赣江上游流域水土保持效益评价

黄 达，张 翔，夏 军，杨 洁，汤崇军，肖 汐

(1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072；2.江西省水土保持科学研究院，江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，南昌 330029)

0 引 言

随着社会对水保措施以及生态环境的重视，赣江上游流域的生态环境近年来有了明显改善，同时还促进了其经济和社会的发展，因此相应的评价工作显得尤为重要。国外学者对水保效益方面进行了广泛的关注和研究，Balana等[1]通过经济、社会、环境等11个指标，运用市场价格法对埃塞俄比亚北部水土保持措施进行了效益评价，讨论了贴现值与折扣率的敏感性，Hunink等[2]通过流域上下游5个指标，在肯尼亚上塔纳盆地用GBAT工具包评估了水保措施(绿色水资源计划)的可行性，Mishra等[3]通过经济、社会、环境、时间等6个指标，对研究区实施的各种水保措施的主要成本和效益进行了量化。同时国内学者也对水保效益做了许多研究，杨洁等[4]在红壤地区对山边沟、草沟、梯壁植草、草路、生态经济果园、水土保持植物优化等技术进行了效益评价，郑国权[5]等对广东省小流域在生态效益、经济效益、社会效益、防洪减灾四个方面产生的生态效益进行了计算。虽然关于水保效益的研究较多，但是关于赣江流域等植被覆盖度高的地方研究较少，且目前很少有研究考虑土地的机会成本，因此本文对赣江上游流域的水土保持效益进行评价，以期为相关的研究提供参考。

1 研究区域与数据

1.1 研究区概况

赣江上游流域位于江西省南部(113°54′～116°38′E，24°29′～27°09′N)，赣州市境内，总面积约35 699 km2，占赣州市面积的90.65%。地形起伏较大，主要以山地、丘陵为主。气候属中亚热带温暖湿润季风气候，年均温约16.3～19.5 ℃，自北向南递增。年降水量较为丰沛，在1 341～1 943 mm之间，降雨季节分配不均，其中4-6月约占42%～53%。土壤以红壤为主。由于近年来有效的开展了水土保持措施，上游输沙量有明显减少[6]。

1.2 数据来源

该流域新增林木面积、林木效益、作物效益以及播种面积均来源于江西省统计年鉴(2014-2015年)，护林人员数量来源于江西省林业局，最低工资水平来源于赣州市人社局，土壤含水率以及有机质含量来源于中国土壤数据库(http:∥vdb3.soil.csdb.cn/)。

2 研究方法

本文主要采用成本效益分析(CBA)的理论来量化生态效益的评价指标，通过单项指标的效益计算，综合运用市场价格法、对比分析法来评估该流域的水土保持成本效益。

2.1 CBA经济学理论

CBA是一种应用经济学工具，通常被用于指导经济主体的资源分配或投资项目，通过评估社会资源分配以及政策的选择对未来利益的影响，并将经济效率告知决策者。目前已广泛应用于自然资源保护政策领域。基本原理来源于Kaldor和Hicks制定的潜在补偿原则，如果利益可以补偿成本，并导致帕累托最优结果，就表明决策具有效率[7]。

2.2 指标体系建立

根据CBA原则，效益分为直接经济利益和间接经济利益。水土保持直接经济利益主要是以下几个方面：防止土壤流失，保持或增加了土壤的含水量，保护或增加了土壤的深度，防止了土壤养分的流失，增加了土壤的有机质。通过改善土壤的质量、含水量、有机质，土壤生物量与生产力也会随之增加，从而带来的经济效益便是本文中流域内水土保持后增加的直接生态效益。间接效益，如对空气的净化、碳固存、气候调节等。针对赣江上游流域植被覆盖率高、生态环境良好等实际情况，以《水土保持学》、《水土保持综合治理效益计算方法(GB/T 15774-2008)》为基准，涵盖调水保土效益、生态效益、经济效益、社会效益等4个效益方面和1个土地机会成本支出，着重考虑指标的代表性，剔除重复性指标，按照客观性、独立性、层次性、可操作性、可量化性的原则选取了9个指标建立综合评价体系对该流域水土保持效益进行评价，见图1。

