白石水庫區水土保持生態服務功能價值估算研究

蔣 懿

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114000)

生態補償相對于傳統命令性的控制方法具有明顯的成本-效益優勢，可有效解決經濟發展與生態保護之間的矛盾關系，而生態補償標準的確定不僅是決定補償效果和補償可行性的關鍵性因素，而且是準確評估生態服務價值并建立生態補償機制的核心內容和主要難點[1]。目前，用于生態補償標準核算的主要方法有依據生態建設成本構建補償標準法和估算生態服務價值作為補償標準法[2]。如李曉光[3]等利用機會成本法分析了森林保護生態區的補償標準體系；李懷恩[4]等學者利用防護成本法定量分析了南水北調的中線工程水源區的生態補償標準；熊鷹[5]等通過生態服務價值估算分析了洞庭湖濕地恢復生態補償標準；蔡邦成[6]等將成本-效益進行有機的結合，定量分析了南水北調東水源區的補償標準，但因缺乏針對性的生態效益的補償分析，所構建的生態成本估算體系不能全面、客觀的反應研究水域的真實情況[7]。綜上所述，本文在詳細分析了水土保持生態效益和構建生態建設的構成成本的基礎上，以白石水庫為研究對象，利用效益響應決定成本分擔模式法定量對水庫的水土保持生態服務功能價值和補償標準進行計算分析，為水源區構建生態補償響應機制提供一定的理論支持和決策依據[8]。

1 研究區域概況

白石水庫位于遼寧省朝陽市北票境內，坐落于大凌河干流以上區域，屬于溫暖半濕潤氣候區，多年平均降雨量為672.8mm。主要以防洪、灌溉和城市供水為主，同時兼顧一定的發電、養魚等綜合利用功能。該區域水土流失危害嚴重，據統計水土流失面積為5.2萬km2，占水庫區域總面積的48.6%，土壤侵蝕量高達1.58億t，常年受風力侵蝕和水力沖刷作用影響，土壤侵蝕模數為3216t/(km2·a)。本研究結合白石水庫及上游區域水污染治理相關制度政策和水土流失治理關鍵性技術措施，以水土保持整體規劃為基本原則，對白石水庫區水土保持的生態服務功能的價值進行定量的估算和分析[9]。

2 研究方法

2.1 建設生態成本

生態成本是生態補償項目中的損失者發揮保留效用的關鍵性參數和重要依據。結合生態成本額基本特征和主要功能作用可以將其分為直接成本、機會成本和發展成本，下面分別對各類成本展開詳細的介紹。

2.1.1 直接成本計算

規劃實施水土保持生態功能的建設工程項目成本即為生態成本，生態工程每年所發生的直接成本的估算應充分考慮社會資本年均收益率和生態建設工程的總投資資本，生態工程的直接成本估算公式為:

Cd=T·R

(1)

式中，Cd—水土保持生態建設年投資成本，元/a；T—生態建設工程總投資資金，白石水庫區水土保持生態建設工程的總投資資金T=32.76億元；R—社會資本年平均收益率，取50年的社會資本平均收益率，R=6%。

2.1.2 機會成本計算

土地利用成本和人力資本兩部分內容構成了機會成本，本研究中結合有關用地單位的面積產值和生態建設工程在建設前后的不同土地利用類型的有效面積，對土地利用形式發生轉變可產生的機會成本進行估算，其估算公式為：

C0=∑SiPi-∑SjPj

(2)

式中，C0—土地利用類型發生轉變產生的機會成本，元；Si—建設前i土地利用類型面積，hm2；Pi—建設前i土地利用類型的單位面積年產值，元/hm2·a；Sj—建設后的j土地利用類型面積，hm2；Sj—建設后j土地利用類型的單位面積年產值，元/(hm2·a)。

