贛江上游流域水土保持效益評價

黃 達，張 翔，夏 軍，楊 潔，湯崇軍，肖 汐

(1. 武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢 430072；2.江西省水土保持科學研究院，江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室，南昌 330029)

0 引 言

隨著社會對水保措施以及生態環境的重視，贛江上游流域的生態環境近年來有了明顯改善，同時還促進了其經濟和社會的發展，因此相應的評價工作顯得尤為重要。國外學者對水保效益方面進行了廣泛的關注和研究，Balana等[1]通過經濟、社會、環境等11個指標，運用市場價格法對埃塞俄比亞北部水土保持措施進行了效益評價，討論了貼現值與折扣率的敏感性，Hunink等[2]通過流域上下游5個指標，在肯尼亞上塔納盆地用GBAT工具包評估了水保措施(綠色水資源計劃)的可行性，Mishra等[3]通過經濟、社會、環境、時間等6個指標，對研究區實施的各種水保措施的主要成本和效益進行了量化。同時國內學者也對水保效益做了許多研究，楊潔等[4]在紅壤地區對山邊溝、草溝、梯壁植草、草路、生態經濟果園、水土保持植物優化等技術進行了效益評價，鄭國權[5]等對廣東省小流域在生態效益、經濟效益、社會效益、防洪減災四個方面產生的生態效益進行了計算。雖然關于水保效益的研究較多，但是關于贛江流域等植被覆蓋度高的地方研究較少，且目前很少有研究考慮土地的機會成本，因此本文對贛江上游流域的水土保持效益進行評價，以期為相關的研究提供參考。

1 研究區域與數據

1.1 研究區概況

贛江上游流域位于江西省南部(113°54′～116°38′E，24°29′～27°09′N)，贛州市境內，總面積約35 699 km2，占贛州市面積的90.65%。地形起伏較大，主要以山地、丘陵為主。氣候屬中亞熱帶溫暖濕潤季風氣候，年均溫約16.3～19.5 ℃，自北向南遞增。年降水量較為豐沛，在1 341～1 943 mm之間，降雨季節分配不均，其中4-6月約占42%～53%。土壤以紅壤為主。由于近年來有效的開展了水土保持措施，上游輸沙量有明顯減少[6]。

1.2 數據來源

該流域新增林木面積、林木效益、作物效益以及播種面積均來源于江西省統計年鑒(2014-2015年)，護林人員數量來源于江西省林業局，最低工資水平來源于贛州市人社局，土壤含水率以及有機質含量來源于中國土壤數據庫(http:∥vdb3.soil.csdb.cn/)。

2 研究方法

本文主要采用成本效益分析(CBA)的理論來量化生態效益的評價指標，通過單項指標的效益計算，綜合運用市場價格法、對比分析法來評估該流域的水土保持成本效益。

2.1 CBA經濟學理論

CBA是一種應用經濟學工具，通常被用于指導經濟主體的資源分配或投資項目，通過評估社會資源分配以及政策的選擇對未來利益的影響，并將經濟效率告知決策者。目前已廣泛應用于自然資源保護政策領域。基本原理來源于Kaldor和Hicks制定的潛在補償原則，如果利益可以補償成本，并導致帕累托最優結果，就表明決策具有效率[7]。

2.2 指標體系建立

根據CBA原則，效益分為直接經濟利益和間接經濟利益。水土保持直接經濟利益主要是以下幾個方面：防止土壤流失，保持或增加了土壤的含水量，保護或增加了土壤的深度，防止了土壤養分的流失，增加了土壤的有機質。通過改善土壤的質量、含水量、有機質，土壤生物量與生產力也會隨之增加，從而帶來的經濟效益便是本文中流域內水土保持后增加的直接生態效益。間接效益，如對空氣的凈化、碳固存、氣候調節等。針對贛江上游流域植被覆蓋率高、生態環境良好等實際情況，以《水土保持學》、《水土保持綜合治理效益計算方法(GB/T 15774-2008)》為基準，涵蓋調水保土效益、生態效益、經濟效益、社會效益等4個效益方面和1個土地機會成本支出，著重考慮指標的代表性，剔除重復性指標，按照客觀性、獨立性、層次性、可操作性、可量化性的原則選取了9個指標建立綜合評價體系對該流域水土保持效益進行評價，見圖1。

