甘肅省慶陽市董志塬水土保持功能服務(wù)價值估算

劉自強， 王海燕， 田鳳霞， 鮑玉海， 賀秀斌， 李瀚之， 賈國棟

(1.北京林業(yè)大學 水土保持學院, 北京 100083; 2.水利部水土保持監(jiān)測中心， 北京 100053;3.中國科學院 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 山地表生過程與生態(tài)調(diào)控重點實驗室， 四川 成都 610041)

水土保持作為中國生態(tài)建設(shè)的重要組成部分，是國土整治、江河治理的根本，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)。水土保持治理和水土保持效益雖已引起足夠的認識，但水土保持服務(wù)價值評估尚未形成完整、統(tǒng)一的體系[1]。隨著市場經(jīng)濟的深入發(fā)展，中國開始有大批學者進行價值評估理論研究[2]。有學者構(gòu)建了水土保持功能服務(wù)價值評價指標體系，并對典型區(qū)域的水土保持功能服務(wù)價值基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)或基于遙感數(shù)據(jù)進行估算[3-5]。然而，現(xiàn)有的指標體系多聚焦在某一生態(tài)系統(tǒng)或區(qū)域尺度，未對具體的水土保持措施進行評價，且多為統(tǒng)計數(shù)據(jù)對服務(wù)功能價值進行評價，評價結(jié)果偏差較大，并對水土保持服務(wù)功能評價尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范和標準，難以為政府生態(tài)補償提供科學依據(jù)[6]。本文以慶陽市董志塬區(qū)為例，擬依據(jù)《水土保持法(新)》的內(nèi)容，借鑒國內(nèi)外生態(tài)價值核算理論，基于水土保持4大基本功能和野外觀測數(shù)據(jù)，提出構(gòu)建水土保持服務(wù)功能評價的分類體系?？茖W合理運用適合黃土高原水土保持措施服務(wù)價值評估方法，有效評估慶陽市西峰塬區(qū)水土保持功能服務(wù)價值，對土地合理開發(fā)和保護水土資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 研究區(qū)概況

甘肅省慶陽市西峰塬區(qū)地處甘肅省東部、涇河上游，位于隴東黃土高原董志塬腹地，地理坐標為107°27′42″—107°52′48″E，35°25′55″—35°51′11″N，東鄰西安、咸陽，西連平?jīng)?，南通天水、寶雞，北接銀川。長約47.7 km，東西寬約34.8 km，總面積989.9 km2。該區(qū)屬于黃土高塬溝壑區(qū)，平均海拔1 421 m，地勢平坦，由東北向西南傾斜，南北呈一扇形，以董志、彭原兩鎮(zhèn)為中心的董志塬，塬面完整，地勢平坦。西峰區(qū)屬溫帶大陸性半干旱氣候，光照充足，年日照2 400～2 600 h，年降水量400～600 mm，年平均氣溫10 ℃，年無霜期160～180 d，四季分明。西峰區(qū)經(jīng)過多年的水土保持治理工作，在塬區(qū)建成攔蓄壩、蓮花池、甲魚景觀池、砌石護坡、防洪景觀墻等多種水土保持工程設(shè)施，栽植了紅花槐、油松、側(cè)柏、垂柳、云杉、櫻花等多個綠化樹種，對保護城市安全，維持生態(tài)平衡，保持生物多樣性，在涵養(yǎng)水源、河道治理、降解污染等方面起到了重要作用。

