多重生態(tài)服務(wù)功能目標(biāo)下的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值研究
——以北京市為例

王志剛, 王家樂(lè), 韓 培, 楊 坤, 張 超, 王 可, 張平倉(cāng)

(1.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院, 湖北 武漢 430010; 2.北京市水土保持工作總站, 北京 100036; 3.水利部 山洪地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心, 湖北 武漢 430010)

當(dāng)前生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治工作中，尚未對(duì)土壤流失控制值進(jìn)行明確定義，僅對(duì)土壤流失控制比進(jìn)行了定義。本文參考土壤流失控制比的定義，將土壤流失控制值定義為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍內(nèi)治理后每1 km2年平均土壤流失量應(yīng)達(dá)到的值，其量綱與土壤侵蝕模數(shù)相同。該值主要用于指導(dǎo)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和管理等。現(xiàn)行《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50434-2018)》中土壤流失控制值主要通過(guò)土壤流失控制比和容許土壤流失量確定。其中土壤流失控制比主要根據(jù)水土保持敏感程度、水土流失影響程度和水土保持區(qū)劃一級(jí)分區(qū)確定，并在此基礎(chǔ)上按背景土壤侵蝕強(qiáng)度差異進(jìn)行調(diào)整[1]。土壤流失控制比對(duì)背景侵蝕強(qiáng)度的調(diào)整以中度侵蝕為基準(zhǔn)，輕度和微度的上調(diào)到1及以上，中度以上的可以下調(diào)0.1～0.2。這種調(diào)整的程度主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，是否滿足實(shí)際需求還需要科學(xué)論證。容許土壤流失量按《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SL190-2007)》執(zhí)行，是從保持土壤肥力和維持土地生產(chǎn)力基本穩(wěn)定的角度出發(fā)制定的[2-4]，主要反映水土保持的食物、纖維、薪材等供給服務(wù)功能。總體來(lái)說(shuō)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下土壤流失控制值的確定側(cè)重的是水土保持的供給服務(wù)功能，對(duì)其他服務(wù)功能考慮的程度較弱。但是，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目除為人類(lèi)提供農(nóng)林物質(zhì)資料外，更多的是提供工業(yè)物質(zhì)資料和滿足人類(lèi)的生活質(zhì)量、健康、文化、福利事業(yè)等需要。因此，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持需要達(dá)到的目標(biāo)更加多元化。特別是當(dāng)前中國(guó)城市化進(jìn)程仍快速發(fā)展，城市建設(shè)等工程項(xiàng)目導(dǎo)致的人為水土流失仍在加劇，成為人民對(duì)美好環(huán)境需要的障礙因素之一[5]。

水土保持生態(tài)服務(wù)指水土保持在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面滿足人類(lèi)福祉的各種作用和效能，主要包括支持服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)。近年來(lái)，隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和水土保持生態(tài)服務(wù)功能研究的深入，人們對(duì)水土保持生態(tài)服務(wù)的需求越來(lái)越多元化[6-9]，為確定維護(hù)多重服務(wù)功能，滿足多元目標(biāo)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值提供了理論基礎(chǔ)。本文以北京市為例，旨在探討現(xiàn)有土壤流失控制值確定方法能否滿足多元的現(xiàn)實(shí)需求，尋找可以維護(hù)多重生態(tài)服務(wù)功能的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值確定方法。

1 研究區(qū)概況

北京市是中國(guó)首都，是全國(guó)政治、文化中心和交通運(yùn)輸?shù)臉屑~，其生態(tài)系統(tǒng)具有非常多元化的服務(wù)功能，在全國(guó)具有較強(qiáng)的借鑒意義。劉寶元教授等在北京市開(kāi)展了大量容許土壤流失量研究，形成了系統(tǒng)的容許土壤流失量成果[4]。北京市地形西北高、東南低(圖1a)，西部為西山，北部和東北部為軍都山，東南部屬華北平原[10]。氣候?yàn)榈湫偷谋睖貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。多年平均降雨量483.9 mm，降水季節(jié)分配很不均勻，全年降水的80%集中在夏季6—8月，7—8月有大雨。根據(jù)沈漢的研究結(jié)果，北京市共有19個(gè)土壤亞類(lèi)，山區(qū)土壤主要為棕壤、山地褐土，丘陵平原區(qū)土壤主要為普通褐土、潮土。地帶性植被類(lèi)型是暖溫帶落葉闊葉林并間有溫性針葉林的分布。

