彭陽縣流域治理生態效益分析

楊曉輝，楊鳳鵬，羅晚霞

(1.彭陽縣水務局，寧夏 彭陽 756500； 2.彭陽縣自然資源局，寧夏 彭陽 756500)

彭陽縣位于寧夏東南部，六盤山東麓，西與固原市原州區接壤，東南北分別與甘肅省鎮原縣、崆峒區、環縣毗鄰，屬黃土丘陵溝壑區第二副區，現轄4鎮8鄉156個行政村，總人口25.15萬人。全縣土地總面積2 533.49 km2，其中水土流失面積為2 128.13 km2，占土地總面積的84%,屬全國水土流失重點防治區。境內山多川少，山大溝深,溝壑縱橫，多年平均降水量450 mm，且季節分布不均，7—9月份降水量占年降水量的69%，年徑流系數0.05～0.07。全年2/3的天氣為晴天，年平均日照時數為2 518 h，多年平均水面蒸發量1 050 mm，干旱指數2.3。彭陽縣1983年10月從原固原縣分立，在近40年的流域治理過程中，始終堅持一張藍圖繪到底，深入貫徹與實施生態立區戰略，產生了巨大的生態、經濟、社會效益。彭陽縣先后被評為全國生態示范區建設試點地區、全國水利建設先進縣、全國造林綠化先進單位、全國退耕還林先進縣、全國綠化模范縣、國家水土保持生態文明縣。彭陽縣的小流域綜合治理經驗被列為十屆全國人大三次會議1798號重點建議案，并在黃土高原同類型區大力推廣。彭陽縣旱作梯田入選“中國美麗田園”十項梯田景觀之一，彭陽縣被列入第二批國家全域旅游示范區。

1 淤地壩效益與作用

彭陽縣現有淤地壩139座，其中骨干壩42座、中型淤地壩30座、小型淤地壩67座，現有淤地面積166.7 hm2，每年可增產糧食162.5萬kg(按種植玉米計算)，產值325萬元。淤地壩在水沙調控方面成效顯著，有力地遏制了水土流失，遇到災害性天氣時淤地壩起到了定海神針的作用，較大淤積大多在非常降雨的情況下發生，如1997年7月26日彭陽縣普降大暴雨，最大降雨歷時10 h、降雨量134.4 mm,產生了劇烈土壤侵蝕，槐溝淤地壩(控制流域面積99.4 km2，總庫容1 776萬m3，淤積庫容850萬m3)攔截本流域產生的泥沙472萬m3，泥沙未泄向下游，保障了下游安全，杜絕了河道淤積，這次槐溝淤地壩一次性淤地41.7 hm2。

淤地壩作用：一是淤地造田，增加耕地面積，保障糧食安全；二是攔泥作用顯著，在防止溝道下切、抬高侵蝕面、減少下游河道淤積方面具有重要作用；三是運行方式為蓄洪排清，具有蓄水與調蓄水、調節地上與地下水、防洪減災與保護下游安全、解決工農業用水與人畜飲水等功能與作用；四是解決交通問題，方便山區群眾生產生活。

2 流域治理的涵養水源效益

經過多年的流域治理，彭陽縣已建成高標準農田5.067萬hm2，完成造林13.591萬hm2，其涵養水源總價值量(包括保水效益與凈化水質的價值)達7.756 2億元。

2.1 年保水效益

流域治理后地表趨平、草木茂盛，減弱了降水對地表的侵蝕與沖刷，延長了入滲時間，增大了土壤貯水量，夏秋季植物繁茂的枝葉與冬春季地面的枯枝落葉又減少了蒸散量。彭陽縣流域治理程度高，治理后流域保水效益明顯，可采用李育材等[1]的森林涵養水源量公式計算，即

YW=S×(P-E-C)×L×10-3

式中：YW為森林涵養水源量，萬m3；S為林地面積，hm2；P為降水量，mm/a；E為蒸散量，mm/a；C為徑流深，mm/a；L為水容重，t/m3。

基于彭陽縣缺乏蒸散量觀測數據和彭陽縣王洼水土保持試驗站多年觀測資料證明流域治理后徑流量非常小的客觀事實，參照楊海軍等[2]在晉西黃土區水土保持林測算出的林地蒸散量占降水量的88%、流域治理后的地表徑流占降水量的0.002%～0.004%(林地采用0.004%，梯田采用0.002%)的成果，結合董彥麗等[3]得出的梯田的蒸散量略低于林草地的結論，我們取彭陽梯田蒸散量為當地降水量的86%。經計算，彭陽縣梯田與林地的水源涵養量分別為630、540 m3/hm2，梯田與林地總保水量為10 531萬m3。