2 水土保持生態(tài)服務(wù)功能價值計算方法

2.1 評價指標體系的構(gòu)建

水土保持功能指水土保持設(shè)施、地貌植被所發(fā)揮或蘊藏的有利于保護水土資源、防災(zāi)減災(zāi)、改善生態(tài)、促進社會進步等方面的作用。根據(jù)水土保持功能的組成內(nèi)容，本著系統(tǒng)性與科學性、獨立性與穩(wěn)定性，以及可操作與可接受性原則，為各項功能建立可測算的指標體系；然后按傳統(tǒng)水土保持設(shè)施和自然地貌植被，進一步分析出水土保持設(shè)施和自然地貌植被具有的二級水土保持功能。水土保持設(shè)施方面，限于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的獲取難易程度以及重要性程度，只選擇了具有基礎(chǔ)性和普遍性的預(yù)防和減少土壤流失功能，提高土壤質(zhì)量和土地生產(chǎn)力功能，攔蓄地表徑流、提高水源涵養(yǎng)能力功能，減輕下游泥沙危害功能，減輕風沙災(zāi)害功能，改善生物多樣性功能，固碳釋氧功能，以及促進社會進步、改善人民生活功能進行評估。本文結(jié)合西峰區(qū)黃土高原的水土流失特點，特色的水土保持措施，依托水利部2017年財政專項水土保持業(yè)務(wù)項目水土保持補償基礎(chǔ)工作，基于保護水土資源功能，防災(zāi)減災(zāi)功能，改善生態(tài)功能，促進社會進步功能等四項水土保持功能，構(gòu)建了水土保持服務(wù)功能的評價指標(圖1)。

2.2 評價指標體系的計算

慶陽西峰區(qū)董志塬土地水土保持服務(wù)功能價值估算方法主要包括成本參照法[7]、替代成本法[8]、水文法[9]、水保法[10]、Shannon-Wiener指數(shù)法[11]、成本費用法[12]、市場價值法等[13]。成本參照法適用于項目區(qū)費用數(shù)據(jù)不足或不夠時，參照其他相似地區(qū)或相似項目的費用數(shù)據(jù)進行評估。替代成本法通常用來評估對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付愿望或失去這些服務(wù)的補償愿望，一般通過計算人工系統(tǒng)的價值替代生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。水文法和水保法是指常用于水文水資源和水土保持學中的計算或量測方法。Shannon-Wiener指數(shù)是指香農(nóng)—威納指數(shù)，其借用信息論方法，測量群落的異質(zhì)性，數(shù)值越大，表示群落的多樣性程度越高。成本費用法是指累計項目在生產(chǎn)經(jīng)營過程中所發(fā)生的各種資金消耗的方法。市場價值法又稱生產(chǎn)率法。利用因環(huán)境質(zhì)量變化引起的某區(qū)域產(chǎn)值或利潤的變化來計量環(huán)境質(zhì)量變化的經(jīng)濟效益或經(jīng)濟損失。這種方法把環(huán)境看成是生產(chǎn)要素，環(huán)境質(zhì)量的變化導致生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本的變化，用產(chǎn)品的市場價格來計量由此引起的產(chǎn)值和利潤的變化，估算環(huán)境變化所帶來的經(jīng)濟損失或經(jīng)濟效益。

本文數(shù)據(jù)及資料來源于黃委會西峰水土保持科學試驗站南小河溝和硯瓦川流域內(nèi)的38個標準小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙監(jiān)測數(shù)據(jù)(2015—2016年)，《西峰發(fā)展年鑒(2015)》《西峰發(fā)展年鑒(2016)》等，計算2015年該區(qū)的水土保持功能服務(wù)價值。南小河溝和硯瓦川流域是黃河水利委員會西峰水土保持科學試驗站于1951和1976年設(shè)立從事黃土高塬溝壑區(qū)水土流失觀測和水土保持試驗研究的2個小流域。2個流域內(nèi)共設(shè)置38個涵蓋不同立地條件、坡度、坡向、植被覆蓋和措施的標準徑流小區(qū)。由此數(shù)據(jù)進行推算，能客觀、準確、科學的評估水土保持服務(wù)功能價值。