2.3 评估方法

本文在分析了单项效益加和法、关联矩阵法、模糊评价法、灰色系统法、主成分分析法5种方法[8-12]之后，认为单项效益加和法有简单清晰、直观的优势，因此，本文结合CBA方法，在采用单项指标的效益计算上综合运用市场价格法、对比分析法来进行赣江上游流域水保的效益评价。将各项指标进行量化，分析比较保土调水效益、生态效益、社会效益、经济效益的贡献率。通过分析成本与收益的净现值(NPV)，为水土保持效益的评价提供参考。

3 流域综合效益评价

3.1 保土调水效益

保土调水效益分为保土效益和调水效益。保土效益一般用水保措施保持土壤的量折换为耕作农田产生的效益来计算，但本文基准年只有1年，即便土壤存在流失，也可以在原来基础上进行种植，因此本文保土的效益作为提高土地生产效益来进行计算。调水效益通过保持土壤来增加土壤水量来体现其效益，用农村灌溉用水成本价值来替换，如公式(1)：

U调水=C灌溉×P

(1)

式中：U调水表示调节水量价值，元/a；C灌溉表示农村灌溉用水单价，元/m3；P表示涵养水源量，m3。

从中国土壤数据库得出赣江上游的土壤质量含水率为24.6%；据丁倩倩等[7]的研究，得出赣江上游流域年均减沙量为3.4 亿t，假设这部分减少的泥沙量可以用来保持水分，得出该流域年均多保持0.836 4 亿t水量；2015年农村灌溉用水价格为0.56 元/m3；最后得出2015年的U调水效益为0.468 亿元。

3.2 生态效益

3.2.1 保肥效益

保肥效益主要通过流域林草覆盖率的提高，导致土壤有机质含量增加来进行计算。运用价值替代法，用土壤有机质含量替换为化肥量来计算效益，公式如下：

U保肥=a有机肥hA增加林分ρk

(2)

式中：U保肥表示保肥效益，元/a；a有机肥表示有机肥价格，元/t；h表示保留土壤厚度，m；A增加林分表示增加林分面积，hm2；ρ表示土壤容重；k表示土壤有机质含量，据中国土壤数据库，取4.13%。

a有机肥的市场价格为680 元/t，h一般取0.3 m，A增加林分在2015年为3.411 万hm2，ρ取1.25 t/m3，计算得U保肥为0.359 亿元。

3.2.2 年固碳效益

U碳=AC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)

(3)

式中：U碳表示林分固碳效益，元/a；A表示新增林地面积，hm2；C碳表示为固碳价格，元/t；R碳表示为CO2的碳含量，为27.27%；B年表示林分净生产力，t/(hm2·a)；F土壤碳表示土壤单位面积固碳量，t/(hm2·a)。

根据赣江上游流域增加的林业面积为3.411 万hm2，B年取16.81 t /(hm2·a)，F土壤碳取1.48 t /(hm2·a)，固碳价格取1 200 元/t[13]，因此总的固碳效益为3.66 亿元。

3.2.3 年释氧价值

U氧=1.19C氧AB年氧

(4)

式中：U氧表示林木释氧效益，元/a；A表示新增林地面积，hm2；B年氧为林木单位面积释氧量，t/(hm2·a)；C氧为氧气价格，元/t。

单位林木面积释氧量取5.589 t/(hm2·a)，氧气价格取1 000 元/t[13]，增加的林业面积为3.411 万hm2，得出年释氧价值1.05 亿元。

3.2.4 吸收污染气体及滞尘效益

Ug+d=∑KiQiAi

(5)