北京市在土壤侵蝕類(lèi)型區(qū)上屬北方土石山區(qū)。土壤侵蝕強(qiáng)度較高的區(qū)域主要分布在西部和北部山區(qū)(見(jiàn)圖1b—1c，數(shù)據(jù)來(lái)源于2020年北京市水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè))[11]，對(duì)應(yīng)的水土保持功能主要為土壤侵蝕控制和地表水源涵養(yǎng)(見(jiàn)圖1d)[12]，土壤侵蝕模數(shù)一般高于容許土壤流失量[10-11]；土壤侵蝕強(qiáng)度較低的區(qū)域主要分布在東南部平原區(qū)，對(duì)應(yīng)水土保持功能主要為維護(hù)城市人居環(huán)境和首都功能，土壤侵蝕模數(shù)一般低于容許土壤流失量。

2 研究方法

根據(jù)北京市水土保持重點(diǎn)防治區(qū)、敏感區(qū)和背景土壤侵蝕模數(shù)，按照《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50434-2018)》的規(guī)定，確定生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的土壤流失控制比。分別用容許土壤流失量(數(shù)據(jù)來(lái)源于2010年《北京土壤流失方程》)和背景土壤侵蝕模數(shù)(數(shù)據(jù)來(lái)源于2020年北京市水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè))除以土壤流失控制比，計(jì)算出基于容許土壤流失量和背景土壤侵蝕模數(shù)的北京市土壤流失控制值。然后對(duì)比兩者的差異，探討它們與水土保持多種生態(tài)服務(wù)功能的關(guān)系，分析其適宜性，選取兩者中可以維護(hù)更多生態(tài)服務(wù)功能的值作為最終的北京市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值。

注：1為石景山； 2為西城區(qū)； 3為東城區(qū)。下同

3 結(jié)果分析

3.1 土壤流失控制比

北京市全域皆屬?lài)?guó)家級(jí)或市級(jí)水土流失重點(diǎn)防治區(qū)(圖2a,2b)[12-13]。同時(shí)部分區(qū)域?qū)儆陲嬘盟幢Ｗo(hù)區(qū)、水功能一級(jí)區(qū)的保護(hù)區(qū)和保留區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、世界文化和自然遺產(chǎn)地、風(fēng)景名勝區(qū)、地質(zhì)公園、森林公園、重要濕地以及縣級(jí)及以上城市區(qū)域[14]。根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50434-2018)》，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目均執(zhí)行水土流失防治一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)圖2c)。北京市輕度和微度侵蝕區(qū)域生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目到設(shè)計(jì)水平年土壤流失控制比均大于等于1，中度侵蝕區(qū)域?yàn)?.9，中度以上侵蝕區(qū)域大于等于0.7。從圖2d可知，北京市大部分區(qū)域的土壤流失控制比大于等于1，僅山區(qū)與平原之間過(guò)渡帶的少量區(qū)域土壤流失控制比小于1。

