徐文秀, 王海燕, 鮑玉海, 李進(jìn)林,4, 賈國棟, 賀秀斌

(1.中國科學(xué)院 水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 山地表生過程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610041;2.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 重慶 401331; 3.水利部 水土保持監(jiān)測(cè)中心, 北京 100053;4.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 5.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院, 北京 100083)

水土保持功能指水土保持設(shè)施、地貌植被所發(fā)揮或蘊(yùn)藏的有利于保護(hù)水土資源、防災(zāi)減災(zāi)、改善生態(tài)、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步等方面的作用[1]，其中地貌植被是人工植被、天然形成的地表及其植被附著物的總稱?！吨腥A人民共和國水土保持法》明確規(guī)定生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中損壞水土保持設(shè)施和地貌植被，致使其水土保持功能喪失或者降低，且不能恢復(fù)其原有水土保持功能的，都應(yīng)繳納水土保持補(bǔ)償費(fèi)。因此，水土保持補(bǔ)償費(fèi)是一種具有法定性的費(fèi)種，而水土保持功能的價(jià)值量化對(duì)制定其取值標(biāo)準(zhǔn)具有重要指導(dǎo)意義。當(dāng)前，水土保持功能服務(wù)價(jià)值受到越來越多的重視，國內(nèi)學(xué)者依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值理論構(gòu)建了水土保持功能服務(wù)價(jià)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和測(cè)算模型[2-6]，一般采用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)典型區(qū)域或某一生態(tài)系統(tǒng)類型的水土保持功能服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算，受數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)精度影響，其評(píng)價(jià)的精度與準(zhǔn)確性仍有待提高[4]，現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法的適宜性仍存在較大的爭(zhēng)議[5]，且尚未有統(tǒng)一的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。總體來看，相關(guān)研究結(jié)果存在誤差較大、代表性不強(qiáng)、指導(dǎo)作用弱的問題[7]，難以為政府水土保持補(bǔ)償政策的制定提供應(yīng)有的基礎(chǔ)支撐作用。因此，本研究借鑒國內(nèi)外生態(tài)價(jià)值核算理論，基于《中華人民共和國水土保持法》對(duì)水土保持功能的法理界定，采用全國水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的野外產(chǎn)流產(chǎn)沙實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)代替由RUSLE等統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算的侵蝕量，嘗試避免遙感數(shù)據(jù)精度和因子計(jì)算準(zhǔn)確度帶來的負(fù)面影響，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

武陵山山地丘陵區(qū)集革命老區(qū)、民族地區(qū)和貧困地區(qū)于一體，是少數(shù)民族聚集多、貧困人口分布廣的連片特困地區(qū)，同時(shí)區(qū)域內(nèi)生態(tài)資源豐富，具有較大的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，是我國重要的資源富集區(qū)和生態(tài)功能區(qū)。該區(qū)域水土保持主導(dǎo)基礎(chǔ)功能為水源涵養(yǎng)和土壤保持，社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能以保護(hù)水源地、生物多樣性和自然景觀為主，兼顧綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。近年來，雖然區(qū)域生態(tài)保護(hù)和水土流失防治做了許多卓有成效的工作，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和各類資源開發(fā)強(qiáng)度的不斷加大，特別是不合理的土地利用方式和對(duì)植被的破壞，使區(qū)域內(nèi)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)難以發(fā)揮其基本的生態(tài)功能，水土保持能力下降，生態(tài)惡化與貧瘠化呈現(xiàn)惡性循環(huán)，區(qū)域生態(tài)安全和流域水土保持面臨日益嚴(yán)重的威脅。將該區(qū)水土保持設(shè)施、地貌植被的水土保持功能服務(wù)價(jià)值量化估算，有助于人們對(duì)水土保持功能重要性的認(rèn)知衡量，提高對(duì)水土保持的認(rèn)知程度和保護(hù)地貌植被的意識(shí)，為區(qū)域水土保持補(bǔ)償費(fèi)的合理定價(jià)、有效補(bǔ)償提供科學(xué)依據(jù)。基于此，本研究根據(jù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值原理和當(dāng)?shù)貙?shí)際，構(gòu)建適合該區(qū)域的水土保持功能服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)體系，并以湖南省永順縣為例，進(jìn)行水土保持功能服務(wù)價(jià)值估算，以期為今后武陵山山地丘陵區(qū)水土保持補(bǔ)償工作提供參考。

