黃河羊曲水電站建設對陸生生態系統生態功能的影響

［關鍵詞］

生態功能；陸生生態系統；羊曲水電站；黃河

［摘" 要］

水電站建設會對區域生態環境產生重要的環境影響，以黃河羊曲水電站建設淹沒影響區為研究范圍，結合遙感解譯的土地利用數據和社會經濟統計數據等，采用價值當量因子法評估生態功能價值，并對比分析淹沒前后的變化。以林地、耕地和草地為陸生生態系統的分析地類，探究了生態系統調節功能、供給功能、支持功能和文化功能的變化。結果表明，研究區內林地和耕地面積接近，但是林地的生態功能價值更高，其主要的生態功能體現為調節功能和支持功能；耕地與林地和草地的生態功能差異明顯，耕地主要是提供食物生產的供給功能；研究區涉及的3個縣中同德縣和興海縣受影響區域面積較大。

［中圖分類號］ S157" ［文獻標識碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.11.002

［引用格式］ 劉世隆，閆姝婉，張路，等.黃河羊曲水電站建設對陸生生態系統生態功能的影響［J］.中國水土保持，2024（11）：8-11，21.

生態功能服務是指生態系統在維持生命的物質循環和能量轉換過程中為人類提供的惠益，包括直接或間接從生態系統中獲取的產品和服務，是人類賴以生存和發展的資源與環境基礎［1］。水力發電是低碳發電產業的支柱，具有高效、靈活、無污染的特點，是一種可再生能源技術［2］。隨著我國經濟社會的快速發展，各行各業對電力的需求量越來越大，興建水電站具有十分重要的現實意義，但水利水電工程的建設也會對當地生態環境造成深刻影響［3］，因此有必要對水電站建設的生態功能影響進行評估，盡可能地降低或者消除不利因素的影響。

關于生態系統生態功能的研究，開始于20世紀70年代。相關學者對生態功能進行了分類，強調了生態過程和生態功能的重要性［4］。COSTANZA et al.［5］將生態功能歸納為17類，分別按10種不同生物群區用貨幣形式進行了測算，并根據生物群區的總面積推算出所有生物群區的總服務價值。我國學者在20世紀90年代后期也開展了相關研究，并取得了眾多成果［6］。謝高地等［7］基于COSTANZA對生態系統服務價值評估的研究，總結了單位價值量的核算方法，并對我國陸地生態系統服務價值進行了評估。傅伯杰等［8］對當前生態系統服務評估研究中存在的問題進行了分析與總結，為后續開展相關研究拓寬了思路。生態功能及其價值核算方面的研究進展迅速，為管理者認識自然生態系統和自然保護區的重要性提供了科學數據，也為自然保護區生態補償提供了重要依據。國內外關于生態系統服務的研究工作取得了一定進展，特別是自COSTANZA et al.［5］、謝高地等［9］等開展生態系統服務價值定量評估以來，該領域的相關研究方法和模型逐漸趨于成熟，常用的研究方法有功能價值評估法和價值當量因子法［10-11］。相比于功能價值評估法，價值當量因子法所需的數據量小、操作簡單、結果易于比較，被廣泛應用［12-13］。

水電站的建設對區域經濟社會發展和人居環境改善發揮了重要作用［14］。黃河羊曲水電站建設于黃河上游青海段，是一座以發電為主的大型水利水電樞紐工程，該項工程的建設為青海省成為清潔能源示范省提供了有力支持，但是也會對當地生態環境產生重要影響，因此評價水電站建設的環境影響，實現經濟效益、社會效益和生態效益的最大化至關重要。本研究結合黃河羊曲水電站建設淹沒影響范圍內的土地利用情況，分析其對區域生態系統生態功能的影響。在進行區域生態功能核算時，考慮到淹沒范圍內土地利用的實際情況，以耕地、林地和草地為主要的土地利用類型，分析生態系統的調節功能、供給功能、支持功能和文化功能，并對每種功能進行細化，以每種功能的呈現形式進行核算，進而研究水電站工程建設對陸生生態系統生態功能的影響，可為準確分析此類大中型水電工程建設對區域生態環境的影響提供科學支撐，從而更好地推進生態和經濟的可持續協同發展。

