彭陽(yáng)縣流域治理生態(tài)效益分析

楊曉輝，楊鳳鵬，羅晚霞

(1.彭陽(yáng)縣水務(wù)局，寧夏 彭陽(yáng) 756500； 2.彭陽(yáng)縣自然資源局，寧夏 彭陽(yáng) 756500)

彭陽(yáng)縣位于寧夏東南部，六盤山東麓，西與固原市原州區(qū)接壤，東南北分別與甘肅省鎮(zhèn)原縣、崆峒區(qū)、環(huán)縣毗鄰，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)，現(xiàn)轄4鎮(zhèn)8鄉(xiāng)156個(gè)行政村，總?cè)丝?5.15萬(wàn)人。全縣土地總面積2 533.49 km2，其中水土流失面積為2 128.13 km2，占土地總面積的84%,屬全國(guó)水土流失重點(diǎn)防治區(qū)。境內(nèi)山多川少，山大溝深,溝壑縱橫，多年平均降水量450 mm，且季節(jié)分布不均，7—9月份降水量占年降水量的69%，年徑流系數(shù)0.05～0.07。全年2/3的天氣為晴天，年平均日照時(shí)數(shù)為2 518 h，多年平均水面蒸發(fā)量1 050 mm，干旱指數(shù)2.3。彭陽(yáng)縣1983年10月從原固原縣分立，在近40年的流域治理過(guò)程中，始終堅(jiān)持一張藍(lán)圖繪到底，深入貫徹與實(shí)施生態(tài)立區(qū)戰(zhàn)略，產(chǎn)生了巨大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。彭陽(yáng)縣先后被評(píng)為全國(guó)生態(tài)示范區(qū)建設(shè)試點(diǎn)地區(qū)、全國(guó)水利建設(shè)先進(jìn)縣、全國(guó)造林綠化先進(jìn)單位、全國(guó)退耕還林先進(jìn)縣、全國(guó)綠化模范縣、國(guó)家水土保持生態(tài)文明縣。彭陽(yáng)縣的小流域綜合治理經(jīng)驗(yàn)被列為十屆全國(guó)人大三次會(huì)議1798號(hào)重點(diǎn)建議案，并在黃土高原同類型區(qū)大力推廣。彭陽(yáng)縣旱作梯田入選“中國(guó)美麗田園”十項(xiàng)梯田景觀之一，彭陽(yáng)縣被列入第二批國(guó)家全域旅游示范區(qū)。

1 淤地壩效益與作用

彭陽(yáng)縣現(xiàn)有淤地壩139座，其中骨干壩42座、中型淤地壩30座、小型淤地壩67座，現(xiàn)有淤地面積166.7 hm2，每年可增產(chǎn)糧食162.5萬(wàn)kg(按種植玉米計(jì)算)，產(chǎn)值325萬(wàn)元。淤地壩在水沙調(diào)控方面成效顯著，有力地遏制了水土流失，遇到災(zāi)害性天氣時(shí)淤地壩起到了定海神針的作用，較大淤積大多在非常降雨的情況下發(fā)生，如1997年7月26日彭陽(yáng)縣普降大暴雨，最大降雨歷時(shí)10 h、降雨量134.4 mm,產(chǎn)生了劇烈土壤侵蝕，槐溝淤地壩(控制流域面積99.4 km2，總庫(kù)容1 776萬(wàn)m3，淤積庫(kù)容850萬(wàn)m3)攔截本流域產(chǎn)生的泥沙472萬(wàn)m3，泥沙未泄向下游，保障了下游安全，杜絕了河道淤積，這次槐溝淤地壩一次性淤地41.7 hm2。

淤地壩作用：一是淤地造田，增加耕地面積，保障糧食安全；二是攔泥作用顯著，在防止溝道下切、抬高侵蝕面、減少下游河道淤積方面具有重要作用；三是運(yùn)行方式為蓄洪排清，具有蓄水與調(diào)蓄水、調(diào)節(jié)地上與地下水、防洪減災(zāi)與保護(hù)下游安全、解決工農(nóng)業(yè)用水與人畜飲水等功能與作用；四是解決交通問(wèn)題，方便山區(qū)群眾生產(chǎn)生活。

