彭阳县流域治理生态效益分析

杨晓辉，杨凤鹏，罗晚霞

(1.彭阳县水务局，宁夏 彭阳 756500； 2.彭阳县自然资源局，宁夏 彭阳 756500)

彭阳县位于宁夏东南部，六盘山东麓，西与固原市原州区接壤，东南北分别与甘肃省镇原县、崆峒区、环县毗邻，属黄土丘陵沟壑区第二副区，现辖4镇8乡156个行政村，总人口25.15万人。全县土地总面积2 533.49 km2，其中水土流失面积为2 128.13 km2，占土地总面积的84%,属全国水土流失重点防治区。境内山多川少，山大沟深,沟壑纵横，多年平均降水量450 mm，且季节分布不均，7—9月份降水量占年降水量的69%，年径流系数0.05～0.07。全年2/3的天气为晴天，年平均日照时数为2 518 h，多年平均水面蒸发量1 050 mm，干旱指数2.3。彭阳县1983年10月从原固原县分立，在近40年的流域治理过程中，始终坚持一张蓝图绘到底，深入贯彻与实施生态立区战略，产生了巨大的生态、经济、社会效益。彭阳县先后被评为全国生态示范区建设试点地区、全国水利建设先进县、全国造林绿化先进单位、全国退耕还林先进县、全国绿化模范县、国家水土保持生态文明县。彭阳县的小流域综合治理经验被列为十届全国人大三次会议1798号重点建议案，并在黄土高原同类型区大力推广。彭阳县旱作梯田入选“中国美丽田园”十项梯田景观之一，彭阳县被列入第二批国家全域旅游示范区。

1 淤地坝效益与作用

彭阳县现有淤地坝139座，其中骨干坝42座、中型淤地坝30座、小型淤地坝67座，现有淤地面积166.7 hm2，每年可增产粮食162.5万kg(按种植玉米计算)，产值325万元。淤地坝在水沙调控方面成效显著，有力地遏制了水土流失，遇到灾害性天气时淤地坝起到了定海神针的作用，较大淤积大多在非常降雨的情况下发生，如1997年7月26日彭阳县普降大暴雨，最大降雨历时10 h、降雨量134.4 mm,产生了剧烈土壤侵蚀，槐沟淤地坝(控制流域面积99.4 km2，总库容1 776万m3，淤积库容850万m3)拦截本流域产生的泥沙472万m3，泥沙未泄向下游，保障了下游安全，杜绝了河道淤积，这次槐沟淤地坝一次性淤地41.7 hm2。

淤地坝作用：一是淤地造田，增加耕地面积，保障粮食安全；二是拦泥作用显著，在防止沟道下切、抬高侵蚀面、减少下游河道淤积方面具有重要作用；三是运行方式为蓄洪排清，具有蓄水与调蓄水、调节地上与地下水、防洪减灾与保护下游安全、解决工农业用水与人畜饮水等功能与作用；四是解决交通问题，方便山区群众生产生活。

2 流域治理的涵养水源效益

经过多年的流域治理，彭阳县已建成高标准农田5.067万hm2，完成造林13.591万hm2，其涵养水源总价值量(包括保水效益与净化水质的价值)达7.756 2亿元。

2.1 年保水效益

流域治理后地表趋平、草木茂盛，减弱了降水对地表的侵蚀与冲刷，延长了入渗时间，增大了土壤贮水量，夏秋季植物繁茂的枝叶与冬春季地面的枯枝落叶又减少了蒸散量。彭阳县流域治理程度高，治理后流域保水效益明显，可采用李育材等[1]的森林涵养水源量公式计算，即

YW=S×(P-E-C)×L×10-3

式中：YW为森林涵养水源量，万m3；S为林地面积，hm2；P为降水量，mm/a；E为蒸散量，mm/a；C为径流深，mm/a；L为水容重，t/m3。

基于彭阳县缺乏蒸散量观测数据和彭阳县王洼水土保持试验站多年观测资料证明流域治理后径流量非常小的客观事实，参照杨海军等[2]在晋西黄土区水土保持林测算出的林地蒸散量占降水量的88%、流域治理后的地表径流占降水量的0.002%～0.004%(林地采用0.004%，梯田采用0.002%)的成果，结合董彦丽等[3]得出的梯田的蒸散量略低于林草地的结论，我们取彭阳梯田蒸散量为当地降水量的86%。经计算，彭阳县梯田与林地的水源涵养量分别为630、540 m3/hm2，梯田与林地总保水量为10 531万m3。