1" 研究區概況

黃河羊曲水電站（位于35°44′44″N、100°16′46″E）建設于中國西北地區的青海省海南藏族自治州，站址地勢較高、起伏較大，平均海拔達3 000 m，屬于黃河流域上游地區，地理位置見圖1。羊曲水電站工程建設的主要任務是進行水力發電，是黃河上游地區水電規劃建設的重要工程，為推動黃河上游地區清潔可再生能源產業發展提供了強力支持。水電站的建設對區域生態環境雖會產生一定影響，但同時也減少了污染物的排放，降低了對煤炭等化石能源的使用，為生態環境的持久性發展提供了幫助，還助力青海省加速能源結構轉型，為青海省成為清潔能源示范省提供了支持。本研究以《2020年黃河羊曲水電站工程環境影響報告書》所提到的羊曲水電站建設淹沒影響范圍為研究區，研究區總面積481.90 km2，涉及7個鄉鎮和22個村落，其陸生生態系統中林地面積40.33 km2，占研究區總面積的8.37%；耕地面積38.55 km2，占研究區總面積的8.00%；草地面積361.37 km2，占研究區總面積的74.99%。本研究對羊曲水電站建設淹沒影響區域內陸生生態系統開展研究，評估研究區內林地、耕地和草地的生態功能變化。

2" 數據來源與研究方法2.1" 數據來源

本研究所使用的數據主要包括實地考察數據、土地利用數據、社會經濟統計數據、高清遙感影像和數字高程數據等，數據的操作處理在軟件ENVI 5.3、ArcGIS 10.6、IDRISI Selva 17.0中進行。其中，土地利用數據是通過高清遙感影像解譯獲得，分類影像的總體分類精度為97.12%，Kappa系數為0.948 5，可以反映研究區內的土地利用情況。社會經濟統計數據主要來自《海南州2020年國民經濟和社會發展統計公報》《2021中國農產品價格調查年鑒》《2021年青稞產業分析簡報》等，考慮到數據的可獲取性和研究區的特點，本研究選取的糧食作物有小麥、青稞、馬鈴薯。高清遙感影像在USGS（https：//www.usgs.gov/）上下載，數據集為“Landsat 8 OLI_TIRS 衛星數字產品”，對下載的影像進行遙感解譯處理，獲得研究區的土地利用情況。此外，DEM數據在地理空間數據云（https：//www.gscloud.cn）上下載，影像數據集為“ASTER GDEM 30 m分辨率數字高程數據”。

2.2" 評價指標體系構建

生態功能所體現的生態系統服務價值可以體現自然資產對人類福祉的重要性［15］。在構建生態功能評價指標體系時，本研究遵循科學化、規范化的原則進行選取，參考聯合國千年生態系統評估項目，將生態功能劃分為供給功能、調節功能、文化功能和支持功能，在四大功能的基礎上，考慮到羊曲水電站建設淹沒影響范圍內的實際情況，對其進行進一步細化，將四種生態功能劃分為十小類，包括食物生產、原材料生產、氣體調節、氣候調節、水源涵養、廢物處理、娛樂文化、土壤形成與保護、生物多樣性保護和維持養分循環［12，16］。

2.3" 生態功能價值核算

生態功能價值可近似定義為人類能夠從區域獲取的生態系統產品和服務的價值，本研究參考借鑒COSTANZA et al.［5］和謝高地等［9］等的研究成果，基于專家知識設定的價值當量因子法對生態功能價值進行核算，利用林地、耕地和草地生態系統的生態功能價值核算總和替代研究區陸生生態系統生態功能價值。計算公式為

ESVi=∑nj=1Mij×E×Si（1）

式中：ESVi為研究區內i類生態系統的生態功能價值，單位元；Mij為i類生態系統的j類生態功能價值系數；n為生態功能的種類總數，n=10；E為單位面積糧食產量的經濟價值，單位元/hm2；Si為研究區內i類生態系統的面積，單位hm2。

