黄河三角洲盐碱地棉花种植的综合生态价值估算

□韩若冰 胡继连

[内容提要]黄河三角洲地区土壤盐渍化严重，生态环境脆弱，棉花具有耐盐耐碱性，在盐碱地植棉兼具经济效益和生态效益，然而近些年该地区棉花面积大幅度萎缩，亟需在制定补偿机制时考虑植棉行为的生态价值。通过市场价值法、参数比照法、碳税法等估算黄河三角洲盐碱地棉花种植的综合生态价值，研究表明，该区棉田每年在盐碱地脱盐抑盐、固氮释氧、保持土壤肥力方面的生态价值分别为220548万元、2736万元、47000万元，化学物质使用、碳排放、不当灌溉等等方面的生态损失约为17502万元、478.9万元、6600万元，全区植棉综合生态价值约为245702万元。以此为依据，估算每亩盐碱地的生态补贴标准最高可为945元/亩，因此应进一步提升当前的补偿标准以稳定棉花面积。

地理位置和生成环境的特殊性，使得黄河三角洲土壤盐碱程度高，全区轻度盐碱地53.3万公顷，是我国生态保护重点。由于棉花比较收益低，黄河三角洲棉田多数为盐碱化程度较高的中低产田，生态条件脆弱，垦殖率低。盐碱地种植棉花具有脱盐抑盐、固碳释氧、改良土壤等显著的生态正效应，同时植棉过程中化肥施用、农药喷洒、地膜覆盖、农机作业燃料消耗等带来的环境成本也不容忽视。综合黄河三角洲地区植棉行为带来的生态价值，并以此为依据，在制定补偿机制时考虑植棉行为的生态价值，经济上有利于提升棉农收入，保障棉企发展；生态方面则有助于提升当地政府和棉农对棉花生态效应的重视，建立生态补偿机制，改善区域生态环境。

一、 国内外研究现状分析

国外学者在生态价值及补偿机制领域起步早，研究范围广，理论成果和实际应用均有涉及，在生态补偿基础理论、生态补偿机制设计、生态补偿机制设计等方面有重大成果。如Constanza(1997)等人为代表的“生态经济学派”提出恰当的计量方法有市场价格法和替代成本法:而以Pearce等人(1998)为代表的“环境经济学派”认为恰当的计量方法为支付意愿法(WTP)。

我国开始了对生态补偿的研究开始于20世纪80年代，2000年以后取得了大量的成果，并在退耕还湖、湿地、水源保护地等方面开始了一些实践。在棉花生产的生态价值和补偿机制方面，马琼(2013)以新疆棉花生产为例，运用条件价值法(CVM)，通过对新疆棉花生产正外部性补贴的支付意愿调查和碳汇功能计算，得出新疆棉花生产具有生态正外部性，若将此作为计算棉花补贴的依据，则棉花可补贴6951.03元/hm2；韩若冰(2015)提出由于棉花具有耐旱耐盐碱的生物特性，黄河三角洲棉花种植能够一定程度改善土壤盐碱化，提升地力，有助于维护当地生态，该地区棉花种植萎缩不仅是经济问题，更是生态问题。

当前学术界对农业生态补偿的研究中，多数是对森林、草地等只具有生态功能的产业进行生态补偿研究，而对于棉花等兼具经济和生态双重功能的大田经济作物，已有文献则多集中于研究其经济补偿而忽视了对棉花生态价值的补偿。更是极少有文章给出盐碱地农作物生态价值估算方法，而盐碱地作物在改良土壤、防止次生盐碱化等方面的生态价值往往更为凸显。

二.黄河三角洲植棉的生态正效应及其价值评估

(一)盐碱地植棉保持土壤肥力的生态功能及价值

黄河三角洲盐碱地植棉可提升植被覆盖面积，避免因地表裸露水土流失而造成的肥力消耗；植棉田间作业过程帮助实现表层土壤疏松，夏季压盐抑盐效果明显；棉田冬季闲置，帮助地力修复，棉杆还田也可为土壤提供丰富养分。因此盐碱地种植棉花对保持土壤肥力作用明显，可改善黄河三角洲广泛分布的中低产田。

