区域农业生产环境影响的价值评估方法及应用——以华北高产粮区桓.pdf

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1、中国农业大学博士学位论文区域农业生产环境影响的价值评估方法及应用以华北高产粮区桓台县为例姓名：刘光栋申请学位级别：博士专业：生态学指导教师：吴文良20040601中文摘要本文针对现代集约化农业中，以资源环境投入换取农业产出效益的不可持续的发展模式，以华北集约化农业典型高产粮区一桓台县为例，定量评估农业生产的资源环境影响及其价值损失，以期为农业技术、政策提供成本效益分析工具，为区域农业绿色G D P 核算提供理论和技术支持。采用系统设计方法，围绕农田生态系统中水分及碳氰的物质平衡过程通过理论分析、监测调查和模型模拟的方法对区域农业资源环境经济成本进行评估，比较筛选适宜评估农业环境问题的方法，并归

2、纳出实施区域农韭生产资源环境成本评估的程序化步骤。研究应用大量的一手调查数据和统计资料，进行实证分析，取得如下主要研究成果：农田生态系统中碳、氮和水分循环与平衡过程是农业环境影响评份和习：境损失评估的物质基础；根据环境价值评估的需要，划分农业生产的外部成本为资源退化性损失和环境污染性损失：应用资源环境经济学理论于区域农业生产环境问题，就集约化农业普遍存在水资源耗竭、地下水面源污染、土壤肥力变化及农田温室气体排放等分别采用水资源价值的稀缺增值评估法、人力资本法、生产函数法和成果引用法等若干方法予以评估了相应的价值损失。基于理论分析和评估实践，提出了包括区域农业模式划分、外部影响筛选、影响的定量、

3、影响的货币化和环境成本加总的五步评估流程及区域农业生产成本效益分析模型化框架；归纳了评佶所必须的自然资源环境参数、模型化参数、社会经济参数构成豹参数支持系统：扔步提出组织管理这些参数的G I S 数据库四层结构为区域农业环境损失评估向模型化、程序化、电算化方向发展，开发区域农业资源环境成本评估模型软件奠定了理论基础。针对农业用水加剧区域水资源耗竭的稀缺特征，提出区域地下水资源相对农业的稀缺增长模型。应用G I S 技术分析区域地下水硝酸盐污染的空间分布发现：区域农业硝酸盐污染有非均衡的空间分异特征，即地下水分化为硝酸盐净输出的源区和净输入的汇集区。污染空间分布与潜水位等值线的一致性表明地下水流

4、向在农业面源污染空间分异过程中的主导作用。支持了农业面源污染实施流域作为生态单元管理的对策。采用不同方法，比较评估桓台县2 0 0 2 年农业生产的外部不经济性损失为3 0 8 9 3 4 7 7 8 7万元a，平均单位耕地产生外部损失价值为1 1 0 1 5 1 7 0 3 9 元，a。其中，占第一位的是水资源成本2 6 0 8 8-4 2 3 2 9 万元a，地下水硝酸盐面源污染损失为8 6 0 8 1 1 7 0 1 万元a。由于过去1 0 多年土壤肥力的持续改善，产生了4 9 0 9 9 4 9，l 万元a 的正效应。参照美国的固定和减排C 0 2 成本评估该温室气体排放所造成的外部经

5、济损失大约是1 1 0 6 3 2 4 8 万元a。按桓台县当年小麦和玉米单产水平计算，粮食生产的边际外部环境成本为0 0 9：Y r。t k g。借助D A I S Y 模型，初步模拟小麦一玉米两粮轮作模式。在常规耕作管理基础上，模拟分析减少氮肥3 0、减少灌溉5 0、改小麦玉米秸秆双还田为单还田等条件下的环境损失变动。减少肥水授入条件下的外部成本变化分别降低4 和3 67。但伴随外部损失的降低，相应导致减产2 13 和2 1 9。因此指出农业生产和环境的双赢必须依赖科学技术的可持续战略。关键词：区域农业，环境影响，生态模型，外部成本评估技术1 本文为国家“十五”科技攻关重大专项诹题之一“区

