中国耕地生态系统服务价值研究综述

时间：2024-05-25

宋嘉文，李芳

（山东农业大学经济管理学院，山东泰安 271018）

耕地是人类的生存与发展之本，是中国14 亿人口粮食安全的重要保证。随着国家经济的发展，人口的不断增长，耕地生态系统功能受到人们的日益重视。自21 世纪以来，耕地面临着退化严重、后备不足等问题［1］，耕地的重要性也使解决这些问题成为国内外学者关注的焦点。耕地的重要性及其所带来的价值不仅包括以金钱为基础的经济价值，也包括社会保障、生态等无法用金钱体现的价值，如科学研究和潜力。

中国人均耕地少且分布不均匀、人地矛盾突出、耕地质量差且逐渐退化、候补耕地不足且耕地保护形势严峻［2］。为了切实解决这些问题，2022 年5 月全国人民代表大会常务委员会公布了《2022 年度立法工作计划》，耕地保护法被列为预备审议项目。政府颁布了《中华人民共和国土地管理法》《中华人民共和国土地管理法实施条例》《中华人民共和国基本农田保护条例》等法例，中央和地方的有关土地管理部门也依照当地情况因地制宜地颁布有关规章制度［3］。虽然政府在解决农用地问题的同时也在尽可能地扩大耕地体系的效用，但耕地生态系统的服务价值整体处于缓慢上升的态势，增速却在放缓［4］。

中国许多学者在耕地的生态系统价值功能［5-9］、生态效益的外部性［10-14］、生态补偿［15-18］、土地利用变化对其生态价值的影响［6，19-22］和生态系统服务价值（ESV）动态变化［23-27］等方面的研究已取得了较大成果，尤其是在各地区土地利用变化对各类生态系统（包括耕地）服务价值的影响方面取得了较大的研究进展，但在耕地生态系统服务价值的变化趋势方面以及对耕地生态系统服务价值单独的研究较少，更缺少对造成耕地生态系统服务价值变化的具体原因的相关研究。基于此，本研究采用数据统计和可视化的图形分析方法，对耕地生态系统的服务价值进行了研究，并对其相关文献发展趋势进行预测，进一步通过各地区已知数据估算中国总体耕地生态系统服务价值总量，并对存在的问题加以分析。

1 研究方法与数据来源

本研究利用可视化图表分析、数据整理与描述性统计、线性回归相关系数3 种方法对文献进行分析。可视化图表分析可以通过柱状图、直方图等将繁杂的数据转化为简单直观的图以便于观察研究；描述性统计是利用Excel 软件中的数据分析对已知数据进行集中趋势、离散趋势以及其他方面的分析，使数据减少为几个关键性的数字；线性回归相关系数则可以反映拟合值与真实数据的误差，从而保证研究的真实性和有效性。

文献统计数据分别来源于中国知网（CNKI）和万方数据知识服务平台，本研究选取了2002—2021年的学术论文为数据来源，由于2022 年的数据不具有代表性，故剔除了此数据。为确保研究的严谨有效，耕地生态系统服务价值研究趋势分析仅采用了2013—2021 年学术论文为数据来源，耕地生态系统服务价值文献主题分布与研究文献学科分布选取了2002—2021 年学术论文为数据来源。中国各地区耕地生态系统服务价值数据来源于三次全国土地调查以及各省政府、农业农村局所发布的耕地数据；由于某些年份无研究数据，所以山东省、黑龙江省耕地生态系统服务价值总量使用2013 年数据，江苏省以及广西壮族自治区耕地生态系统服务价值总量使用2010 年数据。数据检索时间截至2022 年10 月29 日。

2 耕地生态系统服务价值研究概况

2.1 耕地生态系统服务价值的概念

耕地作为一种半人工、半自然的生态系统，不仅能生产粮食来满足人们的基本食物需求，而且承担着能量流动、信息传递、物质循环等其他自然生态系统的功能。其不仅能通过作物的光合作用调节周围的生态环境，吸收二氧化碳释放氧气来净化空气，还保护了生物的多样性。耕地还具有环境调节服务功能、栖息地功能、生产功能、社会保障功能和信息功能。但是耕地生态系统的功能不能通过货币的形式直接体现出来（表1）。由于中国人口众多，而耕地面积仅有1.35 亿hm2，约占世界总耕地面积的9%，人地数量的极度不平衡要求中国必须用占世界9%的耕地来供养全世界18%的人口［28］。而农民更注重耕地的经济功能即生产功能，忽视了耕地在生态系统中所起到的重要作用，过量使用化肥和农药而破坏了耕地。

2.2 耕地生态系统服务价值文献统计及可视化分析

2.2.1 耕地生态系统服务价值文献统计在万方知识数据服务平台和中国知网以“耕地”与“生态系统服务价值”或“生态服务价值”为主题，分别得到1 980、733 条结果。其中大多数文献均集中在某个具体的地区，通过各种方法和模型研究该地区耕地对整体生态系统的影响以及估算其价值。