包括棉花种植在内的耕作活动会不断改变土壤中的有机质和氮、磷、钾含量，从而对土壤肥力产生影响。长期种植棉花(五年以上)会提升重度盐碱地土壤中的水解氮、有效磷和速效钾含量，因而可通过市场价格法，综合植棉行为前后土壤中氮磷钾含量的变化和氮肥、磷肥和钾肥的价格，估算盐碱地植棉在提升土壤肥力方面的生态价值，计算公式为:

V1=(CN·PN+CP·PP+CK·PK)·A·W

式中，V1为黄河三角洲盐碱地植棉带来的培肥地力的生态价值，CN、CP、CK分别表示植棉造成的盐碱地土壤氮磷钾数量改变的情况，详见表1; PN、PP、PK分别表示氮肥、磷肥和钾肥的价格，取氮肥市场价格387元/吨，钾肥、磷肥365元/吨计算; A为黄河三角洲地区棉花播种面积，取东营、滨州两地棉花面积17.3万公顷;W表示考虑土壤容重和耕作深度后的土壤重量，由于耕翻深度有限，黄河三角洲地区棉花种植措施对土壤的影响主要反映在表层土壤(0-20cm)，在表层土壤中，盐碱荒地土壤容重约为1.54 g/cm3。综上得出黄河三角洲棉花种植在提升土壤氮、磷、钾含量上生态价值分别为643.8万元、163.6万元、1928.4万元，因而该区植棉行为在维持地力方面的生态总价值约为2735.8万元。

表1 植棉对盐碱地土壤氮磷钾的增量效果 单位：(mg/kg)

注：表中平均值为平均数±SD

(二)盐碱地植棉固碳释氧功能价值评估

作物在生长过程中不断和大气进行二氧化碳和氧气交换，起到固定碳素与释放氧气的作用，可减轻温室效应，改善生态系统，因而固碳释氧功能也是黄河三角洲棉花生态系统的重要体现，估算对该生态系统固定CO2、释放O2的数量，并用替代成本法估算该生态功能的经济价值，公式如下：

V2=Q·E·P=B/f·E·P

式中，V2表示种植棉花过程的固碳或释氧价值；Q为棉花年净生物量，可由产量除以棉花经济系数得出，黄河三角洲棉区棉花总产量B约18万吨，根据已有文献，棉花经济系数f取0.35计算。光合作用方程反映出植物普遍具有释放氧气和固定二氧化碳的功能，固碳系数和释氧系数E分别为1.63和1.19，该功能的生态价值可通过造林成本法和工业成本法估算，P取工业用氧成本400元/吨、碳交易价格273元/吨。综合上述取值计算得出，黄河三角洲地区植棉过程释放氧生态价值24480万元，固定二氧化碳的生态价值23000万元，该区棉花种植固氮释氧总价值是47000万元。

(三)盐碱地植棉脱盐抑盐的生态价值评估

棉花耐盐耐碱性强，盐碱地植棉在创造经济价值的同时，还具有帮助盐碱地脱盐抑盐的生态价值：棉花春灌，广用地膜，可控制土壤返盐，加速脱盐；夏季中耕培土，改善土壤理性结构，利于渗入雨水，加速淋溶脱盐过程；秋季棉花茎叶繁茂，增加盐碱地植被覆盖又控制了秋旱积盐。

研究发现，种棉改良能显著降低粘质盐土的土壤容重，改善土壤结构和通气状况，降低土壤表层及剖面含盐量。选择运用替代成本法、生产率变动法分别估算黄河三角洲盐碱地使用“暗管排水”的工程改良成本及改良前后小麦产值的变化，以二者平均值估算棉花种植在脱盐抑盐方面的生态价值。