6、域生态农业技术拽范与保障体系研究”(2 0 0 2 B A S l 6,4,0 6)和国家自然科学基金项目“基于农田生态系统碳氨平衡的环境成奉评估模型研究“(3(1 2 7 0 2 2 0)的部分研究成果。lA b s t r a c t2C o n s i d e r i n gt h eu a s u s t a i n a N i t yo f m o d e r ni n t e n s i v ea g r i c u l t u r ef o re c o n o m i cr e t u r ni nt h ep r i c eo fr e s o m _ c e sa n de

7、 n v i r o n m e n t,t h i sd i s s e r t a t i o na i m e da ta s s e s s i n gp h y s i c a li m p a c t si n d u c e db yi n t e n s i v ef a r m i n ga n da te v a l u a t i n gt h ee x t e r n a l i t yl o s so far e g i o n a la g r i c u l t u r e a c h i e v et h e s eo b j e c t i v e s ac

8、a s es t u d yw a sd o n eo nat y p i c a lc e r e a lh i g h-y i e l d i n gr e g i o n，H u a n t a iC o u n t y,N o r t hC h i n a T h er e s e a r c ht a r g e t sw e r t om a k eac a l c u l a t i o nt o o lf o rc o s t-b e n e f i ta n a l y s i so fa g r i c u l t u r a lt e c h n i q u e sa n

9、 dp o l i c i e s，a sw e l la st op r o v i d em e t h o d o l o g yf o rg r e e nG D Pa c c o u n t i n go f a g r i c u l t u r a lr e g i o n s，T h i sr e s e a r c hw a ss y s t e m a t i c a l l yd e s i g n e dw i t hf o c u so na n a l y z i n gt h ed y n a m i cb u d g e t so f w a t e r，c a

10、 r b o na n dn i t r o g e ni nn e r o-e c o s y s t e m T h e o r e t i c a la n a l y s i s，e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n ga n ds u r v e y st o g e t h e rw i t hm o d e ls i m u l a t i o n sw e r ei n t e g r a t e di no r d e rt of u l f i l lt h ec a l c u l a t i o no f t h ee n

11、 v i r o n m e n t a lc o s to f a g r i c u l t u r e D i f f e r e n ta p p r o a c h e sw e r ec o m p a r e df o rs i e v i n gs u i t a b l eo n e sf o re v a l u a t i n gs p e c i f i ca g r i c u l t u r er e l a t e de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s F i n a l l y,au n i v e r s a lp

12、 r o c e d u r ew a ss u m m e du pt oe s t i m a t ee n v i r o n m e n tc o s to f a g r i c u l t u r ei nt h ei n v e S t i g a t e dr e g i o n B a s e do i lal a r g ea m o u n to ff l r s t-h a n da n ds t a t i s t i c a ld a t a,f u l la n da c c u r a t ec a s es t u d y,t h ei m p o r t a

13、 n to u t p u to f t h es t u d i e sw e r ec o n c l u d e da st h ef o l l o w i n g s：T h eb u d g e t sa n dc y c l e so fw a t e r,c a r b o na n dn i t r o g e ni nt h ea g r o-e c o s y s t e ma r et h em a t e r i a lb a s e sf o rd e t e r m i n i n gt h ep h y s i c a li m p a c t so fa g

14、r i c u l t u r ea n df o re v a l u a t i n gt h ec o r r e s p o n d i n ge n v i r o n m e n t a lc o s t F o rt h ep u r p o s eo fe x t e r n a l i t ye v a l u a t i o n，t h ee x t e r n a li m p a c t sw e r ed i v i d e di n t ot w ot y p e s，v i z r t g s o o r c ed e g r a d a t i o nl o s

15、 sa n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nl o s s B ye m p l o y i n g t h et h e o r i e so fr e s o u r c ee c o n o m i c sa n de n v i r o n m e n t a le c o n o m i c s，t h ev a l u eo f t h ea g r i c u l t u r er e l a t e de x t e r n a l i t i e sw e r ee s t i m a t e d Am e t h o d

