南水北調(diào)中線工程水土保持林草措施生態(tài)服務功能價值研究

張 璐，解翼陽

(華北水利水電大學 資源與環(huán)境學院，河南 鄭州 450045)

南水北調(diào)工程作為舉世矚目的重大水利工程，除工程本身外，其相關的生態(tài)環(huán)境問題也是專家學者研究的熱點。以南水北調(diào)中線工程來說，其南自河南南陽盆地，北至北京、天津市平原區(qū)，工程建設對沿線生態(tài)環(huán)境的影響不容忽視。為此，除工程主體設計外，還制定了水土保持等一系列生態(tài)環(huán)境保護對策。而如何對這些生態(tài)環(huán)境保護對策所發(fā)揮的效益進行科學合理的評價，正是本文關心的問題。

1997年Costanza等對全球主要類型的生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值進行了評估，使全球的生態(tài)系統(tǒng)價值評估提高到一個全新的水平。此后，生態(tài)系統(tǒng)服務功能理論也被引入相關領域，用于相關領域的生態(tài)服務功能價值的研究。在我國，余新曉等以水土保持學、生態(tài)學和生態(tài)經(jīng)濟學理論為指導，提出了水土保持生態(tài)服務價值的概念，認為水土保持生態(tài)服務價值估算是在特定尺度和區(qū)域范圍內(nèi),將水土保持措施為人類和社會提供的服務進行貨幣化計量的研究，具體評價內(nèi)容包括保持和涵養(yǎng)水源價值、保持和改良土壤價值、固碳供氧價值、凈化空氣價值、防風固沙價值、維持生物多樣性價值等6個方面[1]；并且考慮到水土保持措施體系中工程、林草、農(nóng)業(yè)三大措施的作用原理和作用發(fā)揮的不同，分別給出了各自的生態(tài)服務功能價值評估方法[2-3]。在吳嵐等的研究中，將水土保持林草措施生態(tài)服務功能具體地描述為保持和涵養(yǎng)水源功能、保持和改良土壤功能、固碳供氧功能、凈化空氣功能、防風固沙功能、維持生物多樣性功能和維持環(huán)境景觀功能[3]。高照良等對水土保持工程措施生態(tài)服務功能如何進行物質(zhì)量化進行了研究[4]。盛莉等進而運用模型和以上理論對2001年全國水土保持生態(tài)服務功能價值進行了估算[5]。閆峰陵等評估了規(guī)劃實施的丹江口庫區(qū)水土保持近期項目的生態(tài)服務功能價值[6]。

可以說，目前我國這方面的研究還較少，僅初步建立了水土保持生態(tài)服務價值評價體系和評價方法，并進行了少數(shù)幾個典型研究。那么，水土保持措施不同的服務功能在計算物質(zhì)量和價值量的時候，其每個指標的單位價值量該如何選取呢？例如，不同地區(qū)，不同措施，同一地區(qū)不同措施，或者同一地區(qū)不同林種，所選取的單位價值量肯定應有所區(qū)別，這些都是值得仔細探討的。另外，是否每個地區(qū)和項目的水土保持措施在計算其生態(tài)系統(tǒng)服務功能時，所計算的生態(tài)服務功能都必須一致呢？例如，線型工程所營造的水土保持林和大面積的水土保持林，其林地面積、結(jié)構(gòu)等是有重大區(qū)別的。林地普遍具有的生態(tài)服務功能我們都已經(jīng)了解，但是，在具體計算某一特定工程的特定林型、特定林種時，是不是應區(qū)別對待呢？這些問題都是值得我們認真思考的。

本文分析了在計算線型工程水土保持林草措施生態(tài)服務功能時應注意的問題，并以南水北調(diào)中線工程水土保持林草措施為例，探討了其生態(tài)服務功能結(jié)構(gòu)及計算方法，并計算了其生態(tài)服務功能總價值。

1 生態(tài)服務功能價值評估體系

根據(jù)國家林業(yè)局頒布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》(LY/T 1721—2008)，森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能主要包括森林在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護、生物多樣性保護和森林游憩等方面提供的生態(tài)服務功能；森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估即對森林服務功能開展的實物量與價值量進行評估。

