川南页岩气区块水土保持生态服务功能因子研究

王 龙，吴 懈，于 辰，薛元杰

(1.中国石油西南油气田公司 安全环保与技术监督研究院，四川 成都 610041；2.页岩气评价与开采四川省重点实验室，四川 成都 610041)

水、土资源是人类赖以生存的最基本的资源，我国的各类资源总量较大，但人均占有量却远低于国际平均水平。随着经济的快速增长和人口的不断增加，水、土资源不足将成为制约我国可持续发展的重要因素之一。

近年来，人们逐渐发现维持与保育生态系统服务功能是实现可持续发展的基础，为此，国内外学者开展了大量的研究。1997年，DAILY[1]列出生命支持系统必需的13项功能，包括大气和水的净化、洪涝干旱的缓解、废物的去毒和降解、土壤及肥力的形成和更新、作物蔬菜传粉、潜在农业害虫的控制、种子扩散和养分迁移、生物多样性维持、紫外线防护、气候稳定化、适当的温度范围和风力、多种文化和美学刺激；COSTANZA[2]在评估全球生态服务功能时，也提出了17种生态服务功能：大气调节、气候调节、干扰调节、水调节、供水、控制侵蚀和保持沉淀物、土壤形成、养分循环、废弃物处理、授粉作用、生物控制、生物避难所、食物生产、原材料、基因资源、游憩、文化。

2004年，我国学者李建勇等[3]在前人研究基础上，对生态服务功能进行扩充，将其划分为4大类23种功能：调节功能，包括气体调节、气候调节、干扰调节、水调节、供水、土壤保持、土壤形成、养分循环、废物处理、传粉、生物控制；生境功能，包括避难所、繁殖养育；生产功能，包括食品、原材料、基因资源、药品资源、装饰资源；信息功能，包括美学信息、娱乐旅游、文化艺术源泉、精神和历史、科学教育。2007年，余新晓等[4]在前人基础上，针对水土保持行业，将生态服务功能进行再次分类，认为水土保持生态服务功能是指在水土保持过程中所采用的各项措施对保护和改良人类及人类社会赖以生存的自然环境条件的综合效用，包括保护和涵养水源功能、保护和改良土壤功能、固碳释氧功能、净化空气功能和防风固沙功能等5个功能。

由于我国地域宽广，地形地貌、气候类型多样，经济发展水平不同，其水土保持生态服务功能也因地而异。本研究以川南页岩气区块为研究对象，对其水土保持生态服务功能进行分析研究，旨在为下一步计算其价值奠定基础。

1 川南页岩气区块概况

川南地区拥有非常可观的页岩气资源，总量在15万亿m3以上，储量大，分布广，是我国页岩气主要储备区。中国石油大力推进川南页岩气勘探开发，取得了重要成果[5]，川南页岩气区块已成为国内最大的页岩气生产基地。截至2018年底，中国石油川南页岩气区块产量已突破2 000万m3/d，年产量达42.7亿m3[6]。川南页岩气的高速发展，不仅缓解了我国的能源缺口，更进一步带动了当地的经济发展、劳动就业。

川南页岩气区块地处云贵高原与四川盆地边缘山地过渡区域的斜坡地带，属于高、中山地貌，区域内沟谷纵横、地形崎岖，地面海拔一般在400～1 300 m。属川中亚热带温暖湿润季风气候，年均气温12.6～19.0 ℃，冬冷夏热，春暖秋凉，四季分明，1月份最冷，一般气温为3～8 ℃，7月份最热，一般气温为26～39 ℃；降水丰沛，年降水量达1 000～1 200 mm，但时空分配不均。

该区块所在的四川省土壤侵蚀面积为121 042 km2，其中水力侵蚀面积为114 420 km2、风力侵蚀面积为6 622 km2，以水力侵蚀为主，水力侵蚀面积占总侵蚀面积的94.53%[7]。

2 研究结果

2.1 川南页岩气区块水土保持生态服务功能

在COSTANZA等的研究基础上，笔者根据在川南页岩气区块多年的水土保持工作经验，结合当地气候、地形、经济等，对川南页岩气区块水土保持生态服务功能进行修改和完善。

在余新晓等提出的5个功能中，保留防风固沙功能，将保护和涵养水源功能、保护和改良土壤功能进一步优化为保持和涵养水源功能、保持和改良土壤功能，合并固碳释氧功能和净化空气功能为维持植物功能；同时，结合DAILY、COSTANZA及李建勇等的研究成果，进一步提出社会指标、经济指标、土地资源、水资源环境和生态安全等功能因子。最后，归纳总结得出9个水土保持生态服务功能因子，其功能内涵见表1。

