南水北调中线工程水土保持林草措施生态服务功能价值研究

张 璐，解翼阳

(华北水利水电大学 资源与环境学院，河南 郑州 450045)

南水北调工程作为举世瞩目的重大水利工程，除工程本身外，其相关的生态环境问题也是专家学者研究的热点。以南水北调中线工程来说，其南自河南南阳盆地，北至北京、天津市平原区，工程建设对沿线生态环境的影响不容忽视。为此，除工程主体设计外，还制定了水土保持等一系列生态环境保护对策。而如何对这些生态环境保护对策所发挥的效益进行科学合理的评价，正是本文关心的问题。

1997年Costanza等对全球主要类型的生态系统服务功能的价值进行了评估，使全球的生态系统价值评估提高到一个全新的水平。此后，生态系统服务功能理论也被引入相关领域，用于相关领域的生态服务功能价值的研究。在我国，余新晓等以水土保持学、生态学和生态经济学理论为指导，提出了水土保持生态服务价值的概念，认为水土保持生态服务价值估算是在特定尺度和区域范围内,将水土保持措施为人类和社会提供的服务进行货币化计量的研究，具体评价内容包括保持和涵养水源价值、保持和改良土壤价值、固碳供氧价值、净化空气价值、防风固沙价值、维持生物多样性价值等6个方面[1]；并且考虑到水土保持措施体系中工程、林草、农业三大措施的作用原理和作用发挥的不同，分别给出了各自的生态服务功能价值评估方法[2-3]。在吴岚等的研究中，将水土保持林草措施生态服务功能具体地描述为保持和涵养水源功能、保持和改良土壤功能、固碳供氧功能、净化空气功能、防风固沙功能、维持生物多样性功能和维持环境景观功能[3]。高照良等对水土保持工程措施生态服务功能如何进行物质量化进行了研究[4]。盛莉等进而运用模型和以上理论对2001年全国水土保持生态服务功能价值进行了估算[5]。闫峰陵等评估了规划实施的丹江口库区水土保持近期项目的生态服务功能价值[6]。

可以说，目前我国这方面的研究还较少，仅初步建立了水土保持生态服务价值评价体系和评价方法，并进行了少数几个典型研究。那么，水土保持措施不同的服务功能在计算物质量和价值量的时候，其每个指标的单位价值量该如何选取呢？例如，不同地区，不同措施，同一地区不同措施，或者同一地区不同林种，所选取的单位价值量肯定应有所区别，这些都是值得仔细探讨的。另外，是否每个地区和项目的水土保持措施在计算其生态系统服务功能时，所计算的生态服务功能都必须一致呢？例如，线型工程所营造的水土保持林和大面积的水土保持林，其林地面积、结构等是有重大区别的。林地普遍具有的生态服务功能我们都已经了解，但是，在具体计算某一特定工程的特定林型、特定林种时，是不是应区别对待呢？这些问题都是值得我们认真思考的。

本文分析了在计算线型工程水土保持林草措施生态服务功能时应注意的问题，并以南水北调中线工程水土保持林草措施为例，探讨了其生态服务功能结构及计算方法，并计算了其生态服务功能总价值。

1 生态服务功能价值评估体系

根据国家林业局颁布的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)，森林生态系统服务功能主要包括森林在涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等方面提供的生态服务功能；森林生态系统服务功能评估即对森林服务功能开展的实物量与价值量进行评估。

本研究中的水土保持林是指南水北调中线一期工程实施过程中，为保护环境在干渠沿线实施的水土保持措施中增加的水土保持林。由于南水北调中线一期工程的水土保持林是线性分布在供水线路两侧的，线路较长，但并未形成大片林地，涵养水源作用并不突出，所以对于水土保持林非常重要的涵养水源功能所带来的效益本文暂不予考虑。另外，根据研究目的，本研究探讨的仅是南水北调中线一期工程水土保持林草措施实施后所产生的生态服务功能价值，即其对受水区带来的生态环境方面的效益，故不考虑其积累营养物质、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等方面的功能。经分析，本研究仅探讨水土保持林草措施的土壤保持、固碳释氧、净化大气环境三方面的生态服务功能。其价值评估即对水土保持林草措施生态服务功能的物质量与价值量进行评估，评估方法和单位价值量参考《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)，不足部分结合国内相关区域研究成果进行补充。

2 生态服务功能价值评价方法

根据上文分析，南水北调中线工程水土保持林草措施生态系统服务功能价值(R)主要包括土壤保持价值(B)、固碳释氧价值(C)、净化大气环境价值(D)三方面，用公式可表示为

