洞庭湖湿地稻区化肥环境影响评估

摘要 研究采用时间序列分析法，预测洞庭湖区2010年、2020年人口将分别达到1 396.38×104人、1 492.31×104人，稻谷总需求量分别为5 002.17×103 t，5 284.79×103

t，化肥投入实物量将分别为1 466.91×103t，1 549.79×103 t。在总结国内外化肥投入影响环境研究基础上建立了化肥环境影响评估模型，预计2010，2020年洞庭湖区区水稻生产因化肥带来环境成本将分别达到2.2×108元、2.32×108元，占稻谷销售效益的3.4％和3.13％，稻田生态系统和社会将难以承受，建议政府在化肥过量施用的地区征收化肥环境税。

关键词 湿地；洞庭湖区；稻谷需求；化肥；环境成本

中图分类号 X22

文献标识码 A

文章编号 1002-2104(2007)01-0081-04

湿地是一种独特而又重要的生态系统，具有巨大的经济、社会、环境价值。洞庭湖区（北纬28° 44′～29°35′；东经111°53′～113°）位于长江中游以南，湖南省北部。该区以洞庭湖为中心，是世界上重要湿地之一，土地总面积3.16×104 km2，占全省总面积的15%，总人口约1 300×104人，占全省总人口的20%，耕地面积96.98×1104

hm2，占全省总耕地面积30%以上[1]。洞庭湖区水、土、生物等资源丰富，开发历史悠久，是国内主要商品粮生产基地，粮食产量（主要是水稻）占湖南省粮食总产量的30.04%，占全国粮食总量的5.78%。因此，洞庭湖湿地水稻生产在保障我国粮食安全方面发挥着举足轻重的作用。随着人口的不断增加和洞庭湖区耕地面积的不断减少，社会面临着巨大的粮食压力。洞庭湖湿地稻区的农户在借助于现代科学技术改变水稻遗传性状培育出来的高产稳产水稻品种的同时，最直接普遍的方式就是不断在耕地上增加化肥尤其是氮肥的投入量，以不断提高单位播种面积的稻谷产量。但是，因农户一味追求粮食产量的提高而过量地施用化学肥料，使得大量未被利用的肥料进入环境，造成土壤、大气、水体等方面严重的环境问题，直接或间接地影响经济的可持续发展和人类的健康。本文试从定量的角度，预测2010和2020年洞庭湖区化肥投入量及其环境成本，旨在为提高农户的环境意识和为其在水稻生产过程中科学施肥提供依据，为农业部门科学决策和征收化肥环境税，及促进农业可持续发展提供科学依据和理论参考。

1 洞庭湖区水稻生产化肥投入预测

洞庭湖区自20世纪50年代开始在水稻生产中施用化肥，由于施用化肥后粮食增产明显，从20世纪80年代开始，湖区农户在水稻生产中的化肥施用量急剧增加，1994年突破1 000 kg/ hm2，2000年达到1 062.08 kg/ hm2（图1）。

如果按照目前的生产管理方式(包括N、P、K的配比)，即使不考虑化肥的报酬递减，化肥平均产粮水平按3.41 kg计算，2010，2020年洞庭湖区水稻总产量要达到5 002.17×103 t，5 284.79×103 t，则要求化肥投入量分别为1 466.91×103t，1 549.79×103t。如果考虑到化肥的报酬递减，则化肥的投入还要高，但是如果讲究有机肥与无机肥的配合施用，N、P、K的科学配方施肥，则需增施化肥量将低于预测值。2 化肥环境影响评估模型的建立及其应用

本文在对前人定性研究和单项定量研究成果系统总结、归类的基础上，结合洞庭湖区的区域特点和实际情况，提出了水稻生产中因化肥带来的环境成本评估的指标体系（表1）。由于数据或评价方法的原因，对稻田生态系统未利用的氮肥在微生物作用下转化为温室气体氧化亚氮导致气候变化的经济影响，及人体健康等间接损害尚难以进行评估。

生态过程环境影响氮磷化肥流失对地表水的污染造成富营养化降低下游渔业产量氮化肥淋失对增加地下水的硝酸盐含量饮用水源受到污染磷肥中的重金属富集到土壤和稻米中稻米品质下降

