白石水库区水土保持生态服务功能价值估算研究

蒋 懿

(辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114000)

生态补偿相对于传统命令性的控制方法具有明显的成本-效益优势，可有效解决经济发展与生态保护之间的矛盾关系，而生态补偿标准的确定不仅是决定补偿效果和补偿可行性的关键性因素，而且是准确评估生态服务价值并建立生态补偿机制的核心内容和主要难点[1]。目前，用于生态补偿标准核算的主要方法有依据生态建设成本构建补偿标准法和估算生态服务价值作为补偿标准法[2]。如李晓光[3]等利用机会成本法分析了森林保护生态区的补偿标准体系；李怀恩[4]等学者利用防护成本法定量分析了南水北调的中线工程水源区的生态补偿标准；熊鹰[5]等通过生态服务价值估算分析了洞庭湖湿地恢复生态补偿标准；蔡邦成[6]等将成本-效益进行有机的结合，定量分析了南水北调东水源区的补偿标准，但因缺乏针对性的生态效益的补偿分析，所构建的生态成本估算体系不能全面、客观的反应研究水域的真实情况[7]。综上所述，本文在详细分析了水土保持生态效益和构建生态建设的构成成本的基础上，以白石水库为研究对象，利用效益响应决定成本分担模式法定量对水库的水土保持生态服务功能价值和补偿标准进行计算分析，为水源区构建生态补偿响应机制提供一定的理论支持和决策依据[8]。

1 研究区域概况

白石水库位于辽宁省朝阳市北票境内，坐落于大凌河干流以上区域，属于温暖半湿润气候区，多年平均降雨量为672.8mm。主要以防洪、灌溉和城市供水为主，同时兼顾一定的发电、养鱼等综合利用功能。该区域水土流失危害严重，据统计水土流失面积为5.2万km2，占水库区域总面积的48.6%，土壤侵蚀量高达1.58亿t，常年受风力侵蚀和水力冲刷作用影响，土壤侵蚀模数为3216t/(km2·a)。本研究结合白石水库及上游区域水污染治理相关制度政策和水土流失治理关键性技术措施，以水土保持整体规划为基本原则，对白石水库区水土保持的生态服务功能的价值进行定量的估算和分析[9]。

2 研究方法

2.1 建设生态成本

生态成本是生态补偿项目中的损失者发挥保留效用的关键性参数和重要依据。结合生态成本额基本特征和主要功能作用可以将其分为直接成本、机会成本和发展成本，下面分别对各类成本展开详细的介绍。

2.1.1 直接成本计算

规划实施水土保持生态功能的建设工程项目成本即为生态成本，生态工程每年所发生的直接成本的估算应充分考虑社会资本年均收益率和生态建设工程的总投资资本，生态工程的直接成本估算公式为:

Cd=T·R

(1)

式中，Cd—水土保持生态建设年投资成本，元/a；T—生态建设工程总投资资金，白石水库区水土保持生态建设工程的总投资资金T=32.76亿元；R—社会资本年平均收益率，取50年的社会资本平均收益率，R=6%。

2.1.2 机会成本计算

土地利用成本和人力资本两部分内容构成了机会成本，本研究中结合有关用地单位的面积产值和生态建设工程在建设前后的不同土地利用类型的有效面积，对土地利用形式发生转变可产生的机会成本进行估算，其估算公式为：

C0=∑SiPi-∑SjPj

(2)

式中，C0—土地利用类型发生转变产生的机会成本，元；Si—建设前i土地利用类型面积，hm2；Pi—建设前i土地利用类型的单位面积年产值，元/hm2·a；Sj—建设后的j土地利用类型面积，hm2；Sj—建设后j土地利用类型的单位面积年产值，元/(hm2·a)。