3.2 基于容許土壤流失量的土壤流失控制值

通過(guò)容許土壤流失量[4,10]除以土壤流失控制比(圖2d)，得到基于容許土壤流失量確定的北京市土壤流失控制值。其中，山區(qū)較低，大部分為100～150 t/(km2·a)；山區(qū)和平原之間的過(guò)渡區(qū)較高，大部分為150～200 t/(km2·a)；平原區(qū)較高，大部大于300 t/(km2·a)(圖3)。采用這種方法確定的土壤流失控制值具備保持土壤肥力和維持土地生產(chǎn)力基本穩(wěn)定的作用，可以維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)功能。另外，在山區(qū)及其與平原之間過(guò)渡區(qū)，背景土壤侵蝕模數(shù)大多在200 t/(km2·a)以上(圖1c)，高于土壤流失控制值，以此值控制生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目治理后的土壤侵蝕模數(shù)，工程建成后的土壤侵蝕不會(huì)較建設(shè)前加重，不會(huì)影響城市景觀面貌，維護(hù)了生態(tài)系統(tǒng)的文化服務(wù)功能。但是在一些水土保持敏感區(qū)，如官?gòu)d水庫(kù)和密云水庫(kù)周邊，由于地勢(shì)平坦、土壤條件較好，容許土壤流失量較高，計(jì)算的土壤流失控制值高于其他區(qū)域，甚至大于200 t/(km2·a)，可能不能充分滿足保護(hù)水源的要求。在平原區(qū)背景土壤侵蝕模數(shù)大部分在100 t/(km2·a)以下(圖1c)，低于容許土壤流失量[4,10]。基于容許土壤流失量確定的土壤流失控制值也高于背景土壤侵蝕模數(shù)，不能起到將工程建成后土壤流失強(qiáng)度限制在背景土壤侵蝕模數(shù)以下的作用，會(huì)出現(xiàn)工程建成后土壤侵蝕加重而降低城市景觀面貌的現(xiàn)象。

圖2 北京市水土流失重點(diǎn)防治區(qū)與土壤流失控制比

由于北京市是中國(guó)首都，平原區(qū)分布著首都功能核心區(qū)、城市功能拓展區(qū)和城市發(fā)展新區(qū)[14]，其生態(tài)系統(tǒng)具有重要的文化服務(wù)價(jià)值。從這個(gè)角度出發(fā)北京市不允許出現(xiàn)大量工程建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致土壤流失大于背景值，應(yīng)該將工程建成后的土壤流失控制在背景土壤侵蝕模數(shù)以下。因此，基于容許土壤流失量確定的土壤流失控制值，可以起到維護(hù)了生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)功能的作用，在背景土壤侵蝕模數(shù)較高的山區(qū)也能起到維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)功能的作用，但是在平原區(qū)不能滿足維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)功能的需求，在部分水土保持敏感區(qū)不能充分滿足維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)功能的需求(表1)。

表1 利用不同方法確定的北京市土壤流失控制值維護(hù)生態(tài)服務(wù)功能分析

3.3 基于背景土壤侵蝕模數(shù)的土壤流失控制值

將背景土壤侵蝕模數(shù)(圖1)除以土壤流失控制比(圖2)，得到基于背景土壤侵蝕模數(shù)確定的北京市土壤流失控制值。其中，山區(qū)及其與平原間的過(guò)渡區(qū)較高，一般高于200 t/(km2·a)；平原區(qū)較低，大部小于100 t/(km2·a)(圖4)。采用這種方法確定的土壤流失控制值，可以將生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目建成后的土壤流失限制在背景土壤侵蝕模數(shù)以下，工程建成后的土壤侵蝕不會(huì)較建設(shè)前加重，不會(huì)影響城市景觀面貌，能起到維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)功能的作用。

另外，基于背景土壤侵蝕模數(shù)確定的官?gòu)d水庫(kù)和密云水庫(kù)周邊土壤流失控制值大部分低于100 t/(km2·a)，較基于容許土壤流失量確定的土壤流失控制值小，可以更好地起到保護(hù)水源的作用。但是，在山區(qū)及其與平原之間的過(guò)渡區(qū)，因?yàn)楸尘巴寥狼治g模數(shù)大，確定的土壤流失控制值大部分大于300 t/(km2·a)，比容許土壤流失量一般低于150 t/(km2·a)[10])高(圖3)，不能充分滿足保持土壤肥力和土地生產(chǎn)力穩(wěn)定的要求。因此，基于背景土壤侵蝕模數(shù)確定的土壤流失控制值，可以滿足維護(hù)文化服務(wù)功能的需求，但在山區(qū)不能滿足維護(hù)供給服務(wù)功能的要求(表1)。

