大凌河上游流域水土保持效益评价

李树彬

(北票市农业农村局，辽宁 朝阳 122100)

1 研究区概况

1.1 流域概况

大凌河流域属辽宁省西部最大的河流，地处E118°53′-121°52′、N40°28′-42°38′，全长23235km2。流域左侧河网水系密布，有细河、老虎山河、第二牤牛河、凉水河子河等支流，河网水系如图1所示。

图1 大凌河流域水系图

大凌河上游分南、西两支，南支发源于建昌县水泉沟，西支发源于平泉县泉子沟，两支于喀左县大城子镇东南汇合，流经朝阳、北票、凌海、义县等市县后注入渤海，其主要地点流域特性见表1。

表1 大凌河各主要站流域特性表

根据各河段特点，可以将大凌河划分成河源段和上游、中游、下游段。其中，大凌河上游段为宫山咀水库坝下至阎王鼻子水库段，河道平均比降1.5‰左右，穿行于山谷之间，属山区性河流，上游段河长156.8km。河宽变化较大处于300-1500m之间，主槽宽10-60m范围，弯曲系数1.84，入汇河流主要有老虎山河、大凌河西支、渗津河、第二牤牛河，主要流经宫山咀乡、乌兰河硕蒙古族乡、台子乡、木头城子镇、东哨乡、水泉乡、南哨乡、大平房镇、南公营子镇、喀左县城、建昌县城等。上游流域属中温带季风气候，多年平均降水量500mm，蒸发量1700mm，受季风气候影响年际降水变化较大，丰、枯年降水量之比最高达3倍，全年70%-80%降水集中于6-9月。土壤以褐土为主要土类，包括草甸土、褐土和风沙土，分布于山前倾斜平原、丘陵上部、高阶地上和石质丘陵中下部。近年来，实施的水土保持工程有效减少了上游输沙量。

1.2 数据来源

该流域新增播种面积、林木面积、作物效益和林木效益等数据均来源于辽宁省统计年鉴(2017-2018年)，辽宁省林业局、人社局提供护林人员数量和最低工资水平等数据，从中国土壤数据库下载土壤含水率、有机质含量等数据。

2 研究方法

2.1 CBA经济学理论

针对生态效益各项评价指标考虑利用CBA经济学理论来量化分析，通过计算单项指标效益综合评估大凌河上游流域水土保持成本效益，应用的方法有对比分析法、市场价格法等[1-2]。其中，CBA经济学理论是一种通过评估未来利益受政策选择和社会资源分配的影响，并向决策者告知经济效率的应用经济学工具，对于指导经济主体的项目投资或资源分配具有较好的实用性，在环境保护、资源开发等政策决策领域已有广泛应用[3]。潜在补偿原则为CBA的基本原理，若利益能够补偿成本且达到帕累托结果最优则代表决策具有效率。

2.2 效益评价体系

将水土保持效益依据CBA潜在补偿原则，可以划分成直接和间接经济效益[4]。其中，直接经济效益一般体现在：增加土壤有机质、防止土壤流失或土壤养分流失、增加或保护土壤的深度和含水量，而土地生产力、土壤生物量会随着土壤含水量和质量的改善不断增加，由此产生的经济利益即为水保措施带来的直接生态效益；间接经济效益一般体现在：气候调节、空气净化、碳固村等方面[5-6]。根据大凌河上游流域生态环境良好、植被覆盖率高的实际情况，以《水土保持学》为基准，涵盖1个土地机会成本支出和生态、经济、社会、调水保土等4个效益方面，遵循代表性、层次性、客观性、独立性、可操作性、可量化性等原则，剔除重复性参数后最终确9个水保效益评价指标，如图2。

图2 大凌河上游流域水保效益评价体系

2.3 评价方法

通过全面分析灰色系统法、单项效益加和法、主成分分析法、关联矩阵法和模糊评价法5种方法的优缺点，最终选择简单清晰、结果直观的单项效益加和法。因此，文章以CBA经济学理论为基础，在精准计算各单项指标效益的基础上，对大凌河上游流域水保效益利用市场价格法、对比分析法进行评价。量化各项指标并比较分析经济、生态、社会和调水保土效益的贡献率，依据成本与收益的净现值(NPV)科学评价流域水土保持效益。