2.3 評估方法

本文在分析了單項效益加和法、關聯矩陣法、模糊評價法、灰色系統法、主成分分析法5種方法[8-12]之后，認為單項效益加和法有簡單清晰、直觀的優勢，因此，本文結合CBA方法，在采用單項指標的效益計算上綜合運用市場價格法、對比分析法來進行贛江上游流域水保的效益評價。將各項指標進行量化，分析比較保土調水效益、生態效益、社會效益、經濟效益的貢獻率。通過分析成本與收益的凈現值(NPV)，為水土保持效益的評價提供參考。

3 流域綜合效益評價

3.1 保土調水效益

保土調水效益分為保土效益和調水效益。保土效益一般用水保措施保持土壤的量折換為耕作農田產生的效益來計算，但本文基準年只有1年，即便土壤存在流失，也可以在原來基礎上進行種植，因此本文保土的效益作為提高土地生產效益來進行計算。調水效益通過保持土壤來增加土壤水量來體現其效益，用農村灌溉用水成本價值來替換，如公式(1)：

U調水=C灌溉×P

(1)

式中：U調水表示調節水量價值，元/a；C灌溉表示農村灌溉用水單價，元/m3；P表示涵養水源量，m3。

從中國土壤數據庫得出贛江上游的土壤質量含水率為24.6%；據丁倩倩等[7]的研究，得出贛江上游流域年均減沙量為3.4 億t，假設這部分減少的泥沙量可以用來保持水分，得出該流域年均多保持0.836 4 億t水量；2015年農村灌溉用水價格為0.56 元/m3；最后得出2015年的U調水效益為0.468 億元。

3.2 生態效益

3.2.1 保肥效益

保肥效益主要通過流域林草覆蓋率的提高，導致土壤有機質含量增加來進行計算。運用價值替代法，用土壤有機質含量替換為化肥量來計算效益，公式如下：

U保肥=a有機肥hA增加林分ρk

(2)

式中：U保肥表示保肥效益，元/a；a有機肥表示有機肥價格，元/t；h表示保留土壤厚度，m；A增加林分表示增加林分面積，hm2；ρ表示土壤容重；k表示土壤有機質含量，據中國土壤數據庫，取4.13%。

a有機肥的市場價格為680 元/t，h一般取0.3 m，A增加林分在2015年為3.411 萬hm2，ρ取1.25 t/m3，計算得U保肥為0.359 億元。

3.2.2 年固碳效益

U碳=AC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)

(3)

式中：U碳表示林分固碳效益，元/a；A表示新增林地面積，hm2；C碳表示為固碳價格，元/t；R碳表示為CO2的碳含量，為27.27%；B年表示林分凈生產力，t/(hm2·a)；F土壤碳表示土壤單位面積固碳量，t/(hm2·a)。

根據贛江上游流域增加的林業面積為3.411 萬hm2，B年取16.81 t /(hm2·a)，F土壤碳取1.48 t /(hm2·a)，固碳價格取1 200 元/t[13]，因此總的固碳效益為3.66 億元。

3.2.3 年釋氧價值

U氧=1.19C氧AB年氧

(4)

式中：U氧表示林木釋氧效益，元/a；A表示新增林地面積，hm2；B年氧為林木單位面積釋氧量，t/(hm2·a)；C氧為氧氣價格，元/t。

單位林木面積釋氧量取5.589 t/(hm2·a)，氧氣價格取1 000 元/t[13]，增加的林業面積為3.411 萬hm2，得出年釋氧價值1.05 億元。

3.2.4 吸收污染氣體及滯塵效益

Ug+d=∑KiQiAi

(5)

