丹江口库区及上游水土保持生态服务价值评价

刘少博 陈南祥 都仕龙 杨柳 常全根

摘要：丹江口水库作为南水北调中线工程水源地，战略地位十分突出。为了控制丹江口库区及上游水土流失，确保南水北调中线工程充分发挥效益，已经在该区域实施了两期水土保持工程。基于生态服务价值原理和当地实际，构建了适合该区域的水土保持生态服务价值评价体系，并对丹江口库区及上游水土保持生态服务价值进行评价。结果表明：该工程在全部发挥效益后每年所产生的生态服务价值约为543.561億元，是其年成本的130.51倍，可见其生态经济效益非常显著。在各项效益中，水圈效益尤其是水污染防治价值最为突出，是该工程生态服务价值的最主要体现，这和该工程的实施目标是一致的。

关键词：水土保持；生态服务；价值评价；丹江口水库；南水北调

中图分类号：S157.1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.02.018

生态服务价值是指生态系统通过各种途径向人类社会提供物质、能量以及服务的价值川。近年来，随着公众环保意识的增强，人们对生态环境方面的关注度越来越高，生态服务价值评价逐渐成为国内外生态学研究热点之一。Daily G.C.[1]系统研究了生态系统服务的各个方面，并指出社会系统依赖于自然生态系统；Constanza R.等[2]应用生态系统服务价值理论对全球生物圈的生态服务价值进行了估算；谢高地等[3]在国外学者研究的基础上，结合我国实际得出了新的生态系统服务评估单价体系；余新晓等[4]综合多门基础学科，提出了水土保持生态服务价值的概念，系统地揭示了水土保持对经济、社会、生态环境等多方面的深刻影响。然而目前这些研究多是从方法概念以及大的区域范围人手，研究结果误差较大，代表性不强，且对实际生产的指导作用不够，难以为政府决策提供强有力的数据支持。

南水北调工程是我国解决北方水资源匮乏问题、优化水资源配置的重要举措。丹江口水库是南水北调中线工程水源地，承担着向京津冀等地区年供水95亿m3的重要任务，战略地位十分显著。为了控制水土流失所造成的面源污染对丹江口水库水质的影响，确保南水北调中线工程充分发挥效益，我国分别于2007年和2011年启动了丹江口库区及上游水土保持治理（简称“丹治”工程）一期（2007-2010年）及二期工程（2011-2015年）。本文基于生态服务价值评价方法，对这两期“丹治”工程生态效益进行定量分析评价。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

丹江口库区及上游地区是南水北调中线工程水源区，区域总面积952万hm2，地形以山地和丘陵为主，社会经济发展水平较低。该区域主要属亚热带季风性湿润气候区，多年平均气温为13.8℃，年均降水量为873mm。

1.2 数据来源

研究所需数据主要有3部分：①丹江口库区及上游基础生态数据，主要来源于研究区两期“丹治”工程项目规划以及工程已完工部分竣工验收表，部分数据来源于项目实施区水保监测站；②丹江口库区及上游水土保持生态服务价值评价体系基础参数，主要来源于相关科研院所以及有关专家学者所公开的科研成果；③丹江口库区及上游水土保持生态服务价值评价社会公共数据，来源于研究区实地调查、有关区域的统计年鉴以及相似地区有关研究。

1.3 生态服务价值评价体系

科学合理的生态服务价值评价体系的建立是进行丹江口库区及上游水土保持生态服务价值评价的前提。本文根据谢高地等[3]、余新晓等[4]、康玲玲等[5]的研究成果和丹江口库区及上游实际，提出既适合库区自然及社会经济发展现状，又能够突出水保工程特征的生态系统服务价值动态评估体系（见表1）。

1.4 生态服务价值评价方法

从表1可知，“丹治”工程生态系统的服务价值按其表现形式可以分为水圈效益、土圈效益及大气圈效益三大效益，具体又可分为涵养水源价值、防洪价值、水污染防治价值、储存土中营养成分价值、减少水库泥沙淤积价值、保护土地资源价值、固碳供氧价值以及净化空气价值等8种具体价值。

由于生态系统只有一部分服务功能可以通过市场交换实现其价值，大部分服务功能无法通过市场进行交换，没有市场价格，也就不能直接评估其价值，因此本文从正面或反面寻求与生态系统某种服务功能效果相同、可以计算出市场价格的事物，并根据相关参数（见表2），以其实施成本或折算后的效益作为“丹治”工程水土保持生态系统服务功能的价值。

