湖南省永顺县水土保持功能服务价值评价

徐文秀, 王海燕, 鲍玉海, 李进林,4, 贾国栋, 贺秀斌

(1.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, 成都 610041;2.重庆师范大学 地理与旅游学院, 重庆 401331; 3.水利部 水土保持监测中心, 北京 100053;4.中国科学院大学, 北京 100049; 5.北京林业大学 水土保持学院, 北京 100083)

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[1]，其中地貌植被是人工植被、天然形成的地表及其植被附着物的总称。《中华人民共和国水土保持法》明确规定生产建设活动中损坏水土保持设施和地貌植被，致使其水土保持功能丧失或者降低，且不能恢复其原有水土保持功能的，都应缴纳水土保持补偿费。因此，水土保持补偿费是一种具有法定性的费种，而水土保持功能的价值量化对制定其取值标准具有重要指导意义。当前，水土保持功能服务价值受到越来越多的重视，国内学者依据生态系统服务功能价值理论构建了水土保持功能服务价值的评价指标体系和测算模型[2-6]，一般采用统计经验模型对典型区域或某一生态系统类型的水土保持功能服务价值进行估算，受数据来源和数据精度影响，其评价的精度与准确性仍有待提高[4]，现有评价方法的适宜性仍存在较大的争议[5]，且尚未有统一的依据和标准。总体来看，相关研究结果存在误差较大、代表性不强、指导作用弱的问题[7]，难以为政府水土保持补偿政策的制定提供应有的基础支撑作用。因此，本研究借鉴国内外生态价值核算理论，基于《中华人民共和国水土保持法》对水土保持功能的法理界定，采用全国水土流失动态监测网络的野外产流产沙实际观测数据代替由RUSLE等统计经验模型计算的侵蚀量，尝试避免遥感数据精度和因子计算准确度带来的负面影响，提高评价结果的可靠性。

武陵山山地丘陵区集革命老区、民族地区和贫困地区于一体，是少数民族聚集多、贫困人口分布广的连片特困地区，同时区域内生态资源丰富，具有较大的生态服务价值，是我国重要的资源富集区和生态功能区。该区域水土保持主导基础功能为水源涵养和土壤保持，社会经济功能以保护水源地、生物多样性和自然景观为主，兼顾综合农业生产。近年来，虽然区域生态保护和水土流失防治做了许多卓有成效的工作，但随着经济社会的快速发展和各类资源开发强度的不断加大，特别是不合理的土地利用方式和对植被的破坏，使区域内脆弱的生态系统难以发挥其基本的生态功能，水土保持能力下降，生态恶化与贫瘠化呈现恶性循环，区域生态安全和流域水土保持面临日益严重的威胁。将该区水土保持设施、地貌植被的水土保持功能服务价值量化估算，有助于人们对水土保持功能重要性的认知衡量，提高对水土保持的认知程度和保护地貌植被的意识，为区域水土保持补偿费的合理定价、有效补偿提供科学依据。基于此，本研究根据生态服务价值原理和当地实际，构建适合该区域的水土保持功能服务价值评价体系，并以湖南省永顺县为例，进行水土保持功能服务价值估算，以期为今后武陵山山地丘陵区水土保持补偿工作提供参考。

