土壤保水改良的生态效益评价方法

□王 珺

（青海大学农牧学院，青海 西宁 810016）

1 研究背景

土壤关系农业生产、可持续发展、生态文明建设，是社会发展进步的基础，是美丽中国的重要组成，改善土壤环境是维护国家生态安全的关键要务，提升土壤质量是实现农业绿色发展的前提基础。干旱缺水、养分流失和土地退化等土壤问题关系国家粮食安全。积基树本，本固枝荣，改良土壤是农业实现环境友好和节约增效的重要手段。

20 世纪60 年代以来，围绕土壤改良的保水材料和保水技术的研究逐渐兴起，在农林生产领域得到了广泛应用。研究表明，土壤保水剂能明显改善土壤的持水特性和理化性质，促进作物生长发育，促进土壤微生物活动，进一步提高土地生产力。

土壤保水改良可以蓄水提墒、固土肥壤，增强农业生产应对自然灾害的抵御能力，可以益菌活土、固碳增汇，增强自然系统应对气候变化的生态弹性。测度土壤保水改良的生态价值，评价土壤保水改良的生态效益，可以为土壤治理和生态生产决策提供参考依据。

2 土壤保水改良的生态价值评价框架

土壤保水改良的生态作用主要有增加土壤储水、增加土壤有机碳、减少土壤流失、维持土壤肥力和增加土壤微生物。因此，从5 个维度出发，评价土壤保水改良的生态价值，具体见图1。

图1 土壤保水改良的生态价值评价框架

3 土壤保水改良的生态价值评价的测度方法

3.1 增加土壤储水

评估保水改良后增加的土壤储水量和产生的生态效益。

第一，计算增加的土壤储水量，具体见公式（1）、公式（2）。

式中：△S为单位面积土壤增加的储水量，m；S为采取改良措施以后单位面积土壤的储水量，m；S为未采取改良措施的情况下单位面积土壤的储水量，m；为单位面积土壤的储水量，m；为区域年度降水量，mm；为单位面积年蒸发量，mm；为单位面积年径流量，mm；为单位地表面积，取1 hm。

降水量通过翻斗式雨量计测取，也可以采用地面气象站观测数据。蒸发量和径流量通过观测获得，若采用传统意义上的气象水文数据，会产生较大误差。蒸发量可以通过对降水后土壤的人工蒸发实验测取，计算出蒸发量相对降水入渗量的比值，再转化为对降水量的比值。径流量可以通过径流箱收集和测取，计算出径流量相对降水量的比值。取不同季节、不同地块的多次实验计算结果的平均值，作为年度蒸发量、径流量的计算依据。

第二，计算增加的土壤储水生态价值量，具体见公式（3）。

式中：V为单位面积增加的土壤储水的生态价值量，元；c为单位库容的农田集水储水设施建设投资，元/m。

用农田集水储水设施建设投资来估计土壤储水生态价值量便于计算，可以通过走访调查或者查阅水利年鉴获取单位建设成本，但是不能全面反映生态贡献，仍需寻求公允的计算方法，比如未来生态收益的综合折现，来描述这一生态价值。

3.2 增加土壤有机碳

评估保水改良后增加的土壤有机碳储量和产生的生态效益。

第一，计算增加的土壤有机碳储量，具体可见公式（4）。

式中：△C为单位面积土壤增加的有机碳储量，kg；为土壤深度，m；为土壤容重，kg/m；c为采取改良措施以后土壤的有机碳含量，%；c为未采取改良措施的情况下土壤的有机碳含量，%。

