趙 青,許 皞,**,郭年冬

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院 保定 071000;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 保定 071000)

糧食安全視角下的環(huán)京津地區(qū)耕地生態(tài)補(bǔ)償量化研究*

趙 青1,許 皞1,2**,郭年冬2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院 保定 071000;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 保定 071000)

本文基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,從糧食安全角度出發(fā),通過計(jì)算糧食耕地盈虧量、糧食耕地超載指數(shù)和補(bǔ)償系數(shù),建立了耕地生態(tài)補(bǔ)償模型,通過量化縣域耕地生態(tài)補(bǔ)償,對(duì)河北省環(huán)京津地區(qū)耕地生態(tài)補(bǔ)償問題進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:1)環(huán)京津耕地“生態(tài)供給”與“生態(tài)消費(fèi)”存在典型的“空間異位”現(xiàn)象,其中耕地“生態(tài)消費(fèi)”主要集中于環(huán)京津南部地區(qū),而耕地“生態(tài)供給”則主要集中在環(huán)京津西部地區(qū)。2)2014年環(huán)京津耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為4.480 5×1010元,整體呈現(xiàn)不能自足的態(tài)勢(shì),總赤字金額為7.834×109元。3)環(huán)京津地區(qū)中,河北省張北縣、興隆縣、蔚縣、尚義縣和淶源縣等17個(gè)縣市表現(xiàn)為盈余,其余各縣市均呈現(xiàn)為赤字狀態(tài)。其中灤南縣需支付的耕地生態(tài)補(bǔ)償量最高,為5.173×107元,其次為玉田縣和東光縣,分別為4.864×107元和4.849×107元。雖然遵化市、灤平縣、曲陽(yáng)縣可獲得補(bǔ)償,但其耕地生態(tài)條件也僅僅表現(xiàn)為“緊平衡”,仍需受到廣泛關(guān)注。4)以糧食安全角度為出發(fā)點(diǎn),2014年環(huán)京津區(qū)急需獲得耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)目h為張北縣、蔚縣、尚義縣、陽(yáng)原縣、淶源縣和曲陽(yáng)縣,需支付耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)目h為灤南縣、玉田縣、獻(xiàn)縣、吳橋縣和定州市,唐縣、淶水縣和豐寧滿族自治縣既不需獲得也不需支付耕地生態(tài)補(bǔ)償。與前人的研究相比,本研究以生態(tài)補(bǔ)償為切入點(diǎn)對(duì)河北省環(huán)京津地區(qū)耕地補(bǔ)償問題進(jìn)行了研究,研究結(jié)果對(duì)于促進(jìn)環(huán)京津地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、耕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)與耕地資源持續(xù)高效利用發(fā)揮著重要作用。同時(shí),此方法的運(yùn)用可為類似地區(qū)生態(tài)補(bǔ)償?shù)牧炕芯刻峁﹨⒖?為其他地區(qū)以生態(tài)價(jià)值量確定耕地保護(hù)指標(biāo)提供依據(jù),對(duì)耕地生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值機(jī)制的研究有指導(dǎo)意義。

耕地;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值;糧食安全;生態(tài)供給;生態(tài)消費(fèi);生態(tài)補(bǔ)償;環(huán)京津地區(qū)

糧食安全問題關(guān)乎人民生活水平、社會(huì)安定團(tuán)結(jié)和國(guó)家穩(wěn)定發(fā)展。近些年我國(guó)政府通過糧食直補(bǔ)等方式為實(shí)現(xiàn)糧食安全做出了巨大努力,糧食安全問題得到了有效緩解,但隨之而來(lái)的經(jīng)濟(jì)壓力又成為了新的難題?；诖?以解決糧食安全為出發(fā)點(diǎn)的研究已成為耕地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)研究的熱點(diǎn)。眾所周知,糧食主產(chǎn)區(qū)由于肩負(fù)糧食生產(chǎn)與耕地保護(hù)的任務(wù),其在一定程度上也失去了公平發(fā)展的機(jī)會(huì),雖然糧食產(chǎn)品可以帶來(lái)部分收益,但是與其對(duì)維護(hù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量所帶來(lái)的效益相差甚遠(yuǎn)。為了調(diào)動(dòng)耕地保護(hù)主體的主動(dòng)性和積極性,解決“吃飯”與“建設(shè)”二者之間的矛盾,從而最終實(shí)現(xiàn)全面的糧食安全,耕地資源的生態(tài)補(bǔ)償量化研究勢(shì)在必行。

