川南頁巖氣區(qū)塊水土保持生態(tài)服務功能因子研究

2021-05-11 06:05:46薛元杰

中國水土保持 2021年5期

王龍，吳懈，于辰，薛元杰

(1.中國石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術監(jiān)督研究院，四川成都 610041；2.頁巖氣評價與開采四川省重點實驗室，四川成都 610041)

水、土資源是人類賴以生存的最基本的資源，我國的各類資源總量較大，但人均占有量卻遠低于國際平均水平。隨著經濟的快速增長和人口的不斷增加，水、土資源不足將成為制約我國可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。

近年來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)維持與保育生態(tài)系統(tǒng)服務功能是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎，為此，國內外學者開展了大量的研究。1997年，DAILY[1]列出生命支持系統(tǒng)必需的13項功能，包括大氣和水的凈化、洪澇干旱的緩解、廢物的去毒和降解、土壤及肥力的形成和更新、作物蔬菜傳粉、潛在農業(yè)害蟲的控制、種子擴散和養(yǎng)分遷移、生物多樣性維持、紫外線防護、氣候穩(wěn)定化、適當?shù)臏囟确秶惋L力、多種文化和美學刺激；COSTANZA[2]在評估全球生態(tài)服務功能時，也提出了17種生態(tài)服務功能：大氣調節(jié)、氣候調節(jié)、干擾調節(jié)、水調節(jié)、供水、控制侵蝕和保持沉淀物、土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)、廢棄物處理、授粉作用、生物控制、生物避難所、食物生產、原材料、基因資源、游憩、文化。

2004年，我國學者李建勇等[3]在前人研究基礎上，對生態(tài)服務功能進行擴充，將其劃分為4大類23種功能：調節(jié)功能，包括氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、干擾調節(jié)、水調節(jié)、供水、土壤保持、土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)、廢物處理、傳粉、生物控制；生境功能，包括避難所、繁殖養(yǎng)育；生產功能，包括食品、原材料、基因資源、藥品資源、裝飾資源；信息功能，包括美學信息、娛樂旅游、文化藝術源泉、精神和歷史、科學教育。2007年，余新曉等[4]在前人基礎上，針對水土保持行業(yè)，將生態(tài)服務功能進行再次分類，認為水土保持生態(tài)服務功能是指在水土保持過程中所采用的各項措施對保護和改良人類及人類社會賴以生存的自然環(huán)境條件的綜合效用，包括保護和涵養(yǎng)水源功能、保護和改良土壤功能、固碳釋氧功能、凈化空氣功能和防風固沙功能等5個功能。

由于我國地域寬廣，地形地貌、氣候類型多樣，經濟發(fā)展水平不同，其水土保持生態(tài)服務功能也因地而異。本研究以川南頁巖氣區(qū)塊為研究對象，對其水土保持生態(tài)服務功能進行分析研究，旨在為下一步計算其價值奠定基礎。

1 川南頁巖氣區(qū)塊概況

川南地區(qū)擁有非常可觀的頁巖氣資源，總量在15萬億m3以上，儲量大，分布廣，是我國頁巖氣主要儲備區(qū)。中國石油大力推進川南頁巖氣勘探開發(fā)，取得了重要成果[5]，川南頁巖氣區(qū)塊已成為國內最大的頁巖氣生產基地。截至2018年底，中國石油川南頁巖氣區(qū)塊產量已突破2 000萬m3/d，年產量達42.7億m3[6]。川南頁巖氣的高速發(fā)展，不僅緩解了我國的能源缺口，更進一步帶動了當?shù)氐慕洕l(fā)展、勞動就業(yè)。

川南頁巖氣區(qū)塊地處云貴高原與四川盆地邊緣山地過渡區(qū)域的斜坡地帶，屬于高、中山地貌，區(qū)域內溝谷縱橫、地形崎嶇，地面海拔一般在400～1 300 m。屬川中亞熱帶溫暖濕潤季風氣候，年均氣溫12.6～19.0 ℃，冬冷夏熱，春暖秋涼，四季分明，1月份最冷，一般氣溫為3～8 ℃，7月份最熱，一般氣溫為26～39 ℃；降水豐沛，年降水量達1 000～1 200 mm，但時空分配不均。

該區(qū)塊所在的四川省土壤侵蝕面積為121 042 km2，其中水力侵蝕面積為114 420 km2、風力侵蝕面積為6 622 km2，以水力侵蝕為主，水力侵蝕面積占總侵蝕面積的94.53%[7]。

2 研究結果

2.1 川南頁巖氣區(qū)塊水土保持生態(tài)服務功能

在COSTANZA等的研究基礎上，筆者根據(jù)在川南頁巖氣區(qū)塊多年的水土保持工作經驗，結合當?shù)貧夂颉⒌匦巍⒔洕龋瑢Υ享搸r氣區(qū)塊水土保持生態(tài)服務功能進行修改和完善。