向平安等：洞庭湖湿地稻区化肥环境影响评估中国人口・资源与环境 2007年 第1期[BT2]2.1 下游渔业损失

2.1.1 评估方法

采用L．D詹姆斯曾用“损失-浓度曲线”描述某种污染物对水体的损失[5～7]，某种污染物对水体造成的损失可表示为：

式中：c―某污染物浓度；

S―污染物引起的经济损失；

K―该功能价值量，当C∞时，SK，故K为最大损失值，此时水体完全不能利用，故K又可理解水体的价值。

a、b待估参数，它们是由该污染物的特征所决定（表1）。因此，使用化肥造成的渔业损失采用如下公式计算：

其中，EC1为使用化肥造成的渔业损失，PC为地表径流占污染物来源的比例；R为因水稻生产产生的地表径流占径流总量的比例。

2.1.2 参数选取

选取参数a、b的参考值如表2所示。对于渔业损失，K值为24.26×108元。

总氮和总磷均为引起富营养化的营养物质，不是相互独立的污染物，以其中影响最小的一个为限制性因素，因而计算综合损失率（某污染物引起的损失S与水体价值K之比值）时，以总氮、总磷中单项损失率最小的一个参与计算。运用表2中参数计算，对渔业而言，总氮的污染损失率为0.0115，总磷的污染损失率为0.0247；对饮用水源，总氮的污染损失率为0.704，总磷的污染损失率为1.0。计算表明，洞庭湖是一个以氮为限制性因子的水体，因而总磷的单项损失率不参与综合损失的计算。

2.1.3 评估结果

运用式（1）计算的结果表明，洞庭湖因水体富营养化对下游渔业造成的年损失为0.28×108元，假设地表径流占污染来源的比例（PC）1.52%[8]，水稻生产产生的地表径流占径流总量的比例（R）25%[10]，由式（2）可以得出：水稻生产对下游渔业造成的损失（EC1）为 10.6×104元。

2.2 污染饮用水源

2.2.1 评估方法

水稻生产影响饮用水源的价值评估采用损失一浓度曲线法，根据公式（1）计算得出。

2.2.2 参数确定

K值确定：洞庭湖水是目前1200多万人口的饮用水源，按人均生活用水量乘以水价，可得到洞庭湖作为饮用水源的功能值（K）为6.3×108元。a、b值参见表4。

2.2.3 评估结果

运用公式（1）计算的结果表明，水稻生产过程中化肥施用对饮用水源造成的年损失为1.11×108元。

2.3 稻米重金属积累

2.3.1 评估方法

重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，主要来源为以磷矿石为原料的磷肥，而危害最大的又是重金属镉。水稻生产过程中稻米重金属积累的损失采用市场价值法根据式（3）进行评估[11－12]：

其中：EC2―水稻生产因Cd污染的环境经济损失

2.3.2 评估结果

1999年洞庭湖区水稻总产量为5 724 268 t；据1999全省农业环境定位监测结果，稻米镉的平均超标率为17%，其中4%来源于使用磷肥，其余来源于工矿企业的“三废”等，1999年洞庭湖区稻谷市场价为1 076.8元/t。由式（3）计算可知，使用化肥带来的重金属污染造成损失为0.42×108元。

将化肥各主要环境成本累加，1999年达到1.53×108元，每千克化肥的环境成本约合0.15元，可以看出，洞庭湖区水稻生产因施用化肥所带来的环境成本是比较高的。

预测2010、2020年洞庭湖区水稻总需求量将达到5 002.17×103 t，5 284.79×103 t，化肥投入量将分别达到1 466.91×103 t，1 549.79×103 t，假设每千克化肥环境成本不变，则其化肥的环境成本将分别达到2.2×108元、2.32×108元。随着人口的不断增多，稻谷需求量的不断增加，粮食价格将有所上扬，假设2010年、2020年稻谷价格上涨幅度分别为2000年的20％，30％，按需求量预测值计算，2010、2020年稻谷销售效益将分别为64.64×108元，73.98×108元。那么，2010年、2020年水稻生产中化肥的环境成本将分别约占稻谷销售效益的3.4％、3.13％。由此可见，今后水稻生产中化肥的使用若依然按照传统的方式方法进行，其环境代价将是十分高昂的。

