甘肃黄土高塬沟壑区水土保持综合治理生态效益分析

郭 嘉，张绒君，王 刚，慕志龙，郑继芳

(黄河水利委员会 西峰水土保持科学试验站,甘肃 西峰745000)

1 自然概况

甘肃省黄土高塬沟壑区位于甘肃省东部，西近六盘山，东靠子午岭，北部与环县、华池、庆阳、固原一线的丘二区接壤，西南邻近达溪河同丘三区连接，东南与陕西省长武县(属黄土高塬沟壑区)相连。介于东经106°40′—108°25′、北纬34°37′—35°52′之间，水土流失总面积15 149 km2，包括庆阳市的庆城、西峰、合水、宁县、正宁、镇原和平凉市的泾川、平凉、崇信、灵台等10个县市的111个乡。海拔880—1 560 m，区内沟壑纵横，切割较深。地貌景观呈塬、坡、沟、川、峁等形态，主要土壤有黑垆土、黄绵土和新积土等。年土壤侵蚀模数4 000～10 000 t/km2，径流模数2.5万m3/km2。

属温带半湿润气候，年平均气温8～10 ℃，年内最高气温39 ℃，最低气温-25.4 ℃，平均日较差9～12 ℃，年均大于10 ℃积温2 700～3 320 ℃，年日照时数3 060 h。四季分明，气候温和，无霜期153～174 d。年降水量500～650 mm，且年内分配不均，7—9月降水量约占年降水总量的60%。干燥度1.3～1.8。

植被属暖温性森林草原带型，基本上无天然森林植被，仅有的天然草被主要分布在沟坡和山坡上，大多不连片。阴坡生长的优势种有大针茅、铁杆蒿、茵陈蒿、沙草等，一般草高12～18 cm，覆盖度60%～100%；阳坡生长的优势种有白羊草、本氏针茅、麻蒿、茵陈蒿、短花针茅、隐子草等，草高15～40 cm，覆盖度30%～90%，人工草为紫花苜蓿。人工植被以刺槐、山杏、油松、侧柏、沙棘、紫穗槐为主。

2 分析方法

以甘肃省水土保持年报数据、各项水保措施保存率为基础，求得其保存数量，再根据甘肃省第一次全国水利普查结果，对其保存数量进行校正，得到其实际保存量。通过对黄土高塬沟壑区南小河沟典型流域60多年来的径流场、淤地坝的试验观测和研究资料及其他学者的研究资料进行分析，再根据国家标准(GB/T 15774—2008)中的方法计算出其生态效益。

3 结果与分析

3.1 不同时段水土保持措施保有量

1979年水保措施保存量为21.72万hm2，其中梯田3.09万hm2、坝地0.07万hm2、条田9.56万hm2、乔木林5.14万hm2、灌木林0.37万hm2、果园0.48万hm2、经济林0.13万hm2、封山育林0.39万hm2、封坡育草1.85万hm2、人工种草0.64万hm2，修建谷坊551道、沟头防护1 569道，治理程度只有14.34%；通过30多年的治理，到2011年水土保持措施保存数量达到80.62万hm2，其中梯田21.15万hm2、坝地0.08万hm2、条田10.23万hm2、乔木林32.10万hm2、灌木林4.36万hm2、果园1.56万hm2、经济林0.75万hm2、封山育林2.38万hm2、封坡育草0.45万hm2、人工种草7.56万hm2，修建塘坝92座、涝池13 854个、谷坊46 764 道、沟头防护4 913道、骨干坝122座、淤地坝259座，治理程度达53.22%。因甘肃省黄土高塬沟壑区的果园和经济林主要为乔木林，而其年报统计表中的乔木林含有果园和经济林，为分析经济效益方便，本次分析时将其分开，所以这次分析用的乔木林面积比统计表中的数据小。

3.2 效益分析

3.2.1 水圈生态效益

(1) 减少洪水的效益。根据对南小河沟流域内位置毗邻且自然条件相似的治理小流域杨家沟和非治理小流域董庄沟的对比观测资料进行分析可知，水土保持综合治理区年均可减少洪量3 281.1 m3/km2， 按1993—1999年《中国水利年鉴》平均水库库容造价2.17元/ t计算，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年减少洪水的效益分别为481.31万和3 298.66万元，2011年较1979年的减少洪水效益增加2 817.35万元。

(2) 增加常流水的效益。对治理小流域杨家沟和非治理小流域董庄沟的观测资料进行对比分析可知，水土保持治理年可增加常流水392.38 m3/km2，按我国城镇居民用水平均价格2.09元/m3计，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年增加的常流水分别为55.44万和379.94万元，2011年较1979年增加常流水效益324.50万元。

