生态系统服务价值评估

　　采用Excel 2010进行试验数据整理，采用SPSS 21.0进行差异性统计分析(P < 0.05)。

　　1.4.1 农产品经济价值

　　农田生态系统中，农产品生产功能是其最基本的功能。水稻-牧草轮作系统中，稻谷、 秸秆、牧草均有明确的市场价格，可进行市场交换。采用市场价值法，估算农产品服务价值 [7]。其计算公式为：

　　=S(Lr XT) (1)

　　式中，V表示农产品经济价值;Lr表示农产品产量，kg-hm-2 ; Tr表示对应农产品的 当地市场价格。据当地市场调查得知，稻谷的价格为5元-kg-1,秸秆的价格为0.5元-kg-1, 紫花苕价格为3元-kg-1 (该部分价格由大理实验站提供)，因紫花苕和黑麦草综合价值评 价为同一等级[22]，因此黑麦草价格取值与紫花苕一致。

　　1.4.2 气体调节价值

　　植物在生长过程中的气体调节价值包括固定CO2、释放02以及吸收有害气体(粉尘、 SO2、NOQ的服务价值。本研究采用影子价格法，参照薛宝林等的计算方法来计算稻田系 统固氮释氧的价值[6]，采用机会成本法计算农田作物吸收有害气体的价值。具体计算方法及 参数如下：

　　(1)作物固定 CO2 的价值计算公式为：

　　0.44L X ( Cts + CZL ) ⑵

　　21 - 2

　　式中，V21表示固定CO2的价值，元• hm-2-a-1; L为作物产量，kg-hm-2; Cts为瑞典碳 税率(950元•】);CZL为中国造林成本(260.90元•"碳)。

　　( 2)作物释放 O2 的价值计算公式为：

　　y _ 0.19L X ( Cgyo + CZLO ) ( 3)

　　式中，V22表示释放02的价值，元・hm-2ai; L为作物产量，kg・hm-2; CGYO为制氧工

　　艺成本(400元・t-1); Czlo为造林成本(352.93元・t-1 O2)。

　　3 )吸收有害气体的价值根据不同植被类型其能力也不同[23]，具体计算公式为：

　　

 

　　V23 —工|( D(d,s,n) X I(r ,m) X C(d,s,n))

　　式中，乙表示吸收有害气体的价值，元・hm-2・a-i; Dd、Ds、Dn分别表示单位面积农田

　　吸收粉尘、SO2、NOx的基本通量，其中Dd为33.2 kg・hm-2・a-】，Ds为45 kg・hm-2・a-】，Dn为

　　33.3 kg・hm-2・a-】; Cd、Cs、Cn分别表示消减和净化粉尘、SO2、NOx的成本，其中Cd为0.17 元-kg-1，Cs、Cn均为0.6元-kg-1;厶、Im为水稻和牧草的修正系数 W

　　1.4.3 消纳废弃物价值

　　洱海流域奶牛养殖业发达，大量牛粪得不到合理利用和处置，牛粪合理还田可减少畜禽 粪便的随意处置所带来的环境污染。本文采用治理费用法对农田消纳废弃物的价值进行估算 [8]，其计算公式为：

　　V -EPCf (5)

　　式中，人表示消纳废弃物的价值，元-hm-2-a-1; EP为作物单位面积畜禽粪便施入量，

　　kg-hm-2; Cf为粪便处理平均成本0.48元-kg-1 (采用牛粪做有机肥的成本进行计算)。

　　1.4.4 水质净化价值

　　施肥方式和轮作模式会影响稻田下渗水水质，从而对稻田氮磷流失和水污染产生影响。 本文采用不同植被吸收有害气体的校正系数法对不同处理模式净化污水的效果进行系数校 正，根据普燕爽等[21]研究中不同处理模式的下渗水 TN 时间间隔加权平均浓度进行校正。具 体计算公式为：

　　V5 = Q x T x Cw (6)

　　式中，V表示水质净化价值，元-hm-2; Q为稻田渗水量，，T为不同处理污水处理量

　　修正系数，Cw为污水处理成本，0.55元/t[25]。其中，渗水量(m3・hm-2)=渗水速度(mm・d-1) x浸没天数(d) xl0。

　　1.4.5 土壤有机质累积价值

　　有机肥化肥配可加速土壤有机质的累积[26]，改善土壤质量，减少化肥施入带来的环境

　　污染风险。本文采用机会成本法对土壤有机质积累的价值进行计算，具体公式如下：

　　V - SxTxqxOMx(7)