1.4.1 水圈效益

研究区水土保持措施的水圈效益主要体现在非汛期涵养水源、汛期防洪以及净化水质3个方面。

（1）涵养水源价值。水土保持措施可以有效拦蓄降水，促进地表水入渗形成地下径流，从而达到涵养水源、补充地下水的效果。就丹江口上游及库区而言，一方面随着地表及地下水位的上升，降低了当地取水成本，另一方面该区域所涵养水源量的提高保证了受水区（河南、河北、天津、北京）的供水安全。

由于南水北调中线工程的主要任务是向北方受水区城市供水，因此本文暂不考虑当地取水成本的降低效益。利用市场价值法，针对所涵养水源在受水区的价值进行估算，计算公式为：式中：Vh为“丹治”工程涵养水源的价值；Wh为“丹治”工程涵养的水源量（参照《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持规划》和《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持“十二五”规划》，取最小值6亿m3）；θi为北调水在受水区4省（市）的分配比例；Zhi为北调水在受水区4省（市）的单价。

（2）防洪价值。水土保持防洪效益的发挥主要通过工程措施、林草措施等地面拦蓄和林冠截留实现。康玲玲等[5]认为，水保措施对不同强度洪水的拦蓄效果不同，低强度洪水时水保措施削峰作用明显，大强度洪水时水保措施削峰作用不明显。谢高地等[3]、余新晓[4]等在水保措施防洪价值估算方面多采用影子工程法，将水保工程防洪价值用拦蓄等量水所修建的水库造价来表示。然而水库的使用并不是一次性的，不同等级水库有不同的设计使用年限[10]。

本文基于影子工程法及我国水利行业标准（SL191-2008）中小型水库最低设计使用年限的规定，得到“丹治”工程防洪价值年效益评估模型：

Vf=30-1（Wgf+Wlf）Zf （2）式中：Vf为工程防洪价值；Wgf为工程措施地面截留降水量；Wlf为林草措施截留降水量；Zf为该区域单位库容水库造价；30为我国中小型水库最低设计使用年限[10]。其中：

Wgf=Wh，Wlf=JSl （3）式中：J为单位面積林冠截留量；S1为“丹治”工程造林面积。

（3）净化水质价值。水土保持净化水质的价值主要通过对非点源污染的控制来实现。非点源污染指大气、地面或土壤中的污染物质在降水淋溶和冲刷下随径流、泥沙进入地表水体和地下含水层而引起的污染，与水土流失有密切关系。我国学者相关研究表明，土中营养成分随着泥沙迁移而流失，在一些地区其流失比例甚至高达95%[8]。

就丹江口库区而言，水库水质虽然整体上符合国家地表水Ⅱ类标准，能基本满足南水北调功能要求，但是库区部分库湾土壤侵蚀严重，大量岸上营养物质随水土流失进入库区，引起库区局部营养元素富集。

本文参考闫峰陵等[8]的研究成果，利用恢复和防护费用法，通过计算“丹治”工程所减少的氮、磷流失总量，将其换算为污染物去除投资额来反映“丹治”工程净化水质价值。其评估模型表达式为式中：Vw为净化水质价值；Wd为泥沙减少量；ηn为泥沙中所含第n种元素的比例；Fn为污水处理中去除第n种元素的成本。

1.4.2 土圈效益

研究区水土保持措施的土圈效益主要体现在储存营养成分价值、保持土壤价值和减少泥沙淤积价值3个方面。

（1）储存营养成分价值。水土流失是造成土壤中营养成分流失的主要原因，水土保持储存营养成分价值是土圈效益的重要体现。土壤中的营养成分主要为无机物N、P、K以及有机物。对“丹治”工程储存无机物N、P、K的价值估算主要利用市场价值法，通过对工程所减少的N、P、K等营养元素流失量转化为在原有土壤侵蚀程度的情况下，为维持该地区土地同样水平的N、P、K量所需施相应种类化肥的投资进行评估。其评估模型表达式为式中：Vcw为储存营养成分价值；Rn为某种元素的折算系数；Dn为某种元素所折算成的化肥单价。