式中：Ug+d表示森林吸收SO2、氯化物、氮氧化物及滯塵價值，元/a；Ki表示不同污染物治理費用，元/kg；Qi表示不同類型林木吸收SO2、氯化物、氮氧化物的量，kg/(hm2·a)；Ai表示不同林分面積，hm2。

針葉林、混交林、闊葉林、灌木林對SO2的吸收能力分別為215.60，152.18，88.65，152.18 kg/(hm2·a)；滯塵能力分別為33 200，10 110，21 700，21 700 kg/(hm2·a)[14]。闊葉林和針葉林吸收氯化物平均值分別為4.65，0.500 kg/(hm2·a)，森林吸收NOx量為6 kg/(hm2·a)。我國SO2、氟化物、氮氧化物、一般粉塵的排污收費標準分別為1.2，0.69，0.63，0.15 元/kg[13]。

2015用材林新增2.146 萬hm2、防護林新增0.836萬hm2、薪炭林新增0.01 萬hm2、經濟林新增0.419 萬hm2，其中根據用材林在贛江流域主要以毛竹林為主，根據毛竹林的特點，劃歸到針葉林，薪炭林劃歸到闊葉林，經濟林劃歸到灌木林、防護林劃歸到防護林，計算得到吸收污染氣體的效益為1.415億元。

3.3 經濟效益(林木效益)

指一定時期內(通常為1年)以貨幣表現的林業物質生產部門和非物質生產部門的生產總值，包括林業第一、第二、第三產業的生產總值，已包括所有的經濟果林、用材林等一切林業價值。其公式為：

U2015贛江上游=U贛江上游ab

(6)

式中：U2015贛江上游表示2015年贛江上游流域水土保持增加的林木效益，億元/a；U贛江上游表示贛江上游2015年總的林木效益，億元/a；a為占比系數；b為新增林木成才年限的倒數(贛江上游2015年新增林木主要為毛竹，生長年限為9年，故b取1/9)。

2015年贛江上游的林業總產值為3 036 億元，其中林業面積用地總共達到303.912 萬hm2，其中2015年新增3.411 萬hm2，根據面積以及時間換算，因此2015年水保措施的經濟效益為3.778 億元。

3.4 社會效益

3.4.1 提高土地生產率效益

土地生產率效益為在相同面積土地上，由于水土保持措施實施后，增加作物產值的效益。據2015年江西省統計年鑒，2015年較2014年農業糧食作物產值增加32 897 萬元，多播種面積455.4 萬hm2。因此應減掉多播種面積產生的作物效益。公式如下：

U土地生產率=U2015作物效益-U2014作物效益-S面積a水稻價格

(7)

式中：U土地生產率表示2015年提升的土地生產率效益；U2015作物效益表示2015年農業糧食作物產值；U2014作物效益表示2014年農業糧食作物產值；S面積表示2015年比2014年多播種的面積；a水稻價格表示水稻單價(3.14 元/kg)(由于贛江上游流域糧食作物主要為水稻，故假設多種的面積均種植水稻，水稻產量一般為 7 t/hm2)。故U土地生產率為1.002 億元。

3.4.2 勞動力成本

水土保持措施需要人力的維護，即應該在社會效益里扣除勞動力成本。

U勞動力=X工資R人數t時間

(8)

式中：U勞動力表示勞動力成本；X工資表示單位時間工資，元/h；R人數表示從事管理水土保持后的措施的人數；t時間表示人均從事工作的時間，h。

據江西省林業局統計，省年均新增生態護林員人數3 500 名，由于其屬于脫貧任務，工資水平將按照贛州最低工資待遇保障來進行計算，贛州市人社局的數據是1 470 元/月。贛州流域面積占整個江西省面積的20%，因此假設贛江上游國家新增生態護林員人數700 名，計算得知2015年贛江上游關于生態效益勞動力成本的花費是0.125 8 億元。

