土壤保水改良的生態(tài)效益評價(jià)方法

□王 珺

（青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016）

1 研究背景

土壤關(guān)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)，是社會發(fā)展進(jìn)步的基礎(chǔ)，是美麗中國的重要組成，改善土壤環(huán)境是維護(hù)國家生態(tài)安全的關(guān)鍵要務(wù)，提升土壤質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的前提基礎(chǔ)。干旱缺水、養(yǎng)分流失和土地退化等土壤問題關(guān)系國家糧食安全。積基樹本，本固枝榮，改良土壤是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好和節(jié)約增效的重要手段。

20 世紀(jì)60 年代以來，圍繞土壤改良的保水材料和保水技術(shù)的研究逐漸興起，在農(nóng)林生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。研究表明，土壤保水劑能明顯改善土壤的持水特性和理化性質(zhì)，促進(jìn)作物生長發(fā)育，促進(jìn)土壤微生物活動，進(jìn)一步提高土地生產(chǎn)力。

土壤保水改良可以蓄水提墑、固土肥壤，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)對自然災(zāi)害的抵御能力，可以益菌活土、固碳增匯，增強(qiáng)自然系統(tǒng)應(yīng)對氣候變化的生態(tài)彈性。測度土壤保水改良的生態(tài)價(jià)值，評價(jià)土壤保水改良的生態(tài)效益，可以為土壤治理和生態(tài)生產(chǎn)決策提供參考依據(jù)。

2 土壤保水改良的生態(tài)價(jià)值評價(jià)框架

土壤保水改良的生態(tài)作用主要有增加土壤儲水、增加土壤有機(jī)碳、減少土壤流失、維持土壤肥力和增加土壤微生物。因此，從5 個(gè)維度出發(fā)，評價(jià)土壤保水改良的生態(tài)價(jià)值，具體見圖1。

圖1 土壤保水改良的生態(tài)價(jià)值評價(jià)框架

3 土壤保水改良的生態(tài)價(jià)值評價(jià)的測度方法

3.1 增加土壤儲水

評估保水改良后增加的土壤儲水量和產(chǎn)生的生態(tài)效益。

第一，計(jì)算增加的土壤儲水量，具體見公式（1）、公式（2）。

式中：△S為單位面積土壤增加的儲水量，m；S為采取改良措施以后單位面積土壤的儲水量，m；S為未采取改良措施的情況下單位面積土壤的儲水量，m；為單位面積土壤的儲水量，m；為區(qū)域年度降水量，mm；為單位面積年蒸發(fā)量，mm；為單位面積年徑流量，mm；為單位地表面積，取1 hm。

降水量通過翻斗式雨量計(jì)測取，也可以采用地面氣象站觀測數(shù)據(jù)。蒸發(fā)量和徑流量通過觀測獲得，若采用傳統(tǒng)意義上的氣象水文數(shù)據(jù)，會產(chǎn)生較大誤差。蒸發(fā)量可以通過對降水后土壤的人工蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)測取，計(jì)算出蒸發(fā)量相對降水入滲量的比值，再轉(zhuǎn)化為對降水量的比值。徑流量可以通過徑流箱收集和測取，計(jì)算出徑流量相對降水量的比值。取不同季節(jié)、不同地塊的多次實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的平均值，作為年度蒸發(fā)量、徑流量的計(jì)算依據(jù)。

第二，計(jì)算增加的土壤儲水生態(tài)價(jià)值量，具體見公式（3）。

式中：V為單位面積增加的土壤儲水的生態(tài)價(jià)值量，元；c為單位庫容的農(nóng)田集水儲水設(shè)施建設(shè)投資，元/m。

用農(nóng)田集水儲水設(shè)施建設(shè)投資來估計(jì)土壤儲水生態(tài)價(jià)值量便于計(jì)算，可以通過走訪調(diào)查或者查閱水利年鑒獲取單位建設(shè)成本，但是不能全面反映生態(tài)貢獻(xiàn)，仍需尋求公允的計(jì)算方法，比如未來生態(tài)收益的綜合折現(xiàn)，來描述這一生態(tài)價(jià)值。

3.2 增加土壤有機(jī)碳

評估保水改良后增加的土壤有機(jī)碳儲量和產(chǎn)生的生態(tài)效益。

第一，計(jì)算增加的土壤有機(jī)碳儲量，具體可見公式（4）。

式中：△C為單位面積土壤增加的有機(jī)碳儲量，kg；為土壤深度，m；為土壤容重，kg/m；c為采取改良措施以后土壤的有機(jī)碳含量，%；c為未采取改良措施的情況下土壤的有機(jī)碳含量，%。

土壤有機(jī)碳含量的測定可以采用燃燒氧化—非分散紅外法或者滴定法，為了提高精度，可以分層測取土壤容重和土壤有機(jī)質(zhì)含量。

第二，計(jì)算增加的土壤有機(jī)碳生態(tài)價(jià)值量，具體見公式（5）。

式中：V為單位面積土壤增加的有機(jī)碳生態(tài)價(jià)值量，元；p為土壤碳匯價(jià)格，元/kg。

碳匯價(jià)格的厘定有賴于碳排放交易體系的發(fā)展和碳定價(jià)機(jī)制的完善，由于我國尚未出臺碳稅，暫可參照瑞典等國的碳稅率折算二氧化碳當(dāng)量價(jià)格，計(jì)算增加的土壤有機(jī)碳生態(tài)價(jià)值量。

