《Radiation Physics and Chemistry》：Cost-Benefit Analysis of Contour Ridges as Rainwater Harvesting Technique for Climate Change Adaptation in Rangelands
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通过雨水收集（RWH）恢复退化牧区是干旱与半干旱地区维持牧区生产力和生态系统服务的重要举措。研究人员开展了成本效益分析（CBA）以评估实施等高垄沟（contour ridges）作为原位雨水收集技术恢复约旦退化牧区的经济可行性。约旦拥有广阔的牧区面积，且面临严
通过雨水收集（RWH）恢复退化牧区是干旱与半干旱地区维持牧区生产力和生态系统服务的重要举措。研究人员开展了成本效益分析（CBA）以评估实施等高垄沟（contour ridges）作为原位雨水收集技术恢复约旦退化牧区的经济可行性。约旦拥有广阔的牧区面积，且面临严重的水资源短缺问题，这一问题预计在气候变化影响下将进一步加剧。研究人员评估了三种关键生态系统服务的效益：牧草生产、水资源可利用性和土壤侵蚀防治，并将其与实施和维护等高垄沟的成本以及牧草灌木建植期间初始牧草损失的成本进行了比较。研究设计结合了基于模型的生物物理模拟和经济价值评估。在生物物理模拟方面，研究人员采用全球牧区（G-Range）模型估算牧草产量的增加，并采用土壤和水评估工具（SWAT）模型估算水资源可利用性的改善和土壤侵蚀防治的效果。CBA在五种不同的牧区等级中开展，这些等级依据年平均降水量、地形坡度和土壤有机碳（SOC）进行区分，覆盖了约旦75%的牧区面积。经济价值评估通过将效益和成本折算为2022年美元，以15年项目期为跨度，采用8%的贴现率计算净现值（NPV），并在5%和12%的贴现率下进行敏感性分析。研究人员考虑了两种情景：第一种情景纳入了来自浅层地下水含水层水资源可利用性增加的效益；第二种情景排除了该效益，以反映当前对地下水开采的政策限制。CBA结果显示，第一种情景下所有牧区等级的NPV均为正值，而第二种情景下所有牧区等级的NPV均为负值。这些发现凸显了在评估大规模恢复项目时，水资源可利用性增加这一效益的重要性。
干旱和半干旱牧区约占全球陆地总面积的54%（7950万km2），承载着约46%的畜牧业生产活动，但这些地区通常并非最适宜的农业用地。这些牧区提供与生态、经济、社会和文化效益相关的多种生态系统服务，包括作为天然集水区截留降雨、增加土壤水分储存和地下水补给，以及维持畜牧社区的文化价值。除本地效益外，牧区还对全球效益有所贡献，包括生物多样性保护和碳固存。然而，牧区生产力正受到气候变化的威胁，包括干旱频率增加、热浪、蒸散发率上升、土壤水分减少、土壤结皮加速形成、植被覆盖减少以及土壤有机碳（SOC）耗竭。
原位（小流域）雨水收集（RWH）是指降雨径流被自然或人工结构在短距离流动后截留并储存在土壤中供植物后期利用的技术。这类技术在干旱和半干旱环境中被广泛用作水和土壤保持措施，其中等高垄沟是恢复退化牧区的常用手段。等高垄沟将降雨径流引导至沿等高线开挖的深度为30-50 cm的沟槽中，延长水-土相互作用时间，从而增强土壤含水量以支持牧草生产，同时通过减少地表径流来降低土壤侵蚀。
本研究旨在对半干旱和干旱牧区实施和维护等高垄沟进行成本效益分析（CBA），以约旦牧区为案例，考虑年平均降水量、地形坡度和SOC的差异。研究人员评估了牧草生产、水资源可利用性和土壤侵蚀减少的效益，以及初始牧草损失和实施维护成本。据研究人员所知，这是首个在不同生物物理条件下对大规模恢复项目实施等高垄沟进行CBA的研究。以往研究多聚焦于小规模项目，本研究则通过提供更全面的分析，弥补了小规模研究对大规模恢复项目经济可行性指导不足的缺陷，并纳入未来气候预测以评估等高垄沟在未来气候变化情景下的影响。
约旦是全球最缺水的国家之一，其"巴迪亚"地区（年降水量50-200 mm的区域）约占国土面积的80%。约旦政府将牧区定义为年降水量100-200 mm的区域，这些地区以灌木林地为主，主要植被包括滨藜（Atriplex halimus L.）、虫实属植物（Salsola vermiculata L.）和蒿属植物（Artemisia herba-alba Asso）。自20世纪60年代以来，政府对进口饲料的补贴导致牧区载畜量超载，生产力从1990年的80 kg·ha?1下降到2010年的不足40 kg·ha?1。
研究人员将约旦牧区划分为八个等级，依据是年平均降水量、坡度和SOC——这三个已知影响等高垄沟效益的关键因素。降水量是约旦牧区牧草生产的决定性因素；坡度决定了地表径流的体积和方向；SOC影响土壤的物理、化学和生物特性，进而影响牧区生产力。每个因素被分为高（H）和低（L）两个等级，形成八个等级（如HLH表示高降水、低坡度、高SOC）。其中三个等级（HHL、LHL和HLL）因仅占总面积的2%且分布零散、农业相关性低而被排除分析。其余五个等级涵盖了75%的约旦牧区面积。