3 流域水土保持效益评价

3.1 调水保土效益

调水保土效益包括调水和保土两个部分，其中调水效益主要体现在土壤保持增加的土壤水量上，可以利用公式(1)计算灌溉成本水价来衡量；保土效益可以用水保措施实施后增加的土壤量折算成的耕作农田，并由此带来的效益来衡量，由于基准期为1年，即使发生土壤流失也可在原地上种植，因此以土地生产效益的提高来计算保土效益。

U蓄水=C灌溉×P

(1)

式中：P为土壤水源涵养量，m3；C灌溉为农田灌溉用水单价，元/m3；U调水为水保措施调水价值，元/a。

从中国土壤数据库下载大凌河上游流域土壤信息，其平均含水率25.1%；结合相关研究成果确定上游年均减沙量为1.6亿t，若泥沙减少量全部用于保持水分，则年均保持水量可达到0.4016亿t；2018年，大凌河流域农田灌溉水价为0.52元/m3，由此可以确定U调水为0.209亿元。

3.2 经济效益(林木效益)

以货币表现的非物质生产部门和林业物质生产部门，在一定时期内(一般取1年)的生产总值，包括所有的用材林、经济郭林等一切林业价值，其表达式为：

U2018大凌河上游=U大凌河上游ab

(2)

式中：U2018大小凌河上游为2018年大凌河上游流域增加的林木效益，亿元/a；U大凌河上游为2018年大凌河上游总的林木效益，亿元/a；a为比例系数；b为新增林木成材年限的倒数，大凌河上游2018年新增林木以针叶林为主，生长年限为8年，因此b=1/8。

2018年，大凌河上游林业总产值为542亿元，林业用地面积总工为54.27万hm2，2015年新增0.609万hm2，按照时间和面积换算2018年经济效益为0.675亿元。

3.3 生态效益

3.3.1 保肥效益

流域林草覆盖率的提高会增加土壤有机质含量，以此来计算保肥效益。采用价值替换法等效替换化肥量和土壤有机质含量，计算公式为：

U保肥=a有机肥hA增加林分ρk

(3)

式中：U保肥为保肥效益，元/a；A增加林分为新增林分面积，hm2，2018年流域新增林分面积0.609万hm2；a有机肥为有机肥价格，元/t，市场价为670元/t；k为有机质含量，中国土壤数据库中k取4.12%；h为保留土壤厚度，m，一般取0.3m；ρ为土壤的容重，取1.28t/m3。经计算，每年保肥效益U保肥为0.075亿元。

3.3.2 年固碳效益

U碳=AC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)

(4)

式中：U碳为林分固碳效益，元/a；C碳为固碳价格，元/a，取1200元/t；A为新增林分面积，hm2，2018年流域新增林分面积0.609万hm2；F土壤碳为单位面积固碳量[t/(hm2·a)]，取1.46t/(hm2·a)；R碳为CO2的碳含量，%，取27.27%；B年为林分净生产力t/(hm2·a)，取16.85t/(hm2·a)。经计算，每年固碳效益U碳为0.654亿元。

3.3.3 年释氧价值

U氧=1.19C氧AB年氧

(5)

式中：U氧为林木释氧效益，元/a；C氧氧气价格，元/t，取1200元/t；A为新增林分面积，hm2，2018年流域新增林分面积0.609万hm2；B年氧为林木单位面积释氧量[t/(hm2·a)]，取3.412t/(hm2·a)。经计算，每年释氧价值U碳为0.297亿元。

3.3.4 滞尘及污染气体吸收效益

Ug+d=∑AiKiQi

(6)

式中：Ug+d为森林吸收氯化物、滞尘、氮氧化物及SO2价值，元/a；Ai为新增不同林分面积，hm2，2018年新增经济林0.075万hm2、薪炭林0.002万hm2、防护林0.149万hm2、用材林0.838万hm2；Ki为不同污染物治理费用(元/kg)，我国一般粉尘、氮氧化物、氟化物、SO2的排污收费标准为0.16、0.65、0.72、1.4元/kg。Qi为不同林分吸收丹阳话务、氯化物、SO2的量[kg/(hm2·a)]，灌木林、阔叶林、混交林、针叶林吸收SO2的能力为152.18、88.65、152.18、215.60kg/(hm2·a)，吸收滞尘能力为21700、21700、10110、33200kg/(hm2·a)，吸收氯化物为6、4.65、6、0.5kg/(hm2·a)。根据大凌河流域实际情况，将经济林规划到灌木林、薪炭林规划到阔叶林、防护林规划到防护林、用材林规划到针叶林，每年吸收滞尘及污染气体效益为0.253亿元。