用工程替代法计算保水形成的经济效益。借鉴《宁夏彭阳县两个山水库设计报告》(固原水利勘测设计院，2016年)数据，取当地水库单位库容投资作为保水(蓄水)量的单价进行计算，该水库设计总库容287.3万m3，工程总投资1 580.4万元，因此单位库容蓄水成本为5.5元/m3。水库属于一次性固定资产投资，设计淤积年限与运行年限最少20年，本次计算采用5.5元/m3。这个价格高于彭阳县农村自来水价格，但农村自来水价格政府有补贴，接近彭阳县城市供水价格，又远低于当地拉运水价格(当地拉运水价格最少15元/m3)，因此5.5元/m3比较合理。经计算彭阳县流域治理后年保水效益为5.792 1亿元。

2.2 年净化水质价值

造林与农田工程阻碍、延缓了水流下泄速度，拦截、沉淀了部分泥沙，增加了入渗量，减少了径流的浑浊度，使径流(地上与地下)经过地面沉淀，土壤物理化学及生物过程过滤和净化，改善了水质。年净化水质价值采用国家林业局《退耕还林工程生态效益监测国家报告》[4]中的公式计算，即

U水质=10K水·A·(P-E-C)·F

式中：U水质为年净化水质价值，元；K水为水的净化费用，元/t，采用替代工程法，以彭阳县农村自来水的价格2.6元/m3为准；A为林地的面积，hm2；P为降水量，mm/a；E为蒸散量，mm/a；C为地表径流量，mm/a(取值0.02)；F为森林生态功能修正系数，考虑到农田主要施用无机肥料，净化水质功能不如森林，因此修正系数采用0.75。计算得到年净化水质总价值为1.964 0亿元。

3 流域治理的保土效益

彭阳县流域治理后保土作用非常明显，正常年份的降雨不产生水土流失，径流与水土流失大多产生于道路、街道、庄院、城镇、荒山、坡地及难治理区域。经计算保土效益为7.137 6亿元，包括减少水土流失价值和减少土壤中的养分流失价值量两项。

3.1 保土效益计算

彭阳县的大面积造林主要是退耕还林，且大多在2000—2007年完成。彭阳县机修梯田建设从1995年全面展开，大规模建设在2000年以后，流域治理后保水保土效益日趋明显。

用20世纪70年代后期至2000年初的侵蚀模数代表未治理的侵蚀模数，取值为6 360 t/(km2·a)。根据固原水利勘测设计院1998年9月在《彭阳县石头崾岘水库工程初步设计说明书》中采用宁夏水文水资源勘测局提供的侵蚀模数为7 500 t/(km2·a)，2001年4月在《彭阳县庙台水库工程初设报告》中采用宁夏水文水资源勘测局提供的侵蚀模数为6 000 t/(km2·a)，2003年5月在《彭阳县安家川上游淤地坝系工程可行性研究报告》采用的侵蚀模数为6 212 t/(km2·a)，1993年8月彭阳县水务局在《彭阳县斜崖沟骨干工程加固设计说明书》中采用斜崖沟水库自建坝以来水库淤积量反推的上游侵蚀模数为6 370 t/(km2·a)，1998年8月在《宁夏彭阳县扈堡沟治沟骨干工程设计说明书》中查《宁夏水文手册》后加推移质输沙量后确定的侵蚀模数为5 720 t/(km2·a)，综合以上数据后确定侵蚀模数为6 360 t/(km2·a)。

治理后土壤侵蚀模数根据固原水利勘测设计院在《宁夏彭阳县李渠水库工程初步设计报告》(2015年)中分析水文与泥沙时采用的毗邻李渠水库下游的甘肃镇原县三岔水文站的观测数据，即取近15年实测值(2000—2014年)，并扣除上游水库与骨干坝控制面积内数据，加10%推移质输沙量，得到近15年侵蚀模数的均值为2 370 t/(km2·a)。

由以上结果得出：流域治理后遏制了水土流失，单位面积减少侵蚀量3 990 t/(km2·a)。经计算彭阳县流域治理后年保土573万m3，保土的生态效益按前述单位库容淤积泥沙的投资5.5元/m3估算,总的保土价值量为0.315 2亿元。