　　式中，V4表示土壤有机质积累价值，元/hm2; S为作物种植面积，hm2; T为耕层厚度，

　　0.2 m; q为土壤容重，1250 kg-m_3[27]; OM为土壤有机质含量g-kg-1; CSOM为土壤有机质 价格，0.0513 元-kg-1[28]o

　　1.4.6 营养物质循环价值

　　作物还田后可作为养分输入到土壤中，从而减少化学肥料的施用。水稻—牧草轮作系统， 根据测定出的植物体内 N、P、K 的含量，采用影子价格法计算系统营养物质循环价值。具 体计算公式如下：

　　V = L x (CN + CP + CK) x P (8)

　　式中，V6表示营养物质循环价值，元-hm-2; Lr为各作物产量，kg-hm-2; CN为各类型 作物N的百分比;CP为各类型作物P的百分比;CK为各类型作物K的百分比;P为化 肥平均价格，4.155元-kg-1[24]o

　　1.4.7 生物多样性价值

　　水稻-牧草轮作的生态种植模式，不仅起到改良农业生态系统的作用，同时还能提高生 产能力，在维持生物多样性方面有重要作用[29]。采用当量因子法对该部分价值进行估算。 具体计算公式为：

　　V = Sk xCk x Ea (9)

　　Ea = S’ x Fr (10)

　　其中，V表示生物多样性价值，元-hm-2; Sk为作物种植面积，hm2; Ck为农用地单位 面积生物多样性价值当量因子;Ea表示单位当量因子的价值量，元-hm-2; S”代表粮食作物 播种面积占作物播总面积的百分比(%); Fr表示单位面积农田生态系统粮食生产的净利润。

　　1.4.8 美学景观价值 植物群落所形成的独特优美自然景观可以让人们感到身心愉悦，提供美学景观，具有潜

　　在娱乐用途、文化和艺术价值。应用当量因子法估算其价值，具体计算公式为：

　　V = Sk x Ct x Ea (11)

　　Ea - S’ x Fr (12)

　　其中，V表示生物多样性价值，元-hm-2; Sk为作物种植面积，hm2; Ct为农用地单位 面积美学景观价值当量因子;Ea表示单位当量因子的价值量，元-hm-2; Sr代表粮食作物播 种面积占作物播总面积的百分比(%); Fr表示单位面积农田生态系统粮食生产的净利润。

　　2 结果与分析

　　2.1 农产品经济价值

　　不同处理稻谷、秸秆、牧草产量如表1所示。稻谷产量在9900~11533 kg-hm-2，各处理 之间无显著差异o Y-OV处理秸秆产量达8467 kg-hm-2,显著高于其他三种处理，且C-ON、 Y-OL、 Y-OV 三种处理秸秆产量无显著差异。无轮作处理农田在冬季无利用，轮作处理中 Y-OL 牧草产量显著高于 Y-OV 处理。根据计算，不同施肥及轮作的稻田生态系统农产品经 济价值不同(表1)。轮作系统农产品经济价值均在10万元-hm-2以上，显著高于无轮作 系统5万多元-hm-2，轮作系统的农产品经济价值约为无轮作系统的2倍。

　　表 1 不同处理农产品产量及其经济价值

　　Table 1 Output of agricultural products and their economic value in different treatments

　　处理

　　Treatments稻谷产量

　　Rice yield/(kg-hm-2)秸秆产量

　　Straw yield/(kg-hm-2)牧草产量

　　Forage yield/(kg・hm-2)农产品经济价值/(元-hm-2)

　　Economic value of agricultural

　　products/(yuan-hm-2)

　　C-ON9900±860a7133±377b——53067±4321b

　　Y-OL11533±555a7467±309b16686±782a111457±1422a

　　Y-OV11400±1435a8467±330a14863±741b105823±8702a

　　Y-ON10166±449a7233±531b——54450±2476b

　　注：不同字母分别表示处理间显著性差异(P<0.05)(平均值土标准差)，下同。

　　Note: Different letters indicate significant differences between treatments (P < 0.05) (mean value ± SD), the same as below.