1 研究區(qū)概況

永順縣位于湖南省湘西北，位于東經(jīng)109°35′—110°23′、北緯28°42′—29°27′，地處云貴高原東側(cè)、中西部結(jié)合地帶的武陵山脈中段，境內(nèi)地貌以中山、中低山為主，兼有山原、丘陵、崗地、平原多種類型，海拔介于160～1 500 m?？h域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，四季分明，雨量充沛，年平均氣溫16.4℃，平均降水量1 366 mm，平均日照1 306 h，無霜期286 d。境內(nèi)水資源豐富，地表水域廣，全縣共有河溪300多條，年平均徑流總量33.1億m3。土壤主要由石灰?guī)r(包括白云巖)、板頁巖、紫色砂頁巖等母巖發(fā)育而成。山地土壤分為黃紅壤、黃棕壤、紅色石灰土、黑色石灰土、紫色土等。永順縣屬于亞熱帶常綠闊葉林植物群落區(qū)，植物資源十分豐富，有維管束植物221科974屬2 702種，基本代表了湘西北植被區(qū)系的概貌。植被分布以天然次生混交林為主。據(jù)《永順縣土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》(2013年修訂)，永順縣土地利用以林地、耕地為主，其中耕地面積4.81萬hm2，占全縣總面積的12.62%，園地面積0.87萬hm2，占2.28%，林地面積28.91萬hm2，占75.84%，牧草地面積0.004 5萬hm2，占0.01%，建設(shè)用地和未利用土地面積3.53萬hm2，占11.54%。2016年全縣國內(nèi)生產(chǎn)總值60.9億元，總?cè)丝跒?3.82萬人，其中少數(shù)民族49.6萬人，是國家扶貧開發(fā)工作重點(diǎn)縣、國家武陵山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅(jiān)試點(diǎn)縣以及農(nóng)業(yè)部對(duì)口扶貧縣，全縣農(nóng)戶生計(jì)策略主要為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、二三產(chǎn)業(yè)等[8]。境內(nèi)山丘斜坡大多為殘坡積層，土體結(jié)構(gòu)疏松，土層厚度較薄，崩塌、滑坡等重力侵蝕嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)[9]，永順縣水土流失面積939.41 km2，以輕度、中度侵蝕為主，分別為102.35 km2，734.37 km2，中度以上面積為102.69 km2，嚴(yán)重的水土流失造成了河道淤塞、水庫有效庫容減少，影響了水利工程效益的發(fā)揮，此外，還導(dǎo)致土壤肥力降低、農(nóng)田損毀，阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)落后的重要原因[10]。

2 研究方法

2.1 水土保持功能評(píng)價(jià)指標(biāo)

基于永順縣所處武陵山山地丘陵區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)定位，利用生態(tài)服務(wù)價(jià)值理論和前期研究結(jié)果[11]，從保護(hù)水土資源、防災(zāi)減災(zāi)、改善生態(tài)、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步等功能的角度梳理了該區(qū)水土保持功能的各種表現(xiàn)形式，限于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的獲取難易程度，僅選取了以不同土地利用類型為表征的自然地貌植被預(yù)防和減少土壤流失、提高土壤質(zhì)量和土地生產(chǎn)力、攔蓄地表徑流和提高水源涵養(yǎng)能力、減輕下游泥沙危害、改善生物多樣性、固碳釋氧等具有基礎(chǔ)性和普遍性的功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，采取減少土壤侵蝕量、保存土壤肥力數(shù)量、攔蓄地表徑流量和涵養(yǎng)水源量、減少泥沙淤積量、物種多樣性指數(shù)、固碳釋氧量等評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化，從而形成了湖南省永順縣的水土保持功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)，但是其他未被量化的水土保持功能也都具有相當(dāng)大的價(jià)值，隨著全國水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和水土保持相關(guān)研究的深入，這方面的價(jià)值量有待進(jìn)一步補(bǔ)充完善。

