水土保持功能服務價值評價指標體系構建

王海燕，田鳳霞，鮑玉海，賀秀斌，賈國棟，李瀚之，劉自強

(1.水利部 水土保持監測中心，北京 100053； 2.中國科學院/水利部 成都山地災害與環境研究所山地表生過程與生態調控重點實驗室，四川 成都 610041； 3.北京林業大學 水土保持學院 北京100083)

1 構建水土保持功能服務價值評價指標體系的意義

《中華人民共和國水土保持法》(簡稱《水土保持法》)是人們在預防和治理水土流失活動中所應遵循的法律規范，于2010年12月重新修訂頒布。根據《水土保持法》的定義，水土保持功能指水土保持設施、地貌植被所發揮或蘊藏的有利于保護水土資源、防災減災、改善生態、促進社會進步等方面的作用。水土保持功能(水土保持設施和地貌植被)主要包括保護水土資源功能、防災減災功能、改善生態功能、促進社會進步功能等四項功能，每項功能都有重要的作用和相當大的價值[1]。水土保持功能直接關系到人類的福祉，對其進行合理分析和評估，有助于人類對自然生態系統的可持續開發與利用，從而實現生態系統的可持續管理[2-3]。當前，有學者構建了水土保持功能服務價值評價指標體系，并對典型區域的水土保持功能服務價值進行了估算，但有關水土保持功能服務價值的評價指標體系及測算方法尚未有統一的依據和標準[4-6]。此外，現有的評價指標體系多聚焦在某一生態系統或區域尺度，未對具體的水土保持措施進行評價，且多用統計數據對功能服務價值進行評價，評價結果偏差較大，難以為政府生態補償提供科學依據。本研究依據修訂后的《水土保持法》內容，基于水土保持四大基本功能和野外觀測數據，在總結國內外水土保持功能服務價值評價指標體系的基礎上，建立適合中國范圍的水土保持功能服務價值評價指標體系，以期為測算年度全國水土保持功能服務價值提供參考。該指標體系能利用觀測數據較為精確地量化具體水土保持措施的服務功能價值，并演算到生態系統和區域尺度。水土保持功能服務價值的科學合理評價能為水土保持措施、規劃和政府生態補償工作提供參考。

2 水土保持功能指標體系的構建

根據水土保持功能的組成內容，本著系統性與科學性、獨立性與穩定性，以及可操作與可接受性原則，為各項功能建立可測算的指標體系；然后按傳統水土保持設施和自然地貌植被，進一步分析出水土保持設施和自然地貌植被具有的二級水土保持功能。水土保持設施方面，限于現有數據的獲取難易程度及重要性程度，只選擇了具有基礎性和普遍性的預防和減少土壤流失功能，提高土壤質量和土地生產力功能，攔蓄地表徑流、提高水源涵養能力功能，減輕下游泥沙危害功能，減輕風沙災害功能，改善生物多樣性功能，固碳釋氧功能，以及促進社會進步、改善人民生活功能進行評估(見表1)。地貌植被方面，我國荒漠化面積相對較大，已經出臺了相關評估規范，并且很多研究也得到了相互支撐的可信結論，鑒于現有數據的獲取難易程度，只引述了荒漠生態系統、森林生態系統和草地生態系統的水土保持功能。需要注意的是，濕地生態系統雖然面積相對較小，但其水土保持功能卻是巨大的。

表1 水土保持功能評價指標

3 保護水土資源功能服務價值的計算

3.1 預防和減少土壤流失功能價值

預防和減少土壤流失功能的具體評價指標為減少土壤侵蝕量，其計算公式為

ΔS=Fe·ΔSm

(1)

式中：ΔS為某項措施(自然地貌植被)的減蝕總量，t/a；Fe為某項措施(自然地貌植被)的有效面積，hm2；ΔSm為減少的侵蝕模數，t/(hm2·a)。

價值量計算公式為

(2)

式中：Es為減少土地廢棄的經濟效益，元/a；ΣΔS為減蝕總量，萬t/a；ρ為土壤容重，t/m3；h為土壤肥力層平均厚度，m；B為單位面積的年均收益，元/hm2。

數據來源：調查數據與統計數據。

3.2 提高土壤質量和土地生產力功能價值

提高土壤質量和土地生產力功能的具體評價指標為保存土壤肥力數量，其計算公式為

Δq=qa-qb

(3)