用工程替代法計算保水形成的經濟效益。借鑒《寧夏彭陽縣兩個山水庫設計報告》(固原水利勘測設計院，2016年)數據，取當地水庫單位庫容投資作為保水(蓄水)量的單價進行計算，該水庫設計總庫容287.3萬m3，工程總投資1 580.4萬元，因此單位庫容蓄水成本為5.5元/m3。水庫屬于一次性固定資產投資，設計淤積年限與運行年限最少20年，本次計算采用5.5元/m3。這個價格高于彭陽縣農村自來水價格，但農村自來水價格政府有補貼，接近彭陽縣城市供水價格，又遠低于當地拉運水價格(當地拉運水價格最少15元/m3)，因此5.5元/m3比較合理。經計算彭陽縣流域治理后年保水效益為5.792 1億元。

2.2 年凈化水質價值

造林與農田工程阻礙、延緩了水流下泄速度，攔截、沉淀了部分泥沙，增加了入滲量，減少了徑流的渾濁度，使徑流(地上與地下)經過地面沉淀，土壤物理化學及生物過程過濾和凈化，改善了水質。年凈化水質價值采用國家林業局《退耕還林工程生態效益監測國家報告》[4]中的公式計算，即

U水質=10K水·A·(P-E-C)·F

式中：U水質為年凈化水質價值，元；K水為水的凈化費用，元/t，采用替代工程法，以彭陽縣農村自來水的價格2.6元/m3為準；A為林地的面積，hm2；P為降水量，mm/a；E為蒸散量，mm/a；C為地表徑流量，mm/a(取值0.02)；F為森林生態功能修正系數，考慮到農田主要施用無機肥料，凈化水質功能不如森林，因此修正系數采用0.75。計算得到年凈化水質總價值為1.964 0億元。

3 流域治理的保土效益

彭陽縣流域治理后保土作用非常明顯，正常年份的降雨不產生水土流失，徑流與水土流失大多產生于道路、街道、莊院、城鎮、荒山、坡地及難治理區域。經計算保土效益為7.137 6億元，包括減少水土流失價值和減少土壤中的養分流失價值量兩項。

3.1 保土效益計算

彭陽縣的大面積造林主要是退耕還林，且大多在2000—2007年完成。彭陽縣機修梯田建設從1995年全面展開，大規模建設在2000年以后，流域治理后保水保土效益日趨明顯。

用20世紀70年代后期至2000年初的侵蝕模數代表未治理的侵蝕模數，取值為6 360 t/(km2·a)。根據固原水利勘測設計院1998年9月在《彭陽縣石頭崾峴水庫工程初步設計說明書》中采用寧夏水文水資源勘測局提供的侵蝕模數為7 500 t/(km2·a)，2001年4月在《彭陽縣廟臺水庫工程初設報告》中采用寧夏水文水資源勘測局提供的侵蝕模數為6 000 t/(km2·a)，2003年5月在《彭陽縣安家川上游淤地壩系工程可行性研究報告》采用的侵蝕模數為6 212 t/(km2·a)，1993年8月彭陽縣水務局在《彭陽縣斜崖溝骨干工程加固設計說明書》中采用斜崖溝水庫自建壩以來水庫淤積量反推的上游侵蝕模數為6 370 t/(km2·a)，1998年8月在《寧夏彭陽縣扈堡溝治溝骨干工程設計說明書》中查《寧夏水文手冊》后加推移質輸沙量后確定的侵蝕模數為5 720 t/(km2·a)，綜合以上數據后確定侵蝕模數為6 360 t/(km2·a)。

治理后土壤侵蝕模數根據固原水利勘測設計院在《寧夏彭陽縣李渠水庫工程初步設計報告》(2015年)中分析水文與泥沙時采用的毗鄰李渠水庫下游的甘肅鎮原縣三岔水文站的觀測數據，即取近15年實測值(2000—2014年)，并扣除上游水庫與骨干壩控制面積內數據，加10%推移質輸沙量，得到近15年侵蝕模數的均值為2 370 t/(km2·a)。