表1 湖南省永順縣水土保持功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 水土保持功能服務(wù)價(jià)值估算方法

根據(jù)上文量化指標(biāo)，基于市場(chǎng)價(jià)值法、機(jī)會(huì)成本法、影子工程法等方法，分別建立各項(xiàng)功能及價(jià)值的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)水土保持功能物質(zhì)量推算出保護(hù)水土資源功能價(jià)值、防災(zāi)減災(zāi)功能價(jià)值、改善生態(tài)功能價(jià)值，累加得出研究區(qū)總的水土保持功能價(jià)值(表2)。

2.3 主要數(shù)據(jù)來源

本研究產(chǎn)流產(chǎn)沙數(shù)據(jù)主要源于水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心提供的全國水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與公告項(xiàng)目成果匯編(2016年)，利用了湖南省永順縣西那小流域坡面徑流場(chǎng)觀測(cè)成果推算各項(xiàng)措施減少的土壤侵蝕量和徑流量，土地利用現(xiàn)狀、土地單位面積年均收益、水庫單位庫容費(fèi)用、林分凈生產(chǎn)力和單位面積年物種多樣性保育價(jià)值參考區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒、2016年水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、2016—2017年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、土地利用總體規(guī)劃以及研究區(qū)相關(guān)文獻(xiàn)資料，土壤養(yǎng)分含量、土壤容重和耕作層深度主要依據(jù)全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)，氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分價(jià)格通過2016年當(dāng)?shù)鼗适袌?chǎng)價(jià)格折純計(jì)算獲取。

表2 湖南省永順縣水土保持功能服務(wù)價(jià)值估算方法

3 結(jié)果與分析

3.1 保護(hù)水土資源功能服務(wù)價(jià)值

永順縣不同的土地利用類型均可有效發(fā)揮水土保持功能，由表3可知，永順縣各項(xiàng)措施2016年減少土壤侵蝕量1 847.06萬t，攔蓄地表徑流和涵養(yǎng)水源量4.863 4億m3，保護(hù)水土資源功能服務(wù)價(jià)值總計(jì)為47.545 1億元，不同土地利用類型保護(hù)水土資源功能服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)為林地>耕地>園地>草地。其中，預(yù)防和減少土壤流失價(jià)值為7 748.56萬元，提高土壤質(zhì)量和土地生產(chǎn)力價(jià)值為26.392 7億元，攔蓄地表徑流和提高水源涵養(yǎng)能力價(jià)值為20.377 6億元。從表3還可以看出，不同土地利用類型減少水土流失量、攔蓄地表徑流和涵養(yǎng)水源量均存在明顯差異，林地和耕地減少水土流失量遠(yuǎn)高于園地和草地，一方面該區(qū)耕地具有水平梯田、隔坡梯田、植物籬護(hù)坎、保土耕作等水土保持措施，林地具有較好的植被覆蓋，使林地和耕地具有較好的減少土壤侵蝕作用，另一方面也受土地利用類型面積占比影響，使減少水土流失量存在數(shù)量級(jí)的差異；攔蓄地表徑流和涵養(yǎng)水源量則表現(xiàn)為林地>園地>耕地>草地，園地面積僅為耕地面積的1/6左右，而其攔蓄地表徑流和涵養(yǎng)水源量為耕地的2.5倍，這主要由于園地大部分為果園和苗圃，與耕地相比具有較好的枯落物、地表草被和林冠層，使攔截地表徑流和降雨截留作用優(yōu)于耕地。

