基于用水負效益的農業水資源生態經濟系統損耗度評價

劉銘璐 郭溪

摘 要：農業用水過程中供水、用耗水、排水、納污環節產生的負效益會對農業水資源生態經濟系統產生一定程度的損耗，進而影響系統的可持續性?；谵r業用水過程中各環節產出的負效益，構建農業水資源生態經濟系統損耗度評價指標體系，以經濟損失率、社會失穩率、生態負載率為指標，運用能值方法、ＡＨＰ 層次分析法分析了２０１２—２０１７ 年鄭州市農業水資源生態經濟系統損耗度及其發展趨勢，結果表明：２０１２—２０１６ 年鄭州市農業生態經濟系統的經濟損失率約為０．２５％，２０１７ 年上升至０．２９％；社會失穩率由２０１２ 年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％；２０１２—２０１６ 年生態負載率基本穩定為１１．７％，２０１７ 年上升至１３．７％；系統損耗度主要受社會失穩率和生態負載率影響，系統損耗度整體呈下降趨勢，由輕度不可持續轉變為臨界不可持續，逐漸趨于良性發展。

關鍵詞：水資源生態經濟系統；損耗；負效益；鄭州市

中圖分類號：ＴＶ２１１．１＋ １；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０３．０１８

引用格式：劉銘璐，郭溪．基于用水負效益的農業水資源生態經濟系統損耗度評價［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（３）：９８－１０２，１０８．

基于水循環過程中能量的流動，農業用水全過程可劃分為供水、用耗水、排水、納污４ 個環節，各環節伴隨著水和其他物質與能量的投入、產出、轉換等，各類農產品、社會保障產品等正效益產出的同時，伴隨著生態失衡、污染物排放等負效益的產出。產出的負效益在一定程度上影響農業水資源生態經濟系統的結構和功能，進而影響農業的可持續發展［１］ 。

評價農業水資源生態經濟系統的方法主要有經驗評估法、綜合分級評分法、多指標綜合評分法等［２］ 。隨著能值理論［３］ 的發展，能值評價方法逐漸應用于農業水資源生態經濟系統評價。吳國慶［４］ 提出資源生態環境壓力、質量、保護整治能力３ 個方面包括２３ 個指標的生態安全評價指標體系，進行了嘉興市農業可持續發展的生態安全評價。曹志宏等［５］ 利用能值分析理論，定量分析了河南省農業生態經濟系統的運行特征。辛嶺等［６］ 建立了由經濟社會發展、資源減量投入、資源循環利用和生態環境４ 個方面包括１７ 個指標的中國農業可持續發展評價指標體系，采用多指標綜合評價法進行了１９９１—２０１３ 年我國農業可持續發展水平評價。楊芳等［７］ 通過建立農業可持續發展指數（ＡＳＤＩ）綜合性指標，探討了銅仁市農業可持續發展狀況。孫建國等［８］ 運用Ｓｕｐｅｒ－ＳＢＭ 模型和Ｍａｌｍｑｕｉｓｔ 指數、莫蘭指數等，測評了河南省沿黃八市的生態經濟效率。韓春輝等［９］ 采用熵權法與耦合協調度模型，評價分析了２０１１—２０１８ 年河南省引黃受水區各地級市的資源－生態－經濟系統安全水平和子系統間的耦合協調關系。

評價農業水資源生態經濟系統可持續性的方法多為構建模型或建立評價指標體系，但在選取指標和確定權重的過程中存在較強主觀性。后有學者從綜合效益出發進行評價［１０］ ，但研究時未充分考慮不同用水環節產出的負效益對農業水資源生態經濟系統結構和功能的影響。針對以上問題，本文基于農業用水過程中各環節產出的負效益，采用能值理論，從經濟、社會、生態及系統整體４ 個方面研究農業用水過程中產出的負效益造成的系統損耗，構建基于用水負效益的農業水資源生態經濟系統損耗度評價指標體系，分析評價農業水資源生態經濟系統的可持續性并提出建議，以促進農業持續穩定健康發展。

１ 農業用水過程各環節負效益構成及量化

農業用水的供水環節指水資源以降水、地表水、地下水等形式，經過取水、引水、提水等過程將水資源轉換為可供農業生產使用的水資源。過度取用地下水會破壞生態環境，造成地面沉降等，產生地下水超采負效益和生態失衡負效益。