目前,國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究認(rèn)為生態(tài)補(bǔ)償?shù)暮诵氖敲鞔_生態(tài)補(bǔ)償?shù)囊罁?jù),因其直接關(guān)系到補(bǔ)償?shù)目茖W(xué)性與有效性,成為目前生態(tài)補(bǔ)償工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。目前,國(guó)內(nèi)在森林、水體等領(lǐng)域已有一些在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析的基礎(chǔ)上確定補(bǔ)償依據(jù)的研究案例[2-3],這些研究對(duì)推動(dòng)生態(tài)補(bǔ)償理論的發(fā)展起到了十分重要的作用。然而,隨著“吃飯”與“建設(shè)”二者矛盾的日益突出,耕地生態(tài)價(jià)值補(bǔ)償?shù)难芯空诔蔀樾碌难芯繜狳c(diǎn),但目前還處于探索階段[4-5]。本研究的創(chuàng)新性在于以糧食安全作為耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)囊罁?jù),在明確環(huán)京津地區(qū)補(bǔ)償與受償主體的基礎(chǔ)之上,以生態(tài)系統(tǒng)非市場(chǎng)服務(wù)價(jià)值為基礎(chǔ)測(cè)算了補(bǔ)償與受償?shù)慕痤~,并量化了其獲得補(bǔ)償與支付補(bǔ)償?shù)钠惹谐潭?研究成果對(duì)區(qū)域間耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償提供了依據(jù)。

河北省環(huán)京津地區(qū)作為京津地區(qū)重要的糧食供給與生態(tài)保障區(qū),在資源的開發(fā)利用、工業(yè)生產(chǎn)、娛樂文化等方面做出了很大犧牲,且其糧食供需也僅僅處于“緊平衡”狀態(tài),因此以河北省環(huán)京津地區(qū)為研究對(duì)象具有典型性,其研究結(jié)果有利于全面掌握環(huán)京津地區(qū)的糧食安全問題,進(jìn)而理順耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)關(guān)系,維護(hù)環(huán)京津地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)耕地?cái)?shù)量動(dòng)態(tài)平衡與耕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

1 研究區(qū)現(xiàn)狀及研究方法

1.1 研究區(qū)現(xiàn)狀

本研究選取包括與北京、天津地區(qū)接壤的河北保定、滄州、廊坊、唐山、承德、張家口6個(gè)區(qū)市所轄的72個(gè)縣(市)為研究對(duì)象,如圖1。研究區(qū)土地總面積為1.33×107hm2,總?cè)丝诩s3.78×107人[6]。年降水量400～800 mm,年均氣溫0～12℃。研究區(qū)氣候類型是北溫帶大陸性季風(fēng)氣候,基本特點(diǎn)是春季比較干燥,刮風(fēng)次數(shù)頻繁,夏季悶熱潮濕,降雨較多,秋季晝夜溫差較大,冬季寒冷干燥,降雪少。地貌類型較為復(fù)雜,主要為沿海灘涂、平原、丘陵、山地、高原等。在研究區(qū)土地類型中耕地與林地?cái)?shù)量最多,分別占土地總面積的30.48%和28.00%,水域面積最少,只占總面積的3.67%。區(qū)位條件獨(dú)特,地理位置重要,環(huán)京津區(qū)作為實(shí)現(xiàn)京津地區(qū)糧食安全與生態(tài)安全的重要糧食供給與生態(tài)緩沖地帶,擔(dān)負(fù)著糧食生產(chǎn)、“保水、阻沙、防風(fēng)”之重任。

圖1 環(huán)京津地區(qū)縣(市)分布Fig.1 Distribution of counties (cities) in the area around Beijing and Tianjin

1.2 研究方法

1.2.1 區(qū)域耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)算

本論文綜合借鑒并參照相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的研究進(jìn)展,如Costanza等[7-8]與謝高地等[9]學(xué)者的研究,以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,計(jì)算河北省環(huán)京津地區(qū)單位耕地面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。2014年中國(guó)單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為567.45元·hm-2,結(jié)合2014年《環(huán)京津統(tǒng)計(jì)年鑒》的相關(guān)數(shù)據(jù),計(jì)算得出2014年環(huán)京津區(qū)平均糧食產(chǎn)量為5 536.32 kg·hm-2,又因全國(guó)平均糧食產(chǎn)量為5 861.62 kg·hm-2,據(jù)此在對(duì)全國(guó)單個(gè)生態(tài)當(dāng)量進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上,確定環(huán)京津單個(gè)生態(tài)當(dāng)量的價(jià)值為535.96元·hm-2。再計(jì)算陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(單位當(dāng)量×當(dāng)量),最終得到環(huán)京津區(qū)單位土地面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(VC,表1)。