2 流域治理的涵養(yǎng)水源效益

經(jīng)過(guò)多年的流域治理，彭陽(yáng)縣已建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田5.067萬(wàn)hm2，完成造林13.591萬(wàn)hm2，其涵養(yǎng)水源總價(jià)值量(包括保水效益與凈化水質(zhì)的價(jià)值)達(dá)7.756 2億元。

2.1 年保水效益

流域治理后地表趨平、草木茂盛，減弱了降水對(duì)地表的侵蝕與沖刷，延長(zhǎng)了入滲時(shí)間，增大了土壤貯水量，夏秋季植物繁茂的枝葉與冬春季地面的枯枝落葉又減少了蒸散量。彭陽(yáng)縣流域治理程度高，治理后流域保水效益明顯，可采用李育材等[1]的森林涵養(yǎng)水源量公式計(jì)算，即

YW=S×(P-E-C)×L×10-3

式中：YW為森林涵養(yǎng)水源量，萬(wàn)m3；S為林地面積，hm2；P為降水量，mm/a；E為蒸散量，mm/a；C為徑流深，mm/a；L為水容重，t/m3。

基于彭陽(yáng)縣缺乏蒸散量觀測(cè)數(shù)據(jù)和彭陽(yáng)縣王洼水土保持試驗(yàn)站多年觀測(cè)資料證明流域治理后徑流量非常小的客觀事實(shí)，參照楊海軍等[2]在晉西黃土區(qū)水土保持林測(cè)算出的林地蒸散量占降水量的88%、流域治理后的地表徑流占降水量的0.002%～0.004%(林地采用0.004%，梯田采用0.002%)的成果，結(jié)合董彥麗等[3]得出的梯田的蒸散量略低于林草地的結(jié)論，我們?nèi)∨黻?yáng)梯田蒸散量為當(dāng)?shù)亟邓康?6%。經(jīng)計(jì)算，彭陽(yáng)縣梯田與林地的水源涵養(yǎng)量分別為630、540 m3/hm2，梯田與林地總保水量為10 531萬(wàn)m3。

用工程替代法計(jì)算保水形成的經(jīng)濟(jì)效益。借鑒《寧夏彭陽(yáng)縣兩個(gè)山水庫(kù)設(shè)計(jì)報(bào)告》(固原水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2016年)數(shù)據(jù)，取當(dāng)?shù)厮畮?kù)單位庫(kù)容投資作為保水(蓄水)量的單價(jià)進(jìn)行計(jì)算，該水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容287.3萬(wàn)m3，工程總投資1 580.4萬(wàn)元，因此單位庫(kù)容蓄水成本為5.5元/m3。水庫(kù)屬于一次性固定資產(chǎn)投資，設(shè)計(jì)淤積年限與運(yùn)行年限最少20年，本次計(jì)算采用5.5元/m3。這個(gè)價(jià)格高于彭陽(yáng)縣農(nóng)村自來(lái)水價(jià)格，但農(nóng)村自來(lái)水價(jià)格政府有補(bǔ)貼，接近彭陽(yáng)縣城市供水價(jià)格，又遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)乩\(yùn)水價(jià)格(當(dāng)?shù)乩\(yùn)水價(jià)格最少15元/m3)，因此5.5元/m3比較合理。經(jīng)計(jì)算彭陽(yáng)縣流域治理后年保水效益為5.792 1億元。

2.2 年凈化水質(zhì)價(jià)值

造林與農(nóng)田工程阻礙、延緩了水流下泄速度，攔截、沉淀了部分泥沙，增加了入滲量，減少了徑流的渾濁度，使徑流(地上與地下)經(jīng)過(guò)地面沉淀，土壤物理化學(xué)及生物過(guò)程過(guò)濾和凈化，改善了水質(zhì)。年凈化水質(zhì)價(jià)值采用國(guó)家林業(yè)局《退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測(cè)國(guó)家報(bào)告》[4]中的公式計(jì)算，即

