甘肅黃土高塬溝壑區(qū)水土保持綜合治理生態(tài)效益分析

郭 嘉，張絨君，王 剛，慕志龍，鄭繼芳

(黃河水利委員會 西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站,甘肅 西峰745000)

1 自然概況

甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)位于甘肅省東部，西近六盤山，東靠子午嶺，北部與環(huán)縣、華池、慶陽、固原一線的丘二區(qū)接壤，西南鄰近達(dá)溪河同丘三區(qū)連接，東南與陜西省長武縣(屬黃土高塬溝壑區(qū))相連。介于東經(jīng)106°40′—108°25′、北緯34°37′—35°52′之間，水土流失總面積15 149 km2，包括慶陽市的慶城、西峰、合水、寧縣、正寧、鎮(zhèn)原和平?jīng)鍪械臎艽?、平?jīng)觥⒊缧?、靈臺等10個縣市的111個鄉(xiāng)。海拔880—1 560 m，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，切割較深。地貌景觀呈塬、坡、溝、川、峁等形態(tài)，主要土壤有黑壚土、黃綿土和新積土等。年土壤侵蝕模數(shù)4 000～10 000 t/km2，徑流模數(shù)2.5萬m3/km2。

屬溫帶半濕潤氣候，年平均氣溫8～10 ℃，年內(nèi)最高氣溫39 ℃，最低氣溫-25.4 ℃，平均日較差9～12 ℃，年均大于10 ℃積溫2 700～3 320 ℃，年日照時數(shù)3 060 h。四季分明，氣候溫和，無霜期153～174 d。年降水量500～650 mm，且年內(nèi)分配不均，7—9月降水量約占年降水總量的60%。干燥度1.3～1.8。

植被屬暖溫性森林草原帶型，基本上無天然森林植被，僅有的天然草被主要分布在溝坡和山坡上，大多不連片。陰坡生長的優(yōu)勢種有大針茅、鐵桿蒿、茵陳蒿、沙草等，一般草高12～18 cm，覆蓋度60%～100%；陽坡生長的優(yōu)勢種有白羊草、本氏針茅、麻蒿、茵陳蒿、短花針茅、隱子草等，草高15～40 cm，覆蓋度30%～90%，人工草為紫花苜蓿。人工植被以刺槐、山杏、油松、側(cè)柏、沙棘、紫穗槐為主。

2 分析方法

以甘肅省水土保持年報數(shù)據(jù)、各項(xiàng)水保措施保存率為基礎(chǔ)，求得其保存數(shù)量，再根據(jù)甘肅省第一次全國水利普查結(jié)果，對其保存數(shù)量進(jìn)行校正，得到其實(shí)際保存量。通過對黃土高塬溝壑區(qū)南小河溝典型流域60多年來的徑流場、淤地壩的試驗(yàn)觀測和研究資料及其他學(xué)者的研究資料進(jìn)行分析，再根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 15774—2008)中的方法計算出其生態(tài)效益。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同時段水土保持措施保有量

1979年水保措施保存量為21.72萬hm2，其中梯田3.09萬hm2、壩地0.07萬hm2、條田9.56萬hm2、喬木林5.14萬hm2、灌木林0.37萬hm2、果園0.48萬hm2、經(jīng)濟(jì)林0.13萬hm2、封山育林0.39萬hm2、封坡育草1.85萬hm2、人工種草0.64萬hm2，修建谷坊551道、溝頭防護(hù)1 569道，治理程度只有14.34%；通過30多年的治理，到2011年水土保持措施保存數(shù)量達(dá)到80.62萬hm2，其中梯田21.15萬hm2、壩地0.08萬hm2、條田10.23萬hm2、喬木林32.10萬hm2、灌木林4.36萬hm2、果園1.56萬hm2、經(jīng)濟(jì)林0.75萬hm2、封山育林2.38萬hm2、封坡育草0.45萬hm2、人工種草7.56萬hm2，修建塘壩92座、澇池13 854個、谷坊46 764 道、溝頭防護(hù)4 913道、骨干壩122座、淤地壩259座，治理程度達(dá)53.22%。因甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)的果園和經(jīng)濟(jì)林主要為喬木林，而其年報統(tǒng)計表中的喬木林含有果園和經(jīng)濟(jì)林，為分析經(jīng)濟(jì)效益方便，本次分析時將其分開，所以這次分析用的喬木林面積比統(tǒng)計表中的數(shù)據(jù)小。