表1 2014年環(huán)京津地區(qū)單位耕地面積各生態(tài)服務(wù)功能的價(jià)值系數(shù)Table 1 Ecological service value per unit area of cultivated land in the area around Beijing and Tianjin in 2014￥·hm-2

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算公式為[10]:

式中:Ae為研究區(qū)第i類土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,單位為元;iA代表環(huán)京津區(qū)第i類土地利用類型面積,單位為hm2;Vi代表環(huán)京津區(qū)第i類土地利用類型單位土地面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù),單位為元·hm-2。本文中僅研究耕地資源,即土地利用類型為耕地。

1.2.2 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力測(cè)算

1)生態(tài)足跡的測(cè)算。生態(tài)足跡是指在一定的經(jīng)濟(jì)規(guī)模條件下,為維持特定人口的資源消費(fèi)和容納廢棄物所必需的生物生產(chǎn)土地面積(表1),生態(tài)足跡計(jì)算公式可表示為[11]:

式中:EF為總的生態(tài)足跡,N為人口數(shù)量,ef為人均生態(tài)足跡,i為消費(fèi)商品的類別,pi為第i種商品的世界平均生產(chǎn)力,ci為第i種商品的人均消費(fèi)量,rj為均衡因子。

2)生態(tài)承載力的測(cè)算。土地的產(chǎn)量因子是區(qū)域平均生產(chǎn)力與世界同類土地平均生產(chǎn)力的比率。土地類型的產(chǎn)量因子選取Wackernagel等計(jì)算中國(guó)生態(tài)足跡時(shí)采用的平均值,耕地為1.8,在各區(qū)域尺度的生態(tài)足跡計(jì)算中廣泛地使用了該產(chǎn)量因子值[12-13]。為了與其他物種保持共存,即保護(hù)物種的多樣性,應(yīng)該剩余12%的土地用來(lái)維持物種多樣性,故在生態(tài)承載力計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。計(jì)算生態(tài)承載力的公式為:式中:EC為區(qū)域生態(tài)承載力,N為人口數(shù),ec為人均生態(tài)承載力,aj、rj、yj分別為第j種消費(fèi)商品類型人均生物生產(chǎn)面積、均衡因子和產(chǎn)出因子。

3)生態(tài)超載指數(shù)的計(jì)算。

生態(tài)超載指數(shù)計(jì)算公式為:

若EOI=0表示所研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境處于生態(tài)平衡狀態(tài);EOI>0時(shí),其值越大,表示所研究區(qū)域的生態(tài)超載程度越嚴(yán)重,反之亦然。

1.2.3 區(qū)域獲得或支付補(bǔ)償?shù)呐卸把a(bǔ)償比例測(cè)算模型

糧食供需平衡法參考周小平[14]、曹瑞芬等[15-16]學(xué)者的研究成果,采用糧食供需平衡法求取一個(gè)區(qū)域糧食耕地盈虧量的過程,具體如下:

1)區(qū)域糧食耕地需求量的測(cè)算。在綜合考慮區(qū)域總?cè)丝?、糧食單產(chǎn)(單位播種面積的糧食產(chǎn)量)、糧食自給率、人均糧食消費(fèi)水平等指標(biāo)的基礎(chǔ)上,采用公式(5)和(6)測(cè)算區(qū)域糧食耕地需求量。

式中:d1代表研究區(qū)糧食耕地的人均需求量,α表示糧食自給率,c表示研究區(qū)域人均糧食需求量,S1表示總耕地面積,Y表示糧食總產(chǎn)量,N表示人口總數(shù),D1為該區(qū)域糧食耕地總需求量。

2)區(qū)域糧食耕地盈虧量為區(qū)域內(nèi)糧食耕地需求量(D1)與供給量(S1)之差,計(jì)算公式如下:

式中:L1表示該地區(qū)的糧食耕地總盈虧量,即這一區(qū)域的耕地存量與糧食耕地總需求量的差額。L1大于0,意味著該區(qū)處于糧食耕地盈余狀態(tài),反之則為虧損。