16、n a m e dS c a r c i t yV a l u eI n c r e m e n tm e t h o d，H u m a nC a p i t a lA p p r o a c h，C DP r o d u c t i o nF u n c t i o na sw e!la sB e n e f i tT r a n s f o rm e t h o d sw e r ea d o p t e dt ov a l u a t et h ec o s ta n d o rb e n e f i to fg r o u n d w a t e rr e s o u r c ed

17、e p l e t i o n。n o n-p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n,s o i lf e r t i l 对c h a n g e sa n dg r e e nh o u s eg a se m i s s i o nf r o mf a 巾l a n d，I nt h ec a s es t u d y,t h r e eb a s i cs u p p o r t i n gd a t a b a s ec o n s i s t i n gn a t u r a l，s o e i a l-e c o n o m i ca n dm

18、o d e lp a r a m e t e r sW e r es u m m a r i z e dt oc o m p l e t ea ne v a l u a t i o n，T h e s ed a t a b a s e sw e r es u p p o s e dt ob eo r g a n i z e di naf o u r-l a y e r-s t r u c t u r eG I Sf o r m a t Ag e n e r a lp r o c e d u r ef o re n v i r o n m e n te v a l u a t i o nc o

19、m p o s e do ff i v es t e p s，n a m e l yf a r m i n gp a t t e r nc l a s s i f i c a t i o n，i m p a c t ss i e v i n g，p h y s i c a li m p a c tq u a n t i f i c a t i o n m o n e t i z a t i o na n da g g r e g a t i o n B a s e do nt h e s er e s u l t s，af r a m e w o r kw a se s t a b l i s

20、 h e df o rm o d e l i n g，p r o g r a m m i n ga n dc o m p u t e r i z i n ge n v i r o n m e n t a lv a l u a t i o nf o rr e g i o n a la g r i c u l t u r ei nt h ef u t u r e，T h e y na l s ob eu s e da st h ea l g o r i t h m i cb a s i sf o rs o f t w a r ed e v e l o p m e n to fa g r i c u

21、 l t u r a le n v i r o n m e n te v a l u a t i o n C o n c e r n i n gt h ee r d a a u s l i n ge x t r a c t a b l eg r o u n d w a t e ra sac o n s e q u e n c eo fi n t e n s i v ea g r i c u l t u r e，a蠹薹S c a r c i t yI n c r e m e n tm o d e lw a ss e tu pt od e s c r i b et h ed y n a m i c

22、d e p l e t i o n T h es u r f a c ea n a l y s i st e c h n i q u e sb yG t Sw e r eu s e dt oa n a l y z et h er e g i o n a l l ys p a t i a ld i s t r i b u t i o no fn i t r o g e np o l l u t i o ni nt h eg r o u n d w a t e r I tw a sd i s c o v e r e dt h a tn i t r a t ep o l l u t i o nw a

23、 su n e v e n l yd i s t r i b u t e d I tw a sa s s u m e dt h a ts o m ea r e a sm i g k th a v eg r a d u a l l yd e v e l o p e di n t os o u r c ea r e aw i t hn i t r a t eo u t f l o w,w h i l et h eo t h e r si n t oc a t c h i n ga r e a sr e c e i v i n gn i t r a t eo u tf l o w i n gf r

24、o mt h ef o r m e rT h es p a t i a lc o n s i s t e n c eb e t w e e nn i t r a t ep o l l u t i o nd i s t r i b u t i o na n dg r o u n d w a t e ri s o l i n e sp r o b a b l yi n d i c a t e dt h a tt h eg r o u n d w a t e rf l o wm i g h td o m i n a t et h er e g i o n a lp o l l u t i o nd

25、i f f e r e n t i a t i o n，T h i sc o n c l u s i o ns t r o n g l ys u p p o r t st h a tc o u n t e r m e a s u r e sc o n s i d e r i n gw a t e r s h e da sa l le c o l o g i c a lu n i ta r en e c e s s a r yi no r d e rt oc o n t r o la g r i c u l t u r a li n d u c e dn o n p o i n tp o l l