在退耕还林、退耕还草和自然生态修复过程中所发生的资金成本的改变即为水土保持生态建设的机会成本。农耕地土地利用类型转换为生态用地的主要形式有退耕还生态林和退耕还植被草地形式，农耕土地退耕转换之间的年产值取近5年的农耕产值的平均值；退耕前还经济林的年产值取还生态林年产值，退耕后的经济林年产值取近5年的年产值平均值；实施新柴林是自然生态修复区域的主要措施，利用新柴林产量按市场价格进行折算可以获得生态修复前的单位面积年产值；根据当地统计年鉴获取水土保持生态建设区域的土地利用类型经济指标。

2.1.3 发展成本计算

因农业发展受到限制所造成的经济损失以及对其他区域经济产生的不良影响较难统计和确定，据此，本文以较近区域的农民人均纯收入和水源污染控制区的人均纯收入进行对比分析，以此表征因农业发展受到限制所产生的经济损失，并作为生态补偿的判断依据。水源区的补偿计算公式为：

Cp=∑(Vr-Vs)Ps

(3)

式中，Cp—生态工程建设水源区的发展成本，元；Vr—水源区相邻区域的农民人均纯收入，元/(人·a)；Vs—水源区居民的人均纯收入，元/(人·a)；Ps—水源区生态建设所涉及的农业人口数量。

不同区域的农民人均纯收入存在一定的差异，应结合朝阳市、凌源市、义县居民收入实际情况而确定，并以地理位置相近、耕地条件相同的基本原则分别对水源区其他参考区域的农民人均收入和经济指标进行判别比较，各区域的人口和经济指标数据来自当地的统计年鉴。

2.2 生态服务价值

在充分考虑有关专家学者对生态服务价值理论和研究成果的基础上，对白石水库区的水土保持措施所提供的服务和生态效益进行了定量分析评价。研究计算的评价内容主要有防洪体系和水库涵养水源价值、土壤肥力保持价值、净化空气价值、水体防治污染价值、固碳供氧价值、生物多样性保护价值等内容，下面分别对上述评估内容展开详细研究分析。

2.2.1 防洪与涵养水源

水土保持措施的防洪价值计算利用影子工程法进行计算评估，防洪价值的计算公式为：

Ed=Td·rd

(4)

式中，Ed—水土保持措施的防洪价值，元/a；Td—防洪截流降雨总量，m3；rd—修建单位体积的水库造价，元/m3。

白石水库水土保持防洪降雨截流总量与水库的截流有效面积和减洪模数呈正相关性；在林地覆盖截流措施中，防洪价值的直接表现形式为林冠降雨量截流，其计算公式为：

Td=θ·R·Ag

(5)

式中，θ—降雨有效截流率，调查表明白石水库的林草措施降雨有效截流率为11.28%～26.35%；R—平均降雨强度，mm/a；Ag—林草措施覆盖面积，hm2。

利用市场价值估算法对水土保持的涵养水源价值进行估算，其估算公式为：

(6)

式中，Eh—涵养水源价值，元/a；Th—涵养水源总量，m3；θi—涵养水源在i水源区的分配比例，本研究共选择4个相邻区域，其值参考中线工程的调水方案；rhi—i受水区域的综合用水价格。

降雨截流总量与涵养水源量相同即Th=Td，土壤截流、林冠截流以及植被枯落物截流是林草涵养水源量的主要方面，结合白石水库水土保持林草措施相关研究和成果，该区域的不同林冠单位面积截流量为32～215t/(hm2·a)；土壤截流量为361～866t/(hm2·a)；植被枯落物截流量为12～30t/(hm2·a)。

2.2.2 水污染防治

水体中总氮和总磷的含量变化受产沙量的影响作用较为明显，产沙量的减少可引起水环境的TN和TP的含量的降低。水体污染防治价值可利用氮磷污染物的减少量与投资额的比例表征，其计算公式为：

(7)

