湖南省永順縣水土保持功能服務價值評價

徐文秀, 王海燕, 鮑玉海, 李進林,4, 賈國棟, 賀秀斌

(1.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, 成都 610041;2.重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 401331; 3.水利部 水土保持監測中心, 北京 100053;4.中國科學院大學, 北京 100049; 5.北京林業大學 水土保持學院, 北京 100083)

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[1]，其中地貌植被是人工植被、天然形成的地表及其植被附著物的總稱。《中華人民共和國水土保持法》明確規定生產建設活動中損壞水土保持設施和地貌植被，致使其水土保持功能喪失或者降低，且不能恢復其原有水土保持功能的，都應繳納水土保持補償費。因此，水土保持補償費是一種具有法定性的費種，而水土保持功能的價值量化對制定其取值標準具有重要指導意義。當前，水土保持功能服務價值受到越來越多的重視，國內學者依據生態系統服務功能價值理論構建了水土保持功能服務價值的評價指標體系和測算模型[2-6]，一般采用統計經驗模型對典型區域或某一生態系統類型的水土保持功能服務價值進行估算，受數據來源和數據精度影響，其評價的精度與準確性仍有待提高[4]，現有評價方法的適宜性仍存在較大的爭議[5]，且尚未有統一的依據和標準。總體來看，相關研究結果存在誤差較大、代表性不強、指導作用弱的問題[7]，難以為政府水土保持補償政策的制定提供應有的基礎支撐作用。因此，本研究借鑒國內外生態價值核算理論，基于《中華人民共和國水土保持法》對水土保持功能的法理界定，采用全國水土流失動態監測網絡的野外產流產沙實際觀測數據代替由RUSLE等統計經驗模型計算的侵蝕量，嘗試避免遙感數據精度和因子計算準確度帶來的負面影響，提高評價結果的可靠性。

武陵山山地丘陵區集革命老區、民族地區和貧困地區于一體，是少數民族聚集多、貧困人口分布廣的連片特困地區，同時區域內生態資源豐富，具有較大的生態服務價值，是我國重要的資源富集區和生態功能區。該區域水土保持主導基礎功能為水源涵養和土壤保持，社會經濟功能以保護水源地、生物多樣性和自然景觀為主，兼顧綜合農業生產。近年來，雖然區域生態保護和水土流失防治做了許多卓有成效的工作，但隨著經濟社會的快速發展和各類資源開發強度的不斷加大，特別是不合理的土地利用方式和對植被的破壞，使區域內脆弱的生態系統難以發揮其基本的生態功能，水土保持能力下降，生態惡化與貧瘠化呈現惡性循環，區域生態安全和流域水土保持面臨日益嚴重的威脅。將該區水土保持設施、地貌植被的水土保持功能服務價值量化估算，有助于人們對水土保持功能重要性的認知衡量，提高對水土保持的認知程度和保護地貌植被的意識，為區域水土保持補償費的合理定價、有效補償提供科學依據。基于此，本研究根據生態服務價值原理和當地實際，構建適合該區域的水土保持功能服務價值評價體系，并以湖南省永順縣為例，進行水土保持功能服務價值估算，以期為今后武陵山山地丘陵區水土保持補償工作提供參考。