　　2.2 气体调节价值

　　稻田固定CO2、释放0?、吸收有害气体以及气体调节的总价值如表2所示。轮作处理 气体调节总价值为11871~12194元勺爼-2乜-1,无轮作处理为5809〜5933元・hm-2・a-1。其中， 不同处理中固定CO2的价值最高，其次是释放0?的价值。

　　表 2 不同处理气体调节价值

　　Table 2 Gases regulation value in different treatments

　　处理

　　Treatments总生育期

　　Total growth

　　period/d修正系数

　　Correction

　　factor固定 CO2/

　　(元.hm-2.a-i)

　　Fixed CO2

　　/(yuan-hm-2-a-1)释放 O2/

　　(元.hm-2.a-i)

　　Release O2

　　/(yuan-hm-2-a-1)吸收有害气体/

　　(元.hm-2.a-i)

　　Absorb harmful gases

　　/(yuan-hm-2-a-1)气体调节总价值/

　　(兀・hm-2・a-1)

　　Total value of gas conditioning/ (yuan-hm-2-a-1)

　　C-ON12814538±258b1218±69b535809±327b

　　Y-OL3292.579507±105a2553±28a13512194±133a

　　Y-OV3292.579252±532a2484±142a13511871±675a

　　Y-ON12814635±251b1245±67b535933±318b

　　2.3 消纳废弃物价值

　　根据计算，不同处理消纳废弃物的价值如表 3 所示。 Y-OL 和 Y-OV 处理消纳废弃物的 价值为22817元・hm-2, Y-ON处理消纳废弃物的价值为19200元・hm-2, C-ON处理由于不 施牛粪只施化肥所以其没有消纳废弃物的价值。

　　表 3 不同处理消纳废弃物的价值

　　Table 3 The value of waste disposal in different treatments

　　处理

　　Treatments单位面积施肥量

　　Fertilizer amount per unit

　　area/(kg-hm-2)粪便处理价格/(元-kg-1)

　　Manure treatment price/(yuan-kg-1)消纳废弃物价值/(元-hm-2)

　　Waste consumption value/(yuan-hm-2)

　　C-ON00.480

　　Y-OL475350.4822817

　　Y-OV475350.4822817

　　Y-ON400000.4819200

　　2.4 水质净化价值

　　由表 4 可知，不同处理时间间隔加权平均浓度不同，从而影响不同处理的水质净化价值。 根据计算，各处理水质净化价值在5808〜11906元・hm-2之间，并且优化施肥处理水质净化 价值均高于常规施肥处理oY-OV处理水质净化价值最高，为11906元hm-2,每公顷比C-ON 处理多 6098 元。

　　表 4 不同处理水质净化价值

　　Table 4 Purification value of water quality in different treatments

　　处理

　　Treatments渗水量

　　Water seepage volume/(m3-hm-2)时间间隔加权平均浓 度 Time interval weighted average concentration/(mg-L-1)修正系数

　　Correction factorP污水处理成

　　本/(元-1)

　　Wastewater treatment cost/(yuan-t-1)水质净化价值/

　　(元-hm-2)

　　Water purification

　　value/(yuan-hm-2)

　　C-ON105602.15±0.14a1.000.555808

　　Y-OL105601.53±0.09b1.410.558189

　　Y-OV105601.05±0.10c2.050.5511906

　　Y-ON105601.23±0.07c1.750.5510164

　　2.5 土壤有机质累积价值

　　土壤有机质含量及其价值如表 5 所示。优化施肥处理土壤有机质含量显著高于常规施肥 处理，轮作处理显著高于无轮作处理。其中， Y-OL 处理含量最高分别比 C-ON、Y-OV、 Y-ON处理高42.62%、4.64%、19.10%。根据计算土壤有机质的价值为7060〜10069元•hm-2， 其中Y-OL和Y-OV处理无显著差异并且显著高于Y-ON处理，Y-ON处理土壤有机质积累 价值为8454元・hm-2，并且显著高于C-ON处理。

　　表 5 不同处理土壤有机质积累价值

　　Table 5 The accumulation value of soil organic matter in different treatments

　　处理

　　Treatments土壤有机质含量

　　Soil organic matter content/(g-kg-1)土壤有机质积累价值/(元-hm-2)

　　Soil organic matter accumulation value/(yuan-hm-2)

　　C-ON55.05±0.02c7060±2c

　　Y-OL78.51±7.25a10069±929a

　　Y-OV75.03±3.65a9622±468a

　　Y-ON65.92±2.93b8454±375b

　　2.6 营养物质循环价值

　　C-ON和Y-ON处理营养物质循环价值为水稻秸秆的循环价值，Y-OL和Y-OV处理则 包括水稻秸秆和牧草的营养物质循环价值。具体计算结果如表6所示，Y-OV处理水稻秸秆 营养物质循环价值为765元・hm-2，显著高于其他三种处理。Y-OL和Y-OV处理牧草营养 物质循环价值分别为1537元hm-2和2857元・hm-2，占营养物质循环的总价值的69.86%和 78.88%,且二者之间存在显著差异。Y-OV处理营养物质循环总价值最高，为3622元・hm-2， 是 C-ON 和 Y-ON 处理的 5 倍以上。

