西安果園生態系統涵養水源功能及經濟價值估算

李 俊 宋喜芳 賀 喻 楊露露 李 強 郭 璞 侯 雋

水源涵養功能是生態系統服務功能的重要組成部分之一。 生態系統水源涵養功能的強弱主要由植被類型及蓋度、枯落物現存量及組成、土層厚度、土壤物理性質等因素共同決定。生態系統水源涵養功能主要表現形式包括植被枝葉對降水的攔截和滯蓄作用、增強土壤入滲功能、補充地下水和調節地表徑流等作用。近年來，由于水資源的短缺以及水危機的加劇， 學術界開始重視對生態系統水源涵養功能研究。

果樹是森林資源的重要組成部分之一，果園生態系統是森林生態系統的子系統。 我們選取西安市果園生態系統水源涵養功能作為研究對象， 測算了該地區果園生態系統年涵養水源總量，并進行了經濟價值評估，為認識果園生態系統涵養水源功能及作用， 促進果業可持續發展提供理論依據。

1 研究區概況

以西安市果園生態系統作為研究對象。 據相關統計資料顯示，2021 年西安市果園面積、產量分別為4.92 萬hm2、101.01 萬t， 占陜西省的4.2%和5.32%。 種植種類主要為獼猴桃、葡萄、大櫻桃、石榴、棗等，其中獼猴桃種植面積和產量均居陜西省第一位。

2 資料的獲取

西安市2012—2021 年降水量、果園面積數據來源于西安市統計年鑒。

3 分析方法

生態系統涵養水源物質量的估算方法，目前主要包括土壤蓄水估算法、降水貯存量法、水量平衡法、多因子回歸法、凋落物層和土壤蓄水能力法，以及地下徑流增長法等。 前人采用水量平衡法對海南尖峰嶺地區、北京市森林生態系統水源涵養功能進行估算。 本文主要從果園生態系統水源涵養的物質量和果園生態系統涵養水源的價值量來評估果園生態系統水源涵養效益。

3.1 果園生態系統水源涵養物質量的估算采用水量平衡法，公式如下：

式中：Mw 為涵養水源量（m3/年）；R為年降雨量（mm）；E為年均蒸散量（mm）；A為研究區域面積（hm2）；BT為年均生物溫度（℃）；T為＜30 ℃與＞0 ℃月均溫；θ 為徑流系數（采用北方地區平均值0. 281）。

水量平衡法其實是把生態系統總徑流量看作其水源涵養量。 徑流系數是指一個流域同時期內徑流深度與形成該時期徑流的降水量的比值（其值在0～1 范圍），是水文過程的重要參數，反映了該流域對降雨的截流能力與降雨在流域面積上的轉化分配情況。

3.2 果園生態系統涵養水源價值量的估算地下徑流增長法、采伐損失法、替代工程法與市場定價法是生態系統涵養水源價值量的常用估算方法，其中采用較多的是替代工程法。

替代工程法也叫影子工程法， 即假設存在一個價值可以計算的工程， 采用這個工程的造價替代生態系統涵養水源的價值。 根據前人研究結果，按照1990 年不變價，每建設1 m3庫容年投資成本為0.67 元，這也是國內統一采用的水庫蓄水成本。為保證數據的可比性，本文采用這一標準對果園生態系統涵養水源價值量進行估算，公式如下：