3.2 效益分析

3.2.1 水圈生態(tài)效益

(1) 減少洪水的效益。根據(jù)對南小河溝流域內(nèi)位置毗鄰且自然條件相似的治理小流域楊家溝和非治理小流域董莊溝的對比觀測資料進(jìn)行分析可知，水土保持綜合治理區(qū)年均可減少洪量3 281.1 m3/km2， 按1993—1999年《中國水利年鑒》平均水庫庫容造價2.17元/ t計算，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年減少洪水的效益分別為481.31萬和3 298.66萬元，2011年較1979年的減少洪水效益增加2 817.35萬元。

(2) 增加常流水的效益。對治理小流域楊家溝和非治理小流域董莊溝的觀測資料進(jìn)行對比分析可知，水土保持治理年可增加常流水392.38 m3/km2，按我國城鎮(zhèn)居民用水平均價格2.09元/m3計，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年增加的常流水分別為55.44萬和379.94萬元，2011年較1979年增加常流水效益324.50萬元。

(3)凈化水質(zhì)的價值。林木的林冠層、草地和土壤層能過濾、截留水中的污染物，如鉛、鎘等，使它們的種類和濃度大為減少、降低，水質(zhì)完全可以達(dá)到生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，其凈化水質(zhì)的價值可采用Ec=M×K來計算。式中：Ec為凈化水質(zhì)價值(元/a)，M為攔截降水量(t/a)，K為單位體積水的凈化費(fèi)(元/t)。取甘肅省廢水的平均凈化費(fèi)用0.834 1元/t，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年凈化水質(zhì)的價值分別為175.86萬和1 221.26萬元，2011年較1979年增加凈化水質(zhì)價值達(dá)1 045.40萬元。

3.2.2 土圈生態(tài)效益

(1)減少土壤侵蝕量。減少土壤侵蝕量為各措施治理前后的土壤侵蝕模數(shù)之差乘以相應(yīng)的治理面積之和。甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年減少的土壤侵蝕量分別為65.84萬和311.02萬t，2011年較1979年減少土壤侵蝕量245.18萬t。

(2)減少土壤肥力損失的價值。減少土壤肥力損失的經(jīng)濟(jì)效益按Ef=ΣAc×Ci×Pi(i=N，P，K)計算。式中：Ef為減少土壤肥力損失的經(jīng)濟(jì)效益(元/a)；Ac為減少土壤侵蝕量(t/a)；Ci為土壤中氮、磷、鉀的純含量(t/a)；Pi為氮、磷、鉀的單價(元/t)，目前硫酸銨、過磷酸鈣和氯化鉀的市場價格分別為1 250、800和2 200元/t，氮、磷、鉀的純含量分別為21%、18%和52%。

甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)黃綿土中全氮、全磷、全鉀的含量分別為0.073%、0.137%、1.303%，1979年和2011年水土保持措施年減少土壤肥力損失的價值分別為4 316.24萬和2.04億元， 2011年較1979年減少土壤肥力損失的價值約為1.61億元。

(3)提高土壤肥力的價值。提高土壤肥力的價值按Eg=ΣSk×H×Ck×Pk×ρ(k=有機(jī)質(zhì)、N)計算。式中：Eg為提高土壤肥力的經(jīng)濟(jì)效益(元/a)；Ck為土壤中有機(jī)質(zhì)和氮的純含量(t/a)；Pk為有機(jī)質(zhì)和氮的單價(元/t)，有機(jī)質(zhì)肥、硫酸銨價格分別為2 000、1 250元/t，其純含量分別為30%和21%；Sk為林草地面積(hm2)；H為林草地表土的平均厚度(m)，隴東黃土高塬溝壑區(qū)取0.5 m；ρ為隴東黃土高塬溝壑區(qū)表土容重，取1.43 g/cm3。

甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)人工喬木林、灌木林、沙棘林、經(jīng)濟(jì)林、草地較荒地的有機(jī)質(zhì)和全N含量分別增加了0.638%和0.024%、1.46%和0.062%、1.46%和0.062%、0.246%和0.015%、1.207%和0.053%， 水漫地比未漫地的有機(jī)質(zhì)、全N含量分別增加了0.48%、0.022%，梯田比坡耕地的有機(jī)質(zhì)、全N含量分別增加了0.202%、0.026%，1979年和2011年提高土壤肥力的價值分別為223.56億和1 340.03億元，2011年較1979年增加土壤肥力的價值為1 116.47億元。

(4)減少土地廢棄的價值。該部分按Eg=Ac×F÷(H×10 000ρ)計算。式中：Eg為減少土壤損失的經(jīng)濟(jì)效益(元/a)；F為中國林草地的平均價格(元/hm2)，取425.925元/hm2，其他符號意義同前。甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年林草措施減少土地廢棄的價值分別為2.28萬和14.44萬元，2011年較1979年減少土地廢棄的價值為12.16萬元。

3.2.3 氣圈生態(tài)效益

3.2.3.1 納碳吐氧的價值

綠色植物通過光合作用吸收空氣中的CO2，生成葡萄糖等碳水化合物并釋放O2，這種功能對維持大氣中的CO2與O2的動態(tài)平衡起著不可替代的作用。固碳制氧采用影子價格法來計算。

(1)固定CO2價值。林草地固定CO2的能力參照相關(guān)專家的研究成果，并參考南小河溝流域的造林類型估算。據(jù)研究，闊葉林固定CO2的能力平均為4.8 t/(hm2·a)，油松為8.898 t/(hm2·a)，喬木林按兩者平均值為6.849 t/(hm2·a)，灌木林、經(jīng)濟(jì)林和草地固定CO2的能力分別為3.88、4.8和5.34 t/(hm2·a)，計算固定CO2價值按瑞典的碳稅率150 美元/t(折合人民幣1 200元/t)和造林成本法250元/t的平均值，即725元/t計，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年林草地固定CO2的價值分別3.12億和20.90億元，2011年較1979年增加價值17.78億元。

(2)林草地釋放O2能力依據(jù)南小河溝流域調(diào)查的各植物生長量，參照相關(guān)專家的研究成果估算。據(jù)研究，闊葉林釋放O2的能力平均為3.53 t/(hm2·a)，油松為3.996 t/(hm2·a)，喬木林按兩者平均值為3.763 t/(hm2·a)，灌木林、經(jīng)濟(jì)林和草地釋放O2的能力分別為 3.29、3.53和3.92 t/(hm2·a)，釋放O2價值采用中華人民共和國衛(wèi)生部網(wǎng)站中2007年春季氧氣平均價格，按1 000元/t計，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年林草地生產(chǎn)O2的價值分別為2.52億和17.29億元，2011年較1979年增加價值14.77億元。

3.2.3.2凈化空氣的價值

(1)林草生態(tài)系統(tǒng)吸收SO2可以凈化大氣環(huán)境。不同植物對SO2的吸收能力不同，據(jù)研究，闊葉林吸收SO2的能力平均為88.65 kg/(hm2·a)，油松為220.03 kg/(hm2·a)，喬木林按兩者平均值為154.34 kg/(hm2·a)，灌木林、經(jīng)濟(jì)林分別為152.1、88.65 kg/(hm2·a)，草地為279.03 kg/(hm2·a)。吸收SO2的價格采用國家發(fā)展與改革委員會等四部委2003 年第31 號令《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計算方法》，按SO2排污費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)1.2元/kg計。經(jīng)計算，甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年林草地吸收SO2的價值分別為1 298.69萬和9 518.06萬元，2011年較1979年增加SO2凈化價值8 219.37萬元。