U水質(zhì)=10K水·A·(P-E-C)·F

式中：U水質(zhì)為年凈化水質(zhì)價(jià)值，元；K水為水的凈化費(fèi)用，元/t，采用替代工程法，以彭陽(yáng)縣農(nóng)村自來(lái)水的價(jià)格2.6元/m3為準(zhǔn)；A為林地的面積，hm2；P為降水量，mm/a；E為蒸散量，mm/a；C為地表徑流量，mm/a(取值0.02)；F為森林生態(tài)功能修正系數(shù)，考慮到農(nóng)田主要施用無(wú)機(jī)肥料，凈化水質(zhì)功能不如森林，因此修正系數(shù)采用0.75。計(jì)算得到年凈化水質(zhì)總價(jià)值為1.964 0億元。

3 流域治理的保土效益

彭陽(yáng)縣流域治理后保土作用非常明顯，正常年份的降雨不產(chǎn)生水土流失，徑流與水土流失大多產(chǎn)生于道路、街道、莊院、城鎮(zhèn)、荒山、坡地及難治理區(qū)域。經(jīng)計(jì)算保土效益為7.137 6億元，包括減少水土流失價(jià)值和減少土壤中的養(yǎng)分流失價(jià)值量?jī)身?xiàng)。

3.1 保土效益計(jì)算

彭陽(yáng)縣的大面積造林主要是退耕還林，且大多在2000—2007年完成。彭陽(yáng)縣機(jī)修梯田建設(shè)從1995年全面展開，大規(guī)模建設(shè)在2000年以后，流域治理后保水保土效益日趨明顯。

用20世紀(jì)70年代后期至2000年初的侵蝕模數(shù)代表未治理的侵蝕模數(shù)，取值為6 360 t/(km2·a)。根據(jù)固原水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院1998年9月在《彭陽(yáng)縣石頭崾峴水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書》中采用寧夏水文水資源勘測(cè)局提供的侵蝕模數(shù)為7 500 t/(km2·a)，2001年4月在《彭陽(yáng)縣廟臺(tái)水庫(kù)工程初設(shè)報(bào)告》中采用寧夏水文水資源勘測(cè)局提供的侵蝕模數(shù)為6 000 t/(km2·a)，2003年5月在《彭陽(yáng)縣安家川上游淤地壩系工程可行性研究報(bào)告》采用的侵蝕模數(shù)為6 212 t/(km2·a)，1993年8月彭陽(yáng)縣水務(wù)局在《彭陽(yáng)縣斜崖溝骨干工程加固設(shè)計(jì)說(shuō)明書》中采用斜崖溝水庫(kù)自建壩以來(lái)水庫(kù)淤積量反推的上游侵蝕模數(shù)為6 370 t/(km2·a)，1998年8月在《寧夏彭陽(yáng)縣扈堡溝治溝骨干工程設(shè)計(jì)說(shuō)明書》中查《寧夏水文手冊(cè)》后加推移質(zhì)輸沙量后確定的侵蝕模數(shù)為5 720 t/(km2·a)，綜合以上數(shù)據(jù)后確定侵蝕模數(shù)為6 360 t/(km2·a)。

治理后土壤侵蝕模數(shù)根據(jù)固原水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院在《寧夏彭陽(yáng)縣李渠水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》(2015年)中分析水文與泥沙時(shí)采用的毗鄰李渠水庫(kù)下游的甘肅鎮(zhèn)原縣三岔水文站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，即取近15年實(shí)測(cè)值(2000—2014年)，并扣除上游水庫(kù)與骨干壩控制面積內(nèi)數(shù)據(jù)，加10%推移質(zhì)輸沙量，得到近15年侵蝕模數(shù)的均值為2 370 t/(km2·a)。