　　表 6 不同处理营养物质循环价值

　　Table 6 Nutrient cycle value of different treatments

　　处理

　　Treatments水稻秸秆营养物质循环价值/(元-hm-2)

　　Rice straw nutrient recycling

　　value/(yuan -hm-2)牧草营养物质循环价值/(元-hm-2)

　　Forage nutrient cycle

　　value/(yuan -hm-2)营养物质循环总价值/(元-hm-2)

　　Total value of nutrient

　　circulation/(yuan -hm-2)

　　C-ON587±52b——587±52c

　　Y-OL663±44b1537±121b2200±82b

　　Y-OV765±27a2857±152a3622±169a

　　Y-ON660±68b——660±68c

　　2.7 生物多样性价值 依据谢高地[9]等研究，水田生态系统和草甸生态系统生物多样性价值当量因子分别为

　　0.21 和 1.27。依据《全国农产品成本收益资料汇编 2019》得知， 2018 年云南省粳稻生产的 净利润为1287.75元・hm-2,又因大理州主要粮食作物为水稻，所以粮食作物播种面积占作物

　　播总面积按100%计算，得E为1287.75元・hm-2。C-ON和Y-ON处理无轮作，生物多样性 价值仅包括水田生态系统， Y-OL 和 Y-OV 处理生物多样性价值包括水田生态系统和草甸生 态系统的价值。其中，C-ON和Y-ON处理生物多样性价值为270.43元hm-2, Y-OL和Y-OV 处理生物多样性价值为1905.87元・hm-2，约为无轮作处理的7倍。

　　2.8 美学景观价值

　　依据谢高地[9]等研究，水田生态系统和草甸生态系统美学景观价值当量因子分别为 0.09 和0.56。C-ON和Y-ON处理景观美学价值为115.90元・hm-2, Y-OL和Y-OV处理美学景观 价值为837.04元・hm-2，约为无轮作处理的7.5倍。

　　2.9 不同种植模式服务功能总价值

　　不同种植模式生态系统服务功能总价值：

　　E=V +V +V +V +V +V +V +V (13)

　　由表7可知，服务功能总价值，Y-OL和Y-OV处理分别为169669元hm-2和168405 元・hm-2, Y-ON处理为99247元・hm-2。轮作处理之间服务功能总价值显著高于无轮作处理， 且二者之间无显著差异。无轮作处理中 Y-ON 处理服务功能总价值显著高于 C-ON 处理。与 常规施肥和无轮作模式相比，优化施肥无轮作种植模式可提高农田生态系统服务功能总价值 36.48%。与常规种植模式相比，增加冬季牧草轮作可提高农田生态系统服务功能价值 131.59%~133.33%。与优化施肥种植模式相比，增加冬季牧草轮作可提高农田生态系统服务 功能价值 69.68%~70.96%。

　　表7不同种植生态系统服务功能总价值/元・hm-2

　　Table 7 Total value of service functions of different planting eco systems/yuan -hm-2

　　处理

　　TreatmentsV1 V2 V3 V4 V5 V6V7 V8E

　　C-ON53067±4321b5809±327b0±0c5808±0d7060±2c587±52c270±0b116±0b72717±4648c

　　Y-OL111457±1422a12194±133a22817±0a8189±0c10069±929a2200±82b1906±0a837±0a169669±732a

　　Y-OV105823±8702a11871±675a22817±0a11906±0a9622±468a3622±169a1906±0a837±0a168405±9890a

　　Y-ON54450±2476b5933±318b19200±0b10164±0b8454±375b660±68c270±0b116±0b99247±2729b

　　3 讨论

　　通过界定牛粪化肥配施水稻牧草轮作农田所产生的生态系统服务功能价值，本文把该种 植模式的生态价值界定为农产品生产、气体调节、消纳废弃物、水质净化、土壤有机质累积、 营养物质循环、维持生物多样性、提供美学景观八种。构建评估模型，研究单位耕地面积(1 hm2)该种植模式与常规种植模式的生态价值量之差，为后续推广该模式提供理论支撑。

　　本研究结果表明，牛粪化肥配施水稻牧草轮作系统功能价值约为17万元•hm-2，比牛 粪化肥配施水稻单作系统高 7 万元左右，比常规种植模式高 10 万元左右。刘利花[30]等对苏 州市域稻田生态系统服务价值测算结果为单位面积稻田净价值约为7万元•hm-2,孙卫民[31] 等对不同复种模式稻田生态服务功能价值进行测算，结果表明复种后稻田生态价值约为 17~19万元・hm-2,本研究结果与前人研究结果基本一致。

