西安果园生态系统涵养水源功能及经济价值估算

李 俊 宋喜芳 贺 喻 杨露露 李 强 郭 璞 侯 隽

水源涵养功能是生态系统服务功能的重要组成部分之一。 生态系统水源涵养功能的强弱主要由植被类型及盖度、枯落物现存量及组成、土层厚度、土壤物理性质等因素共同决定。生态系统水源涵养功能主要表现形式包括植被枝叶对降水的拦截和滞蓄作用、增强土壤入渗功能、补充地下水和调节地表径流等作用。近年来，由于水资源的短缺以及水危机的加剧， 学术界开始重视对生态系统水源涵养功能研究。

果树是森林资源的重要组成部分之一，果园生态系统是森林生态系统的子系统。 我们选取西安市果园生态系统水源涵养功能作为研究对象， 测算了该地区果园生态系统年涵养水源总量，并进行了经济价值评估，为认识果园生态系统涵养水源功能及作用， 促进果业可持续发展提供理论依据。

1 研究区概况

以西安市果园生态系统作为研究对象。 据相关统计资料显示，2021 年西安市果园面积、产量分别为4.92 万hm2、101.01 万t， 占陕西省的4.2%和5.32%。 种植种类主要为猕猴桃、葡萄、大樱桃、石榴、枣等，其中猕猴桃种植面积和产量均居陕西省第一位。

2 资料的获取

西安市2012—2021 年降水量、果园面积数据来源于西安市统计年鉴。

3 分析方法

生态系统涵养水源物质量的估算方法，目前主要包括土壤蓄水估算法、降水贮存量法、水量平衡法、多因子回归法、凋落物层和土壤蓄水能力法，以及地下径流增长法等。 前人采用水量平衡法对海南尖峰岭地区、北京市森林生态系统水源涵养功能进行估算。 本文主要从果园生态系统水源涵养的物质量和果园生态系统涵养水源的价值量来评估果园生态系统水源涵养效益。

3.1 果园生态系统水源涵养物质量的估算采用水量平衡法，公式如下：

式中：Mw 为涵养水源量（m3/年）；R为年降雨量（mm）；E为年均蒸散量（mm）；A为研究区域面积（hm2）；BT为年均生物温度（℃）；T为＜30 ℃与＞0 ℃月均温；θ 为径流系数（采用北方地区平均值0. 281）。

水量平衡法其实是把生态系统总径流量看作其水源涵养量。 径流系数是指一个流域同时期内径流深度与形成该时期径流的降水量的比值（其值在0～1 范围），是水文过程的重要参数，反映了该流域对降雨的截流能力与降雨在流域面积上的转化分配情况。

3.2 果园生态系统涵养水源价值量的估算地下径流增长法、采伐损失法、替代工程法与市场定价法是生态系统涵养水源价值量的常用估算方法，其中采用较多的是替代工程法。

替代工程法也叫影子工程法， 即假设存在一个价值可以计算的工程， 采用这个工程的造价替代生态系统涵养水源的价值。 根据前人研究结果，按照1990 年不变价，每建设1 m3库容年投资成本为0.67 元，这也是国内统一采用的水库蓄水成本。为保证数据的可比性，本文采用这一标准对果园生态系统涵养水源价值量进行估算，公式如下：

式中：Ew 为果园生态系统涵养水源的价值量（元/年）；Mw 为果园生态系统涵养水源的物质量（m3/年）， 每建设1 m3库容年投资成本按0.67 元计。

4 结果与分析

利用上式（1）～（4）和西安2012—2021 年的年降水量、 果园面积计算出西安果园生态系统2012—2021 年逐年的涵养水源物质量及经济价值，见表1。

表1 2012—2021 年西安果园生态系统涵养水源物质量及经济价值

4.1 西安果园生态系统涵养水源的物质量分析

由表1 可知， 西安果园生态系统每年涵养水源的物质量为1 665.87 m3/hm2， 平均每年涵养水源总量58 607 729.9 m3。 从表1、图1、图2可看出， 西安果园生态系统涵养水源的物质量基本趋势是随果园面积增加而增加， 但年际间差异较大，2014 年、2021 年差异明显。 从果园面积来看（图1），2014 年与相邻年份（2013 年、2015 年），2021 年与相邻年份（2019 年、2020年）相差不大，但果园生态系统涵养水源的物质总量却差异较大：2014 年远高于临近的2013 年和2015 年，是2013 年的1.62 倍，相当于2015年的1.23 倍；2021 年是2020 年的1.6 倍， 相当于2019 年的1.78 倍， 原因主要是降水量的差异。 由表1 可知，2014 年的降水量远高于2013年和2015 年；2021 年的降水量远高于2019 年和2020 年，所以西安果园生态系统每年涵养水源的总物质量除了与果园面积相关， 还与年降水量有关。

图1 西安市果园生态系统涵养水源的物质量与果园面积的关系

图2 西安市果园生态系统涵养水源的物质量与降雨量的关系

通过偏相关分析可知， 果园生态系统每年涵养水源的总物质量与果园面积、 年降水量的偏相关系数分别为0.995 7、0.996 9，显著性水平均小于0.01%，均表现出极强的正相关关系。

4.2 西安果园生态系统涵养水源的经济价值分析 西安果园生态系统涵养水源的价值量平均每年5 860.77 万元，单位面积价值量平均每年为1 116.13 元/hm2，2021 年西安农林牧渔业总产值为5 605 906 万元，折合成1990 年不变价则为1 235 325.25 万元。 西安果园生态系统2021 年仅涵养水源功能一项所创造的经济价值就相当于2021 年西安农林牧渔业总产值的0.8%。 可见，果园生态系统不仅提供了巨大的经济效益，同时也创造了巨大的生态服务效益。

西安市果园生态系统涵养水源的价值量与物质量变化趋势相同（见图3）。 由表1 可知，果园生态系统的价值量随果园面积和降水量的变化而变化，表现出强正相关关系，那么果园生态系统涵养水源功能的经济价值必定也呈现出随果园面积扩大而增加的总趋势， 但同样会因为降水量而产生较大的年际波动。 如2017 年，涵养水源的价值量高于2016 年和2018 年， 主要就是降水量的年际变化所引起（见图2）。 果园生态系统对水源的涵养功能主要是果树对降水拦截、渗透与储藏的功能，随年降水量增加，果园生态系统水源涵养功能也在加强。

图3 西安市果园生态系统涵养水源的价值量与物质量的关系

5 小结与讨论

1）西安果园生态系统年均涵养水源的物质量为1 665.87 m3/hm2， 与前人对北京市森林生态系统单位面积的涵养水源量的计算结果较为一致。

2）西安果园生态系统年均涵养水源的价值量为5 860.77 万元， 单位面积价值量为1 116.13 元/hm2·年， 其所创造的经济价值相当于西安市2021 年农林牧渔业总产值的0.8%。

3）西安果园生态系统的水源涵养的物质量及价值量呈现随果园面积增大而增加的总趋势， 但涵养水源物质量、 价值量年际间均表现出较大波动性， 主要原因是降水量的波动。 在果树面积相近的情况下， 降水量的增加提升了果园生态系统涵养水源的功能。

果园生态系统是一种人工生态系统， 但作为森林生态系统的一个组成部分， 其涵养水源功能是生态系统服务功能的重要组成， 其林木树冠层、 枯落物层及土壤层均具有降水拦截与滞留作用。 本文对果园生态系统涵养水源功能进行了水量平衡法估算， 式中所采用的径流系数为北方山区径流系数的平均值， 可能对最后计算结果会产生一定影响， 但总体计算结果与文献结果较为一致，具有一定的参考价值。