3 结论与讨论

洞庭湖区是我国典型的双季稻区，与其它单季稻区比较，单位面积稻谷生产力更高。由于这种高生产力是基于“双季”获得的，每季的生长期较短，难以获得高的经济系数和化肥利用系数，化肥利用率相对较低。正因为如此，洞庭湖区化肥对环境影响程度和影响能力都有别于其它单季稻区。近年的研究表明，化肥，特别是氮肥已成为我国农用生产资料中对环境、农产品质量和消费者健康影响最大的因素，值得予以高度关注并系统研究。

预测2010，2020年洞庭湖区水稻总需求量将达到5 002.17×103 t，5 284.79×103 t，则要求水稻单产在2010，2020年分别达到6 284 kg/hm2，6 639 kg/hm2。随着农业科学技术的发展,加快水稻品种改良和改善农艺措施，洞庭湖区水稻生产要满足社会的需要并不是非常困难，但需要社会各界对耕地保护采取有力的措施，不让耕地面积再减少。否则，水稻总产量的目标难以实现。

如果不考虑化肥的报酬递减，化肥按其平均产粮水平按3.41 kg计算，2010、2020年洞庭湖区水稻总产量要达到5 002.17×103 t，5 284.79×103 t，要求化肥投入量分别为 1 466.91×103t，1 549.79×103t，分别约合1 843 kg/hm2，1 947 kg/hm2。假设每公斤化肥环境成本不变，则2010年、2020年水稻生产中化肥的环境成本将分别达到2.2×108元，2.32×108元，约为预测年份稻谷销售效益的3.4％、3.13％。届时，稻田面源污染对本已达富营养化的洞庭湖富营养化程度进一步加剧，这将使洞庭湖变清的目标难以实现，而且，由于需要大量的化肥，这给我国本来已经紧张的能源状况无疑是雪上加霜。如此高的环境代价稻田生态系统和社会难以承受，要使水稻生产可持续发展，今后应在继续坚持稻田生产系统改制的基础上，加快生态农业技术的发展与应用，建立良性的养分循环机制，利用所取得的科技成果，提高化肥的利用率，减少环境成本，使水稻生产按经济、生态、社会三效益合一而持续发展下去。建议政府在宏观决策方面使农业与环境政策一体化，在化肥（主要是氮肥）过量施用的地区征收化肥环境税，对有利于减少污染的肥料予以价格支持；在微观方面进行生态农业技术的示范和推广，如推广平衡施肥技术、深层施肥技术等来提高化肥的利用率，减少化肥非点源污染。

参考文献(References)

［1］ 湖南省地图册［M］. 长沙：湖南地图出版社, 2000, 7～8.［ Atlas of Hunan Province［M］. Changsha: Hunan Map Press, 2000, 7～8.］

［2］ 谭向勇，辛贤，蒋乃华 等. 中国主要农产品市场分析［M］.北京：中国农业出版社, 2001,18～25.［Tan Xiangyong, Xin Xian, Jiang Naihua. Market Analysis of Main Farm Produce in China［M］. Beijing: China Agriculture Press, 2001,18～25.］

［3］ 陆伟国. 我国粮食消费中长期预测模型研究［J］.统计研究，1996，（4）50～54. ［ Lu Weiguo. Study on the Long- and Medium- term Forecast Model of Food Consume in China ［J］. Statistical Research, 1996，（4）：50～54.］

［4］ 刘新平，易爱军，谢小立. 长江流域粮食供求预测研究［J］.地域研究与开发，2000，19（2）62～66. ［Liu Xinping, Yi Aijun, Xie Xiaoli. Projection of the Grain Supply and Demand in the Yangtze Valley ［J］. Areal Research and Development, 2000,19（2）:62～66.］

