陈泽金1，曹淑平2，李继伟2
（1.北京林业大学经济管理学院，北京100083；
2.商都县林业局，内蒙古乌兰察布013450）
［摘要］京津风沙源工程发挥了显著的生态效益。本研究在界定京津风沙源工程生态效益概念及其内容的基础上，运用专家咨询和文献搜集法，建立了京津风沙源生态效益价值评价体系，利用市场价值法、影子工程法、机会成本法等方法，对内蒙古商都县京津风沙源治理工程的生态效益进行了价值评价和分析。研究表明，商都县2000—2013年度京津风沙源治理工程总效益约12.72亿元/a，不同工程措施生态效益结构差异明显，可为京津风沙源工程二期的规划和实施提供参考。
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关键词 ］京津风沙源治理工程；生态效益；评估
［DOI］10.13939/j.cnki.zgsc.2015.22.247
1引言
随着林业生态工程不断开展和生态影响的日益体现，生态效益评价成为了研究热点，并初步形成了一套以林（草）生态系统服务价值为核心的生态效益评价体系。然而像京津风沙源治理工程这样的综合性生态工程，不仅包含林草恢复措施，而且实施了水源工程、节水灌溉、小流域综合治理等非林草措施，其投资额在资总额中占有相当比重。以往的工程生态效益评价研究中往往只针对林业和草地治理中某一方面进行讨论，欠缺覆盖全面措施的生态效益评价，将非林草措施恰当地纳入到工程生态效益评价中已成为亟待解决的问题。
2研究区域概况
2.1地理位置与自然条件
内蒙古商都县位于乌兰察布市北部，全县面积4353平方公里，以低山丘陵为主，属中温带半干旱季风性气候，水利部门提供的近年平均降水量355.2mm/a，降水多集中于6~9月，年均日照时数达2981h，平均气温3.1℃，无霜期120天左右，山洪易发多发，年平均大风67d，土地风蚀沙化严重。植被为退化灌木草原和干草原类型，主要由虎榛子、锦鸡儿、针茅、铁杆蒿、胡枝子等植被群落组成。主要农作物为小麦、莜麦、马铃薯等。属京津风沙源工程农牧交错地带沙化土地治理区。
2.2工程项目实施情况
2000—2013年，商都县京津风沙源工程该区采取了林业、草地治理和水利水保等综合治理措施：包括人工造林及人工造林试点补贴4.00×104hm2，飞播造林0.61×104hm2、退耕地造林及配套荒山荒地造林4.02×104hm2、封山育林及以封代造3.54×104hm2、农田防护林0.17×104hm2，种苗基地23.33hm2。林业措施主要造林树种为灌木小叶锦鸡儿（柠条），占到总造林面积的89.67%，其次为沙棘、枸杞、山杏、怪柳等约占2.00%，乔木以杨树、山桃、榆树、针叶松为主，杨树、山桃、榆树、针叶松分别占乔木林40%、30%、15.58%、10%。草地治理措施主要是人工种草及围栏封育，分别为0.74×104hm2、1.02×104hm2，其次是基本草场（青贮玉米）3.33×102hm2和草种基地0.93×102hm2，此外有非林草措施暖棚建设14.30×104m2、饲草机械3190台套等。水利水保措施有水源工程744处，可灌溉农田0.25×104hm2，节水灌溉措施1084处，可服务农田0.36×104hm2，小流域综合治理控制1.75×104hm2的水土流失面积。截至2013年商都县京津风沙源工程累积完成国家投资2.09亿元，取得了显著的生态、经济效益。
3材料与方法
3.1数据来源
本研究以商都县2000—2013年京津风沙源工程项目建设情况为依据，通过实地调查和专家咨询搜集反映生态服务价值的数据，并搜集区域内植被、气象、水文、经济等相关文献资料，对京津风沙源工程区的总体生态效益进行评估。
3.2生态效益评价方法
3.2.1指标体系