(3)净化水质的价值。林木的林冠层、草地和土壤层能过滤、截留水中的污染物，如铅、镉等，使它们的种类和浓度大为减少、降低，水质完全可以达到生活饮用水的标准，其净化水质的价值可采用Ec=M×K来计算。式中：Ec为净化水质价值(元/a)，M为拦截降水量(t/a)，K为单位体积水的净化费(元/t)。取甘肃省废水的平均净化费用0.834 1元/t，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年净化水质的价值分别为175.86万和1 221.26万元，2011年较1979年增加净化水质价值达1 045.40万元。

3.2.2 土圈生态效益

(1)减少土壤侵蚀量。减少土壤侵蚀量为各措施治理前后的土壤侵蚀模数之差乘以相应的治理面积之和。甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年减少的土壤侵蚀量分别为65.84万和311.02万t，2011年较1979年减少土壤侵蚀量245.18万t。

(2)减少土壤肥力损失的价值。减少土壤肥力损失的经济效益按Ef=ΣAc×Ci×Pi(i=N，P，K)计算。式中：Ef为减少土壤肥力损失的经济效益(元/a)；Ac为减少土壤侵蚀量(t/a)；Ci为土壤中氮、磷、钾的纯含量(t/a)；Pi为氮、磷、钾的单价(元/t)，目前硫酸铵、过磷酸钙和氯化钾的市场价格分别为1 250、800和2 200元/t，氮、磷、钾的纯含量分别为21%、18%和52%。

甘肃省黄土高塬沟壑区黄绵土中全氮、全磷、全钾的含量分别为0.073%、0.137%、1.303%，1979年和2011年水土保持措施年减少土壤肥力损失的价值分别为4 316.24万和2.04亿元， 2011年较1979年减少土壤肥力损失的价值约为1.61亿元。

(3)提高土壤肥力的价值。提高土壤肥力的价值按Eg=ΣSk×H×Ck×Pk×ρ(k=有机质、N)计算。式中：Eg为提高土壤肥力的经济效益(元/a)；Ck为土壤中有机质和氮的纯含量(t/a)；Pk为有机质和氮的单价(元/t)，有机质肥、硫酸铵价格分别为2 000、1 250元/t，其纯含量分别为30%和21%；Sk为林草地面积(hm2)；H为林草地表土的平均厚度(m)，陇东黄土高塬沟壑区取0.5 m；ρ为陇东黄土高塬沟壑区表土容重，取1.43 g/cm3。

甘肃省黄土高塬沟壑区人工乔木林、灌木林、沙棘林、经济林、草地较荒地的有机质和全N含量分别增加了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机质、全N含量分别增加了0.48%、0.022%，梯田比坡耕地的有机质、全N含量分别增加了0.202%、0.026%，1979年和2011年提高土壤肥力的价值分别为223.56亿和1 340.03亿元，2011年较1979年增加土壤肥力的价值为1 116.47亿元。

(4)减少土地废弃的价值。该部分按Eg=Ac×F÷(H×10 000ρ)计算。式中：Eg为减少土壤损失的经济效益(元/a)；F为中国林草地的平均价格(元/hm2)，取425.925元/hm2，其他符号意义同前。甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年林草措施减少土地废弃的价值分别为2.28万和14.44万元，2011年较1979年减少土地废弃的价值为12.16万元。

3.2.3 气圈生态效益

3.2.3.1 纳碳吐氧的价值

绿色植物通过光合作用吸收空气中的CO2，生成葡萄糖等碳水化合物并释放O2，这种功能对维持大气中的CO2与O2的动态平衡起着不可替代的作用。固碳制氧采用影子价格法来计算。

(1)固定CO2价值。林草地固定CO2的能力参照相关专家的研究成果，并参考南小河沟流域的造林类型估算。据研究，阔叶林固定CO2的能力平均为4.8 t/(hm2·a)，油松为8.898 t/(hm2·a)，乔木林按两者平均值为6.849 t/(hm2·a)，灌木林、经济林和草地固定CO2的能力分别为3.88、4.8和5.34 t/(hm2·a)，计算固定CO2价值按瑞典的碳税率150 美元/t(折合人民币1 200元/t)和造林成本法250元/t的平均值，即725元/t计，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年林草地固定CO2的价值分别3.12亿和20.90亿元，2011年较1979年增加价值17.78亿元。