1 研究區概況

永順縣位于湖南省湘西北，位于東經109°35′—110°23′、北緯28°42′—29°27′，地處云貴高原東側、中西部結合地帶的武陵山脈中段，境內地貌以中山、中低山為主，兼有山原、丘陵、崗地、平原多種類型，海拔介于160～1 500 m。縣域屬亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明，雨量充沛，年平均氣溫16.4℃，平均降水量1 366 mm，平均日照1 306 h，無霜期286 d。境內水資源豐富，地表水域廣，全縣共有河溪300多條，年平均徑流總量33.1億m3。土壤主要由石灰巖(包括白云巖)、板頁巖、紫色砂頁巖等母巖發育而成。山地土壤分為黃紅壤、黃棕壤、紅色石灰土、黑色石灰土、紫色土等。永順縣屬于亞熱帶常綠闊葉林植物群落區，植物資源十分豐富，有維管束植物221科974屬2 702種，基本代表了湘西北植被區系的概貌。植被分布以天然次生混交林為主。據《永順縣土地利用總體規劃(2006—2020年)》(2013年修訂)，永順縣土地利用以林地、耕地為主，其中耕地面積4.81萬hm2，占全縣總面積的12.62%，園地面積0.87萬hm2，占2.28%，林地面積28.91萬hm2，占75.84%，牧草地面積0.004 5萬hm2，占0.01%，建設用地和未利用土地面積3.53萬hm2，占11.54%。2016年全縣國內生產總值60.9億元，總人口為53.82萬人，其中少數民族49.6萬人，是國家扶貧開發工作重點縣、國家武陵山片區區域發展與扶貧攻堅試點縣以及農業部對口扶貧縣，全縣農戶生計策略主要為種植業、養殖業、二三產業等[8]。境內山丘斜坡大多為殘坡積層，土體結構疏松，土層厚度較薄，崩塌、滑坡等重力侵蝕嚴重，據統計[9]，永順縣水土流失面積939.41 km2，以輕度、中度侵蝕為主，分別為102.35 km2，734.37 km2，中度以上面積為102.69 km2，嚴重的水土流失造成了河道淤塞、水庫有效庫容減少，影響了水利工程效益的發揮，此外，還導致土壤肥力降低、農田損毀，阻礙了農業生產發展，是當地經濟落后的重要原因[10]。

2 研究方法

2.1 水土保持功能評價指標

基于永順縣所處武陵山山地丘陵區生態環境現狀及國家重點生態功能區定位，利用生態服務價值理論和前期研究結果[11]，從保護水土資源、防災減災、改善生態、促進社會進步等功能的角度梳理了該區水土保持功能的各種表現形式，限于現有數據的獲取難易程度，僅選取了以不同土地利用類型為表征的自然地貌植被預防和減少土壤流失、提高土壤質量和土地生產力、攔蓄地表徑流和提高水源涵養能力、減輕下游泥沙危害、改善生物多樣性、固碳釋氧等具有基礎性和普遍性的功能進行評價，采取減少土壤侵蝕量、保存土壤肥力數量、攔蓄地表徑流量和涵養水源量、減少泥沙淤積量、物種多樣性指數、固碳釋氧量等評價指標進行量化，從而形成了湖南省永順縣的水土保持功能評價指標體系(表1)，但是其他未被量化的水土保持功能也都具有相當大的價值，隨著全國水土流失動態監測網絡的不斷完善和水土保持相關研究的深入，這方面的價值量有待進一步補充完善。

表1 湖南省永順縣水土保持功能評價指標體系

2.2 水土保持功能服務價值估算方法

根據上文量化指標，基于市場價值法、機會成本法、影子工程法等方法，分別建立各項功能及價值的評價方法，根據水土保持功能物質量推算出保護水土資源功能價值、防災減災功能價值、改善生態功能價值，累加得出研究區總的水土保持功能價值(表2)。

2.3 主要數據來源

本研究產流產沙數據主要源于水利部水土保持監測中心提供的全國水土流失動態監測與公告項目成果匯編(2016年)，利用了湖南省永順縣西那小流域坡面徑流場觀測成果推算各項措施減少的土壤侵蝕量和徑流量，土地利用現狀、土地單位面積年均收益、水庫單位庫容費用、林分凈生產力和單位面積年物種多樣性保育價值參考區域統計年鑒、2016年水利發展統計公報、2016—2017年國民經濟和社會發展統計公報、土地利用總體規劃以及研究區相關文獻資料，土壤養分含量、土壤容重和耕作層深度主要依據全國第二次土壤普查數據，氮、磷、鉀、有機質等養分價格通過2016年當地化肥市場價格折純計算獲取。