根据全面反映生态系统所产生经济生态价值的要求，本文在搜集京津风沙源工程相关生态效益研究资料基础上，参照《退耕还林工程生态效益监测评估技术标准与管理规范》《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）、《森林生态系统长期定位观测方法》（LY/T 1952-2011）等已有标准和规范，并根据当地具体环境进行了适当调整，选择涵养水源、保育土壤、净化空气、生物质生产、生物多样性五大类因子，13项具体指标进行评价（见图1）。
3.2.2价值计量方法
当前在生态效益评价中，基于工程生态影响效果的公共物品属性、正外部性、非市场化及地域局限性，具体评价项目的不同，其评价方法也有较大差异，包括市场价值法、等效替代、恢复费用法、影子工程法和造林成本法等生态经济评价方法。本文根据地区特点，以全面、科学和生态价值的可实现性为原则，选取相应的价值评价方法。
4结果分析
4.1涵养水源
（1）蓄水效益林草地一方面通过林冠、枯枝落叶层和林地截留、吸收并储存降水，在削弱径流的同时净化地表水质，并将地表水转化为枯水期径流或地下水，起到正向的蓄水效益；另一方面其自身的正常生长也需要蒸发水分，形成对水分的消耗。本研究根据蒸散率法计算林草植被蓄水效益：
。Gs为年调节水量，Ai为i类林草地面积（hm2），Ei相应林草地内蒸散强度（mm/a），Li为商都县多年平均径流深15.7mm/a。据罗诗峰测算，乌兰察布市内人工乔木林地、人工草场、基本草场（青贮玉米）耗水量强度分别达615.0mm/a、480.0mm/a、607.2mm/a［1，2］，远高于当地多年平均降水量，其净蓄水量分别为-1894.2×104m3、-1050.99×104m3、-178.52×104m3。而人工乔灌混交林、灌木林地及疏林地蒸散强度的分别320.0mm/a，天然草地为284.0mm/a，分别可蓄水2290.13×104m3、563.12×104m3。
非林草措施中水源工程及节水灌溉可影响水资源存量。水源工程以建设机电井为主，通过开采地下水服务于营林造林、农田灌溉和人畜生活用水等方面，形成水资源净消耗，节水灌溉工程则显著地降低了单位农田灌溉用水量。根据工程设计，每处水源工程负责3.33hm2农地，灌溉定额为300.0m3/mu·a-1，年消耗水资源-1116.02×104m3，每处节水灌溉工程所覆盖的3.33hm2农田可节约灌溉用水70.0%［3］，相当于每年增加水资源1138.15×104m3。工程各项措施每年蓄水262.53×104m3，所蓄水资源价格采用当地农业灌溉用水价格1.35元/m3，蓄水价值为354.49万元。
（2）调节径流根据相关研究，林地可以调节70%的地表径流，草地为30.0%~50.0%［4］。以商都县多年地表径流量计算，林业措施、草地治理措施年可调节径流1366.12×104m3、115.47×104m3。商都县小流域治理将人工水土保持林、围栏封禁与坡面治理相结合，调节径流能力可分别提高至240.0m3/hm2·a-1和200.0m3/ hm2·a-1，年调节径流为214.13×104m3、122.06×104m3。小流域综合治理中的淤地坝、谷坊、沟头防护等水利工程建设，则直接发挥防洪、调节径流作用。其库容建设标准以防止流域范围内十年一遇6小时最大地表径流量37.5mm，杜绝了山洪灾害的发生。按其设计标准，年可调节径流量592.2×104m3。本文的对林草措施的调节径流价值采用影子工程法，以相同容积的谷坊工程替代，商都县平均单位谷坊库容建设费用1.0元/m3，京津风沙源工程年调节径流价值为2409.85万元。
（3）净化水质林草地的净化水质作用的与调节径流相同步，以工程所造林草地的调节径流量作为其净化水质量，采用影子工程法，以内蒙古污水处理最低费用0.8元/t计算，京津风沙源工程年净化水质价值1454.12万元。
4.2保育土壤效益
