內蒙古達拉特旗風沙區退耕還林還草生態效益評價

張景忠+王云毅

摘 要： 以生態經濟學為基礎，采用層次分析法（AHP），建立了達拉特旗風沙區退耕還林還草綜合生態效益評價指標體系和數學模型，指標體系包括3個層次12項指標；采用德爾菲法和AHP確定了各項指標權重。對試驗區3種典型退耕模式進行綜合生態效益評價，并與未退耕荒地對比研究。評價結果表明：3種典型退耕還林模式與未退耕荒地的綜合生態效益指數大小趨勢為：沙柳+沙蒿退耕模式﹥檸條+沙蒿退耕模式﹥楊樹+沙蒿退耕模式﹥未退耕荒地；3種退耕模式綜合效益值均達到未退耕地的4倍以上；退耕還林還草工程生物效益、土壤效益、小氣候效益、防風固沙效益顯著；沙棘+沙蒿退耕模式生態效益數值最高，可以作為達拉特旗風沙區或其他風沙區生態建設中最優植被配置模式。

關鍵詞： 退耕還林還草； 生態效益； 評價指標； 風沙區

退耕還林還草工程是我國針對西部地區生態環境惡化而實施的一項重大舉措，是西部大開發戰略的根本點和切入點，其實質是將不適合耕種的土地資源植樹種草，轉化為林草地的過程[1]。其效益的如何關系到農業的良性發展，生態環境改善以及社會和諧。因此，科學地評價退耕還林還草工程生態效益備受社會各界關注[2]。不同的退耕還林模式產生生態效益差別較大[3～4]，合理的退耕還林模式能提高林草覆蓋度、縮短植被恢復時間、實現生態效益的最大化，相反，不合理的退耕模式會影響植被生態系統的穩定性，延緩植被恢復。本文針對達拉特旗風沙區退耕還林還草工程，選取當地退耕還林還草規模最大、最具代表性的楊樹+沙蒿退耕還林還草模式、檸條+沙蒿退耕還林還草模式、沙柳+沙蒿退耕還林還草模式3種林草模式，通過定量評價3種模式與未退耕荒地的綜合生態效益，對比分析得出綜合生態效益最大的退耕模式，評價結果可以為風沙區退耕還林還草工程選擇適宜的退耕模式提供理論依據。

1. 試驗地概況

達拉特旗地處內蒙古鄂爾多斯高原的北部，地處黃河南岸，與包頭市隔河相望。全旗總土地面積8200km2，屬溫帶干旱、半干旱氣候區，具有明顯的大陸性季風氣候特征，年均氣溫7.4℃，地理坐標東經109°00′～110°45′，北緯40°00′～40°30′，地形地貌呈南高北低，由南向北傾斜，海拔在1000m～1500m之間。南部為地表破碎、溝壑縱橫的黃土丘陵溝壑區，面積2277.2km2；中部為大部分半固定丘陵的庫布齊沙漠風沙區，面積3991km2；北部為沖、洪積形成的平原區，地勢平坦。黃河干流自西向東沿本旗北緣過境，全長178.5km，境內鄂爾多斯臺地北坡有10條南北流向的平行河谷，俗稱十大孔兌（季節性河流），匯入黃河，十大孔兌自西向東依次為：毛布拉孔兌、布爾斯太溝、黑賴溝、西柳溝、罕臺川、壕慶河、哈什拉川、木哈爾日河、東柳溝、呼斯太河。

試驗地位于達拉特旗中游風沙區前虎各兔壕村，地貌屬于梁灘覆沙相間分布型，典型大陸性氣候，特征為少雨、多風、干燥。多年平均降水量310mm左右，降雨多集中在6月～9月，全年風沙較大，蒸發旺盛，年均蒸發量2191.7mm，無霜期115d～160d之間，全年日照時數為2940h～3400h之間，試驗區土壤類型多為流動風沙土、半流動風沙土、固定風沙土，土層較薄。試驗區從2002年實施退耕還林工程以來，累計完成退耕還林工程8727.3km2，退耕樹種主要以沙蒿（）、山杏（）、油松（）、沙打旺（）、楊樹（）等耐干旱草樹種為主。

2. 調查方法及數據來源

根據試驗區不同退耕還林還草模式，在前虎各兔壕村具有代表性地段設置4類監測小區：楊樹+沙蒿退耕還林區、檸條+沙蒿退耕還林區、沙柳+沙蒿退耕還林區及未退耕荒地（對照區）。在監測小區內完成如下效益監測和調查：a. 植被調查：組成種類、株高、密度、頻度、蓋度等生物多樣性指標。b. 土壤生態環境調查：挖取剖面用環刀分層取樣，在實驗室分析相關理化性狀。c. 氣象數據：采用移動自動氣象站，測定降水、溫度、濕度、太陽輻射、風速、風向等氣候因子。d. 防風固沙效益調查：通過計算一定時間內集沙槽內的集沙量計算風蝕模數；通過測量樣地內土壤結皮的面積估算土壤結皮率。

3. 生態效益評價

美國運籌學家20世紀70年代初提出一種決策方法—層次分析法（Analytic Hierarchy Process簡稱AHP）。這種方法通常將一個復雜的多目標問題逐級分解成若干層次和若干指標，通過對各指標進行比較得出多方案的權重，作為多方案優化決策的系統方法[5～6]。

3.1 指標選取的原則

為了客觀地評價達拉特旗風沙區退耕還林還草工程的綜合生態效益，在結合相關研究基礎上[7]，根據試驗區實際情況，確定構建研究區生態效益指標體系時需遵循的原則。

（1）目的性原則。指標體系的設置必須緊緊圍繞目的層展開，使評價結果能夠準確地反映評價意圖，因此，要選擇有代表性的、能夠反映研究區特點的指標，決不選取與評價內容、評價對象無關的指標。

