西安果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能及經(jīng)濟價值估算

李 俊 宋喜芳 賀 喻 楊露露 李 強 郭 璞 侯 雋

水源涵養(yǎng)功能是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要組成部分之一。 生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的強弱主要由植被類型及蓋度、枯落物現(xiàn)存量及組成、土層厚度、土壤物理性質(zhì)等因素共同決定。生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能主要表現(xiàn)形式包括植被枝葉對降水的攔截和滯蓄作用、增強土壤入滲功能、補充地下水和調(diào)節(jié)地表徑流等作用。近年來，由于水資源的短缺以及水危機的加劇， 學(xué)術(shù)界開始重視對生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能研究。

果樹是森林資源的重要組成部分之一，果園生態(tài)系統(tǒng)是森林生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。 我們選取西安市果園生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能作為研究對象， 測算了該地區(qū)果園生態(tài)系統(tǒng)年涵養(yǎng)水源總量，并進行了經(jīng)濟價值評估，為認(rèn)識果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能及作用， 促進果業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

以西安市果園生態(tài)系統(tǒng)作為研究對象。 據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料顯示，2021 年西安市果園面積、產(chǎn)量分別為4.92 萬hm2、101.01 萬t， 占陜西省的4.2%和5.32%。 種植種類主要為獼猴桃、葡萄、大櫻桃、石榴、棗等，其中獼猴桃種植面積和產(chǎn)量均居陜西省第一位。

2 資料的獲取

西安市2012—2021 年降水量、果園面積數(shù)據(jù)來源于西安市統(tǒng)計年鑒。

3 分析方法

生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源物質(zhì)量的估算方法，目前主要包括土壤蓄水估算法、降水貯存量法、水量平衡法、多因子回歸法、凋落物層和土壤蓄水能力法，以及地下徑流增長法等。 前人采用水量平衡法對海南尖峰嶺地區(qū)、北京市森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能進行估算。 本文主要從果園生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)的物質(zhì)量和果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的價值量來評估果園生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)效益。

3.1 果園生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)物質(zhì)量的估算采用水量平衡法，公式如下：

式中：Mw 為涵養(yǎng)水源量（m3/年）；R為年降雨量（mm）；E為年均蒸散量（mm）；A為研究區(qū)域面積（hm2）；BT為年均生物溫度（℃）；T為＜30 ℃與＞0 ℃月均溫；θ 為徑流系數(shù)（采用北方地區(qū)平均值0. 281）。

水量平衡法其實是把生態(tài)系統(tǒng)總徑流量看作其水源涵養(yǎng)量。 徑流系數(shù)是指一個流域同時期內(nèi)徑流深度與形成該時期徑流的降水量的比值（其值在0～1 范圍），是水文過程的重要參數(shù)，反映了該流域?qū)涤甑慕亓髂芰εc降雨在流域面積上的轉(zhuǎn)化分配情況。

3.2 果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值量的估算地下徑流增長法、采伐損失法、替代工程法與市場定價法是生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值量的常用估算方法，其中采用較多的是替代工程法。

替代工程法也叫影子工程法， 即假設(shè)存在一個價值可以計算的工程， 采用這個工程的造價替代生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的價值。 根據(jù)前人研究結(jié)果，按照1990 年不變價，每建設(shè)1 m3庫容年投資成本為0.67 元，這也是國內(nèi)統(tǒng)一采用的水庫蓄水成本。為保證數(shù)據(jù)的可比性，本文采用這一標(biāo)準(zhǔn)對果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值量進行估算，公式如下：

式中：Ew 為果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的價值量（元/年）；Mw 為果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量（m3/年）， 每建設(shè)1 m3庫容年投資成本按0.67 元計。

4 結(jié)果與分析

利用上式（1）～（4）和西安2012—2021 年的年降水量、 果園面積計算出西安果園生態(tài)系統(tǒng)2012—2021 年逐年的涵養(yǎng)水源物質(zhì)量及經(jīng)濟價值，見表1。

表1 2012—2021 年西安果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源物質(zhì)量及經(jīng)濟價值