（1）固定土壤京津风沙源所造林草植被凭借树冠、枯枝落叶层削弱大气降水冲刷作用，大大降低土壤流失量。根据商都县水利部门监测，境内平均风蚀模数为2500.0t/km2，年水蚀模数为2000.0t/ t/km2［4］，小流域范围内仅水蚀模数就高达3650.0t/km2。高文然研究表明，林地可减少98.0%的土壤侵蚀，草地减少土壤冲刷80.0%，则林业措施和草地治理措施所造林地、草地可分别减少土壤侵蚀2.9t、2.4t。小流域治理所造水土保持林及围栏封禁，年可以拦蓄泥沙45.0t/hm2和40.0t/hm2，此外还建设有大量的以削减侵蚀，固定土壤为目的的淤地坝、谷坊、沟头防护，能够将剩余侵蚀土壤固定在流域范围内。根据通行的恢复费用法计算固定土壤价值如下：
Vt为年固土效益，Gt为年固土量，Ct为水利建设所挖取和运输单位土石方所需费用8.2元/m3，Xi单位面积减少的土壤侵蚀模数，ρ为当地淤积土壤容重1.5t/m3。则每年林业措施和草地治理所建设林地、草地固土量为547.95×104t、66.15×104t，效益分别为2991.48万元、359.65万元。而小流域人工水土保持林和围栏封禁年固土量分别为62.41×104t、39.77×104t，效益为341.21万元、217.44万元。由于小流域治理后土壤侵蚀减少，沟谷塘坝可控制小流域内剩余土壤侵蚀量，约0.20t/mu·a-1，则小流域治理区内沟谷塘坝年固土量为5.33×104t，年固土价值为29.15万元。
（2）保肥效益森林和草地的保肥效益一般以年固土量中氮磷钾的物质量折算为化肥价值作为保肥价值：
Vf为工程年保肥价值，Cf为单位淤积土地所含肥料价值，根据《乌兰察布盟土壤普查》数据，商都县非农耕土地所含全氮（N）、速效磷（P）、速效钾（K）、有机质（M）比率为0.1107%、0.00032%、0.01821%、1.7455%。以磷酸二铵补充土地损失的氮磷元素，其氮（R1）磷（R2）含量分别为18.0%，46.0%，施肥量以需求量更大氮元素量决定，则工程每年节约磷酸二铵4.43×104t，以内蒙古的磷酸二铵平均价格（C2）2700.0元/t计算，可产生经济效益11982.75万元。以氯化钾化肥补偿土壤损失钾元素，其含钾量（R3）为60.0%，工程所避免钾肥损失0.22×104t，以内蒙古氯化钾化肥平均价格（C2）为2076.0元/t，效益为454.68万元。当地补偿土壤有机质主要以薪材补充，薪材转化有机质比率（R4）为50.0%［5］，工程年节约薪材25.19×104t，以薪材价格400.0元/t计算，效益10076.94万元。
4.3净化环境效益
林地可通过叶面的呼吸作用可有效吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物，并吸附粉尘污染，而草地吸纳空气污染物能力有限，所以净化环境效益主要来自于林业措施，本文以赵同谦在《中国森林生态系统服务功能评价》［6］采用的林地空气污染物吸收量计算净化环境价值：
Vk为总空气净化价值，Gj为工程造林对j（二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘）类污染物年吸收量。虽然2013年《退耕还林工程生态效益监测国家报告》新加入了PM2.5、PM10、负氧离子浓度等指标，但由于数据搜集困难，未纳入指标体系中。根据王兵等人研究成果，每公顷森林年吸收或沉降二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘能力（Qij）为126.56kg、、4.60 kg、6.44 kg、2.13×104kg，灌木林为92.9 kg、3.40 kg、5.82 kg、1.14×104kg［7］。