中国人口·资源与环境2007年第l7卷第l期CHINAPOPULATION．RESOURCESANDi、Ⅲt0NMrrvoI．17No．12O07
洞庭湖湿地稻区化肥环境影响评估
向平安周燕2黄璜
(1．湖南农业大学农学院，湖南长沙410128；2．长沙卷烟厂科研中心，湖南长沙410014
摘要研究采用时间序列分析法．预测洞庭湖区2010年、2O20年人口将分别达到I396．38×lo人、I492．31×lo人。稻谷总需求■分
别为5002．17×1o3tl5284．79×lo3t．化肥投入实物■将分别为l466．9l×103t，l549．79×lto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2010．2O2O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×lo8元、2．32×
l0B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l002—2104(2007l01一∞Bl一04
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
111~53～113o)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×
l04，占全省总面积的15％，总人口约1300×lo4人，占
全省总人口的20％，耕地面积96．98×1104hm2，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。
l洞庭湖区水稻生产化肥投人预测
洞庭湖区自2o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2o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1000ks／h，2O0O年达到1062．08ks／hm2(图1)。
对洞庭湖区1954—2000年间稻谷单产和化肥施用量
o0。f+水稻产量．f一一1．—／
000f／
000·}／
oo4—／
。。。f．．．--．-—_．．·．．—·’—州0l---··-·|=一tdt==11==二-一————————一
年份
图1洞庭湖区1954—2O00年单位面积
化肥用量和水稻单产
Fig．1Perhectareareaapplicationoffertilizersandthe
outputofricefrom1954to200OintheOo,~,tingtakearea
收稿日期：2006—07—16
作者简介：向平安，博士，副教授，主要从事农田生态学研究。
国家863项目(编号：863—306一ZD05—3一E)和国家星火计划项目(编号：20o4EA77003o)资助。
·81·
765432一q／删删暖鐾薯
中国人口·资源与环境2O07年第1期
作相关分析，两者的回归方程为Y=2675+3．41x，R2=
0．83，每千克化肥的稻谷增量为3．41。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计算，2010，2O20
年洞庭湖区水稻总产量要达到5O02．17×103t，5284．79×
103t，则要求化肥投入量分别为1466．91×103t，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。
表1水稻生产中化肥主要环境成本评估指标
Tab．1Themainevaluatingtarget0fenvironmentalCOSTSof
fertilizerinriceproduction
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
2．1下游渔业损失
2．1．1评估方法
采用L．D詹姆斯曾用“损失一浓度曲线”描述某种污
染物对水体的损失l5_7]，某种污染物对水体造成的损失可
表示为：
S-(1)
式中：c一某污染物浓度；
．s一污染物引起的经济损失；
一该功能价值量，当c一∞时，．s—，故为最大
损失值，此时水体完全不能利用，故又可理解水体的价
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：
髓1：S·PC·R(2)
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。
·82·
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×l08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
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。
表2参数b的参考取值Is·9】
Tab．2Thereferencevalue0fparanet~aandb
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×l0s元，假设地表径流
占污染来源的比例(PC)1．52％Is]，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(EC．)为10．6×1o''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
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×los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×los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【】：
向平安等：洞庭潮湿地稻区化肥环境影响评估
2=Y。q‘Pr(3)
其中：—水稻生产因Cd污染的环境经济损失
y一稻谷总产量
q一稻谷含镉超标率
Pr一当地平均稻谷市场价
2．3．2评估结果
1999年洞庭湖区水稻总产量为5724268t；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1076．8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×loS元。
将化肥各主要环境成本累加，1999年达到1．53×lOa
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、2O2O年洞庭湖区水稻总需求量将达到
5002．17×lO3t,5284．79×lO3t，化肥投入量将分别达到
1466．91×lO3t，1549
．
79×lO3t
，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×lOa
元、2．32×lOa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、2O2O年稻谷
价格上涨幅度分别为2O0O年的20％，30％，按需求量预测
值计算，2010、2O2O年稻谷销售效益将分别为64．64×lOa
元，73．98×lOa元。那么，2010年、2O2O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2010，2O2O年洞庭湖区水稻总需求量将达到
5002．17×lO3t，5284．79×lO3t，则要求水稻单产在2010，
2O2O年分别达到6284kg／hm2，6639kg／h~。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3．41l(g计算，2010、2O2O年洞庭湖区水稻总产量要达到