表3 永順縣不同土地利用類型保護(hù)水土資源功能服務(wù)價(jià)值

3.2 防災(zāi)減災(zāi)功能服務(wù)價(jià)值

由于研究區(qū)缺乏泥沙淤積百分比的實(shí)測(cè)資料，因此，依據(jù)全國平均數(shù)據(jù)，按土壤侵蝕總量中有24%淤積于水庫、江河、湖泊[16-17]，根據(jù)當(dāng)?shù)匦钏杀緛砉浪銣p輕下游泥沙淤積災(zāi)害的價(jià)值。根據(jù)對(duì)該縣近年水庫工程建設(shè)投資調(diào)查分析，該縣水庫建設(shè)單位庫容投資取值23.94元/m3。利用影子工程法，用泥沙淤積導(dǎo)致水庫蓄水量減少造成的損失來估計(jì)減輕泥沙淤積的價(jià)值。結(jié)果表明：2016年永順縣不同土地利用類型防災(zāi)減災(zāi)功能服務(wù)價(jià)值為7 861.07萬元，其中林地的價(jià)值最大，為6 775.92萬元，占總價(jià)值的86.20%，其次為耕地和園地，分別為11.21萬元和2.59萬元，草地的最小，僅為0.73萬元?？梢?，林地通過更為突出的林冠層及地表枯枝落葉層對(duì)降水進(jìn)行再分配，大大削弱了降雨對(duì)地面的直接沖擊作用，同時(shí)還減緩地表徑流形成，降低了地表徑流侵蝕力，從而增強(qiáng)了水土保持能力，防止或減輕了侵蝕產(chǎn)沙對(duì)下游的泥沙淤積災(zāi)害(表4)。

表4 永順縣不同土地利用類型防災(zāi)減災(zāi)功能服務(wù)價(jià)值

3.3 改善生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值

永順縣是湖南省實(shí)施退耕還林工程啟動(dòng)的首批示范縣，在退耕還林工程的林種搭配上，積極探索林果、林茶、林藥、林草、林油、林紙結(jié)合等模式，按經(jīng)濟(jì)林、兼用林、生態(tài)林2∶5∶3的比例規(guī)劃實(shí)施，現(xiàn)有林地植物種類豐富，形成了多層次結(jié)構(gòu)、多種類型的森林生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而起到保護(hù)生物多樣性的作用[18]。本研究依據(jù)物種多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener指數(shù))和林分面積估算改善生物多樣性價(jià)值，據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研[19]，永順縣Shannon-Wiener指數(shù)多介于2～3，根據(jù)國家林農(nóng)業(yè)局2008年發(fā)布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》，單位面積年物種多樣性保育價(jià)值按10 000元/(hm2·a)計(jì)算。同時(shí)，根據(jù)2001—2010年武陵山區(qū)植被凈生產(chǎn)力研究數(shù)據(jù)[20]，永順縣耕地、林地、草地和園地的植被凈生產(chǎn)力分別取值5.63，5.97，5.87，5.97 t/(hm2·a)來計(jì)算森林固碳量、土壤固碳量和森林釋氧量，按照市場(chǎng)價(jià)值法用碳匯價(jià)格和工業(yè)制氧成本估算固碳釋氧價(jià)值。表5顯示，永順縣不同土地利用類型改善生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值為93.080 0億元，其中改善生物多樣性價(jià)值為29.775 9億元，固碳釋氧價(jià)值為63.304 0億元?？傮w來看，改善生態(tài)功能價(jià)值林地>耕地>園地>草地，其中，林地改善生態(tài)功能價(jià)值最為突出，分別是耕地、園地和草地的10倍、33倍和10 000倍。不同土地利用類型的改善生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值差異較大，主要原因是受其植被群落構(gòu)成、生物量和面積的不同，永順縣土地利用以林地為主，占全縣總面積的75.84%，而耕地、園地和草地分別僅占全縣總面積的12.62%，2.28%和0.01%，林地具有較大的生物量和生產(chǎn)力，而生物量和生產(chǎn)力作為生態(tài)系統(tǒng)中積累的植物有機(jī)物總量，是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的能量基礎(chǔ)和營養(yǎng)物質(zhì)來源，因此，林地更有利于提供生物多樣性和固碳釋氧量等生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品(表5)。