3.4 維護(hù)多重生態(tài)服務(wù)功能的土壤流失控制值

從以上研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，由于不同區(qū)域間水土流失特征差異和人們對(duì)水土保持生態(tài)服務(wù)功能需求的不同，單獨(dú)基于容許土壤流失量或者背景土壤侵蝕模數(shù)確定的土壤流失控制值都不能完全滿足現(xiàn)實(shí)需求。北京市山區(qū)及其與平原間過(guò)渡區(qū)大部分區(qū)域的背景土壤侵蝕模數(shù)大于容許土壤流失量，水土保持的主要功能為控制土壤侵蝕，維護(hù)土地生產(chǎn)力和地表水源涵養(yǎng)[11]。將生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制在較低的容許土壤流失量以下可以更好地達(dá)到這些目的。因此通過(guò)容許土壤流失量確定土壤流失控制值更為合理。然而，在官?gòu)d水庫(kù)、密云水庫(kù)周邊等背景土壤侵蝕模數(shù)低于容許土壤流失量的區(qū)域，應(yīng)將生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制在背景土壤侵蝕模數(shù)以下，以更好地涵養(yǎng)地表水源。北京市平原區(qū)大部分區(qū)域的背景土壤侵蝕模數(shù)小于容許土壤流失量，水土保持的主要功能為維護(hù)城市人居環(huán)境和首都功能，將生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制在較低的背景土壤侵蝕模數(shù)以下可以更好地滿足人們對(duì)城市優(yōu)美生活環(huán)境的需求，充分體現(xiàn)水土保持的文化服務(wù)功能。通過(guò)背景土壤侵蝕模數(shù)確定的土壤流失控制值更為合理。因此，將基于容許土壤流失量和背景土壤侵蝕模數(shù)兩種方法結(jié)合起來(lái)，取兩者中較小的值作為依據(jù)，確定的北京市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值(圖5)，能夠維護(hù)不同區(qū)域更多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(表1)。

圖3 基于容許流失量計(jì)算的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值

4 討 論

農(nóng)業(yè)、林業(yè)水土保持更多地強(qiáng)調(diào)供給服務(wù)功能，而生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目為人類(lèi)提供的福祉更加多元化，其土壤流失控制值的制定需要從維護(hù)水土保持生態(tài)服務(wù)多項(xiàng)功能的角度進(jìn)行考慮。水土保持維護(hù)的生態(tài)服務(wù)功能可以分為兩個(gè)方面。一是維護(hù)支持服務(wù)。即從保護(hù)土壤本身出發(fā)，要求土壤流失控制值低于或等于土壤形成速率。土壤的形成速率取決于母質(zhì)、地形、氣候、生物等成土因素，因此這主要是從土壤的自然屬性出發(fā)制定土壤流失控制值。二是從維護(hù)土壤滿足人類(lèi)需求角度出發(fā)，主要包括以下3項(xiàng)服務(wù)功能： ①供給服務(wù)。即土壤為人類(lèi)提供糧食、纖維、薪材等的功能，需要控制土壤侵蝕模數(shù)低于能保持土壤肥力和維持土地生產(chǎn)力長(zhǎng)期基本穩(wěn)定的值； ②調(diào)節(jié)服務(wù)。即土壤為人類(lèi)調(diào)節(jié)水資源、凈化水源、凈化空氣、防洪減災(zāi)、調(diào)節(jié)氣候、控制疾病等的功能，需要控制土壤侵蝕模數(shù)低于可能威脅到人類(lèi)安全、健康和財(cái)產(chǎn)的值； ③文化服務(wù)。即土壤滿足人類(lèi)精神與宗教、消遣與生態(tài)旅游、美學(xué)、激勵(lì)、教育、地方感、文化遺產(chǎn)保護(hù)等方面需求的功能，應(yīng)將土壤侵蝕模數(shù)控制在可能危害生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)的臨界值以下，我們認(rèn)為至少要低于背景土壤侵蝕模數(shù)。以往對(duì)于容許土壤流失量的研究，多是從保護(hù)土壤本身，維持土壤供給服務(wù)和少量調(diào)節(jié)服務(wù)功能角度出發(fā)的[15]，對(duì)維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)文化和調(diào)節(jié)服務(wù)功能的考慮不夠。