　　施肥方式和轮作模式直接影响农田生态系统服务功能价值

　　农田生态系统消纳废弃物价值直接与施肥方式有关，优化施肥处理采用 30%的牛粪来 替代化肥，不仅增加了畜禽粪便的利用效率，还减少了畜禽粪便的处理费用，从而增加了农 田生态系统消纳废弃物的价值。

　　农田生态系统服务功能价值中，农产品经济价值、气体调节价值、营养物质循环价值与 作物产量息息相关。本研究结果表明 Y-OL 和 Y-OV 处理农产品经济价值显著高于 Y-ON 和 C-ON 处理，从作物产量来看，不同处理稻谷产量无显著差异，水稻秸秆产量 Y-OV 处理高 于其他三种处理，轮作处理农产品经济价值高于单作处理部分主要来源于轮作牧草所产生的 经济价值。轮作处理气体调节价值显著高于 Y-ON 和 C-ON 处理，主要原因是轮作牧草所带 来的作物产量增加和作物生育期增长，直接导致轮作处理气体调节价值高于单作处理。 Y-OL 和 Y-OV 处理营养物质循环价值显著高于 Y-ON 和 C-ON 处理，原因在于轮作牧草使作物产 量增加所带来的营养物质循环价值增加。

　　农田生态系统的生物多样性价值和美学景观价值与种植作物有关。本研究结果表明，轮 作处理生物多样性价值和美学景观价值约为单作处理的 7 倍，原因在于水稻-牧草轮作的种 植方式，增加了土地利用效率，同时增加了农田的生态系统类型，从而增加了生物多样性价 值和美学景观价值。

　　3.2 施肥方式和轮作模式间接影响农田生态系统服务功能价值

　　农田生态系统水质净化价值与稻田下渗水氮素流失量有关。卢中辉[32]等运用灰色关联 分析方法，证明水稻种植和奶牛养殖对洱海水环境变化的关联度分别为 0.69 和 0.74，化肥 的过量施用奶牛粪便的不合理处置对洱海水环境产生严重的影响。本研究结果表明，优化施 肥可显著提高农田生态系统的水质净化价值，其原因在于优化施肥处理下渗水 TN 时间间隔 加权平均浓度显著低于常规施肥处理，有机肥化肥的合理配施可提高作物对氮素的利用率， 从而降低下渗水中氮素的流失量[33]，其次牛粪作为一种很好的有机肥料，其本身携带的各 种微生物，有利于促进微生物与水稻根部的协同作用，减少氮素流失[34]。

　　本研究结果表明， Y-OL、 Y-OV 和 Y-ON 处理土壤有机质积累价值显著高于 C-ON 处 理，Y-OL和Y-OV 土壤有机质积累价值显著高于Y-ON,原因在于施肥方式和轮作模式影 响农田土壤有机质的含量。有研究表明，牛粪与化肥配施能明显改善土壤理化性质，提高土 壤孔隙度，提高土壤有机质含量[35]。牧草轮作可促进土壤中营养元素的保持和转化，牧草 根系能分泌大量有机物质促进微生物的生长发育，从而提高土壤中有机质含量[36,37]。

　　(1) Y-OL和Y-OV处理稻田生态系统服务功能价值分别为169669元•hm-2和168405 元・hm-2，Y-ON处理为99247元・hm-2，均显著高于对照的72717元・hm-2。

　　( 2)稻田生态系统服务功能价值因施肥方式和轮作方式不同而发生改变。70%化肥+30% 牛粪-水稻-黑麦草轮作和 70%化肥+30%牛粪-水稻-紫花苕轮作的种植模式能有效提高稻田 生态系统各部分服务功能价值。

　　本研究基于稻田生态系统服务功能，通过大田试验，对特定种植模式牛粪化肥配施水稻 牧草轮作系统做价值评估研究，揭示稻田系统施肥和种植模式改变所带来的生态价值变化的 原因，结果表明施肥方式和轮作模式的改变直接影响生态价值的变化。不足的是，本研究仅 对该模式进行短期的大田试验研究，在今后的研究中，可结合新的研究方法对该模式进行长 期监测，研究其在长期持续种植条件下生态系统服务价值的变化;其次，应该不断发掘新的 服务价值，及测算方式，完善其评价体系。生态系统服务功能价值的高低，代表的是人类在 发展过程中绿色可持续的重要体现，生态服务价值低的系统对生态破坏的潜在影响更大。而 合理的粪肥配施和稻田轮作有利于增加系统的生态价值，在今后的研究中应该更加注重化肥 的减量配施和合理的轮作制度的研究，使农业生产更加绿色可持续。