(2)吸收NO的價值。植被吸收NO的能力與植被種類、垂直結(jié)構(gòu)和覆蓋率、大氣中污染物的濃度及季節(jié)有關(guān)。本研究喬木林按闊葉林54.5 kg/(hm2·a)與油松林65.8 kg/(hm2·a)的平均值即60.15 kg/(hm2·a)計，灌木林、經(jīng)濟(jì)林、草地分別為54.5、 54.5和45.81 kg/(hm2·a)，吸收NO的價格采用國家發(fā)展與改革委員會等四部委2003 年第31 號令《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計算方法》，按氮氧化物排污費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.63元/kg計，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年林草地吸收NO的價值分別為246.90萬和1 663.61萬元，2011年較1979年吸收NO的價值增加1 416.71萬元。

(3)滯塵的價值。滯塵功能價值評估方法運(yùn)用替代花費(fèi)法，以降塵清理費(fèi)0.15元/kg的成本來估算。據(jù)有關(guān)測定，草地每年的滯塵量為1.2 t/hm2，灌木林、經(jīng)濟(jì)林按闊葉林的10.1 t/hm2計，喬木林取闊葉林10.1 t/hm2和油松33.281 t/hm2的平均值21.69 t/hm2，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年林草地阻滯降塵的價值分別為1.83億和11.59億元，2011年較1979年增加滯塵價值9.76億元。

3.2.3.3 降低溫度所產(chǎn)生的價值

植被恢復(fù)后生態(tài)系統(tǒng)降低溫度所產(chǎn)生的價值，可通過平均林高與林地面積相乘計算出森林的總?cè)莘e，然后利用影子工程法計算。夏季7—9月，每月按30天，普通空調(diào)在單位容積內(nèi)降低1 ℃的費(fèi)用按1元計，綠地覆蓋率每增加10%，夏季白天氣溫下降0.93 ℃，以甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)的平均林高2.0 m計算，則甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年林草地降低溫度所產(chǎn)生的價值分別為1 024.49萬和6 490.10萬元，2011年較1979年降溫價值多5 465.61萬元。

3.2.4 生物圈生態(tài)效益

(1) 提高林草覆蓋率。甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年的林草面積為9.00萬hm2， 2011年的林草面積為49.16 萬hm2，其林草覆蓋率由1979年的5.94%提高到了32.45%。

(2)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)病蟲害防治的價值。病蟲害防治價值用人工病蟲害防治的投入代替。林草地病蟲害防治費(fèi)按1995年全國用于防治森林病害、蟲害和鼠害防治費(fèi)用的平均值3.57元/hm2計，則黃土高塬溝壑區(qū)2011年和1979年生態(tài)系統(tǒng)病蟲害防治的價值分別為165.40萬和24.13萬元，2011年較1979年增加141.27萬元。

(3)生態(tài)系統(tǒng)舒適性價值。舒適性價值指區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)所能提供的舒適性服務(wù)價值的轉(zhuǎn)現(xiàn)值。如優(yōu)美的區(qū)域水土保持景觀、潔凈的空氣給人的享受等舒適性價值。喬木林、灌木林、經(jīng)濟(jì)林、草地的單位面積年舒適性價值分別為2 007、2 007、495、563元/hm2，按此標(biāo)準(zhǔn)計算，甘肅省黃土高塬溝壑區(qū)1979年和2011年的生態(tài)系統(tǒng)舒適性價值分別為1.17億和7.86億元，2011年較1979年增加6.69億元。

(4)生物多樣性。生物多樣性價值用替代法計算：森林采伐造成游憩及生物多樣性的價值損失值為400美元/hm2，全球社會性對保護(hù)我國森林資源的支付意愿為112美元/hm2，按此標(biāo)準(zhǔn)計算，則甘肅省高原溝壑區(qū)植被建設(shè)至2011年，由生物多樣性增加所產(chǎn)生的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值為13.02億元。