圖1 慶陽市董志塬區(qū)水土保持服務(wù)功能評價指標體系

3 結(jié)果與分析

3.1 塬區(qū)土地利用現(xiàn)狀

根據(jù)土地評價分類系統(tǒng)，依據(jù)土地的經(jīng)濟特性將研究區(qū)的土地利用類型分類(如表 1所示)。西峰塬區(qū)現(xiàn)有面積989.9 km2，其中有448.8 km2的土地實施了水土保持措施，占整個區(qū)域國土面積的45.3%。由于該地區(qū)耕地坡度較陡，多數(shù)耕地采取梯田的種植方式，因此梯田在所采取的水土保持措施面積比最大，為282.7 km2，占整個水土保持措施的63.0%。林地主要以人工種植的喬木林為主，占地面積為73.4 km2，其次為坡度較緩的坡耕，占地面積為59.4 km2。該區(qū)的經(jīng)濟林、果園、灌木林、壩地等面積較少，不足整個水土保持措施面積3%。

表1 塬區(qū)有水土保持措施的土地利用現(xiàn)狀

3.2 保護水土資源的服務(wù)功能價值估算

3.2.1 減少土壤流失量 本文收集了研究區(qū)不同坡度、不同坡向、不同植被覆蓋和不同立地條件徑流小區(qū)的實測數(shù)據(jù)。根據(jù)研究區(qū)標準(裸地與對應(yīng)措施)徑流小區(qū)的實測數(shù)據(jù)，得出各項措施減少的土壤侵蝕量，再根據(jù)各項處理措施的標準小區(qū)面積換算得出其單位面積減少的土壤侵蝕量，最后得出各項處理措施減少的土壤侵蝕總量。

如表2所示，梯田、坡耕地及喬木林減少的土壤侵蝕總量較大。這是因為梯田修建后，獲得的降雨不會因為坡度而發(fā)生水土流失，也即不存在土壤侵蝕量，因此減少的土壤侵蝕量最大，此外，該區(qū)梯田面積較大，因此減少的土壤侵蝕總量也越大。對喬木林來說，其冠幅較大，截留量要大于灌木林和草本，再加上林下的枯落物可能對徑流的二次減弱左右，林地減少的土壤侵蝕量要小于灌木林和草本。該區(qū)的林地面積不小，且要高于經(jīng)濟林面積，林地減少的土壤侵蝕總量要比經(jīng)濟林多13.4倍左右。該區(qū)的平均土壤厚度為75 cm，土壤容重為1.20 g/cm3，根據(jù)當?shù)厥袌鰞r格得出土地的市場價值為4元/m3，經(jīng)過計算得出該區(qū)水土保持措施減少土壤侵蝕量的經(jīng)濟效益為5.54×107元。

表2 各項水土保持措施減少的土壤侵蝕總量

3.2.2 保存土壤肥力的量 水土流失過程中流失的土壤養(yǎng)分，也即水土保持措施中保持的土壤肥力。本文水土保持措施保存的土壤肥力主要指保存在土壤中的速效氮、速效磷、速效鉀及有機質(zhì)等。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)(實施水土保持措施后)得出各項措施土壤中土壤的肥力，再減去裸地的土壤肥力，即可獲得單位質(zhì)量土壤保存的土壤肥力。一般說來，侵蝕量越大，流失的土壤肥力也越多；同樣，減少的土壤侵蝕量越多，保存的土壤肥力也越多，其水土保持效益也越好[8-9]。觀測結(jié)果表明，有水土保持措施小區(qū)比裸地小區(qū)土壤的氮、磷、鉀、有機質(zhì)含量平均增加分別為34.54，6.33，112.92，2.5 mg/kg。因此，減少的土壤侵蝕量與保存的土壤肥力呈正相關(guān)。根據(jù)當?shù)厥袌鰞r格，取氮肥為1 800元/t，磷肥為2 800元/t，鉀肥為1 960元/t，有機肥為800元/t，經(jīng)過計算得出該區(qū)水土保持措施保存的土壤肥力經(jīng)濟效益為3 373萬元。