用耗水環節包括用水環節和耗水環節，用水環節主要指水資源到達用水戶后的使用過程，耗水環節包括對水資源數量和質量的消耗，因此耗水環節是在用水環節中實現的，本文將兩個環節合并為用耗水環節。該環節指供水環節提供的水資源作用于農業、畜牧業、漁業等農業生產活動。投入到農業水資源生態經濟系統的能量包括太陽能、風能等自然能源，人力、種子等可更新有機能，有機肥、機械、農藥等人工輔助能。生產過程中農業退水會帶走部分土壤，產生水土流失負效益；化肥的過量施用會降低農作物生產效率，產生過量施肥負效益；未能回收的農用薄膜污染環境，產生農膜損失負效益。

排水環節指利用水資源完成農業生產后，將養殖污水、灌溉退水、農村生活污水等農業退水排入自然生態系統，其中一部分通過地表徑流進入地表水體，一部分通過滲透作用進入地下水體。由于排放的污水中含有農業生產、農村生活等產生的ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 等污染物，因此進入生態環境會造成一定程度的環境污染，產生污染物排放負效益。

納污環節指農業退水進入自然生態系統，被環境吸收的部分污染物隨水循環在區域內造成一定負面影響。為控制面源污染及入河污染物量往往會采取措施進行污染物削減，產生污染物削減投入負效益。污染物進入環境后會對人體造成一定健康損害，產生人體健康損失負效益［１１－１２］ 。

綜上，在農業用水過程中，供水環節產生的負效益主要考慮地下水超采造成的負面影響及取用水造成的生態失衡；用耗水環節產生的負效益主要考慮過度施肥造成的直接經濟損失、農膜損失和水土流失等；排水環節產生的負效益主要考慮農業面源污染，主要污染物來源為禽畜養殖和化肥施用；納污環節產生的負效益主要考慮削減面源污染物的經濟投入和環境吸收污染物后對人體造成的健康損害。農業用水各環節負效益能量系統見圖１，由于各指標的表現形式及量綱不同，因此使用能值理論將系統中不同種類、不可直接比較的能量采用太陽能值轉換率轉換為太陽能值，量化計算方法參考已有研究成果［１１，１３－１８］ ，見表１（Ｎ 為用水負效益）。

２ 農業水資源生態經濟系統損耗度評價方法

２．１ 農業水資源生態經濟系統損耗度評價指標體系

農業水資源生態經濟系統是人和環境相互作用形成的經濟－社會－生態復合系統［８］ ，基于上述對農業用水負效益的分析及系統的功能屬性，提出經濟損失率、社會失穩率、生態負載率３ 項指標進行農業水資源生態經濟系統損耗度評價。其中：經濟損失率評價系統的經濟損耗度，考慮過量施肥、農膜損失和污染物削減投入造成的經濟負效益；社會失穩率評價系統的社會損失影響，本文指人體健康損失造成的社會負效益；生態負載率評價系統的生態損耗度，考慮地下水超采、生態失衡、水土流失、污染物排放造成的生態負效益。

２．３ 農業水資源生態經濟系統損耗度評價方法

農業水資源生態經濟系統經濟、社會、生態方面的損耗情況影響系統的可持續性，為綜合評價農業水資源生態經濟系統的可持續發展狀況，引入系統損耗度（ＳＬＲ）指標，以損耗度評價系統的可持續性。該指標是運用ＡＨＰ 法［１９］ 對經濟損失率、社會失穩率和生態負載率進行定量分析后計算得出的綜合評價指標，其數值越大，系統的可持續性越小。本文選取鄭州市為研究區域，根據研究區的自然環境情況及發展特點，結合其他學者的相關研究成果，將系統損耗度劃分為５個等級，Ⅰ～Ⅴ級對應的ＳＬＲ 分別為（０，５］、（５，１０］、（１０，１５］、（１５，２０］、＞２０，其可持續狀況分別為可持續、輕度可持續、臨界不可持續、輕度不可持續、不可持續。

３ 基于用水負效益的農業水資源生態經濟系統損耗度評價

３．１ 研究區概況

鄭州市位于河南省中部偏北，是河南省政治、經濟、文化中心，為全國重要的交通樞紐，總面積７ ４４６．２ｋｍ２，屬溫帶季風氣候區，多年平均降水量為６３５．６ｍｍ，降水量年際變化較大。鄭州市土壤類型豐富，適宜種植多種農作物，主要農作物有小麥、玉米、紅薯、大豆、水稻等。鄭州市２０１２—２０１７ 年農業用水情況見表２，可以看出農業用水中取用地下水的占比較高，地下水的開采情況對鄭州市農業生產有重要影響。

３．２ 鄭州市農業水資源生態經濟系統能值投入產出分析

研究數據來源于２０１２—２０１７ 年《鄭州市水資源公報》《河南統計年鑒》，其中農業水資源生態經濟系統的總產出為各類農作物產品，包括種植產品、畜產品、漁產品和林產品，根據診療人次和人均費用計算得出農村醫療保障費用，并轉化為貨幣能值。研究年份農業用水總產出能值計算結果見表３，農村醫療保障能值計算結果見表４。其中，受資料收集限制，進行計算時暫不考慮林產品。

