南水北調中線工程水土保持林草措施生態服務功能價值研究

張 璐，解翼陽

(華北水利水電大學 資源與環境學院，河南 鄭州 450045)

南水北調工程作為舉世矚目的重大水利工程，除工程本身外，其相關的生態環境問題也是專家學者研究的熱點。以南水北調中線工程來說，其南自河南南陽盆地，北至北京、天津市平原區，工程建設對沿線生態環境的影響不容忽視。為此，除工程主體設計外，還制定了水土保持等一系列生態環境保護對策。而如何對這些生態環境保護對策所發揮的效益進行科學合理的評價，正是本文關心的問題。

1997年Costanza等對全球主要類型的生態系統服務功能的價值進行了評估，使全球的生態系統價值評估提高到一個全新的水平。此后，生態系統服務功能理論也被引入相關領域，用于相關領域的生態服務功能價值的研究。在我國，余新曉等以水土保持學、生態學和生態經濟學理論為指導，提出了水土保持生態服務價值的概念，認為水土保持生態服務價值估算是在特定尺度和區域范圍內,將水土保持措施為人類和社會提供的服務進行貨幣化計量的研究，具體評價內容包括保持和涵養水源價值、保持和改良土壤價值、固碳供氧價值、凈化空氣價值、防風固沙價值、維持生物多樣性價值等6個方面[1]；并且考慮到水土保持措施體系中工程、林草、農業三大措施的作用原理和作用發揮的不同，分別給出了各自的生態服務功能價值評估方法[2-3]。在吳嵐等的研究中，將水土保持林草措施生態服務功能具體地描述為保持和涵養水源功能、保持和改良土壤功能、固碳供氧功能、凈化空氣功能、防風固沙功能、維持生物多樣性功能和維持環境景觀功能[3]。高照良等對水土保持工程措施生態服務功能如何進行物質量化進行了研究[4]。盛莉等進而運用模型和以上理論對2001年全國水土保持生態服務功能價值進行了估算[5]。閆峰陵等評估了規劃實施的丹江口庫區水土保持近期項目的生態服務功能價值[6]。

可以說，目前我國這方面的研究還較少，僅初步建立了水土保持生態服務價值評價體系和評價方法，并進行了少數幾個典型研究。那么，水土保持措施不同的服務功能在計算物質量和價值量的時候，其每個指標的單位價值量該如何選取呢？例如，不同地區，不同措施，同一地區不同措施，或者同一地區不同林種，所選取的單位價值量肯定應有所區別，這些都是值得仔細探討的。另外，是否每個地區和項目的水土保持措施在計算其生態系統服務功能時，所計算的生態服務功能都必須一致呢？例如，線型工程所營造的水土保持林和大面積的水土保持林，其林地面積、結構等是有重大區別的。林地普遍具有的生態服務功能我們都已經了解，但是，在具體計算某一特定工程的特定林型、特定林種時，是不是應區別對待呢？這些問題都是值得我們認真思考的。

本文分析了在計算線型工程水土保持林草措施生態服務功能時應注意的問題，并以南水北調中線工程水土保持林草措施為例，探討了其生態服務功能結構及計算方法，并計算了其生態服務功能總價值。

1 生態服務功能價值評估體系

根據國家林業局頒布的《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T 1721—2008)，森林生態系統服務功能主要包括森林在涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質、凈化大氣環境、森林防護、生物多樣性保護和森林游憩等方面提供的生態服務功能；森林生態系統服務功能評估即對森林服務功能開展的實物量與價值量進行評估。

本研究中的水土保持林是指南水北調中線一期工程實施過程中，為保護環境在干渠沿線實施的水土保持措施中增加的水土保持林。由于南水北調中線一期工程的水土保持林是線性分布在供水線路兩側的，線路較長，但并未形成大片林地，涵養水源作用并不突出，所以對于水土保持林非常重要的涵養水源功能所帶來的效益本文暫不予考慮。另外，根據研究目的，本研究探討的僅是南水北調中線一期工程水土保持林草措施實施后所產生的生態服務功能價值，即其對受水區帶來的生態環境方面的效益，故不考慮其積累營養物質、森林防護、生物多樣性保護和森林游憩等方面的功能。經分析，本研究僅探討水土保持林草措施的土壤保持、固碳釋氧、凈化大氣環境三方面的生態服務功能。其價值評估即對水土保持林草措施生態服務功能的物質量與價值量進行評估，評估方法和單位價值量參考《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T 1721—2008)，不足部分結合國內相關區域研究成果進行補充。