（2）綜合性原則。退耕還林還草綜合生態效益是多個方面效益的綜合，要統籌兼顧各個方面的效益，因此必須建立多指標評價體系來反映各個指標對綜合生態效益的影響。

（3）可操作性原則。從指標的選取到指標體系的建立應當具有可行性與實用性，調查方法要易于掌握，調查數據要易于取得與計算，要充分考慮其在實踐中可操作性，保證有效地進行分析與評價。

（4）規范可比性原則。退耕還林工程涉及社會多個領域和層次，指標的選取應科學、避免隨意性，同時，各指標應該有統一的量綱，從而保證各指標在縱向、橫向具有可比性。

3.2 評價指標體系的建立

根據層次分析法基本原理，遵循指標選取原則，建立三個層次的指標體系（圖1）。第一層為目的層，即退耕還林工程綜合生態效益A；第二層為準則層，包括生物效益B1，土壤效益B2，小氣候效益B3，防風固沙效益B4。第三層為指標層Ci（i=1，2，3，…，n），共12個指標。特別說明的指標如下：

（1）生物多樣性C2：本文采用生物多樣性指數。

（1）

（1）式中：—多樣性指數，Pi—第i種的相對重要值，Pi=（相對高度+相對頻度+相對密度+相對蓋度）/4，S—種數。

（2）土壤結皮率C12：土壤結皮率=土壤平均結皮面積/總面積×100%。

3.3 評價指標權重的確定

指標權重反映指標對效益整體的相對重要性和綜合影響程度，因此指標權重的確定是重中之重，它直接影響評價結果的準確性。目前指標權重確定方法有特爾菲法、AHP法、多元統計分析法、因子分析法等[8～9]。本研究采用特爾菲法和AHP法。通過組織水土保持學、治沙、林學和生態方面的專家24名，計算各指標的特爾菲法權重值；通過構造兩兩比較矩陣，經過一致性檢驗，計算了各指標的AHP法權重值，然后取兩個方法計算出來權重值的平均值（見表1）。

3.4 綜合生態效益評價數學模型

（2）

式中：N——綜合生態效益指數，Wi——第i個指標的權重，Ri——各退耕還林還草模式第i項指標的無量綱化數據矩陣。

3.5 指標的無量綱化處理

由于各指標的量綱不同，各指標之間無法在量上進行直接比較，因此需要對各指標進行無量綱化處理，本研究根據生態觀測的常規方法，以未退耕荒地（對照樣地）作為參照對各評價指標進行無量綱化計算。計算公式如下。

（1）對于指標數值越小生態效益越好的指標：

（3）

（2）對于指標數值越大生態效益越好的指標：

（4）

式中，X實際表示各退耕模式各指標的實際調查值或計算值，X對照表示未退耕荒地各指標的實際調查值或計算值。

3.6 綜合效益分析

根據無量綱化處理公式（公式3、公式4），對各項指標實地調查或計算的原始數據進行無量綱化處理（表2），根據無量綱化數據與各評價指標權重，運用綜合效益評價數學模型（公式2），計算出達拉特旗不同退耕還林還草模式的綜合生態效益指數（表3、表4）。

由表3可知，不同退耕模式的綜合生態效益指數大小趨勢為：沙柳+沙蒿模式﹥檸條+沙蒿模式﹥楊樹+沙蒿模式﹥未退耕荒地，沙柳+沙蒿模式綜合生態效益為未退耕荒地的5.21倍，檸條+沙蒿模式綜合生態效益為未退耕荒地的4.51倍；楊樹+沙蒿退耕模式綜合生態效益為未退耕荒地的4.16倍。不同退耕還林還草模式各項指標的效益值均大于未退耕荒地，尤其是植被覆蓋率指標和土壤結皮率、風蝕模數等指標明顯大于未退耕荒地。由表4可知，不同退耕還林還草模式的生物效益、土壤效益、小氣候效益、防風固沙效益的貢獻率不一樣（圖2），但各項效益值均明顯大于未退耕荒地，這充分表明達拉特旗風沙區退耕還林對于提高植被覆蓋率、保護生物多樣性、調節小氣候、改良土壤和保持水土等方面發揮著重要作用。

4. 結論

（1）達拉特旗風沙區退耕還林還草綜合生態效益評價體系由生物效益、土壤效益、小氣候效益和防風固沙效益3個層次12項指標構成；運用德爾菲法和AHP法的平均值確定指標權重，可以在一定程度上避免人為主觀判斷的局限性；最終確定出“土壤結皮率”指標權重最大（0.1842）、“土壤孔隙度”指標權重最小（0.0410）。

（2）3種典型退耕還林還草模式發揮生物效益、土壤效益、小氣候效益、防風固沙效益的大小不同，各效益對綜合效益貢獻大小不同。

（3）3種典型退耕還林模式的綜合生態效益指數均大于未退耕荒地，其綜合效益指數大小趨勢為：沙柳+沙蒿退耕模式﹥檸條+沙蒿退耕模式﹥楊樹+沙蒿退耕模式﹥未退耕荒地，3種退耕模式綜合生態效益值均達到未退耕地的4倍以上。表明達拉特旗風沙區退耕還林還草工程對于提高林草覆蓋率、維護生物多樣性、調節小氣候、改良土壤和保持水土等方面發揮著重要作用。沙柳+沙蒿退耕模式生態效益數值最高，可以作為達拉特旗風沙區或其他風沙區生態建設中最優植被配置模式。

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