假定为了维持库区土壤中原有的有机物含量水平，需施用大量有机肥，利用市场价值法，将“丹治”工程所保持的有机物转化为所用有机肥，然后再按照有机肥的价格进行估算。其评估模型表达式为

Vcy=WdηyRyDy （6）式中：Vcy为储存有机物价值；ηy为土壤中所含有机物的比例；Ry为有机物的折算系数；Dy为有机肥的单价。

（2）保持土壤的价值。利用机会成本法，将“丹治”工程所保持的土壤量转化为耕地、林地、草地面积，再对这部分土地所产生的经济效益进行估算。其评估模型表达式为式中：Vb为保持土壤价值；Ri为库区第i种土地年平均收益；αi为第i种土地所占比例；h为库区土层平均厚度；ρ为库区土壤平均密度。

（3）减少泥沙淤积价值。根据国内已有的研究成果[4]，我国主要流域的泥沙运动有一定的规律性，即土壤侵蚀流失的泥沙中约有24%会在水系中淤积。本文利用恢复和防护费用法，对这部分泥沙清淤成本进行估算，就是“丹治”工程所减少泥沙淤积价值。其评估模型表达式为

Vj=0.24WdFq（8）式中：Vj为减少泥沙淤积价值；Fq为水库清淤单价。

1.4.3 大气圈效益

研究区水土保持措施的大气圈效益主要体现在固碳供氧价值和大气净化价值两个方面[11]。

（1）固碳供氧价值。“丹治”工程固碳供氧价值主要体现在水保植物通过光合作用以CO2和水为主要原料，将碳元素固定在植物体内，同时释放可以维持生物生命的O2。

本文对“丹治”工程固碳供氧价值的评估主要依靠市场价值法，用CO2的碳汇交易价值和Oz的市场价值来体现。其评估模型表达式为

Vg=S1roFo+S1rcFc （9）式中：Vg为固碳供氧价值；S1为水保植物种植面积；ro为水保植物释放O2效率；Fo为O2单价；rc为水保植物吸收CO2效率；Fc为CO2的国际碳汇交易价格。

（2）净化空气价值。水保工程净化空气价值主要是通过水保植物吸收空气中的SO2、氟化物以及吸附粉尘和消除噪音污染等来体现的。具体到“丹治”工程，丹江口库区距城市居民聚集区较远，消除噪音污染价值并不明显，其净化空气方面的生态服务价值主要采用恢复和防护费用法对其针对大气污染物处理价值进行评估。其评估模型表达式为式中：Vi为去除大气污染价值；rji为水保植物对第i种有害物质的吸收效率；Fji为去除有害物质成本。

2 结果与分析

2.1 生态服务价值整体评价

根据表2及式（1）～式（10），对“丹治”工程进行生态服务价值评价，结果见表3。

从表3可知，丹江口库区及上游水土保持工程在全部发挥效益后每年所产生的生态服务价值约为543.561亿元，单位面积水土保持价值为0.58元/m2，是全国平均水平0.18元/m2[11]的3.22倍。从《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持规划》和《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持“十二五”规划》可知，整个“丹治”工程实施10a间在水土保持方面总投资为59.495亿元。根据《水利建设项目经济评价规范》（SL72-2013）社会资本年均收益率即费用利率取7%，可算得“丹治”工程水土保持生态建设每年所产生的成本为4.165亿元，“丹治”工程水土保持项目全部发挥效益后每年所产生的生态服务功能价值为其年成本的130.51倍。可见“丹治”工程水土保持项目生态经济效益非常显著。

分析其成功经验，一是该工程将库区水土保持工作同地方经济社会发展和人民群众致富紧密结合，人民群众和地方政府参与积极性高。“丹治”工程把具体水保措施和项目区当地产业结构调整、土地综合利用相结合，通过大力发展水土保持经济林果产业、生态农业等措施，促进群众脱贫致富，同时对项目区河流、公路、土地、乡镇及村庄等同步规划、同步治理。实现了中央政府要生态文明建设、地方政府要经济社会发展、人民群众要发家致富多方共赢的目标，极大地促进了地方政府和人民群众参与丹江口库区及上游水土保持建设的热情。二是前期工作做得扎实，治理措施针对性强。两期“丹治”工程实施前都进行了大量前期准备工作，进行细致的实地勘察，使“丹治”工程中具体水保措施可以有的放矢，针对性更强。“丹治”工程根据项目区自然和经济特点，将整个治理区域划分为水源地安全保障区、水质影响控制区和水源涵养生态建设区，每个区域水保措施治理的重点都不一样，如在距库区较近的水源地安全保障区，通过种植大量水生植物以及建设生态隔离带等措施净化水质、拦截入库泥沙；在距库区距离适中的水质影响控制区，进行坡耕地改造，从而达到减少面源污染的目的；在距库区较远的水源涵养生态建设区，通过在荒山荒坡大面积植树造林和封禁治理相结合的方式，固土保水，涵养水源。