1 研究区概况

永顺县位于湖南省湘西北，位于东经109°35′—110°23′、北纬28°42′—29°27′，地处云贵高原东侧、中西部结合地带的武陵山脉中段，境内地貌以中山、中低山为主，兼有山原、丘陵、岗地、平原多种类型，海拔介于160～1 500 m。县域属亚热带季风性湿润气候，四季分明，雨量充沛，年平均气温16.4℃，平均降水量1 366 mm，平均日照1 306 h，无霜期286 d。境内水资源丰富，地表水域广，全县共有河溪300多条，年平均径流总量33.1亿m3。土壤主要由石灰岩(包括白云岩)、板页岩、紫色砂页岩等母岩发育而成。山地土壤分为黄红壤、黄棕壤、红色石灰土、黑色石灰土、紫色土等。永顺县属于亚热带常绿阔叶林植物群落区，植物资源十分丰富，有维管束植物221科974属2 702种，基本代表了湘西北植被区系的概貌。植被分布以天然次生混交林为主。据《永顺县土地利用总体规划(2006—2020年)》(2013年修订)，永顺县土地利用以林地、耕地为主，其中耕地面积4.81万hm2，占全县总面积的12.62%，园地面积0.87万hm2，占2.28%，林地面积28.91万hm2，占75.84%，牧草地面积0.004 5万hm2，占0.01%，建设用地和未利用土地面积3.53万hm2，占11.54%。2016年全县国内生产总值60.9亿元，总人口为53.82万人，其中少数民族49.6万人，是国家扶贫开发工作重点县、国家武陵山片区区域发展与扶贫攻坚试点县以及农业部对口扶贫县，全县农户生计策略主要为种植业、养殖业、二三产业等[8]。境内山丘斜坡大多为残坡积层，土体结构疏松，土层厚度较薄，崩塌、滑坡等重力侵蚀严重，据统计[9]，永顺县水土流失面积939.41 km2，以轻度、中度侵蚀为主，分别为102.35 km2，734.37 km2，中度以上面积为102.69 km2，严重的水土流失造成了河道淤塞、水库有效库容减少，影响了水利工程效益的发挥，此外，还导致土壤肥力降低、农田损毁，阻碍了农业生产发展，是当地经济落后的重要原因[10]。

2 研究方法

2.1 水土保持功能评价指标

基于永顺县所处武陵山山地丘陵区生态环境现状及国家重点生态功能区定位，利用生态服务价值理论和前期研究结果[11]，从保护水土资源、防灾减灾、改善生态、促进社会进步等功能的角度梳理了该区水土保持功能的各种表现形式，限于现有数据的获取难易程度，仅选取了以不同土地利用类型为表征的自然地貌植被预防和减少土壤流失、提高土壤质量和土地生产力、拦蓄地表径流和提高水源涵养能力、减轻下游泥沙危害、改善生物多样性、固碳释氧等具有基础性和普遍性的功能进行评价，采取减少土壤侵蚀量、保存土壤肥力数量、拦蓄地表径流量和涵养水源量、减少泥沙淤积量、物种多样性指数、固碳释氧量等评价指标进行量化，从而形成了湖南省永顺县的水土保持功能评价指标体系(表1)，但是其他未被量化的水土保持功能也都具有相当大的价值，随着全国水土流失动态监测网络的不断完善和水土保持相关研究的深入，这方面的价值量有待进一步补充完善。

表1 湖南省永顺县水土保持功能评价指标体系

2.2 水土保持功能服务价值估算方法

根据上文量化指标，基于市场价值法、机会成本法、影子工程法等方法，分别建立各项功能及价值的评价方法，根据水土保持功能物质量推算出保护水土资源功能价值、防灾减灾功能价值、改善生态功能价值，累加得出研究区总的水土保持功能价值(表2)。

2.3 主要数据来源

本研究产流产沙数据主要源于水利部水土保持监测中心提供的全国水土流失动态监测与公告项目成果汇编(2016年)，利用了湖南省永顺县西那小流域坡面径流场观测成果推算各项措施减少的土壤侵蚀量和径流量，土地利用现状、土地单位面积年均收益、水库单位库容费用、林分净生产力和单位面积年物种多样性保育价值参考区域统计年鉴、2016年水利发展统计公报、2016—2017年国民经济和社会发展统计公报、土地利用总体规划以及研究区相关文献资料，土壤养分含量、土壤容重和耕作层深度主要依据全国第二次土壤普查数据，氮、磷、钾、有机质等养分价格通过2016年当地化肥市场价格折纯计算获取。