在退耕還林、退耕還草和自然生態修復過程中所發生的資金成本的改變即為水土保持生態建設的機會成本。農耕地土地利用類型轉換為生態用地的主要形式有退耕還生態林和退耕還植被草地形式，農耕土地退耕轉換之間的年產值取近5年的農耕產值的平均值；退耕前還經濟林的年產值取還生態林年產值，退耕后的經濟林年產值取近5年的年產值平均值；實施新柴林是自然生態修復區域的主要措施，利用新柴林產量按市場價格進行折算可以獲得生態修復前的單位面積年產值；根據當地統計年鑒獲取水土保持生態建設區域的土地利用類型經濟指標。

2.1.3 發展成本計算

因農業發展受到限制所造成的經濟損失以及對其他區域經濟產生的不良影響較難統計和確定，據此，本文以較近區域的農民人均純收入和水源污染控制區的人均純收入進行對比分析，以此表征因農業發展受到限制所產生的經濟損失，并作為生態補償的判斷依據。水源區的補償計算公式為：

Cp=∑(Vr-Vs)Ps

(3)

式中，Cp—生態工程建設水源區的發展成本，元；Vr—水源區相鄰區域的農民人均純收入，元/(人·a)；Vs—水源區居民的人均純收入，元/(人·a)；Ps—水源區生態建設所涉及的農業人口數量。

不同區域的農民人均純收入存在一定的差異，應結合朝陽市、凌源市、義縣居民收入實際情況而確定，并以地理位置相近、耕地條件相同的基本原則分別對水源區其他參考區域的農民人均收入和經濟指標進行判別比較，各區域的人口和經濟指標數據來自當地的統計年鑒。

2.2 生態服務價值

在充分考慮有關專家學者對生態服務價值理論和研究成果的基礎上，對白石水庫區的水土保持措施所提供的服務和生態效益進行了定量分析評價。研究計算的評價內容主要有防洪體系和水庫涵養水源價值、土壤肥力保持價值、凈化空氣價值、水體防治污染價值、固碳供氧價值、生物多樣性保護價值等內容，下面分別對上述評估內容展開詳細研究分析。

2.2.1 防洪與涵養水源

水土保持措施的防洪價值計算利用影子工程法進行計算評估，防洪價值的計算公式為：

Ed=Td·rd

(4)

式中，Ed—水土保持措施的防洪價值，元/a；Td—防洪截流降雨總量，m3；rd—修建單位體積的水庫造價，元/m3。

白石水庫水土保持防洪降雨截流總量與水庫的截流有效面積和減洪模數呈正相關性；在林地覆蓋截流措施中，防洪價值的直接表現形式為林冠降雨量截流，其計算公式為：

Td=θ·R·Ag

(5)

式中，θ—降雨有效截流率，調查表明白石水庫的林草措施降雨有效截流率為11.28%～26.35%；R—平均降雨強度，mm/a；Ag—林草措施覆蓋面積，hm2。

利用市場價值估算法對水土保持的涵養水源價值進行估算，其估算公式為：

(6)

式中，Eh—涵養水源價值，元/a；Th—涵養水源總量，m3；θi—涵養水源在i水源區的分配比例，本研究共選擇4個相鄰區域，其值參考中線工程的調水方案；rhi—i受水區域的綜合用水價格。

降雨截流總量與涵養水源量相同即Th=Td，土壤截流、林冠截流以及植被枯落物截流是林草涵養水源量的主要方面，結合白石水庫水土保持林草措施相關研究和成果，該區域的不同林冠單位面積截流量為32～215t/(hm2·a)；土壤截流量為361～866t/(hm2·a)；植被枯落物截流量為12～30t/(hm2·a)。

2.2.2 水污染防治

水體中總氮和總磷的含量變化受產沙量的影響作用較為明顯，產沙量的減少可引起水環境的TN和TP的含量的降低。水體污染防治價值可利用氮磷污染物的減少量與投資額的比例表征，其計算公式為：

(7)