3)基于糧食安全超載指數(shù)的補(bǔ)償比例測(cè)算模型。本文引入糧食安全超載指數(shù)衡量耕地生態(tài)利用程度,指特定區(qū)域耕地存量與糧食耕地總需求量之差占耕地存量的百分比。

式中:DI表示該區(qū)域糧食耕地超載指數(shù)。若DI=0時(shí),表示該地區(qū)的糧食耕地處于平衡狀態(tài),表現(xiàn)為“緊糧食安全”;當(dāng)DI>0時(shí),其值越大,表示該地區(qū)糧食耕地盈余程度越大,對(duì)于維護(hù)環(huán)京津地區(qū)糧食安全的能力越高,糧食安全程度越高;反之,DI<0時(shí),其值越小,表示該地區(qū)的糧食耕地缺口程度越嚴(yán)重,糧食不安全程度越高。

4)補(bǔ)償系數(shù)測(cè)算模型。隨著當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展,保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識(shí)逐漸引起人們的關(guān)注。在這種逐步深入的過程中,可利用S型皮爾生長(zhǎng)曲線,模擬其支付能力的行為,利用恩格爾數(shù)模型[16]來(lái)測(cè)算和量化研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和人類生活水平,公式見(9)、(10):

式中:r表示社會(huì)對(duì)耕地生態(tài)保護(hù)支付意愿及能力有關(guān)的社會(huì)發(fā)展階段系數(shù),即補(bǔ)償系數(shù),r∈(0,1);分子1最大值說(shuō)明耕地生態(tài)支付能力達(dá)到最大;En為綜合恩格爾系數(shù);Ea為城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù);Eb為農(nóng)村恩格爾系數(shù);φ為城鎮(zhèn)化水平。

5)綜合測(cè)算模型。為了完善、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和測(cè)算耕地糧食安全補(bǔ)償量,不僅要明確價(jià)值補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),也應(yīng)考慮到補(bǔ)償區(qū)域的資源利用、實(shí)際補(bǔ)償能力等因素,建立生態(tài)服務(wù)價(jià)值與生態(tài)價(jià)值補(bǔ)償之間的關(guān)系函數(shù)。本論文把耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值、糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平結(jié)合起來(lái),利用此種方法計(jì)算耕地糧食安全補(bǔ)償量,具體見式(11):

式中:Aec為研究區(qū)需支付(獲得)的耕地糧食安全補(bǔ)償量,單位為元·年-1;Ae為研究區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,單位為元·年-1;S1為總耕地面積,單位為hm2;D1表示該區(qū)域糧食耕地總需求量(hm2);r表示補(bǔ)償系數(shù)。若Aec為正,則說(shuō)明此地區(qū)需要支付生態(tài)補(bǔ)償,其值越大,需支付的補(bǔ)償量越多,反之,若Aec為負(fù),表明此地區(qū)需獲得生態(tài)補(bǔ)償。

1.2.4 區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)計(jì)算

各地區(qū)間社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差距較大,依照區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(GDP)量化不同區(qū)域的耕地生態(tài)補(bǔ)償程度是最方便最直觀的方法,耕地生態(tài)補(bǔ)償對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步區(qū)域的迫切程度要緩于發(fā)展水平較低的區(qū)域[17-18]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由市場(chǎng)價(jià)值與非市場(chǎng)價(jià)值兩部分構(gòu)成,前者由于在市場(chǎng)機(jī)制中已經(jīng)以貨幣的形式回歸到該區(qū)域,因此在測(cè)算生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)(ECPS)時(shí)應(yīng)摒棄這部分價(jià)值,只取其非市場(chǎng)價(jià)值部分,本論文某地區(qū)生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)的計(jì)算方法是用該地區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的非市場(chǎng)價(jià)值與單位面積GDP的比值來(lái)確定。具體表達(dá)如下:

式中:SECP表示生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí),GDPN為地區(qū)單位面積的生產(chǎn)總值,VaIN為單位面積生態(tài)系統(tǒng)非市場(chǎng)價(jià)值。如果研究區(qū)糧食耕地存在缺口且生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)較小,說(shuō)明該區(qū)域表現(xiàn)為糧食不安全,但支付生態(tài)補(bǔ)償后對(duì)其經(jīng)濟(jì)狀況影響較小,應(yīng)當(dāng)率先支付耕地生態(tài)補(bǔ)償資金;相反則說(shuō)明該地區(qū)糧食較安全,當(dāng)獲得生態(tài)補(bǔ)償后,其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平將會(huì)有較大提高,應(yīng)當(dāng)首先對(duì)此地區(qū)進(jìn)行耕地生態(tài)補(bǔ)償[19]。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源及參數(shù)的確定