岳书平等［24］、吴海珍等［29］利用GIS 方法［30，31］对不同研究区域进行研究，结果显示研究区生态系统服务价值对生态服务功能价值指数缺乏弹性，因为生态系统服务价值敏感性指数都小于1［27，32-34］；刘永强等［8］借助ArcGIS 分析手段，得出研究区1995—2000 年ESV 增加，2000 年以后ESV 减少；吴后建等［25］利用Costanza 生态系统服务价值计算公式［35-37］进行计算，得出ESV 对生态价值系数缺乏弹性；史洋洋等［36］利用GIS、地学信息图谱理论和Costanza 等生态系统服务价值测算方法，得出草地是耕地的首要补充来源且耕地利用转型导致耕地的生态系统服务价值降低，其中耕地主要转为建设用地。

核心期刊主要是研究土地利用（LUCC）变化对耕地生态系统服务价值的影响，已有的结论为耕地面积减少最多而建设用地增加最多［8］；ESV 对生态服务功能价值指数缺乏弹性［24］；中国生态系统服务价值总量在减少，草地、耕地等向建设用地的转移导致生态价值的负流向［8］；东北地区的人均耕地生态系统服务价值明显高于其他地区［24］。但也存在一些不足，如耕地生态系统服务价值的减少不仅与耕地的“非农化”（即耕地转变为建设用地）［38，39］有关，还有更复杂的因素。已有文献仅研究了区域内ESV 总量及LUCC 对生态系统所带来的影响，并未单独对耕地生态系统服务价值的减少进行深入研究；也未对耕地生态系统给整体生态系统带来的影响进行研究；研究的机构主要为非农业机构，且研究的层次主要为工程和政策研究，对应用研究和基层研究较少；研究方法主要为计算和数据分析，具体实地调研较少，脱离农村基层。

2.2.2 耕地生态系统服务价值文献可视化分析及发表趋势预测中国耕地生态系统服务价值研究可追溯到2002 年。由图1 可知，2013—2021 年，耕地生态系统服务价值的文献数量整体呈上升趋势。由图2 可知，文献多围绕生态系统服务价值展开，表明人们更关注耕地所提供的服务价值，这给提升耕地生态系统服务价值提供了潜在空间。耕地的社会保障功能以及社会生产功能成为学者研究的重要命题，保护中国的粮食安全成为重中之重。由图3 可知，大部分文献为非农科，主要学科为环境科学与资源利用和农业经济学。有关文献都集中在某一区域并对区域内耕地生态系统服务价值总量进行了估算分析，大多数省份的耕地生态系统服务价值2007 年来呈减少的趋势［40，41］，且各地区土地利用类型中耕地的变化率呈缓慢增长趋势，这与耕地面积不断缩小有着密不可分的联系［42］。高标准基本农田建设可能对提高耕地生态系统服务价值提供新思路［43］。

图1 2013—2021 年耕地生态系统服务价值研究趋势分析

图2 2002—2021 年耕地生态系统服务价值文献主题分布

图3 2002—2021 年耕地生态系统服务价值研究文献学科分布

将图1 中的数据分别利用指数回归、对数回归、线性回归和多项式回归算式进行计算得出回归算式，再利用线性回归方程相关系数算式进行计算。

式中，R为相关系数，反映两变量之间线性相关关系；̂ 为不同年份利用上述算式计算所得的拟合值；yi为不同年份的真实发文量；为所有年份的发文量平均值；i为不同年份。

分别得出R2为0.900 7、0.889 2、0.757 9、0.901 8，选取系数最大的（数值越大代表拟合值越接近真实数据）回归算式，则多项式回归算式如下。

式中，y为不同年份相关文献预测发表量；x为本年份是2013 年后的第几年。

将代表2022 年的x值x=10 代入式（2）中，可得y=204.817，故预测2022 年的发表量为205 篇，同理可得2023 年的发表量预测值为220 篇。表明2022—2029 年关于耕地生态系统服务价值的文献将呈缓慢上升的趋势，但在第9 年后（即2030 年）将呈缓慢下降的趋势。所以可以预见2030 年后，中国耕地生态系统所面临的问题将得到解决，相关研究也随之减少。

表2 4个地区耕地价值总量与耕地面积描述性统计

3 中国各地区耕地生态系统服务价值情况

中国国土面积广袤，耕地生态系统所处的环境有较大差异，经济价值也没有统一的标准。本研究将自北向南选取黑龙江省、山东省、江苏省、广西壮族自治区4 个地区，具体分析其耕地生态系统服务价值，这4 个地区耕地生态系统服务价值量见图4。

图4 4 个地区耕地生态系统服务价值量

根据黑龙江省人民政府网数据，黑龙江省耕地面积为1 594.08 万hm2，占全省土地总面积的33.87%，全省人均耕地面积为0.416 hm2，高于全国人均水平。黑龙江省2013 年的耕地生态系统服务价值总量为1 927.57 亿元［44］。

山东省作为中国的蔬菜大省，为全国各地提供蔬菜，粮食产量也居高位，但山东省人口众多，人均耕地面积较低。山东省位于中国东部沿海地区，耕地面积为646.19 万hm2，约占全省土地总面积的74%，全省人均耕地面积为0.081 hm2，低于全国人均耕地面积。2013 年山东省耕地生态系统服务价值总量为446.19 亿元［45］。