首先运用替代成本法，目前黄河三角洲试行的较为先进的工程措施是暗管排水，作为一种成熟且广泛推广水利工程，暗管排水在地底铺设带有孔洞的管道，通过水盐运动的规律调整地下水位，帮助淋盐洗盐①，该方法在降低土壤含盐量、提升作物产量等方面的效果种植棉花近似。其次采用“生产率变动法”，观察农业生产活动造成的生态环境质量改变及相应的作物产量变化，通过产量变化对应的产值变化可估测某农业生产主经营活动的生态价值或损失。土壤盐碱化是小麦产量的主要影响因素之一，含盐量小于2.0 g/kg的土壤与含盐量超过3.5 g/kg的土壤相对比，小麦产量下降46%(谢文军等，2015)。实验表明，种棉改良3年后，地块耕作层土壤含盐量从5.54g/kg降至2.58 g/kg，能够保证小麦的正常生长,小麦产量也达到 400kg/亩的较高水平②。因此估算盐碱地植棉带来的脱盐生态效应近似为土壤含盐量降低带来的小麦增产收益。计算公式为：

V5=(1200+Q1·P)·A/2

式中，暗管排水开发模式每亩地1200元(宋绍宪，2009)。A表示棉花种植面积，取东营和滨州棉花种植的总面积260万亩计算，Q1为植棉降低盐碱含量带来的小麦产量的变化，P为小麦单价约2.3元/千克。黄河三角洲棉田改善土壤含盐量的生态价值是2205842万元。

三、黄河三角洲盐碱地植棉生态损失及其价值估算

(一)黄河三角洲植棉生态损失

盐碱地植棉在带来上述生态正效应的同时，还会因地膜、农药、化肥及燃料的投入给土壤、水体和大气带来污染，其生态负效应也不容忽视。

棉花生产的外部成本由棉花生产的碳排放环境成本、棉田使用的化学物质污染环境成本和棉田灌溉中水资源浪费的价值损失等构成。因此，黄河三角洲棉花生产外部成本等于上述各项损失和成本之和。通过分解求和法对棉花种植带来的生态损失进行分项列举估算,最后汇总；运用市场价值法、参数比照法等方法分别测算黄河中下游盐碱地棉花种植过程中，化肥施用、农药喷洒、地膜覆盖、农机作业燃料消耗等带来的环境成本，即该地区棉花生产的生态负效应及其价值，最后汇总。由于负外部性影响系数测定困难，仍有部分植棉生态负效应未计算在内，因而实际生态损失可能比评估结果偏高。

(二)黄河三角洲植棉生态损失价值估算

第一，棉花种植中化学物质使用带来的生态损失估算。棉田化肥施用的有效利用率低，过量施肥易造成水体和土壤的重金属污染，最终造成农产品污染。农药施用在带来水体和土壤污染的同时，还会形成大气污染，削弱农田生态系统的生物多样性，破坏生态平衡，威胁人类健康。棉田农膜回收率低、残留比例高且难以降解，易造成土壤板结，地力下降。运用参数比照法，借鉴其他学者已有的农田环境成本结论，结合黄河中下游盐碱地棉花种植的农药、化肥、地膜总投入量近似估算植棉的化学物质生态损失。

山东作为仅次于新疆的产棉大省，化肥单位面积净施用强度明显高于全国水平且在持续增加，2015年化肥施用量达 27.9 公斤/亩。黄三角产棉区的农药和化石燃料使用量虽增长幅度不大，但同样呈增长趋势。按黄河三角洲棉花种植面积 17.3万公顷计算，2015年每亩农药费74.59元，农膜费27.60元， 燃料动力费4.32元，考虑农药农膜等生产物资单价计算可得,每亩棉花农药用量3公斤左右，农膜用量2.30 kg，农用柴油用量0.82kg(表2)。

