多重生態服務功能目標下的生產建設項目土壤流失控制值研究
——以北京市為例

王志剛, 王家樂, 韓 培, 楊 坤, 張 超, 王 可, 張平倉

(1.長江水利委員會長江科學院, 湖北 武漢 430010; 2.北京市水土保持工作總站, 北京 100036; 3.水利部 山洪地質災害防治工程技術研究中心, 湖北 武漢 430010)

當前生產建設項目水土流失防治工作中，尚未對土壤流失控制值進行明確定義，僅對土壤流失控制比進行了定義。本文參考土壤流失控制比的定義，將土壤流失控制值定義為生產建設項目水土流失防治責任范圍內治理后每1 km2年平均土壤流失量應達到的值，其量綱與土壤侵蝕模數相同。該值主要用于指導生產建設項目水土保持設計、評價和管理等?，F行《生產建設項目水土流失防治標準(GB/T50434-2018)》中土壤流失控制值主要通過土壤流失控制比和容許土壤流失量確定。其中土壤流失控制比主要根據水土保持敏感程度、水土流失影響程度和水土保持區劃一級分區確定，并在此基礎上按背景土壤侵蝕強度差異進行調整[1]。土壤流失控制比對背景侵蝕強度的調整以中度侵蝕為基準，輕度和微度的上調到1及以上，中度以上的可以下調0.1～0.2。這種調整的程度主要依據經驗確定，是否滿足實際需求還需要科學論證。容許土壤流失量按《土壤侵蝕分類分級標準(SL190-2007)》執行，是從保持土壤肥力和維持土地生產力基本穩定的角度出發制定的[2-4]，主要反映水土保持的食物、纖維、薪材等供給服務功能?？傮w來說現行標準下土壤流失控制值的確定側重的是水土保持的供給服務功能，對其他服務功能考慮的程度較弱。但是，生產建設項目除為人類提供農林物質資料外，更多的是提供工業物質資料和滿足人類的生活質量、健康、文化、福利事業等需要。因此，生產建設項目水土保持需要達到的目標更加多元化。特別是當前中國城市化進程仍快速發展，城市建設等工程項目導致的人為水土流失仍在加劇，成為人民對美好環境需要的障礙因素之一[5]。

水土保持生態服務指水土保持在生態系統服務方面滿足人類福祉的各種作用和效能，主要包括支持服務、供給服務、調節服務、文化服務。近年來，隨著生態文明建設的不斷推進和對生態系統服務功能和水土保持生態服務功能研究的深入，人們對水土保持生態服務的需求越來越多元化[6-9]，為確定維護多重服務功能，滿足多元目標的生產建設項目土壤流失控制值提供了理論基礎。本文以北京市為例，旨在探討現有土壤流失控制值確定方法能否滿足多元的現實需求，尋找可以維護多重生態服務功能的生產建設項目土壤流失控制值確定方法。

1 研究區概況

北京市是中國首都，是全國政治、文化中心和交通運輸的樞紐，其生態系統具有非常多元化的服務功能，在全國具有較強的借鑒意義。劉寶元教授等在北京市開展了大量容許土壤流失量研究，形成了系統的容許土壤流失量成果[4]。北京市地形西北高、東南低(圖1a)，西部為西山，北部和東北部為軍都山，東南部屬華北平原[10]。氣候為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。多年平均降雨量483.9 mm，降水季節分配很不均勻，全年降水的80%集中在夏季6—8月，7—8月有大雨。根據沈漢的研究結果，北京市共有19個土壤亞類，山區土壤主要為棕壤、山地褐土，丘陵平原區土壤主要為普通褐土、潮土。地帶性植被類型是暖溫帶落葉闊葉林并間有溫性針葉林的分布。

北京市在土壤侵蝕類型區上屬北方土石山區。土壤侵蝕強度較高的區域主要分布在西部和北部山區(見圖1b—1c，數據來源于2020年北京市水土流失動態監測)[11]，對應的水土保持功能主要為土壤侵蝕控制和地表水源涵養(見圖1d)[12]，土壤侵蝕模數一般高于容許土壤流失量[10-11]；土壤侵蝕強度較低的區域主要分布在東南部平原區，對應水土保持功能主要為維護城市人居環境和首都功能，土壤侵蝕模數一般低于容許土壤流失量。