式中：Ug+d表示森林吸收SO2、氯化物、氮氧化物及滞尘价值，元/a；Ki表示不同污染物治理费用，元/kg；Qi表示不同类型林木吸收SO2、氯化物、氮氧化物的量，kg/(hm2·a)；Ai表示不同林分面积，hm2。

针叶林、混交林、阔叶林、灌木林对SO2的吸收能力分别为215.60，152.18，88.65，152.18 kg/(hm2·a)；滞尘能力分别为33 200，10 110，21 700，21 700 kg/(hm2·a)[14]。阔叶林和针叶林吸收氯化物平均值分别为4.65，0.500 kg/(hm2·a)，森林吸收NOx量为6 kg/(hm2·a)。我国SO2、氟化物、氮氧化物、一般粉尘的排污收费标准分别为1.2，0.69，0.63，0.15 元/kg[13]。

2015用材林新增2.146 万hm2、防护林新增0.836万hm2、薪炭林新增0.01 万hm2、经济林新增0.419 万hm2，其中根据用材林在赣江流域主要以毛竹林为主，根据毛竹林的特点，划归到针叶林，薪炭林划归到阔叶林，经济林划归到灌木林、防护林划归到防护林，计算得到吸收污染气体的效益为1.415亿元。

3.3 经济效益(林木效益)

指一定时期内(通常为1年)以货币表现的林业物质生产部门和非物质生产部门的生产总值，包括林业第一、第二、第三产业的生产总值，已包括所有的经济果林、用材林等一切林业价值。其公式为：

U2015赣江上游=U赣江上游ab

(6)

式中：U2015赣江上游表示2015年赣江上游流域水土保持增加的林木效益，亿元/a；U赣江上游表示赣江上游2015年总的林木效益，亿元/a；a为占比系数；b为新增林木成才年限的倒数(赣江上游2015年新增林木主要为毛竹，生长年限为9年，故b取1/9)。

2015年赣江上游的林业总产值为3 036 亿元，其中林业面积用地总共达到303.912 万hm2，其中2015年新增3.411 万hm2，根据面积以及时间换算，因此2015年水保措施的经济效益为3.778 亿元。

3.4 社会效益

3.4.1 提高土地生产率效益

土地生产率效益为在相同面积土地上，由于水土保持措施实施后，增加作物产值的效益。据2015年江西省统计年鉴，2015年较2014年农业粮食作物产值增加32 897 万元，多播种面积455.4 万hm2。因此应减掉多播种面积产生的作物效益。公式如下：

U土地生产率=U2015作物效益-U2014作物效益-S面积a水稻价格

(7)

式中：U土地生产率表示2015年提升的土地生产率效益；U2015作物效益表示2015年农业粮食作物产值；U2014作物效益表示2014年农业粮食作物产值；S面积表示2015年比2014年多播种的面积；a水稻价格表示水稻单价(3.14 元/kg)(由于赣江上游流域粮食作物主要为水稻，故假设多种的面积均种植水稻，水稻产量一般为 7 t/hm2)。故U土地生产率为1.002 亿元。

3.4.2 劳动力成本

水土保持措施需要人力的维护，即应该在社会效益里扣除劳动力成本。

U劳动力=X工资R人数t时间

(8)

式中：U劳动力表示劳动力成本；X工资表示单位时间工资，元/h；R人数表示从事管理水土保持后的措施的人数；t时间表示人均从事工作的时间，h。

据江西省林业局统计，省年均新增生态护林员人数3 500 名，由于其属于脱贫任务，工资水平将按照赣州最低工资待遇保障来进行计算，赣州市人社局的数据是1 470 元/月。赣州流域面积占整个江西省面积的20%，因此假设赣江上游国家新增生态护林员人数700 名，计算得知2015年赣江上游关于生态效益劳动力成本的花费是0.125 8 亿元。