3.3 減少土壤流失

評估保水改良后減少的土壤流失量和產(chǎn)生的生態(tài)效益。

第一，計(jì)算減少的土壤流失量，具體見公式（6）。

式中：△E為單位面積減少的土壤流失量，m；E為未采取改良措施的情況下單位面積減少的土壤流失量，m；E為采取改良措施以后單位面積減少的土壤流失量，m。

土壤流失量可以通過徑流箱收集和測取，徑流箱應(yīng)布設(shè)在評估土地的典型區(qū)域。就農(nóng)田而言，其坡向坡度、土壤類型、農(nóng)作管理、水肥制度等可以代表評價(jià)地塊。

第二，計(jì)算減少的土壤流失生態(tài)價(jià)值量，具體見公式（7）。

式中：V為單位面積減少的土壤流失的生態(tài)價(jià)值量，元；c為單位體積客土的采挖、運(yùn)輸?shù)群馁M(fèi)，元/m。

采用客土造田成本來評價(jià)減少的土壤流失生態(tài)價(jià)值量便于計(jì)算，但是未將造田后的土壤培育等支出考慮在內(nèi)，不能全面展現(xiàn)改良生態(tài)價(jià)值。

3.4 維持土壤肥力

評估保水改良后減少的土壤養(yǎng)分損失量和產(chǎn)生的生態(tài)效益。

第一，計(jì)算減少的土壤養(yǎng)分損失量，具體可見公式（8）。

式中：△L為單位面積減少的土壤養(yǎng)分損失量，kg；c為土壤中的N 含量，%；c為土壤中的P 含量，%；c為土壤中的K 含量，%；c為土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，%。

為了提高土壤檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性，應(yīng)采用部頒的土壤采樣和標(biāo)準(zhǔn)檢測方法。

第二，計(jì)算維持土壤肥力產(chǎn)生的生態(tài)效益，具體見公式（9）。

式中：V為采取改良措施以后單位面積土壤維持土壤肥力產(chǎn)生的生態(tài)效益，元；c為尿素的N 含量，取值46%；c為磷酸二銨的N 含量，取值18%；c為磷酸二銨的P 含量，取值46%；p為尿素的市場價(jià)格，元/kg；p為磷酸二銨的市場價(jià)格，元/kg；c為硫酸鉀的鉀含量，取值50%；p為硫酸鉀的市場價(jià)格，元/kg；c為有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)的含量，%；p為有機(jī)肥的市場價(jià)格，元/kg。

3.5 增加土壤微生物

評估保水改良后增加的土壤微生物和產(chǎn)生的生態(tài)效益。

第一，計(jì)算增加的土壤微生物量，具體見公式（10）。

式中：△B為單位重量土壤增加的微生物量，cfu/kg；B為采取改良措施以后單位重量土壤的微生物量，cfu/kg；B為未采取改良措施的情況下單位重量土壤的微生物量，cfu/kg。宜采用熏蒸提取法測定土壤的微生物量。

第二，計(jì)算增加的土壤微生物多樣性，具體見公式（11）、公式（12）。

式中：△D為單位重量土壤增加的微生物多樣性；D為采取改良措施以后單位重量土壤的微生物多樣性；D為未采取改良措施的情況下單位重量土壤的微生物多樣性；D為土壤微生物多樣性；p為第種土壤微生物的數(shù)量占全體土壤微生物數(shù)量的比重。

第三，計(jì)算增加的土壤微生物生態(tài)價(jià)值量，具體見公式（13）。

式中：V為單位面積土壤增加的微生物生態(tài)價(jià)值量，元；c為土壤微生物量損失的機(jī)會成本，元/cfu；c為土壤微生物物種損失的機(jī)會成本，元/kg。暫不考慮外部化生態(tài)效益，可以通過建立土壤微生物量、土壤微生物多樣性與土壤肥力間的函數(shù)關(guān)系，確定相應(yīng)的機(jī)會成本。

3.6 土壤保水改良的生態(tài)價(jià)值

計(jì)算土壤保水改良的生態(tài)價(jià)值量，具體見公式（14）。

式中：為單位面積土壤采取保水改良措施產(chǎn)生的生態(tài)價(jià)值量，元。

從保水改良對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和土壤環(huán)境條件產(chǎn)生的積極影響和有益作用出發(fā)，分析和評估了土壤改良的生態(tài)貢獻(xiàn)；從水、有機(jī)碳、養(yǎng)分、微生物等土壤生態(tài)要素出發(fā)，量化和測度了土壤改良的生態(tài)價(jià)值；從監(jiān)測數(shù)據(jù)和后評價(jià)技術(shù)出發(fā)，提出了土壤保水改良的生態(tài)效益評價(jià)方法，可以為評判低質(zhì)、低產(chǎn)、低效農(nóng)田改造成果和生態(tài)建設(shè)成效提供依據(jù)。土壤變化是生理、生化等復(fù)雜過程綜合作用的結(jié)果，絲縷萬千，錯(cuò)綜復(fù)雜，為了客觀評價(jià)土壤改良的生態(tài)作用，應(yīng)建立定位點(diǎn)，在改良完成后的5 年（或者更長時(shí)間）內(nèi)定期檢測，明晰變化，計(jì)算損益，評估土壤保水改良的持續(xù)生態(tài)貢獻(xiàn)。