表2 黄河三角洲化肥、地膜、农药、化石燃料使用情况

注：参考《2016全国农产品成本收益汇编》；2016年实地调研数据

黄河三角洲棉花生产化学污染的环境成本主要来自于植棉过程中过量施用化肥、农药、地膜等生产物资导致地表水污染加重和土壤重金属超标。由于土壤污染和水污染在监测中很难区分污染源，因此难以直接测算造成的生态负效应及其价值。参考马琼③等学者对我国新疆地区棉花生产环境成本的研究结论，如表3所示，农药投入的环境成本为13386元，化肥投入的环境成本为541.42元，地膜为5036.91元(表3)。

表3 各地单位化学物质投入量的环境成本

棉花生产过程中化学物质使用带来的生态损失估算公式设计如下：

i=1，2

式中，Cp为棉花生产中化学污染带来的环境成本， γi为棉花生产中某化学污染物单位投入带来的环境成本，Qi为棉花生产中化学物质的总投入量，i为投入的化学物质种类。

第二，棉花生产中碳排放造成的生态损失成本。棉花生产的碳排放主要有农药化肥使用造成的碳排放、农用机械燃油形成的碳排放，以及棉田作业中能源使用的替代性碳排放，如灌溉、排水。碳排放量估算模型为:

式中Qe为棉花生产过程中的碳排放总量,Ct为第i种碳排放因素(碳源)的使用量，δi为第i种碳排放因素的排放系数。

表4 农地碳源及碳排放系数

资料来源:《中国统计年鉴》，《全国农产品成本收益资料汇编》

运用分解求和法,参照各种农用化学物质施用和能源消耗的碳排放系数已有研究成果(表4)，并按黄河三角洲棉花播种面积比重换算。经计算汇总,黄河三角洲地区棉花生产中使用的化肥、农药、地膜、柴油碳排放及棉田灌溉和排费的替代性碳排放量Qe合计为137.73×103t，按照中国实施的项目碳交易市场价格4-6.5US/t取中间值5.25US/t计算，实时汇率按1$=6.6088￥计算，当年黄河三角洲地区棉花生产碳排放的环境成本Ce为478.9×104元。

第三，棉花生产中灌溉不当引起水资源浪费的生态损失估算。

黄河三角洲棉花全生育期需水量676mm，年有效降水量远远不足，实际缺水量仍在255mm，需要依靠农田灌溉获得(表5)。棉花具有耐旱特性，适合水资源短缺的黄河三角洲地区种植，但由于本区多数棉田未使用节水灌溉技术，水资源浪费现象严重。灌溉方式的不合理——如大水漫灌和土渠输水，加之排水的农田水利配套设施建设不完善，导致地下水位浅。“引水压盐”却加重了土壤次生及原生盐碱化，形成恶性循环。盐随水走，盐随水来，在地下水动态变化比较活跃的黄三角地区，如果灌水量和灌水频率控制不当，极易引起土壤次生盐渍化，既加重了水资源的紧缺，又威胁到了整个三角洲地区的生态安全。

棉田膜下滴灌技术是一种结合了以色列滴灌技术和国内覆膜技术优点的新型节水技术，与传统大水漫灌的灌溉方式相比，节水达到 48%，大幅度提高了水的利用率，而且改变了浸润方式，避免了土壤板结，是棉田高效节水灌溉法的典型代表。

设计棉花生产中水资源浪费的价值损失计算模型如下：

Cw=pw·A·(δ-α)

式中，Cw为用水过程中浪费造成的资源损失，A黄三角地区棉田种植面积，δ为传统灌溉条件下每亩棉花用水量，α为高效节水灌溉条件下每亩棉田灌水量， Pw为农用水市场价格。据统计，黄河三角洲农业灌溉用水价格Pw约为0.21元/m3，在传统大水漫灌条件下植棉用水量约为3750m3/hm2，膜下滴灌等节水灌溉条件下植棉用水量相比传统方式节约48%，约为1950m3/hm2。由此可得黄三角地区棉花生产中水资源浪费的生态损失为6600×104

