南京林业大学Agricultural Water Management:将水足迹纳入耕地生态补偿模型:来自中国大陆省级分析的启示

研究区域

中国31 个省份，涵盖亚热带至温带生态区，主要种植水稻、小麦、玉米、马铃薯、豆类五大主粮（占全国作物产量超 92%）（图 2）。

注：展示各省五大主粮播种面积及占比，东北、河南、山东、四川等省份播种面积占优。

数据来源

表格

核心方法

1. 理论框架

基于可持续发展理论与生态经济学，将耕地的作物生产、碳封存、水文调节过程转化为生物、碳、水三大足迹，通过“足迹 - 承载力” 关系判断生态盈余 / 赤字，结合生态系统服务价值与社会经济调整因子计算补偿金额（图 1）。

注：清晰呈现“生态过程→足迹指标→生态状况→补偿金额” 的逻辑链条。

2. 综合生态足迹计算

EFi,t=BFi,t+0.5CFi,t+0.5WFi,t

生物足迹（BF）：量化人类消费对耕地生物资源的占用，基于作物消费量与全国平均生产力计算。

碳足迹（CF）：碳排放量与作物碳封存能力的比值，考虑化肥、农药等投入的碳排放。

水足迹（WF）：农业耗水量（降雨 + 有效灌溉）与作物储水量（植株含水 + 根区土壤储水）的比值，区分蓝水（灌溉）与绿水（雨水）。

3. 生态承载力与补偿金额

生态承载力（EC）：基于耕地平衡因子、生产因子与播种面积计算。

生态状况（ECS）：ECSi,t=ECi,t−EFi,t（正为盈余，负为赤字）。

补偿金额（ECA）：ECAi,t=ESVi,tECSi,tACi,t，其中ESV 为贴现后的生态系统服务价值，AC 为 GDP 与恩格尔系数调整因子。

1. 生态足迹与承载力时空演变

时间趋势：全国平均EF 从 4.04 万 ha 降至 2.94 万 ha（降幅 27.23%），EC 从 6.95 万 ha 升至 7.47 万 ha，生态盈余持续扩大（图 4a）。

空间分布：EF 高值集中于长三角、珠三角（江苏、广东平均 EF 分别为 5.74、4.81 万 ha），低值在西部及岛屿省份（西藏、海南）；EC 高值在东南沿海，低值在西部边境（图 4b、d）。

注：(a) 全国时序趋势；(b)(d) 省级空间分布；(c)(e) 各省年度演变。

2. 生态状况（ECS）特征

全国层面：ECS 从 2.90 万 ha 增至 4.53 万 ha，TEF/TEC 比值持续下降，2008 年后低于 0.4，2023 年降至 0.39（图 6a）。

省级层面：受偿省份数量显著多于支付省份，ECS 从中南向西部递减，盈余省份的 ECS 波动范围更大（图 6b）。

注：(a) 全国时序趋势（含 TEF/TEC 比值）；(b) 省级空间分布；(c) 各省年度演变。

3. 生态系统服务价值（ESV）与补偿金额（ECA）

ESV：全国平均 ESV 从 2.28 万元 /ha 升至 5.35 万元 /ha，2016-2019 年短暂下降，2022 年超 5 万元 /ha；空间上从东南沿海向西北递减（图 7）。

ECA：① 时序：总受偿金额（TCA）从 1340 亿元增至 7082.4 亿元（增 5.29 倍），总支付金额（TPA）仅从 44.4 亿元增至 159 亿元，补偿缺口（ECG）2023 年达 6923.4 亿元（图 8a）；② 空间：受偿大省为河南、山东、江苏（年均近 80 亿元），支付大省为浙江、福建（浙江年支付约 70 亿元）；仅内蒙古、黑龙江从支付省份转为受偿省份（图 8b、c）。

注：(a) 全国时序趋势（含总 ESV）；(b) 省级空间分布；(c) 各省年度演变。

注：(a) 全国时序趋势（含 TCA、TPA、ECG）；(b) 省级空间分布；(c) 各省年度演变。

4. 模型稳健性

权重敏感性分析显示：碳足迹与水足迹权重在±0.1 范围内变动时，仅 2 个省份的 ECA 正负号反转，归一化稳定性指数（NSI）均超 0.85，模型量化结果稳定（图 9）。

驱动因素分析

经济维度：山东、河南等省份通过土地整治、高效灌溉实现经济与生态双赢；浙江、福建经济高速增长挤占耕地承载力，导致高额支付义务。

社会维度：精准农业、智能灌溉等技术进步降低EF、提升 EC，而技术扩散不足的西部省份仍面临生态赤字。

生态维度：东南沿海水热条件优越，ESV 高；西北干旱区土壤贫瘠、水资源短缺，生态负担重。

政策建议

构建“纵横结合” 补偿机制：① 横向：支付省份按 ECA 履行转移支付，设 “基准贡献 + 绩效调整” 双层级；② 纵向：中央政府发行绿色债券、设立专项基金，补贴河南、山东等受偿大省。

针对性优化足迹管理：① 高生物足迹省份（湖南、河北）推广高产作物与精准农业；② 高碳足迹省份（河南、四川）实施智能施肥；③ 高水足迹省份（新疆）升级滴灌 / 喷灌技术。

研究局限与展望

局限：作物消费量估算依赖播种面积占比，部分参数采用平均値而非省级实测数据。

该研究创新构建了整合生物、碳、水足迹的耕地生态补偿模型，首次以土地占用形式量化水足迹的生态影响，提升了补偿核算的全面性与公平性。2000-2023 年中国耕地整体呈生态盈余，但区域差异显著，补偿缺口持续扩大。模型为明确省级补偿责任、优化农业资源配置提供了科学工具，相关政策建议可为耕地保护与可持续农业发展提供支撑。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109967