徐燕 严芳 吴瑶 邵元亭 郭艳君 蔡娟
江西省人工影响天气中心 江西南昌 330096
摘要:本文用区域回归法对1001次生态型人工增雨作业（防雹除外）进行效果评估，共增雨10.3亿吨。从森林生态、流域生态和湿地生态三个方面评估人工增雨对生态系统的效益，2018年的人工增雨作业对森林生态、流域生态和湿地生态服务价值分别为45.74亿元、9.38亿元、3.95亿元，可以看出人工增雨作业蕴含巨大的生态效益。
关键词：人工增雨；生态；效益评估
江西由于地理位置与地形等原因，常发生气象干旱。在科学、定量地评估人工增雨作业效果的同时，结合生态系统结构特征和功能评估人工增雨对生态系统的效益，一方面能够直观揭示人工增雨对生态系统的服务价值贡献；另一方面也为管理决策者充分开发利用空中云水资源，促进区域内社会经济和生态环境的可持续发展提供参考。
1 数据与方法
1.1 数据
地面作业数据来源江西省地面作业信息数据库2018年地面作业信息，包含作业时间、作业点位置（名称、经纬度信息）作业方式、火箭弹（碘化银焰条）使用数量、仰角、方位角、作业前后天气变化及作业目的。
地面人工增雨作业965次，其中地面火箭作业842次，地面碘化银发生器作业123次，发射火箭弹2099枚，碘化银地面发生器燃烧焰条216根。2018年全省11个设区市93个县实施地面人工增雨作业965次，地面火箭作业842次，地面碘化银发生器作业123次，发射火箭弹2099枚，碘化银地面发生器燃烧焰条216 根，其中抗旱和水库增蓄作业748次，降低森林火险作业104次，改善空气质量作业103次，防雹作业10次。
使用的雨量数据为江西省地面中尺度站1h雨量数据。2018年江西省共有地面作业点350个。
1.2 增雨量评估方法
增雨量评估使用区域回归法。
1.3 人工增雨的生态效益评估方法
根据作业点位置以及参考作业目的进行分类。分为针对改善森林生态、流域生态、湿地生态三种作业类型，评估人工增雨作业对森林、流域、湿地的增雨贡献量。基于这三种类型作业的增雨量分析，评估人工增雨对这三种生态系统所增加的生态效益。
2 人工增雨的生态效益分析
2.1增雨作业对森林生态价值贡献分析
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2018年共开展人工增雨作业549次，增雨量为5.63亿吨。主要从涵养水源、保育土壤、固碳释氧、森林防护以及生物多样性防护五个方面评估人工增雨对森林生态系统的功能价值。
2.1.1 涵养水源: 包括调节水量和净化水质两个指标
调节水量：U调=10*C库*A*J；净化水质：U水质=10*K*A*J；其中，A为林分面积（hm2）；C库为水库建设单位库容投资（元/m3），取6.11元/t；J为林地拦蓄径流量（m3/hm2·a），根据2016年《江西省水土保持公报》，森林拦蓄径流量取3000m3/hm2·a；K为居民用水平均价格（元/t），取3.07元/t。用代替公式中的A，即为人工增雨作业对森林生态系统的功能价值。
计算所得的U调=26.54亿元，U水质=13.34亿元，人工增雨对森林涵养水源的总价值为39.88亿元。
2.1.2 保育土壤: 保育土壤包括固土和保肥两个指标
U固土=AC土(X2-X1)/；U肥=A (X2-X1)(NC1/R1+ PC1/R2+ KC2/R3+ MC3)；其中C土为挖取和运输单位体积土方所需费用（元/m3），取12.6元/m3；X1、X2分别为林地、无林地土壤侵蚀模数（t/hm2·a），X1取2.94t/hm2·a，X2取17.66t/ hm2·a；为林地土壤容重（t/m3），针叶林=1.397 t/m3，阔叶林=0.973t/m3，针阔混=1.257 t/m3，竹林和特殊灌木林参照阔叶林计算，根据不同树种比例计算=1.287； N、P、K、M分别为土壤平均含氮量、含磷量、含钾量、有机质平均含量（%），根据江西林地土壤研究文献，N、P、K、M分别取0.137%，0.038%，0.01%，2%；R1为磷酸二铵化肥含氮量（%），R2为磷酸二铵化肥含磷量（%），R3为氯化钾化肥含钾量（%），R1、R2、R3分别取14%，15.01%，50%；C1、C2、 C3分别为磷酸二铵、氯化钾、有机质价格磷酸二铵价格取2400元/t，氯化钾化肥价格为2200元/t，有机质平均价格为320元/t。
计算所得的U固土=0.264亿元，U肥=0.097亿元，人工增雨对森林保育土壤的总价值为0.361亿元。
2.1.3 固碳释氧: 包括固碳和释氧两个指标
U碳=AC碳(1.63R碳NPP年+F土壤碳)；U氧=1.19AC氧NPP年；C碳为固碳价格（元/t）， 取1040元/t；NPP年为林分净生产力（t/ hm2·a），2016年的江西省森林净生产力为939.8gC/m2；为CO2中碳的含量，为27.27%；F土壤碳为单位面积林分土壤年固碳量（t/hm2·a），经过计算得出F土壤碳=0.453 t/ hm2·a；为释氧价格（元/t），取1000元/t。 计算所得的U碳= 0.88亿元，U氧=2.03亿元，人工增雨对森林固碳释氧的总价值为2.91亿元。