3.2.3 攔蓄的地表徑流量 根據(jù)標準裸地小區(qū)的年產(chǎn)流量減去(與裸地有相同立地條件、坡度和坡向)標準措施小區(qū)的產(chǎn)流量，即可得出標準小區(qū)面積內(nèi)某項水土保持措施減少的徑流量。由標準小區(qū)面積產(chǎn)流量換算出單位面積的產(chǎn)流量，再乘以相應(yīng)措施的總面積，獲得該項措施減少的徑流總量。計算結(jié)果如表3所示，梯田、坡耕地及喬木林減少的徑流總量較大。與減少的土壤侵蝕量類似，修建的梯田地塊可以攔蓄全部降雨，不產(chǎn)生地表徑流，因此梯田攔蓄的地表徑流量最大。相似地，喬木對降雨的攔截作用要大于灌木和草本，該地塊產(chǎn)生的徑流量也小，攔蓄的地表徑流量也大，再加上梯田占地面積和喬木林的占地面積大，其攔蓄的地表徑流總量也越大。由于當?shù)厮畠r采用階梯用水定價，即用水越多，單位水價的價格也越高。若每戶居民每月的用水量為0～9 m3，其水價為3.20元/m3；若每戶居民每月的用水量為9～15 m3，其水價為4.80元/m3；若每戶居民每月的用水量為超出15 m3水量的用水部分，水價為6.40元/m3。因此，本研究按照水價6.40元/m3進行計算，得出該區(qū)水土保持措施減少的徑流量經(jīng)濟效益為1.26×108元。

表3 各項水土保持措施減少的徑流總量

3.2.4 涵養(yǎng)水源量 涵養(yǎng)水源功能是重要的水土保持功能之一。根據(jù)涵養(yǎng)水源的概念，未被徑流損失的水分均具有涵養(yǎng)水源的功能，因此本文涵養(yǎng)水源量的計算方法為降雨量減去徑流量，再乘以當?shù)厮畠r(用水單價與上文所述相同)。

因此，攔蓄的地表徑流量越大，其涵養(yǎng)水源的量也越大。通過計算得出各項水土保持措施的涵養(yǎng)水源量(如表4所示)。梯田的水源涵養(yǎng)總量最大，經(jīng)過計算得出該區(qū)水土保持措施保存的水源涵養(yǎng)總量經(jīng)濟效益為4.32×108元。

表4 各項水土保持措施增加的水源涵養(yǎng)總量

3.3 防災(zāi)減災(zāi)

防災(zāi)減災(zāi)功能包括減少下游泥沙危害和減少風沙危害，由于該區(qū)平均風速比較小，侵蝕主要以水力侵蝕為主，風力侵蝕比較微弱，風力侵蝕造成的風沙災(zāi)害比較少，因此減少風沙危害的水土保持效益可以忽略不計，只計算由水力侵蝕造成的泥沙危害。減少下游泥沙危害主要通過各項水土保持措施減少的產(chǎn)沙量進行計算，即標準裸地徑流小區(qū)的產(chǎn)沙量與各項水土保持措施小區(qū)產(chǎn)沙量的差值。一般來說，植被蓋度越大，產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量也越小，對下游造成的泥沙危害也越小，水土保持效益也越高。本文取水庫工程費用或挖取單位體積泥沙的費用38元/m3，經(jīng)過計算得出該區(qū)水土保持措施減少下游泥沙危害總量經(jīng)濟效益為5.26×107元。

3.4 改善生態(tài)

3.4.1 增加生物多樣性 本文增加生物多樣性效益主要根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，得出各項水土保持措施實施后增加的物種總數(shù)、增加的多樣性指數(shù)，再乘以林分年物種多樣性保育價值，本文主要根據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)計算物種保育價值(表5)[14]，經(jīng)過計算得出該區(qū)水土保持措施增加生物多樣性的經(jīng)濟效益為5.34×108元。