表2 湖南省永順縣水土保持功能服務價值估算方法

3 結果與分析

3.1 保護水土資源功能服務價值

永順縣不同的土地利用類型均可有效發揮水土保持功能，由表3可知，永順縣各項措施2016年減少土壤侵蝕量1 847.06萬t，攔蓄地表徑流和涵養水源量4.863 4億m3，保護水土資源功能服務價值總計為47.545 1億元，不同土地利用類型保護水土資源功能服務價值表現為林地>耕地>園地>草地。其中，預防和減少土壤流失價值為7 748.56萬元，提高土壤質量和土地生產力價值為26.392 7億元，攔蓄地表徑流和提高水源涵養能力價值為20.377 6億元。從表3還可以看出，不同土地利用類型減少水土流失量、攔蓄地表徑流和涵養水源量均存在明顯差異，林地和耕地減少水土流失量遠高于園地和草地，一方面該區耕地具有水平梯田、隔坡梯田、植物籬護坎、保土耕作等水土保持措施，林地具有較好的植被覆蓋，使林地和耕地具有較好的減少土壤侵蝕作用，另一方面也受土地利用類型面積占比影響，使減少水土流失量存在數量級的差異；攔蓄地表徑流和涵養水源量則表現為林地>園地>耕地>草地，園地面積僅為耕地面積的1/6左右，而其攔蓄地表徑流和涵養水源量為耕地的2.5倍，這主要由于園地大部分為果園和苗圃，與耕地相比具有較好的枯落物、地表草被和林冠層，使攔截地表徑流和降雨截留作用優于耕地。

表3 永順縣不同土地利用類型保護水土資源功能服務價值

3.2 防災減災功能服務價值

由于研究區缺乏泥沙淤積百分比的實測資料，因此，依據全國平均數據，按土壤侵蝕總量中有24%淤積于水庫、江河、湖泊[16-17]，根據當地蓄水成本來估算減輕下游泥沙淤積災害的價值。根據對該縣近年水庫工程建設投資調查分析，該縣水庫建設單位庫容投資取值23.94元/m3。利用影子工程法，用泥沙淤積導致水庫蓄水量減少造成的損失來估計減輕泥沙淤積的價值。結果表明：2016年永順縣不同土地利用類型防災減災功能服務價值為7 861.07萬元，其中林地的價值最大，為6 775.92萬元，占總價值的86.20%，其次為耕地和園地，分別為11.21萬元和2.59萬元，草地的最小，僅為0.73萬元。可見，林地通過更為突出的林冠層及地表枯枝落葉層對降水進行再分配，大大削弱了降雨對地面的直接沖擊作用，同時還減緩地表徑流形成，降低了地表徑流侵蝕力，從而增強了水土保持能力，防止或減輕了侵蝕產沙對下游的泥沙淤積災害(表4)。

表4 永順縣不同土地利用類型防災減災功能服務價值

3.3 改善生態功能服務價值

永順縣是湖南省實施退耕還林工程啟動的首批示范縣，在退耕還林工程的林種搭配上，積極探索林果、林茶、林藥、林草、林油、林紙結合等模式，按經濟林、兼用林、生態林2∶5∶3的比例規劃實施，現有林地植物種類豐富，形成了多層次結構、多種類型的森林生態系統，進而起到保護生物多樣性的作用[18]。本研究依據物種多樣性指數(Shannon-Wiener指數)和林分面積估算改善生物多樣性價值，據文獻調研[19]，永順縣Shannon-Wiener指數多介于2～3，根據國家林農業局2008年發布的《森林生態系統服務功能評估規范》，單位面積年物種多樣性保育價值按10 000元/(hm2·a)計算。同時，根據2001—2010年武陵山區植被凈生產力研究數據[20]，永順縣耕地、林地、草地和園地的植被凈生產力分別取值5.63，5.97，5.87，5.97 t/(hm2·a)來計算森林固碳量、土壤固碳量和森林釋氧量，按照市場價值法用碳匯價格和工業制氧成本估算固碳釋氧價值。表5顯示，永順縣不同土地利用類型改善生態功能服務價值為93.080 0億元，其中改善生物多樣性價值為29.775 9億元，固碳釋氧價值為63.304 0億元。總體來看，改善生態功能價值林地>耕地>園地>草地，其中，林地改善生態功能價值最為突出，分別是耕地、園地和草地的10倍、33倍和10 000倍。不同土地利用類型的改善生態功能服務價值差異較大，主要原因是受其植被群落構成、生物量和面積的不同，永順縣土地利用以林地為主，占全縣總面積的75.84%，而耕地、園地和草地分別僅占全縣總面積的12.62%，2.28%和0.01%，林地具有較大的生物量和生產力，而生物量和生產力作為生態系統中積累的植物有機物總量，是整個生態系統的能量基礎和營養物質來源，因此，林地更有利于提供生物多樣性和固碳釋氧量等生態系統產品(表5)。