表2 湖南省永顺县水土保持功能服务价值估算方法

3 结果与分析

3.1 保护水土资源功能服务价值

永顺县不同的土地利用类型均可有效发挥水土保持功能，由表3可知，永顺县各项措施2016年减少土壤侵蚀量1 847.06万t，拦蓄地表径流和涵养水源量4.863 4亿m3，保护水土资源功能服务价值总计为47.545 1亿元，不同土地利用类型保护水土资源功能服务价值表现为林地>耕地>园地>草地。其中，预防和减少土壤流失价值为7 748.56万元，提高土壤质量和土地生产力价值为26.392 7亿元，拦蓄地表径流和提高水源涵养能力价值为20.377 6亿元。从表3还可以看出，不同土地利用类型减少水土流失量、拦蓄地表径流和涵养水源量均存在明显差异，林地和耕地减少水土流失量远高于园地和草地，一方面该区耕地具有水平梯田、隔坡梯田、植物篱护坎、保土耕作等水土保持措施，林地具有较好的植被覆盖，使林地和耕地具有较好的减少土壤侵蚀作用，另一方面也受土地利用类型面积占比影响，使减少水土流失量存在数量级的差异；拦蓄地表径流和涵养水源量则表现为林地>园地>耕地>草地，园地面积仅为耕地面积的1/6左右，而其拦蓄地表径流和涵养水源量为耕地的2.5倍，这主要由于园地大部分为果园和苗圃，与耕地相比具有较好的枯落物、地表草被和林冠层，使拦截地表径流和降雨截留作用优于耕地。

表3 永顺县不同土地利用类型保护水土资源功能服务价值

3.2 防灾减灾功能服务价值

由于研究区缺乏泥沙淤积百分比的实测资料，因此，依据全国平均数据，按土壤侵蚀总量中有24%淤积于水库、江河、湖泊[16-17]，根据当地蓄水成本来估算减轻下游泥沙淤积灾害的价值。根据对该县近年水库工程建设投资调查分析，该县水库建设单位库容投资取值23.94元/m3。利用影子工程法，用泥沙淤积导致水库蓄水量减少造成的损失来估计减轻泥沙淤积的价值。结果表明：2016年永顺县不同土地利用类型防灾减灾功能服务价值为7 861.07万元，其中林地的价值最大，为6 775.92万元，占总价值的86.20%，其次为耕地和园地，分别为11.21万元和2.59万元，草地的最小，仅为0.73万元。可见，林地通过更为突出的林冠层及地表枯枝落叶层对降水进行再分配，大大削弱了降雨对地面的直接冲击作用，同时还减缓地表径流形成，降低了地表径流侵蚀力，从而增强了水土保持能力，防止或减轻了侵蚀产沙对下游的泥沙淤积灾害(表4)。

表4 永顺县不同土地利用类型防灾减灾功能服务价值

3.3 改善生态功能服务价值

永顺县是湖南省实施退耕还林工程启动的首批示范县，在退耕还林工程的林种搭配上，积极探索林果、林茶、林药、林草、林油、林纸结合等模式，按经济林、兼用林、生态林2∶5∶3的比例规划实施，现有林地植物种类丰富，形成了多层次结构、多种类型的森林生态系统，进而起到保护生物多样性的作用[18]。本研究依据物种多样性指数(Shannon-Wiener指数)和林分面积估算改善生物多样性价值，据文献调研[19]，永顺县Shannon-Wiener指数多介于2～3，根据国家林农业局2008年发布的《森林生态系统服务功能评估规范》，单位面积年物种多样性保育价值按10 000元/(hm2·a)计算。同时，根据2001—2010年武陵山区植被净生产力研究数据[20]，永顺县耕地、林地、草地和园地的植被净生产力分别取值5.63，5.97，5.87，5.97 t/(hm2·a)来计算森林固碳量、土壤固碳量和森林释氧量，按照市场价值法用碳汇价格和工业制氧成本估算固碳释氧价值。表5显示，永顺县不同土地利用类型改善生态功能服务价值为93.080 0亿元，其中改善生物多样性价值为29.775 9亿元，固碳释氧价值为63.304 0亿元。总体来看，改善生态功能价值林地>耕地>园地>草地，其中，林地改善生态功能价值最为突出，分别是耕地、园地和草地的10倍、33倍和10 000倍。不同土地利用类型的改善生态功能服务价值差异较大，主要原因是受其植被群落构成、生物量和面积的不同，永顺县土地利用以林地为主，占全县总面积的75.84%，而耕地、园地和草地分别仅占全县总面积的12.62%，2.28%和0.01%，林地具有较大的生物量和生产力，而生物量和生产力作为生态系统中积累的植物有机物总量，是整个生态系统的能量基础和营养物质来源，因此，林地更有利于提供生物多样性和固碳释氧量等生态系统产品(表5)。