表5 Shannon-Wiener指等級劃分及其價值量

3.4.2 固碳釋氧 森林固碳量是指森林通過系列生

物過程吸收空氣中的二氧化碳后儲存在森林中的總量。本文根據(jù)各項水土保持措施的森林現(xiàn)有面積，喬木林和經(jīng)濟林按森林生長量取5 mg/(hm2·a)，苗圃和果園取4.5 mg/(hm2·a)，灌木林和坡耕地取3.8 mg/(hm2·a)，梯田和草地取3.1 mg/(hm2·a)，土壤碳儲量按0.062 5 kg/m2，得出森林固碳量、土壤固碳量和森林釋氧量(具體如表6所示)。按照瑞典碳稅率1 200元/t，氧補償2 148元/t計算，得出該區(qū)水土保持措施固碳釋氧的經(jīng)濟效益為7.05×108元。

表6 各項水土保持措施固碳釋氧總量t

3.5 評估結(jié)果

慶陽市西峰區(qū)水土保持服務(wù)功能包含減少土壤流失價值，保存土壤肥力價值，攔蓄地表徑流價值，涵養(yǎng)水源價值，減輕下游泥沙危害價值，增加物種多樣性指數(shù)價值，固碳釋氧價值和促進社會進步價值。由于促進社會進步價值涉及的指標數(shù)據(jù)復雜，本研究缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)，沒有將促進社會進步價值加以計算，只計算了前7種價值。依照上述計算結(jié)果，2015年全年慶陽西峰塬區(qū)土地，除促進社會進步價值外，水土保持服務(wù)功能的總價值為1.94×109元，有水土保持措施土地的水土保持服務(wù)功能價值為4.32元/m2(表7)。

表7 各項水土保持服務(wù)價值

4 討論與結(jié)論

慶陽市董志塬區(qū)土地水土保持服務(wù)功能主要以涵養(yǎng)水源服務(wù)功能價值、固碳釋氧服務(wù)功能價值和改善生物多樣性服務(wù)功能價值為主，三者占比超過總服務(wù)價值的80%以上，其中，水土保持服務(wù)價值最大的為固碳釋氧功能，這是因為各項水土保持措施不僅保持了土壤，還保持了森林林分，而森林和土壤能通過光合作用等循環(huán)過程固定豐富的碳，使其具有豐富的碳量，因此具有較大的水土保持服務(wù)功能價值。此外，各項水土保持措施保持的土壤能為物種生長提供良好的養(yǎng)分環(huán)境和水分環(huán)境，可促進物種多樣化和豐富度，具有的改善物種多樣性服務(wù)價值也大。余付勤等[15]和黃麟等[16]在研究中國典型區(qū)域水土保持服務(wù)價值時也發(fā)現(xiàn)，固碳釋氧價值占水土保持總價值的比例最高。減少土壤流失、保存土壤肥力及減輕泥沙危害的水土保持服務(wù)價值在同一數(shù)量級，但低于攔蓄地表徑流和涵養(yǎng)水源價值，說明水土保持措施在以上3方面發(fā)揮著同等重要的水土保持效益，但要顯著低于發(fā)揮在攔蓄地表徑流和涵養(yǎng)水源方面的效益。這可能是因為水土保持措施主要是攔蓄地表徑流，涵養(yǎng)水源，而且當?shù)靥葑有偷挠盟▋r機制，造成此次評估計算的服務(wù)價值偏高。本研究估算的水土保持措施服務(wù)價值量要高于馬琳[17]對黃土高原具體的水土保持工程措施的效益價值量，說明慶陽市董志塬區(qū)的水土保持工作中對涵養(yǎng)水源和森林植被恢復工作取得較好的水土保持效益，在未來一段時間內(nèi)應(yīng)進一步加強水土保持、水源涵養(yǎng)及植被恢復工作，保持其可持續(xù)、穩(wěn)定健康發(fā)展。本文研究結(jié)果能為水土保持工作的開展提供重要的參考，但由于本研究未對促進社會進步服務(wù)功能進行系統(tǒng)的評價，因而該結(jié)果偏低于水土保持服務(wù)功能價值的實際服務(wù)價值，對慶陽市董志塬區(qū)土地的服務(wù)功能價值有待進一步研究，這也是下一步研究工作中的重點。