3.4 永順縣水土保持功能服務價值

從保護水土資源、防災減災和改善生態等三方面的水土保持功能價值評價結果可知(表6)，2016年永順縣耕地、林地、草地和園地的水土保持功能服務總價值為141.411 2億元，單位面積服務價值為4.09元/m2。其中，改善生態功能服務價值最大，單位面積價值分別是保護水土資源功能價值和防災減災功能價值的2倍和135倍；單項功能價值量上看，保護水土資源價值為47.545 1億元，占總價值的33.62%，防災減災功能價值為7 861.07萬元，占總價值的0.56%，改善生態功能價值為93.08億元，占總價值的65.82%。

表5 永順縣不同土地利用類型改善生態功能服務價值

表6 永順縣自然地貌植被水土保持功能服務價值

此外，永順縣各土地利用類型水土保持功能組成主要以固碳釋氧價值、改善生物多樣性價值、提高土壤質量和土地生產力價值、攔蓄地表徑流和提高水源涵養能力價值為主，四者合計占總價值的98.89%(表7)，這可能與永順縣土地利用結構有關，該縣林地和園地面積占比78%以上，良好的森林覆蓋和林分結構，使其具有較大的固碳釋氧量和水源涵養能力，并促進物種多樣化，造成價值量占比較大。這也與國內學者在水土保持型國家重點生態功能區開展的水土保持功能價值評價結論一致[21-22]。

表7 永順縣土地利用類型水土保持功能組成

4 討論與結論

4.1 討 論

限于數據資料的本身欠缺和收集困難，本研究僅針對水土保持功能的保護水土資源、防災減災、改善生態等功能進行了定量評價，未對其他服務功能如促進社會進步功能進行評價，因此，本研究結果偏低于永順縣土地利用格局的水土保持功能實際價值，未來有必要針對其進行進一步價值評估，從而實現對區域水土保持功能服務價值的全面了解。同時，評價指標僅選擇了參數獲取方便、易量化、較基礎性的6個，但水土保持設施、地貌植被供給的生態服務功能表現形式多種多樣，今后區域研究條件成熟的情況下可考慮將產品生產、凈化空氣[7]、水污染防治[12]等指標納入估算。

4.2 結 論

(1) 從水土保持功能價值總量來看，永順縣2016年各土地利用類型水土保持功能服務價值為141.411 2億元，主要以改善生態、保護水土資源功能價值為主，兩者占總功能價值的90%以上，在各功能表現形式中固碳釋氧價值最大，占總價值的44.76%，其次為改善生物多樣性價值、提高土壤質量和土地生產力價值，分別占總價值的21.06%和18.66%。這說明永順縣現有自然植被和土地利用方式不僅減少了水土流失，保持了土壤肥力，而且為物種生長提供了良好的水肥環境，促進了物種多樣性保育，使其較好的發揮了固碳釋氧和改善生物多樣性功能。未來縣域重點水土流失區仍需科學、合理的開展水土保持，避免或減輕人為干擾，以維持林草、農田生態系統的穩定性，充分發揮良好的水土保持功能。

(2) 從單位面積水土保持功能服務價值來看，永順縣改善生態功能服務價值最大，其次為保護水土資源功能價值和防災減災功能價值，這與該縣的國家重點生態功能區定位一致，可見本研究所構建的評價指標能較好的體現區域實際的水土保持功能。

(3) 水土保持功能與土地利用類型密切相關，永順縣林地和耕地的水土保持功能服務價值遠高于園地和草地。