5002．17×lO3t，5284．79×lO3t
，要求化肥投入量分别为
1466．91×lO3t，1549
．79×lOb，分别约合1843kg／hm2，
1947kg／hm2。假设每公斤化肥环境成本不变，则2010年、
2O2O年水稻生产中化肥的环境成本将分别达到2．2×lOa
元，2．32×lOa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。
(编辑：温武军)
参考文献(∞％)
[1]湖南省地图册[M]．长沙：湖南地图出版社，2ooo，7—8_[Atlas0f
I-kmanh[M]．(】l咄：I-kmanM印Pr瞄，2OOO，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，I8—25_[1l蛐)(i舶Ilg，XinXinn，．ruing
l~lailm．MlltketAIMlysis0fMainFarmProduceinanrM]．seiii．g．-
c~timA~rioJlturePr瞄，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)5O一54．[LuWeiguo．StudyontheL呻lg—andAkdhm—
tel''mFoa''eeastl~lodd0fF捌Con81n~inC~tim[J]．SInti~ienl
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，2OOO，19(2)62—66．[Liu)【i叩ing，YiAiju．，Xie
Xiaoli．Projection0ftheGrainand1)~mlndinthel归Valley
[J1．ArealResearchand1)evelolm~，2OOO，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，1964：255—257．[J舢峭L．
D，LiR．R(Trnlatedbya趣lgXjhau，∞Ba岫，Xie
A．zln1)．F_~omncs0fWaterlte~m,eesM锄叼哪Hlt[M]．Beijing：
ttyd~eetriePtr№，1964．255—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，2OO3，(4)：34—36．[FangKai，Litiqi．~g，TimQi．D口IJlglake
Envizlolm~tQualityandDevel0pMnal[J]．InlandAI~Iic
en31tlc~Oll，2OO3，(4)：34—36．]
．．83
中国人口·资源与环境2007年第1期
[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．[zhuFaqlng，LvBin．删AssessnmntofLake
UseFuncti~[J]．EnvinaunentScienceofSIIa；，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．[PuYuexian，CaiMmg．Initial
Evaluati~ofEc∞eLosses0fD0f啦LakeEIl、riI咖Pofiuti~
h∞D0nIlgLakew岫[J]．People’sYamzeRiver，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．[ZhuFaqing，GaoGuaranin，
HGuotieta1．EcLessFromWaterPolluticminD0llghuLake[J]．
ActaScientiaeCireurmantiae。1993，13(02)：214—222．]
[1O]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．[HJi，JinBaigen，CuiYuthg
eta1．1tin谢∞∞theEnvironmentalCostsofRiceProducti~in
China：HubeiandHunanCaseStudy[J]．JⅫofEcology。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．[uJinehang．TheoryofEc0l0gicalValue[M]．QlⅢlgq：
ChongqingUniversityPress，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，JiIlg
Ji~ang，Cai】(iI1de．Methods0fAIla】FinancialL‘日esCaused
byEc0l0gicalDestmcti~[M]．iIlg：OdnaEII血mmtalScience
Press，1996，8—13．]
TheEvaluationofEnviro~talhllpactofFertilizerin
WetlandRiceRe,onoftheDongtingLskeArea
XIANGPing-artZHOUYah2HUANGHuang
(1．C~llegeofADIl0|ny，HunanAgriculturalUniversity，a豫IsIlaHunan410128，China；
2．TechnicalCentercll咄CigaretteFactory，cll咄Hunan410014，China)
AbstractUsa6meseriesanalymsmethod，theauthorforecaststhepopul~ontheDon~ngLakeareain2010willbe1396．38×lO4
withthepaddydemand5002．17×lO3t，andafertilizerdemandat1466．91×103t．In2O2Othepopulationec6onwillbe
1492．31×lO4
，thepaddydemand5284．79×lO3t，whilethefertilizerdemandquantitywillbe1549．79×lO3t．Theauthorsetup舭
evaluationmodelofenvironmentalcostsfertilizeronthebasis铷mmIlgdomesticandinternationalfertilizersusedandtherelative
environmentimpactsandforecaststheenvironmentalcostsoffertilizerinriceproductionintheD叫咖LakeaIea．Theenvironmentalcostof
fertilizerwillbe2．2×10syuanand2．32×10syuanin2010and2O2O，respectively，whichiseqIlalto3．4％and3．13％thepaddysale．
Theenvironmentalcostsa弛80highthatthepaddyfieldec：0】systemandsocietywillbesignificantburdened．ForthesakeStl,．qtain~e
developmentinriceproduction．theauthorhisedthegoverranenttoa88e88theenvironmentaltaxonfertilizerinsuchareaswherebychemical
fertilizersareexcessivelyused．
Keywordwetla|m；D咖Lakea~；paddydemand；fertilizer；environmentalcost
·84·
|
|
