5倍。其次，当量因子法调节因子的修正使计算中粮食生产价值或高或低的偏离了实际市场价值，原因是，水稻作为我国主要粮食作物，其价格由于受政策影响而不受区域经济差异的限制，例如北京的人均GDP是东北地区人均GDP数倍，但是其稻谷价格受政策调控不受其过多影响，在图2a中，当量因子法（系数修正）因此高于单项服务评价法。

综合以上两点，本文认为当量因子法在稻田食物生产服务中存在明显低估，原因是影子地租在实际中并不一定存在，即便存在，也不应在食物经济价值中与成本一同减去，以A农户从B农户租地耕种为例，影子地租价值在B农户产生，而非同成本（农药、化肥等）一样的消耗品，食物生产的经济价值和影子地租价值是实际存在的。在2010版当量表中，谢高地团队将水田从农田中剥离开来单独列为一项生态系统，并将其价值当量调整为1.36，比旧当量表多出0.36，但仍然无法抵消扣除影子地租价值所带来的影响，在目前稻田生态系统的评价中，多数学者在计算中也并未考虑粮食经济价值减去影子地租作为净价值。

在水资源供给服务中，稻田生态系统具体表现为对水资源的消耗，单项服务评价法三个案例结果由于水价的差异相差数倍，且当量因子法（修正系数）与当量因子法（不修正）的单位面积价值量均远远小于单项服务评价法（图1g），最高案例为中国，两者相差19倍学者认为，稻田消耗的水资源主要为叶面蒸腾、棵间蒸发和地下渗漏，由于灌溉水的渗漏对地下水资源起到补充作用，并不属于水稻生长的直接消耗；稻田生态系统具有部分湿地生态系统的属性，与湿地相比，稻田所消耗的水资源主要为叶面蒸腾作用所消耗的水资源价值，在2010版当量表中，水田该服务的当量为-2.63，湿地为2.59，水田的水资源消耗价值量大于湿地水资源供给服务价值量，本文认为与湿地相比，以-2.63作为稻田水供给服务当量显得过低。降水量调节因子同样增加了水资源供给服务中两种方法的差距，在其他生态系统中，该服务功能与降水量理论上成正相关性，但是在稻田生态系统中，本文认为降雨量的增加或减少不能显著改变稻田对水资源的消耗，所以降水量调节因子很可能不适用于稻田生态系统水资源供给服务。

通过对以上两项服务的分析，影响两种方法评价结果差异的原因有方法本身的原因，而调节因子的修正增加了两种方法结果差距。

其他服务功能对比上，本文仅从价值量高地无法找出两种方法的优劣，单从结果上看，单项服务评价法环境净化、土壤保持服务各个案例均大于当量因子法（图1d、f）；气体调节、气候调节服务和总的服务价值大部分案例单项服务评价法大于当量因子法（图1a、b、c、h）；仅在水文调节服务中当量因子法（系数修正）的评估结果大于单项服务评价法，这与前人研究成果相近^[4]。

5.结论与建议

稻田生态系统食物生产、气体调节、气候调节、土壤保持、水文调节、环境净化等服务功能为学者所共识；两种方法相比较，除水文调节功能外，当量因子法的评估结果低于当项服务评价法。

在稻田生态系统服务功能评价中，当量因子法中以1.36作为农产品服务价值量存在低估，高估了水资源消耗的负价值且降水量调节因子不适用于稻田生态系统的水资源供给服务。

综合对比分析，两种方法在稻田生态系统服务评价中各有优势和不足。单项服务评价法运用替代市场法、直接市场法、条件价值法等评价方法，可评估的服务类型多，能够灵活细致的进行评估，对于不同耕作模式和稻鱼共作等共生系统也能够进行评估，但是由于学者对服务内涵的不同理解、评估过程中方法和参数选取的不同，造成评估结果差异巨大其精确性难以考量，在空间维度上不利于进行区域对比分析，且学者在评估过程中往往一致性的引用前人固定的研究成果及参数，在时间维度上也不能进行动态评估，而当量因子法恰恰弥补了这种不足，对不同地区运用各种调节因子对当量进行修正能够做到动态评估，有利于时间和空间维度的动态对比，使用简单便捷性高，但是由于各类生态系统的个异性，也很难通过固定的当量表做到结果精确，且不能评价释放温室气体、化肥污染等负价值。

就稻田生态系统而言，灵活的穿插运用两种方法也许能够更有效的进行评估。

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