26、 u t i o n(垒)T h ee x t e r n a l i t i e so fa g r i c u l t u r ei nH u a n t a lC o u n t yw e r ee v a l u a t e db ys e v e r a la p p r o a c h e s I n2 0 0 2 t h et o t a ln e te x t e m a l i t yl o s sa m o u n t e dt o3 0 8 9 3 4 7 7 8 7m i l l i o ny u a n a,e q u i v a l e n tt o11 0 1 5

27、 1 7 0 3 9y u a n h m a n n u a l l NA m o n gt h ee x t e r n a l i t i e s，w a t e rr c s o u r g e sa c c o u n t st h em a j o r i t y，2 60 8 8 -4 2 3 2 9m i l l i o ny u a n a T h el o s sb yg r o u n d w a t e rp o l l u t i o nr a n k e df o rt h es e c o n d，a b o u t86 0 8-1 1 7 0 1m i l l

28、i o n y u a n a T h e f a r m l a n d g r e e n h o u s e g a s m i g h t c a u s e l 1 0 6-3 2 4 8 m i l l i o n y u a n a,i na c c o r d a n c ew i t ham o d i f i e dc o s te s t i m a t i o no fC 0 2m i t i g a t i o ni nt h eU S H o w e v e r,s o i lf e r t i l i t yg a v er i s eap o s i t i v

29、 ee x t e r n a l i t yo f4 9 0 9 9 4 9 1m i l l i o ny u a n ad u et ot h es u s t a i n a b l ei m p r o v e m e n to fs o i lf e r t i l i t yd u d n gt h el a s td e c a d em o r e O v e r a l la v e r a g e db yy i e l do np e ru n i to ff a r m l a n d，am a r g i n a le x t e r n a lC O S to f

30、 0 0 9y u a nf o rp r o d u c i n ge v e r yk go f w h e a to rm a i z ew a so b t a i n e d T h eD A I S Ym o d e lw a sp r i m a r i l ya d o p t e dt os i m u l a t et h ee n v i r o n m e n t a li m p a c t so ft h ed o m i n a n tc r o p p i n gp a t t e r no fw h e a t-m a i z ei nt h ec a s e

31、s t u d ya r e a S c e n a r i o so fm i n u s3 0 n i t r o g e nf e r t i l i z e r,m i n u s5 0 w a t e ri n p u ta n dm i n u sm a i z es t r a w sr e t u r nw e r es i m u l a t e di n d i v i d u a l l y,c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lf i e l dm a n a g e m e n t T h es i m u

32、 l a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ed e c r e a s e di n p u to fn i t r o g e na n dw a t e rc o u l dl e a dd e c r e a s eo fe x t e r n a l i t yl o s sb y4 a n d3 6 7 r e s p e c t i v e l y；h o w e v e r,c o r r e s p o n d i n gy i e l dw o u l dd e c r e a s eb y2 1 3 a n d

33、2 1 9 I tw a st h e r e f o r ec o n c l u d e dt h a ta“w i n w i n”s t r a t e g yf o rb o t ha g r i c u l t u r a la n de n v i r o n m e n t a ls u s t a i n a b i l i t yn e e dt ob ed e v e l o p e di nt h ee n d K e yw o r d s：R e g i o n a la g r i c u l t u r e，E n v i r o n m e n ti m p a

34、 c t s，E c o l o g i c a lm o d e l，E x t e r n a lc o s t，E v a l u a t i o na p p r o a c hI I I独创性声明V56 5 8 7 49本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：籼乏绣时间：洲年6 月日关于论文使用授权的说明

35、本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名：导师签名缈l 凌坞时间：孑翩巧夕年莎月叫日时间：7 班年月叫日第一章绪论1 1 问题的提出1 1 1 农业是生态环境影响最大的部门之一进入1 9 9 0 年代以来，中国经济在世界舞台上一枝独秀，G D P 持续高速增长。然而，政府和公众在高唱经济凯歌的同时，已经越米越清醒地认识到隐含在G D P 背后