３．３ 鄭州市農業用水全過程負效益

受資料收集限制，本文計算地下水超采及水土流失負效益時參考呂翠美等［１］ 、吳澤寧等［１２］ 部分研究數據；部分數據計算參考已有文獻，如計算過量施肥負效益時參考孔凡斌等［１４］ 研究過量施肥時使用的方法，計算污染物排放負效益時僅考慮氮肥、磷肥施用及禽畜養殖中豬牛羊及家禽排泄物；計算污染物削減投入負效益時參考鄒利林等［１７］ 研究中國農業污染物影子價格的計算方法；計算人體健康損失負效益時參考Ｇａｏ等［１１］ 計算健康損失時采用的生態指標９９ 研究方法，并僅考慮ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 污染物排放的影響。鄭州市２０１２—２０１７ 年農業用水負效益能值見表５。

３．４ 鄭州市基于負效益的系統可持續性評價結果與分析

１）經濟損失率與經濟負效益。鄭州市２０１２—２０１６ 年農業水資源生態經濟系統的經濟損失率約為０．２５％，２０１７ 年上升為０．２９％。在各項經濟負效益中，污染物削減投入占比穩定在５０％左右，農膜損失及過量施肥占比幾乎不變，見圖２。經濟損失率整體呈上升趨勢，分析原因，雖然鄭州市污染物排放減少，經濟投入有所下降，但是農業用水總產出減少，因此經濟損失率增大。

２）社會失穩率與社會負效益。鄭州市２０１２—２０１７ 年農業水資源生態經濟系統的社會失穩率、社會負效益呈下降趨勢（見圖３），其中社會失穩率從２０１２年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％。隨著農村生活環境的改善，農村居民收入的增加、健康意識的增強，以及農村醫療保障制度的逐漸完善，醫療保障能值逐漸增大；同時農業用水過程中控制并減少化肥施用，減少污染物排放并采取措施控制面源污染，人體健康損失負效益即社會負效益逐漸減小，因此社會失穩率下降。

３）生態負載率與生態負效益。鄭州市２０１２—２０１６ 年農業水資源生態經濟系統的生態負載率基本穩定為１１．７％，２０１７ 年上升到１３．７％，其中ＴＮ、ＴＰ、ＣＯＤ 污染物排放負效益下降，但占生態負效益的５０％以上（見圖４），是評價農業水資源生態經濟系統損耗的重點。值得注意的是，生態失衡負效益逐年上升，２０１７ 年的生態失衡負效益接近污染物排放負效益，生態失衡與農業產出和農村人民的生活息息相關，帶來的環境威脅不可輕視。

４）鄭州市農業可持續性評價。針對經濟損失率、社會失穩率和生態負載率進行ＡＨＰ 層次分析法分析，得到特征向量為（０．０３０，１．５９４，１．３７６），其對應的權重分別為０．９８６％、５３．１３６％、４５．８７８％。最大特征根為３．０００，一致性指標ＣＩ 為０．０００，隨機一致性指標ＲＩ 為０．５２０，計算得到一致性比率ＣＲ 為０．０００＜０．１，滿足一致性檢驗。系統損耗度計算結果見表６。

研究表明，２０１２ 年鄭州市農業水資源生態經濟系統損耗度為１６．７５，處于輕度不可持續，而２０１６ 年為９．５４，處于輕度可持續，其余年份均處于臨界不可持續。系統損耗度主要受社會失穩率和生態負載率影響，隨著社會失穩率的大幅下降，系統損耗度逐年下降，鄭州市農業水資源生態經濟系統的可持續狀況由輕度不可持續轉變為臨界不可持續，逐漸趨于良性發展。

４ 結論

基于農業用水負效益，通過構建農業水資源生態經濟系統損耗度評價指標體系，運用能值方法、ＡＨＰ層次分析法分析了農業用水過程中產生的負效益對農業水資源生態經濟系統的損耗度，探究系統的可持續性。通過計算鄭州市２０１２—２０１７ 年農業水資源生態經濟系統的投入產出及負效益得出：鄭州市２０１２—２０１６ 年農業水資源生態經濟系統的經濟損失率約為０．２５％，２０１７ 年小幅上升；伴隨著醫療保障制度的完善和污染物治理措施的實施，社會失穩率逐年下降，由２０１２ 年的２１．４６％下降到２０１７ 年的７．０４％；鄭州市２０１２—２０１６ 年農業水資源生態經濟系統的生態負載率基本穩定為１１．７％，２０１７ 年上升到１３．７％；鄭州市農業用水負效益系統損耗度主要受社會失穩率和生態負載率影響，２０１６ 年達到最低９． ５４，２０１７ 年上升至１０．０３；鄭州市農業水資源生態經濟系統損耗度總體呈下降趨勢，由輕度不可持續轉變為臨界不可持續，逐漸趨于良性發展，面源污染為主的生態負載率較大，需要進一步削減農業退水中的污染物，減少面源污染產出的負效益。