2.2 生态服务价值分类评价

对“丹治”工程生态服务价值进行分类效益评价，发现其水圈效益最显著，为433.410亿元，占总效益的79.74%；其次为土圈效益，为71.722亿元，占总效益的13.19%；大气圈效益最小，为38.429亿元，占总效益的7.07%。

“丹治”工程项目区即南水北调中线工程水源区，治理库区面源污染是头等大事，因此“丹治”工程的生态服务价值很大部分表现为水圈效益，尤其是水污染防治价值最为突出。这和“丹治”工程的总目标“保证丹江口库区水质长期稳定达到国家地表水11类标准，同时减少治理区的平均侵蚀模数”的要求是一致的。

2.3 生态服务价值分区评价

从各省情况来看，陕西、河南及湖北3省“丹治”工程水保措施生态服务价值分别为227.825亿、94.020亿、221.716亿元；3省均为水圈效益最显著，分别为174.233亿、77.393亿、181.784亿元，分别占总效益的76.48%、82.32%、81.99%；3省土圈效益均排第2位，大气圈效益均排第3位。

从总量上来看，3省中陕西省“丹治”水保项目年生态服务价值最高，湖北省第2，河南省第3。综合考虑各省“丹治”工程水保措施投资，陕西省总投资38.656亿元，年投资效益比为1：84；湖北省总投资13.710亿元，年投资效益比为1：231；河南省总投资7.128亿元，年投资效益比为1：188。可见，水保措施生态服务价值与水保工程量有一定关系，然而并不一定是正比关系。

具体原因上文中已提及，“丹治”工程水保措施的主要目标是减少库区面源污染，确保库区水质长期稳定达到国家地表水n类标准。“丹治”工程根据项目区各地自然和经济特点，将整个治理区域划分为3个子区域，每个区域水保措施治理的重点都不一样。丹江口库区主要位于河南省和湖北省，因此丹江口水库的水源地安全保障区和水质影响控制区大部分位于这两个省，水圈效益在其总效益中所占比例较大。陕西省距中心库区较远，因此其水圈效益在该省总效益中所占比例小于以保证库区水质安全和治理面源污染为目标的河南、湖北两省，这在很大程度上拉低了该省“丹治”水保项目的年生态服务价值。

3 结语

（1）研究表明，丹江口库区及上游水土保持工程在全部发挥效益后每年所产生的生态服务价值为543.561亿元，约为其年成本的130.51倍，可见“丹治”工程水土保持项目生态经济效益非常显著。

（2）在各类效益中水圈效益尤其是水污染防治价值最大，土圈效益次之，大气圈效益最小。这和“丹治”工程水土保持项目总目标是一致的。

（3）水土保持是一项各区域联动的综合性公益工程，相同的水保措施在项目区不同区域实施、在不同尺度上以及用不同方法评定，其效益都是不同的，因此不能简单地以投入产出比去衡量其实际效益。

（4）“丹治”工程在控制丹江口库区及上游点源与面源污染方面，将水污染防治与水土保持的工程与管理措施相融合，开创了我国水源地治理的新模式，是我国流域水环境治理和水土保持及经济建设相结合的新成果。然而前两期“丹治”工程也暴露出一些问题，需要“丹治”三期及后续工程关注和解决：一是缺乏建后管护长效机制，部分已治理的区域投资费用欠缺，重建轻管现象普遍，工程效益不能完全发挥；二是部分地区治理标准不高，建议后期工程按照建设生态清洁型小流域模式重点开展治理，进一步提高水源区水土保持治理效果；三是相关生态补偿政策不完善，建议水源区水土保持生态补偿政策能和“丹治”三期规划同时落地，同时生效，确保水源区经济社会和生态环境保持长期稳定，确保南水北调中线工程能长期稳定运行。

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