為了更加全面地評估羊曲水電站建設對生態功能的影響，保證生態功能經濟價值計算的正確性和科學性，本研究結合實地考察結果，并走訪相關專家和學者，對價值當量因子法計算過程中涉及的價值系數和經濟價值進行修正。參考青海省人民政府官網發布的《青海省第三次全國國土調查主要數據公報》對價值系數進行修正，結合無人力投資的自然生態系統的輸出價值約為農田糧食生產服務價值的1/7對經濟價值進行修正［13］。修正公式分別為

M1=80.24%×a+19.76%×（b+c+d）3（2）

M2=68.61%×e+31.39%×f（3）

M3=92.89%×g+7.11%×（h+m）2 （4）

E=17×∑ok=1PkYkSk（5）

式中：M1為林地價值系數；a為灌木林價值系數；b為針葉林價值系數；c為針闊混交林價值系數；d為闊葉林價值系數；M2為耕地價值系數；e為旱地價值系數；f為水田價值系數；M3為草地價值系數；g為草原價值系數；h為灌草叢價值系數；m為草甸價值系數；o為主要糧食作物種類（小麥、青稞、馬鈴薯）數量，o=3；Pk為第k類糧食作物的單價，單位元/t，本研究價格水平參考《中國農產品價格調查年鑒2021年》；Yk為第k類糧食作物的產量，單位t；Sk為第k類糧食作物的耕種面積，hm2。

2.4" 生態功能價值損失

黃河羊曲水電站投入使用后會淹沒上游一定區域的陸生生態系統，由此原本的林地、草地和耕地將被水體覆蓋，陸生生態系統將轉變為水生生態系統，在此過程中將產生一定的生態功能變化。本研究基于專家知識的方法，結合研究區的實際情況，量化了水電站建設對陸生生態功能的影響，計算公式為

ESVChange=ESVWater-ESVTerrestrial_Sum（6）

式中：ESVChange為淹沒前后變化的生態功能價值總量，單位元/hm2；ESVWater為淹沒后水生生態系統的生態功能價值總量，單位元/hm2；ESVTerrestrial_Sum為淹沒前陸生生態系統的生態功能價值總量，單位元/hm2。

3" 結果與分析

3.1" 生態功能現狀分析

本研究結合羊曲水電站建設淹沒影響區域的實際情況，并對相關專家和學者進行走訪，得到了研究區內林地、耕地和草地的生態功能價值占比，見圖2。從圖2可以看出，林地和草地的生態功能分布情況比較接近，耕地與兩者差異較大；林地主要的生態功能為調節功能，其中氣候調節的生態功能價值占比最大，其次是水源涵養，之后是支持服務的土壤形成與保護；與林地相比，耕地的供給服務價值占比較高，以食物生產和原材料生產為主，研究區內耕地的主要作物有小麥和青稞等；草地的生態功能價值占比與林地接近，但是供給服務價值占比略高。

進一步對研究區內陸生生態系統生態功能價值進行劃分，根據專家知識評估方法，假定耕地的食物生產的價值系數為1，以此為基礎得到不同地類不同生態功能的價值系數，見圖3。研究發現，林地和草地的生態功能單位價值量差異明顯，相較之下，林地可以提供

更多的生態功能價值，如氣候調節、水源涵養、土壤形成與保護、生物多樣性保護等。耕地的食物生產功能價值明顯高于林地和草地，作為糧食生產的重要地類，為人類生存提供了大量的糧食。林地的原材料生產功能價值略高于耕地，這與林地所產生的木制品被廣泛應用息息相關。此外，調節功能、支持功能和文化功能價值的分布情況接近，林地最高，其次是草地，耕地最低。

3.2" 生態功能影響分析

黃河羊曲水電站建設淹沒影響范圍涉及興海縣、同德縣和貴南縣3個縣。研究中對淹沒前各行政單元的生態功能價值進行量化分析，得到了各行政單元內林地、耕地和草地的生態功能價值損失情況。研究表明在縣域尺度上，興海縣和同德縣受到的生態功能影響較大，林地的生態功能損失情況接近；同德縣耕地的生態功能價值損失高于興海縣，草地的生態功能價值