本研究采用的关键技术方法包括：（1）利用全球牧区（G-Range）模型模拟牧草生产变化，该模型用于模拟在不同自然和人为驱动因素（如气候变化、土地利用变化、放牧管理、土壤退化和水可利用性）下的牧区生态系统演变；（2）利用土壤和水评估工具（SWAT）模型模拟水文动态和土壤侵蚀，该模型通过将流域划分为水文响应单元（HRUs）来模拟地表水和地下水数量及质量，评估土地利用、土壤特性和农业管理措施对水循环、泥沙输移和作物产量的影响；（3）利用地理信息系统（GIS）进行牧区分类和空间分析；（4）成本效益分析（CBA）方法，采用8%的贴现率计算净现值（NPV），并进行5%和12%的敏感性分析；（5）两种情景分析：情景一纳入浅层地下水含水层水资源可利用性增加的效益；情景二排除该效益以反映当前地下水开采限制政策。气候预测数据来自GLOWA约旦河项目，预测到2037年气温将上升1.6°C，降水量将下降10%。
研究结果部分，在有浅层地下水假设可及的情况下详细NPV结果方面，研究人员以牧区等级2（655.3 km2，占所选牧区60.7%）为例展示了详细的量化和货币化CBA结果。结果表明，由于水资源可利用性效益显著，等高垄沟的实施具有高度的经济可行性，NPV达1548万美元，而牧草生产增加和土壤侵蚀防治的效益相对较小。
在所有牧区等级的NPV结果方面，五个牧区等级的全部研究区域及其标准化NPV（每km2）显示，所有等级均获得高度正向NPV，水资源可利用性增加是主导效益。标准化NPV每km2在各等级间存在显著差异：牧区等级3（L-H-H：低降水、高坡度、高SOC）的单位面积NPV最高，这主要归因于陡峭地形增加了地表径流和地表水累积，同时高SOC改善了土壤结构和持水能力；等级4（H-L-H）位居第二。值得注意的是，等级5（H-H-H）尽管三个生物物理参数均最优，但排名第四，这主要是由于其标准化初始牧草损失最高（-8171美元/km2），说明最有利的生物物理条件并不必然保证最高的NPV。
敏感性分析结果表明，贴现率增加（降低）会降低（提高）NPV，且这一影响在各牧区等级间相似，因为成本和效益的时间分布在各等级间类似。在反映地下水获取限制的情景下，排除水资源可利用性效益后，所有牧区等级的NPV均为负值，从等级2的-11261美元/km2到等级3的-4751美元/km2不等，表明仅靠牧草生产增加和土壤侵蚀减少的效益无法抵消相关成本。
讨论部分围绕三个核心议题展开。关于等高垄沟的经济可行性，研究通过CBA评估了该技术在约旦牧区的经济可行性。第一种情景（纳入水资源可利用性效益）下所有五个牧区等级在三种贴现率下均呈现正向NPV；第二种情景（排除水资源可利用性效益）下所有等级均呈现负向NPV。这一发现强调了水资源可利用性在决定等高垄沟经济可行性中的核心作用。
关于大规模、空间明确评估的附加价值，本研究在两方面超越了以往研究：一是综合评估了三种关键生态系统服务（牧草生产、水资源可利用性和土壤侵蚀减少），发现水资源可利用性是最重要的效益；二是首次在大规模恢复 initiative 中考察了空间异质性，而以往研究仅基于10.9-70 ha的小规模案例研究。研究发现低降水、高坡度、高SOC的牧区（如等级3）最有利于等高垄沟的实施，这为空间优先排序进一步研究或试点项目提供了依据。同时，由于牧草增加和土壤侵蚀减少的直接效益不足以覆盖成本，可能需要生态服务付费（PES）等政策工具来激励实施。
关于等高垄沟对生态系统服务的进一步影响，研究承认仅关注了部分直接效益，忽略了以下方面：深层地下水补给（缺乏货币化方法）、当地牧区社区赋权和文化传统保护、SOC变化（文献有限但碳固存全球市场价估计为130美元/t CO?）以及生物多样性影响。此外，讨论还涉及所选假设的讨论：基线情景假设静态现状未考虑气候变化影响，可能低估了等高垄沟的效益；50%的维护成本假设可能高估了长期成本；仅假设50%的额外牧草可被采食以确保灌木再生，这些都是较为保守的估计。
关于制度和社会经济实施约束，研究指出牧区恢复面临重大挑战：不明确的土地权属制度降低了长期投资的激励；自上而下的政府干预取代了原有的部落土地管理制度；农村家庭财务资源不足阻碍了集体恢复活动的参与。因此，未来研究应关注制度和政策设计方面，以促进牧区恢复项目的实施。
研究结论部分，本研究应用CBA评估了等高垄沟作为原位RWH干预措施恢复约旦退化牧区的经济可行性，考虑了生物物理条件的空间变异。分析整合了G-Range和SWAT生物物理模型与经济价值评估，评估了五种牧区等级中三种生态系统服务的效益。研究发现，当纳入浅层含水层水资源可利用性增加的效益时（情景一），等高垄沟具有经济可行性；而当限制地下水获取时（情景二），所有等级的NPV均为负值，表明仅靠牧草和泥沙效益无法覆盖实施和维护成本。在不同生物物理特征方面，低降水、高坡度、高SOC的牧区最有前景。研究局限性包括：采用保守的价值评估假设、仅关注直接本地效益、未量化深层地下水补给、碳固存、生物多样性和文化生态系统服务的潜在影响；此外，不安全的土地权属和有限的社区长期管理激励等制度和社会经济约束也给实际实施带来挑战。研究人员建议未来研究应扩展受等高垄沟影响的变量范围，并关注制度和政策设计方面，以促进牧区恢复项目的实施。本研究关于哪些生物物理条件最有利于等高垄沟实施的认识，以及评估等高垄沟对牧草生产、水资源可利用性和土壤侵蚀减少效益的方法，为进一步研究提供了有前景的基础。