表5 黄河三角洲棉花不同生育时期需水量和灌溉需水量(以惠民为例) 单位：mm

四、研究结论及展望

(一)黄河三角洲植棉综合生态效应及其价值

根据前述分析，黄河三角洲植棉生态正效应明显，每年保持土壤肥力的价值为2736×104元，固氮释氧总价值是47000×104元，脱盐抑盐生态价值是220548×104元，总计27×108元。

但与此同时，黄三角地区植棉也会造成一定的生态负效应，其生态损失估算为化学物质使用带来的生态损失17502.97×104元，碳排放造成的生态损失成本478.9×104元，灌溉不当引起水资源浪费的生态损失6600×104元，总计造成生态损失24581.87×104元(表6)。

通过分解求和法对黄河三角洲盐碱地棉花种植带来的生态价值和生态损失分项列举估算，并汇总得出该区棉花种植综合生态价值为245702×104元，每亩棉花种植平均生态价值约945元。

表6 黄三角盐碱地植棉综合生态价值估算表

(二)盐碱地植棉生态补偿标准设计

结合已有成果，生态补偿标准的最低额应该是植棉所需机会成本，最高额应为服务使用者从服务提供中获取的净收益价值。因此，如何评估环境服务提供的机会成本与生态服务价值成为了确定补偿标准的关键。具体公式如下：

植棉机会成本 <植棉补偿标准 < 植棉生态收益-植棉生态损失

由于植棉机会成本不容易统一量化标准，因此，在确定标准时应根据地方经济特征和提供者的谋生手段而定。以往研究一般通过计算代理变量来估算机会成本: 一是因植棉而放弃非农活动的净收益，主要是打工收益，据调研黄三角地区青年劳动力打工净收入在10000元/年左右，户均占有土地10亩计算，年轻人种植棉花每亩机会成本为1000元(留守老人、留守妇女儿童无机会成本)；二是棉农愿意接受的“公平价格”，主要通过问卷调研进行WTP(Willingness to pay)测算；三是棉田土地出租租金的期望值，当前黄河三角洲土地流转价格200-700元/亩，按土壤肥力及盐碱化程度价格差距很大，取中间值450元/亩。综合第一和第三种代理变量，黄三角地区棉花种植机会成本为725元/亩。因此，理论上该地区棉花种植的补贴标准应不低于725元/亩。最高标准参考上文中对黄三角植棉综合生态效益价值估算每亩945元。因此最终确定的黄河三角洲植棉补偿标准为：

725元/亩<植棉补偿标准 <945元/亩

(三)不足及未来研究重点

第一， 参考了黄河中下游地区盐碱地先进改良措施“暗管排水”的工程造价，近似估算棉花在脱盐抑盐方面的生态价值。但水利工程措施对盐碱地土壤含盐量、土壤PH值、有机质含量以及作物产量质量等指标的改良程度都与棉花种植等农业改良措施有出入，因此将工程措施成本简单等同于棉花脱盐抑盐生态价值的估算方法存在较大误差。下一步应联系土壤学、生态环境科学，力求通过学科交叉完善数据。第二，导致仍有部分植棉生态负效应由于测定困难未计算在内，实际生态损失可能比目前评估结果偏高；此外，市场主体之间的许多外部性影响是彼此交互影响，如水体污染和土壤污染，污染源部分为农业活动，也有部分为工业生产或民众生活，具体来源很难区分。因此棉花种植负外部性的估算的科学性需加强。

注 释：

①于淑会，刘金铜，李志祥，刘慧涛，谭莉梅．暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展[J].中国生态农业学报，2012，20(12) : 1664-1672．

② 刘鸿敏. 棉花种植对粘质盐土物理性状及水盐动态的影响[D].山东农业大学，2016.

③ 马琼. 中国棉花生产外部性测度及其矫正研究[D].华中农业大学，2014.