2.1.4 森林防护：主要计算森林拦蓄泥沙量的价值
U防护=AC滞尘Q防护；其中C滞尘为泥沙清理费用（元/t），单位面积土方费用为12.6元/m3，泥沙密度取1.6t/m3；Q防护为拦蓄泥沙量（t/hm2·a），根据 《江西省水土保持公报》，取55t/hm2·a。计算所得的U防护=0.078亿元。
2.1.5 生物多样性防护：主要计算保育价值
U生物=AS生；S生为基于Shannon-Wiener指数计算单位面积物种保育价值 （元/hm2·a），参考生态中心S生取13837.8元/hm2·a。计算所得的U生物=2.51亿元。
基于以上五大功能，评估2018人工增雨作业对江西省森林生态系统的价值贡献为45.74亿元。
2.2 增雨作业对流域生态价值贡献分析
2.2.1 物质生产功能
利用市场价格法定量估算。其中，V1为物质生产价值；Y为江西省流域水产品总量，包括农产品、鱼类、虾类等；P1为江西省各类水产品平均价格。依据江西省统计局统计数据以及江西省物价局公布的物价数据估算4.32亿元。
2.2.2 供水功能
流域水资源利用第i种用途的水量；为江西省第i种水的市场价格。参考2017年不同行业用水比重，计算流域增雨量在不同行业的分配。根据不同行业水费+征收标准计算出3.92亿元。
2.2.3 固碳释氧: 影子工程法
根据文献[1]，1g干物质的生产需要吸收1.63g CO2和释放1.2 g O2，采用南京环境科学研究所科研成果[2]，流域的生物生产量鲜重为32900kg/hm2，按干湿比1:20计算得到干物质的重量为1.645t/hm2，计算所得的人工增雨影响的流域面积为hm2，即共有4872.3吨的干物质，因此吸收的CO2量为7942吨，固碳2166 吨，释放的O2量为6095吨。采用中国造林法成本价格和国际碳税标准的均价作为碳税标准分别为250、1040元/t，取二者的平均值1145元/t作为流域的固碳价值，得到吸收二氧化碳的生态价值为0.25亿元；植被释放氧气的经济价值按造林成本和第二产业制氧法分别为352.93元/t、400元/t，然后取二者的平均值 376.47/t，得到释放氧气的生态价值0.23亿元。由这两个计算的价值得到江西省汉江流域固碳释氧功能价值为0.48亿元。
2.2.4. 蒸腾吸热功能：替代成本法
为蒸腾吸热功能价值；为水的比热容4.2×103J/（kg?℃）；为蒸发水量；为水体与流周围环境的温度差值，取鄱阳湖流域年平均气温16.5-17.8℃，取中间值17.1℃，江西省2017年年平均气温18.9℃；为江西省居民用电的市场价格，取0.6元/度。计算所得的=0.655亿元。
基于以上四大功能，评估2018人工增雨作业对江西省流域生态系统的价值贡献为9.38亿元。
2.3 增雨作业对湿地生态价值贡献分析
由于湿地定义的复杂性以及目前缺乏对江西省湿地位置的监测信息，无法评估针对湿地系统的增雨量，根据1971年在伊朗签署的《湿地公约》中对湿地的定义：湿地包括沼泽、泥炭地、湿草甸、湖泊、河流、滞蓄洪区、河口三角洲、滩涂、水库、池塘、水稻田以及低潮时水深浅小于6米的海域地带等，在这里对湿地的增雨量评估参考流域的增雨计算量。根据江西省林业厅公布的江西第二次湿地资源调查主要成果数据，全省共有湿地总面积达91.01万公顷。假设湿地或流域增雨量与对应类型的面积的相关系数相等，算得湿地的增雨计算量=0.203亿吨，人工增雨影响的湿地面积= hm2 。对湿地生态价值评估主要从气体调节、气候调节、水文调节、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性维持、食物生产等九个方面评估人工增雨对湿地的价值贡献估算的湿地生态系统单位面积生态服务价值为24597.21元/hm2 ，即人工增雨作业对江西省湿地生态系统的价值贡献为3.95亿元。
3 综合评价
本文以生态文明建设为出发点，从森林生态、流域生态和湿地生态三个方面评估人工增雨对生态系统的效益。2018年人工增雨对森林生态、流域生态和湿地生态服务价值分别为45.74亿元、9.38亿元、3.95亿元，可以看出人工增雨作业蕴含巨大的生态效益。另外，本文是基于主要的生态功能进行评估，实际上不同类型的生态系统有更为丰富的间接价值，因此所得到的人工增雨的生态服务功能价值要小于实际价值，但依然能通过这些数据数据直观地认识人工增雨对森林、湿地、流域生态系统的价值贡献。
参考文献
[1]城市湖泊湿地生态服务功能价值评估[D]. 武汉：华中农业大学，2010.
[2] 庄大昌，欧维新，丁登山．洞庭湖湿地退田还湖的生态经济效益研究［J］．自然资源学报，2003，18（5）：538－543