R=B+C+D

2.1 土壤保持价值

水土保持林土壤保持价值(B)主要包括固持土壤价值、保肥价值和防止泥沙滞留和淤积的价值，评估方法如下。

2.1.1 固持土壤价值(B1)

(1)固持土壤物质量为

(1)

(2)固持土壤价值量为

B1价=B1实÷ρ÷h×S11

(2)

式中：B1价为水土保持林固持土壤价值，元/a；B1实为水土保持林年固土量，t/a；ρ为土壤密度，按全国土壤耕作层平均土壤密度1.185 t/m3计算；h为林地的土层厚度，以我国耕作土壤的平均厚度0.5 m作为林地的土层厚度；S11为我国林业生产的年平均收益，根据调查，取S11=263.58元/hm2。根据土壤侵蚀量和土壤耕作层的平均厚度来推算土地面积减少量，可计算出每年可能保持的土壤面积，对林地采用其生产的机会成本，即可估算林地固持土壤的经济价值[3]。

2.1.2 保肥价值(B2)

(1)减少养分流失量为

B2实=A×Q12

(3)

式中：B2实为水土保持林减少养分流失量，t/a；A为水土保持林面积，hm2；Q12为单位面积林地每年防止养分流失的能力，主要包括防止由水土流失造成的氮、磷、钾等营养元素的损失量。据测定,全国范围内土壤中有机质含量为1%，氮含量为0.37%，磷含量为0.108%，钾含量为2.239%[9]。为便于测算，将氮、磷、钾折算成碳酸氢铵、过磷酸钙和氯化钾，其折算系数分别为5.571、3.373和1.667[6]。

(2)保肥效益价值量为

B2价=B2实×S12

(4)

式中：B2价为水土保持林保肥价值，元/a；S12为土壤养分的影子价格，以当年研究区各种化肥的平均价格计取。根据研究区内各县农业生产资料公司数据，经统计平均后，得出碳酸氢铵、过磷酸钙和氯化钾的市场价格分别为590、680和3 300元/t[6]。

2.1.3 防止泥沙滞留和淤积的价值(B3)

(1)防止滞留和淤积的泥沙量。据统计，全国土壤侵蚀流失的泥沙有24%淤积于水库、河湖，则水土保持林防止滞留和淤积的泥沙量可表示为

B3实=B1实×24%

(5)

式中：B3实为水土保持林防止滞留和淤积的泥沙量，t/a；B1实为水土保持林年固土量，t/a。

(2)防止泥沙滞留和淤积的价值量为

B3价=B3实×S13

(6)

式中：B3价为水土保持林防止泥沙滞留和淤积的价值，元/a；B3实为防止滞留和淤积的泥沙量，t/a；S13为防止滞留和淤积的单位质量泥沙的效益，元/t，按照工程替代法，S13以单位库容造价计算，根据1993—1999年《中国水利年鉴》，平均水库库容造价为2.17元/t，计算当年价格指数为2.816，则单位库容造价为6.11元/t。

2.2 固碳释氧价值

固碳释氧价值(C)指水土保持林固定CO2和供给O2的经济价值。

(1)固碳释氧实物量。根据植物光合作用方程式，植物形成1 t干物质需要1.63 t的CO2,放出1.2 t的O2，因此固碳和释放O2实物量计算公式分别为

C1实=A×L×12/44

(7)

C2实=A×L×1.2/1.63

(8)

式中：C1实为固碳实物量，t/a；C2实为释放O2量，t/a；A为增加的水土保持林面积，hm2；L为森林的CO2吸收率，据测定，中国北方森林的CO2吸收率为13.6 t/(hm2·a)。

(2)固碳释氧价值量为

C价=C1实×S21+C2实×S22

(9)

式中：C价为固碳释氧价值，元/a；S21为固碳价格，采用瑞典碳税率，即1 200元/t；S22为生产氧气的价格，根据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)的规定，采用中华人民共和国卫生部网站中2007年春季氧气平均价格，即1 000元/t。

2.3 净化大气环境价值(D)

2.3.1 吸收污染物和滞尘价值(D1)

吸收污染物和滞尘价值主要包括吸收有害气体SO2的价值(D11价)、吸收氟化物的价值(D12价)、吸收氮氧化物的价值(D13价)和吸收粉尘的价值(D14价)。

(1)吸收污染物和滞尘的物质量计算公式为

D1实=D11实+D12实+D13实+D14实=A·Q311+A·Q312+A·Q313+A·Q314

(10)