36、巨大的资源环境代价。上世纪末长江流域特大洪涝、黄河连续断流、华北地区水资源严重短缺、每年十多次的沙尘暴天气、大面积蝗虫灾害、S A R S 肆疟全国等一系列突发性、全局性的生态环境问题相继出现。这些看似自然的灾难几乎全部是自然对“人类中心主义”的巨大报复，是违背自然规律和片面追求经济增长的必然恶果，资源退化、环境恶化、生态失衡已经毫不留情地开始向我们袭来。对此，吴文良教授曾指出“我国的农业乃至整个社会经济发展已经到了不得不重新审视生态环境问题，从根本上采取战略转变的关键历史时期l l 扣。工业革命以来，农业一直是工业污染的受害者，也是参与者。农田生态系统一方面受到各种自然社会经济因素的影响，同

37、时它又对人类自身的生活环境产生正反两方面的作用。伴随农业集约化程度的增强，农业生产活动本身也和工业生产活动一样，越来越强烈地依赖于资源消耗和环境投入。现代农业突出表现为大量肥水和农药的高投入、过度放牧、毁林开荒，片面追求产量增长。伴随机械耕作、灌溉、施肥、害虫化学防治等物质能源技术投入的增强，农业生态环境问题越来越突出，资源环境代价也越来越高。工业大量能源消耗导致大量排放温室气体。同样。现代集约化农业也伴随二氧化碳(C 0 2)、甲烷(C I-h)、氮氧化物(N O x)等温室气体从农田中排放出来：而且地表水和地下水不同程度地遭受来自农田养分淋失和地表径流的农用化学物质的污染以及以土壤有机质含

38、量为表征的土壤肥力下降、生物多样性减少、水土流失、自然景观破坏等生态环境问题。所以农业这一初级产业的运行也包含有巨大的资源环境成本。然而，这一代价却一直被农业生产的单一经济目标所掩盖，这种对现代农业发展的资源代价和环境代价在认识上的滞后使许多农业资源环境问题多年形成积重难返的局面，严重制约乃至损害了农业持续发展的能力1 1 1。农业生产的环境问题通常发生在一定范围内但是伴随农业生产强度的变化，一些影响已经导致了区域性危害甚至全球性生态风险。由于许多环境问题混杂一起，难以区分，人们通常只能关注自然资本的损害，特别是土壤、水和大气的影响口J。当前，与集约化农业生产密切相关的生态环境问题主要表现在如

39、下儿个方面。(1)农业对水资源消耗加剧了水资源稀缺世界范围内淡水资源缺乏而且分配十分不均衡。各种形式的集约化农业生产都不同程度地影中国农业大学博士学位论文第一章绪论响到地表水和地下水的供给平衡和空间分配。川储水来满足农业用水需求极大地影响到丰水季的地表和地下水流特征。由于农业过量取水在世界上许多地区导致区域范围的地下水位下降，并改变了地表水系的自然流向。农业生产的发展离不开灌溉条件的改善，农业灌溉用水一直在持续增长，干旱缺水导致工农业生活用水矛盾持续尖锐，河流干枯、断流。地表水体减少、地下水超采，水位持续下降，不仅造成大批机井机泵报废、开采成本升高，而且引发地面沉陷、海水内侵等生态环境恶化问题

40、，演变为制约区域经济持续发展的严重障碍。在我国，农业一直是淡水资源最大的浪费者。华北地区水资源危机十分严重，水资源总量中的l，3 以浅层地下水的形态出现。华北地区粮食的2 3 是由1 2 的水浇地提供，农业用水量占总消费水总量的8 0 左右，导致年均地下水位下降0 5m p。工农生活用水矛盾日益加剧。所以，我国政府不得不投入巨资，实施“南水北调”等跨区域水资源调配工程，以缓解华北地区水资源供需矛盾。(2)农用化学物质对水土资源和农产品的污染影响集约化农业已经表现出许多危害性化学物质在水体、土壤以及农产品甚至畜牧渔业产品中的积累和生物富集，这不仅构成对人畜健康的直接危害，而且对生态系统产生持久性