3.2 保肥效益计算

植物的枯枝落叶形成的腐殖层加厚了土壤熟化层，是土壤有机质与碳库积累的重要来源。森林植被生长及其代谢产物不断对土壤产生物理及化学影响，参与土体内部能量转换与物质循环，提高了土壤的肥力。水土流失流失的主要是表层土，农田流失的是耕作层，表层土质疏松、肥分高，流失的都是植物生长不可缺少的氮、磷、钾。流域治理之后提高土壤肥力和减少养分流失的作用巨大，其保肥效益可根据李育材等[1]的计算方法计算，公式为

Su2=D×S×P1i×P2i×P3i×10-6

式中:Su2为保肥效益，万元；D为单位面积年减少水土流失量，t/(km2.a)；S为治理面积，hm2；P1i为土壤氮磷钾含量，%；P2i为纯氮磷钾折算成化肥的比例，%；P3i为各类化肥的销售价格，元/t；10-6为换算系数。彭阳县与吴起县的地貌、水文、气候相近，可参照吴起县退耕还林后地表层的平均土壤有机质含量1.44%，全氮0.096%，全磷0.059%，全钾1.67%。土壤中氮磷钾流失量用化肥量来替代，用间接市场法来计算土壤流失氮磷钾的价值损失量。彭阳县当地市场磷酸二胺与氯化钾的价格为3 000和2 200元/t。由此计算出治理后减少土壤流失的保肥效益为6.822 6亿元。

4 流域治理的固碳量计算

彭阳县林地总的二氧化碳(CO2)固定量(包括生物固定与土壤固定)为71.84万t,折合纯碳19.59万t。采用瑞典碳税法2020年的税率价格，经计算彭阳县林地总固碳价值为2.127 5亿元。

4.1 生物固碳量

流域治理后森林的固碳释氧效益显著，固碳释氧包括森林吸收有害气体(主要是CO2)和释放氧气的光合作用。生物固碳(CO2)量计算公式根据李育材等[1]的公式计算，即

YC1=0.6×α×Vi×Si×10-4

式中：YC1为生物固碳量，万t；α为1 t森林干物质的固碳量,1.63 t；Vi为森林单位面积干物质生产量,t/hm2，按3.78 t/hm2取值，考虑到彭阳县森林的郁闭度与所采用的吴起县有差距，对单位面积干物质生产量进行折减，折减系数取值0.6(下同)；Si为林地面积，hm2；10-4为换算系数。按上式计算得出彭阳县林地的生物固碳量为50.24万t。

4.2 林地土壤固碳量

植物生长的土壤含有大量的有机质，若植被遭到破坏，有机质将被氧化而排放大量的CO2。水土流失越少，土壤的固碳量就越大，碳汇量就大。土壤固碳(CO2)量的计算采用李育材等[1]的公式，即

YC2=0.6×Si×Cr×10-3

式中：YC2为土壤固碳量，万t；Si为林地面积，hm2；Cr为荒山与林地的有机碳密度的差值，采用土壤剖面有机碳密度及储量估算模型公式计算，有机质质量采用岳自慧等[5]观测分析的彭阳县炭洼小流域的数值，有机碳密度数值近似采用彭阳县炭洼小流域的坡耕地与梯田数值进行比较，差值为0.264 8；10-3为换算系数。按上式计算得出彭阳县的森林土壤固碳量为21.60万t。

5 流域治理的制氧价值计算

植物的光合作用维持着大气中的碳-氧生态平衡，地球碳素同化的60%来自于陆生植物，植物犹如地球的清道夫，清洁着人类广阔的生存空间，减轻温室效应，提供生命体必需的氧气，对改善生态环境发挥着不可替代的生态功能。彭阳县流域治理程度高，森林覆盖率、林地郁闭度的增加，都为光合作用提供了源源不断的载体。森林的制氧价值量根据李育材等[1]的公式计算，即

VC2=0.6×C0×b×Vi×Si×10-4

式中：VC2为森林的制氧价值量，万元；C0为森林提供1.0 t氧气的造林成本,元/t，取值为369.7元/t；b为森林形成1 t干物质可释放的氧气量，t，根据植物光合作用方程式取值1.2 t；0.6为折减系数；其他符号同前述。经计算彭阳县林地的制氧量为36.99万t，制氧价值为1.367 5亿元。