參考文獻：

［１］ 呂翠美，凌敏華．鄭州市水環境污染經濟損失計算［Ｊ］．水資源保護，２０１０，２６（６）：６２－６５，８３．

［２］ 翟勝，王巨媛，張二勛，等．農業生態系統可持續性評價研究進展［Ｊ］．地域研究與開發，２０１０，２９（１）：１２４－１２９．

［３］ ＯＤＵＭ Ｈ Ｔ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ：Ｅｍｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎ?ｍｅｎｔａｌ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｋｉｎｇ［Ｊ］． Ｃｈｉｌｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，１９９６，３４（１）：３４－４１２．

［４］ 吳國慶．區域農業可持續發展的生態安全及其評價研究［Ｊ］．自然資源學報，２００１，１６（３）：２２７－２３３．

［５］ 曹志宏，趙小汎，郝晉珉．河南省農業生態經濟系統運行特征及可持續性分析［Ｊ］．農機化研究，２０１２，３４（９）：２３３－２３６．

［６］ 辛嶺，胡志全．中國農業可持續發展水平評價［Ｊ］．中國農業科技導報，２０１５，１７（４）：１３５－１４２．

［７］ 楊芳，吳永常，韋文珊．基于能量分析的農業生態可持續發展指數方法研究［Ｊ］．中國農業資源與區劃，２０１７，３８（１１）：１７－２３．

［８］ 孫建國，王亞杰，張海艷．河南省沿黃八市生態經濟效率測評及分異研究［Ｊ］．人民黃河，２０２１，４３（８）：１４－１８．

［９］ 韓春輝，左其亭，張修宇，等．河南省引黃受水區資源－生態－經濟系統安全評價與耦合協調分析［Ｊ］．人民黃河，２０２２，４４（１）：６１－６６，９３．

［１０］ 呂翠美．區域水資源生態經濟價值的能值研究［Ｄ］．鄭州：鄭州大學，２００９：８－３６．

［１１］ ＧＡＯ Ｍｅｉｙａｎ，ＷＵ Ｚｅｎｉｎｇ，ＧＵＯ Ｘｉ，ｅｔ ａｌ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｗａｔｅｒ ＵｓｅＢａｓｅｄ ｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｙｃｌｅ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎ?ｄｉｃａｔｏｒｓ，２０２２（４）：１３９．

［１２］ 吳澤寧，郭溪，王慧亮，等．一種基于能值的農業生態經濟系統用水正負效益統一度量分析方法：ＣＮ１０６１７１５７８Ａ［Ｐ］．２０１６－１２－０７．

［１３］ 李曉凱，石海峰．地下水超采的經濟損失計算方法及其在典型地區的應用［Ｊ］．水利水電科技進展，２００３，２３（６）：１３－１６，６５．

［１４］ 孔凡斌，郭巧苓，潘丹．中國糧食作物的過量施肥程度評價及時空分異［ Ｊ］． 經濟地理，２０１８，３８ （１０）： ２０１ －２１０，２４０．

［１５］ 馬軍旗，樂章．中國農業面源污染的空間差異與影響因素分析［Ｊ］．農業現代化研究，２０２１，４２（６）：１１３７－１１４５．

［１６］ 孟靖凱，趙暹，李容榛，等．河北省畜禽養殖規?；潭扰c污染物排放量關系的實證研究［Ｊ］．林業與生態科學，２０１９，３４（３）：２９１－２９６．

［１７］ 鄒利林，劉彥隨，王永生．１９７８—２０１７ 年中國農業污染物影子價格及污染成本測算［Ｊ］．農業工程學報，２０２０，３６（６）：２２３－２３０．

［１８］ＭＡＲＫ Ｇｏｅｄｋｏｏｐ．Ｔｈｅ Ｅｃｏ?Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ９９ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，２００７，３（１）：３２－３８．

［１９］ 韓利，梅強，陸玉梅，等．ＡＨＰ－模糊綜合評價方法的分析與研究［Ｊ］．中國安全科學學報，２００４，１４（７）：８６－８９．

【責任編輯 呂艷梅】