損失低于興海縣；相比于興海縣和同德縣，貴南縣的生態功能價值損失較低。在鄉鎮尺度上，研究區內巴溝鄉的生態功能損失最高，與其情況接近的是唐乃亥鄉，其次是河卡鎮、曲什安鎮和塔秀鄉，茫拉鄉和尕巴松多鎮的生態功能價值損失較低；巴溝鄉林地和草地的氣候調節功能價值損失較高，耕地的食物生產功能和水源涵養功能價值損失較高。

3.3" 未來生態狀況預測

經過對淹沒影響區進行實地考察，以及參考高清衛星遙感影像，研究區陸生生態系統多樣，林地、耕地和草地等地類豐富，庫首兩岸有林地分布，庫中至庫尾的沿河兩岸耕地較多，尤其研究區草地面積最大，遍布庫首、庫中和庫尾。當水電站大壩建成蓄水后，原有的陸生地類將被水體取代，淹沒區陸生生態系統消失，由此產生了更大面積的水生生態系統。相比陸生生態系統，水體具有豐富的水資源，氣體調節、氣候調節和水源涵養功能較強；水體的其他生態功能也與陸生生態系統差異顯著，比如水體的娛樂文化功能，水體景觀如江河湖海，在進行合理的開發后，提供給人類的休閑娛樂服務將得到顯著提升。

3.4" 生態功能變化

當羊曲水電站投入使用后，水體將破壞原有的陸生生態系統。在投入使用前期，新產生的水生生態系統生態功能較弱，但是隨著時間的推移，水生生態系統的生態功能有望逐步增強，從而部分彌補對陸生生態系統生態功能損失的影響。羊曲水電站的投入使用會對其淹沒區的生態功能造成一定程度的影響，如損失林地的氣體調節功能、耕地的食物生產功能和草地的土壤形成與保護功能等，但是也會提高水體的氣體調節、氣候調節和水源涵養功能等。黃河羊曲水電站建設對陸生生態系統造成的損失不容忽視，因此應當在淹沒影響區以外的區域植樹造林、開墾耕地、保護天然牧草地、培植人工牧草地，從而改善生態環境，促進區域可持續發展。

4" 結束語

結合黃河羊曲水電站建設淹沒影響區域內實際的自然環境，依據遙感解譯的高精度土地利用影像，對研究區陸生生態系統的生態功能價值進行評估，得到區域內林地、耕地和草地的生態功能現狀，并預測水電站投入使用后對陸生生態系統的影響。研究發現，研究區內林地和耕地的面積接近，但是林地的生態功能價值更高，其主要的生態功能體現為調節功能和支持功能。耕地與林地和草地的生態功能價值差異明顯，耕地的供給功能價值較高，更加印證了耕地是食物生產的重要地類。水電站建設淹沒影響區涉及的3個縣中同德縣和興海縣受影響區域面積較大。當水電站投入使用后水體將淹沒研究區的陸生生態系統，初期會造成生態功能降低，但是隨著自然演變和人類管理，有望逐漸彌補部分生態功能損失。本研究較為準確地評估了羊曲水電站建設淹沒影響范圍內陸生生態系統現狀，并對水電站投入使用后淹沒區域的生態功能進行預測，對比了淹沒前后的變化，分析了水電站工程建設所帶來的環境影響，可為此類水電工程建設的環境影響評價和后續的生態補償提供科學支撐。

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收稿日期： 2024-09-01

基金項目： 國家自然科學基金項目（32071523）；青海省重大科技專項（2021-SF-A7-2）

第一作者： 劉世隆（1984—），男，陜西咸陽人，高級工程師，學士，主要從事水利水電工程、新能源工程建設管理工作。

通信作者： 劉建（1978—），男，山東萊蕪人，教授，博士，主要從事濕地生態學和生態影響評價研究。

E-mail： ecology@sdu.edu.cn

（責任編輯" 李楊楊）