在余新曉等提出的5個功能中，保留防風固沙功能，將保護和涵養(yǎng)水源功能、保護和改良土壤功能進一步優(yōu)化為保持和涵養(yǎng)水源功能、保持和改良土壤功能，合并固碳釋氧功能和凈化空氣功能為維持植物功能；同時，結合DAILY、COSTANZA及李建勇等的研究成果，進一步提出社會指標、經濟指標、土地資源、水資源環(huán)境和生態(tài)安全等功能因子。最后，歸納總結得出9個水土保持生態(tài)服務功能因子，其功能內涵見表1。

表1 川南頁巖氣區(qū)塊水土保持生態(tài)服務功能因子

2.2 水土保持生態(tài)服務功能因子篩選

為進一步對川南頁巖氣區(qū)塊水土保持生態(tài)服務功能進行篩選、簡化，提高功能價值的計算效率，本研究采用綜合評價方法對已有的9個水土保持生態(tài)服務功能因子進行篩選。

2.2.1 Delphi法

Delphi法是一種匿名專家評分法或專家咨詢法，是在20世紀40年代由O·赫爾姆和N·達爾克首創(chuàng)，后經過T·J·戈登和蘭德公司進一步發(fā)展形成的[10]。該方法主要原理為匿名反復咨詢專家的意見，經過反復多次的信息交流和反饋修正，使專家的意見逐步趨向一致，最后根據(jù)專家的綜合意見，對診斷對象做出診斷，是一種定量與定性相結合的診斷方法。

專家打分法的步驟如下：通過調查表形式向各個相關行業(yè)專家征詢意見；各專家依據(jù)自己的知識、經驗和綜合分析能力，針對所給的信息，對該區(qū)塊水土保持生態(tài)服務功能因子的重要程度按照百分制打分，分值越高，表示該因子對水土保持功能的影響程度越大；統(tǒng)計各因子的平均得分，并進行歸一化處理，即得到各因子的權重系數(shù)值。計算公式為

(1)

式中：aj為第j個指標的權數(shù)平均值；n為評委的數(shù)量；m為評價指標總數(shù)；aij為第i個評委給第j個指標權數(shù)的打分值。

結果仍需進行歸一化處理，歸一化公式為

(2)

本研究通過調查問卷的方式，分別從水土保持、水利、地質、生態(tài)、環(huán)保等專業(yè)匿名咨詢120名專家，打分平均后得到的結果見表2。

表2 Delphi法對水土保持生態(tài)服務功能因子打分結果

通過專家打分法，水土保持生態(tài)服務功能9個因子的權重系數(shù)大小排序為：維持植物功能>保持和涵養(yǎng)水源功能=保持和改良土壤功能>水資源環(huán)境>土地資源>社會指標>生態(tài)安全=經濟指標=防風固沙功能。其中，保持和涵養(yǎng)水源功能、保持和改良土壤功能、維持植物功能三個指標的權重明顯大于其他指標。

2.2.2 層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是對一些較為復雜、較為模糊的問題作出決策的簡易方法，它特別適用于那些難以完全定量分析的問題，是美國運籌學家SAATY教授于20世紀70年代初期提出的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法[11]。層次分析法具有良好的邏輯性、系統(tǒng)性、簡潔性和實用性等優(yōu)點，改變了以往評價過程中人們對復雜系統(tǒng)靠主觀判斷但又缺乏邏輯思維方式進行決策的狀況，使評價過程能很好地與人的思維過程相擬合，更容易為人所掌握。主要計算步驟：①建立層次結構模型；②構造判斷矩陣；③層次單排序及一致性檢驗；④層次總排序及其一致性檢驗。

本研究將川南頁巖氣區(qū)塊水土保持生態(tài)服務功能分為兩個層次，目標層為水土保持生態(tài)服務功能，方案層為9個功能因子(見圖1)，并構建了功能因子重要性判斷矩陣(見表3)。

圖1 水土保持生態(tài)服務功能因子層次結構模型

表3 水土保持生態(tài)服務功能因子重要性判斷矩陣

一致性檢驗的結果為：判斷矩陣最大特征根λmax=9.58，一致性指標CI=0.072 6<1.45，一致性比率CR=0.05<0.1，一致性檢驗通過。

根據(jù)層次分析法的判斷結果(表4)，水土保持生態(tài)服務功能9個因子的權重系數(shù)大小排序為：保持和改良土壤功能>保持和涵養(yǎng)水源功能>維持植物功能>水資源環(huán)境>土地資源>生態(tài)安全>社會指標>經濟指標>防風固沙功能。其中，保持和改良土壤功能、保持和涵養(yǎng)水源功能、維持植物功能三個指標權重明顯大于其他指標。

表4 層次分析法對水土保持生態(tài)服務功能因子判斷結果

3 結語

本研究以川南頁巖氣區(qū)塊為研究對象，針對當?shù)鬲毺氐臍夂颉⒌匦巍⒔洕葪l件，在前人基礎上總結出9個水土保持生態(tài)服務功能因子，并分別采用Delphi法和層次分析法判斷各因子的重要程度，結果表明：保持和改良土壤功能、保持和涵養(yǎng)水源功能、維持植物功能明顯優(yōu)于其他因子。因此，在進行功能價值計算時，對這三個因子的價值進行計算可以大幅度提高計算效率，并得到較為準確的結果。