Ai为各林种相应造林面积，其中乔灌混交林按照乔木灌木比例1∶2比例分配，灌草以1∶1分配，则商都县京津风沙源治理工程年吸收或沉降二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘分别为1263.57×104kg、46.57×104kg、78.17×104kg、162.50×104t。各类污染物单位治理费用（Kj）根据国家发改委发布的《排污费征收标准及计算方法》确定的二氧化硫、氟化物、氮氧化物、一般性粉尘污染治理费用为1.2元/kg、0.63元/kg、0.69元/kg、0.15元/kg，计算工程年环境净化价值为25972.77元。
4.4生物质生产效益
林业措施所建设的乔木林如杨树、榆树、针叶松等主要为生态林，一般禁止砍伐出售，其价值主要体现在吸收二氧化碳，释放氧气活动所积累的植被碳库效益。此外如山桃、山杏、怪柳、文冠果等树种虽因当地缺乏降水、地力贫瘠等原因退化为灌木，但其果实种子有一定经济效益。以柠条为代表的灌木可产生植食性枝叶，可补充当地饲草消耗。工程所造农田牧场防护林在自身进行固碳释氧活动的同时，还可降低林带内风速，提高温度、湿度，拦蓄雨雪，平均可提高约10%的农作物产出。草地治理措施中，人工种草及围栏封育可提高牧草产出量，基本草场所产出的青贮玉米则为牲畜过冬提供必要食物供给。暖棚及饲草机械推广虽然可以降低牲畜对饲草需求，提高农作物秸秆利用，但并不直接作用于生物质产出，属生态压力和经济生产范畴，本文不做讨论。水利水保措施中，除小流域治理中人工水土保持林、围栏封禁草地可产出植食性枝叶和饲草外，水源工程及配套的节水灌溉可提高单位农田产出4~6倍，提高了土地利用效率。
（1）固碳释氧闫德仁（2010）对内蒙古各类乔木林地研究显示，杨树、榆树、云杉、樟子松的平均碳密度达21.3994t/hm2、7.3251 t/hm2、45.1607 t/hm2、67.4358 t/hm2［8］。以各自的成熟年限推算，则每年净固碳量达1.43t/hm2、0.24t/hm2、0.90t/hm2、2.25 t/hm2［9］。根据植物光合作用方程，每生产1g干物质吸收1.62g二氧化碳，并释放1.19g氧气计算，工程所造乔木林年可吸收二氧化碳3.1×104t/a，释放氧气2.3×104t/a。由中国平均造林固碳成本260.17元/t（C），制氧成本352.93元/t（O）［10］，可得年均造林固碳、释氧收益分别为804.74万元、798.06万元。
（2）经济产品产出根据商都县京津风沙源工程设计，部分乔木如山桃、山杏、文冠果的果实有较高的经济价值，年平均生产林果种子0.22 t/hm2，销售价格可达700元/t，年均增加经济效益581.30万元。柠条等灌木林地可产植食性枝叶1.13t/hm2，可用作优质饲草，而封山育林所恢复的灌木林地，年可提高植食性枝叶产出0.45t/hm2。以饲草400元/t计算，林业措施每年生产植食性枝叶11.30×104t，年产值达4557.01万元。草地治理措施中人工草场年可生产优质紫花苜蓿0.4t/hm2，年产4.4×104t，产值1772.31万元。围栏封育年增产牧草0.9t/hm2，年增产量0.9×104t，增产效益368.40万元，基本草场建设年可生产青贮玉米53.90t/hm2，共3.59×104t，以单价0.15元/kg，年效益539.1万元。
（3）支持防护产出当地主要农作物马铃薯为例，其平均年产3.23t/hm2，以每亩农田防护林可防护60亩农地，提高10%的农作物产量计算，农田防护林年提高生物质产出价值为6450万元［11］。水源工程通过改造旱作农田，可提高农作物产量4~6倍，扣除人工后每亩农田年可增收2000元［11，12］，年产生效益7440万元。
4.5生物多样性效益