(2)林草地释放O2能力依据南小河沟流域调查的各植物生长量，参照相关专家的研究成果估算。据研究，阔叶林释放O2的能力平均为3.53 t/(hm2·a)，油松为3.996 t/(hm2·a)，乔木林按两者平均值为3.763 t/(hm2·a)，灌木林、经济林和草地释放O2的能力分别为 3.29、3.53和3.92 t/(hm2·a)，释放O2价值采用中华人民共和国卫生部网站中2007年春季氧气平均价格，按1 000元/t计，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年林草地生产O2的价值分别为2.52亿和17.29亿元，2011年较1979年增加价值14.77亿元。

3.2.3.2净化空气的价值

(1)林草生态系统吸收SO2可以净化大气环境。不同植物对SO2的吸收能力不同，据研究，阔叶林吸收SO2的能力平均为88.65 kg/(hm2·a)，油松为220.03 kg/(hm2·a)，乔木林按两者平均值为154.34 kg/(hm2·a)，灌木林、经济林分别为152.1、88.65 kg/(hm2·a)，草地为279.03 kg/(hm2·a)。吸收SO2的价格采用国家发展与改革委员会等四部委2003 年第31 号令《排污费征收标准及计算方法》，按SO2排污费收费标准1.2元/kg计。经计算，甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年林草地吸收SO2的价值分别为1 298.69万和9 518.06万元，2011年较1979年增加SO2净化价值8 219.37万元。

(2)吸收NO的价值。植被吸收NO的能力与植被种类、垂直结构和覆盖率、大气中污染物的浓度及季节有关。本研究乔木林按阔叶林54.5 kg/(hm2·a)与油松林65.8 kg/(hm2·a)的平均值即60.15 kg/(hm2·a)计，灌木林、经济林、草地分别为54.5、 54.5和45.81 kg/(hm2·a)，吸收NO的价格采用国家发展与改革委员会等四部委2003 年第31 号令《排污费征收标准及计算方法》，按氮氧化物排污费收费标准0.63元/kg计，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年林草地吸收NO的价值分别为246.90万和1 663.61万元，2011年较1979年吸收NO的价值增加1 416.71万元。

(3)滞尘的价值。滞尘功能价值评估方法运用替代花费法，以降尘清理费0.15元/kg的成本来估算。据有关测定，草地每年的滞尘量为1.2 t/hm2，灌木林、经济林按阔叶林的10.1 t/hm2计，乔木林取阔叶林10.1 t/hm2和油松33.281 t/hm2的平均值21.69 t/hm2，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年林草地阻滞降尘的价值分别为1.83亿和11.59亿元，2011年较1979年增加滞尘价值9.76亿元。

3.2.3.3 降低温度所产生的价值

植被恢复后生态系统降低温度所产生的价值，可通过平均林高与林地面积相乘计算出森林的总容积，然后利用影子工程法计算。夏季7—9月，每月按30天，普通空调在单位容积内降低1 ℃的费用按1元计，绿地覆盖率每增加10%，夏季白天气温下降0.93 ℃，以甘肃省黄土高塬沟壑区的平均林高2.0 m计算，则甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年林草地降低温度所产生的价值分别为1 024.49万和6 490.10万元，2011年较1979年降温价值多5 465.61万元。

3.2.4 生物圈生态效益

(1) 提高林草覆盖率。甘肃省黄土高塬沟壑区1979年的林草面积为9.00万hm2， 2011年的林草面积为49.16 万hm2，其林草覆盖率由1979年的5.94%提高到了32.45%。

(2)区域生态系统病虫害防治的价值。病虫害防治价值用人工病虫害防治的投入代替。林草地病虫害防治费按1995年全国用于防治森林病害、虫害和鼠害防治费用的平均值3.57元/hm2计，则黄土高塬沟壑区2011年和1979年生态系统病虫害防治的价值分别为165.40万和24.13万元，2011年较1979年增加141.27万元。

(3)生态系统舒适性价值。舒适性价值指区域生态系统所能提供的舒适性服务价值的转现值。如优美的区域水土保持景观、洁净的空气给人的享受等舒适性价值。乔木林、灌木林、经济林、草地的单位面积年舒适性价值分别为2 007、2 007、495、563元/hm2，按此标准计算，甘肃省黄土高塬沟壑区1979年和2011年的生态系统舒适性价值分别为1.17亿和7.86亿元，2011年较1979年增加6.69亿元。

(4)生物多样性。生物多样性价值用替代法计算：森林采伐造成游憩及生物多样性的价值损失值为400美元/hm2，全球社会性对保护我国森林资源的支付意愿为112美元/hm2，按此标准计算，则甘肃省高原沟壑区植被建设至2011年，由生物多样性增加所产生的生态经济价值为13.02亿元。