通過對(duì)環(huán)京津2014年Landsat TM影像圖的解譯,得到本論文的研究數(shù)據(jù),以ENVI4.7軟件平臺(tái)為支撐,組合波段5、4、3,通過幾何校正和其研究區(qū)邊界的裁剪,利用Arcgis10.0,采用監(jiān)督分類法,將其和目視解譯的方法進(jìn)行組合,解譯研究區(qū)的耕地,參照2014年的《環(huán)京津經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》和河北省土地變更調(diào)查數(shù)據(jù),檢驗(yàn)解譯結(jié)果的精度,調(diào)整后得到研究區(qū)耕地利用數(shù)據(jù)庫(kù)。其他相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)自于2014年《環(huán)京津農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《環(huán)京津經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》等。本研究中相關(guān)參數(shù)的來(lái)源如下:

在測(cè)算糧食供需平衡時(shí),以世界糧農(nóng)組織、周小平等[14]的研究成果為基礎(chǔ),可確定人均糧食消費(fèi)量(c)為400 kg·人-1;根據(jù)2008年制定的《國(guó)家糧食安全中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要》,可確定糧食自給率(α)[20]為95%。

2 結(jié)果與分析

2.1 河北省環(huán)京津耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)算

2014年環(huán)京津耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈“空間分異”的現(xiàn)象,由東南向西北生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。環(huán)京津耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量為4.480 5×1010元,中部地區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高,為1.938 4×1010元,占環(huán)京津總價(jià)值的43.26%;其次為南部地區(qū),為1.477 1×1010元,占總價(jià)值的32.97%;北部地區(qū)最小,為1.064 9×1010元,占總價(jià)值的23.77%。環(huán)京津耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體呈現(xiàn)從北至南依次升高的態(tài)勢(shì),其價(jià)值分別為北部地區(qū)2.662×109元,中部地區(qū)4.846×109元,南部地區(qū)4.924×109元,造成這種現(xiàn)象的直接原因?yàn)楦財(cái)?shù)量由北至南呈現(xiàn)依次增加趨勢(shì)。在市域范圍的測(cè)算中,滄州市最大,為5.73×109元;承德、廊坊最小,分別為1.933×109元、2.425×109元,其余市為3.5×109～5.5×109元。

2.2 環(huán)京津耕地的生態(tài)超載指數(shù)

河北省環(huán)京津耕地生態(tài)超載指數(shù)整體呈現(xiàn)赤字的態(tài)勢(shì),如圖2。僅位于北部地區(qū)的張家口(0.33)、東部地區(qū)的唐山(0.07)、中部地區(qū)的廊坊(0.05)表現(xiàn)為盈余,其余各縣市均呈現(xiàn)為赤字的狀態(tài)。除廊坊外位于中部及南部地區(qū)的各市均呈現(xiàn)為赤字狀態(tài),這是由于中部及南部地區(qū)為環(huán)京津經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū),特別是保定市,其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,是以耗損大量、高質(zhì)量的耕地資源為代價(jià)的,并且越來(lái)越多人口向保定市聚集,使得保定市的耕地生態(tài)承載力不足以支撐其生態(tài)耗損的能力。位于環(huán)京津中部地區(qū)的滄州超載指數(shù)最大,為-0.57,這是由于滄州市作為沿海城市,部分耕地存在鹽漬化現(xiàn)象,導(dǎo)致其作物產(chǎn)量較全省其他城市而言最低,從而表現(xiàn)為耕地生態(tài)超載指數(shù)最大。

圖2 環(huán)京津地區(qū)耕地生態(tài)超載指數(shù)Fig.2 Ecological overload index of cultivated land in the area around Beijing and Tianjin

2.3 環(huán)京津耕地生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)

環(huán)京津地區(qū)“生態(tài)供給”與“生態(tài)消費(fèi)”存在典型的“空間異位”現(xiàn)象。環(huán)京津耕地“生態(tài)消費(fèi)”主要集中于中部及南部地區(qū),而耕地“生態(tài)供給”則主要集中在北部地區(qū)。根據(jù)區(qū)域應(yīng)獲得或者支付補(bǔ)償?shù)呐卸ǚ椒ù_定2014年環(huán)京津獲取耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)目h市主要集中于張家口、唐山、廊坊市;支付耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)目h市為張北縣、興隆縣、蔚縣、尚義縣和淶源縣等17個(gè),主要集中在保定、滄州及承德地區(qū),如圖3a。