41、影响。大量研究已经揭示河流和地下水甚至近海中日渐增加的农药和硝酸盐含量与农业耕作强化的密切关系。地表水体中因来自农田的氮磷富集而富营养化，直接破坏了水生态环境，影响到正常渔业生产、自然景观甚至旅游价值。过量施用化肥不仅导致化肥施用效益降低而且污染了土壤、水、大气和农村生活环境。以氮肥为主的农用化学物质农田非点源污染已经构成农业生产最大的环境危害，我国单位耕地面积化肥施用量已经超过世界平均水平一倍多，且在不断增长。1 9 8 0 年全国氮肥总施用量只有9 3 4 2 万t，1 9 9 0 年上升为1 6 3 7 7 万t，2 0 0 0 年高达2 1 6 1 6 万t，而利用率只有大约3 0 4

42、 0，其余6 07 0 的化肥以各种形态进入到环境中。南方太湖地区农田平均氮素过剩每年每公顷超过3 0 0k 2，使得太湖流域富营养化中化肥的贡献率达到5 5，水体富营养化相当严重，极大地危及当地居民的饮用水资源。据日本学者研究，目前太湖的污染防治需投入2 0 0 0 亿元，相当于江苏省1 9 9 6年国民生产总值的1 5 倍。此外，云南滇池、安徽巢湖、武汉东湖等水体因富营养化问题，基本丧失饮用水源功能，其中农业面源污染是其重要原因之一。1 9 9 3 年我国北方1 4 县市农村和乡镇地下水饮用水硝酸盐含量状况调查显示，地下水硝酸盐污染已经十分严重，在调查的6 9 个点中有半数以上超过最大允许

43、量(5 0r a g L)，据分析这一现象与1 9 8 0 年代以来化学氮肥用量的成倍增长有关 4 1。在我国江北第一吨粮县桓台县，由于过量施用氮肥也发现地下水季节性硝酸盐污染”。农药的浪费就更大，大面积喷洒的农药中真正对病虫害起作用的只有O 1，其余则滞留于环境中“。这不仅对生产者和消费者的健康构成了直接危害，而且还损害农业生态系统的生物多样性。不合理的污水灌溉，直接污染土壤，影响农产品的安全性。据农业部1 9 9 4 组织对北京、广州等十一个省会城市主要批发市场、农贸市场的3 0 多种蔬菜、水果中的1 7 种农药残留污染状况抽样检测，发现被抽检的蔬菜、水果中农药总检出率达3 2 2 8，总

44、超标率达2 5 7 8。在大田作物中，重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的8 0 以上。其中，以铅、镉、汞、铜最为突出，交义累计污染面积己达1 3 0 多万h“。2中国农业大学博士学位论文第一章绪论早在上世纪6 0 年代，欧美等许多l：业化发达国家就已经出现类似农用化学物质的污染问题。在美国，来自农业活动的径流是河流和湖泊水质污染的主要来源；在英格兰和威尔七，所有得剑证实的水污染事件中，1 3 是源于农业的化肥、农约、牲畜粪便和土壤侵蚀所造成”】。在现在技术下，农田硝酸盐淋失是不可避免的。然而，在美国通过一系列流域施肥限制法以及包括免耕在内的最佳管理(B M P

45、s)计划，控制着硝酸盐的面源污染1 8，9 J。朱兆良院士针对氮的环境污染问题也指出氮肥的施用量必须根据经济效益和环境效益相结合的原则加以确定【l，以克服依赖氮肥片面追求产量增长的问题。(3)过度垦殖导致水土流失和土壤肥力衰退农业耕作是加剧水土流失的首要原因，持久的水土流失必然导致区域不可逆的生态系统的退化。在我国许多地区已出现了土壤酸化、板结、养分耗竭、肥力降低、有机质减少等土壤资源退化问题，甚至盐碱化、沙漠化和严重的水土流失。我国每年水土流失面积达3 6 7 万k m 2，土地荒漠化面积达2 6 2 万k m 2，土地盐碱化面积达9 7 0 万k m 2。特别是过度垦殖、毁林开荒、过度放牧