式中，Es—水体污染防治价值，元/a；Wd—具有代表性的小流域年均输沙量，t/a；Fi、Fd—小流域i和具有代表性小流域d的流域面积，hm2；η—水土保持措施对减少输沙的效益，%；CN、CP—土壤中氮、磷的质量分数背景值，g/kg；RN、RP—泥沙中的总氮、总磷的富集率；rN、rP—减少单位质量总氮、总磷的投资额，元/t。

本研究选取白石水库区大凌河上游某小流域，其年均输沙量Wd为5782t/a，总氮和总磷富集率分别为1.65和1.48。根据该小流域的有关监测资料，大凌河上游小流域的减沙效益的取值范围为18.1%～26.5%。

2.2.3 保持土壤与肥力计算

采取可利用耕地面积进行水保工程转换土壤的价值量估算，其计算方法依据机会成本法，计算公式为：

(8)

Et=rt·Zt/(ρh)

(9)

式中，Et—保持土壤价值，元/a；Zt—保持土壤总量，t/a；rt—白石水库区耕地的平均收益，元/hm2；M、M′—水土保持措施前、后的土壤侵蚀模数，t/(km2·a)；h—土壤耕作层厚度，cm；ρ—土壤密度，g/cm3；

结合白石水库区有关水土流失的动态监测计算成果进行土壤侵蚀背景值的计算；依据统计年鉴进行水库区的耕地年平均收益率计算；依据研究区域的土壤普查调查资料确定土壤密度、土壤层厚度等相关计算参数。氮磷、钾等土壤微量元素随水土流失而减少，土壤肥力下降，采取化学肥料是保持土壤养分和肥沃力的主要措施，故可此增加实施农业化肥的市场价格对保持土壤肥力的价值进行估算，其计算公式为：

(10)

式中，Ef—保持土壤肥力价值，元/a；Sfi—元素i(氮、磷、钾)折算成化肥的系数；Cfi—元素i(氮、磷、钾)在土壤中的质量分数，g/kg；rfi—元素i(氮、磷、钾)各类农业肥料在市场中的价格，元/t；

本研究中土壤的氮、磷、钾元素分别折算成碳酸氢铵、过磷酸钙以及氯化钾等农业化肥，其价格根据各研究区域内的县农业化肥生产公司的数据价格进行确定。

2.2.4 固碳供氧

绿色植被可利用光合作用吸收二氧化氮，并排放出氧气，本文采用碳汇交易价值对林草措施的固碳价值进行表征，并以等量氧气的工业成本对供氧价值进行估算，其固碳供氧的价值计算公式为：

Ec(0)=Ag(Fcrc+F0r0)

(11)

式中，Ec(0)—林草措施的固碳供氧价值，元/a;Fc、F0—单位面积的年固定CO2和释放O2量，t/(hm2·a)；rc、r0—国内碳汇交易价格和工业产O2费用，元/t。

经过计算，水土保持林的固碳量为3.682t/(hm2·a)，释放O2量为2.634t/(hm2·a)，碳汇交易价格为80元/t左右，工业制氧成本约2600元/t。

2.2.5 空气净化

绿色植被可对空气中的微粉颗粒以及有害气体进行吸收、固化，对空气具有一定的清洁作用，研究表明水土保持林可吸收SO2为0.61t/(hm2·a)，吸收粉尘颗粒为2.5t/(hm2·a)；采用市场空气净化价格对林草措施的净化空气价值进行估算，其计算公式为：

(12)

式中，Ek—净化空气价值，元/a；Agi—第i类空气污染物所对应的林草措施面积，hm2；Tki—树林对第i类空气污染物的吸收能力，t/(hm2·a)；rki—人工消除第i类空气污染物的成本，元/t。

2.2.6 维持生物多样性

本研究的水土保持林大部分为人工造林，植被类型单一，且种植年限相对较晚，如果直接套用天然林的多样性价值进行计算分析可造成计算结果的不准，考虑到上述因素影响，本研究采用投资费用法即利用水土保持林草建设的投资资金作为维持生物多样性价值进行估算。