環(huán)京津耕地生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)由東南向西北逐漸升高,如圖3b。西北部地區(qū)優(yōu)先級(jí)較高,如張家口市的康寶縣、張北縣、尚義縣以及保定市的淶源縣等,耕地生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)較大;其中張北縣的優(yōu)先級(jí)最高,其次為淶源縣,耕地生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)分別為0.168 0、0.148 7,這些地區(qū)應(yīng)優(yōu)先獲得耕地生態(tài)補(bǔ)償,因?yàn)檫@些地區(qū)耕地質(zhì)量較高,糧食較安全,為北京、天津的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐,當(dāng)獲得耕地生態(tài)補(bǔ)償后其經(jīng)濟(jì)將得到更快發(fā)展;而東北部和中部地區(qū)耕地補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)較低,如寬城滿族自治縣、樂亭縣、大廠回族自治區(qū)和興隆縣等,應(yīng)首先向其他地區(qū)支付耕地生態(tài)補(bǔ)償;優(yōu)先級(jí)最小的為寬城滿族自治縣,其次為樂亭縣,耕地生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)分別為0.014 5、0.019 9,其發(fā)展相對(duì)緩慢,耕地質(zhì)量差且面積少,整體表現(xiàn)為糧食不安全,經(jīng)濟(jì)發(fā)展受生態(tài)補(bǔ)償影響小,應(yīng)優(yōu)先支付生態(tài)補(bǔ)償金。

圖3 環(huán)京津地區(qū)耕地生態(tài)盈余/赤字(a)及耕地生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)(b)分布圖Fig.3 Ecological surplus or deficit of cultivated land (a) and priority of cultivated land ecological compensation (b) in the area around Beijing and Tianjin

2.4 耕地生態(tài)補(bǔ)償量分析

從補(bǔ)償量角度分析,2014年環(huán)京津耕地生態(tài)補(bǔ)償量整體呈現(xiàn)不能自足的態(tài)勢(shì),表現(xiàn)為耕地生態(tài)赤字,總赤字金額為7.834×109元。西北部地區(qū)支付補(bǔ)償總額最高,為4.694×109元,占研究區(qū)總量的59.91%,其中滄州市支付總量最高,為1.811×109元,其次為保定市,達(dá)1.541×109元,承德市也需支付耕地生態(tài)補(bǔ)償金,為1.342×109元;北部地區(qū)整體表現(xiàn)為耕地生態(tài)盈余,可獲得6.97×108元耕地生態(tài)補(bǔ)償,其中張家口市可獲得最多補(bǔ)償,為6.29×108元,其次為唐山1.75×108元,廊坊6.7×107元,雖然這些地區(qū)是耕地生態(tài)盈余的狀態(tài),但耕地生態(tài)條件也僅僅表現(xiàn)為“緊平衡”。從縣域來(lái)看,灤南縣支付補(bǔ)償金額最高,為5.173×107元;其次為玉田縣與東光縣,分別為4.864×107元、4.849×107元;支付補(bǔ)償金額最小的唐縣為4.914×105元,最大值為最小值的105倍,差距懸殊。張北縣獲得的補(bǔ)償金額最大,為6.540×107元;其次為興隆縣、蔚縣,分別為5.944×107元、3.919×107元;獲得補(bǔ)償金額最小的為遵化市,為8.2×103元;耕地生態(tài)條件“緊平衡”的縣市為遵化市、灤平縣和曲陽(yáng)縣,具體分布情況見圖4。

圖4 環(huán)京津地區(qū)耕地生態(tài)補(bǔ)償量圖Fig.4 Quantification of ecological compensation of counties(cities) in the area around Beijing and Tianjin