由以上結(jié)果得出：流域治理后遏制了水土流失，單位面積減少侵蝕量3 990 t/(km2·a)。經(jīng)計(jì)算彭陽(yáng)縣流域治理后年保土573萬(wàn)m3，保土的生態(tài)效益按前述單位庫(kù)容淤積泥沙的投資5.5元/m3估算,總的保土價(jià)值量為0.315 2億元。

3.2 保肥效益計(jì)算

植物的枯枝落葉形成的腐殖層加厚了土壤熟化層，是土壤有機(jī)質(zhì)與碳庫(kù)積累的重要來(lái)源。森林植被生長(zhǎng)及其代謝產(chǎn)物不斷對(duì)土壤產(chǎn)生物理及化學(xué)影響，參與土體內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換與物質(zhì)循環(huán)，提高了土壤的肥力。水土流失流失的主要是表層土，農(nóng)田流失的是耕作層，表層土質(zhì)疏松、肥分高，流失的都是植物生長(zhǎng)不可缺少的氮、磷、鉀。流域治理之后提高土壤肥力和減少養(yǎng)分流失的作用巨大，其保肥效益可根據(jù)李育材等[1]的計(jì)算方法計(jì)算，公式為

Su2=D×S×P1i×P2i×P3i×10-6

式中:Su2為保肥效益，萬(wàn)元；D為單位面積年減少水土流失量，t/(km2.a)；S為治理面積，hm2；P1i為土壤氮磷鉀含量，%；P2i為純氮磷鉀折算成化肥的比例，%；P3i為各類化肥的銷售價(jià)格，元/t；10-6為換算系數(shù)。彭陽(yáng)縣與吳起縣的地貌、水文、氣候相近，可參照吳起縣退耕還林后地表層的平均土壤有機(jī)質(zhì)含量1.44%，全氮0.096%，全磷0.059%，全鉀1.67%。土壤中氮磷鉀流失量用化肥量來(lái)替代，用間接市場(chǎng)法來(lái)計(jì)算土壤流失氮磷鉀的價(jià)值損失量。彭陽(yáng)縣當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)磷酸二胺與氯化鉀的價(jià)格為3 000和2 200元/t。由此計(jì)算出治理后減少土壤流失的保肥效益為6.822 6億元。

4 流域治理的固碳量計(jì)算

彭陽(yáng)縣林地總的二氧化碳(CO2)固定量(包括生物固定與土壤固定)為71.84萬(wàn)t,折合純碳19.59萬(wàn)t。采用瑞典碳稅法2020年的稅率價(jià)格，經(jīng)計(jì)算彭陽(yáng)縣林地總固碳價(jià)值為2.127 5億元。

4.1 生物固碳量

流域治理后森林的固碳釋氧效益顯著，固碳釋氧包括森林吸收有害氣體(主要是CO2)和釋放氧氣的光合作用。生物固碳(CO2)量計(jì)算公式根據(jù)李育材等[1]的公式計(jì)算，即

YC1=0.6×α×Vi×Si×10-4

式中：YC1為生物固碳量，萬(wàn)t；α為1 t森林干物質(zhì)的固碳量,1.63 t；Vi為森林單位面積干物質(zhì)生產(chǎn)量,t/hm2，按3.78 t/hm2取值，考慮到彭陽(yáng)縣森林的郁閉度與所采用的吳起縣有差距，對(duì)單位面積干物質(zhì)生產(chǎn)量進(jìn)行折減，折減系數(shù)取值0.6(下同)；Si為林地面積，hm2；10-4為換算系數(shù)。按上式計(jì)算得出彭陽(yáng)縣林地的生物固碳量為50.24萬(wàn)t。

4.2 林地土壤固碳量

植物生長(zhǎng)的土壤含有大量的有機(jī)質(zhì)，若植被遭到破壞，有機(jī)質(zhì)將被氧化而排放大量的CO2。水土流失越少，土壤的固碳量就越大，碳匯量就大。土壤固碳(CO2)量的計(jì)算采用李育材等[1]的公式，即