表1 川南页岩气区块水土保持生态服务功能因子

2.2 水土保持生态服务功能因子筛选

为进一步对川南页岩气区块水土保持生态服务功能进行筛选、简化，提高功能价值的计算效率，本研究采用综合评价方法对已有的9个水土保持生态服务功能因子进行筛选。

2.2.1 Delphi法

Delphi法是一种匿名专家评分法或专家咨询法，是在20世纪40年代由O·赫尔姆和N·达尔克首创，后经过T·J·戈登和兰德公司进一步发展形成的[10]。该方法主要原理为匿名反复咨询专家的意见，经过反复多次的信息交流和反馈修正，使专家的意见逐步趋向一致，最后根据专家的综合意见，对诊断对象做出诊断，是一种定量与定性相结合的诊断方法。

专家打分法的步骤如下：通过调查表形式向各个相关行业专家征询意见；各专家依据自己的知识、经验和综合分析能力，针对所给的信息，对该区块水土保持生态服务功能因子的重要程度按照百分制打分，分值越高，表示该因子对水土保持功能的影响程度越大；统计各因子的平均得分，并进行归一化处理，即得到各因子的权重系数值。计算公式为

(1)

式中：aj为第j个指标的权数平均值；n为评委的数量；m为评价指标总数；aij为第i个评委给第j个指标权数的打分值。

结果仍需进行归一化处理，归一化公式为

(2)

本研究通过调查问卷的方式，分别从水土保持、水利、地质、生态、环保等专业匿名咨询120名专家，打分平均后得到的结果见表2。

表2 Delphi法对水土保持生态服务功能因子打分结果

通过专家打分法，水土保持生态服务功能9个因子的权重系数大小排序为：维持植物功能>保持和涵养水源功能=保持和改良土壤功能>水资源环境>土地资源>社会指标>生态安全=经济指标=防风固沙功能。其中，保持和涵养水源功能、保持和改良土壤功能、维持植物功能三个指标的权重明显大于其他指标。

2.2.2 层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)是对一些较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法，它特别适用于那些难以完全定量分析的问题，是美国运筹学家SAATY教授于20世纪70年代初期提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法[11]。层次分析法具有良好的逻辑性、系统性、简洁性和实用性等优点，改变了以往评价过程中人们对复杂系统靠主观判断但又缺乏逻辑思维方式进行决策的状况，使评价过程能很好地与人的思维过程相拟合，更容易为人所掌握。主要计算步骤：①建立层次结构模型；②构造判断矩阵；③层次单排序及一致性检验；④层次总排序及其一致性检验。

本研究将川南页岩气区块水土保持生态服务功能分为两个层次，目标层为水土保持生态服务功能，方案层为9个功能因子(见图1)，并构建了功能因子重要性判断矩阵(见表3)。

图1 水土保持生态服务功能因子层次结构模型

表3 水土保持生态服务功能因子重要性判断矩阵

一致性检验的结果为：判断矩阵最大特征根λmax=9.58，一致性指标CI=0.072 6<1.45，一致性比率CR=0.05<0.1，一致性检验通过。

根据层次分析法的判断结果(表4)，水土保持生态服务功能9个因子的权重系数大小排序为：保持和改良土壤功能>保持和涵养水源功能>维持植物功能>水资源环境>土地资源>生态安全>社会指标>经济指标>防风固沙功能。其中，保持和改良土壤功能、保持和涵养水源功能、维持植物功能三个指标权重明显大于其他指标。

表4 层次分析法对水土保持生态服务功能因子判断结果

3 结 语

本研究以川南页岩气区块为研究对象，针对当地独特的气候、地形、经济等条件，在前人基础上总结出9个水土保持生态服务功能因子，并分别采用Delphi法和层次分析法判断各因子的重要程度，结果表明：保持和改良土壤功能、保持和涵养水源功能、维持植物功能明显优于其他因子。因此，在进行功能价值计算时，对这三个因子的价值进行计算可以大幅度提高计算效率，并得到较为准确的结果。

由于生态服务功能研究涉及范围较广，影响因素众多，因此本研究结果与前人研究结果也存在一定的差异，仍需在后续工作中继续收集大量数据，并使用不同的综合评价方法进行比较，以获得更加准确的结果。