2 研究方法

根據北京市水土保持重點防治區、敏感區和背景土壤侵蝕模數，按照《生產建設項目水土流失防治標準(GB/T50434-2018)》的規定，確定生產建設項目的土壤流失控制比。分別用容許土壤流失量(數據來源于2010年《北京土壤流失方程》)和背景土壤侵蝕模數(數據來源于2020年北京市水土流失動態監測)除以土壤流失控制比，計算出基于容許土壤流失量和背景土壤侵蝕模數的北京市土壤流失控制值。然后對比兩者的差異，探討它們與水土保持多種生態服務功能的關系，分析其適宜性，選取兩者中可以維護更多生態服務功能的值作為最終的北京市生產建設項目土壤流失控制值。

注：1為石景山； 2為西城區； 3為東城區。下同

3 結果分析

3.1 土壤流失控制比

北京市全域皆屬國家級或市級水土流失重點防治區(圖2a,2b)[12-13]。同時部分區域屬于飲用水水源保護區、水功能一級區的保護區和保留區、自然保護區、世界文化和自然遺產地、風景名勝區、地質公園、森林公園、重要濕地以及縣級及以上城市區域[14]。根據《生產建設項目水土流失防治標準(GB/T50434-2018)》，生產建設項目均執行水土流失防治一級標準(見圖2c)。北京市輕度和微度侵蝕區域生產建設項目到設計水平年土壤流失控制比均大于等于1，中度侵蝕區域為0.9，中度以上侵蝕區域大于等于0.7。從圖2d可知，北京市大部分區域的土壤流失控制比大于等于1，僅山區與平原之間過渡帶的少量區域土壤流失控制比小于1。

3.2 基于容許土壤流失量的土壤流失控制值

通過容許土壤流失量[4,10]除以土壤流失控制比(圖2d)，得到基于容許土壤流失量確定的北京市土壤流失控制值。其中，山區較低，大部分為100～150 t/(km2·a)；山區和平原之間的過渡區較高，大部分為150～200 t/(km2·a)；平原區較高，大部大于300 t/(km2·a)(圖3)。采用這種方法確定的土壤流失控制值具備保持土壤肥力和維持土地生產力基本穩定的作用，可以維護生態系統的供給服務功能。另外，在山區及其與平原之間過渡區，背景土壤侵蝕模數大多在200 t/(km2·a)以上(圖1c)，高于土壤流失控制值，以此值控制生產建設項目治理后的土壤侵蝕模數，工程建成后的土壤侵蝕不會較建設前加重，不會影響城市景觀面貌，維護了生態系統的文化服務功能。但是在一些水土保持敏感區，如官廳水庫和密云水庫周邊，由于地勢平坦、土壤條件較好，容許土壤流失量較高，計算的土壤流失控制值高于其他區域，甚至大于200 t/(km2·a)，可能不能充分滿足保護水源的要求。在平原區背景土壤侵蝕模數大部分在100 t/(km2·a)以下(圖1c)，低于容許土壤流失量[4,10]?；谌菰S土壤流失量確定的土壤流失控制值也高于背景土壤侵蝕模數，不能起到將工程建成后土壤流失強度限制在背景土壤侵蝕模數以下的作用，會出現工程建成后土壤侵蝕加重而降低城市景觀面貌的現象。

圖2 北京市水土流失重點防治區與土壤流失控制比

由于北京市是中國首都，平原區分布著首都功能核心區、城市功能拓展區和城市發展新區[14]，其生態系統具有重要的文化服務價值。從這個角度出發北京市不允許出現大量工程建設活動導致土壤流失大于背景值，應該將工程建成后的土壤流失控制在背景土壤侵蝕模數以下。因此，基于容許土壤流失量確定的土壤流失控制值，可以起到維護了生態系統供給服務功能的作用，在背景土壤侵蝕模數較高的山區也能起到維護生態系統文化服務功能的作用，但是在平原區不能滿足維護生態系統文化服務功能的需求，在部分水土保持敏感區不能充分滿足維護生態系統調節服務功能的需求(表1)。