3.4 永順縣水土保持功能服務(wù)價(jià)值

從保護(hù)水土資源、防災(zāi)減災(zāi)和改善生態(tài)等三方面的水土保持功能價(jià)值評(píng)價(jià)結(jié)果可知(表6)，2016年永順縣耕地、林地、草地和園地的水土保持功能服務(wù)總價(jià)值為141.411 2億元，單位面積服務(wù)價(jià)值為4.09元/m2。其中，改善生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值最大，單位面積價(jià)值分別是保護(hù)水土資源功能價(jià)值和防災(zāi)減災(zāi)功能價(jià)值的2倍和135倍；單項(xiàng)功能價(jià)值量上看，保護(hù)水土資源價(jià)值為47.545 1億元，占總價(jià)值的33.62%，防災(zāi)減災(zāi)功能價(jià)值為7 861.07萬元，占總價(jià)值的0.56%，改善生態(tài)功能價(jià)值為93.08億元，占總價(jià)值的65.82%。

表5 永順縣不同土地利用類型改善生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值

表6 永順縣自然地貌植被水土保持功能服務(wù)價(jià)值

此外，永順縣各土地利用類型水土保持功能組成主要以固碳釋氧價(jià)值、改善生物多樣性價(jià)值、提高土壤質(zhì)量和土地生產(chǎn)力價(jià)值、攔蓄地表徑流和提高水源涵養(yǎng)能力價(jià)值為主，四者合計(jì)占總價(jià)值的98.89%(表7)，這可能與永順縣土地利用結(jié)構(gòu)有關(guān)，該縣林地和園地面積占比78%以上，良好的森林覆蓋和林分結(jié)構(gòu)，使其具有較大的固碳釋氧量和水源涵養(yǎng)能力，并促進(jìn)物種多樣化，造成價(jià)值量占比較大。這也與國內(nèi)學(xué)者在水土保持型國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)開展的水土保持功能價(jià)值評(píng)價(jià)結(jié)論一致[21-22]。

表7 永順縣土地利用類型水土保持功能組成

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

限于數(shù)據(jù)資料的本身欠缺和收集困難，本研究?jī)H針對(duì)水土保持功能的保護(hù)水土資源、防災(zāi)減災(zāi)、改善生態(tài)等功能進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，未對(duì)其他服務(wù)功能如促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此，本研究結(jié)果偏低于永順縣土地利用格局的水土保持功能實(shí)際價(jià)值，未來有必要針對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步價(jià)值評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域水土保持功能服務(wù)價(jià)值的全面了解。同時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)僅選擇了參數(shù)獲取方便、易量化、較基礎(chǔ)性的6個(gè)，但水土保持設(shè)施、地貌植被供給的生態(tài)服務(wù)功能表現(xiàn)形式多種多樣，今后區(qū)域研究條件成熟的情況下可考慮將產(chǎn)品生產(chǎn)、凈化空氣[7]、水污染防治[12]等指標(biāo)納入估算。

4.2 結(jié) 論

(1) 從水土保持功能價(jià)值總量來看，永順縣2016年各土地利用類型水土保持功能服務(wù)價(jià)值為141.411 2億元，主要以改善生態(tài)、保護(hù)水土資源功能價(jià)值為主，兩者占總功能價(jià)值的90%以上，在各功能表現(xiàn)形式中固碳釋氧價(jià)值最大，占總價(jià)值的44.76%，其次為改善生物多樣性價(jià)值、提高土壤質(zhì)量和土地生產(chǎn)力價(jià)值，分別占總價(jià)值的21.06%和18.66%。這說明永順縣現(xiàn)有自然植被和土地利用方式不僅減少了水土流失，保持了土壤肥力，而且為物種生長(zhǎng)提供了良好的水肥環(huán)境，促進(jìn)了物種多樣性保育，使其較好的發(fā)揮了固碳釋氧和改善生物多樣性功能。未來縣域重點(diǎn)水土流失區(qū)仍需科學(xué)、合理的開展水土保持，避免或減輕人為干擾，以維持林草、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮良好的水土保持功能。

(2) 從單位面積水土保持功能服務(wù)價(jià)值來看，永順縣改善生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值最大，其次為保護(hù)水土資源功能價(jià)值和防災(zāi)減災(zāi)功能價(jià)值，這與該縣的國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)定位一致，可見本研究所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)能較好的體現(xiàn)區(qū)域?qū)嶋H的水土保持功能。

(3) 水土保持功能與土地利用類型密切相關(guān)，永順縣林地和耕地的水土保持功能服務(wù)價(jià)值遠(yuǎn)高于園地和草地。