4.1 西安果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量分析

由表1 可知， 西安果園生態(tài)系統(tǒng)每年涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量為1 665.87 m3/hm2， 平均每年涵養(yǎng)水源總量58 607 729.9 m3。 從表1、圖1、圖2可看出， 西安果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量基本趨勢是隨果園面積增加而增加， 但年際間差異較大，2014 年、2021 年差異明顯。 從果園面積來看（圖1），2014 年與相鄰年份（2013 年、2015 年），2021 年與相鄰年份（2019 年、2020年）相差不大，但果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的物質(zhì)總量卻差異較大：2014 年遠(yuǎn)高于臨近的2013 年和2015 年，是2013 年的1.62 倍，相當(dāng)于2015年的1.23 倍；2021 年是2020 年的1.6 倍， 相當(dāng)于2019 年的1.78 倍， 原因主要是降水量的差異。 由表1 可知，2014 年的降水量遠(yuǎn)高于2013年和2015 年；2021 年的降水量遠(yuǎn)高于2019 年和2020 年，所以西安果園生態(tài)系統(tǒng)每年涵養(yǎng)水源的總物質(zhì)量除了與果園面積相關(guān)， 還與年降水量有關(guān)。

圖1 西安市果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量與果園面積的關(guān)系

圖2 西安市果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量與降雨量的關(guān)系

通過偏相關(guān)分析可知， 果園生態(tài)系統(tǒng)每年涵養(yǎng)水源的總物質(zhì)量與果園面積、 年降水量的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.995 7、0.996 9，顯著性水平均小于0.01%，均表現(xiàn)出極強的正相關(guān)關(guān)系。

4.2 西安果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的經(jīng)濟價值分析 西安果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的價值量平均每年5 860.77 萬元，單位面積價值量平均每年為1 116.13 元/hm2，2021 年西安農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值為5 605 906 萬元，折合成1990 年不變價則為1 235 325.25 萬元。 西安果園生態(tài)系統(tǒng)2021 年僅涵養(yǎng)水源功能一項所創(chuàng)造的經(jīng)濟價值就相當(dāng)于2021 年西安農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的0.8%。 可見，果園生態(tài)系統(tǒng)不僅提供了巨大的經(jīng)濟效益，同時也創(chuàng)造了巨大的生態(tài)服務(wù)效益。

西安市果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的價值量與物質(zhì)量變化趨勢相同（見圖3）。 由表1 可知，果園生態(tài)系統(tǒng)的價值量隨果園面積和降水量的變化而變化，表現(xiàn)出強正相關(guān)關(guān)系，那么果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能的經(jīng)濟價值必定也呈現(xiàn)出隨果園面積擴大而增加的總趨勢， 但同樣會因為降水量而產(chǎn)生較大的年際波動。 如2017 年，涵養(yǎng)水源的價值量高于2016 年和2018 年， 主要就是降水量的年際變化所引起（見圖2）。 果園生態(tài)系統(tǒng)對水源的涵養(yǎng)功能主要是果樹對降水?dāng)r截、滲透與儲藏的功能，隨年降水量增加，果園生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能也在加強。

圖3 西安市果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的價值量與物質(zhì)量的關(guān)系

5 小結(jié)與討論

1）西安果園生態(tài)系統(tǒng)年均涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量為1 665.87 m3/hm2， 與前人對北京市森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的涵養(yǎng)水源量的計算結(jié)果較為一致。

2）西安果園生態(tài)系統(tǒng)年均涵養(yǎng)水源的價值量為5 860.77 萬元， 單位面積價值量為1 116.13 元/hm2·年， 其所創(chuàng)造的經(jīng)濟價值相當(dāng)于西安市2021 年農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的0.8%。

3）西安果園生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)的物質(zhì)量及價值量呈現(xiàn)隨果園面積增大而增加的總趨勢， 但涵養(yǎng)水源物質(zhì)量、 價值量年際間均表現(xiàn)出較大波動性， 主要原因是降水量的波動。 在果樹面積相近的情況下， 降水量的增加提升了果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的功能。

果園生態(tài)系統(tǒng)是一種人工生態(tài)系統(tǒng)， 但作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一個組成部分， 其涵養(yǎng)水源功能是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要組成， 其林木樹冠層、 枯落物層及土壤層均具有降水?dāng)r截與滯留作用。 本文對果園生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能進行了水量平衡法估算， 式中所采用的徑流系數(shù)為北方山區(qū)徑流系數(shù)的平均值， 可能對最后計算結(jié)果會產(chǎn)生一定影響， 但總體計算結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果較為一致，具有一定的參考價值。