式中，Es—水體污染防治價值，元/a；Wd—具有代表性的小流域年均輸沙量，t/a；Fi、Fd—小流域i和具有代表性小流域d的流域面積，hm2；η—水土保持措施對減少輸沙的效益，%；CN、CP—土壤中氮、磷的質量分數背景值，g/kg；RN、RP—泥沙中的總氮、總磷的富集率；rN、rP—減少單位質量總氮、總磷的投資額，元/t。

本研究選取白石水庫區大凌河上游某小流域，其年均輸沙量Wd為5782t/a，總氮和總磷富集率分別為1.65和1.48。根據該小流域的有關監測資料，大凌河上游小流域的減沙效益的取值范圍為18.1%～26.5%。

2.2.3 保持土壤與肥力計算

采取可利用耕地面積進行水保工程轉換土壤的價值量估算，其計算方法依據機會成本法，計算公式為：

(8)

Et=rt·Zt/(ρh)

(9)

式中，Et—保持土壤價值，元/a；Zt—保持土壤總量，t/a；rt—白石水庫區耕地的平均收益，元/hm2；M、M′—水土保持措施前、后的土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；h—土壤耕作層厚度，cm；ρ—土壤密度，g/cm3；

結合白石水庫區有關水土流失的動態監測計算成果進行土壤侵蝕背景值的計算；依據統計年鑒進行水庫區的耕地年平均收益率計算；依據研究區域的土壤普查調查資料確定土壤密度、土壤層厚度等相關計算參數。氮磷、鉀等土壤微量元素隨水土流失而減少，土壤肥力下降，采取化學肥料是保持土壤養分和肥沃力的主要措施，故可此增加實施農業化肥的市場價格對保持土壤肥力的價值進行估算，其計算公式為：

(10)

式中，Ef—保持土壤肥力價值，元/a；Sfi—元素i(氮、磷、鉀)折算成化肥的系數；Cfi—元素i(氮、磷、鉀)在土壤中的質量分數，g/kg；rfi—元素i(氮、磷、鉀)各類農業肥料在市場中的價格，元/t；

本研究中土壤的氮、磷、鉀元素分別折算成碳酸氫銨、過磷酸鈣以及氯化鉀等農業化肥，其價格根據各研究區域內的縣農業化肥生產公司的數據價格進行確定。

2.2.4 固碳供氧

綠色植被可利用光合作用吸收二氧化氮，并排放出氧氣，本文采用碳匯交易價值對林草措施的固碳價值進行表征，并以等量氧氣的工業成本對供氧價值進行估算，其固碳供氧的價值計算公式為：

Ec(0)=Ag(Fcrc+F0r0)

(11)

式中，Ec(0)—林草措施的固碳供氧價值，元/a;Fc、F0—單位面積的年固定CO2和釋放O2量，t/(hm2·a)；rc、r0—國內碳匯交易價格和工業產O2費用，元/t。

經過計算，水土保持林的固碳量為3.682t/(hm2·a)，釋放O2量為2.634t/(hm2·a)，碳匯交易價格為80元/t左右，工業制氧成本約2600元/t。

2.2.5 空氣凈化

綠色植被可對空氣中的微粉顆粒以及有害氣體進行吸收、固化，對空氣具有一定的清潔作用，研究表明水土保持林可吸收SO2為0.61t/(hm2·a)，吸收粉塵顆粒為2.5t/(hm2·a)；采用市場空氣凈化價格對林草措施的凈化空氣價值進行估算，其計算公式為：

(12)

式中，Ek—凈化空氣價值，元/a；Agi—第i類空氣污染物所對應的林草措施面積，hm2；Tki—樹林對第i類空氣污染物的吸收能力，t/(hm2·a)；rki—人工消除第i類空氣污染物的成本，元/t。

2.2.6 維持生物多樣性

本研究的水土保持林大部分為人工造林，植被類型單一，且種植年限相對較晚，如果直接套用天然林的多樣性價值進行計算分析可造成計算結果的不準，考慮到上述因素影響，本研究采用投資費用法即利用水土保持林草建設的投資資金作為維持生物多樣性價值進行估算。