2.3 生态补偿标准

2.3.1 生态服务价值增值

结合生态环境效益影响程度和覆盖范围，将白石水库的受益主体主要分为下游区、水源区以及水源外部区域3个层次，并利用专家赋权法对水源区和外部区域的生态服务价值进行计算，生态服务价值计算公式为：

(13)

式中，E—不同区域的生态建设工程生态服务价值，元/a；Ei—第i类生态服务价值，元/a；fi—在不同生态分区中第i类生态服务的权重系数。

利用专家赋权法对白石水库不同分区内的水土流失治理生态服务价值的受益权重系数进行计算，计算见表1。

表1 生态服务价值在不同区域的受益权重系数计算表

2.3.2 生态补偿标准的确定

本文对水库外部受益区的生态建设成本进行补偿额度计算，基本模式采用效益所得决定成本分担的形式，建设成本的补偿额度计算公式为：

(14)

式中，R—水库外部区域对水源区的补偿额度，元/a；C—生态建设总成本，元/a；Ew—在水库外部区域所产生的生态服务价值，元/a；ez—水土保持生态建设的生态服务总价值，元/a。

3 结果与分析

3.1 生态建设成本

利用式(1)～(3)计算白水水库的水土保持生态建设总成本为28.56亿元/a，在各区域的不同类型成本的计算结果见表2。

表2 白石水库水土保持生态建设的成本构成 单位：亿元/a

由表2可知，直接成本占总成本的比例较低为8.65%，水土保持生态建设成本的主要构成为机会成本和发展成本，分别占比重的41.56%和49.79%。生态建设成本在机会成本和直接成本方面的研究较为充分，而对发展成本的研究较为落后，使我国生态补偿政策的投入侧向于在生态建设和土地利用方面，而对于满足生态发展需求的投入相对较少。根据本研究结果可以看出，生态建设成本的构成较为复杂，投资成本和作用范围较为广泛，生态补偿的资金额度有明显的增加[10]。

3.2 生态服务价值

利用式(4)～(12)可得水土保持生态建设的生态服务价值为30.27亿元/a，各类生态服务价值评价指标的计算结果见表3。

表3 白石水库水土保持生态服务价值的基本构成

根据表3可知，生态服务各项计算价值中，土壤保持和肥力保持价值所占比重最大为29.59%；水污染防治的生态服务价值为5.44亿元，所占比重为17.94%；其他各项生态服务价值相差不大，维持生物多样性、空气净化以及固碳供氧所占比重分别为10.70%、13.44%和9.68%；防洪措施以及涵养水源的生态服务价值居中。综上所述，水土保持和土壤肥力保持是白石水库水土保持措施的主要生态价值[11]。

3.3 生态补偿标准

利用表1中的指标权重系数，并结合式(13)，可得水土保持措施在水源区生态服务价值为16.37亿元，下游区域生态服务价值为13.52亿元，其他水域为4.16亿元，外部区域所承担的生态补偿费用为13.26亿元。根据计算结果，白石水库水源区成为生态服务受益者的同时，还需承担部分的生态建设成本。利用式(14)可对白石水库不同区域的生态建设成本进行计算，计算结果为白石水库区域需承担的生态建设成本为12.18亿元，水库外部区域的生态建设补偿标准为14.12亿元/a。

4 结论

综上所述，文章以白石水库为研究对象开展水土保持生态服务价值和生态补偿标准的计算和分析，研究表明：水库的生态建设成本构成较为复杂，投资成本和作用范围较为广泛，生态补偿的资金额度有明显的增加；防洪措施以及涵养水源的生态服务价值居中。本次研究确定的生态补偿标准具有一定的科学性和客观性，但由于白石水库的库区及受水面积广阔，其生态服务功能价值也会存在很大的差异性，为此在制定生态补偿标准时一定要充分考虑不同地区的经济社会发展水平差异性等重要因素的影响，确保生态补偿标准的准确性。

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