式中：D1实为吸收污染物和滞尘的物质量，kg/a；A为增加的水土保持林面积，hm2；Q311为单位面积林地吸收SO2的能力，据《中国生物多样性经济价值评估》中的数据，阔叶林吸收SO2的平均值为88.65 kg/(hm2·a)，针叶林吸收SO2的平均值为215.60 kg/(hm2·a)，本文取其较小值88.65 kg/(hm2·a)；Q312为单位面积林地吸收氟化物的能力，据北京市环境保护科学研究所测定，阔叶林和针叶林吸收氟化物平均值分别为4.65、0.50 kg/(hm2·a)，本文取其较小值0.50 kg/(hm2·a)；Q313为单位面积林地吸收氮氧化物的能力，据测定，森林的氮氧化物吸收量为6.0 kg/(hm2·a)；Q314为单位面积林地吸收粉尘的能力，据《中国生物多样性经济价值评估》中的数据，针叶林的滞尘能力为33.2 t/(hm2·a)，阔叶林的滞尘能力为10.11 t/(hm2·a)，本文取其较小值10.11 t/(hm2·a)。

(2)吸收污染物和滞尘的价值量计算公式为

D1价=D11价+D12价+D13价+D14价=D11实·S311+D12实·S312+D13实·S313+D14实·S314

(11)

式中：D1价为吸收污染物和滞尘的价值，元/a；S311为SO2排污费收费标准，根据《排污费征收标准及计算方法》中相应的排污费收费标准，为1.2元/kg；S312为氟化物排污费收费标准，为0.69元/kg；S313为氮氧化物排污费收费标准，为 0.63 元/kg；S314为一般性粉尘排污费收费标准，为0.15元/kg。

2.3.2 降低噪音价值(D2)

目前对森林生态系统降低噪音价值的估算方法是以造林成本的15%计，本研究也以此作为估算减弱噪音价值的标准。用公式表示为

D2价=A×Q32×S32×15%

(12)

式中：D2价为减弱噪音价值，元/a；A为增加的水土保持林面积，hm2；Q32为成熟林单位面积蓄积量，综合国内研究和统计数据，取80 m3/(hm2·a)；S32为成熟林单位蓄积量价值，以平均造林成本240.03元/m3计。

3 生态服务功能价值评估

根据《南水北调中线一期工程可行性研究总报告》水土保持篇中的设计，中线一期工程共植苗造林31 266 470株，按平均2 m×3 m的株行距计算，共18 759.882万m2，幼林抚育335.88万m2，主要在河南、河北两省范围内。因此，中线一期工程由于治理水土流失在受水区增加的水土保持林面积为19 095.76万m2，即19 095.76 hm2。根据公式(1)—(12)，计算出水土保持林效益见表1，则南水北调中线一期工程水土保持林草措施年度生态系统服务功能价值为37 766.07万元。

表1 南水北调中线工程水土保持林草措施每年生态服务功能物质量、价值量

4 结 语

水土保持措施生态服务功能价值研究在我国还刚起步，很多指标选取、单位价值量估算、物质量及价值量计算方法等问题还有待进一步研究，不同工程、不同地点、不同结构的水土保持措施所发挥的生态服务功能在评价上如何区别也是值得研究的。本研究作为线型工程水土保持林草措施生态服务功能价值评估的一个示例，可为科学评价南水北调中线工程水土保持林草措施生态效益提供科学依据，并可为开发建设项目水土保持措施效益评价以及调水工程生态补偿提供思路。

[参考文献]

[1] 余新晓,吴岚,饶良懿,等.水土保持生态服务功能价值估算[J].中国水土保持科学,2008，6(1):83-86.

[2] 余新晓,吴岚,饶良懿,等.水土保持生态服务功能评价方法[J].中国水土保持科学,2007，5(2):110-113.

[3] 吴岚,秦富仓,余新晓,等.水土保持林草措施生态服务功能价值化研究[J].干旱区资源与环境,2007(9):20-23.

[4] 高照良,田红卫,王冬，等.水土保持工程措施生态服务功能的物质量化分析[J].生态经济,2012(11):149-153.

[5] 盛莉,金艳,黄敬峰.中国水土保持生态服务功能价值估算及其空间分布[J].自然资源学报,2010(7):1105-1113.

[6] 闫峰陵,雷少平,罗小勇,等.丹江口库区水土保持的生态服务功能价值估算研究[J].长江流域资源与环境,2010(10):1205-1210.

[7] 胡甲均,张玉华.丹江口库区及其上游水土流失现状及防治对策[J].中国水利,2003(7):47-49.

[8] 李伟丽.南水北调中线水源区南阳市的水土流失及防治对策[J].中国水土保持,2009(9):36-38.

[9] 侯元兆,张佩昌,王琦,等.中国森林资源核算研究[M].北京:中国林业出版社,1995.