3.4 社会效益

3.4.1 劳动力成本

由于需要人力维护水保措施，所以社会效益计算时应将劳动力成本扣除，即：

U劳动力=X工资R人数t时间

(7)

式中：U劳动力为劳动力成本，亿元；X工资、R人数为单位时间工资(元/h)和从事水保措施管理的人数；t时间为人均从事管理的时间，h。

结合辽宁省林业局统计资料，全省生态护林员年均新增4000名，以保障最低工资待遇计算工资水平，即1840元/月。按流域面积占全省面积比例计算，所以假设大凌河上游新增生态护林员700名，则2018年需要花费的劳动力成本为0.158亿元。

3.4.2 土地生产率效益

土地生产率效益是指水保措施实施后，相同土地面积上增加的作物产值效益。借鉴2018年辽宁省统计年鉴，2018年农作物播种面积较2017年增加82.7万hm2，农业粮食产值增加5571万元，所以应减去播种面积增加所带来的效益，其计算公式为：

U土地生产率=U2015作物效益-U2014作物效益-S面积a水稻价格

(8)

式中：U土地生产率为2018年土地生产率效益增加值，亿元；U2015作物效益、U2014作物效益为2018年和2017年农业粮食作物产值，亿元；S面积、a水稻价格为2018年较2017年增加播种面积(hm2)和2018年的水稻价格(3.52元/kg)，产量一般取7.1t/hm2。经计算，U土地生产率为0.375亿元。

3.5 土地机会成本

实际上，若将高产土地用于林地开发将失去原有较高的土地作物效益；反之，若将生产力较低的边际土地用于林地开发则土地机会成本较低。因此，需要考虑生产性、半生产性、生产力较低土地3种潜在的土地场景。假设情景1、情景2、情景3为生产性农田转变为林地、土地机会成本为生产性农田估计值的1/3和1/10，每公顷的净作物收入为1hm2土地的机会成本，则有：

U土地机会成本=(s1+s2/3+s3×0.1)

(9)

s1+s2+s3=0.609

(10)

式中：s1、s2、s3为生产性、半生产性和生产力较低的土地面积，三者之和即为2018年新增林地面积0.609万hm2。一般地，以农田水稻单掺计算生产用地的机会成本，其产量取7.1t/hm2。

考虑到不确定性因素，所以必须分析土地机会成本相关情景，如表2所示。NPV值计算时不考虑间接效益，只计算直接经济价值。扣除净化空气的水保效益就等于直接经济效益，即1.830亿元。全部为生产用地转换时NPV值为负值，即经济效率为负不符合经济学原则；生产用地占比越小则NPV值越大，非生产、板生产和生产用地占比为20%、20%、60%时NPV值接近于0，由此可将情景3设定为界限值。

表2 土地机会成本情景

考虑到大凌河上游流域特殊待环境、地理位置、气候条件以及国家对基本农田的保护，所以情景6的土地机会成本与实际情况最贴近，即转换前全部为半生产用地，从而得到其NPV中为0.994亿元，由此表明2018年大凌河上游流域具有显著的水保效益。

3.6 结果与分析

通过研究计算，确定大凌河上游流域2018年土地机会成本为0.836亿元，社会、生态、经济和调水保土效益依次为0.217亿元、1.279亿元、0.675亿元、0.209亿元，如图3。总体而言，调水保土效益<社会效益<经济效益<生态效益，综合效益为1.544亿元。

图3 水土保持效益价值

4 结 论

1)水保措施的实施明显改善了大凌河上游流域的输沙量、生态环境等指标，随着水保功能的持续发挥，将取得更加显著经济效益、生态效益，可为辽西地区生态保护和水保治理提供参考价值。

2)对于评价指标的选取以及生态效益评价的研究较多，但大凌河上游流域存在独特的演替规律，上游段林草植被生长较好，所以水保效益应重点考虑土地机会成本指标以及林木生产的价值，从而取得较高的经济效率，采取水保造林措施具有重要意义。

3)受时间条件和数据资料限制，水土保持的调节局部气候、消除噪声效益、减少下游泥沙淤积效益等问题尚且难以用指标量化，所以与实际水保效益相比文中计算成果偏小，未来仍需深入研究。