表1 利用不同方法確定的北京市土壤流失控制值維護生態服務功能分析

3.3 基于背景土壤侵蝕模數的土壤流失控制值

將背景土壤侵蝕模數(圖1)除以土壤流失控制比(圖2)，得到基于背景土壤侵蝕模數確定的北京市土壤流失控制值。其中，山區及其與平原間的過渡區較高，一般高于200 t/(km2·a)；平原區較低，大部小于100 t/(km2·a)(圖4)。采用這種方法確定的土壤流失控制值，可以將生產建設項目建成后的土壤流失限制在背景土壤侵蝕模數以下，工程建成后的土壤侵蝕不會較建設前加重，不會影響城市景觀面貌，能起到維護生態系統文化服務功能的作用。

另外，基于背景土壤侵蝕模數確定的官廳水庫和密云水庫周邊土壤流失控制值大部分低于100 t/(km2·a)，較基于容許土壤流失量確定的土壤流失控制值小，可以更好地起到保護水源的作用。但是，在山區及其與平原之間的過渡區，因為背景土壤侵蝕模數大，確定的土壤流失控制值大部分大于300 t/(km2·a)，比容許土壤流失量一般低于150 t/(km2·a)[10])高(圖3)，不能充分滿足保持土壤肥力和土地生產力穩定的要求。因此，基于背景土壤侵蝕模數確定的土壤流失控制值，可以滿足維護文化服務功能的需求，但在山區不能滿足維護供給服務功能的要求(表1)。

3.4 維護多重生態服務功能的土壤流失控制值

從以上研究結果可以發現，由于不同區域間水土流失特征差異和人們對水土保持生態服務功能需求的不同，單獨基于容許土壤流失量或者背景土壤侵蝕模數確定的土壤流失控制值都不能完全滿足現實需求。北京市山區及其與平原間過渡區大部分區域的背景土壤侵蝕模數大于容許土壤流失量，水土保持的主要功能為控制土壤侵蝕，維護土地生產力和地表水源涵養[11]。將生產建設項目土壤流失控制在較低的容許土壤流失量以下可以更好地達到這些目的。因此通過容許土壤流失量確定土壤流失控制值更為合理。然而，在官廳水庫、密云水庫周邊等背景土壤侵蝕模數低于容許土壤流失量的區域，應將生產建設項目土壤流失控制在背景土壤侵蝕模數以下，以更好地涵養地表水源。北京市平原區大部分區域的背景土壤侵蝕模數小于容許土壤流失量，水土保持的主要功能為維護城市人居環境和首都功能，將生產建設項目土壤流失控制在較低的背景土壤侵蝕模數以下可以更好地滿足人們對城市優美生活環境的需求，充分體現水土保持的文化服務功能。通過背景土壤侵蝕模數確定的土壤流失控制值更為合理。因此，將基于容許土壤流失量和背景土壤侵蝕模數兩種方法結合起來，取兩者中較小的值作為依據，確定的北京市生產建設項目土壤流失控制值(圖5)，能夠維護不同區域更多的生態系統服務功能(表1)。