46、对自然生态系统破坏最为剧烈，河流源头林木植被的破坏和河流中上游积水区的荒坡地垦殖极易导致涵养水源能力下降，水土流失，泥沙淤积，直至洪水灾害泛滥。1 9 9 8 年的长江洪水不仅给部分流域造成巨大经济损失，而且引发了难以恢复的生态灾难。水土流失和土壤质量下降与农田土壤碳氮投入密切相关。一方面，水土流失导致土壤肥力急剧破坏；另一方面，重氮轻碳的农田耕作破坏土壤的团聚性能，破坏土壤表层结构，为水土流失创造了条件。增加有机肥投入和减少耕作是提高土壤肥力、控制水土流失的有效措旆，而这恰恰与集约化耕作方式相矛盾。目前，我国土壤有机质小于0 6 的农田已占到耕地的1 2，施用有机肥料和种植绿肥等肥田养地作物

47、的耕地植面积大幅度减少】。我国农田土壤肥力，虽然在华北和长江中下游地区表现为土壤有机质略有增长，但在东北和西部地区土壤肥力依然在持续下降 1 2 1,农田土壤碳库在减少。(4)农田温室气体排放增加当今人类共同面对的温室效应和臭氧层破坏问题正在给人类经济、生存环境带来越来越显著的负面影响，而且已经成为兼具环境一经济一政治三重性质的国际问题。在人类活动排放的温室气体中，农业排放约占1 5。温室效能应是C 0 2 的2 0 0 多倍的N 2 0 正以每年O 2 5 的速度增加，大约有4 9 源自农业生产活动I l”。农田温室气体的排放在美国和加拿大已经引起生态学家和政府的高度重视”“。据预测，由于全

48、球氮肥的大量使用，即使采取控制排放的耕作措施，农田排放N 2 0 和N O 仍将持续增长【l”。中国作为世界上一个农业大国，农业生产对全球大气温室气体浓度的影响正在引起人们的普遍关注。美中两国农业生态系统对比研究揭示由于中国农田每年作物秸秆返还量少，导致中国农田土壤有机质每年丢失有机碳量是美国的5 7 倍，美国由此多返还农田的氮量相当于中国全年氮肥生产量的3 4 ”l，这不仅导致我国大量碳库以C 0 2 等温室气体形式的损失，而且过分依赖化学氮肥构成了农田N 2 0 总排放量的4 0 I I7 1o(5)生物多样性减少生物多样性是地球上生命经过几十亿年发展进化的结果，有着支持和保护经济活动和财

49、产的环境调节功能。随人口增长、经济活动的加剧，作为人类生存最为重要的基础的生物多样性受到r 严重的威胁，物种灭绝的速度不断加快，现在物种灭绝的速度是自然灭绝速度的1 0 0 0 倍l。不同类型的生态系统面积锐减，大量基因丧失。物种的灭绝是不可逆的。自然界中众多生物物种相互依存的关系构成复杂的生态系统，其中有些是无法替代的，如果某些关键物种缺失或数量剧减，整个生态系统就有崩溃的可能，随之而来的将有更多的物种消失于一旦1 1 9 1。几十年来，我国片面搞经济生产，毁林开荒、草场超载放牧、山区与湿地开发引起林草生境的很大破坏，导致许多稀有和敏感物种的大量减少或消失。农田大量施肥，特别是施用氮肥导致农

50、田群落物种减少。不利于物种的多样性。1 9 4 9 年我国有近1 0,o o o 小麦品种，到七十年代时只有约1 0 0 0 种；美国1 8 0 4 1 9 0 4 年间，大约有7 0 0 0 个苹果品种，至今约有5 7 0 0 种已经消失 2 0 l。大量农用化学物质通过土、水、大气以及农产品的污染途径损害着农业生态系统的生物多样性和稳定性。由于中国北方农牧交错地带生态脆弱地区人口的增长，盲目开荒和过度放牧，自然植被严重退化，退化面积达8 6 6 6k m 2，占可利用草场面积的l，3 以上，人工植被建立与恢复缓慢，北方大范围的土地沙漠化，以每年2 4 6 0k m 2 的速度扩展，使我国已