本研究中的水土保持林是指南水北調(diào)中線一期工程實施過程中，為保護環(huán)境在干渠沿線實施的水土保持措施中增加的水土保持林。由于南水北調(diào)中線一期工程的水土保持林是線性分布在供水線路兩側(cè)的，線路較長，但并未形成大片林地，涵養(yǎng)水源作用并不突出，所以對于水土保持林非常重要的涵養(yǎng)水源功能所帶來的效益本文暫不予考慮。另外，根據(jù)研究目的，本研究探討的僅是南水北調(diào)中線一期工程水土保持林草措施實施后所產(chǎn)生的生態(tài)服務功能價值，即其對受水區(qū)帶來的生態(tài)環(huán)境方面的效益，故不考慮其積累營養(yǎng)物質(zhì)、森林防護、生物多樣性保護和森林游憩等方面的功能。經(jīng)分析，本研究僅探討水土保持林草措施的土壤保持、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境三方面的生態(tài)服務功能。其價值評估即對水土保持林草措施生態(tài)服務功能的物質(zhì)量與價值量進行評估，評估方法和單位價值量參考《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》(LY/T 1721—2008)，不足部分結(jié)合國內(nèi)相關區(qū)域研究成果進行補充。

2 生態(tài)服務功能價值評價方法

根據(jù)上文分析，南水北調(diào)中線工程水土保持林草措施生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值(R)主要包括土壤保持價值(B)、固碳釋氧價值(C)、凈化大氣環(huán)境價值(D)三方面，用公式可表示為

R=B+C+D

2.1 土壤保持價值

水土保持林土壤保持價值(B)主要包括固持土壤價值、保肥價值和防止泥沙滯留和淤積的價值，評估方法如下。

2.1.1 固持土壤價值(B1)

(1)固持土壤物質(zhì)量為

(1)

(2)固持土壤價值量為

B1價=B1實÷ρ÷h×S11

(2)

式中：B1價為水土保持林固持土壤價值，元/a；B1實為水土保持林年固土量，t/a；ρ為土壤密度，按全國土壤耕作層平均土壤密度1.185 t/m3計算；h為林地的土層厚度，以我國耕作土壤的平均厚度0.5 m作為林地的土層厚度；S11為我國林業(yè)生產(chǎn)的年平均收益，根據(jù)調(diào)查，取S11=263.58元/hm2。根據(jù)土壤侵蝕量和土壤耕作層的平均厚度來推算土地面積減少量，可計算出每年可能保持的土壤面積，對林地采用其生產(chǎn)的機會成本，即可估算林地固持土壤的經(jīng)濟價值[3]。

2.1.2 保肥價值(B2)

(1)減少養(yǎng)分流失量為

B2實=A×Q12

(3)

式中：B2實為水土保持林減少養(yǎng)分流失量，t/a；A為水土保持林面積，hm2；Q12為單位面積林地每年防止養(yǎng)分流失的能力，主要包括防止由水土流失造成的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的損失量。據(jù)測定,全國范圍內(nèi)土壤中有機質(zhì)含量為1%，氮含量為0.37%，磷含量為0.108%，鉀含量為2.239%[9]。為便于測算，將氮、磷、鉀折算成碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀，其折算系數(shù)分別為5.571、3.373和1.667[6]。

(2)保肥效益價值量為

B2價=B2實×S12

(4)

式中：B2價為水土保持林保肥價值，元/a；S12為土壤養(yǎng)分的影子價格，以當年研究區(qū)各種化肥的平均價格計取。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)各縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料公司數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計平均后，得出碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀的市場價格分別為590、680和3 300元/t[6]。

2.1.3 防止泥沙滯留和淤積的價值(B3)

(1)防止滯留和淤積的泥沙量。據(jù)統(tǒng)計，全國土壤侵蝕流失的泥沙有24%淤積于水庫、河湖，則水土保持林防止滯留和淤積的泥沙量可表示為

B3實=B1實×24%

(5)

式中：B3實為水土保持林防止滯留和淤積的泥沙量，t/a；B1實為水土保持林年固土量，t/a。

(2)防止泥沙滯留和淤積的價值量為

B3價=B3實×S13

(6)

式中：B3價為水土保持林防止泥沙滯留和淤積的價值，元/a；B3實為防止滯留和淤積的泥沙量，t/a；S13為防止滯留和淤積的單位質(zhì)量泥沙的效益，元/t，按照工程替代法，S13以單位庫容造價計算，根據(jù)1993—1999年《中國水利年鑒》，平均水庫庫容造價為2.17元/t，計算當年價格指數(shù)為2.816，則單位庫容造價為6.11元/t。

2.2 固碳釋氧價值

固碳釋氧價值(C)指水土保持林固定CO2和供給O2的經(jīng)濟價值。

(1)固碳釋氧實物量。根據(jù)植物光合作用方程式，植物形成1 t干物質(zhì)需要1.63 t的CO2,放出1.2 t的O2，因此固碳和釋放O2實物量計算公式分別為

C1實=A×L×12/44

(7)

C2實=A×L×1.2/1.63

(8)

式中：C1實為固碳實物量，t/a；C2實為釋放O2量，t/a；A為增加的水土保持林面積，hm2；L為森林的CO2吸收率，據(jù)測定，中國北方森林的CO2吸收率為13.6 t/(hm2·a)。