6 流域治理的净化环境价值评价

森林阻尘、吸尘对减轻自然灾害的作用明显。森林能够吸收自然界中的有害气体与细菌，是陆地上主要吸收CO2和SO2并呼出氧气的“净化工厂”；森林好比大自然的肺, 净化着我们呼吸的空气。

6.1 吸收二氧化硫价值量

彭阳县森林吸收SO2的价值量采用影子价值法计算，采用国家林业局《退耕还林工程生态效益监测国家报告》[4]中的计算公式，即

Ve1=CS×Ri×Si×10-4

式中：Ve1为森林吸收SO2的价值量，万元；CS为治理SO2的单位成本，元/t，治理费用取2 050元/t；Ri为不同类型森林单位面积吸收SO2的量,t/hm2,根据《中国生物多样性国情研究报告》(1998年)观测数值与彭阳县林木实际状况，林地吸收SO2的能力采用62.06 kg/hm2；其他符号同前述。经计算彭阳县林地吸收SO2的价值量为0.172 9亿元。

6.2 滞尘价值量分析

采用国家林业局所著《2016退耕还林工程生态效益监测国家报告》中宁夏退耕还林总效益，反推彭阳县数值，综合分析后得到彭阳县林木阻滞降尘与减少雾霾对人体的危害价值量为5.217 0亿元。

7 流域治理的生物多样性保护价值量计算

采用替代法，根据有关资料[6]确定的森林采伐造成游憩及生物多样性价值损失量为400美元/(hm2·a)，折合2020年人民币2 760元/(hm2·a),考虑到彭阳县与对比地方的差别，折减系数取值0.5。经计算彭阳县林地保护生物多样性的价值量为1.875 6亿元。

8 提供负离子数量

林木中的树冠、枝叶的尖端放电及光合作用过程的光电效应促使空气电解，产生空气负离子。负离子除尘、净化空气的作用显著，有益于人体健康；对改善肺功能，增强抗病能力，改善亚健康也是有帮助的。基于负离子的作用，它又有“空气维生素”之称。

由于彭阳县没有林地负离子浓度这方面观测数据，因此采用国家林业局《退耕还林工程生态效益监测国家报告》[4]中宁夏退耕还林总效益反推彭阳县数值，彭阳县林地产生负离子703 607×1018个。采用等效替代法，负离子的生产费用取9.5元/1018个,因此年提供负离子价值0.066 8亿元。

9 结 语

彭阳县经过多年的流域治理，全县已累计治理小流域134条1 780 km2，水土流失治理程度由建县初的11.1%提高到了76.3%，森林覆盖率由3%提高到了30.6%。现建成高标准农田5.067万hm2，造林13.591万hm2，修建淤地坝139座，每年可保水10 531万m3、保土573万m3、保肥29.11万t，固碳(CO2)71.84万t，制氧36.99万t，吸收污染物(二氧化硫)8 434 t、滞尘2 943 t、产生负离子703 607×1018个，每年可产生生态效益总价值为25.72亿。每年增产粮食7 600万kg，林果产量达9 620万kg，已淤坝地166.7 hm2，活林木蓄积量达32.02万m3，每年可产生直接经济效益4.64亿元。这两项总价值量为30.36亿元，是彭阳县地方一般公共财政预算收入的10.62倍(2019年2.86亿元)，是彭阳地区生产总值(2019年59.2亿元)的51.3%。生态效益为绿色GDP[7],彭阳人均绿色GDP为1.21万元，因此彭阳县的GDP总量应为84.9亿元。虽然彭阳县常规的GDP不高，但为社会贡献的绿色GDP数量是丰厚的。随着国家持续对彭阳县生态建设的投入，预计每年绿色GDP的增长在7%左右，绿色GDP的递增，也践行了绿水青山就是金山银山的理念。良好的生态，丰茂的林草，层层水平梯田，在防治水土流失、涵养水源、减少雾霾、恢复及丰富生物多样性、保持天蓝地绿、净化大气环境、生态旅游、农民增收等方面功不可没。彭阳县流域治理成果践行了黄河流域生态保护和高质量发展，成为名副其实的先行区。