YC2=0.6×Si×Cr×10-3

式中：YC2為土壤固碳量，萬(wàn)t；Si為林地面積，hm2；Cr為荒山與林地的有機(jī)碳密度的差值，采用土壤剖面有機(jī)碳密度及儲(chǔ)量估算模型公式計(jì)算，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量采用岳自慧等[5]觀測(cè)分析的彭陽(yáng)縣炭洼小流域的數(shù)值，有機(jī)碳密度數(shù)值近似采用彭陽(yáng)縣炭洼小流域的坡耕地與梯田數(shù)值進(jìn)行比較，差值為0.264 8；10-3為換算系數(shù)。按上式計(jì)算得出彭陽(yáng)縣的森林土壤固碳量為21.60萬(wàn)t。

5 流域治理的制氧價(jià)值計(jì)算

植物的光合作用維持著大氣中的碳-氧生態(tài)平衡，地球碳素同化的60%來(lái)自于陸生植物，植物猶如地球的清道夫，清潔著人類廣闊的生存空間，減輕溫室效應(yīng)，提供生命體必需的氧氣，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著不可替代的生態(tài)功能。彭陽(yáng)縣流域治理程度高，森林覆蓋率、林地郁閉度的增加，都為光合作用提供了源源不斷的載體。森林的制氧價(jià)值量根據(jù)李育材等[1]的公式計(jì)算，即

VC2=0.6×C0×b×Vi×Si×10-4

式中：VC2為森林的制氧價(jià)值量，萬(wàn)元；C0為森林提供1.0 t氧氣的造林成本,元/t，取值為369.7元/t；b為森林形成1 t干物質(zhì)可釋放的氧氣量，t，根據(jù)植物光合作用方程式取值1.2 t；0.6為折減系數(shù)；其他符號(hào)同前述。經(jīng)計(jì)算彭陽(yáng)縣林地的制氧量為36.99萬(wàn)t，制氧價(jià)值為1.367 5億元。

6 流域治理的凈化環(huán)境價(jià)值評(píng)價(jià)

森林阻塵、吸塵對(duì)減輕自然災(zāi)害的作用明顯。森林能夠吸收自然界中的有害氣體與細(xì)菌，是陸地上主要吸收CO2和SO2并呼出氧氣的“凈化工廠”；森林好比大自然的肺, 凈化著我們呼吸的空氣。

6.1 吸收二氧化硫價(jià)值量

彭陽(yáng)縣森林吸收SO2的價(jià)值量采用影子價(jià)值法計(jì)算，采用國(guó)家林業(yè)局《退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測(cè)國(guó)家報(bào)告》[4]中的計(jì)算公式，即

Ve1=CS×Ri×Si×10-4

式中：Ve1為森林吸收SO2的價(jià)值量，萬(wàn)元；CS為治理SO2的單位成本，元/t，治理費(fèi)用取2 050元/t；Ri為不同類型森林單位面積吸收SO2的量,t/hm2,根據(jù)《中國(guó)生物多樣性國(guó)情研究報(bào)告》(1998年)觀測(cè)數(shù)值與彭陽(yáng)縣林木實(shí)際狀況，林地吸收SO2的能力采用62.06 kg/hm2；其他符號(hào)同前述。經(jīng)計(jì)算彭陽(yáng)縣林地吸收SO2的價(jià)值量為0.172 9億元。

6.2 滯塵價(jià)值量分析

采用國(guó)家林業(yè)局所著《2016退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測(cè)國(guó)家報(bào)告》中寧夏退耕還林總效益，反推彭陽(yáng)縣數(shù)值，綜合分析后得到彭陽(yáng)縣林木阻滯降塵與減少霧霾對(duì)人體的危害價(jià)值量為5.217 0億元。