(2)固碳釋氧價值量為

C價=C1實×S21+C2實×S22

(9)

式中：C價為固碳釋氧價值，元/a；S21為固碳價格，采用瑞典碳稅率，即1 200元/t；S22為生產(chǎn)氧氣的價格，根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》(LY/T 1721—2008)的規(guī)定，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，即1 000元/t。

2.3 凈化大氣環(huán)境價值(D)

2.3.1 吸收污染物和滯塵價值(D1)

吸收污染物和滯塵價值主要包括吸收有害氣體SO2的價值(D11價)、吸收氟化物的價值(D12價)、吸收氮氧化物的價值(D13價)和吸收粉塵的價值(D14價)。

(1)吸收污染物和滯塵的物質(zhì)量計算公式為

D1實=D11實+D12實+D13實+D14實=A·Q311+A·Q312+A·Q313+A·Q314

(10)

式中：D1實為吸收污染物和滯塵的物質(zhì)量，kg/a；A為增加的水土保持林面積，hm2；Q311為單位面積林地吸收SO2的能力，據(jù)《中國生物多樣性經(jīng)濟價值評估》中的數(shù)據(jù)，闊葉林吸收SO2的平均值為88.65 kg/(hm2·a)，針葉林吸收SO2的平均值為215.60 kg/(hm2·a)，本文取其較小值88.65 kg/(hm2·a)；Q312為單位面積林地吸收氟化物的能力，據(jù)北京市環(huán)境保護科學研究所測定，闊葉林和針葉林吸收氟化物平均值分別為4.65、0.50 kg/(hm2·a)，本文取其較小值0.50 kg/(hm2·a)；Q313為單位面積林地吸收氮氧化物的能力，據(jù)測定，森林的氮氧化物吸收量為6.0 kg/(hm2·a)；Q314為單位面積林地吸收粉塵的能力，據(jù)《中國生物多樣性經(jīng)濟價值評估》中的數(shù)據(jù)，針葉林的滯塵能力為33.2 t/(hm2·a)，闊葉林的滯塵能力為10.11 t/(hm2·a)，本文取其較小值10.11 t/(hm2·a)。

(2)吸收污染物和滯塵的價值量計算公式為

D1價=D11價+D12價+D13價+D14價=D11實·S311+D12實·S312+D13實·S313+D14實·S314

(11)

式中：D1價為吸收污染物和滯塵的價值，元/a；S311為SO2排污費收費標準，根據(jù)《排污費征收標準及計算方法》中相應的排污費收費標準，為1.2元/kg；S312為氟化物排污費收費標準，為0.69元/kg；S313為氮氧化物排污費收費標準，為 0.63 元/kg；S314為一般性粉塵排污費收費標準，為0.15元/kg。

2.3.2 降低噪音價值(D2)

目前對森林生態(tài)系統(tǒng)降低噪音價值的估算方法是以造林成本的15%計，本研究也以此作為估算減弱噪音價值的標準。用公式表示為

D2價=A×Q32×S32×15%

(12)

式中：D2價為減弱噪音價值，元/a；A為增加的水土保持林面積，hm2；Q32為成熟林單位面積蓄積量，綜合國內(nèi)研究和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，取80 m3/(hm2·a)；S32為成熟林單位蓄積量價值，以平均造林成本240.03元/m3計。

3 生態(tài)服務功能價值評估

根據(jù)《南水北調(diào)中線一期工程可行性研究總報告》水土保持篇中的設計，中線一期工程共植苗造林31 266 470株，按平均2 m×3 m的株行距計算，共18 759.882萬m2，幼林撫育335.88萬m2，主要在河南、河北兩省范圍內(nèi)。因此，中線一期工程由于治理水土流失在受水區(qū)增加的水土保持林面積為19 095.76萬m2，即19 095.76 hm2。根據(jù)公式(1)—(12)，計算出水土保持林效益見表1，則南水北調(diào)中線一期工程水土保持林草措施年度生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值為37 766.07萬元。

表1 南水北調(diào)中線工程水土保持林草措施每年生態(tài)服務功能物質(zhì)量、價值量

4 結(jié) 語

水土保持措施生態(tài)服務功能價值研究在我國還剛起步，很多指標選取、單位價值量估算、物質(zhì)量及價值量計算方法等問題還有待進一步研究，不同工程、不同地點、不同結(jié)構(gòu)的水土保持措施所發(fā)揮的生態(tài)服務功能在評價上如何區(qū)別也是值得研究的。本研究作為線型工程水土保持林草措施生態(tài)服務功能價值評估的一個示例，可為科學評價南水北調(diào)中線工程水土保持林草措施生態(tài)效益提供科學依據(jù)，并可為開發(fā)建設項目水土保持措施效益評價以及調(diào)水工程生態(tài)補償提供思路。

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