土壤有机碳含量的测定可以采用燃烧氧化—非分散红外法或者滴定法，为了提高精度，可以分层测取土壤容重和土壤有机质含量。

第二，计算增加的土壤有机碳生态价值量，具体见公式（5）。

式中：V为单位面积土壤增加的有机碳生态价值量，元；p为土壤碳汇价格，元/kg。

碳汇价格的厘定有赖于碳排放交易体系的发展和碳定价机制的完善，由于我国尚未出台碳税，暂可参照瑞典等国的碳税率折算二氧化碳当量价格，计算增加的土壤有机碳生态价值量。

3.3 减少土壤流失

评估保水改良后减少的土壤流失量和产生的生态效益。

第一，计算减少的土壤流失量，具体见公式（6）。

式中：△E为单位面积减少的土壤流失量，m；E为未采取改良措施的情况下单位面积减少的土壤流失量，m；E为采取改良措施以后单位面积减少的土壤流失量，m。

土壤流失量可以通过径流箱收集和测取，径流箱应布设在评估土地的典型区域。就农田而言，其坡向坡度、土壤类型、农作管理、水肥制度等可以代表评价地块。

第二，计算减少的土壤流失生态价值量，具体见公式（7）。

式中：V为单位面积减少的土壤流失的生态价值量，元；c为单位体积客土的采挖、运输等耗费，元/m。

采用客土造田成本来评价减少的土壤流失生态价值量便于计算，但是未将造田后的土壤培育等支出考虑在内，不能全面展现改良生态价值。

3.4 维持土壤肥力

评估保水改良后减少的土壤养分损失量和产生的生态效益。

第一，计算减少的土壤养分损失量，具体可见公式（8）。

式中：△L为单位面积减少的土壤养分损失量，kg；c为土壤中的N 含量，%；c为土壤中的P 含量，%；c为土壤中的K 含量，%；c为土壤中的有机质含量，%。

为了提高土壤检测数据的准确性和可比性，应采用部颁的土壤采样和标准检测方法。

第二，计算维持土壤肥力产生的生态效益，具体见公式（9）。

式中：V为采取改良措施以后单位面积土壤维持土壤肥力产生的生态效益，元；c为尿素的N 含量，取值46%；c为磷酸二铵的N 含量，取值18%；c为磷酸二铵的P 含量，取值46%；p为尿素的市场价格，元/kg；p为磷酸二铵的市场价格，元/kg；c为硫酸钾的钾含量，取值50%；p为硫酸钾的市场价格，元/kg；c为有机肥中有机质的含量，%；p为有机肥的市场价格，元/kg。

3.5 增加土壤微生物

评估保水改良后增加的土壤微生物和产生的生态效益。

第一，计算增加的土壤微生物量，具体见公式（10）。

式中：△B为单位重量土壤增加的微生物量，cfu/kg；B为采取改良措施以后单位重量土壤的微生物量，cfu/kg；B为未采取改良措施的情况下单位重量土壤的微生物量，cfu/kg。宜采用熏蒸提取法测定土壤的微生物量。

第二，计算增加的土壤微生物多样性，具体见公式（11）、公式（12）。

式中：△D为单位重量土壤增加的微生物多样性；D为采取改良措施以后单位重量土壤的微生物多样性；D为未采取改良措施的情况下单位重量土壤的微生物多样性；D为土壤微生物多样性；p为第种土壤微生物的数量占全体土壤微生物数量的比重。

第三，计算增加的土壤微生物生态价值量，具体见公式（13）。

式中：V为单位面积土壤增加的微生物生态价值量，元；c为土壤微生物量损失的机会成本，元/cfu；c为土壤微生物物种损失的机会成本，元/kg。暂不考虑外部化生态效益，可以通过建立土壤微生物量、土壤微生物多样性与土壤肥力间的函数关系，确定相应的机会成本。

3.6 土壤保水改良的生态价值

计算土壤保水改良的生态价值量，具体见公式（14）。

式中：为单位面积土壤采取保水改良措施产生的生态价值量，元。

从保水改良对农业生产条件和土壤环境条件产生的积极影响和有益作用出发，分析和评估了土壤改良的生态贡献；从水、有机碳、养分、微生物等土壤生态要素出发，量化和测度了土壤改良的生态价值；从监测数据和后评价技术出发，提出了土壤保水改良的生态效益评价方法，可以为评判低质、低产、低效农田改造成果和生态建设成效提供依据。土壤变化是生理、生化等复杂过程综合作用的结果，丝缕万千，错综复杂，为了客观评价土壤改良的生态作用，应建立定位点，在改良完成后的5 年（或者更长时间）内定期检测，明晰变化，计算损益，评估土壤保水改良的持续生态贡献。