2.5 糧食安全視角下的環(huán)京津耕地生態(tài)補(bǔ)償量

根據(jù)測(cè)算結(jié)果,利用ARCGIS10.0自然斷點(diǎn)法將生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)分為4級(jí),由大到小分別為0.168 1～0.075 0、0.074 9～0.048 4、0.048 3～0.031 5和0.031 4～0.014 5,其值越大說(shuō)明應(yīng)優(yōu)先對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。由上述耕地生態(tài)補(bǔ)償量(圖4)分析可知,糧食耕地缺口最大的縣為灤南縣、玉田縣、東光縣和滄縣等19個(gè)縣,補(bǔ)償量均在3.400×107元以上,其中灤南縣、玉田縣、獻(xiàn)縣、吳橋縣和定州市生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)較小,表現(xiàn)為糧食不安全,人均耕地資源較少,在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)以糧食和生態(tài)安全為代價(jià),為其他地區(qū)提供生態(tài)服務(wù),屬于“生態(tài)消費(fèi)區(qū)”,支付生態(tài)補(bǔ)償后對(duì)其經(jīng)濟(jì)狀況影響較小,因此應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行生態(tài)支付。糧食耕地盈余縣為張北縣、興隆縣、蔚縣和尚義縣等17個(gè)縣,其中張北縣、蔚縣、尚義縣、陽(yáng)原縣、淶源縣和曲陽(yáng)縣的生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)最大,表現(xiàn)為糧食安全,城鎮(zhèn)化和工業(yè)化水平的快速推進(jìn)使得這些縣成為“生態(tài)供給區(qū)”,獲得補(bǔ)償后對(duì)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響較大,應(yīng)率先獲得生態(tài)補(bǔ)償。唐縣、淶水縣和豐寧滿族自治縣糧食耕地均存在較小缺口,且生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)較小,但基本能滿足自身要求,并不急需獲得生態(tài)補(bǔ)償。

3 結(jié)論與討論

本文以地區(qū)及市級(jí)行政區(qū)為研究單元,引入了耕地生態(tài)補(bǔ)償量化模型,對(duì)河北省環(huán)京津的72個(gè)縣(市)的耕地生態(tài)狀況進(jìn)行了探究,并量化了其補(bǔ)償強(qiáng)度。研究結(jié)果顯示:1)2014年環(huán)京津耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為4.480 5×1010元,其價(jià)值分布整體呈現(xiàn)北部低、中部及南部高的特點(diǎn),符合耕地?cái)?shù)量由北至南依次增加的趨勢(shì)。2)環(huán)京津耕地生態(tài)超載指數(shù)整體呈現(xiàn)赤字的態(tài)勢(shì)。位于北部地區(qū)的張家口、唐山、廊坊小部分地區(qū)表現(xiàn)為盈余,其余各縣(市)均呈現(xiàn)為赤字的狀態(tài)。3)環(huán)京津耕地“生態(tài)供給”與“生態(tài)消費(fèi)”存在典型的“空間異位”現(xiàn)象,其中“生態(tài)消費(fèi)”主要集中于中部及南部地區(qū),而耕地“生態(tài)供給”則主要集中在北部地區(qū),其中獲得耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)目h市為張北縣、興隆縣、蔚縣、尚義縣、淶源縣等17個(gè),其余各縣市均需支付補(bǔ)償。4)2014年環(huán)京津耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈現(xiàn)不能自足的態(tài)勢(shì),總赤字金額為7.834×109元,其中灤南縣需支付的耕地生態(tài)補(bǔ)償量最高,其次為玉田縣與東光縣。張北縣獲得的補(bǔ)償金額最大;雖然遵化市、灤平縣、曲陽(yáng)縣可獲得補(bǔ)償,但其耕地生態(tài)條件也僅僅表現(xiàn)為“緊平衡”,仍需受到廣泛關(guān)注。5)從糧食安全視角考慮,環(huán)京津區(qū)急需獲得耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)目h為張北縣、蔚縣、尚義縣、陽(yáng)原縣、淶源縣和曲陽(yáng)縣,需支付耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)目h為灤南縣、玉田縣、獻(xiàn)縣、吳橋縣和定州市,唐縣、淶水縣和豐寧滿族自治縣糧食安全基本可以保證,可自給自足,既不需獲得也不需支付耕地生態(tài)補(bǔ)償。

由于前人研究較多的是補(bǔ)償優(yōu)先級(jí),即“誰(shuí)先補(bǔ)償誰(shuí)”的問題,對(duì)于生態(tài)補(bǔ)償量化的研究較少。本文從糧食安全的角度出發(fā),并且與生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)相結(jié)合,對(duì)河北省環(huán)京津耕地生態(tài)補(bǔ)償問題進(jìn)行了探究,量化了縣(市)之間耕地生態(tài)補(bǔ)償量及補(bǔ)償優(yōu)先級(jí),明確了環(huán)京津各縣市間耕地生態(tài)補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)關(guān)系,對(duì)于促進(jìn)環(huán)京津經(jīng)濟(jì)發(fā)展、耕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)與耕地資源持續(xù)高效利用發(fā)揮著重要作用。但本文僅對(duì)2014年環(huán)京津耕地生態(tài)補(bǔ)償及其空間分布狀況進(jìn)行了定量分析,并未深入分析造成這種空間分布狀況的原因,且未結(jié)合其時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)全面分析,今后可在此基礎(chǔ)上探索適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)環(huán)京津耕地生態(tài)補(bǔ)償時(shí)空變化特征及驅(qū)動(dòng)力分析、改善環(huán)京津耕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的措施、建議等方面進(jìn)一步深入分析研究。