7 流域治理的生物多樣性保護(hù)價(jià)值量計(jì)算

采用替代法，根據(jù)有關(guān)資料[6]確定的森林采伐造成游憩及生物多樣性價(jià)值損失量為400美元/(hm2·a)，折合2020年人民幣2 760元/(hm2·a),考慮到彭陽(yáng)縣與對(duì)比地方的差別，折減系數(shù)取值0.5。經(jīng)計(jì)算彭陽(yáng)縣林地保護(hù)生物多樣性的價(jià)值量為1.875 6億元。

8 提供負(fù)離子數(shù)量

林木中的樹冠、枝葉的尖端放電及光合作用過(guò)程的光電效應(yīng)促使空氣電解，產(chǎn)生空氣負(fù)離子。負(fù)離子除塵、凈化空氣的作用顯著，有益于人體健康；對(duì)改善肺功能，增強(qiáng)抗病能力，改善亞健康也是有幫助的?；谪?fù)離子的作用，它又有“空氣維生素”之稱。

由于彭陽(yáng)縣沒(méi)有林地負(fù)離子濃度這方面觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此采用國(guó)家林業(yè)局《退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測(cè)國(guó)家報(bào)告》[4]中寧夏退耕還林總效益反推彭陽(yáng)縣數(shù)值，彭陽(yáng)縣林地產(chǎn)生負(fù)離子703 607×1018個(gè)。采用等效替代法，負(fù)離子的生產(chǎn)費(fèi)用取9.5元/1018個(gè),因此年提供負(fù)離子價(jià)值0.066 8億元。

9 結(jié) 語(yǔ)

彭陽(yáng)縣經(jīng)過(guò)多年的流域治理，全縣已累計(jì)治理小流域134條1 780 km2，水土流失治理程度由建縣初的11.1%提高到了76.3%，森林覆蓋率由3%提高到了30.6%?，F(xiàn)建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田5.067萬(wàn)hm2，造林13.591萬(wàn)hm2，修建淤地壩139座，每年可保水10 531萬(wàn)m3、保土573萬(wàn)m3、保肥29.11萬(wàn)t，固碳(CO2)71.84萬(wàn)t，制氧36.99萬(wàn)t，吸收污染物(二氧化硫)8 434 t、滯塵2 943 t、產(chǎn)生負(fù)離子703 607×1018個(gè)，每年可產(chǎn)生生態(tài)效益總價(jià)值為25.72億。每年增產(chǎn)糧食7 600萬(wàn)kg，林果產(chǎn)量達(dá)9 620萬(wàn)kg，已淤壩地166.7 hm2，活林木蓄積量達(dá)32.02萬(wàn)m3，每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益4.64億元。這兩項(xiàng)總價(jià)值量為30.36億元，是彭陽(yáng)縣地方一般公共財(cái)政預(yù)算收入的10.62倍(2019年2.86億元)，是彭陽(yáng)地區(qū)生產(chǎn)總值(2019年59.2億元)的51.3%。生態(tài)效益為綠色GDP[7],彭陽(yáng)人均綠色GDP為1.21萬(wàn)元，因此彭陽(yáng)縣的GDP總量應(yīng)為84.9億元。雖然彭陽(yáng)縣常規(guī)的GDP不高，但為社會(huì)貢獻(xiàn)的綠色GDP數(shù)量是豐厚的。隨著國(guó)家持續(xù)對(duì)彭陽(yáng)縣生態(tài)建設(shè)的投入，預(yù)計(jì)每年綠色GDP的增長(zhǎng)在7%左右，綠色GDP的遞增，也踐行了綠水青山就是金山銀山的理念。良好的生態(tài)，豐茂的林草，層層水平梯田，在防治水土流失、涵養(yǎng)水源、減少霧霾、恢復(fù)及豐富生物多樣性、保持天藍(lán)地綠、凈化大氣環(huán)境、生態(tài)旅游、農(nóng)民增收等方面功不可沒(méi)。彭陽(yáng)縣流域治理成果踐行了黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，成為名副其實(shí)的先行區(qū)。