3.4 永顺县水土保持功能服务价值

从保护水土资源、防灾减灾和改善生态等三方面的水土保持功能价值评价结果可知(表6)，2016年永顺县耕地、林地、草地和园地的水土保持功能服务总价值为141.411 2亿元，单位面积服务价值为4.09元/m2。其中，改善生态功能服务价值最大，单位面积价值分别是保护水土资源功能价值和防灾减灾功能价值的2倍和135倍；单项功能价值量上看，保护水土资源价值为47.545 1亿元，占总价值的33.62%，防灾减灾功能价值为7 861.07万元，占总价值的0.56%，改善生态功能价值为93.08亿元，占总价值的65.82%。

表5 永顺县不同土地利用类型改善生态功能服务价值

表6 永顺县自然地貌植被水土保持功能服务价值

此外，永顺县各土地利用类型水土保持功能组成主要以固碳释氧价值、改善生物多样性价值、提高土壤质量和土地生产力价值、拦蓄地表径流和提高水源涵养能力价值为主，四者合计占总价值的98.89%(表7)，这可能与永顺县土地利用结构有关，该县林地和园地面积占比78%以上，良好的森林覆盖和林分结构，使其具有较大的固碳释氧量和水源涵养能力，并促进物种多样化，造成价值量占比较大。这也与国内学者在水土保持型国家重点生态功能区开展的水土保持功能价值评价结论一致[21-22]。

表7 永顺县土地利用类型水土保持功能组成

4 讨论与结论

4.1 讨 论

限于数据资料的本身欠缺和收集困难，本研究仅针对水土保持功能的保护水土资源、防灾减灾、改善生态等功能进行了定量评价，未对其他服务功能如促进社会进步功能进行评价，因此，本研究结果偏低于永顺县土地利用格局的水土保持功能实际价值，未来有必要针对其进行进一步价值评估，从而实现对区域水土保持功能服务价值的全面了解。同时，评价指标仅选择了参数获取方便、易量化、较基础性的6个，但水土保持设施、地貌植被供给的生态服务功能表现形式多种多样，今后区域研究条件成熟的情况下可考虑将产品生产、净化空气[7]、水污染防治[12]等指标纳入估算。

4.2 结 论

(1) 从水土保持功能价值总量来看，永顺县2016年各土地利用类型水土保持功能服务价值为141.411 2亿元，主要以改善生态、保护水土资源功能价值为主，两者占总功能价值的90%以上，在各功能表现形式中固碳释氧价值最大，占总价值的44.76%，其次为改善生物多样性价值、提高土壤质量和土地生产力价值，分别占总价值的21.06%和18.66%。这说明永顺县现有自然植被和土地利用方式不仅减少了水土流失，保持了土壤肥力，而且为物种生长提供了良好的水肥环境，促进了物种多样性保育，使其较好的发挥了固碳释氧和改善生物多样性功能。未来县域重点水土流失区仍需科学、合理的开展水土保持，避免或减轻人为干扰，以维持林草、农田生态系统的稳定性，充分发挥良好的水土保持功能。

(2) 从单位面积水土保持功能服务价值来看，永顺县改善生态功能服务价值最大，其次为保护水土资源功能价值和防灾减灾功能价值，这与该县的国家重点生态功能区定位一致，可见本研究所构建的评价指标能较好的体现区域实际的水土保持功能。

(3) 水土保持功能与土地利用类型密切相关，永顺县林地和耕地的水土保持功能服务价值远高于园地和草地。