圖3 基于容許流失量計算的生產建設項目土壤流失控制值

4 討 論

農業、林業水土保持更多地強調供給服務功能，而生產建設項目為人類提供的福祉更加多元化，其土壤流失控制值的制定需要從維護水土保持生態服務多項功能的角度進行考慮。水土保持維護的生態服務功能可以分為兩個方面。一是維護支持服務。即從保護土壤本身出發，要求土壤流失控制值低于或等于土壤形成速率。土壤的形成速率取決于母質、地形、氣候、生物等成土因素，因此這主要是從土壤的自然屬性出發制定土壤流失控制值。二是從維護土壤滿足人類需求角度出發，主要包括以下3項服務功能： ①供給服務。即土壤為人類提供糧食、纖維、薪材等的功能，需要控制土壤侵蝕模數低于能保持土壤肥力和維持土地生產力長期基本穩定的值； ②調節服務。即土壤為人類調節水資源、凈化水源、凈化空氣、防洪減災、調節氣候、控制疾病等的功能，需要控制土壤侵蝕模數低于可能威脅到人類安全、健康和財產的值； ③文化服務。即土壤滿足人類精神與宗教、消遣與生態旅游、美學、激勵、教育、地方感、文化遺產保護等方面需求的功能，應將土壤侵蝕模數控制在可能危害生態系統文化服務的臨界值以下，我們認為至少要低于背景土壤侵蝕模數。以往對于容許土壤流失量的研究，多是從保護土壤本身，維持土壤供給服務和少量調節服務功能角度出發的[15]，對維護生態系統文化和調節服務功能的考慮不夠。

圖4 基于背景土壤侵蝕模數計算的北京市生產建設項目土壤流失控制值

現行《生產建設項目水土流失防治標準(GB/T50434-2018)》基于容許土壤流失量來確定生產建設項目土壤流失控制值，其主要目的是保護土壤本身和維持土壤的供給服務。另外，通過調節防治標準級別來考慮不同區域水土保持敏感性的差異，通過浮動土壤流失控制比來考慮背景土壤侵蝕模數的差異，在一定程度上考慮了水土保持的調節服務。然而從本研究的結果看，通過調節土壤流失控制比的方法還不能充分滿足需求，特別是對于大城市。例如，現行標準指出土壤流失控制比在輕度背景侵蝕為主的區域不應小于1，但是關于到底需要高出多少的問題沒有給出明確的確定方法。在背景土壤侵蝕模數顯著低于容許土壤流失量的區域，會出現土壤流失控制值高于背景土壤侵蝕模數的情況，不能滿足維護文化服務功能的需求。因此，在具有維護文化服務功能需求的區域，除將土壤流失控制值限制在容許土壤流失量以下外，還要明確提出應該將其限制在背景土壤侵蝕模數以下。或者規定在具有維護文化服務功能需求的區域，當背景土壤侵蝕模數低于容許土壤流失量時，應將土壤流失控制比上浮到容許土壤流失量與背景土壤侵蝕模數之比或以上。

圖5 北京市生產建設項目土壤流失控制值

綜上所述，對于生產建設項目，特別是人口聚集度高的城市區域的生產建設項目，維護多重生態服務功能的土壤流失控制值彌補了基于容許土壤流失量的土壤流失控制值主要反映供給服務功能的不足，更廣泛地滿足人們對水土保持調節和文化服務功能的需求，可以更加有效地指導生產建設項目水土流失防治工作。

5 結 論

按照現行標準，生產建設項目土壤流失控制值主要根據容許土壤流失量制定，突出維護生態系統的供給服務功能?；谌菰S土壤流失量確定的土壤流失控制值一般在山區、丘陵區較低，在平原區較高。以它控制生產建設項目水土流失強度，可以起到維護生態系統供給服務功能的作用，但是在背景土壤侵蝕模數較低的平原區不能滿足維護生態系統文化服務功能的需求，在部分水土保持敏感區不能充分滿足維護生態系統調節服務功能的需求。基于背景土壤侵蝕模數確定的土壤流失控制值一般在山區、丘陵區較高，在平原區較低。以它控制生產建設項目水土流失強度，可以滿足維護生態系統文化服務功能的需求，但在山區不能滿足維護供給服務功能的要求。將基于容許土壤流失量和背景土壤侵蝕模數兩種方法結合起來，選取兩者中更為嚴格的值作為北京市生產建設項目土壤流失控制值，能夠起到維護不同區域多重生態系統服務功能的作用。本研究提出的維護多重生態服務功能的土壤流失控制值確定方法可以為有關管理部門制定水土流失防治目標值提供有益的補充。