［5］ 詹姆斯 L.D,李 R.R. (常锡厚,赵宝璋,谢安周 译). 水资源规划经济学 ［M］. 北京：水利电力出版社, 1984:255～257.［ Jamus L.D , Li R. R (Translated by Chang Xihou, Zhao Baozhang, Xie Anzhou).Ecomonics of Water Resources Management ［M］. Beijing: Hydroelectric Power Press, 1984. 255～257.］

［6］ 方凯,李利强,田琪．洞庭湖水环境质量和发展趋势［J］.内陆水产，2003，(4):34～36.［Fang Kai, Li Liqiang, Tian Qi. Dongting Lake Water Environment Quality and Developmental Trends［J］.Inland Aquatic Production, 2003，(4): 34～36.］

［7］ 朱发庆, 吕斌．湖泊使用功能损害程度评价［J］.上海环境科学,1996，15(3): 4～6. ［Zhu Faqing, Lv Bin. Damage Assessment of Lake Use Function ［J］. Environment Science of Shanghai, 1996，15(3):4～6.］

［8］ 卜跃先, 柴铭. 洞庭湖水污染环境经济损害初步评价［J］. 人民长江, 2001, 32（4）:27～28. ［Pu Yuexian, Cai Ming. Initial Evaluation of Economic Losses of Dongting Lake Environmental Pollution from Dongting Lake Water［J］. People's Yantze River, 2001，32(4):27～28.］

［9］ 朱发庆, 高冠民, 李国倜等. 东湖水污染经济损失研究［J］. 环境科学学报, 1993，13(02):

214～222. ［Zhu Faqing, Gao Guanmin, Li Guoti et al. Economic Loss From Water Pollution in Donghu Lake［J］. Acta Scientiae Circumstantiae, 1993，13(02): 214～222.］

［10］ 李季, 靳百根, 崔玉亭. 中国水稻生产的环境成本估算［J］. 生态学报,2001, 21(09): 1474～1483.［ Li Ji, Jin Baigen, Cui Yuting et al. Estimation on the Environmental Costs of Rice Production in China: Hubei and Hunan Case Study［J］. Journal of Ecology , 2001, 21(09): 1474～1483.］

［11］ 李金昌. 生态价值论［M］. 重庆：重庆大学出版社, 1999, 67～68. ［Li Jinchang. Theory of Ecological Value［M］. Chongqing : Chongqing University Press, 1999, 67～68.］

［12］ 汪俊三, 金鉴明, 蔡信德. 生态破坏经济损失分析方法［M］. 北京：中国环境科学出版社,

1996, 8～13. ［Wang Junsan, Jing Jianming , Cai Xinde. Methods of Analyzing Financial Losses Caused by Ecological Destruction［M］ . Beijing: China Environmental Science Press, 1996, 8～13.］

The Evaluation of Environmental Impact of Fertilizer in

Wetland Rice Region of the Dongting Lake Area

XIANG Ping-an1 ZHOU Yan2 HUANG Huang1

(1.College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha Hunan 410128， China;

2. Technical Center of Changsha Cigarette Factory, Changsha Hunan 410014， China ）

Abstract Using a time series analysis method, the author forecasts the population of the Dongting Lake area in 2010 will be 1 396.38×104 with the paddy demand

5 002.17×103 t , and a fertilizer demand at 1 466.91×103 t.

In 2020 the population projection will be 1 492.31×104, the paddy demand

5 284.79×103 t , while the fertilizer demand quantity will be 1 549.79×103 t . The author

set up an evaluation model of environmental costs of fertilizer on the basis of summarizing domestic and international fertilizers used and the relative environment impacts and forecasts the environmental costs of fertilizer in rice production in the Dongting Lake area. The environmental cost of fertilizer will be 2.2×108

yuan and 2.32×108 yuan in 2010 and 2020, respectively , which is equal to 3.4% and 3.13% of the paddy sale. The environmental costs are so high that the paddy field ecological system and society will be significant burdened. For the sake of sustainable development in rice production, the author

advised the government to assess the environmental tax on fertilizer in such areas whereby chemical fertilizers are excessively used.

Key word wetland；Dongting Lake area；paddy demand；fertilizer；environmental cost

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”