由以上結果得出：流域治理后遏制了水土流失，單位面積減少侵蝕量3 990 t/(km2·a)。經計算彭陽縣流域治理后年保土573萬m3，保土的生態效益按前述單位庫容淤積泥沙的投資5.5元/m3估算,總的保土價值量為0.315 2億元。

3.2 保肥效益計算

植物的枯枝落葉形成的腐殖層加厚了土壤熟化層，是土壤有機質與碳庫積累的重要來源。森林植被生長及其代謝產物不斷對土壤產生物理及化學影響，參與土體內部能量轉換與物質循環，提高了土壤的肥力。水土流失流失的主要是表層土，農田流失的是耕作層，表層土質疏松、肥分高，流失的都是植物生長不可缺少的氮、磷、鉀。流域治理之后提高土壤肥力和減少養分流失的作用巨大，其保肥效益可根據李育材等[1]的計算方法計算，公式為

Su2=D×S×P1i×P2i×P3i×10-6

式中:Su2為保肥效益，萬元；D為單位面積年減少水土流失量，t/(km2.a)；S為治理面積，hm2；P1i為土壤氮磷鉀含量，%；P2i為純氮磷鉀折算成化肥的比例，%；P3i為各類化肥的銷售價格，元/t；10-6為換算系數。彭陽縣與吳起縣的地貌、水文、氣候相近，可參照吳起縣退耕還林后地表層的平均土壤有機質含量1.44%，全氮0.096%，全磷0.059%，全鉀1.67%。土壤中氮磷鉀流失量用化肥量來替代，用間接市場法來計算土壤流失氮磷鉀的價值損失量。彭陽縣當地市場磷酸二胺與氯化鉀的價格為3 000和2 200元/t。由此計算出治理后減少土壤流失的保肥效益為6.822 6億元。

4 流域治理的固碳量計算

彭陽縣林地總的二氧化碳(CO2)固定量(包括生物固定與土壤固定)為71.84萬t,折合純碳19.59萬t。采用瑞典碳稅法2020年的稅率價格，經計算彭陽縣林地總固碳價值為2.127 5億元。

4.1 生物固碳量

流域治理后森林的固碳釋氧效益顯著，固碳釋氧包括森林吸收有害氣體(主要是CO2)和釋放氧氣的光合作用。生物固碳(CO2)量計算公式根據李育材等[1]的公式計算，即

YC1=0.6×α×Vi×Si×10-4

式中：YC1為生物固碳量，萬t；α為1 t森林干物質的固碳量,1.63 t；Vi為森林單位面積干物質生產量,t/hm2，按3.78 t/hm2取值，考慮到彭陽縣森林的郁閉度與所采用的吳起縣有差距，對單位面積干物質生產量進行折減，折減系數取值0.6(下同)；Si為林地面積，hm2；10-4為換算系數。按上式計算得出彭陽縣林地的生物固碳量為50.24萬t。

4.2 林地土壤固碳量

植物生長的土壤含有大量的有機質，若植被遭到破壞，有機質將被氧化而排放大量的CO2。水土流失越少，土壤的固碳量就越大，碳匯量就大。土壤固碳(CO2)量的計算采用李育材等[1]的公式，即

YC2=0.6×Si×Cr×10-3

式中：YC2為土壤固碳量，萬t；Si為林地面積，hm2；Cr為荒山與林地的有機碳密度的差值，采用土壤剖面有機碳密度及儲量估算模型公式計算，有機質質量采用岳自慧等[5]觀測分析的彭陽縣炭洼小流域的數值，有機碳密度數值近似采用彭陽縣炭洼小流域的坡耕地與梯田數值進行比較，差值為0.264 8；10-3為換算系數。按上式計算得出彭陽縣的森林土壤固碳量為21.60萬t。

5 流域治理的制氧價值計算

植物的光合作用維持著大氣中的碳-氧生態平衡，地球碳素同化的60%來自于陸生植物，植物猶如地球的清道夫，清潔著人類廣闊的生存空間，減輕溫室效應，提供生命體必需的氧氣，對改善生態環境發揮著不可替代的生態功能。彭陽縣流域治理程度高，森林覆蓋率、林地郁閉度的增加，都為光合作用提供了源源不斷的載體。森林的制氧價值量根據李育材等[1]的公式計算，即

VC2=0.6×C0×b×Vi×Si×10-4

式中：VC2為森林的制氧價值量，萬元；C0為森林提供1.0 t氧氣的造林成本,元/t，取值為369.7元/t；b為森林形成1 t干物質可釋放的氧氣量，t，根據植物光合作用方程式取值1.2 t；0.6為折減系數；其他符號同前述。經計算彭陽縣林地的制氧量為36.99萬t，制氧價值為1.367 5億元。