江苏省位于中国东部沿海地区中部，包括连云港市、盐城市和南通市等13 个地市。第三次全国土地调查结果显示，江苏省共有耕地409.08万hm2，占全省土地总面积的38.40%，人均耕地面积0.057 hm2，远低于全国人均耕地面积。2010 年，江苏省耕地生态系统服务价值总量为84.35 亿元［36］。

广西壮族自治区位于中国的西南沿海地区，下辖14 个地级市。根据第三次全国土地调查，广西壮族自治区共有耕地330.76 万hm2，占全省土地总面积的13.92%，人均耕地面积0.084 hm2，低于全国人均耕地面积。2010 年，广西壮族自治区的耕地生态系统服务价值总量为1 242.56 亿元［46］。

中国2000 年的耕地生态系统服务价值总量为2.22×1012元。根据文献研究结果，耕地生态服务价值呈缓慢上升趋势，所以中国2022 年耕地生态系统服务价值应略高于2000 年的数据［4］。

对图4 中的数据进行描述性统计，结果见表2，由表2 可知，中国各省级行政区的平均耕地价值总量为925.166 8 亿元，共有34 个省级行政区，计算可得耕地生态系统服务价值总量为31 455.671 2 亿元，标准误差为412.506 6 亿元。由于所选观测值较少导致标准误差过大，其置信度（95%）为1 312.780 0，所以该数据只能大致估计中国耕地生态系统服务价值总量而不能代替其真实值。经估算，中国耕地生态系统服务价值总量在30 142.891 2 亿～32 768.451 2 亿元。

4 讨论与分析

4.1 中国耕地生态系统服务价值总量下降的原因

中国耕地的减少、退化以及“非粮化”“非农化”导致耕地生态系统服务价值总量和单位面积内耕地所提供的服务价值在2000 年以来逐渐减少，耕地质量也在下降，这与国家保护耕地数量与质量、守住耕地红线的政策和愿景相悖。据统计，1957—1996 年，中国耕地年均净减约40 万hm2；1996—2008 年，年均净减约67 万hm2；2009—2019 年，年均净减约73 万hm2。如果将这一趋势在人均耕地面积上体现出来是，一调（第一次全国土地调查）人均0.106 hm2、二调人均0.101 hm2、三调人均0.091 hm2。现有耕地1.28 亿hm2，如果以这样的速度减少，10 年后可能会突破中国耕地面积18 亿亩的红线。造成耕地退化的原因有很多，如自然因素的影响（风蚀水蚀）导致东北地区黑土地耕层变薄、北方耕地的盐碱化以及南方土地的酸化等，但这并不仅是自然因素所造成的结果［47］。只耕不养、过量使用化肥和农药、超强度利用、耕地浅旋、地下水的过分开采、长期对耕地进行覆膜栽培等也是造成耕地退化的重要因素［48］。耕地“非粮化”是指一些适合种粮或原先种粮的耕地由于某些因素被用于其他农业用途，但实际上有些耕地也被用来建造建筑物，如一些小型工厂被要求必须由村庄搬到人口较少的地方，就会侵占耕地，耕地不同程度地流入了林地、园地和其他类型的土地。其根本原因是在现有的粮价下，农民种地不挣钱，大部分农民选择将土地流转出去以获得更高的收益，而获得承包权和经营权的这部分人会选择将耕地种植其他经济作物或用作他用［49］，这也是造成耕地生态系统价值总量下降的原因。

4.2 耕地质量等级对其服务价值的影响

中华人民共和国农业农村部将全国耕地由高到低依次划分为10 个质量等级，中国耕地的平均等级仅为4.76 等。以图4 中山东省数据为例，山东省耕地面积为646.19 万hm2，而耕地生态系统服务价值为446.19 亿元，远低于黑龙江省和广西壮族自治区。因为山东省平均等级为4.2 等，低于黑龙江省；广西的浔江平原、玉林盆地为1～3 等，低于广西，所以山东省耕地生态系统服务价值较低［50，51］。且由于各地区耕地生态系统质量等级不同，无法形成统一的标准，所以对各地区耕地生态系统服务价值量进行对比所得出的结果缺乏科学性和严谨性，只具有一定的参考意义，并不能完全客观地反映各地区耕地生态系统服务价值的真实水平。

4.3 中国耕地生态系统服务价值研究不足

通过对图1 及图2 中数据的分析，看出中国对其所作的相关研究仍在继续，其中以“生态系统服务价值”和“土地利用变化”为主题的文献数量分别为372 篇和234 篇，占据文献主题分布数量高位且二者存在正相关分布的关系。但还存在一些不足之处，耕地生态系统服务价值的减少并不仅与耕地的“非农化”（即耕地转变为建设用地）有关，其中还有更复杂的因素；没有对耕地生态系统给整体生态系统带来的影响进行研究；文献主要为非农科，对应用研究和基层研究较少；具体实地调研较少，脱离农村基层等。