3.5 土地機會成本

如果將高產土地用于林地開發，將會放棄原有較高的土地作物效益。相反，若林地開發用的是生產力較低的邊際土地，則土地機會成本較低。這里考慮3種潛在的土地生產力場景：1是生產力較低的土地，2是半生產土地，3是生產性土地。其中假設情景1的土地機會成本為生產性農田估計價值的1/10，情景2為生產性農田估計值的1/3[15]，情景3為生產性農田轉變為林地，本文1 hm2土地的機會成本為每公頃的凈作物收入。

U土地機會成本=(s1×0.1+s2/3+s3)a作物效益

(9)

s1+s2+s3=34.11

(10)

式中：s1、s2、s3分別為生產力較低的土地、半生產土地、生產性土地的面積，3者之和等于2015年新增的林地面積，即3.411 萬hm2。生產用地的機會成本按照一般農田水稻單產計算(水稻產量一般為7 t/hm2)。

由于土地機會成本的不確定性，因此有必要進行相關的情景分析，如表1。本文在計算NPV值時只考慮流域內直接的經濟效益，不考慮間接效益。本文直接經濟效益為除了凈化空氣的水保效益，為5.481 億元。當轉換前的土地全部為生產用地時，NPV值為負值，表明經濟效率為負值，不符合經濟學原則；生產用地占比越低，NPV值越大；在生產用地為60%，半生產用地為20%，非生產用地為20%時，NPV值接近于0，表明情景3為一個界限值。

表1 土地機會成本情景

由于國家對基本農田的保護以及贛江上游流域獨特的氣候條件、地理位置以及生態環境，所以土地機會成本情景6最符合實際情況，即轉換前所有的土地均為半生產用地，得出NPV值為2.982 億元，表明2015年贛江流域的水土保持措施有明顯的效益。

3.6 評價結果

本文通過對調水保土效益、生態效益、經濟效益、社會效益、土地機會成本5個方面的研究，得出2015年贛江上游流域調水保土效益為0.468 億元、生態效益為6.484 億元、經濟效益為3.778 億元、社會效益為0.876 億元、土地機會成本為2.499 億元，見圖2，生態效益>經濟效益>社會效益>調水保土效益。即2015年贛江上游流域水土保持措施得到的總效益為9.107 億元，其中直接經濟效益為5.481 億元，間接經濟效益(凈化空氣效益)為3.626億元。

圖2 贛江上游流域水土保持效益價值

4 討論與結論

4.1 討 論

(1)自贛江上游流域實施水保措施以來，其生態環境、輸沙量等指標都得到了明顯的改善，隨著水保措施的進一步實施，生態效益和經濟效益將更加明顯，也將為整個江西省的水土保持提供一定的示范價值。

(2)水土保持生態效益的評價以及指標的選取已有較多的研究，但由于贛江上游流域自身有著獨特的規律，整個流域的林地覆蓋率為66.01%，其生態環境較好，因此對于這些地區來說，其水保效益需要著重考慮林木產生的價值以及土地機會成本指標，進而促成良性的經濟效率，對水保造林具有很重要的現實意義，本文還對提高的土地生產效益計算進行了改進。

(3)為研究資料和時間所限，水土保持的其他效益，如減輕下游泥沙淤積效益(下游泥沙淤積可能對水利工程造成損失，但也由于下游連接鄱陽湖從而有利于形成沖擊平地，故指標很難量化)、消除噪聲效益以及調節局部氣候等問題目前尚不能量化指標進行計算，因此本文的計算成果比實際的水保效益偏小一些，有待以后進一步研究。

4.2 結 論

(1)2015年贛江上游流域水土保持措施得到的總效益為9.107 億元，其中直接經濟效益為5.481 億元，間接經濟效益(凈化空氣效益)為3.626 億元；該流域水土保持措施產生的生態效益>經濟效益>社會效益>調水保土效益，分別為6.484、3.778、0.876、0.468 億元，利益占比分別為55.87%、32.55%、7.55%、4.03%。

(2)若轉化為林地的土地全部為生產用地時，土地機會成本達到7.497 億元，NPV值為-2.016 億元，不符合經濟規則；土地機會成本的情景分析表明，轉化林地前的土地中非生產用地的比例越高，NPV值將越高，越具有經濟效率。