水土保持功能服务价值评价指标体系构建

2018-05-10王海燕田凤霞鲍玉海贺秀斌贾国栋李瀚之刘自强

中国水土保持 2018年5期

王海燕，田凤霞，鲍玉海，贺秀斌，贾国栋，李瀚之，刘自强

(1.水利部水土保持监测中心，北京 100053； 2.中国科学院/水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室，四川成都 610041； 3.北京林业大学水土保持学院北京100083)

1 构建水土保持功能服务价值评价指标体系的意义

《中华人民共和国水土保持法》(简称《水土保持法》)是人们在预防和治理水土流失活动中所应遵循的法律规范，于2010年12月重新修订颁布。根据《水土保持法》的定义，水土保持功能指水土保持设施、地貌植被所发挥或蕴藏的有利于保护水土资源、防灾减灾、改善生态、促进社会进步等方面的作用。水土保持功能(水土保持设施和地貌植被)主要包括保护水土资源功能、防灾减灾功能、改善生态功能、促进社会进步功能等四项功能，每项功能都有重要的作用和相当大的价值[1]。水土保持功能直接关系到人类的福祉，对其进行合理分析和评估，有助于人类对自然生态系统的可持续开发与利用，从而实现生态系统的可持续管理[2-3]。当前，有学者构建了水土保持功能服务价值评价指标体系，并对典型区域的水土保持功能服务价值进行了估算，但有关水土保持功能服务价值的评价指标体系及测算方法尚未有统一的依据和标准[4-6]。此外，现有的评价指标体系多聚焦在某一生态系统或区域尺度，未对具体的水土保持措施进行评价，且多用统计数据对功能服务价值进行评价，评价结果偏差较大，难以为政府生态补偿提供科学依据。本研究依据修订后的《水土保持法》内容，基于水土保持四大基本功能和野外观测数据，在总结国内外水土保持功能服务价值评价指标体系的基础上，建立适合中国范围的水土保持功能服务价值评价指标体系，以期为测算年度全国水土保持功能服务价值提供参考。该指标体系能利用观测数据较为精确地量化具体水土保持措施的服务功能价值，并演算到生态系统和区域尺度。水土保持功能服务价值的科学合理评价能为水土保持措施、规划和政府生态补偿工作提供参考。

2 水土保持功能指标体系的构建

根据水土保持功能的组成内容，本着系统性与科学性、独立性与稳定性，以及可操作与可接受性原则，为各项功能建立可测算的指标体系；然后按传统水土保持设施和自然地貌植被，进一步分析出水土保持设施和自然地貌植被具有的二级水土保持功能。水土保持设施方面，限于现有数据的获取难易程度及重要性程度，只选择了具有基础性和普遍性的预防和减少土壤流失功能，提高土壤质量和土地生产力功能，拦蓄地表径流、提高水源涵养能力功能，减轻下游泥沙危害功能，减轻风沙灾害功能，改善生物多样性功能，固碳释氧功能，以及促进社会进步、改善人民生活功能进行评估(见表1)。地貌植被方面，我国荒漠化面积相对较大，已经出台了相关评估规范，并且很多研究也得到了相互支撑的可信结论，鉴于现有数据的获取难易程度，只引述了荒漠生态系统、森林生态系统和草地生态系统的水土保持功能。需要注意的是，湿地生态系统虽然面积相对较小，但其水土保持功能却是巨大的。

表1 水土保持功能评价指标

3 保护水土资源功能服务价值的计算

3.1 预防和减少土壤流失功能价值

预防和减少土壤流失功能的具体评价指标为减少土壤侵蚀量，其计算公式为

ΔS=Fe·ΔSm

(1)

式中：ΔS为某项措施(自然地貌植被)的减蚀总量，t/a；Fe为某项措施(自然地貌植被)的有效面积，hm2；ΔSm为减少的侵蚀模数，t/(hm2·a)。

价值量计算公式为

(2)

式中：Es为减少土地废弃的经济效益，元/a；ΣΔS为减蚀总量，万t/a；ρ为土壤容重，t/m3；h为土壤肥力层平均厚度，m；B为单位面积的年均收益，元/hm2。

数据来源：调查数据与统计数据。

3.2 提高土壤质量和土地生产力功能价值

提高土壤质量和土地生产力功能的具体评价指标为保存土壤肥力数量，其计算公式为

Δq=qa-qb

(3)

式中：Δq为改良土壤计算项目的增量；qa为有措施地块(自然地貌植被)中计算项目的含量；qb为无措施地块(坡耕地、荒坡)中计算项目的含量。

价值量计算公式为

Ef=Δq·pi=∑ΔS·Ci·pi

(4)

式中：Ef为保持土壤肥力价值，万元/a；ΣΔS为减蚀总量，万t/a；Ci为土壤中有机质、氮、磷、钾含量；pi为有机质、氮、磷、钾的价格，元/t(参照中国化肥网或农户调查得各种肥料价格)。

数据来源：调查数据与统计数据。

3.3 拦蓄地表径流、提高水源涵养能力功能价值

拦蓄地表径流、提高水源涵养能力功能的具体评价指标为拦蓄地表径流量和涵养水源量两项。

3.3.1 拦蓄地表径流量

(1)就地拦蓄措施减少径流量：对不同特点的水土保持措施，主要有典型推算法和具体量算法两种。

(2)就地入渗措施(自然地貌植被)减少地表径流量计算公式为

ΔW=Fe·ΔWm

(5)