式中：Δq為改良土壤計算項目的增量；qa為有措施地塊(自然地貌植被)中計算項目的含量；qb為無措施地塊(坡耕地、荒坡)中計算項目的含量。

價值量計算公式為

Ef=Δq·pi=∑ΔS·Ci·pi

(4)

式中：Ef為保持土壤肥力價值，萬元/a；ΣΔS為減蝕總量，萬t/a；Ci為土壤中有機質、氮、磷、鉀含量；pi為有機質、氮、磷、鉀的價格，元/t(參照中國化肥網或農戶調查得各種肥料價格)。

數據來源：調查數據與統計數據。

3.3 攔蓄地表徑流、提高水源涵養能力功能價值

攔蓄地表徑流、提高水源涵養能力功能的具體評價指標為攔蓄地表徑流量和涵養水源量兩項。

3.3.1 攔蓄地表徑流量

(1)就地攔蓄措施減少徑流量：對不同特點的水土保持措施，主要有典型推算法和具體量算法兩種。

(2)就地入滲措施(自然地貌植被)減少地表徑流量計算公式為

ΔW=Fe·ΔWm

(5)

式中：ΔW為某項措施(自然地貌植被)的減流總量，m3/a；Fe為某項措施(自然地貌植被)的有效面積，hm2；ΔWm為減少的徑流模數，m3/(hm2·a)。

數據來源：觀測數據。

3.3.2 涵養水源量

(1)森林生態系統的涵養水源量為

S=I+L+Np

(6)

式中：S為森林水源涵養量，m3/a；I為林冠截留量，m3/a；L為枯落物持水量，m3/a；Np為森林土壤非毛管孔隙儲水量，m3/a。

數據來源：觀測數據。

(2)草地生態系統涵養水源量為

Q=A草·J·R

(7)

其中

J=J0·K

(8)

R=R0-Rg

(9)

式中：Q為草地生態系統涵養水源量，m3/a；A草為草地區域面積，hm2；J為多年平均產流降雨量(產流降雨即次降雨量P>20 mm的降雨)，mm/a；J0為多年平均降雨總量，mm/a；K為產流降雨量占降雨總量的比例，%；R為與裸地(或皆伐跡地)比較，草地生態系統截留降雨、減少徑流的效益系數，%；R0為產流降雨條件下裸地降雨徑流率，%；Rg為產流降雨條件下草地降雨徑流率，%。

3.3.3 價值量計算

利用得到的攔蓄地表徑流量、涵養水源量乘以水的單價即為此項功能的價值。水的單價有6種取法：①根據水庫的蓄水成本確定；②根據供用水的價格確定；③根據電能生產成本確定；④根據級差地租確定；⑤根據區域水源運費確定；⑥根據海水淡化費確定。由于水土保持措施攔蓄徑流、涵養水源的效益主要按灌溉水價計算，取值為0.2～0.4元/m3，故按0.3元/m3估算。

數據來源：觀測數據與統計數據。

4 防災減災功能服務價值的計算

4.1 減輕下游泥沙危害功能價值

減輕下游泥沙危害功能的具體評價指標為減少泥沙淤積量，根據觀測與調查資料，用水文資料統計分析法(簡稱“水文法”)與單項措施效益累加法(簡稱“水保法”)分別進行計算，并將兩種方法的計算結果互相校核驗證，要求二者間的差值不超過20%。水保法的計算公式為

ΔS=Sb-Sa

(10)

式中：ΔS為治理后總減沙量，t/a；Sb為治理前實測輸沙量，t/a；Sa為治理后實測輸沙量，t/a。

其價值量計算公式為

(11)

式中：En為減輕泥沙淤積價值，元/a；ΣΔS為減蝕總量，萬t/a；C為水庫工程費用或挖取單位體積泥沙的費用，元/m3，目前挖取泥沙的費用為6.5元/m3；ρ為土壤容重，t/m3。