京津风沙源工程所采取的措施，通过林草植被建设保护基因、物种和生态系统，达到长期维持生态系统稳定性，满足现实很和潜在需求的目的。但基因、物种层次上的物质量和价值量都难以确定，生物多样性价值计量仍然是个难以解决的问题。当前生物多样性价值评价主要根据不同生境的（Shannon-Wiener）指数等级来确定其单位面积的生物多样性价值。根据张金旺对乌兰察布市的研究成果，本地区所有非农立地类型的（Shannon-Wiener）指数均在0~1之间，参照《退耕还林工程生态效益监测评估技术标准与管理规范》所提供的标准，单位面积生物多样性价值为3000元/hm2，排除人工单一生境类型如草种基地、苗木基地，农田后，工程所增加的各类林草地共14.24×104hm2，可产生生物多样性价值为47227.87万元每年［13］。
4.6计量结果分析
（1）生态效益计量结果综合考虑工程的涵养水源的价值、保育土壤的价值、净化环境效益的价值、生物质生产效益的价值以及生物多样性的价值，综合评价出商都县京津风沙源治理工程生态效益。计量结果见表1。
（2）生态效益计量结果分析
首先，商都县2000—2013年京津风沙源治理工程年均生态效益为12.72亿元，超过国家累计投资5.08倍，约为工程总投资的3倍。对比各类生态效益，生物多样性价值>保育土壤价值>空气净化效益>生物质生产>涵养水源效益，分别占比37.12%、20.80%、20.41%、18.35%、3.32%。反映了工程措施对当地生态问题的针对性。
其次，不同工程措施的生态效益有各自的特点。商都县位于农牧交错地带，人口经济压力导致的滥垦滥牧现象相对严重，生态系统退化过程明显。林业措施、草地治理措施及小流域综合治理扩大生物种群规模和基因库，极大地提升了当地生态系统复杂度和稳定性。当地林业专家表示，自工程实施起，原有的植被病害及蝗灾得到大幅度抑制。人工造林、荒山荒地造林、退耕还林、封山育林和飞播造林所造林种多为防风固沙林，遏制了区域内土壤风蚀沙化、水流侵蚀，并减少了区域内大气中的沙尘等污染物含量，其中降尘价值占到净化环境价值的93%，发挥了显著的保育土壤和净化空气作用（见图2）。但上述措施的经济效益相对并不显著，除封山育林措施外涵养水源能力有限。农田防护林、人工种草及水源工程有明显的生物质产出效益，也因此消耗了一定的水分，与此同时封山育林、飞播造林、围栏封育等天然植被恢复措施，配合小流域综合治理措，累积大量的水资源，节水灌溉也提高了水资源的利用效率，支持了生产用水需求，保证了工程的其他生态效益的可持续发挥。
最后根据商都生态建设一线人员提供资料，人工所造林草地一般需要运营费用15元/mu·a，封山育林、围栏封育等自然恢复措施需要2元/mu·a的运营费用，水源工程及配套的节水灌溉服务农田需要50元/mu·a的费用，从工程措施单位面积效益角度分析，可以明显发现（见图2）农田防护林及水浇地建设运行效益最高，说明将生态系统服务与生物质生产相结合应是下一阶段工程的着力点。
5讨论
本文深入分析京津风沙源工程措施具体生态影响，探索了一套全面涵盖京津风沙源工程各项工程措施的生态效益评价的理论和计量模型。在此基础上对商都县的京津风沙源工程的生态效益进行了实证研究，进而分析了各工程措施特别是非林草措施的生态效益的特点，从中也发现，京津风沙源工程总体效益大，产出效率高，具有较大的正外部性。但各类工程措施的生态效益成分不尽相同，既有正面作用，某些情况下也会牺牲一类效益来提高其他方面的效益。林非林草措施虽然总体效益占比小，但投资效率较高。本文仅为探索性的计量，并非精确的结论，相信随着数据的不断积累和研究的深入，对工程措施的效益评价将会为工程的进一步调整和实施起到有益的作用。
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［作者简介］陈泽金（1988—），男，山西晋城人，硕士。研究方向：统计预测与决策。