式中：ΔW为某项措施(自然地貌植被)的减流总量，m3/a；Fe为某项措施(自然地貌植被)的有效面积，hm2；ΔWm为减少的径流模数，m3/(hm2·a)。

数据来源：观测数据。

3.3.2 涵养水源量

(1)森林生态系统的涵养水源量为

S=I+L+Np

(6)

式中：S为森林水源涵养量，m3/a；I为林冠截留量，m3/a；L为枯落物持水量，m3/a；Np为森林土壤非毛管孔隙储水量，m3/a。

数据来源：观测数据。

(2)草地生态系统涵养水源量为

Q=A草·J·R

(7)

其中

J=J0·K

(8)

R=R0-Rg

(9)

式中：Q为草地生态系统涵养水源量，m3/a；A草为草地区域面积，hm2；J为多年平均产流降雨量(产流降雨即次降雨量P>20 mm的降雨)，mm/a；J0为多年平均降雨总量，mm/a；K为产流降雨量占降雨总量的比例，%；R为与裸地(或皆伐迹地)比较，草地生态系统截留降雨、减少径流的效益系数，%；R0为产流降雨条件下裸地降雨径流率，%；Rg为产流降雨条件下草地降雨径流率，%。

3.3.3 价值量计算

利用得到的拦蓄地表径流量、涵养水源量乘以水的单价即为此项功能的价值。水的单价有6种取法：①根据水库的蓄水成本确定；②根据供用水的价格确定；③根据电能生产成本确定；④根据级差地租确定；⑤根据区域水源运费确定；⑥根据海水淡化费确定。由于水土保持措施拦蓄径流、涵养水源的效益主要按灌溉水价计算，取值为0.2～0.4元/m3，故按0.3元/m3估算。

数据来源：观测数据与统计数据。

4 防灾减灾功能服务价值的计算

4.1 减轻下游泥沙危害功能价值

减轻下游泥沙危害功能的具体评价指标为减少泥沙淤积量，根据观测与调查资料，用水文资料统计分析法(简称“水文法”)与单项措施效益累加法(简称“水保法”)分别进行计算，并将两种方法的计算结果互相校核验证，要求二者间的差值不超过20%。水保法的计算公式为

ΔS=Sb-Sa

(10)

式中：ΔS为治理后总减沙量，t/a；Sb为治理前实测输沙量，t/a；Sa为治理后实测输沙量，t/a。

其价值量计算公式为

(11)

式中：En为减轻泥沙淤积价值，元/a；ΣΔS为减蚀总量，万t/a；C为水库工程费用或挖取单位体积泥沙的费用，元/m3，目前挖取泥沙的费用为6.5元/m3；ρ为土壤容重，t/m3。

数据来源：观测数据与调查数据。

4.2 减轻风沙灾害功能价值

减轻风沙灾害功能的具体评价指标为减少风暴的时间和程度。

根据调查资料，了解治理前、后风暴的天数和风力，进行治理前后对比，计算治理后减少风暴的时间(d)和程度(风力)。

减轻风沙对交通危害的经济效益计算，根据观测或调查资料，按以下两个步骤进行计算：①计算治理前每年由于风沙埋压影响交通的里程(km)和时间(d)，清理压沙、恢复交通所耗的人力(工·日)和经费(元)；②计算治理后由于减轻风沙危害所减少的各项相应损失，折算为人民币(元)。

5 改善生态功能服务价值的计算

5.1 改善生物多样性功能价值

改善生物多样性功能的评价指标为物种多样性指数，其计算公式为

(12)

式中：H为多样性指数;s为样地中的物种总数；Pi为第i种物种的个体数量占所有种个体总数的比例。

价值量计算公式为

U生物=S生·A林

(13)

式中：U生物为林分年物种多样性保育价值，元/a；S生为单位面积年物种多样性保育价值，元/(hm2·a)，根据Shannon-Wiener指数计算；A林为林分面积，hm2。

数据来源：调查数据与统计数据。

5.2 固碳释氧功能价值

固碳释氧功能的评价指标为固碳释氧量，其计算公式为

G植被固碳=1.63R碳·A林·B年

(14)

G土壤固碳=A林·F土壤固碳

(15)

G氧气=1.19A林·B年

(16)

上三式中：G植被固碳为植被年固碳量，t/a；R碳为CO2中碳的含量，为27.27%；B年为林分净生产力，t/(hm2·a)；A林为林分面积，hm2；G土壤固碳为土壤年固碳量，t/a；F土壤固碳为单位面积林分土壤年固碳量，t/(hm2·a)；G氧气为林分年释氧量，t/a。

价值量计算公式为

U碳=C碳(G植被固碳+G土壤固碳)

(17)

U氧气=C氧气·G氧气

(18)

上二式中：U碳为林分年固碳价值，元/a；C碳为固碳价格，元/t；U氧气为林分年释氧价值，元/a；C氧气为氧气价格，元/t；其余字母意义同上。

数据来源：调查数据与统计数据。

6 促进社会进步功能服务价值计算

促进社会进步功能评价指标种类繁多，指标量化处于探索阶段，本研究仅对土地增值和生态用地功能服务价值进行计算，公式为

ΔP=(λa+λb)×(Ph-Pq)

(19)

ΔV=Pg(Ia-Ib)×(1+e)

(20)

上二式中：ΔP为土地增值，元/hm2；Ph为治理后相应等级土地价格，元/hm2；Pq为治理前相应等级土地价格，元/hm2；λa为土地补偿费系数；λb为土地安置费系数；ΔV为生态用地增值，元/hm2；Pg为生态用地等级差价，元/hm2；Ia为治理后生态用地等级；Ib为治理前生态用地等级；e为调节系数。

数据来源：统计数据。