6 流域治理的凈化環境價值評價

森林阻塵、吸塵對減輕自然災害的作用明顯。森林能夠吸收自然界中的有害氣體與細菌，是陸地上主要吸收CO2和SO2并呼出氧氣的“凈化工廠”；森林好比大自然的肺, 凈化著我們呼吸的空氣。

6.1 吸收二氧化硫價值量

彭陽縣森林吸收SO2的價值量采用影子價值法計算，采用國家林業局《退耕還林工程生態效益監測國家報告》[4]中的計算公式，即

Ve1=CS×Ri×Si×10-4

式中：Ve1為森林吸收SO2的價值量，萬元；CS為治理SO2的單位成本，元/t，治理費用取2 050元/t；Ri為不同類型森林單位面積吸收SO2的量,t/hm2,根據《中國生物多樣性國情研究報告》(1998年)觀測數值與彭陽縣林木實際狀況，林地吸收SO2的能力采用62.06 kg/hm2；其他符號同前述。經計算彭陽縣林地吸收SO2的價值量為0.172 9億元。

6.2 滯塵價值量分析

采用國家林業局所著《2016退耕還林工程生態效益監測國家報告》中寧夏退耕還林總效益，反推彭陽縣數值，綜合分析后得到彭陽縣林木阻滯降塵與減少霧霾對人體的危害價值量為5.217 0億元。

7 流域治理的生物多樣性保護價值量計算

采用替代法，根據有關資料[6]確定的森林采伐造成游憩及生物多樣性價值損失量為400美元/(hm2·a)，折合2020年人民幣2 760元/(hm2·a),考慮到彭陽縣與對比地方的差別，折減系數取值0.5。經計算彭陽縣林地保護生物多樣性的價值量為1.875 6億元。

8 提供負離子數量

林木中的樹冠、枝葉的尖端放電及光合作用過程的光電效應促使空氣電解，產生空氣負離子。負離子除塵、凈化空氣的作用顯著，有益于人體健康；對改善肺功能，增強抗病能力，改善亞健康也是有幫助的。基于負離子的作用，它又有“空氣維生素”之稱。

由于彭陽縣沒有林地負離子濃度這方面觀測數據，因此采用國家林業局《退耕還林工程生態效益監測國家報告》[4]中寧夏退耕還林總效益反推彭陽縣數值，彭陽縣林地產生負離子703 607×1018個。采用等效替代法，負離子的生產費用取9.5元/1018個,因此年提供負離子價值0.066 8億元。

9 結 語

彭陽縣經過多年的流域治理，全縣已累計治理小流域134條1 780 km2，水土流失治理程度由建縣初的11.1%提高到了76.3%，森林覆蓋率由3%提高到了30.6%。現建成高標準農田5.067萬hm2，造林13.591萬hm2，修建淤地壩139座，每年可保水10 531萬m3、保土573萬m3、保肥29.11萬t，固碳(CO2)71.84萬t，制氧36.99萬t，吸收污染物(二氧化硫)8 434 t、滯塵2 943 t、產生負離子703 607×1018個，每年可產生生態效益總價值為25.72億。每年增產糧食7 600萬kg，林果產量達9 620萬kg，已淤壩地166.7 hm2，活林木蓄積量達32.02萬m3，每年可產生直接經濟效益4.64億元。這兩項總價值量為30.36億元，是彭陽縣地方一般公共財政預算收入的10.62倍(2019年2.86億元)，是彭陽地區生產總值(2019年59.2億元)的51.3%。生態效益為綠色GDP[7],彭陽人均綠色GDP為1.21萬元，因此彭陽縣的GDP總量應為84.9億元。雖然彭陽縣常規的GDP不高，但為社會貢獻的綠色GDP數量是豐厚的。隨著國家持續對彭陽縣生態建設的投入，預計每年綠色GDP的增長在7%左右，綠色GDP的遞增，也踐行了綠水青山就是金山銀山的理念。良好的生態，豐茂的林草，層層水平梯田，在防治水土流失、涵養水源、減少霧霾、恢復及豐富生物多樣性、保持天藍地綠、凈化大氣環境、生態旅游、農民增收等方面功不可沒。彭陽縣流域治理成果踐行了黃河流域生態保護和高質量發展，成為名副其實的先行區。