2 生態服務功能價值評價方法

根據上文分析，南水北調中線工程水土保持林草措施生態系統服務功能價值(R)主要包括土壤保持價值(B)、固碳釋氧價值(C)、凈化大氣環境價值(D)三方面，用公式可表示為

R=B+C+D

2.1 土壤保持價值

水土保持林土壤保持價值(B)主要包括固持土壤價值、保肥價值和防止泥沙滯留和淤積的價值，評估方法如下。

2.1.1 固持土壤價值(B1)

(1)固持土壤物質量為

(1)

(2)固持土壤價值量為

B1價=B1實÷ρ÷h×S11

(2)

式中：B1價為水土保持林固持土壤價值，元/a；B1實為水土保持林年固土量，t/a；ρ為土壤密度，按全國土壤耕作層平均土壤密度1.185 t/m3計算；h為林地的土層厚度，以我國耕作土壤的平均厚度0.5 m作為林地的土層厚度；S11為我國林業生產的年平均收益，根據調查，取S11=263.58元/hm2。根據土壤侵蝕量和土壤耕作層的平均厚度來推算土地面積減少量，可計算出每年可能保持的土壤面積，對林地采用其生產的機會成本，即可估算林地固持土壤的經濟價值[3]。

2.1.2 保肥價值(B2)

(1)減少養分流失量為

B2實=A×Q12

(3)

式中：B2實為水土保持林減少養分流失量，t/a；A為水土保持林面積，hm2；Q12為單位面積林地每年防止養分流失的能力，主要包括防止由水土流失造成的氮、磷、鉀等營養元素的損失量。據測定,全國范圍內土壤中有機質含量為1%，氮含量為0.37%，磷含量為0.108%，鉀含量為2.239%[9]。為便于測算，將氮、磷、鉀折算成碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀，其折算系數分別為5.571、3.373和1.667[6]。

(2)保肥效益價值量為

B2價=B2實×S12

(4)

式中：B2價為水土保持林保肥價值，元/a；S12為土壤養分的影子價格，以當年研究區各種化肥的平均價格計取。根據研究區內各縣農業生產資料公司數據，經統計平均后，得出碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀的市場價格分別為590、680和3 300元/t[6]。

2.1.3 防止泥沙滯留和淤積的價值(B3)

(1)防止滯留和淤積的泥沙量。據統計，全國土壤侵蝕流失的泥沙有24%淤積于水庫、河湖，則水土保持林防止滯留和淤積的泥沙量可表示為

B3實=B1實×24%

(5)

式中：B3實為水土保持林防止滯留和淤積的泥沙量，t/a；B1實為水土保持林年固土量，t/a。

(2)防止泥沙滯留和淤積的價值量為

B3價=B3實×S13

(6)

式中：B3價為水土保持林防止泥沙滯留和淤積的價值，元/a；B3實為防止滯留和淤積的泥沙量，t/a；S13為防止滯留和淤積的單位質量泥沙的效益，元/t，按照工程替代法，S13以單位庫容造價計算，根據1993—1999年《中國水利年鑒》，平均水庫庫容造價為2.17元/t，計算當年價格指數為2.816，則單位庫容造價為6.11元/t。

2.2 固碳釋氧價值

固碳釋氧價值(C)指水土保持林固定CO2和供給O2的經濟價值。

(1)固碳釋氧實物量。根據植物光合作用方程式，植物形成1 t干物質需要1.63 t的CO2,放出1.2 t的O2，因此固碳和釋放O2實物量計算公式分別為

C1實=A×L×12/44

(7)

C2實=A×L×1.2/1.63

(8)

式中：C1實為固碳實物量，t/a；C2實為釋放O2量，t/a；A為增加的水土保持林面積，hm2；L為森林的CO2吸收率，據測定，中國北方森林的CO2吸收率為13.6 t/(hm2·a)。

(2)固碳釋氧價值量為

C價=C1實×S21+C2實×S22

(9)

式中：C價為固碳釋氧價值，元/a；S21為固碳價格，采用瑞典碳稅率，即1 200元/t；S22為生產氧氣的價格，根據《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T 1721—2008)的規定，采用中華人民共和國衛生部網站中2007年春季氧氣平均價格，即1 000元/t。