數據來源：觀測數據與調查數據。

4.2 減輕風沙災害功能價值

減輕風沙災害功能的具體評價指標為減少風暴的時間和程度。

根據調查資料，了解治理前、后風暴的天數和風力，進行治理前后對比，計算治理后減少風暴的時間(d)和程度(風力)。

減輕風沙對交通危害的經濟效益計算，根據觀測或調查資料，按以下兩個步驟進行計算：①計算治理前每年由于風沙埋壓影響交通的里程(km)和時間(d)，清理壓沙、恢復交通所耗的人力(工·日)和經費(元)；②計算治理后由于減輕風沙危害所減少的各項相應損失，折算為人民幣(元)。

5 改善生態功能服務價值的計算

5.1 改善生物多樣性功能價值

改善生物多樣性功能的評價指標為物種多樣性指數，其計算公式為

(12)

式中：H為多樣性指數;s為樣地中的物種總數；Pi為第i種物種的個體數量占所有種個體總數的比例。

價值量計算公式為

U生物=S生·A林

(13)

式中：U生物為林分年物種多樣性保育價值，元/a；S生為單位面積年物種多樣性保育價值，元/(hm2·a)，根據Shannon-Wiener指數計算；A林為林分面積，hm2。

數據來源：調查數據與統計數據。

5.2 固碳釋氧功能價值

固碳釋氧功能的評價指標為固碳釋氧量，其計算公式為

G植被固碳=1.63R碳·A林·B年

(14)

G土壤固碳=A林·F土壤固碳

(15)

G氧氣=1.19A林·B年

(16)

上三式中：G植被固碳為植被年固碳量，t/a；R碳為CO2中碳的含量，為27.27%；B年為林分凈生產力，t/(hm2·a)；A林為林分面積，hm2；G土壤固碳為土壤年固碳量，t/a；F土壤固碳為單位面積林分土壤年固碳量，t/(hm2·a)；G氧氣為林分年釋氧量，t/a。

價值量計算公式為

U碳=C碳(G植被固碳+G土壤固碳)

(17)

U氧氣=C氧氣·G氧氣

(18)

上二式中：U碳為林分年固碳價值，元/a；C碳為固碳價格，元/t；U氧氣為林分年釋氧價值，元/a；C氧氣為氧氣價格，元/t；其余字母意義同上。

數據來源：調查數據與統計數據。

6 促進社會進步功能服務價值計算

促進社會進步功能評價指標種類繁多，指標量化處于探索階段，本研究僅對土地增值和生態用地功能服務價值進行計算，公式為

ΔP=(λa+λb)×(Ph-Pq)

(19)

ΔV=Pg(Ia-Ib)×(1+e)

(20)

上二式中：ΔP為土地增值，元/hm2；Ph為治理后相應等級土地價格，元/hm2；Pq為治理前相應等級土地價格，元/hm2；λa為土地補償費系數；λb為土地安置費系數；ΔV為生態用地增值，元/hm2；Pg為生態用地等級差價，元/hm2；Ia為治理后生態用地等級；Ib為治理前生態用地等級；e為調節系數。

數據來源：統計數據。

7 結 語

當前，我國對水土保持功能服務價值的研究主要集中在森林生態系統服務價值估算、區域性森林生態服務價值估算，以及自然、人文環境變化對生態服務價值變化的影響方面，對全國范圍內的水土保持功能評價及估算仍在起步階段。本研究提出的

指標體系可能有不足之處，比如還應考慮地域的特殊性、生態系統結構的種類、地形地貌等其他因素，這些方面的問題還需要進一步探索研究。

[參考文獻]

[1] 王偉,陸健健.生態系統服務功能分類與價值評估探討[J].生態學雜志,2005,24(11):1314-1316.

[2] 黃桂林,趙峰俠,李仁強,等.生態系統服務功能評估研究現狀挑戰和趨勢[J].林業資源管理,2012(4):17-23.

[3] 余新曉,吳嵐,饒良懿,等.水土保持生態服務功能評價方法[J].中國水土保持科學,2007,5(2):110-113.

[4] 李穎,文梅燕.關于水土保持生態服務功能及其價值的探討[J].資源節約與環保,2017(4):70,74.

[5] 楊文勇.水土保持生態服務功能及其價值探討[J].科技創新與應用,2017(8):158.

[6] 倪冬平.水土保持生態服務功能評價方法[J].江西農業,2017(4):79.