2.3 生態補償標準

2.3.1 生態服務價值增值

結合生態環境效益影響程度和覆蓋范圍，將白石水庫的受益主體主要分為下游區、水源區以及水源外部區域3個層次，并利用專家賦權法對水源區和外部區域的生態服務價值進行計算，生態服務價值計算公式為：

(13)

式中，E—不同區域的生態建設工程生態服務價值，元/a；Ei—第i類生態服務價值，元/a；fi—在不同生態分區中第i類生態服務的權重系數。

利用專家賦權法對白石水庫不同分區內的水土流失治理生態服務價值的受益權重系數進行計算，計算見表1。

表1 生態服務價值在不同區域的受益權重系數計算表

2.3.2 生態補償標準的確定

本文對水庫外部受益區的生態建設成本進行補償額度計算，基本模式采用效益所得決定成本分擔的形式，建設成本的補償額度計算公式為：

(14)

式中，R—水庫外部區域對水源區的補償額度，元/a；C—生態建設總成本，元/a；Ew—在水庫外部區域所產生的生態服務價值，元/a；ez—水土保持生態建設的生態服務總價值，元/a。

3 結果與分析

3.1 生態建設成本

利用式(1)～(3)計算白水水庫的水土保持生態建設總成本為28.56億元/a，在各區域的不同類型成本的計算結果見表2。

表2 白石水庫水土保持生態建設的成本構成 單位：億元/a

由表2可知，直接成本占總成本的比例較低為8.65%，水土保持生態建設成本的主要構成為機會成本和發展成本，分別占比重的41.56%和49.79%。生態建設成本在機會成本和直接成本方面的研究較為充分，而對發展成本的研究較為落后，使我國生態補償政策的投入側向于在生態建設和土地利用方面，而對于滿足生態發展需求的投入相對較少。根據本研究結果可以看出，生態建設成本的構成較為復雜，投資成本和作用范圍較為廣泛，生態補償的資金額度有明顯的增加[10]。

3.2 生態服務價值

利用式(4)～(12)可得水土保持生態建設的生態服務價值為30.27億元/a，各類生態服務價值評價指標的計算結果見表3。

表3 白石水庫水土保持生態服務價值的基本構成

根據表3可知，生態服務各項計算價值中，土壤保持和肥力保持價值所占比重最大為29.59%；水污染防治的生態服務價值為5.44億元，所占比重為17.94%；其他各項生態服務價值相差不大，維持生物多樣性、空氣凈化以及固碳供氧所占比重分別為10.70%、13.44%和9.68%；防洪措施以及涵養水源的生態服務價值居中。綜上所述，水土保持和土壤肥力保持是白石水庫水土保持措施的主要生態價值[11]。

3.3 生態補償標準

利用表1中的指標權重系數，并結合式(13)，可得水土保持措施在水源區生態服務價值為16.37億元，下游區域生態服務價值為13.52億元，其他水域為4.16億元，外部區域所承擔的生態補償費用為13.26億元。根據計算結果，白石水庫水源區成為生態服務受益者的同時，還需承擔部分的生態建設成本。利用式(14)可對白石水庫不同區域的生態建設成本進行計算，計算結果為白石水庫區域需承擔的生態建設成本為12.18億元，水庫外部區域的生態建設補償標準為14.12億元/a。

4 結論

綜上所述，文章以白石水庫為研究對象開展水土保持生態服務價值和生態補償標準的計算和分析，研究表明：水庫的生態建設成本構成較為復雜，投資成本和作用范圍較為廣泛，生態補償的資金額度有明顯的增加；防洪措施以及涵養水源的生態服務價值居中。本次研究確定的生態補償標準具有一定的科學性和客觀性，但由于白石水庫的庫區及受水面積廣闊，其生態服務功能價值也會存在很大的差異性，為此在制定生態補償標準時一定要充分考慮不同地區的經濟社會發展水平差異性等重要因素的影響，確保生態補償標準的準確性。

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