3.5 土地机会成本

如果将高产土地用于林地开发，将会放弃原有较高的土地作物效益。相反，若林地开发用的是生产力较低的边际土地，则土地机会成本较低。这里考虑3种潜在的土地生产力场景：1是生产力较低的土地，2是半生产土地，3是生产性土地。其中假设情景1的土地机会成本为生产性农田估计价值的1/10，情景2为生产性农田估计值的1/3[15]，情景3为生产性农田转变为林地，本文1 hm2土地的机会成本为每公顷的净作物收入。

U土地机会成本=(s1×0.1+s2/3+s3)a作物效益

(9)

s1+s2+s3=34.11

(10)

式中：s1、s2、s3分别为生产力较低的土地、半生产土地、生产性土地的面积，3者之和等于2015年新增的林地面积，即3.411 万hm2。生产用地的机会成本按照一般农田水稻单产计算(水稻产量一般为7 t/hm2)。

由于土地机会成本的不确定性，因此有必要进行相关的情景分析，如表1。本文在计算NPV值时只考虑流域内直接的经济效益，不考虑间接效益。本文直接经济效益为除了净化空气的水保效益，为5.481 亿元。当转换前的土地全部为生产用地时，NPV值为负值，表明经济效率为负值，不符合经济学原则；生产用地占比越低，NPV值越大；在生产用地为60%，半生产用地为20%，非生产用地为20%时，NPV值接近于0，表明情景3为一个界限值。

表1 土地机会成本情景

由于国家对基本农田的保护以及赣江上游流域独特的气候条件、地理位置以及生态环境，所以土地机会成本情景6最符合实际情况，即转换前所有的土地均为半生产用地，得出NPV值为2.982 亿元，表明2015年赣江流域的水土保持措施有明显的效益。

3.6 评价结果

本文通过对调水保土效益、生态效益、经济效益、社会效益、土地机会成本5个方面的研究，得出2015年赣江上游流域调水保土效益为0.468 亿元、生态效益为6.484 亿元、经济效益为3.778 亿元、社会效益为0.876 亿元、土地机会成本为2.499 亿元，见图2，生态效益>经济效益>社会效益>调水保土效益。即2015年赣江上游流域水土保持措施得到的总效益为9.107 亿元，其中直接经济效益为5.481 亿元，间接经济效益(净化空气效益)为3.626亿元。

图2 赣江上游流域水土保持效益价值

4 讨论与结论

4.1 讨 论

(1)自赣江上游流域实施水保措施以来，其生态环境、输沙量等指标都得到了明显的改善，随着水保措施的进一步实施，生态效益和经济效益将更加明显，也将为整个江西省的水土保持提供一定的示范价值。

(2)水土保持生态效益的评价以及指标的选取已有较多的研究，但由于赣江上游流域自身有着独特的规律，整个流域的林地覆盖率为66.01%，其生态环境较好，因此对于这些地区来说，其水保效益需要着重考虑林木产生的价值以及土地机会成本指标，进而促成良性的经济效率，对水保造林具有很重要的现实意义，本文还对提高的土地生产效益计算进行了改进。

(3)为研究资料和时间所限，水土保持的其他效益，如减轻下游泥沙淤积效益(下游泥沙淤积可能对水利工程造成损失，但也由于下游连接鄱阳湖从而有利于形成冲击平地，故指标很难量化)、消除噪声效益以及调节局部气候等问题目前尚不能量化指标进行计算，因此本文的计算成果比实际的水保效益偏小一些，有待以后进一步研究。

4.2 结 论

(1)2015年赣江上游流域水土保持措施得到的总效益为9.107 亿元，其中直接经济效益为5.481 亿元，间接经济效益(净化空气效益)为3.626 亿元；该流域水土保持措施产生的生态效益>经济效益>社会效益>调水保土效益，分别为6.484、3.778、0.876、0.468 亿元，利益占比分别为55.87%、32.55%、7.55%、4.03%。

(2)若转化为林地的土地全部为生产用地时，土地机会成本达到7.497 亿元，NPV值为-2.016 亿元，不符合经济规则；土地机会成本的情景分析表明，转化林地前的土地中非生产用地的比例越高，NPV值将越高，越具有经济效率。