式中：Ew 為果園生態系統涵養水源的價值量（元/年）；Mw 為果園生態系統涵養水源的物質量（m3/年）， 每建設1 m3庫容年投資成本按0.67 元計。

4 結果與分析

利用上式（1）～（4）和西安2012—2021 年的年降水量、 果園面積計算出西安果園生態系統2012—2021 年逐年的涵養水源物質量及經濟價值，見表1。

表1 2012—2021 年西安果園生態系統涵養水源物質量及經濟價值

4.1 西安果園生態系統涵養水源的物質量分析

由表1 可知， 西安果園生態系統每年涵養水源的物質量為1 665.87 m3/hm2， 平均每年涵養水源總量58 607 729.9 m3。 從表1、圖1、圖2可看出， 西安果園生態系統涵養水源的物質量基本趨勢是隨果園面積增加而增加， 但年際間差異較大，2014 年、2021 年差異明顯。 從果園面積來看（圖1），2014 年與相鄰年份（2013 年、2015 年），2021 年與相鄰年份（2019 年、2020年）相差不大，但果園生態系統涵養水源的物質總量卻差異較大：2014 年遠高于臨近的2013 年和2015 年，是2013 年的1.62 倍，相當于2015年的1.23 倍；2021 年是2020 年的1.6 倍， 相當于2019 年的1.78 倍， 原因主要是降水量的差異。 由表1 可知，2014 年的降水量遠高于2013年和2015 年；2021 年的降水量遠高于2019 年和2020 年，所以西安果園生態系統每年涵養水源的總物質量除了與果園面積相關， 還與年降水量有關。

圖1 西安市果園生態系統涵養水源的物質量與果園面積的關系

圖2 西安市果園生態系統涵養水源的物質量與降雨量的關系

通過偏相關分析可知， 果園生態系統每年涵養水源的總物質量與果園面積、 年降水量的偏相關系數分別為0.995 7、0.996 9，顯著性水平均小于0.01%，均表現出極強的正相關關系。

4.2 西安果園生態系統涵養水源的經濟價值分析 西安果園生態系統涵養水源的價值量平均每年5 860.77 萬元，單位面積價值量平均每年為1 116.13 元/hm2，2021 年西安農林牧漁業總產值為5 605 906 萬元，折合成1990 年不變價則為1 235 325.25 萬元。 西安果園生態系統2021 年僅涵養水源功能一項所創造的經濟價值就相當于2021 年西安農林牧漁業總產值的0.8%。 可見，果園生態系統不僅提供了巨大的經濟效益，同時也創造了巨大的生態服務效益。

西安市果園生態系統涵養水源的價值量與物質量變化趨勢相同（見圖3）。 由表1 可知，果園生態系統的價值量隨果園面積和降水量的變化而變化，表現出強正相關關系，那么果園生態系統涵養水源功能的經濟價值必定也呈現出隨果園面積擴大而增加的總趨勢， 但同樣會因為降水量而產生較大的年際波動。 如2017 年，涵養水源的價值量高于2016 年和2018 年， 主要就是降水量的年際變化所引起（見圖2）。 果園生態系統對水源的涵養功能主要是果樹對降水攔截、滲透與儲藏的功能，隨年降水量增加，果園生態系統水源涵養功能也在加強。

圖3 西安市果園生態系統涵養水源的價值量與物質量的關系

5 小結與討論

1）西安果園生態系統年均涵養水源的物質量為1 665.87 m3/hm2， 與前人對北京市森林生態系統單位面積的涵養水源量的計算結果較為一致。

2）西安果園生態系統年均涵養水源的價值量為5 860.77 萬元， 單位面積價值量為1 116.13 元/hm2·年， 其所創造的經濟價值相當于西安市2021 年農林牧漁業總產值的0.8%。

3）西安果園生態系統的水源涵養的物質量及價值量呈現隨果園面積增大而增加的總趨勢， 但涵養水源物質量、 價值量年際間均表現出較大波動性， 主要原因是降水量的波動。 在果樹面積相近的情況下， 降水量的增加提升了果園生態系統涵養水源的功能。

果園生態系統是一種人工生態系統， 但作為森林生態系統的一個組成部分， 其涵養水源功能是生態系統服務功能的重要組成， 其林木樹冠層、 枯落物層及土壤層均具有降水攔截與滯留作用。 本文對果園生態系統涵養水源功能進行了水量平衡法估算， 式中所采用的徑流系數為北方山區徑流系數的平均值， 可能對最后計算結果會產生一定影響， 但總體計算結果與文獻結果較為一致，具有一定的參考價值。