圖4 基于背景土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算的北京市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值

現(xiàn)行《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50434-2018)》基于容許土壤流失量來(lái)確定生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值，其主要目的是保護(hù)土壤本身和維持土壤的供給服務(wù)。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)防治標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別來(lái)考慮不同區(qū)域水土保持敏感性的差異，通過(guò)浮動(dòng)土壤流失控制比來(lái)考慮背景土壤侵蝕模數(shù)的差異，在一定程度上考慮了水土保持的調(diào)節(jié)服務(wù)。然而從本研究的結(jié)果看，通過(guò)調(diào)節(jié)土壤流失控制比的方法還不能充分滿足需求，特別是對(duì)于大城市。例如，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)指出土壤流失控制比在輕度背景侵蝕為主的區(qū)域不應(yīng)小于1，但是關(guān)于到底需要高出多少的問(wèn)題沒(méi)有給出明確的確定方法。在背景土壤侵蝕模數(shù)顯著低于容許土壤流失量的區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)土壤流失控制值高于背景土壤侵蝕模數(shù)的情況，不能滿足維護(hù)文化服務(wù)功能的需求。因此，在具有維護(hù)文化服務(wù)功能需求的區(qū)域，除將土壤流失控制值限制在容許土壤流失量以下外，還要明確提出應(yīng)該將其限制在背景土壤侵蝕模數(shù)以下?；蛘咭?guī)定在具有維護(hù)文化服務(wù)功能需求的區(qū)域，當(dāng)背景土壤侵蝕模數(shù)低于容許土壤流失量時(shí)，應(yīng)將土壤流失控制比上浮到容許土壤流失量與背景土壤侵蝕模數(shù)之比或以上。

圖5 北京市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值

綜上所述，對(duì)于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，特別是人口聚集度高的城市區(qū)域的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，維護(hù)多重生態(tài)服務(wù)功能的土壤流失控制值彌補(bǔ)了基于容許土壤流失量的土壤流失控制值主要反映供給服務(wù)功能的不足，更廣泛地滿足人們對(duì)水土保持調(diào)節(jié)和文化服務(wù)功能的需求，可以更加有效地指導(dǎo)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治工作。

5 結(jié) 論

按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值主要根據(jù)容許土壤流失量制定，突出維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)功能?；谌菰S土壤流失量確定的土壤流失控制值一般在山區(qū)、丘陵區(qū)較低，在平原區(qū)較高。以它控制生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失強(qiáng)度，可以起到維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)功能的作用，但是在背景土壤侵蝕模數(shù)較低的平原區(qū)不能滿足維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)功能的需求，在部分水土保持敏感區(qū)不能充分滿足維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)功能的需求?；诒尘巴寥狼治g模數(shù)確定的土壤流失控制值一般在山區(qū)、丘陵區(qū)較高，在平原區(qū)較低。以它控制生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失強(qiáng)度，可以滿足維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)功能的需求，但在山區(qū)不能滿足維護(hù)供給服務(wù)功能的要求。將基于容許土壤流失量和背景土壤侵蝕模數(shù)兩種方法結(jié)合起來(lái)，選取兩者中更為嚴(yán)格的值作為北京市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失控制值，能夠起到維護(hù)不同區(qū)域多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的作用。本研究提出的維護(hù)多重生態(tài)服務(wù)功能的土壤流失控制值確定方法可以為有關(guān)管理部門(mén)制定水土流失防治目標(biāo)值提供有益的補(bǔ)充。