2.3 凈化大氣環境價值(D)

2.3.1 吸收污染物和滯塵價值(D1)

吸收污染物和滯塵價值主要包括吸收有害氣體SO2的價值(D11價)、吸收氟化物的價值(D12價)、吸收氮氧化物的價值(D13價)和吸收粉塵的價值(D14價)。

(1)吸收污染物和滯塵的物質量計算公式為

D1實=D11實+D12實+D13實+D14實=A·Q311+A·Q312+A·Q313+A·Q314

(10)

式中：D1實為吸收污染物和滯塵的物質量，kg/a；A為增加的水土保持林面積，hm2；Q311為單位面積林地吸收SO2的能力，據《中國生物多樣性經濟價值評估》中的數據，闊葉林吸收SO2的平均值為88.65 kg/(hm2·a)，針葉林吸收SO2的平均值為215.60 kg/(hm2·a)，本文取其較小值88.65 kg/(hm2·a)；Q312為單位面積林地吸收氟化物的能力，據北京市環境保護科學研究所測定，闊葉林和針葉林吸收氟化物平均值分別為4.65、0.50 kg/(hm2·a)，本文取其較小值0.50 kg/(hm2·a)；Q313為單位面積林地吸收氮氧化物的能力，據測定，森林的氮氧化物吸收量為6.0 kg/(hm2·a)；Q314為單位面積林地吸收粉塵的能力，據《中國生物多樣性經濟價值評估》中的數據，針葉林的滯塵能力為33.2 t/(hm2·a)，闊葉林的滯塵能力為10.11 t/(hm2·a)，本文取其較小值10.11 t/(hm2·a)。

(2)吸收污染物和滯塵的價值量計算公式為

D1價=D11價+D12價+D13價+D14價=D11實·S311+D12實·S312+D13實·S313+D14實·S314

(11)

式中：D1價為吸收污染物和滯塵的價值，元/a；S311為SO2排污費收費標準，根據《排污費征收標準及計算方法》中相應的排污費收費標準，為1.2元/kg；S312為氟化物排污費收費標準，為0.69元/kg；S313為氮氧化物排污費收費標準，為 0.63 元/kg；S314為一般性粉塵排污費收費標準，為0.15元/kg。

2.3.2 降低噪音價值(D2)

目前對森林生態系統降低噪音價值的估算方法是以造林成本的15%計，本研究也以此作為估算減弱噪音價值的標準。用公式表示為

D2價=A×Q32×S32×15%

(12)

式中：D2價為減弱噪音價值，元/a；A為增加的水土保持林面積，hm2；Q32為成熟林單位面積蓄積量，綜合國內研究和統計數據，取80 m3/(hm2·a)；S32為成熟林單位蓄積量價值，以平均造林成本240.03元/m3計。

3 生態服務功能價值評估

根據《南水北調中線一期工程可行性研究總報告》水土保持篇中的設計，中線一期工程共植苗造林31 266 470株，按平均2 m×3 m的株行距計算，共18 759.882萬m2，幼林撫育335.88萬m2，主要在河南、河北兩省范圍內。因此，中線一期工程由于治理水土流失在受水區增加的水土保持林面積為19 095.76萬m2，即19 095.76 hm2。根據公式(1)—(12)，計算出水土保持林效益見表1，則南水北調中線一期工程水土保持林草措施年度生態系統服務功能價值為37 766.07萬元。

表1 南水北調中線工程水土保持林草措施每年生態服務功能物質量、價值量

4 結 語

水土保持措施生態服務功能價值研究在我國還剛起步，很多指標選取、單位價值量估算、物質量及價值量計算方法等問題還有待進一步研究，不同工程、不同地點、不同結構的水土保持措施所發揮的生態服務功能在評價上如何區別也是值得研究的。本研究作為線型工程水土保持林草措施生態服務功能價值評估的一個示例，可為科學評價南水北調中線工程水土保持林草措施生態效益提供科學依據，并可為開發建設項目水土保持措施效益評價以及調水工程生態補償提供思路。

[參考文獻]

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[5] 盛莉,金艷,黃敬峰.中國水土保持生態服務功能價值估算及其空間分布[J].自然資源學報,2010(7):1105-1113.

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