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Quantitative study on cultivated land ecological compensation in the area around Beijing and Tianjin from the perspective of grain security*

ZHAO Qing1,XU Hao1,2**,GUO Niandong2
(1.College of Land Resources,Hebei Agricultural University,Baoding 071000,China;2.College of Resources and Environmental Sciences,Hebei Agricultural University,Baoding 071000,China)

There is renewed research on ecological compensation of cultivated lands towards food security,a necessary requirement for the stable development of a country and society.In order to promote coordinated development and construction of integration ecological environment for Beijing City,Tianjin City and Hebei Province,a grain-security-driven model was built to simulate ecological compensation of cultivated lands in the region.The model used ecosystem services value to calcu-late grain budget,overload index and compensation coefficient of cultivated land.The farmland ecological compensation of each county (city) was analyzed quantitatively for the Beijing-Tianjin environs using the calibrated and validated ecological compensation model for cultivated lands.The results showed that:1) the “ecological supply” and “ecological consumption” of farm lands in the Beijing-Tianjin environs were typically similar in terms of “ectopic space” phenomenon.While “ecological consumption” of cultivated lands was mainly concentrated in farmlands in the south of Beijing and Tianjin environs,“ecological supply” was mainly concentrated in cultivated farmlands in the west of Beijing and Tianjin environs.2) The value of ecosystem services of farmlands around Beijing and Tianjin in 2014 was 4.480 5×1010￥,whose situation continued to worsen with a total deficit of 7.834×109￥.3) In the area around Beijing and Tianjin,Zhangbei County,Xinglong County,Weixian County,Shangyi County,Laiyuan County,on to a total of 17 counties had surpluses,and the other counties had deficits.Luannan County was highest in payment of farmland ecological compensation (5.173×107￥),followed by Yutian County(4.864×107￥) and then Dongguang County (4.849×107￥).Although Zunhua County,Luanping County and Quyang County were compensable,their ecological conditions of cultivated lands were in bare balance.4) From the point of view of food security,there were several counties requiring for farmland ecological compensation in 2014 around Beijing and Tianjin,including Zhangbei County,Weixian County,Shangyi County,Yangyuan County,Laiyuan County and Quyang County.Several counties should pay for farmland ecological compensation,they were Luannan County,Yutian County,Xianxian County,Dingzhou City and Wuqiao County.Tangxian County,Laishui County and Fengning Manzu Autonomous County neither needed nor paid farmland ecological compensation.Compared with previous studies,this study on farmland ecological compensation provided a starting point for research on compensation for farmlands around Beijing and Tianjin.The results could promote economic development,ecological protection of farmlands,and sustainably efficient utilization of farmland resources around Beijing and Tianjin.Meanwhile,the application of this method provided the theoretical reference for quantitative study of ecological compensation of farmlands in similar regions.It could provide references for determining cultivated land protection index with ecological value for other area.It was vital to conduct further research on ecological compensation mechanisms in cultivated lands.

Cultivated land;Ecosystem services value;Grain security;Ecological supply;Ecological consumption;Ecological compensation;Area around Beijing and Tianjin

Nov.29,2016;accepted Apr.5,2017

F301.24

:A

:1671-3990(2017)07-1052-08

10.13930/j.cnki.cjea.161080

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Zhao Q,Xu H,Guo N D.Quantitative study on cultivated land ecological compensation in the area around Beijing and Tianjin from the perspective of grain security[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2017,25(7):1052-1059

*河北省政府財(cái)政預(yù)算項(xiàng)目(2014995161)資助

** 通訊作者:許皞,研究方向?yàn)橥恋刭Y源。E-mail:xuhao22003@126.com.cn

趙青,研究方向?yàn)橥恋刭Y源利用與規(guī)劃。E-mail:932490026@qq.com

2016-11-29 接受日期:2017-04-05

*This study was supported by the Government Budget Project of Hebei Province of China (2014995161).

** Corresponding author,E-mail:xuhao22003@126.com.cn